מאת: קייט
Email: kate@aquasust.com
תאריך: 18 בנובמבר 2024
כיום, התהליכים הייצוגיים ביישום טיפול ביולוגי בשפכים כוללים בעיקר תהליך בוצה פעילה ותהליך ביופילם. לאחר מכן, בהתבסס על שנים של תרגול ייצור ולימוד תיאורטי, ינותחו והשוו שתי שיטות התהליך.
תהליך בוצה מופעלת
תהליך ועיקרון
תהליך טיפוסי של בוצה פעילה מורכב ממיכל אוורור, מיכל שיקוע, מערכת החזרת בוצה ומערכת פינוי בוצה עודפים.
ביוב והבוצה המופעלת המוחזרת נכנסים יחד למיכל האוורור ויוצרים נוזל מעורב. אוויר דחוס הנשלח מתחנת מדחס האוויר נכנס לשפכים בצורה של בועות קטנות דרך מכשיר דיפוזיית האוויר המונח בתחתית מיכל האוורור, במטרה להגדיל את תכולת החמצן המומס בביוב וגם לשמור את הנוזל המעורב בפנים. מצב של תסיסה אלימה ומדינה מושעה. חמצן מומס, בוצה פעילה וביוב מעורבבים במלואם ומגעים זה עם זה, מה שמאפשר לתגובת הבוצה הפעילה להתנהל כרגיל.
בשלב הראשון, מזהמים אורגניים בביוב נספגים על פני הזווגלואה על ידי חלקיקי הבוצה המופעלת בשל שטח הפנים העצום שלהם וחומרים צמיגיים רב-סוכרים. במקביל, כמה חומרים אורגניים מקרו-מולקולריים מתפרקים לחומרים אורגניים מולקולריים קטנים בפעולת אנזימים חוץ-תאיים של חיידקים.
בשלב השני, מיקרואורגניזמים סופגים את החומרים האורגניים הללו ומחמצנים ומפרקים אותם בתנאי חמצן מספיקים ליצירת פחמן דו חמצני ומים, שחלקם משמשים לריבוי ורבייה משלהם. התוצאה של תגובת הבוצה הפעילה היא שמזהמים אורגניים בביוב מתכלים ומסלקים, הבוצה הפעילה עצמה מתרבה ומגדלת והביוב מטוהרים. הנוזל המעורב לאחר טיהור הבוצה המופעלת נכנס למיכל השקיעה המשני, שם משקעים הבוצה המופעלת המרחפת וחומרים מוצקים אחרים בנוזל המעורב ומופרדים מהמים. הביוב הבהיר מוזרם כמים מטופלים. הבוצה המרוכזת באמצעות משקעים נשפכת מתחתית מיכל השקיעה, שמרביתה מוחזרת למיכל האוורור כבוצת חיסון כדי להבטיח את ריכוז המוצק המרחף וריכוז החיידקים במיכל האוורור; המיקרואורגניזמים המתרבים משוחררים מהמערכת כ"עודפי בוצה". למעשה, מזהמים מועברים במידה רבה מהביוב לעודפי הבוצה הללו.
את העיקרון של תהליך הבוצה המופעלת ניתן להגדיר באופן דימוי כך: מיקרואורגניזמים "אוכלים" את החומר האורגני בשפכים, והופכים את הביוב למים נקיים. בעיקרו של דבר, זה דומה לתהליך הטבעי של טיהור עצמי של גופי מים, אלא שדרך שיפור מלאכותי, ההשפעה של טיהור שפכים טובה יותר.
תהליך ביופילם
סוגי תהליך ביופילם.
סוג רטוב: מסנן ביולוגי, מגדל ביולוגי, פטיפון ביולוגי.
סוג שקוע: חמצון מגע, חומר סינון שקוע במיכל הסינון.
סוג מיטה נוזלית: פחם פעיל ביולוגי, בינוני חול תלוי וזורם במיכל.
עיקרון: מכיוון שהביוב הביתי מכיל כמות גדולה של רכיבים אורגניים, תהליך הביופילם מסתמך על הסרט המיקרוביאלי המקובע על פני השטח של הנשא כדי לפרק את החומר האורגני. מכיוון שתאים מיקרוביאליים יכולים להיצמד, לגדול ולהתרבות כמעט בחוזקה על כל משטח נשא מתאים בסביבת המים, הפולימרים החוץ-תאיים המשתרעים מהתאים גורמים לתאים המיקרוביאליים ליצור מבנה הסתבכות סיבי. לכן, לביופילם יש בדרך כלל מבנה נקבובי ותכונות ספיחה חזקות.
הביופילם נדבק לפני השטח של הנשא והוא חומר הידרופילי ביותר. בתנאי זרימה מתמשכת של ביוב, תמיד צמודה שכבת מים בצד החיצוני שלו.
הביופילם הוא גם חומר צפוף מאוד של מיקרואורגניזמים. מספר רב של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חיות גדלים ומתרבים על פני הממברנה ובפנים, ויוצרים שרשרת מזון המורכבת ממזהמים אורגניים → חיידקים → פרוטוזואה (מטזואה).
הביופילם מורכב מחיידקים, פטריות, אצות, פרוטוזואה, מטזואה ועוד כמה קהילות ביולוגיות גלויות. כאשר ביוב זורם על פני השטח של המוביל, מזהמים אורגניים בביוב נספגים על ידי המיקרואורגניזמים בביופילם, וחמצן מתפזר לביופילם. פירוק ביולוגי והשפעות אחרות מתרחשות בממברנה כדי להשלים את הפירוק של חומר אורגני.
