نظرة عامة على عملية MBBR

مفاعل الغشاء الحيوي الرقيق المتحرك (MBBR) هو عملية بيولوجية مبتكرة تستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي. في هذا النظام، تدور الحاملات البلاستيكية ذات المساحة السطحية العالية بحرية في المفاعل وتنمو الكائنات الحية الدقيقة في طبقة الأغشية الحيوية الرقيقة المتكونة عليها. تقوم هذه الكائنات الدقيقة بتنقية المياه عن طريق تكسير المواد العضوية والمركبات النيتروجينية والملوثات الأخرى في مياه الصرف الصحي. وتجمع تقنية MBBR بين مزايا أنظمة الحمأة المنشطة الكلاسيكية وأنظمة الأغشية الحيوية الرقيقة الثابتة (مثل أنظمة المرشحات المتقطرة). وقد أصبحت شائعة في كل من معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والمنزلية بمزاياها المتمثلة في كفاءة المعالجة العالية والتصميم المدمج (أحجام خزانات أصغر) وسهولة التشغيل. فيما يلي، يتم شرح جميع مراحل عملية معالجة MBBR بالتفصيل، إلى جانب المعلمات التي يجب مراقبتها في كل مرحلة وتفسيرها والمعدات المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا مناقشة مجالات تطبيق MBBR، والملوثات النموذجية التي يمكن معالجتها، ومعايير التصريف في تركيا والاتحاد الأوروبي، ومعايير التصميم، ونصائح التصميم/التشغيل، والنقاط التي يجب مراعاتها.

مراحل عملية معالجة MBBR والمعلمات التي يجب مراقبتها

تتكون محطة معالجة مياه الصرف الصحي المتكاملة MBBR عادةً من المعالجة المسبقة والمعالجة الأولية والمعالجة البيولوجية (مفاعلات MBBR) والمعالجة الثانوية (الترسيب) ومراحل المعالجة والتطهير المتقدمة إذا لزم الأمر. في كل مرحلة، يتم قياس وتفسير معايير معينة لضمان التشغيل الفعال للعملية. كما يتم استخدام معدات مختلفة في كل مرحلة. فيما يلي معلومات عن كل مرحلة على حدة:

المعالجة الأولية

إن المعالجة المسبقة هي الخطوة الأولى في إزالة المواد الصلبة الكبيرة من مياه الصرف الصحي، مثل الرمال القابلة للترسب والزيت. تحمي هذه الخطوة العمليات البيولوجية اللاحقة من الأحمال المفاجئة والأضرار المادية.

المعلمات المراد قياسها

معدل التدفق: يجب قياس معدل تدفق مياه الصرف الصحي المدخلات بشكل مستمر. يمكن أن تؤدي معدلات التدفق المرتفعة إلى مخاطر الفيضانات والحمل الزائد على المعدات، لذلك يتم مراقبتها باستخدام مقياس التدفق. يتم تفسير بيانات التدفق لاتخاذ الاحتياطات أو تحديد حجم الموازنة في حالة تجاوز السعة التصميمية.

الأس الهيدروجيني: يتم التحكم في قيمة الأس الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي المؤثرة. خاصةً في مياه الصرف الصناعي، يمكن أن يؤدي الأس الهيدروجيني الحمضي أو القاعدي المفرط إلى الإضرار بالعمليات البيولوجية. يجب الحفاظ على قيمة الأس الهيدروجيني بشكل عام بين 6 و9؛ إذا كانت خارج هذا النطاق، يلزم اتخاذ تدابير مثل التحييد.

درجة الحرارة: يتم قياس درجة حرارة مياه الصرف الصحي. يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المرتفعة (على سبيل المثال > 40 درجة مئوية) سلبًا على الكائنات الحية الدقيقة، بينما تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى إبطاء معدلات التفاعل الكيميائي الحيوي. يتم تفسير درجة الحرارة المقاسة للتنبؤ بأداء الكائنات الحية الدقيقة العاملة في المرحلة البيولوجية.

حمولة النفايات الصلبة: يتم رصد كمية النفايات الخشنة المحتجزة في الشاشات وكمية الرمال المتراكمة في مصيدة الحصباء (الحجم أو الكتلة اليومية للنفايات المزالة). تشير هذه المعلمات إلى كفاءة المعالجة المسبقة. على سبيل المثال، إذا تم الاحتفاظ بكمية كبيرة من النفايات الصلبة المحتجزة، فيتم تفسير ذلك بأن حمولة الملوثات في مياه الصرف الصحي عالية ويتم ترتيب خطط التخلص منها وفقًا لذلك.

المعدات الرئيسية المستخدمة

الشاشات: تحتفظ الغرابيل الخشنة والناعمة بالمواد الصلبة الكبيرة (القماش والبلاستيك وزجاجات PET، إلخ) في مياه الصرف الصحي. تستخدم الشاشات التي يتم تنظيفها ميكانيكياً بشكل عام. بعد المصفاة الخشنة، توجد مصفاة دقيقة ذات فجوات أضيق.

مصيدة الحصى: هي الوحدة التي تفصل الجسيمات غير العضوية مثل الرمل والحصى في مياه الصرف الصحي عن طريق ترسيبها. يمكن أن تكون من النوع الهوائي أو غير الهوائي (تدفق أفقي). يتم تنظيف المواد المتراكمة في مصيدة الحصى بشكل دوري.

فاصل الزيت: يستخدم لفصل الزيت والشحوم الموجودة خاصة في مياه الصرف الصناعي والمطبخ عن طريق الطفو. تتم إزالة طبقة الزيت التي ترتفع إلى السطح بواسطة الكاشطات.

خزان موازنة: عادة ما يكون هناك خزان موازنة بعد المعالجة المسبقة لتقليل التقلبات في معدل التدفق وتركيزات التلوث. يضمن هذا الخزان تجانس مياه الصرف الصحي وتسليمها إلى الوحدة البيولوجية بتدفق ثابت بواسطة المضخة. وباستخدام الخلاطات في خزان الموازنة، يتم منع المواد الصلبة من الترسيب وتتوازن جودة مياه الصرف الصحي بمرور الوقت.

محطة الضخ: تُستخدم المضخات لإرسال مياه الصرف الصحي من المعالجة المسبقة إلى المفاعل (المفاعلات) البيولوجية بمعدل التدفق والضغط المطلوبين. توجد عدادات التدفق عادة في محطات الضخ أو عند مخرج خزان التوازن.

التسوية الأولية

المعالجة الأولية هي المرحلة التي يتم فيها إزالة المواد الصلبة العالقة وبعض الملوثات العضوية عن طريق الترسيب بالجاذبية. في عملية MBBR، يمكن استخدام الترسيب الأولي في عملية MBBR، يمكن استخدام الترسيب الأولي اعتمادًا على معدل التدفق وحمل التلوث؛ والغرض منه هو تقليل الحمل القادم إلى المفاعل البيولوجي.

المعلمات المراد قياسها وتفسيرها

إجمالي المواد الصلبة العالقة (TSM) المدخلات/المخرجات: يتم قياس تركيز المواد الصلبة العالقة الكلية (ملغم/لتر) لمياه الصرف الصحي عند مدخلات ومخرجات خزان الترسيب الأولي. يشير فرق المدخلات والمخرجات إلى مقدار المواد الصلبة العالقة التي تحتفظ بها المعالجة الأولية. على سبيل المثال، إذا كان المدخلات TSM 300 ملغم/لتر والمخرجات TSM 150 ملغم/لتر، فهذا يعني أن 50% من المواد الصلبة العالقة تتم إزالتها. وتعني الإزالة العالية للمواد الصلبة العالقة في المرحلة البيولوجية التالية حمولة أقل.

مدخلات/مخرجات الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD): باستثناء بعض المواد العضوية المذابة، يمكن إزالة بعض المواد العضوية العالقة عن طريق الترسيب الأولي. من خلال قياس قيم COD المدخل والمخرج، يمكن فهم مدى تقليل المعالجة الأولية للحمل العضوي. عادة، يمكن للترسيب الأولي إزالة 20-30% من COD و25-35% من BOD. إذا كانت كفاءة المعالجة الأولية منخفضة، فيمكن تفسير ذلك بأن الجسيمات العضوية في مياه الصرف الصحي دقيقة أو أن وقت الاحتفاظ في الخزان غير كافٍ.

حجم وخصائص الحمأة المستقرة: تتم مراقبة حجم وخصائص (الكثافة والمحتوى المائي) للحمأة المتراكمة في قاع خزان الترسيب الأولي. قد تشير الزيادة في حجم الحمأة إلى أن حمولة المدخل عالية. عمر الحمأة للحمأة المتراكمة ليس مهمًا هنا (إنها حمأة أولية خام)، ولكن كفاءة الخزان تنخفض في حالة حدوث تراكم مفرط. يتم استخدام ارتفاع/حجم الحمأة المقاس على فترات منتظمة لتحديد تردد الضخ.

المعدات الرئيسية المستخدمة

خزان ترسيب أولي: وهو عادة ما يكون حوض ترسيب مستدير (ذو تغذية مركزية) أو حوض ترسيب مستطيل. وبينما تتحرك مياه الصرف الصحي ببطء عبر هذا الخزان لفترة احتباس هيدروليكي معينة (عادةً من ساعة إلى ساعتين)، تستقر المواد الصلبة في القاع. وتوجد جسور تجميع بطيئة الحركة على سطح الخزان؛ وتقوم الكاشطات بدفع الحمأة في القاع نحو المركز أو قمع وإرسالها إلى خط إزالة الحمأة. يتم جمع الزيت والرغوة الموجودة على السطح وإزالتها بواسطة الكاشطات السطحية.

مضخة الطين وحفر الطين: يتم إرسال الحمأة الأولية الخام التي يتم تجميعها في قاع الخزان الأولي إلى وحدة معالجة الحمأة (مثل مثخن الحمأة) بواسطة مضخة. يتم التحكم في المضخة ليتم تنشيطها عند الوصول إلى الحد الأقصى المطلوب لتراكم الحمأة في الخزان.

معدات القياس: عادةً ما توجد نقاط العينة لقياس TSS عند مخرج الخزان. ويمكن أيضاً استخدام أجهزة الاستشعار عبر الإنترنت (مثل أجهزة استشعار التعكر). يمكن أيضاً وضع عدادات التدفق عند مدخل الخزان أو مخرجه.

المعالجة البيولوجية - مفاعلات MBBR

هذه المرحلة هي قلب عملية MBBR. وبفضل الغشاء الحيوي الرقيق الذي يتطور في الوسائط الحاملة، تحدث أكسدة المواد العضوية وإزالة المغذيات (النيتروجين والفوسفور) في هذه المفاعلات. وعادة ما يتم تصميم المعالجة البيولوجية كمفاعل متعدد المراحل: على سبيل المثال، مفاعل MBBR الهوائي الذي يركز على إزالة الكربون (إزالة BOD/COD) في المرحلة الأولى، ومفاعل MBBR الهوائي الذي يركز على النترجة في المرحلة الثانية؛ أو إذا كانت إزالة النيتروجين الكلية مرغوبة، يمكن ترتيب مفاعل MBBR اللاأكسدة + مفاعل MBBR الهوائي بطريقة متسلسلة. يحتوي كل مفاعل على نسبة معينة (% امتلاء) من حاملات الأغشية الحيوية الرقيقة البلاستيكية.

المعلمات المراد قياسها وتفسيرها

مستوى الأكسجين المذاب (DO): في مفاعلات MBBR الهوائية الهوائية، يكون مستوى الأكسجين المذاب (DO) معلمة مراقبة مستمرة. عادةً ما يتم توفير الأكسجين المذاب عند مستوى 2 مجم/لتر تقريبًا. تشير قيمة DO أقل من 1 مجم/لتر إلى عدم وجود أكسجين كافٍ وأن تحلل المواد العضوية والنترجة سوف يتباطأ. يشير الارتفاع المفرط في قيمة DO (> 4 مجم/لتر) إلى إهدار الطاقة. يقوم المشغلون بضبط سعة المنفاخ وفقًا للقيمة المستلمة من مستشعرات DO؛ وبالتالي، يتم تحقيق كل من المعالجة الفعالة وتحسين الطاقة. يعتبر DO أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص للنترجة (أكسدة الأمونيوم إلى نترات/نتريت) ويجب ألا يقل عن 1.5-2 مجم/لتر على الأقل.

الأس الهيدروجيني والقلوية: في المفاعلات البيولوجية، يتم الحفاظ على الأس الهيدروجيني بين 6.5-8.5. تستهلك التفاعلات الكيميائية الحيوية (خاصةً النترجة) القلوية ويمكن أن تخفض الأس الهيدروجيني. يتم قياس الأس الهيدروجيني باستمرار؛ إذا انخفض الأس الهيدروجيني إلى أقل من 6.5، ينخفض معدل النترجة بشكل كبير، وإذا لزم الأمر، يتم استخدام جرعة كيميائية قلوية (مثل بيكربونات الصوديوم أو الجير). ويمكن أن يؤدي ارتفاع الأس الهيدروجيني (>9) إلى الإضرار بالكائنات الدقيقة. إن مراقبة القلوية مهمة لتفسير قدرة النترجة - على سبيل المثال، تستهلك إزالة 1 مجم NH4-N عن طريق النترجة حوالي 7 مجم/لتر من قلوية CaCO₃ CaCO₃، لذلك يلزم إضافة خارجية إذا انخفضت قلوية المؤثر عن قيمة معينة.

الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) والطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي الكيميائي (BOD5): يتم قياس قيم COD/BOD لمياه مدخل ومخرج مفاعل MBBR على فترات زمنية معينة (عينات مركبة يومية). يوضح الفرق بين المدخل والمخرج أداء إزالة المواد العضوية للمعالجة البيولوجية. على سبيل المثال، إذا كان COD 500 ملغم/لتر عند مدخل مفاعل MBBR و100 ملغم/لتر عند المخرج، فمن المفهوم أنه تم تحقيق إزالة بنسبة 80%. إذا لوحظت إزالة أقل من المتوقع (المعلمات عالية)، فقد يكون هذا بسبب عدم كفاية إشغال الناقل أو انخفاض درجة الحرارة أو المدخل السام أو عدم كفاية الأكسجين - يتم التفسير وفقًا لهذه النتائج.

نيتروجين الأمونيوم (NH4-N) والنترات (NO3-N): تتم مراقبة مركبات النيتروجين بانتظام خاصة في الأنظمة التي تستهدف النترجة/إزالة النتروجين. يقاس تركيز الأمونيوم (NH4⁺ NH4⁺) عند مخرج MBBR الهوائي؛ وتشير قيم الأمونيوم العالية (فوق التوقعات) إلى عدم كفاية النترجة. وتفسير ذلك هو إما أن عمر الحمأة (عمر الغشاء الحيوي الرقيق) غير كافٍ، أو أن عمر الغشاء الحيوي الرقيق غير كافٍ، أو أن عوامل مثل درجة الحرارة/الأس الهيدروجيني قد تكون السبب. تُقاس النترات (NO3-) بعد نزع النتروجين إذا كانت هناك مرحلة نزع الأكسدة؛ يشير ارتفاع النترات إلى عدم كفاية نزع النتروجين. إذا كان هناك مفاعل لنزع الأكسدة، يمكن أيضًا إجراء قياس احتمالية الأكسدة والاختزال (ORP) - يشير انخفاض في ORP إلى حوالي 100 مللي فولت تقريبًا إلى توفر ظروف نزع الأكسدة وأن هناك بيئة مناسبة لنزع الأكسدة.

النيتروجين الكلي (TN) ونيتروجين كيلداهل الكلي (TKN): يتم إجراء تحليلات النيتروجين الكلي (TKN + NO2+NO3) بشكل دوري لمراقبة جودة النفايات السائلة. قيمة TN هي للتحقق من امتثال المعالجة للتشريعات البيئية (خاصة في نطاق حدود تصريف البيئة المستقبلة). يشير ارتفاع TN إما إلى نقص في النترجة أو نزع النتروجين وتتم مراجعة العملية.

