منطقه آنوکسیک در تصفیه فاضلاب

پیشگفتار:

"منطقه آنوکسی" به منطقه ای در یک تصفیه خانه/سیستم فاضلاب که فاقد اکسیژن محلول (DO) است، اشاره دارد. به طور معمول، آبی با کمتر از 0.5ppm DO "بی اکسیژن" در نظر گرفته می شود. شرایط بدون اکسیژن زمانی ایجاد می شود که میکروارگانیسم ها (باکتری ها) مواد آلی را با سرعتی سریعتر از میزان عرضه DO اکسید می کنند.

لازم به ذکر است که "بی هوازی" اغلب به اشتباه به جای "بی هوازی" استفاده می شود. "آنوکسیک" به طور خاص به معنای عدم وجود اکسیژن است، در حالی که "بی هوازی" نشان دهنده عدم وجود گیرنده های الکترون مانند اکسیژن، نیترات ها و سولفات ها است.

تصفیه فاضلاب فرآیندی حیاتی است که دفع ایمن یا استفاده مجدد از فاضلاب را تضمین می کند و از سلامت انسان و محیط زیست محافظت می کند. یکی از اجزای کلیدی تصفیه فاضلاب، این است منطقه بدون اکسیژن، که نقش مهمی در کاهش بارهای نیتروژن و بهبود کارایی تصفیه دارد. .

منطقه آنکسیک چیست؟

منطقه بدون اکسیژن بخشی از فرآیند تصفیه فاضلاب است که در آن سطوح اکسیژن عمداً پایین نگه داشته می شود تا رشد میکروارگانیسم هایی را که برای متابولیسم خود به اکسیژن نیاز ندارند، افزایش دهد.

مناطق بدون اکسیژن معمولاً بعد از مخزن رسوب اولیه و قبل از فرآیند تصفیه هوازی قرار دارند. در طول نیترات زدایی، میکروارگانیسم ها از نیترات و نیتریت به عنوان گیرنده الکترون استفاده می کنند که به آنها اجازه می دهد تا مواد آلی موجود در فاضلاب را بدون نیاز به اکسیژن تجزیه کنند. این فرآیند نه تنها مقدار نیتروژن در فاضلاب را کاهش می دهد، بلکه گاز نیتروژن تولید می کند که یک محصول جانبی بی ضرر است که در اتمسفر آزاد می شود.

چرا منطقه آنوکسیک مهم است؟

نیتروژن اضافی در فاضلاب می تواند باعث مشکلات زیست محیطی مانند اوتروفیکاسیون شود که در آن غلظت بیش از حد مواد مغذی منجر به رشد بیش از حد گیاهان و جلبک ها و کاهش سطح اکسیژن در بدنه های آبی می شود که می تواند به آبزیان آسیب برساند. با کاهش بار نیتروژن قبل از فرآیند تصفیه هوازی، بازده کلی تصفیه بهبود می‌یابد و اثرات زیست‌محیطی فاضلاب تصفیه‌شده کاهش می‌یابد.

این می تواند به ویژه در مناطقی که فاضلاب تصفیه شده در اکوسیستم های آبی حساس تخلیه می شود، مهم باشد.

طراحی و بهره برداری از مناطق بدون اکسیژن:

طراحی و بهره برداری از مناطق بدون اکسیژن برای اثربخشی آنها در کاهش بارهای نیتروژن بسیار مهم است. اندازه و شکل ناحیه بدون اکسیژن، سرعت جریان فاضلاب و نوع و مقدار منبع کربن، همگی در تعیین نرخ نیترات زدایی نقش دارند. استفاده از سیستم های نظارت و کنترل مناسب همچنین می تواند اطمینان حاصل کند که منطقه بدون اکسیژن به طور موثر عمل می کند.

یک منطقه بدون اکسیژن بزرگتر فضای بیشتری را برای باکتری های نیترات زدایی کننده برای رشد و تجزیه مواد آلی فراهم می کند، در حالی که یک منطقه بدون اکسیژن کوچکتر ممکن است منجر به نیترات زدایی ناقص شود. شکل ناحیه بدون اکسیژن نیز می‌تواند بر اثربخشی آن تأثیر بگذارد، زیرا برخی از طرح‌ها اختلاط و توزیع بهتر فاضلاب و میکروارگانیسم‌ها را ترویج می‌کنند.