שכבת פני השטח של הביופילם היא מיקרואורגניזמים אירוביים ופקולטטיביים, בעוד השכבה הפנימית של הביופילם נמצאת לעיתים קרובות במצב אנאירובי. כאשר הביופילם מתעבה בהדרגה ועובי השכבה האנאירובית עולה על זה של השכבה האירובית, זה יוביל לנשירה של הביופילם, וביופילם חדש יתחדש על פני הנשא. באמצעות חידוש תקופתי של הביופילם, נשמרת הפעולה הרגילה של כור הביופילם.
חידוש והשלכת הביופילם. שמירה על פעולתו התקינה של כור הביופילם היא חלק חשוב בחידוש והשלכת הביופילם. שכבת פני השטח של הביופילם היא מיקרואורגניזמים אירוביים ופקולטטיביים, בעוד השכבה הפנימית של הביופילם נמצאת לעיתים קרובות במצב אנאירובי. כאשר הביופילם מתעבה בהדרגה ועובי השכבה האנאירובית עולה על זה של השכבה האירובית, זה יוביל לנשירה של הביופילם, וביופילם חדש יתחדש על פני הנשא.
תהליך החידוש והנשירה הוא כדלקמן:
ראשית, תהליך המראה של הממברנה האנאירובית:
האחד הוא הביופילם;
השני הוא שהעובי הכללי של הביופילם הבוגר ממשיך לגדול, והחלק הפנימי שבו החמצן לא יכול לחדור ישתנה למצב אנאירובי; שניהם מורכבים מממברנה אנאירובית וממברנה אירובית;
השלישית היא שהממברנה האירובית היא המקום העיקרי לפירוק חומר אורגני, והעובי הכללי הוא 2 מ"מ.
שנית, תהליך העיבוי של הממברנה האנאירובית:
האחת היא הגדלת מטבוליטים אנאירוביים, מה שמוביל לחוסר איזון בין הממברנה האנאירובית לממברנה האירובית;
השני הוא בריחה מתמשכת של מוצרים גזים, אשר מחלישה את יכולת ההידבקות של הביופילם על חומר המילוי;
השלישי הוא להפוך לביופילם מזדקן, בעל תפקוד טיהור גרוע וקל ליפול ממנו.
שלישית, עדכון הביופילם:
האחד הוא נשירת הממברנה המזדקנת, והביופילם החדש יגדל שוב;
השני הוא שפונקציית הטיהור של הביופילם החדש חזקה יותר.
השוואה בין תהליך בוצה פעילה לבין תהליך ביופילם
יתרונות וחסרונות של תהליך בוצה פעילה.
במשך זמן רב, הטיפול הביולוגי המשני בשפכים ביתיים עירוניים אימץ ברובו את תהליך הבוצה המופעלת, שהוא כיום תהליך הטיפול הביולוגי המשני הנפוצ ביותר בעולם. יש לו את המאפיינים הבאים:
ראשית, תוך שימוש בתהליך הבוצה הפעיל המסורתי, עלות בניית ההון, עלות התפעול, צריכת האנרגיה הם לרוב גבוהים, הניהול מורכב יותר, ותפזורת בוצה נוטה להתרחש; ציוד התהליך אינו יכול לעמוד בדרישות של יעילות גבוהה וצריכה נמוכה.
שנית, עם החמרה מתמשכת של תקני הזרמת שפכים, מונחות דרישות גבוהות יותר להזרמת חומרים מזינים כמו חנקן וזרחן בשפכים. תהליכי טיהור שפכים מסורתיים עם פונקציות של סילוק חנקן וזרחן משתמשים בעיקר בתהליך בוצה פעילה, ולעתים קרובות מצריכים חיבור של מיכלי תגובה אנאירוביים ואירוביים מרובים ליצירת מיכל תגובה רב-שלבי, והגברת המחזור הפנימי כדי להשיג את מטרת החנקן. וסילוק זרחן, מה שאמור להגדיל את השקעת ההון ואת צריכת האנרגיה, ולהפוך את התפעול והניהול למורכבים יותר.
שלישית, תהליך הבוצה המופעלת מייצר כמות גדולה של עודפי בוצה, המצריכה טיפול ניקוי רעלים, מה שמגדיל את ההשקעה.
יתרונות וחסרונות של תהליך ביופילם.
תהליך הביופילם הוא גם שיטה נפוצה לטיפול ביולוגי משני של שפכים עירוניים. בהשוואה לתהליך הבוצה המופעלת, יש לו את המאפיינים הבאים:
ראשית, לביופילם יש יכולת הסתגלות חזקה לשינויים באיכות ובכמות הביוב, והוא קל לניהול, ולא תתרחש התנפחות בוצה.
שנית, מיקרואורגניזמים מקובעים על פני השטח של הנשא, ומיקרואורגניזמים עם זמן דור ארוך יותר יכולים גם להתרבות. השלב הביולוגי שופע יותר, יציב ומייצר פחות עודפי בוצה.
שלישית, הוא יכול לטפל בשפכים בריכוז נמוך. בנוסף, החסרונות של תהליך הביופילם הם שנשא הביופילם מגדיל את ההשקעה של המערכת; שטח הפנים הספציפי של חומר הנשא קטן, למכשיר התגובה יש נפח מוגבל ויעילות שטח נמוכה, ויעילות הטיפול נמוכה מזו של תהליך הבוצה המופעלת בעת טיפול בביוב עירוני; קשה לשלוט בכמות המיקרואורגניזמים המחוברים למשטח המוצק, וגמישות הפעולה ירודה; אוורור טבעי משמש לאספקת חמצן, שאינו מספיק כמו אספקת הבוצה הפעילה, ותנאים אנאירוביים נוטים להתרחש.