مركبات الفوسفور (P): نظرًا لأن أنظمة MBBR وحدها لا تزيل الكثير من الفوسفور، يتم مراقبة قياس الفوسفات الداخل/الخارج أو قياس الفوسفور الكلي إذا تم دمج إزالة الفوسفور الكيميائي. تشير قيم الفوسفور العالية إلى الحاجة إلى زيادة الجرعة الكيميائية أو المعالجة الإضافية إذا لزم الأمر. (ملاحظة: تقتصر إزالة الفوسفور البيولوجي على MBBR، وعادةً ما يتم دمج الترسيب الكيميائي).

المراقبة المستمرة والبارامترات الأخرى: يتم أيضًا مراقبة درجة الحرارة في المفاعل البيولوجي (قد تنخفض في الشتاء، خاصة في الأحواض المفتوحة). عندما تنخفض درجة الحرارة، يتم ملاحظة وتفسير انخفاض معدلات التفاعل البيولوجي (على سبيل المثال يتباطأ معدل النترجة عند أقل من 15 درجة مئوية). الرائحة والملاحظة البصرية مهمة أيضًا: الملاحظات التشغيلية مثل حالة سطح الناقلات (يجب أن يكون لون الغشاء الحيوي الرقيق بني/بيج؛ قد يشير اللون الأسود إلى اللاهوائية)، وحالة الرغوة (قد تشير الرغوة المفرطة إلى نشاط بيولوجي مفرط أو وجود مادة خافضة للتوتر السطحي) هي أيضًا جزء من مراقبة البارامترات. إذا لزم الأمر، يمكن إجراء تحاليل مجهرية لفهم تكوين الكائنات الحية الدقيقة على الغشاء الحيوي الرقيق (يمكن فحص وجود البكتيريا الآزوتية والكائنات الخيطية وما إلى ذلك).

المعدات الرئيسية المستخدمة

خزان مفاعل MBBR: عادة ما تكون مستطيلة أو أسطوانية الشكل مصنوعة من الخرسانة أو الفولاذ. تم تصميم كل مفاعل ليحتفظ بالماء لمدة الاحتفاظ الهيدروليكية المحددة (على سبيل المثال حوالي 4-6 ساعات لإزالة المواد العضوية، و4-6 ساعات إضافية للنترة، ومجموع زمن الاحتفاظ الهيدروليكي ). توجد الوسائط الحاملة للأغشية الحيوية في المفاعل. وعادةً ما تكون الحاملات عبارة عن جسيمات أسطوانية أو ذات شكل خاص مصنوعة من مادة تشبه البولي إيثيلين، بقطر يتراوح بين 1-3 سم تقريبًا. ونظرًا لأن كثافة الوسائط قريبة من الماء (~ 0.95-0.98 جم/سم مكعب)، فإنها تظل معلقة في تيار الماء. وعادة ما تكون نسبة الملء الحجمي للناقلات في المفاعل في نطاق 40-60% (~ 50٪ هي القيمة المستخدمة بشكل متكرر في التصميم). وهذا يعني، على سبيل المثال، أن المفاعل الذي تبلغ مساحته 100 متر مكعب سيكون حجمه حوالي 50 متر مكعب من الناقلات. لا ينصح بالملء الأعلى (أعلى من 70%) لأن حركة الوسائط ونقل الأكسجين قد تكون مقيدة.

نظام تهوية: تحتوي خزانات MBBR الهوائية على ناشرات فقاعات دقيقة/خشنة في الأسفل ومنافيخ تضغط الهواء فيها. تؤدي الناشرات وظيفتين من خلال تزويد الهواء باستمرار إلى البيئة: (1) توفير الأكسجين (2) ضمان التوزيع المتجانس للوسائط من خلال الخلط. توضع الناشرات على فترات متساوية في القاع بحيث لا توجد مساحة ميتة في جميع أنحاء الخزان. يمكن تعديل سعة المنفاخ وفقًا لقيمة DO المحددة باستخدام الأتمتة. لا تحتوي الخزانات غير المؤكسدة على منفاخ؛ وبدلاً من ذلك، يتم استخدام خلاطات ميكانيكية لخلط الماء (للحفاظ على الناقلات معلقة).

شاشات الاحتفاظ بالوسائط: عند مخرج كل خزان مفاعل، توجد مصافٍ/مصافي من الفولاذ المقاوم للصدأ تمنع الجسيمات الحاملة من التسرب أثناء نقل الماء إلى القسم التالي. يمكن أن تكون هذه الشاشات على شكل شاشات سلكية إسفينية متقاربة (على سبيل المثال 3-5 مم) أو صفائح مثقبة ويتم تركيبها عادةً عند مخرج المفاعل في شكل أسطوانة عمودية أو لوحة مسطحة. لا يمكن للوسائط الحاملة أن تمر عبر هذه الشاشات وتبقى في المفاعل، بينما تتدفق المياه المعالجة بحرية عبر الشاشات. قد تحتوي الشاشات على نظام الغسيل العكسي أو التنظيف بالفرشاة على فترات معينة لمنع انسداد الوسائط.

مضخة إعادة تدوير داخلية: إذا كانت الإزالة الكلية للنيتروجين مستهدفة (النترجة + نزع النتروجين)، يتم استخدام مضخة إعادة تدوير داخلية تعيد النترات عند مخرج المفاعل الهوائي (النترجة) إلى المفاعل اللاأكسدي. على سبيل المثال، يمكن إرجاع معدل تدفق يتراوح بين 200-400% من نفايات خزان النتروجين السائلة إلى المفاعل اللاأكسدي. وتنقل هذه المضخة المياه الغنية بالنترات إلى قسم انعدام الأكسدة عبر خط أنابيب، حيث يمكن للبكتيريا غيرية التغذية استخدام المادة العضوية لنزع النترات. أداء هذه المعدات أمر بالغ الأهمية لإزالة النيتروجين الكلي المطلوب؛ حيث يتم رصد العلاقة بين معدل إعادة التدوير المحدد وتركيز النترات الخارج.

أجهزة الاستشعار وأجهزة القياس: تستخدم أجهزة الاستشعار على الإنترنت على نطاق واسع في مفاعلات MBBR. توفر المعدات مثل مسبار DO، ومسبار الأس الهيدروجيني، ومستشعر درجة الحرارة، ومسبار ORP (في خزانات الأكسدة) بيانات مستمرة. يتم نقل بيانات هذه المستشعرات إلى نظام PLC/SCADA، مما يسمح للمشغل بالمراقبة في الوقت الفعلي. هناك أيضًا صنابير/منافذ لأخذ العينات عند الضرورة (مثل قياسات COD، NH4، NO3 للتحليل المختبري).

التنقية الثانوية - الترسيب - الترسيب

تحتوي المياه الخارجة من مفاعلات MBBR على جزيئات الأغشية الحيوية والمواد الصلبة العالقة المتبقية التي يتم فصلها نتيجة للمعالجة البيولوجية. الترسيب الثانوي هو عملية تنقية المياه المعالجة عن طريق فصل هذه المواد الصلبة عن الماء. لا توجد دورة إعادة تدوير مكثفة للحمأة في نظام MBBR كما هو الحال في عملية الحمأة المنشطة؛ ومع ذلك، يجب ترسيب الكائنات الحية الدقيقة والمواد العالقة الدقيقة التي انفصلت عن الغشاء الحيوي الرقيق وإزالتها. وبفضل هذه المرحلة، تحتوي المياه الخارجة على نسبة منخفضة من المواد العالقة الدقيقة التي تفي بمعايير التصريف.

المعلمات المراد قياسها وتفسيرها

المواد الصلبة العالقة (SS) والعكارة: تركيز SS في مياه مخرج خزان الترسيب الثانوي هو مؤشر أداء حاسم. وبشكل عام، يتم استهداف <30 مجم/لتر SS (للامتثال للمعايير). يمكن أن توفر أجهزة قياس التعكر عبر الإنترنت أيضًا مراقبة مستمرة. إذا زادت قيم SS المخرج (على سبيل المثال أكثر من 50 مجم/لتر)، فهذا يشير إلى انخفاض كفاءة الترسيب. وكتفسير لذلك، يمكن فهم أن الحمل في خزان الترسيب مرتفع، أو أن وقت الاحتفاظ الهيدروليكي غير كافٍ أو أن هناك مشكلة محتملة في تسرب الحمأة. إذا لزم الأمر، يتم التدخل عن طريق تقليل الحمل السطحي في خزان الترسيب (تقليل معدل التدفق) أو عن طريق إضافة مواد كيميائية وتحسين تكوين الكتل.

المواد الصلبة المترسبة ومؤشر حجم الحمأة (SVI): لتقييم جودة الحمأة الثانوية، يمكن قياس مؤشر حجم الحم أة (SVI) في المختبر في فترات معينة. يشير هذا إلى خصائص ترسيب جزيئات الأغشية الحيوية المفصولة. وعادةً ما يكون مؤشر حجم الحمأة الثانوية (SVI) أقل في أنظمة MBBR منه في أنظمة الحمأة المنشطة لأن الكتل يمكن أن تكون أثقل وأكثر إحكامًا. يشير ارتفاع مؤشر الترسيب السطحي SVI (على سبيل المثال >150 مل/غم) إلى ضعف الترسيب والعكارة/الحمأة المتبقية قد تبقى على سطح الماء.

الرغوة السطحية والتراكم الصلب: لاحظ ما إذا كان هناك تراكم (طبقة حمأة عائمة) على سطح حوض الترسيب. في حالة وجودها، يرتبط ذلك عادةً بتقادم الحمأة أو ارتفاع غاز نزع النتروجين إلى السطح. في هذه الحالة، يجب تشغيل الكاشطات السطحية وتقصير وقت احتجاز الحمأة إذا لزم الأمر.

المعدات الرئيسية المستخدمة

خزان الترسيب الثانوي: بشكل عام، يتم استخدام خزانات ترسيب دائرية الشكل ذات قطر كبير يتم تغذيتها من المركز. يتم تغذية نفايات MBBR السائلة إلى الخزان من خلال هيكل موزع مركزي، وتستقر المواد الصلبة في القاع بينما تتدفق المياه ببطء إلى أعلى وبشكل شعاعي، وتفيض المياه المعالجة من السدود المحيطة العلوية. ويحتوي سطح الخزان الثانوي على جسر يدور ببطء ومجاذيف مكشطة؛ حيث تجرف هذه المجاديف الحمأة السفلية نحو المركز وتجمع الحمأة الطافية على السطح في قادوس. والحمأة التي تستقر في القاع هي في الأساس الكتلة الحيوية المتبقية التي انفصلت عن الغشاء الحيوي الرقيق ويتم سحبها من النظام كحمأة نفايات. (بما أنه لا توجد دورة إرجاع مستمرة في MBBR كما هو الحال في الحمأة المنشطة، عادة ما يتم التخلص من هذه الحمأة مباشرة أو إعادة تدويرها إلى الحد الأدنى).

فواصل الصفيحة (اختياري): من أجل توفير المساحة، يمكن استخدام وحدات الترسيب الصفيحية المدمجة للترسيب بدلاً من حوض الترسيب الكبير الكلاسيكي في بعض أنظمة MBBR. في هذه المعدات، يتم زيادة سطح الترسيب في هذه المعدات، ويتم تحقيق ترسيب أكثر فعالية في نفس الحجم بفضل الألواح المائلة أو المواضع الأنبوبية. والوظيفة هي نفسها من حيث مراقبة المعلمات (إزالة SKM).

DAF (تعويم الهواء المذاب) (اختياري): خاصة في التطبيقات الصناعية، بعد المعالجة البيولوجية، يمكن فصل الجسيمات الدقيقة والخفيفة للغاية عن طريق تعويمها بفقاعات الهواء باستخدام وحدة التعويم بالهواء المذاب. يمكن استخدام وحدة التعويم بالترسيب المائي المذاب كبديل أو إضافي للترسيب الثانوي. ويشمل نظام جرعات الهواء المضغوط وكاشطات كمعدات. كما يتم إجراء قياسات AKM عند مخرج وحدة الترسيب بالترسيب بالهواء المكافئ ويمكن عادةً تحقيق مواد صلبة منخفضة جداً (أقل من 10 ملغم/لتر).

مضخة الحمأة: يتم سحب الحمأة المتجمعة في قاع خزان الترسيب الثانوي بشكل دوري بواسطة مضخة. عادة ما يتم تنشيط هذه المضخة على فترات زمنية محددة وترسل الكتلة الحيوية الزائدة المتراكمة إلى وحدات معالجة الحمأة. في نظام MBBR، تُعتبر هذه الحمأة في نظام MBBR "حمأة الغشاء الحيوي الرقيق للنفايات". لا تعمل المضخة المرتجعة (RAS) بشكل مستمر كما هو الحال في نظام الحمأة المنشطة لأن معظم الكتلة الحيوية تبقى على الأسطح الحاملة.

أدوات القياس والتحكم: قد يكون هناك مستشعر AKM أو مستشعر التعكر (NTU) عند مخرج خزان الترسيب. بالإضافة إلى ذلك، يقاس هنا معدل تدفق مياه المخرج، وإذا لزم الأمر، معدل الانتقال إلى نظام الكلورة/الأشعة فوق البنفسجية. يقوم المشغلون بإجراء فحوصات دورية لمراقبة حالة الحمأة على السطح؛ وفي بعض الأنظمة، يمكن إجراء المراقبة عن بعد باستخدام أنظمة الكاميرا السطحية.

المعالجة والتطهير المتقدمان (المعالجة الثلاثية والتطهير)

المياه التي يتم الحصول عليها بعد MBBR + الترسيب الثانوي تفي بشكل عام بالمعايير التنظيمية للتصريف في البيئة المستقبلة. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من المعالجة: على سبيل المثال، الترشيح إذا كانت المواد الصلبة العالقة منخفضة للغاية مطلوبة، أو المعالجة الكيميائية لإزالة الفوسفور، أو إزالة مسببات الأمراض عن طريق ** التطهير ** أو إزالة الملوثات الخاصة عن طريق الأكسدة المتقدمة. تصقل هذه المرحلة جودة النفايات السائلة وتهيئ المياه لأغراض مثل إعادة الاستخدام (الري، المياه الصناعية).

المعلمات المراد قياسها وتفسيرها

التعكر وTUS (ما بعد الترشيح): إذا تم استخدام مرشح رملي أو مرشح قرصي، وما إلى ذلك، يتم قياس التعكر (NTU) لمياه مخرج الترشيح. عادة، يتم استهداف عكارة منخفضة جدًا تبلغ ≤5 NTU. هذه القيمة ضرورية أيضاً لفعالية التطهير (التعكر المنخفض يزيد من وصول الأشعة فوق البنفسجية أو الكلور إلى الكائنات الحية الدقيقة). إذا لوحظت عكارة عالية، فيتم تفسير ذلك على أنه قد يكون هناك انسداد في المرشح أو مشكلة في الوسائط ويتم تعديل تردد الغسيل العكسي.

تركيز الفوسفور (P): إذا تم إجراء إزالة كيميائية للفوسفور (على سبيل المثال، تمت إضافة مادة كيميائية للتخثر بالقرب من المخرج وتم إجراء ترسيب/ترشيح)، يتم تحليل الفوسفور الكلي في المياه المعالجة. بشكل عام، يتم استهداف 1-2 ملغم/لتر أقل من ذلك وفقًا لمعايير البيئة المستقبلة. يتم تحسين الجرعة الكيميائية (مثل FeCl₃، Al₂(SO₄)₄) وفقًا للقيمة المقاسة. في حالة بقاء الفوسفور مرتفعًا، يُستنتج أنه يجب زيادة الجرعة الكيميائية أو يلزم وقت تفاعل أطول.

البارامترات الميكروبيولوجية: إذا كان من المقرر تطبيق التطهير، يتم اختبار البكتيريا القولونية أو الإشريكية القولونية أو القولونية البرازية بشكل دوري قبل وبعد التطهير. هذه المعلمات ضرورية لأداء التطهير، خاصةً إذا كان سيتم إعادة استخدام المياه المعالجة أو تصريفها في مياه السباحة. على سبيل المثال، إذا كان المطلوب بعد التطهير بالكلور هو تعداد القولونيات الكلية <1000/100 مل، يتم التحقق من ذلك بالقياسات. إذا تم اكتشاف بكتيريا أعلى من الحدود، يتم تفسير عدم كفاية الجرعة أو مشاكل وقت التلامس.