سرعت جریان آهسته تر می تواند زمان بیشتری را برای نیترات زدایی ایجاد کند، در حالی که سرعت جریان سریعتر ممکن است زمان کافی برای نیترات زدایی کامل را فراهم نکند. زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) یک پارامتر کلیدی است که برای تعیین نرخ جریان مناسب برای مناطق بدون اکسیژن استفاده می شود، با HRT های طولانی تر معمولاً با نرخ نیترات زدایی بالاتر همراه است.

باکتری های نیترات زدایی برای انجام نیترات زدایی به منبع کربن آلی نیاز دارند و در دسترس بودن و نوع منبع کربن می تواند بر کارایی نیترات زدایی تأثیر بگذارد. برخی از منابع متداول کربن عبارتند از متانول، اتانول و استات و مقدار و نوع مناسب منبع کربن به عواملی مانند بار نیتروژن و نوع فاضلاب تصفیه شده بستگی دارد.

چالش ها و محدودیت ها:

در حالی که مناطق بدون اکسیژن می توانند در کاهش بارهای نیتروژن موثر باشند، می توانند با تعدادی از چالش ها و محدودیت ها نیز مواجه شوند. یک چالش در دسترس بودن منبع کربن است که برای ترویج نیترات زدایی ضروری است. در برخی موارد، مقدار منبع کربن ممکن است برای حمایت از فعالیت میکروبی لازم کافی نباشد، که می‌تواند اثربخشی منطقه بدون اکسیژن را محدود کند. از دیگر چالش‌ها می‌توان به وجود سایر آلاینده‌ها در فاضلاب اشاره کرد که می‌تواند از نیترات زدایی جلوگیری کرده و کارایی کلی فرآیند تصفیه را کاهش دهد.

در دسترس بودن محدود کربن آلی: یکی از محدودیت‌های اصلی مناطق بدون اکسیژن، دسترسی محدود کربن آلی در فاضلاب است. نیترات زدایی به منبع کربن آلی برای استفاده از باکتری های نیترات زدایی به عنوان منبع انرژی نیاز دارد و اگر منبع کربن محدود باشد، راندمان نیترات زدایی را می توان کاهش داد.

رقابت با سایر فرآیندهای میکروبی: مناطق بدون اکسیژن همچنین ممکن است با سایر فرآیندهای میکروبی در سیستم تصفیه فاضلاب، مانند نیتریفیکاسیون یا حذف فسفر، رقابت کنند. این فرآیندها ممکن است منبع کربن موجود را مصرف کرده و در دسترس بودن کربن آلی برای نیترات زدایی را محدود کنند.

حساسیت به عوامل محیطی: مناطق بدون اکسیژن می توانند به تغییرات در عوامل محیطی مانند دما، pH و در دسترس بودن اکسیژن حساس باشند. تغییرات در این عوامل می تواند بر فعالیت باکتری های نیترات زدایی تأثیر بگذارد و کارایی نیترات زدایی را کاهش دهد.

انرژی مورد نیاز بالا: در برخی موارد، مناطق بدون اکسیژن ممکن است به ورودی انرژی قابل توجهی برای حفظ شرایط محیطی مطلوب نیاز داشته باشند. به عنوان مثال، ممکن است برای حفظ اختلاط و سطوح اکسیژن کافی در فاضلاب، به سیستم‌های گردش مجدد یا هوادهی نیاز باشد.

کاربرد محدود برای انواع خاصی از فاضلاب: مناطق آنوکسیک ممکن است برای تصفیه انواع خاصی از فاضلاب، مانند آنهایی که محتوای آلی پایینی دارند یا آنهایی که دارای سطوح بالای نیتروژن هستند به شکلی که به راحتی به نیترات یا نیتریت تبدیل نمی شوند، موثر نباشند.

چالش های تعمیر و نگهداری: مناطق بدون اکسیژن برای اطمینان از عملکرد صحیح و جلوگیری از مشکلاتی مانند گرفتگی یا آلودگی باکتریایی نیاز به نگهداری و نظارت منظم دارند.