الكلور المتبقي بالكلور (إن وجد): في حالة إجراء التطهير بالكلور، يتم قياس الكلور الحر المتبقي في مياه المخرج. يتم تحديد الجرعات بشكل عام بحيث يكون هناك كلور متبقي حر متبقي من الكلور بمقدار ≥0.5 ملجم/لتر في نهاية وقت التلامس في الماء. وإذا كانت قيمة الكلور المتبقي المقاس أقل من ذلك، تتم زيادة الجرعة؛ وإذا كانت مرتفعة للغاية، فقد تكون هناك حاجة إلى إزالة الكلور (المعادلة بثنائي كبريتيت الصوديوم) قبل التصريف.

نفاذية الأشعة فوق البنفسجية (إن وجدت): في أنظمة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية، تتم مراقبة نفاذية الأشعة فوق البنفسجية للمياه (النسبة المئوية للنفاذية عند الطول الموجي 254 نانومتر). نفاذية الأشعة فوق البنفسجية العالية (> 60-70%) مناسبة للتطهير؛ إذا كانت نفاذية الأشعة فوق البنفسجية منخفضة (المياه الملونة أو المحملة بالمواد العضوية)، فقد لا تكون جرعة جهاز الأشعة فوق البنفسجية كافية، وفي هذه الحالة يعلق على ضرورة مراجعة المعالجة المسبقة/ الترشيح.

المعدات الرئيسية المستخدمة

وحدات الترشيح: تُستخدم مرشحات الرمل (مرشحات الرمل السريع بالضغط أو الجاذبية)، أو مرشحات أقراص الألياف الدقيقة أو مرشحات الخراطيش لزيادة تنقية المياه بعد MBBR + الترسيب. تحتوي هذه المعدات على أنظمة غسيل عكسي دورية. عادة ما توجد مضخة تغذية المرشح قبل المرشح ومؤشرات ضغط في المقدمة (تشير الزيادة في فرق الضغط إلى انسداد المرشح، ويتم تشغيل الغسيل العكسي التلقائي عند فرق معين).

مرشحات الكربون المنشط (اختياري): تُستخدم فلاتر الكربون المنشط الحبيبي (GAC) في بعض الأنظمة لإزالة المواد العضوية الذائبة (اللون والرائحة والملوثات الدقيقة). في هذه الحالة، تُستخدم الأعمدة الأسطوانية كمعدات ويلزم تجديد الكربون بشكل دوري. يمكن مراقبة الامتصاص بالأشعة فوق البنفسجية 254 أو مواد كيميائية محددة كمعايير.

أنظمة التطهير: هناك نوعان من معدات التطهير الشائعة هما نظام جرعات الكلور ووحدة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية. في نظام الكلور، يتم حقن هيبوكلوريت الصوديوم السائل (NaOCl) أو الكلور الغازي في الماء؛ ويتضمن مضخة جرعات ومعدات خلط. في نظام الأشعة فوق البنفسجية، يوجد خزان/قناة مفاعل تحتوي على مصابيح الأشعة فوق البنفسجية؛ ويتعرض الماء للأشعة فوق البنفسجية أثناء تدفقه. يعمل كلا النظامين على تدمير الحمل الميكروبي في النفايات السائلة. إذا كانت هناك حاجة إلى معادلة الكلور، فقد تكون هناك أيضًا معدات جرعات ميتابيسلفيت الصوديوم. تحتوي وحدة الأشعة فوق البنفسجية على مستشعرات لمصابيح الأشعة فوق البنفسجية وأنظمة إنذار (سوف تنبه إذا انخفضت جرعة الأشعة فوق البنفسجية).

الأكسدة المتقدمة (اختياري): بالنسبة للملوثات التي يصعب جدًا تحللها (مثل بقايا الأدوية)، يمكن العثور على معدات أكسدة متقدمة مثل الأوزون وبيروكسيد الهيدروجين + الأشعة فوق البنفسجية. في هذه الأنظمة، يتم تركيب معدات مثل مولد الأوزون وخزان تلامس الأوزون ومضخة جرعات البيروكسيد وما إلى ذلك. هذه للحالات الخاصة جدًا وتتم مراقبة المعلمات باستخدام جرعة الأوزون أو قيمة الأكسدة والاختزال أو تحليلات المواد الكيميائية المستهدفة.

أجهزة الاستشعار والضوابط: هناك أجهزة مثل أجهزة قياس التدفق، وأجهزة استشعار الضغط، وأجهزة تحليل الكلور، وأجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية حول وحدات الترشيح والتطهير. وتتخذ أتمتة وحدات المعالجة المتقدمة إجراءات مثل بدء الغسيل العكسي وزيادة الجرعة وفقًا لبيانات أجهزة الاستشعار هذه. على سبيل المثال، إذا تغيرت جودة المياه في نظام الأشعة فوق البنفسجية (مثل زيادة التعكر)، فقد يكون هناك إنذار أو تعديل طاقة المصباح وفقًا لبيانات المستشعر.

معالجة الحمأة

كما هو الحال في كل محطة معالجة بيولوجية، يجب معالجة الحمأة التي يتم إزالتها من مراحل المعالجة في عملية MBBR والتخلص منها بشكل صحيح. يتم جمع نفايات الغربلة والرمل من المعالجة الأولية بشكل منفصل. يتم الحصول على الحمأة الأولية من المعالجة الأولية، ويتم الحصول على الحمأة البيولوجية المتبقية من المعالجة الثانوية. وتخضع هذه الحمأة بشكل عام لخطوات تكثيف الحمأة وتثبيتها ونزع الماء منها.

المعلمات المراد قياسها وتفسيرها

محتوى الحمأة الصلبة في الحمأة (٪): يقاس محتوى المواد الصلبة عند تغذية ومخرج جهاز التغذية أو معدات نزح المياه. على سبيل المثال، إذا كان محتوى المادة الجافة للحمأة منزوعة الماء عند مخرج مكبس الحزام 20%، فهذا أداء جيد. تشير القيمة المنخفضة إلى أنه يجب مراجعة جرعة البوليمر أو إعدادات المكبس.

حجم الحمأة: يتم تسجيل حجم الحمأة اليومية المنتجة. إذا تم إنتاج حمأة أكثر بكثير مما هو متوقع، فقد يتم النظر في حالة غير طبيعية في طابع مياه الصرف الصحي (مياه الصرف الصحي المحملة بشكل كبير جدًا) أو الاستخدام المفرط للجرعات الكيميائية. قد يشير حجم الحمأة المنخفض للغاية إلى أن الحمأة لا يتم جمعها بشكل كافٍ أو أنها تتسرب من النظام.

مؤشرات الاستقرار: إذا تم استخدام جهاز هضم لا هوائي أو مفاعل هوائي لهضم الحمأة الهوائية، يتم رصد بارامترات مثل درجة الحرارة، والأس الهيدروجيني، ونسبة الحمض/القلوية المتطايرة (في حالة اللاهوائية). ويشير ذلك إلى ما إذا كانت الحمأة قد أصبحت مستقرة. على سبيل المثال، يقاس إنتاج الميثان في الهضم اللاهوائي؛ ويفسر انخفاض إنتاج الميثان على أنه مشكلة في الهضم.

معدل التحلل: يمكن حساب النسبة المئوية لتحلل المادة العضوية نتيجة لتثبيت الحمأة (المادة العضوية في الحمأة الخام الواردة - الحمأة المستقرة الصادرة / الواردة * 100). ويستخدم ذلك لمراقبة الأداء.

المعدات الرئيسية المستخدمة

المثخن: تستخدم مثخنات الجاذبية أو المثخنات الميكانيكية لتقليل المحتوى المائي للحمأة. تتم إزالة جزء من الماء عن طريق إبقاء الحمأة في خزان التثخين بالجاذبية؛ وفي الأنظمة الميكانيكية (مثل الأسطوانة أو الحزام المثخن)، يتم تسريع فصل الماء عن طريق جرعة البوليمر.

مفاعلات تثبيت الحمأة: في المرافق التي يتم فيها إنتاج كمية كبيرة من الحمأة البيولوجية، يتم استخدام الهاضمات اللاهوائية (التي تنتج أيضًا الغاز الحيوي إذا كانت متوفرة) أو خزانات هضم الحمأة الهوائية لتثبيت الحمأة. وتحتوي هذه المفاعلات على معدات مثل الخلاطات والسخانات (يتم الاحتفاظ بها عند درجة حرارة متوسطة تبلغ 35 درجة مئوية تقريبًا في حالة اللاهوائية).

وحدات نزح المياه: في الخطوة الأخيرة، يتم ترسيخ الحمأة المستقرة (أو غير المستقرة، في المنشآت الصغيرة مباشرة) باستخدام مكابس نزح المياه. وعادة ما تكون هذه عادةً معدات من نوع مكابس الحزام أو أجهزة الطرد المركزي للحمأة أو معدات من نوع مكبس الترشيح. مع إضافة مواد كيميائية بوليمرية، يتم تكبير كتل الحمأة ويتم فصل معظم الماء بالضغط الميكانيكي/قوة الطرد المركزي. وتصبح الكعكة الناتجة صلبة بما فيه الكفاية (حوالي 15-25% من المادة الجافة) ليتم إرسالها إلى منطقة التخلص منها بواسطة شاحنات الحمأة. وتشمل هذه المعدات مكونات فرعية مثل مضخات الجرعات ومقاييس الضغط ومحركات المحركات.

معدات التخلص/التقييم: يتم نقل حمأة المنتج النهائي إلى صوامع أو حاويات تخزين الحمأة. هناك خيارات مثل التسميد أو التخزين الوسيط أو الحرق في أفران الأسمنت أو الإرسال إلى مكب النفايات العادي كطريقة للتخلص منها. قد تكون هذه المراحل أيضًا خارج حدود المنشأة، ولكن في النهج المتكامل، يتم تصميمها جميعًا ككل.

مجالات التطبيق والصناعات التي تستخدم فيها تقنية MBBR

يتم تطبيق أنظمة MBBR في مجموعة واسعة من التطبيقات، من معالجة مياه الصرف الصحي المنزلية إلى معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية المختلفة. ويتيح الهيكل المرن لهذه التقنية المعالجة الفعالة لمياه الصرف الصحي ذات الحمولة العضوية العالية وإدخال تحسينات على المرافق القائمة. فيما يلي ملخص للقطاعات الرئيسية التي تستخدم فيها تقنية MBBR وخصائص مياه الصرف الصحي النموذجية في كل منها:

معالجة مياه الصرف الصحي البلدية (المنزلية): يتم استخدام MBBR في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المدن والبلدات، خاصة في الحالات التي تكون فيها المساحة محدودة أو عندما يكون من الضروري تحسين محطة الحمأة المنشطة الموجودة. عادةً ما تحتوي مياه الصرف الصحي المنزلية على حمولة عضوية معتدلة (BOD5 ~ 200-300 ملغم/لتر، COD ~ 400-600 ملغم/لتر، TSS ~ 200-300 ملغم/لتر). كما تحتوي أيضًا على النيتروجين (TKN ~ 20-60 مجم/لتر) والفوسفور (~ 5-15 مجم/لتر). يمكن تصميم MBBR لتقليل هذه القيم إلى معايير التصريف. على سبيل المثال، يمكن أن يصل نظام MBBR البلدي إلى BOD5 < 20 مجم/لتر، NH4-N < 5-10 مجم/لتر عند المخرج. إن صغر حجم وسهولة تشغيل MBBR من المزايا المهمة في التطبيقات المحلية؛ فهي مفضلة على نطاق واسع في المرافق البلدية الصغيرة والمتوسطة الحجم.

صناعة الأغذية والمشروبات: تنتج الصناعات الغذائية (مثل صناعة الألبان والمجازر ومعالجة اللحوم ومصانع الجعة ومصانع الحلويات/التعليب) مياه الصرف الصحي التي تحتوي على ملوثات عضوية عالية جداً. وغالبًا ما تحتوي مياه الصرف هذه على تركيزات عالية من BOD/COD. على سبيل المثال، قد يحتوي مصنع الألبان على مستويات COD2,000-5,000 ملغم/لتر ومستويات BOD5 من 1,000-3,000 ملغم/لتر؛ وغالبًا ما تحتوي مياه الصرف في المسالخ على مستويات BOD5 من 1,500-4,000 ملغم/لتر وتحتوي أيضًا على نيتروجين مرتفع (يمكن أن يصل إجمالي N إلى عدة مئات من ملغم/لتر) من الزيت والشحوم وبروتين الدم. يتميز MBBR بالقدرة على تحمل الأحمال العالية وتحمل الأحمال العضوية الصدمية في مياه الصرف الصحي هذه. في مياه الصرف الصحي النموذجية لصناعة الأغذية، يمكن أن يزيل MBBR >90% من المواد العضوية مع تقليل النيتروجين عن طريق النترجة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام MBBR مع الاحتفاظ المسبق بالزيت في مياه الصرف الصحي التي تحتوي على نسبة عالية من الشحوم الزيتية لتقليل مشاكل الانسداد والتراكم المفرط للأغشية الحيوية. ويرجع الاستخدام الواسع النطاق لخلايا MBBR في صناعة الأغذية أيضًا إلى قدرتها على تحمل التغيرات الموسمية في الأحمال (على سبيل المثال خلال فترات الحملات).

منشآت المشروبات والتخمير: (مصانع الجعة ومرافق عصير الفاكهة وإنتاج النبيذ، إلخ.) في هذا القطاع الفرعي، تحتوي مياه الصرف الصحي عمومًا على نسبة عالية من حمولة BOD سهلة التحلل (على سبيل المثال في مصانع الجعة، يتراوح BOD5 في مستويات تتراوح بين 1,000 و2,000 ملغم/لتر، والنيتروجين والفوسفور منخفضة نسبيًا). يمكن أن تعمل MBBR بحمولات حجمية عالية (OLR عالية) في مثل هذه المياه العادمة وتقلل من BOD في وقت قصير. على سبيل المثال، يمكن تحقيق إزالة 95% من حمولة البود في مياه الصرف الصحي لمصانع الجعة باستخدام MBBR أحادي المرحلة. ونظرًا لأن مياه الصرف المتعلقة بالتخمير يمكن أن تكون في درجة حرارة دافئة (30-35 درجة مئوية)، فإن درجة حرارة تحمل MBBR كافية لهذا القطاع.

صناعة النسيج (المياه العادمة المحتوية على الصبغة والمواد الكيميائية): تحتوي مياه الصرف الصحي الناتجة عن عمليات صباغة المنسوجات والتشطيب والغسيل على قيم عالية من COD (500-1500 ملغم/لتر أو أعلى)، ولكن نسبة BOD/COD منخفضة بشكل عام (أي أن معدل التحلل البيولوجي يمكن أن يكون حوالي 40-60%). وبالإضافة إلى ذلك، تحتوي مياه الصرف الصحي هذه على مواد كيميائية ملونة وصبغية (أصباغ الآزو، والأصباغ التفاعلية)، والمواد الكيميائية المساعدة (المواد الخافضة للتوتر السطحي، والأملاح). تُستخدم MBBR لتقليل ثاني أكسيد الكربون القابل للتحلل الحيوي في مياه الصرف الصحي للنسيج. تزيل وحدة MBBR النموذجية للمنسوجات 70-80% من COD، بينما قد تكون هناك حاجة إلى معالجة كيميائية إضافية للون المتبقي والمواد الحرارية. على الرغم من أن النيتروجين منخفض بشكل عام في مياه الصرف الصحي للمنسوجات (قد تكون هناك مساهمة النيتروجين من المواد الكيميائية الصبغية)، فإن الدور الرئيسي لوحدة MBBR هو تقليل اللون والمواد العضوية. في مصانع النسيج، عادةً ما يتم دمج MBBR في مصانع النسيج مع عمليات مثل المعالجة الكيميائية (التخثر) و/أو الأوزون. وتتمثل ميزتها في أن الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تتكيف بسهولة مع أحمال الصبغة الصدمية بفضل الغشاء الحيوي الرقيق المستقر، حتى في مياه الصرف الصحي ذات السمية العالية المحتملة.

صناعة الورق والسليلوز: تتميز المياه العادمة الناتجة عن مصانع الورق ومصانع السليلوز بمحتوى عالٍ جدًا من ثاني أكسيد الكربون (يمكن أن يتراوح محتوى ثاني أكسيد الكربون من 5000 إلى 10000 ملجم/لتر بسبب مشتقات اللجنين، خاصةً في إنتاج السليلوز) وارتفاع المواد الصلبة العالقة (جزيئات الألياف). تكون نسبة BOD/COD في مياه الصرف الصحي هذه منخفضة (أي أن الجزء الذي يصعب تحللها بيولوجيًا مرتفع). تُستخدم MBBR بشكل عام في صناعة الورق كمعالجة مسبقة (مرشح تخشين) لمياه الصرف الصحي ذات الحجم الكبير أو لزيادة السعة المدمجة مع الحمأة المنشطة (IFAS). على سبيل المثال، في مطحنة الورق، يمكن للمرحلة الأولى من MBBR إزالة 50-70% من COD ثم إجراء معالجة تكميلية مع عملية الحمأة المنشطة في المرحلة التالية. المعلمات النموذجية: نظرًا لأن AKM عالية جدًا (أكثر من 1,000 مجم/لتر)، يتم إجراء الفحص المسبق/الترشيح؛ تعتبر MBBR مفيدة في هذا الصدد لأنها مقاومة للانسداد. نظرًا لأن استعادة المياه يمكن أن تكون مهمة أيضًا في مصانع الورق، يتم أيضًا استخدام أنظمة MBBR+MBR (مفاعل حيوي غشائي) الهجينة - حيث يقلل MBBR من الحمل العضوي، ويتم توفير الترشيح الكامل بواسطة الغشاء.

البتروكيماويات والمصافي: في مصافي النفط ومصانع البتروكيماويات والصناعات الكيميائية، تحتوي مياه الصرف الصحي على مجموعة واسعة من الملوثات العضوية (البنزين والفينول ومشتقات التولوين والمركبات العضوية المتطايرة) والمركبات الزيتية. يمكن أن يكون COD مرتفعاً في مياه الصرف الصحي هذه (1000-3000 ملغم/لتر)، ولكن هناك أيضاً مكونات يصعب تحللها بيولوجياً أو قد تكون سامة. يعزز MBBR التحول البيولوجي للمواد التي يصعب تحللها من خلال توفير كتلة حيوية متوازنة في هذه القطاعات. على سبيل المثال، في مياه الصرف الصحي التي تحتوي على الفينول، يمكن أن تنمو البكتيريا المهينة للفينول على الغشاء الحيوي الرقيق مع بطء التأقلم. ويتيح عمر الغشاء الحيوي الرقيق الطويل (SRT العالي) الذي توفره MBBR الاحتفاظ بهذه الكائنات الحية الدقيقة بطيئة النمو وتشغيلها في النظام. في تطبيقات البتروكيماويات، يتم استخدام تسلسلات MBBR متعددة المراحل بشكل عام أو يتم استخدام MBBR + الحمأة المنشطة معًا (مثل ما قبل MBBR، ثم التهوية التقليدية). يمكن أن تكون معلمات مياه الصرف النموذجية كما يلي: إجمالي الهيدروكربونات البترولية (TPH) 50-200 ملغم/لتر، COD 1500 ملغم/لتر، الفينول 50 ملغم/لتر؛ يمكن أن تحقق MBBR إزالة >90% من الفينول وانخفاض كبير في COD. الفصل المسبق للزيت ضروري للزيوت والشحوم، وإلا يمكن تغطية سطح الناقلات بالزيت وتقليل نشاط الأغشية الحيوية. عند توفير معالجة مسبقة كافية، تعطي MBBR نتائج ناجحة للغاية في مياه الصرف المعقدة هذه.

الأسمدة والصناعات الزراعية: قد تحتوي مياه الصرف الصحي من المنشآت التي يتم فيها إنتاج الأسمدة (الأسمدة النيتروجينية والفوسفورية) أو النفايات الحيوانية على مستويات عالية جداً من نيتروجين الأمونيا أو النيتروجين العضوي. على سبيل المثال، قد يكون NH4-N عند مستويات آلاف ملغم/لتر في مياه الصرف الصحي لمصانع الأسمدة. يعتبر MBBR خيارًا جيدًا للنترة لأحمال الأمونيا العالية بشكل خاص. وبفضل التركيز العالي للبكتيريا الآزوتية في الغشاء الحيوي، يمكن تقليل الأمونيا إلى قيم حدية من خلال إجراء عملية النترجة على مراحل متعددة من MBBR في مياه الصرف عالية النيتروجين. في مثل هذه التطبيقات، يتم التحكم في المعلمات مثل درجة الحرارة والأس الهيدروجيني بعناية فائقة (قد تكون هناك حاجة إلى التخزين المؤقت للأس الهيدروجيني والتبريد وما إلى ذلك من أجل النترجة). في الصناعة الزراعية (مثل مصانع الأعلاف، ومخلفات الأغذية الزراعية)، تُستخدم MBBR لموازنة الأحمال العضوية. يمكن أيضًا تفضيل MBBR في المعالجة البيولوجية للنفايات السائلة (تسرب الأسمدة) من المزارع الحيوانية واسعة النطاق.

تطبيقات صغيرة الحجم ومتنقلة: يتيح الهيكل المعياري لخلايا MBBR استخدامها في الأنظمة المحمولة كوحدات معالجة في عبوات. على سبيل المثال، يمكن تركيب وحدات MBBR المعبأة في حاويات في مواقع مؤقتة مثل مواقع البناء أو المنشآت العسكرية أو السفن أو مناطق الكوارث. تحتوي هذه الوحدات على معايير مياه الصرف الصحي المنزلية النموذجية، ولكن يتم ضغط النظام في حجم صغير. مقاومة MBBR للأحمال العالية وسهولة التشغيل مناسبة لهذه السيناريوهات. مرة أخرى، تُستخدم أنظمة MBBR المجمعة على نطاق واسع في المستوطنات الفردية مثل الفنادق وقرى العطلات ومراكز التسوق. في هذه التطبيقات، تكون خصائص مياه الصرف الصحي منزلية ويمكن جعل MBBR بجودة الري أو إعادة الاستخدام.

بصرف النظر عن القطاعات المذكورة أعلاه، هناك أيضًا تطبيقات MBBR في مجالات مثل تربية الأسماك (تربية الأحياء المائية). تعتبر MBBR فعالة جدًا في إزالة الأمونيا (النترجة) من المياه في تربية الأحياء المائية لأنها تنظف باستمرار تراكم NH4 في خزانات الأسماك باستخدام الأغشية الحيوية. كما يمكن أن نرى، فإن مجال تطبيق MBBR واسع جدًا؛ حيث يتم أخذ معلمات الملوثات النموذجية في كل قطاع وكيفية تعامل MBBR معها في الاعتبار في تصميم العملية. يلخص الجدول التالي القيم النموذجية لبارامترات مياه الصرف الصحي في بعض القطاعات:

الجدول: القيم التقريبية للبارامترات التقريبية لمياه الصرف الصحي الواردة إلى MBBR في قطاعات مختلفة (قد تختلف حسب الاختلافات الإقليمية والعملية).*

بناءً على القيم المذكورة أعلاه، تؤخذ الاحتياجات المحددة لكل قطاع في الاعتبار عند تصميم نظام MBBR. على سبيل المثال، في مصنع الأسمدة عالية النيتروجين، يتم الاحتفاظ بمفاعل MBBR كبير خاصة للنترجة ويتم تنظيمه على مراحل إذا لزم الأمر؛ في مياه الصرف الصحي للنسيج ذات نسبة عالية من COD، يتم النظر في دمج MBBR مع المعالجة الكيميائية. نظرًا لأنه يمكن استخدام MBBR كخليط مع عمليات معالجة أخرى عند الضرورة (على سبيل المثال الحمأة المنشطة + MBBR = IFAS أو MBBR + غشاء = MBBR-MBR)، فمن الممكن تحقيق أهداف الجودة لمختلف القطاعات.

المعلمات والملوثات النموذجية التي يمكن إزالتها باستخدام MBBR

تعمل عملية MBBR بشكل أساسي على إزالة الملوثات القابلة للتحلل الحيوي. ومع ذلك، من خلال التصميم والتشغيل المناسبين، يمكن أيضًا تقليل بعض الملوثات غير العضوية والقابلة للتحلل بشكل غير مباشر. فيما يلي معلومات عن المعلمات والملوثات الرئيسية التي يمكن معالجتها باستخدام MBBR:

المادة العضوية (BOD₅ و COD): الهدف الرئيسي من MBBR هو تقليل قيم BOD₅ (الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي) و COD (الطلب الكيميائي على الأكسجين) عن طريق استهلاك المواد العضوية في مياه الصرف الصحي. تستخدم البكتيريا المتغايرة التغذية التي تعيش على الغشاء الحيوي الرقيق الملوثات العضوية في مياه الصرف الصحي كمغذيات وتؤكسدها وتحولها إلى ثاني أكسيد الكربون₂ والماء. وبهذه الطريقة، تتم إزالة الحمل العضوي إلى حد كبير في مفاعل MBBR. عادة، يمكن لنظام MBBR المصمم بشكل جيد إزالة 85-95% من BOD₅ و75-90% من COD. وتشمل الأمثلة على الملوثات العضوية التي يمكن معالجتها السكريات والنشا والبروتينات والدهون (الجزء القابل للتحلل الحيوي) والكحول والأحماض العضوية والعديد من المواد العضوية الصناعية (الجزء القابل للتحلل الحيوي من الأصباغ ومشتقات الفينول - مع التكييف المناسب). تحدث إزالة المواد العضوية في MBBR في بيئة أكثر إحكاما مقارنة بالحمأة المنشطة بسبب الكثافة العالية للكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك، يصعب تحلل المواد العضوية غير المستقرة أو السامة (مثل بعض المركبات المكلورة) حتى في الأغشية الحيوية الرقيقة؛ وفي هذه الحالة، قد تكون هناك حاجة إلى مراحل معالجة إضافية. بشكل عام، يمكن القول أن MBBR يمكن أن تزيل جميع الملوثات العضوية القابلة للأكسدة بيولوجيًا.

المركبات النيتروجينية: كما أن MBBR فعالة جداً في إزالة النيتروجين. تتم إزالة النيتروجين العضوي والأمونيوم في مياه الصرف الصحي عن طريق عملية من مرحلتين: النترجة ونزع النتروجين (إن وجد). في بيئة MBBR، تستقر البكتيريا ذاتية التغذية التي تقوم بعملية النتروجين، مثل النيتروسوموناس والنيتروباكتر، في الغشاء الحيوي الرقيق وتؤكسد نيتروجين الأمونيوم أولاً إلى نيتريت ثم إلى نترات. وبهذه الطريقة، يتم التخلص من تلوث الأمونيا (NH₃/NH₄⁺). يمكن تحويل الأمونيوم إلى >90% مع MBBR الهوائية وحدها؛ على سبيل المثال، إذا كان هناك 50 ملغم/لتر NH4-N في المدخل، يمكن تحقيق قيم مثل <5 ملغم/لتر في المخرج. في الخطوة الثانية، تضاف مرحلة MBBR الهوائية إلى النظام لإزالة النيتروجين الكلي. وهنا، تقوم بكتيريا نزع النتروجين غيرية التغذية بتقليل النترات إلى نيتروجين جزيئي (غاز النيتروجين) ويتم إزالة النيتروجين من الماء كغاز متطاير. يمكن أن تصل إزالة النيتروجين الكلي باستخدام MBBR إلى مستويات 70-90% إذا تم تصميمها بشكل جيد على مراحل. ويمكن تحقيق هذه الأهداف خاصة في الحالات التي تتطلب حدود تصريف منخفضة (على سبيل المثال TN < 10 ملغم/لتر)، يمكن تحقيق هذه الأهداف باستخدام تسلسل MBBR الهوائي + الهوائي والدورة الداخلية اللازمة. تعتبر بنية الأغشية الحيوية المستقرة في MBBR مفيدة لأنها تلبي متطلبات عمر الحمأة العالية للبكتيريا الآزوتية - حيث تبقى النيتروجينات، التي يتم غسلها بسهولة في الحمأة المنشطة، في النظام عن طريق الامتزاز على السطح في MBBR وتعمل بفعالية. ولذلك، يمكن لـ MBBR إزالة النيتروجين في شكل أمونيوم (NH₄⁺⁺)، ونتريت (NO₂-) ونترات (NO₃-) في ظل ظروف مناسبة. تشمل الملوثات النموذجية القابلة للمعالجة ما يلي: نفايات إنتاج الأسمدة النيتروجينية مثل كبريتات الأمونيوم (NH₄⁺ عالية النيتروجين)، ونواتج تحلل البروتين (اليوريا والأحماض الأمينية - تتحول أولاً إلى أمونيوم ثم تتحلل إلى نترات) والمياه الصناعية النيتروجينية (مثل تصريف مصانع الأسمدة، ومياه المعالجة النيتروجينية - تتم إزالتها في MBBR غير المؤكسدة). تجدر الإشارة إلى أنه من أجل نزع النتروجين الكامل يجب أن يكون مصدر الكربون العضوي كافياً؛ وبالنسبة للمياه ذات الكربون المنخفض ولكن ذات النترات العالية، يمكن استخدام جرعة إضافية من الكربون (الميثانول والإيثانول وما إلى ذلك) في MBBR.

مركبات الفوسفور (P): لا يمكن إزالة الفوسفور الزائد بيولوجيًا باستخدام MBBR وحدها، لأنها تتطلب زراعة انتقائية لكائنات دقيقة خاصة مثبتة للفوسفور (PAOs) في بيئات لاهوائية-لاهوائية متسلسلة (عملية EBPR). لا يتم استخدام MBBR بشكل عام كعملية إزالة الفوسفور البيولوجية بالمعنى الكلاسيكي. وبدلاً من ذلك، تتم إزالة الفوسفور مع الترسيب الكيميائي. ومع ذلك، يتم الاحتفاظ ببعض الفوسفور في الغشاء الحيوي عن طريق نمو الخلايا: تحتوي الكتلة الحيوية البكتيرية على 2% من الفوسفور في المتوسط، وبالتالي فإن إزالة الفوسفور تحدث، وإن كان بشكل طفيف، عن طريق إزالة الكتلة الحيوية الزائدة. ومع ذلك، إذا كان الفوسفور الكلي مهمًا من بين المعلمات المستهدفة لمعالجة مياه الصرف الصحي، فعادةً ما يتم إعطاء جرعات من مادة التخثر (مثل أملاح Fe³⁺ أو Al³⁺) في نهاية MBBR ويتم إزالة الفوسفات عن طريق الترسيب الكيميائي. في هذه الحالة، تعمل عملية MBBR + المعالجة الكيميائية بطريقة متكاملة. باختصار، لا يتم تضمين الأورثوفوسفات أو الفوسفور الكلي ضمن المعلمات التي يمكن أن تعالجها MBBR مباشرةً؛ حيث يجب التخطيط للمعالجة الكيميائية لهذه المعالجات. ومع ذلك، مع MBBR، يمكن تخفيض قيم الفوسفور المؤثر النموذجي (على سبيل المثال 5-10 ملغم/لتر فوسفور) إلى أقل من 1-2 ملغم/لتر مع الدعم الكيميائي، وهو عمومًا عند هذا المستوى في المعايير التركية والاتحاد الأوروبي.

المواد الصلبة العالقة (SS) والمواد الصلبة المستقرة: يقوم مفاعل MBBR بالتقاط معظم المواد الصلبة العالقة مع تأثير محاصرة الغشاء الحيوي الرقيق أو يستهلك الأجزاء العضوية بيولوجياً، ولكنه لا ينتج مياه نقية تماماً. تحدث عملية الإزالة الرئيسية للمواد الصلبة العالقة عن طريق الترسيب الثانوي أو الترشيح كما هو مذكور أعلاه. لذلك، بدلًا من معلمة "إزالة المواد الصلبة العالقة" المباشرة في MBBR، يمكننا التحدث عن تثبيت المواد الصلبة العالقة. يتم تكسير الجسيمات الملتصقة بسطح الغشاء الحيوي الرقيق جزئياً بواسطة الخلايا الميكروبية هناك. وبالإضافة إلى ذلك، يتم دعم التلبد في البيئة المختلطة في MBBR: يمكن أن تتحد الأجزاء المتكسرة من الغشاء الحيوي الرقيق مع المواد المضافة الأخرى في مياه الصرف الصحي وتشكل كتل أكبر، مما يسهل الاحتفاظ بها في الترسيب النهائي. لذلك، تلعب عملية MBBR دورًا داعمًا في تقليل إجمالي المواد الصلبة العالقة. في الممارسة العملية، يتم استقلاب جزء كبير من المواد الصلبة العالقة العالقة القادمة بعد المعالجة الأولية إما في الترسيب الأولي أو في المفاعلات البيولوجية، ويتم أخذ الجزء المتبقي كحمأة النفايات السائلة. وباختصار، يمكن التحكم في الملوثات الفيزيائية مثل التعكر والحمأة والرواسب إلى حد كبير بواسطة نظام MBBR، ولكن إزالتها النهائية تعتمد على مرحلة الفصل الفيزيائي.

الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض: أثناء المعالجة البيولوجية، تنخفض بعض الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض (مثل البكتيريا القولونية) بسبب المنافسة الطبيعية والتعرض للبيئة الخارجية. لا يوجد بشكل عام أي تعرض لأشعة الشمس فوق البنفسجية في أحواض MBBR (إنه نظام مغلق)، ولكن يمكن العثور على البروتوزوا والكائنات المفترسة الأخرى في النظام البيئي للأغشية الحيوية وتصطاد البكتيريا المسببة للأمراض. وبهذه الطريقة، تنخفض البكتيريا المؤشرية في مياه الصرف الصحي المنزلية إلى حد ما بعد المعالجة البيولوجية (على سبيل المثال، يمكن ملاحظة انخفاض 1-2 لوغاريتم في القولونيات). ومع ذلك، عند النظر إليها من حيث معايير التصريف، فإن MBBR ليست عملية تطهير. وبعبارة أخرى، لا تؤخذ إزالة مسببات الأمراض كمعيار مستهدف، والتطهير مطلوب في القسم الأخير. ومع ذلك، فمن المعروف أنه قد يكون هناك تجزئة فيروسية أو مضادات بيولوجية في الغشاء الحيوي الرقيق، ويتم توفير بعض الكبح لمسببات الأمراض. هذا التأثير مفيد بشكل خاص في حالات مثل مياه الري، والتي لا تتطلب معايير ميكروبية منخفضة للغاية ولكنها تتطلب بعض المعالجة.

المواد العضوية وغير العضوية السامة: تعتبر MBBR أكثر مقاومة للملوثات السامة المحتملة من أنظمة الحمأة المنشطة. والسبب في ذلك هو أن مصفوفة الأغشية الحيوية الرقيقة توفر بيئة دقيقة تتحكم في الانتشار: حتى إذا أدى الحمل السام المفاجئ (مثل ارتفاع الفينول أو السيانيد أو المعادن الثقيلة) إلى قتل الطبقة الأولى من الخلايا على سطح الغشاء الحيوي الرقيق، فإنه يصل إلى الطبقات السفلية بطريقة محدودة، بحيث لا يتم تدمير كل الكتلة الحيوية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن امتصاص بعض المواد العضوية السامة في الغشاء الحيوي الرقيق وتتحلل بيولوجيًا بمرور الوقت. يمكن أن تتحلل الملوثات مثل الفينولات والفورمالديهايد والسيانيد في أنظمة MBBR مع التكيف المناسب (بالطبع حتى القيم الحدية؛ قد تكون هناك حاجة إلى جرعات عالية جدًا من المعالجة الكيميائية المنفصلة). المعادن الثقيلة (مثل الكروم والنيكل والزنك والرصاص) لا يمكن تدميرها بيولوجيًا، ولكن يمكن الاحتفاظ بها جزئيًا في الأغشية الحيوية وإزالتها من النظام مع الحمأة. على سبيل المثال، في تحليل حمأة النفايات من MBBR، يمكن ملاحظة أن بعض المعادن بتركيزات أعلى من المدخلات - وهذا تأثير تراكم وليس تأثير معالجة الغشاء الحيوي الرقيق. سيظل هذا يقلل من تركيز المعادن في الماء إلى حد ما (يمكن أن تندمج في الكتلة الحيوية، خاصة في شكل رواسب هيدروكسيدية). لا تُعد المعادن والمواد الكيميائية السامة هدفًا من بين معلمات MBBR، ولكن عند معالجة المياه المحملة بهذه الملوثات، يتم تصميم النظام مع العلم أن MBBR لديه متانة وبعض الاحتفاظ. إذا لزم الأمر، يتم التخطيط للمعالجة الكيميائية (مثل الأكسدة) قبل MBBR أو خطوات التلميع (الكربون المنشط، التبادل الأيوني) بعد MBBR.

معلمات أخرى: تساهم عملية MBBR أيضًا بشكل غير مباشر في إزالة الروائح الكريهة من المياه؛ حيث تتأكسد المركبات ذات الرائحة مثل كبريتيد الهيدروجين في بيئة هوائية. تنخفض معلمة اللون إذا كانت المادة الملونة قابلة للتحلل الحيوي (على سبيل المثال، تتحلل الأصباغ الطبيعية التي تعطي اللون في مياه الصرف الصحي للأغذية). ومع ذلك، لا يمكن إزالة العناصر الملونة المقاومة مثل أصباغ المنسوجات بالكامل باستخدام MBBR، بل يمكن تقليل بعضها فقط عن طريق الامتزاز والتحلل الحيوي. لا تتغير معاملات الملوحة غير العضوية مثل الكلوريد والكبريتات والموصلية مع MBBR (حتى إذا تمت إضافة مواد كيميائية كمغذيات، فقد يأتي بعض حمل الموصلية إلى الماء). لذلك، لا يزيل MBBR المواد الصلبة الذائبة (الملح المذاب).

وباختصار، تكمن قوة MBBR في أنها توفر كفاءة عالية في جميع معايير التلوث التي يمكن إزالتها عن طريق الأكسدة البيولوجية. وتعد إزالة المواد العضوية وإزالة النيتروجين أهم هذه العوامل. تتم إزالة الفوسفور بدعم كيميائي؛ والتطهير المنفصل مطلوب لإزالة مسببات الأمراض. في الملوثات الصعبة، تعمل MBBR بمثابة "العمود الفقري" البيولوجي للعملية ويتم دعمها بالطرق التقليدية عند الحاجة. وبهذه الطريقة، يصبح من الممكن الوصول إلى حدود معلمات التصريف في كل من التشريعات البيئية الأوروبية والتركية.

حدود التصريف وفقًا للتشريعات التركية وتشريعات الاتحاد الأوروبي

عند تصميم وتشغيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تكون معايير جودة البيئة التي سيتم تصريف المياه المعالجة فيها حاسمة. تختلف معايير التصريف في تركيا والاتحاد الأوروبي باختلاف البيئة أو البيئة المتلقية التي سيتم تصريف المياه فيها. بشكل عام، تنطبق السيناريوهات التالية:

التصريف إلى المجاري (التصريف إلى مرفق البنية التحتية لمياه الصرف الصحي): هي الحالة التي يتم فيها تصريف مياه الصرف الصحي الخام، التي خضعت لمعالجة مسبقة قبل محطة المعالجة أو يتم تصريفها مباشرة في شبكة الصرف الصحي بالمدينة. على سبيل المثال، إذا قام أحد المصانع بتفريغ مياه الصرف الصحي الخاصة به إلى شبكة الصرف الصحي البلدية بعد معالجة مسبقة بسيطة داخل نظامه الخاص، فيجب أن يتوافق مع معايير تصريف القناة التي تحددها البلدية. في تركيا، لدى إدارات المياه مثل İSKİ و ASKİ لوائح تنظيمية حول هذا الموضوع وتحدد بشكل عام حدود المعلمات بناءً على لائحة التحكم في تلوث المياه (SKKY). الحدود النموذجية:

الأس الهيدروجيني: يجب أن يكون بين 6 - 10 (أو 6 - 12، قد يكون مرناً في بعض المناطق). يجب ألا تتسبب المياه شديدة الحموضة/الأساسية في تلف الشبكة.

درجة الحرارة: بشكل عام، يتم تعيين حد أقل من 40-45 درجة مئوية (على سبيل المثال، تنظيم İSKİ بحد أقصى 50 درجة مئوية). يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تلف خطوط الأنابيب وعمليات المعالجة.

COD: يتراوح حد COD لمياه الصرف الصحي التي سيتم تصريفها في المجاري بشكل عام بين 500-1000 ملغم/لتر. إذا كان هناك بنية تحتية لمياه الصرف الصحي في إسطنبول ستتم معالجتها بالكامل، يتم تطبيق حد COD = 1000 ملغم/لتر؛ إذا كان نظاماً مع المعالجة المسبقة فقط + تصريف في أعماق البحر، فيجب أن يكون أقل (600 ملغم/لتر). يتم تعيين هذه الحدود بحيث لا تضر المياه ذات الأحمال العضوية العالية، البعيدة عن طابع مياه الصرف الصحي المنزلي، بالشبكة. بعد منشأة MBBR، لا يتجاوز COD عادةً 1000 مجم/لتر؛ لذلك، إذا كنت من أصحاب الصناعات التي سيتم توصيلها بمنشأة معالجة مركزية، يمكنك تلبية هذا المعيار بمخرج MBBR.

TSS (المواد الصلبة العالقة): من أجل منع دخول الحمأة الزائدة إلى نظام القناة، عادةً ما تكون قيمة TSS أقل من 300-400 ملغم/لتر. على سبيل المثال، هناك حد 500 مجم/لتر (للأنظمة المعالجة بالكامل) في İSKİ. مع الترسيب بعد MBBR، يمكن تحقيق ذلك بسهولة لأن TSS عادة ما تكون <30 مجم/لتر.

الزيوت والشحوم: تقتصر الزيوت والشحوم في المياه التي يتم تصريفها إلى مياه الصرف الصحي بشكل عام على أقل من 50-150 ملغم/لتر (إذا كانت هناك معالجة كاملة في İSKİ، فهناك حد 150 ملغم/لتر، وإذا لم يكن هناك حد 50 ملغم/لتر). هذا لمنع انسداد الأنابيب والمشاكل في محطة المعالجة. يتم تقليل هذا الحد إلى مستوى لا يمكن تجاوزه باستخدام مصيدة الشحوم قبل MBBR أو عن طريق تكسير الزيوت بيولوجيًا في MBBR.

المواد السامة: إن معايير تصريف القناة للمعادن الثقيلة (Cr، Cd، Cd، Pb، Hg، Cu، Zn، Ni، إلخ)، والسيانيد، والفينولات، والسموم العضوية صارمة للغاية - عادةً ما يتم تحديد الحدود عند ملغم/لتر أو أقل (على سبيل المثال إجمالي السيانيد <1-2 ملغم/لتر، إجمالي الكروم <5 ملغم/لتر، الزئبق <0.2 ملغم/لتر حسب قيم الجدول 1). يتم تقييد هذه المواد لأنها يمكن أن تلحق الضرر بمحطة معالجة مياه الصرف الصحي المركزية أو تؤدي إلى تدهور جودة الحمأة النهائية. على الرغم من أن عملية MBBR يمكن أن تقلل من العديد من المواد العضوية السامة بخلاف المعادن الثقيلة (مثل الفينولات)، إلا أن هذه الحدود تتطلب عمومًا معالجة صناعية مسبقة. لذلك إذا كانت هذه المعلمات عالية عند مخرج MBBR الخاص بك، فقد تكون المعالجة الإضافية ضرورية.

التدفق ومقياس التدفق: بالإضافة إلى ذلك، يجب ألا تتجاوز كل منشأة متصلة بشبكة الصرف الصحي معدل تدفق معين ويجب أن يكون لديها مقياس تدفق. على الرغم من أن هذا ليس "معيارًا"، إلا أنه شرط تنظيمي. إذا تم تجاوز الحدود المحددة، فقد تكون هناك عقوبات جزائية.

تعليق: تهدف معايير التصريف إلى المجاري إلى المجاري إلى حماية البنية التحتية والمرافق المركزية بدلاً من حماية المتلقي النهائي. عادةً ما تقوم المحطات التي تستخدم MBBR كمعالجة مسبقة وتصريف المياه إلى المجاري بتشغيل MBBR لتلبية معايير المواد العضوية ومعادلة القاعدة الحمضية، مثل تقليل COD من 2000 مجم/لتر إلى أقل من 500 مجم/لتر أو ضبط الأس الهيدروجيني. تتشابه هذه الحدود في دول الاتحاد الأوروبي، حيث تضع كل مدينة لوائح توصيل المجاري الخاصة بها. في الاتحاد الأوروبي، يتم تنظيم معايير التصريف للبنية التحتية لمياه الصرف الصحي بشكل عام من خلال التشريعات الوطنية وتشمل مجموعات مماثلة من المعايير.

التصريف إلى البيئة المستقبلة (النهر أو البحيرة أو البحر أو بيئة التربة): في حالة تصريف مياه الصرف الصحي المعالجة إلى بيئة مائية طبيعية (أو إلى قناة تؤدي بشكل غير مباشر إلى هذه البيئة)، يتم تطبيق حدود التصريف البيئي. في تركيا، توفر لائحة التحكم في تلوث المياه (WPL) ولائحة معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية إطار عمل بشأن هذه المسألة. في الاتحاد الأوروبي، يتم اتخاذ التوجيه 91/271/EC الخاص بمياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية والتشريعات الوطنية للدول الأعضاء كأساس. وفيما يلي حدود البارامترات الرئيسية:

BOD₅ (20 درجة مئوية): بصفة عامة، يتم تطبيق حد 25-30 ملغم/لتر على BOD₅ الذي يتم تصريفه إلى البيئة المستقبلة. ينص توجيه الاتحاد الأوروبي على 25 مجم/لتر (وكفاءة معالجة تتراوح بين 70-90%) لمياه الصرف الصحي البلدية التي تبلغ 10,000 شخص وما فوق. في تركيا، يتم استخدام قيمة حدية تبلغ 25 أو 30 ملغم/لتر بشكل عام (خاصة 25 ملغم/لتر للمنشآت الكبيرة). قد تكون هناك مرونة في المنشآت ذات معدلات التدفق الصغيرة، ولكن يجب أن يكون الهدف في التصميم دائمًا ≤25 مجم/لتر. مع MBBR، يمكن تحقيق BOD₅ = <20 ملغم/لتر بسهولة، لذلك لا يمثل هذا المعيار مشكلة.

COD: معيار الاتحاد الأوروبي هو 125 مجم/لتر (وتخفيض بنسبة 75%). في تركيا، تم اعتماد حد 125 مجم/لتر للتصريفات البلدية في تركيا. في بعض البلدان، قد يتراوح بين 120-150 ملجم/لتر. قد تكون هناك أيضًا حدود أقل خاصة بقطاعات محددة للتصريفات الصناعية الكبيرة (على سبيل المثال، COD 250 ملغم/لتر لبعض القطاعات في SKKY). ومع ذلك، فإن COD < 100 ملغم/لتر مستهدف للتصميم الآمن. مع MBBR، يمكن بسهولة تحقيق أقل من 80-100 ملغم/لتر من COD في ظل ظروف تشغيل جيدة.

TSS (إجمالي المواد الصلبة العالقة): الحد النموذجي للمواد الصلبة العالقة في تصريفات بيئة الاستقبال هو 35 مجم/لتر (معيار الاتحاد الأوروبي)، وفي تركيا تم تحديده بـ 30 مجم/لتر في بعض اللوائح. وبعبارة أخرى، فإن أكثر من 30 مجم/لتر من المواد الصلبة العالقة غير مرغوب فيه في المياه النقية. مع الترسيب/الترشيح الثاني الجيد، يمكن الاحتفاظ بالمواد الصلبة العالقة في حدود 5-20 ملغم/لتر تقريبًا عند مخرج MBBR. لذلك، هذا أيضًا معيار يمكن تحقيقه.

إجمالي النيتروجين (TN) والأمونيوم: تدخل هذه المعايير حيز التنفيذ وفقًا لحساسية المستقبلات وحجم المنشأة. وفقًا للائحة الاتحاد الأوروبي، في المرافق البلدية الكبيرة التي يتم تصريفها إلى المناطق الحساسة (مثل البحيرة، سد مياه الشرب، الخليج المغلق)، هناك شرط لمتوسط سنوي لإجمالي النيتروجين الكلي يبلغ 10 ملغم/لتر (أو إزالة 70-80% على الأقل) (مرونة مثل 10 ملغم/لتر لأكثر من 100,000 شخص و15 ملغم/لتر لما بين 10,000-100,000 شخص). يتم تطبيق حدود مماثلة في تركيا إذا كانت البيئة المستقبلة "حساسة من حيث النترات"؛ في بعض الحالات، يمكن أيضًا تحديد حدود فردية لـ NH4-N وNO3-N في SKKY. على سبيل المثال، من المتوقع عمومًا أن يتم تخفيض NH4-N إلى مستوى 2-5 ملغم/لتر (خاصة إذا تم تصريفه في مجرى مائي به حياة سمكية). يمكن التقاط NH4-N < 5 مجم/لتر بسهولة عن طريق إضافة مرحلة النترجة إلى تصميم MBBR؛ بالنسبة للنيتروجين الكلي، يتم استهداف TN < 10-15 مجم/لتر مع مرحلة عدم الأكسدة. في التصريفات الصناعية، يتم طلب حد TN وفقًا لميل المياه المستقبلة إلى التخثث.

إجمالي الفوسفور (TP): ومرة أخرى، في البيئات المتلقية الحساسة (خاصة البحيرات والمياه الراكدة)، يشترط أن يتراوح الحد الإجمالي للفوسفور بين 1-2 ملغم/لتر في الاتحاد الأوروبي (1 ملغم/لتر لأكثر من 100 ألف شخص، و2 ملغم/لتر للبيئات الأصغر). وبالمثل، في التشريعات التركية، إذا كانت البيئة المتلقية حساسة للتخثث، يتم تعيين حد أقل من 2 ملغم/لتر، وإذا كانت حساسة للغاية، 1 ملغم/لتر أو حتى 0.5 ملغم/لتر (حالات خاصة: على سبيل المثال، المناطق المحمية). يمكن تحقيق ذلك بالدعم الكيميائي في منشأة MBBR. مع جرعة كيميائية كافية ويفضل الترشيح، يمكن التقاط حتى أقل من 1 ملغم/لتر. في البيئات المتلقية القياسية (مع التدفق مثل الأنهار والبحار)، يتم الاحتفاظ بالـ TP بشكل عام بمرونة عند 3-5 ملغم/لتر، ولكن تحدد اللائحة القرار النهائي في تصاريح التصريف. لا يتم التحكم في هذا المعيار من خلال MBBR نفسه ولكن من خلال العملية الكيميائية المتكاملة.

معلمات أخرى: من الإلزامي إبقاء الأس الهيدروجيني بين 6-9 (في كل من الاتحاد الأوروبي و TR) عند التصريف إلى البيئة المستقبلة. من المتوقع أن تكون درجة الحرارة بشكل عام أقل من 30-35 درجة مئوية حتى لا تسخن درجة حرارة المياه المستقبلة. يجب أن تكون نسبة الزيت والشحوم بشكل عام <10-20 ملجم/لتر في البيئة المستقبلة (حتى لا تشكل طبقة على سطح الماء). تصريف MBBR عادة ما يكون هذا <10 مجم/لتر. يمكن إعطاء حدود محددة لإجمالي نيتروجين كيلداهل (TKN) و NH4-N: على سبيل المثال، في تصريف مياه الصرف الصحي المنزلية إلى مكان لا توجد فيه مياه صرف صحي في SKKY، NH4-N <10 ملغم/لتر، وTKN <15 ملغم/لتر. إذا كان هناك نترات مع MBBR، يتم ضمان ذلك لأن معظم TKN ~ NH4-N سيكون قد تحول بالفعل إلى نترات. قد تكون هناك قيود مثل <0.5 ملجم/لتر من الكلور الحر في تصريف الكلور والمنتجات الثانوية المطهرة (لأن الكلور سام للأسماك). لذلك، يتم إجراء معادلة الكلور عند تصريف المياه المطهرة بالكلور إلى الطبيعة.

المعادن الثقيلة والمواد السامة: هناك جداول قطاعية في SKKY للمنشآت الصناعية التي تصرف مباشرة إلى البيئة المستقبلة. فعلى سبيل المثال، إذا كانت منشأة لصباغة المنسوجات ستقوم بتصريف المياه المعالجة إلى مجرى مائي، فينبغي أن تمتثل لحدود خاصة مثل COD < 200 ملغم/لتر، والكلور النشط < 0.2 ملغم/لتر، و AOX < 1 ملغم/لتر، وما إلى ذلك وفقاً للجدول 8-11 في SKKY. بشكل عام، هناك حدود خاصة لكل قطاع (لكل ملوث) في التصريفات غير المنزلية. تلعب عملية MBBR دورًا مهمًا في الوصول إلى هذه الحدود؛ إذا لزم الأمر، يتم الحفاظ على القيم من خلال دعم المعالجات الكيميائية. على سبيل المثال، هناك حد لـ Cr+6 < 0.1 ملغم/لتر في المياه المعالجة لقطاع الطلاء بالكروم، ويتم تحقيق ذلك عن طريق الاختزال الكيميائي وليس البيولوجي، وتتولى عملية MBBR الجزء العضوي هنا.

تعليق : حدود التصريف إلى البيئة المستقبلة صارمة للغاية لأنها تهدف إلى حماية البيئة. في الاتحاد الأوروبي، تحقق معظم محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية قيمًا مثل BOD₅ ~ 5-15 ملغم/لتر، COD ~ 30-60 ملغم/لتر، TSS <20 ملغم/لتر، TN ~ 5-10 ملغم/لتر، TP ~ 1 ملغم/لتر في منافذها، وهي أقل من الحدود التنظيمية. تم تصميم المنشآت المنشأة حديثًا في تركيا بأهداف مماثلة. تعتبر MBBR عملية مناسبة لتحقيق هذه الأهداف. وفي نطاق لائحة معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية على وجه الخصوص، تحصل المنشآت التي تستخدم MBBR على تصاريح تصريف من خلال دمج النترجة/إزالة النتروجين وإزالة الفوسفور إذا لزم الأمر. والوضع مماثل في المنشآت الصناعية التي يتم تصريفها إلى البيئة المستقبلة؛ إذا كان هناك معلمة لا تناسبها MBBR (على سبيل المثال، المعادن الثقيلة)، تتم إضافة وحدة خاصة لتلك المعلمة، وتتم إدارة المعلمات المتبقية مثل BOD-COD- النيتروجين مع MBBR.

التصريف في المياه الجوفية/الترشيح وإعادة الاستخدام: في بعض الحالات الخاصة، قد تخضع المياه المعالجة للتصريف غير المباشر من خلال الترشيح أو إعادة الاستخدام في الأرض بدلاً من تصريفها مباشرة في بيئة المياه السطحية. على سبيل المثال، قد ترغب المنشأة في حقن المياه المعالجة في الأرض من خلال الآبار العميقة أو قد ترغب في إطلاقها في الأرض للري. في هذه السيناريوهات، يلزم وجود جودة أكثر صرامة:

الارتشاح/تصريف المياه الجوفية: من أجل حماية موارد المياه الجوفية، فإن جودة مياه الشرب تقريباً مطلوبة. وعادةً ما يتم وضع معايير مثل BOD₅ < 10 ملغم/لتر، AKM < 5 ملغم/لتر، الأمونيوم < 1-2 ملغم/لتر، النترات < 50 ملغم/لتر (حد مياه الشرب)، مجموع القولونيات 0/100 مل (أي يجب أن يكون التطهير كاملاً). في تركيا، يُحظر هذا التصريف المباشر تحت الأرض بشكل عام أو يخضع لتصاريح صارمة للغاية لأن خطر التلوث كبير. على الرغم من أن MBBR يوفر هذا المستوى من التنقية (مستوى 99%)، إلا أن التنقية المتقدمة مثل التناضح العكسي عادة ما تكون مطلوبة لأغراض السلامة في هذا السيناريو.

معيار الري/إعادة الاستخدام: إذا كانت المياه المعالجة ستستخدم كمياه ري في الزراعة أو كمياه معالجة في الصناعة، فيجب أن تتوافق مع معايير الاستخدام ذات الصلة. على سبيل المثال، قد تكون هناك حدود مثل BOD₅ < 20 ملغم/لتر، AKM < 30 ملغم/لتر، E. coli < 1000 CFU/100 مل مع التطهير في جودة مياه الري. يتم تطوير لوائح منفصلة في الاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بإعادة استخدام المياه (مثل لائحة الاتحاد الأوروبي 2020/741). يمكن تحقيق هذه المعايير بشكل عام عن طريق إضافة الترشيح والتطهير إلى مخرج MBBR.

التصريف البحري (البحر العميق): إذا كان سيتم تصريف مياه الصرف الصحي مباشرة عن طريق التصريف في أعماق البحار (خاصة إلى نقاط عميقة بعيدة عن الشاطئ)، يمكن منح المرونة في بعض المعايير (حيث أن هناك تخفيف سريع في البحر). ومع ذلك، فإن التصريفات القريبة من الشاطئ تكون ضيقة أيضاً مثل المياه السطحية. في تركيا، تخضع المنشآت التي ستقوم بالتصريف في أعماق البحار لشروط خاصة في SKKY وفقًا لقيمة نسبة التخفيف الأولية (S1). على سبيل المثال، إذا كانت S1 > 40، فقد يُسمح بقيم مخرج أعلى لنسبة التخفيف الأولي (S1) وTSS (مثل BOD 40 ملغم/لتر). ومع ذلك، في الممارسة العملية، حتى المرافق البلدية ذات التصريفات البحرية الكبيرة تستهدف معيار 25 مجم/لتر من BOD.

تعليق: سيناريوهات المياه الجوفية والتصريف الأرضي هي حالات أكثر حذرًا. لا تكفي MBBR وحدها للوصول بالمياه إلى جودة مياه الشرب، ولكن في مثل هذه المشاريع يتم استخدام MBBR كمعالجة مسبقة، ثم يتم تحقيق الجودة المطلوبة بتقنيات متقدمة مثل الترشيح الغشائي والتطهير. والغرض من MBBR هو تقليل الحمل العضوي والمغذيات قبل هذه التقنيات المتقدمة وتسهيل مهمتها.

مقارنة بين تركيا والاتحاد الأوروبي: بشكل عام، تتضمن التشريعات البيئية في تركيا قيمًا قريبة من معايير الاتحاد الأوروبي. إن لائحة معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية موازية لتوجيه الاتحاد الأوروبي 91/271. النقاط التي قد توجد فيها اختلافات هي في بعض المعايير الخاصة بالصناعة أو التفاوتات الممنوحة للمنشآت الصغيرة. على سبيل المثال، في حين يمكن تحديد حد 30 ملغم/لتر من حمض BOD للمنشآت البلدية التي يتراوح عدد سكانها بين 2000 و10000 نسمة في تركيا، فإن 25 ملغم/لتر مطلوب بشكل عام لأكثر من 2000 نسمة في الاتحاد الأوروبي. وبالمثل، كانت هناك حالات تم فيها أخذ 35 ملغم/لتر بدلًا من 30 ملغم/لتر لمياه الصرف الصحي في تركيا. ومع ذلك، فيما يتعلق بالتصميم الآمن، فإن استهداف قيم BOD₅=25، COD=125، AKM=30، TN=10، TP=1 ملجم/لتر في مشروع معالجة MBBR سيضمن المواءمة القانونية في كل من تركيا والاتحاد الأوروبي. يجب على المنشآت الصناعية التحقق من الحدود القطاعية الخاصة بها من SKKY؛ في دول الاتحاد الأوروبي، يوفر توجيه الانبعاثات الصناعية وأطر عمل BREF القطاعية إرشادات - مطلوب مزيد من المعالجة بشكل عام.

يلخص الجدول التالي معايير التصريف النموذجية للاتحاد الأوروبي ومعايير التصريف النموذجية لمياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية:

الجدول: معايير المخارج النموذجية لتصريف مياه الصرف الصحي البلدية في الاتحاد الأوروبي وتركيا. القيم معطاة للمناطق الحساسة. وتضع توجيهات الاتحاد الأوروبي أيضاً شروطاً للإزالة بنسبة مئوية، والتشريعات التركية موازية.

** ملحوظة: يختلف معيار القولونيات وفقًا لفئة البيئة المستقبلة؛ فهو ليس معيارًا إلزاميًا عند مخرج معالجة مياه الصرف الصحي ولكنه معيار جودة للمياه المستقبلة.*

وبالإضافة إلى القيم المذكورة أعلاه، ترد حدود بارامترات إضافية (المعادن والمواد السامة) على أساس قطاعي في الجدول 5-20 من المرفق 1 من المرفق SKKY-1. على سبيل المثال، AOX (الهالوجينات العضوية القابلة للامتصاص) <1 ملغم/لتر للمنسوجات، والكبريت <1 ملغم/لتر للجلود، والزيت الكلي <5 ملغم/لتر لمصافي النفط. على الرغم من أنه لا يمكن سرد هذه الحالات الخاصة واحدة تلو الأخرى هنا، إلا أنه يجب أن يوضع في الاعتبار أن هذه المعايير يجب أن تؤخذ في الاعتبار أيضًا في تصميم المعالجة الصناعية التي تتضمن عملية MBBR، وإذا لزم الأمر، يجب وضع وحدات مثل المعالجة الكيميائية والترشيح بجانب MBBR.

ونتيجة لذلك، تنص التشريعات المعمول بها في كل من تركيا والاتحاد الأوروبي على قيم التصريف التي يمكن تحقيقها باستخدام تقنية MBBR الحالية. والشيء المهم هو تحديد سيناريو التفريغ الصالح أثناء مرحلة التصميم وتخطيط نظام MBBR والوحدات المساعدة لتلبية تلك الأهداف.

البارامترات الأساسية المستخدمة في تصميم نظام MBBR

يعتمد تصميم نظام معالجة MBBR على بعض المعلمات الرئيسية، سواء من حيث حجم المفاعل أو الأداء التشغيلي. وتحدد هذه البارامترات معدلات التفاعل الكيميائي الحيوي، وكمية الناقلات المطلوبة والسلوك العام للنظام. يلخص الجدول التالي البارامترات الرئيسية وقيمها النموذجية المهمة في تصميم MBBR:

الجدول: بعض المعلمات المهمة ونطاقات القيم النموذجية في تصميم MBBR. يتم تحسين هذه المعلمات وفقًا لخصائص كل محطة. على سبيل المثال، قد تأخذ محطة في مناخ شديد البرودة درجة حرارة التصميم 10 درجات مئوية وتمدد فترة اختبار القدرة على التحمل؛ بينما قد تحافظ محطة أخرى على تحميل السطح منخفضًا وتضيف المزيد من الناقلات وفقًا لمياه الصرف الصناعي عالية التركيز. في عملية التصميم، عادةً ما يتم حساب إجمالي سطح الناقل المطلوب باستخدام البيانات الحركية من الأدبيات (مثل حمولة BOD أو NH₄ التي يمكن إزالتها لكل وحدة مساحة سطح عند درجة حرارة معينة)، ثم يتم تحديد حجم الناقل الذي سيوفر مساحة السطح هذه وحجم المفاعل وفقًا لذلك. بعد ذلك، يتم التحقق من الطلب على الأكسجين وتوازن المغذيات (على سبيل المثال، هل هناك مصدر كربون كافٍ لنزع النتروجين؟). المعلمات المذكورة أعلاه مترابطة؛ على سبيل المثال، إذا تم إعطاء حمولة عضوية عالية، فيجب توفير مساحة سطح عالية (المزيد من الوسائط و/أو فترة زمنية أطول للوسائط و/أو فترة زمنية أطول للخصوبة) وفقًا لذلك. بفضل مرونة MBBR، يمكن للمصممين مراجعة المعلمات حسب الضرورة وتحقيق جودة النفايات السائلة المطلوبة. على سبيل المثال، إذا أصبحت المنشأة الحالية غير كافية، يمكن تحقيق قدرة معالجة إضافية عن طريق زيادة معدل إشغال الناقل من 50% إلى 60% (أي إضافة بعض الوسائط).

نقاط يجب مراعاتها في التصميم

خلال مرحلة تصميم عملية MBBR، يجب الانتباه إلى القضايا الهندسية العملية بالإضافة إلى المعايير النظرية. وفيما يلي النقاط الحاسمة التي يجب مراعاتها في التصميم:

التصميم الهيدروليكي والخلط: من المهم جدًا عدم وجود مناطق ميتة في مفاعلات MBBR. ولكي تدور الناقلات في جميع أنحاء الحجم، يجب أن يكون تصميم التهوية و/أو الخلاط متجانسًا. يتم اختيار هندسة الخزان وفقًا لذلك في التصميم (زوايا مستديرة لمنع تراكم الوسائط في الزوايا، وألواح التدفق الموجه، وما إلى ذلك). وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن توفر موزعات المدخل والمخرج توزيعًا موحدًا للتدفق؛ ويجب ألا تتسبب في حدوث تيار دائرة قصر مفاجئة تتسبب في خروج الوسائط من منطقة ما. إذا تم تصميم مفاعل تدفق أفقي، يمكن وضع حواجز بحيث لا تدفع مياه المدخل الوسائط في الحجرة الأولى وتتراكم على شبكة المخرج. يجب أن يتم حساب قوة معدات الخلط (الناشر، الخلاط) لتعليق الوسائط (على سبيل المثال، يجب أن يكون خلاط الخزان الأنوكسي من النوع الذي سيتم تعليق الوسائط فيه). نظرًا لأن الخلط المفرط سوف يتسبب في تآكل الوسائط، يتم اختيار تحميل الطاقة المثلى (W/m³) وفقًا لقيم الأدبيات.

الوسائط الحاملة وتصميم الشاشة: عند اختيار الناقل، يجب مراعاة ليس فقط مساحة السطح ولكن أيضًا قوة المادة والميل إلى الانسداد ومراجع الشركة المصنعة. يمكن أن تتآكل الوسائط بمرور الوقت عن طريق الاحتكاك أو الاصطدام ببعضها البعض؛ المنتجات عالية الجودة لها عمر طويل (يمكن استخدامها لأكثر من 20 عامًا). يجب أن يكون لتصميم الشاشة (شاشة الاحتفاظ) فتحة مناسبة لحجم الوسائط؛ ويجب ألا تتسبب في تسرب الوسائط أو تسبب انسدادًا. تعتبر الشاشات ذات الأسلاك الإسفينية مثالية لهذه المهمة؛ يمكن اختيار الفتحة بنسبة 80% من أصغر قطر للوسائط (على سبيل المثال فجوة 8 مم إذا كان قطر الوسائط 10 مم). يجب تصميم آليات الوصول والغسيل لتنظيف الشاشات. وإلا فقد تصبح مسدودة بالأغشية الحيوية الرقيقة والأوساخ بمرور الوقت وتمنع مرور التدفق. وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون الشاشة قوية ميكانيكيًا ضد الضغط الناتج عن الوسائط (مع تراكم الناقل، يتم إنشاء حمل على الشاشة، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار).

سعة نقل الأكسجين: عند تحجيم نظام التهوية، يجب على المصمم حساب الطلب على الأكسجين في مياه الصرف الصحي مع إجراء تصحيحات للبيئة الفعلية، مثل العامل ألفا. في مفاعلات الأغشية الحيوية الرقيقة، قد تكون كفاءة نقل الأكسجين في الموزعات أقل قليلاً من المياه النظيفة (ديناميكا مائية مختلفة بسبب الأغشية الحيوية الرقيقة). ولذلك، يجب اختيار سعة منفاخ التهوية مع الأخذ في الاعتبار الحمولة القصوى ودرجة الحرارة المنخفضة وعوامل التقادم المحتملة. كما أن توزيع المنافيخ والموزعات الزائدة عن الحاجة أمر بالغ الأهمية: حتى في حالة فشل أحد المنافيخ، يجب توفير كمية كافية من الأكسجين. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي مراعاة تدابير الضوضاء والاهتزاز (عزل الصوت، والتوصيلات المرنة) في التهوية، لأن معدلات تدفق الهواء العالية يمكن أن تخلق ضوضاء.

توازن القلوية والمغذيات: في التصميمات التي ستوفر إزالة عالية للنيتروجين، يجب فحص حالة القلوية في مياه الصرف الصحي المؤثرة. لأن عملية النترجة تستهلك قلوية كبيرة؛ إذا لم تكن هناك قلوية كافية، فقد ينخفض الرقم الهيدروجيني في المفاعل وقد تتوقف العملية. ولذلك، في مرحلة التصميم، يتم حساب أن هناك حاجة إلى حوالي 7 مجم من CaCO₃ من الكالسيوم القلوي مقابل 1 مجم من NH₄، وإذا لزم الأمر، تتم إضافة معدات الجرعات الكيميائية القلوية (الجير والصودا) إلى النظام. وبالمثل، يعد توازن مصدر الكربون مهمًا في الأنظمة ذات مرحلة نزع النتروجين: إذا لم يكن هناك ما يكفي من الكربون العضوي القابل للتحلل بسهولة في مياه الصرف الصحي (على سبيل المثال، مياه الصرف الصحي ذات نسبة C/N منخفضة)، يجب مراعاة جرعات مصدر الكربون الخارجي (نظام إضافة الميثانول والإيثانول وغيرها) في التصميم. يجب توضيح موقع هذه المعدات وسيناريوهات التحكم في الجرعات خلال مرحلة المشروع.

تصميم متعدد المراحل: يمكن زيادة أداء نظام MBBR باستخدام خزانات مرحلية بدلاً من خزان واحد. إذا لزم الأمر، يمكن للمصمم تقسيم العملية إلى 2 أو 3 مفاعلات MBBR متتالية (على سبيل المثال، المفاعل الأول لإزالة المواد العضوية عالية التحميل، والمفاعل الثاني لإزالة النترجة منخفضة التحميل). وهذا يوفر عملية أكثر استقرارًا من خلال تقسيم المساحة الكلية للسطح. عند النظر في التدريج، يجب وضع هياكل مناسبة لموازنة التدفق والتوزيع بين كل مرحلة (على سبيل المثال، شبكة وسيطة للاحتفاظ بالمواد الصلبة البيولوجية العالقة عند مخرج المفاعل الأول أو هيكل فصل بسيط بالجاذبية). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن اختيار نسب الملء للمراحل بشكل مختلف؛ ويمكن اتباع استراتيجيات مثل إعطاء ملء أقل قليلاً (40%) للمرحلة الأولى وملء أعلى (60%) للمرحلة الثانية في التصميم. يتم اتخاذ هذه القرارات وفقًا للكفاءات التي تم الحصول عليها من تطبيقات مماثلة في الأدبيات.

المرونة والنمطية: يجب ترك المرونة في التصميم مع مراعاة الزيادات المحتملة في الأحمال أو المعايير المستقبلية التي قد تتغير. نظرًا لأن أنظمة MBBR هي أنظمة معيارية، ينبغي النظر في إمكانية إضافة حجم المفاعل أو الناقلات. على سبيل المثال، إذا زاد معدل التدفق بنسبة 20% بعد 10 سنوات، يمكن وضع خطة الأرض لاستيعاب مفاعل MBBR إضافي. أو إذا أصبح معيار الإخراج أكثر صرامة بالنسبة للتولوين في المستقبل، يمكن ترك البنية التحتية (أنابيب الإرجاع، والمساحات الفارغة) المناسبة لإضافة قسم أنوكسي. لا ينبغي نسيان الخطوط الالتفافية في التصميم: يجب تخطيط الصمامات والخطوط التي يمكنها تعطيل مفاعل معين وتوجيه التدفق إلى مفاعل آخر في حالة الصيانة أو الفشل.

اختيارات المواد والتآكل: عادةً ما تكون مفاعلات الأغشية الحيوية بيئات ذات محتوى عالٍ من الأكسجين وفي بعض المناطق ذات رطوبة عالية. ولذلك، ينبغي النظر في حماية الخزانات الخرسانية بطبقات مناسبة (خاصةً في الأقسام فوق الماء)؛ وينبغي تفضيل مواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والبلاستيك المقوى بالفلور للمعدات المعدنية. إن اختيار مواد مقاومة للتآكل (SS316 أو 304 المقاوم للصدأ والبلاستيك) لأجزاء مثل الشبكات والمسامير سيطيل من عمر الخزان. نظرًا لأن رطوبة الهواء في غرف المنافيخ يمكن أن تكون عالية، يجب تصميم التهوية والتبريد للمعدات. وبالإضافة إلى ذلك، إذا كانت هناك جرعات كيميائية (على سبيل المثال حمض/قلوي للتحكم في الأس الهيدروجيني، كلوريد الحديد لإزالة الفوسفور)، يجب أن تكون المواد في المناطق التي ستتلامس فيها مقاومة للتأثيرات الكيميائية (أنابيب PVC/HDPE، وموانع التسرب المطاطية، إلخ).

سهولة التشغيل والتحكم: يجب أيضًا مراعاة قابلية تشغيل النظام أثناء مرحلة التصميم. على سبيل المثال، يجب التخطيط لغرف التفتيش وفتحات الوصول لوضع الوسائط الحاملة في المفاعل وإزالتها عند الضرورة (شبكة التقاط الوسائط أو صمام التفريغ إذا لزم الأمر). يجب أن تكون مواقع أجهزة الاستشعار في المواقع التي يمكن إجراء الصيانة فيها (على سبيل المثال سهولة تنظيف مسبار DO). تؤخذ حدود الإنذار والحاجة إلى قياسات زائدة عن الحاجة في الاعتبار عند تصميم نظام الأتمتة (يتم التخطيط لأجهزة استشعار متعددة أو عمليات تحقق مختبرية متعددة لمعامل حرج). كل هذه التفاصيل، على الرغم من أنها قد تبدو ثانوية على الورق، إلا أنها توفر راحة كبيرة في التشغيل الحقيقي ويجب أن يدرجها المصمم في المشروع.

المشاكل التي قد تواجهها أثناء التشغيل (استكشاف الأخطاء وإصلاحها)

أنظمة MBBR مستقرة بشكل عام مع التصميم والتشغيل المناسبين. ومع ذلك فإن بعض مشاكل التشغيل النموذجية التي يمكن مواجهتها في الميدان تشمل:

هروب الوسائط الناقلة أو تلفها: واحدة من أكثر المشاكل شيوعًا هي هروب الوسائط الناقلة للغشاء الحيوي الرقيق من المفاعل لأسباب مختلفة. ونتيجة لفشل أو كسر أو تركيب غير صحيح للشاشات، يمكن أن تنجرف الوسائط إلى الترسيب الثانوي أو حتى تذهب إلى التفريغ. وهذا يقلل من قدرة المعالجة (فقدان مساحة السطح) ويمكن أن يؤدي إلى تلف المعدات الميكانيكية (المضخة والصمام). إذا لوحظ وجود ناقل على سطح الترسيب الثانوي أو في محطة المضخة أثناء التشغيل، يجب إيقاف النظام على الفور، ويجب إعادة الوسائط المفقودة إلى المفاعل وإصلاح الغربال. وبالإضافة إلى ذلك، قد ينخفض طفو الوسائط بمرور الوقت (قد تصبح ثقيلة وممتلئة بالحمأة)، وفي هذه الحالة ستغرق بعض الوسائط إلى القاع وتتوقف عن الدوران. وهذا يؤدي إلى فقدان السطح الفعال. وكحل، يتم توفير الهواء بشكل دوري للتأكد من أن الوسائط تنظف نفسها بنفسها أو يتم إيقاف النظام وإخراج الوسائط وغسلها.

فرط نمو الغشاء الحيوي الرقيق وانسداده: إذا كان التحميل أقل من المتوقع أو كان ملء الناقل مرتفعًا جدًا، فقد تصبح طبقة الأغشية الحيوية الرقيقة سميكة للغاية في الوسائط. قد يؤدي الغشاء الحيوي الرقيق السميك إلى تقييد الانتشار وقد تصبح الأجزاء الداخلية لا هوائية. في هذه الحالة، قد تندمج الوسائط وتتكتل (قد تقوم الكتلة الحيوية اللزجة بتعبئة الوسائط) ويضعف الدوران الحر في المفاعل. بالإضافة إلى ذلك، قد تبدأ الشاشات والناشرات في الانسداد بالكتلة الحيوية. وفي مثل هذه الحالة، يجب على المشغل زيادة التهوية مؤقتًا أو زيادة الخلط الميكانيكي لتفتيت بعض الأغشية الحيوية الرقيقة (يتم التخلص من الأغشية الحيوية الرقيقة الزائدة بقوة قص عالية). تقوم بعض الشركات بإجراء عملية التخلص من الغشاء الحيوي الرقيق تحت السيطرة تسمى "التخلص من الغشاء الحيوي الرقيق" على فترات زمنية معينة على أساس مخطط له (على سبيل المثال، مرة واحدة في الشهر، زيادة إمدادات الهواء إلى 150% لفترة قصيرة ثم الصدمة). مؤشر آخر على فرط نمو الأغشية الحيوية الرقيقة هو الزيادة في قيمة AKM المخرج (وهذا يعني أن الكثير من الكتلة الحيوية تتكسر وتخلق حمولة في الترسيب). في هذه الحالة، يتم تخفيف الغشاء الحيوي الرقيق باستخدام نفس الطريقة أو، إذا لزم الأمر، تتم إزالة بعض الوسط الحامل من المفاعل (إذا انخفض الحمل كثيرًا).

عدم كفاية التصاق الغشاء الحيوي الرقيق (فقدان الغشاء): في بعض الحالات، يكون العكس هو الصحيح، حيث لا يمكن أن يتطور الغشاء الحيوي الرقيق بشكل كافٍ في المفاعل. خاصةً خلال فترة بدء التشغيل الأولية، قد تكون هناك مشكلة "بقاء الناقلات بيضاء"، أي عدم تشكل غشاء مرئي عليها. ويرجع ذلك إما بسبب نقص المغذيات (حمولة منخفضة) أو القص المرتفع بشكل مفرط (الكائنات الحية الدقيقة تتكسر قبل أن تتمكن من الالتصاق). وكحل، يمكن تلقيح النظام (أي "بذر" الوسائط بيولوجيًا عن طريق إضافة بعض الحمأة من منشأة أخرى)، ويتم زيادة الحمل تدريجيًا وإذا كان التهوية عالية جدًا، يتم تقليلها قليلاً. سيحدث التصاق الغشاء الحيوي الرقيق بمرور الوقت عندما يتم توفير الظروف المناسبة. بالإضافة إلى ذلك، في حالة حدوث صدمة سامة (موت الأغشية الحيوية الرقيقة بسبب دخول النفايات السامة المفاجئة)، يلزم التلقيح والصبر لتكوين الأغشية الحيوية الرقيقة مرة أخرى.

تأثير الأحمال المتغيرة: على الرغم من أن MBBR أكثر مقاومة للأحمال الصدمية من الحمأة المنشطة، إلا أن التغيرات المفاجئة والكبيرة جدًا في الأحمال (على سبيل المثال، مياه الصرف الصحي المركزة جدًا المتراكمة في المصنع بعد دخول العطلة فجأة إلى المنشأة) قد تسبب مشاكل مؤقتة. التأثيرات النموذجية: ارتفاع مؤقت في إنتاج ثاني أكسيد الكربون / ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الصدمة، وانخفاض الأس الهيدروجيني (زيادة الحموضة)، وانخفاض نسبة الأكسجين (زيادة الطلب البيولوجي على الأكسجين فجأة)، إلخ. عند مواجهة هذا الموقف في المصنع، إذا أمكن، يتم إجراء تغذية يتم التحكم في تدفقها أو حمولتها (تغذية بطيئة من خزان الموازنة). إذا كانت لحظية، يزيد المشغل من التهوية إلى الحد الأقصى، إذا لزم الأمر، يتم تطبيق جرعة كيميائية (على سبيل المثال، مخزن الأس الهيدروجيني). يتكيف الغشاء الحيوي الرقيق بشكل عام ويحقق التوازن في وقت قصير، ولكن قد تنخفض جودة المخرجات خلال هذه العملية. لذلك، كان حجم التوازن مهمًا جدًا في التصميم - ويجب أن يستخدمه المصنع بفعالية. إذا أصبحت تقلبات الحمل دائمة (إنتاج أكثر من المتوقع، وما إلى ذلك)، عندئذٍ يتم النظر في حلول طويلة الأجل مثل إضافة ناقل إضافي أو تشغيل مفاعل إضافي.

مشاكل النترجة: نظرًا لأن النترجة حساسة لعوامل مثل درجة الحرارة والأس الهيدروجيني والسمية، فإن إحدى المشاكل الأكثر شيوعًا هي "الانخفاض المفاجئ في إزالة الأمونيا". وعادة ما يكون السبب إما انخفاض في درجة الحرارة (في أشهر الشتاء)، أو عدم كفاية القلوية (انخفاض الأس الهيدروجيني)، أو دخول مادة مثبطة (مثل الكلور والمذيبات وغيرها). في مثل هذه الحالة، ينظر المشغل أولاً إلى اتجاه الأمونيا في المخرج، إذا كانت هناك زيادة، يقيس على الفور الأس الهيدروجيني والقلوية - إذا كانت منخفضة، جرعات كيميائية قلوية. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة، فهناك مجال محدود للقيام به؛ ربما يمكنهم تقليل التهوية قليلاً ومحاولة زيادة SRT فعليًا (عن طريق منع الغشاء الحيوي الرقيق من التساقط أكثر من اللازم). إذا كان هناك اشتباه في دخول مادة سامة (على سبيل المثال يمكن فهم ذلك من الرائحة أو لون الماء)، يتم التحقيق في المصدر ومحاولة قطعه. إذا تأثرت بكتيريا النترجة، فقد يستغرق الأمر بضعة أيام حتى تتعافى؛ وخلال هذه الفترة، يتم تقليل حمل المغذيات (إذا لزم الأمر، يمكن إجراء دورة داخل النظام مع دورة عودة ويمكن تقليل مدخلات الحمل الجديد). في الحالات المتقدمة، يمكن إحضار حاملة غشاء حيوي نيتروجيني ناقل من منشأة أخرى وإضافته إلى النظام وتلقيحه.

مشاكل نزع النتروجين: هناك مشكلة شائعة في مرحلة نزع النتروجين وهي أن المفاعل الأنوكسي لا يقلل من النترات بشكل كافٍ، أي أن النترات الخارجة تظل مرتفعة. وقد يشير ذلك إلى نقص في مصدر الكربون. عند ملاحظته أثناء التشغيل، يتحقق المشغل من نسبة C/N (على سبيل المثال بيانات COD وTKN في المدخل). إذا لزم الأمر، قم بزيادة جرعة الكربون الخارجي (مثل الميثانول). قد تكون هناك مشكلة أخرى تتمثل في زيادة نسبة الأكسجين في خزان الأكسدة الهوائية (تتوقف عملية نزع النتروجين إذا كانت مياه الدوران الداخلي من الخزان الهوائي تحمل الكثير من الأكسجين). في هذه الحالة، يتم تقليل معدل الدوران الداخلي أو زيادة حجم الأكسدة. إذا كان نزع النتروجين موجودًا ولكن غير فعال، فربما يكون الخلاط غير كافٍ (حركة الوسائط ضعيفة) - يتم التحكم في سرعات الخلاط. أيضًا، يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى إبطاء عملية نزع النتروجين، وفي هذه الحالة يمكن مواصلة العملية بالصبر وربما بجرعة كربون أعلى قليلًا.

الرغوة والرائحة: قد تتكون الرغوة في مفاعلات الأغشية الحيوية الرقيقة، خاصةً في المراحل الأولى من التشغيل أو أثناء تقلبات الحمل. عادةً ما تكون هذه الرغوة عبارة عن رغوة بيولوجية بنية اللون (تتكون من البكتيريا الخيطية مثل الأكتينوميات أو جزيئات الأغشية الحيوية الرقيقة العائمة). يمكن أن تغطي الرغوة المفرطة الوسائط، وتقلل من تلامس الهواء وتسبب فيضانًا زائدًا. كحل، يتم تشغيل نظام الرش السطحي (يتم تكسير الرغوة بالرشاشات) أو يتم إعطاء جرعات من المواد الكيميائية المضادة للرغوة (مثبطات الرغوة). تنجم مشكلة الرائحة بشكل عام عن إنتاج H₂S في مناطق انعدام الأكسدة/ اللاهوائية. إذا تم الحفاظ على كامل MBBR هوائيًا بالكامل، فعادةً ما تكون الرائحة ضئيلة. ومع ذلك، إذا كانت هناك رائحة صادرة من خزان نزع النتروجين أو وحدة الترسيب، فيتم تفسير ذلك بأن الأكسجين غير كافٍ - يتم زيادة التهوية أو يتم إغلاق المنطقة التي بها مشكلة وتركيب مرشح تهوية. قد تكون الرائحة أيضًا بسبب طبيعة مياه الصرف الصحي المؤثرة (مثل مياه الصرف الصحي التي تم تخزينها لفترة طويلة جدًا)، وفي هذه الحالة قد يكون الحل هو التهوية أثناء المعالجة المسبقة والموازنة.

مشاكل إدارة الحمأة: على الرغم من أن هناك تصور بأن نظام MBBR ينتج حمأة زائدة أقل مقارنة بالحمأة المنشطة الكلاسيكية، إلا أنه في الواقع إذا لم تتم إزالة الغشاء الحيوي المتراكم بانتظام، فيجب التخلص منه كحمأة ثانوية. في بعض الأحيان، إذا تم الاعتماد على عمر مرتفع للحمأة في المصنع ولم تتم إزالة الحمأة لفترة طويلة، تحدث مشاكل الحمأة العائمة والتعكر في خزان الترسيب. ولذلك، يجب على المشغل إزالة الحمأة الزائدة من النظام في فترات معينة (هذه ليست مشكلة، بل واجب؛ وإذا لم يتم ذلك، تصبح مشكلة). أثناء نزح المياه من الحمأة المسحوبة، يجب التأكد من عدم وجود وسائط بلاستيكية فيها - في بعض الأحيان يمكن أن تدخل وسائط صغيرة أو اثنتين من الوسائط التي تتسرب من الشاشات إلى معدات نزح المياه، ويجب التحقق من ذلك (على سبيل المثال، يمكن أن تعلق في جهاز الطرد المركزي).

نصائح للتحسين الأمثل لعملية MBBR

لتشغيل نظام MBBR بكفاءة واقتصادية وعمر تشغيلي طويل، يمكن تطبيق بعض استراتيجيات التحسين:

التغذية المرحلية والفصل المرحلي: إذا تم استخدام سلسلة من المفاعلات الأصغر حجمًا بدلًا من مفاعل واحد كبير، فإن تقليل بعض الحمل العضوي في المرحلة الأولى وإجراء عملية النترجة منخفضة الحمل في المرحلة الثانية سيزيد من الأداء الكلي. ولتحقيق التحسين الأمثل، يمكن تجربة طرق مثل تغذية الجزء الرئيسي من مياه الصرف الصحي مباشرة إلى المرحلة الأولى وجزء أصغر إلى المرحلة الثانية (على سبيل المثال معدل تدفق بنسبة 70% إلى المرحلة الأولى، ومعدل تدفق بنسبة 30% إلى مدخل المرحلة الثانية وتجاوز جزئي في المرحلة الثانية). وهذا يمكن أن يوفر نسبة C/N أعلى في المرحلة الثانية ويزيد من كفاءة نزع النتروجين. يمكن تحديد هذا النوع من تحسين توزيع التدفق عن طريق التجارب التجريبية.

إضافة أو إزالة الناقل: أكبر ميزة في MBBR هي أنه يمكن تعديل كمية الناقل. إذا كانت جودة النفايات السائلة جيدة جدًا (منخفضة جدًا BOD، NH₄) وفقًا لبيانات التشغيل وإذا كان من المطلوب تحسين استهلاك الطاقة، يمكن إزالة جزء من الوسائط من المفاعل (تنخفض مساحة سطح الغشاء الحيوي الرقيق، ويتباطأ معدل التفاعل، ولكن يمكن أيضًا تقليل حمل المنفاخ). وعلى العكس من ذلك، إذا زاد الحمل بمرور الوقت أو إذا كان الأداء في الحد الأقصى، يمكن إضافة حامل إضافي إلى المفاعل (إذا كان التصميم يسمح، على سبيل المثال من 50% إلى 60% من التعبئة) لزيادة قدرة المعالجة. وهذا حل أقل تكلفة بكثير من توسيع المحطة. ومع ذلك، ينبغي التحقق من كفاية التهوية بعد الإضافة.

إعدادات الأتمتة والتحكم: توفر تطبيقات الأتمتة المتقدمة توفيرًا كبيرًا في الطاقة وتحقيق الاستقرار في MBBR. على سبيل المثال، إمدادات الهواء التي يتم التحكم فيها بالأكسجين المذاب : يمكن أن يؤدي ضبط سرعة المنفاخ باستخدام VFD وفقًا للبيانات الواردة من مسبار DO إلى توفير 20-40% من الطاقة عن طريق التشغيل بسرعة منخفضة عند عدم الحاجة إليها. وبالمثل، يمكن إجراء نزع النتروجين المتحكم به ORP: يمكن تسريع أو إبطاء مضخة الإرجاع الداخلية للحفاظ على قيمة ORP لخزان الأكسدة الأكسجينية ضمن النطاق المستهدف أو يمكن تحسين جرعة الكربون الخارجية. كما يسجل برنامج الأتمتة أيضًا بيانات الاتجاهات ويوفر بيانات لتحسين العملية للمشغل (على سبيل المثال، إيقاف تشغيل المنافيخ عندما ينخفض الحمل في منتصف الليل وملاحظة أن قدرات التهوية مرتفعة للغاية). ولذلك، فإن استخدام أجهزة الاستشعار وخوارزميات التحكم المتقدمة قدر الإمكان يجعل من MBBR اقتصاديًا وآمنًا في نفس الوقت.

التحكم الدوري في الأغشية الحيوية الرقيقة: المراقبة المنتظمة ضرورية للحصول على أفضل سماكة وصحة للغشاء الحيوي الرقيق. ويُنصح المشغلون بأخذ عينات من الناقلات وفحصها تحت المجهر. سيساعد ذلك في تحديد القرائن مثل فرط نمو البكتيريا الخيطية (مما يشير إلى انخفاض نسبة F/M ونقص المغذيات) أو نقص في البروتوزوا (مما يشير إلى الحمل الزائد). يمكن تعديل نظام التغذية أو حجم الهواء وفقًا للتوازن الميكروبيولوجي. على سبيل المثال، إذا شوهدت البكتيريا الخيطية بشكل زائد، يمكن تجربة زيادة طفيفة في الحمل (المزيد من F/M) أو ربما معالجة أولية لنقص الأكسجين لخلق تأثير يشبه المحدد. على الرغم من أن هذا المستوى من التحسين أكثر تقدمًا، إلا أنه يتم تنفيذه في المصانع الكبيرة لزيادة الغلة إلى أقصى حد.

تحسين الدعامات الكيميائية: يمكن تقليل المواد الكيميائية المستخدمة في عملية MBBR (مثل القلويات لضبط الأس الهيدروجيني، ومواد التخثر لإزالة الفوسفور، ومضادات الرغوة للرغوة، ومصدر الكربون، وما إلى ذلك) عند الضرورة، ويمكن تقليل تكاليف التشغيل. لهذا الغرض، يجب أن تعمل مضخات الجرعات مع التحكم في التغذية المرتدة إذا كان ذلك ممكنًا (على سبيل المثال ضبط جرعة الشب وفقًا لتحليل الفوسفات الناتج). حتى لو لم يكن الأمر كذلك، يمكن للمشغل زيادة وتيرة التحاليل المختبرية ومراجعة الجرعات يدويًا عند الضرورة. على سبيل المثال، إذا لوحظ في نهاية فترة ما أن إجمالي الفوسفات الناتج دائمًا أقل من 0.2 مجم/لتر، فيمكن إجراء التعديل الأمثل للحفاظ على جرعة كلوريد الحديد حوالي 0.5 مجم/لتر عن طريق تقليلها بنسبة 20% (إذا كان المعيار يتطلب 1 مجم/لتر). تقلل هذه التعديلات الدقيقة من التكاليف الكيميائية للعملية وتمنع التحميل الكيميائي غير الضروري على البيئة.

استعادة الطاقة والتكامل: لا يعتبر MBBR نظامًا منتجًا للطاقة بمفرده (على العكس من ذلك، فهو يستهلك الطاقة مع المنافيخ)، ولكن إذا تم اعتباره جزءًا من محطة معالجة بيولوجية، فهناك بعض إمكانيات استعادة الحرارة أو الطاقة. على سبيل المثال، يكون الهواء الخارج من المنافيخ دافئًا جدًا؛ ومن الممكن استخدام هذه الحرارة لتسخين أجزاء أخرى من المحطة (باستخدام مبادل حراري). أو إذا كانت حمأة النفايات ستخضع للهضم اللاهوائي، فيمكن استخدام الغاز الحيوي لتوليد الكهرباء لتشغيل منفاخ المحطة. تضمن خطوات التحسين الشاملة هذه تشغيل أكثر استدامة لعملية MBBR وتقليل التكاليف على المدى الطويل.

تدريب المشغلين ومراقبتهم: أخيرًا، حتى أفضل الحلول التقنية لا يمكن أن تعمل بكفاءة كاملة دون وجود فريق تشغيل على دراية. يتطلب تحسين أنظمة MBBR تحسين أنظمة MBBR فهم المشغلين لديناميكيات العملية. يلزم التدريب المنتظم، وتبادل المعلومات مع المنشآت المماثلة، وإعداد تعليمات تشغيل واضحة. يجب أن يقوم المشغل بتسجيل البيانات اليومية مثل DO، والأس الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والتيار، ونتائج التحليل ومراقبة الاتجاهات. يتيح ذلك الكشف المبكر عن التغيرات الموسمية أو المشاكل التي تتطور ببطء وإجراء تعديلات استباقية.

الخاتمة

اكتسبت عملية MBBR (مفاعل الغشاء الحيوي الرقيق المنقول) مكانة في كل من معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والبلديةبكفاءتها العالية وبنيتها المرنة والنموذجية. في هذا الدليل الشامل، تتم مناقشة جميع مراحل MBBR بشكل منفصل؛ وترد تفاصيل المعلمات الحرجة التي يجب قياسها في كل مرحلة، وطرق تفسيرها والمعدات المستخدمة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم شرح مجالات التطبيق الرئيسية لعملية MBBR وخصائص مياه الصرف الصحي النموذجية على أساس قطاعي، ويتم تحديد أنواع الملوثات التي يمكن إزالتها بهذه العملية وحدودها. يتم عرض معايير التصريف البيئي السارية في تركيا والاتحاد الأوروبي بشكل مقارن، ويتم سرد معايير التحجيم ومعايير التشغيل المقبولة كأساسية في تصميم MBBR بشكل شامل.

يتطلب نجاح أنظمة MBBR التشغيل والمراقبة الدقيقة وكذلك تطبيق مبادئ التصميم الصحيحة. بالنسبة للمصممين، هناك العديد من القضايا التي تتراوح من التفاصيل الهيدروليكية إلى اختيار المواد، من حركية الأغشية الحيوية إلى سيناريوهات النسخ الاحتياطي. بالنسبة للمشغلين، من المهم الاستعداد للمشاكل المحتملة واتخاذ خطوات الصيانة والتحسين المنتظمة. عندما يتم تحسين عمليات MBBR بشكل صحيح، يمكن أن توفر عمليات MBBR جودة تصريف متوافقة تمامًا مع التشريعات ويمكن أن تحافظ على ذلك لسنوات عديدة بطريقة مستقرة. وبالنظر بشكل خاص إلى حدود التصريف المتغيرة والصارمة بشكل متزايد في بلدنا، فإن استخدام تقنيات الأغشية الحيوية الحديثة مثل MBBR سيوفر للشركات مزايا كبيرة من حيث الامتثال البيئي وسهولة التشغيل.

وقد تم تجميع المعلومات الواردة في هذا الدليل في ضوء التفاصيل الأكاديمية والخبرة العملية على حد سواء، مع الأخذ في الاعتبار الحالات التي قد تواجهها في الميدان. ونتيجة لذلك، عندما يتم تصميم عملية معالجة MBBR وإدارتها بشكل صحيح، فإنها تبرز كنظام يمكنه تحمل الأحمال العالية، ويشغل مساحة مدمجة، ويوفر جودة مخرجات مستقرة. ستستمر حصة تقنيات المعالجة المتقدمة مثل MBBR في الزيادة في تحقيق أهداف الإدارة المستدامة للمياه في كل من تركيا والاتحاد الأوروبي. وبهذه الطريقة، ستتمكن المنشآت الصناعية والبلديات من مواصلة عملياتها بكفاءة وانسجام مع الوفاء بواجباتها في حماية الموارد المائية.