בטיפול אנאירובי בשפכים ביתיים, זמן האחזקה נשמר ליותר משעתיים, זמן האחזקה האנוקסי ליותר משעתיים וזמן החזקת הטנק האירובי למשך 6 שעות. נראה כי זמני ההחזקה האנאירוביים והאנוקסיים מיועדים להסרה טובה יותר של חומרים אורגניים. אם תכולת החומר האורגני נמוכה, האם צריך לקצר את זמן השמירה? ואם תכולת החומר האורגני גבוהה, האם צריך להאריך את זמן השמירה? מה תהיה ההשפעה אם זמן השמירה ארוך מדי או קצר מדי? נראה שזמן שמירה אירובי ארוך יותר נועד להקל על הצמיחה של חיידקים מחנקים להסרה יעילה יותר של חנקן אמוניה. תודה לכם, מומחים, על (הסבר מדע פופולרי)!
לעתים קרובות מתעלמים מזמן השמירה הידראולי (HRT) בניהול התפעול היומיומי, אך הוא מהווה נקודת ייחוס חשובה, במיוחד עבור מערכות להסרת חנקן וזרחן!
1. מהו זמן שמירה הידראולי (HRT)?
זמן שמירה הידראולי (בקיצור HRT) הוא מונח המשמש בתהליכי טיפול במים. הכוונה היא לזמן הממוצע שבו נשארים מי השפכים המטופחים בכור, כלומר, זמן התגובה הממוצע בין השפכים למיקרואורגניזמים בכור הביולוגי.
לטיפול ביולוגי, ה-HRT חייב לעמוד בדרישות התהליך הספציפי. אחרת, אם ה-HRT אינו מספיק, התגובות הביוכימיות לא יהיו שלמות, מה שיוביל ליעילות טיפול חלשה יותר. לעומת זאת, טיפול הורמונלי ארוך מדי עלול לגרום להזדקנות הבוצה במערכת.
טבלה: HRT עבור תהליכי טיפול שונים בשפכים
כאשר יעילות הטיפול ירודה, ניתן להשתמש בערך ה-HRT התכנון לצורך אימות. בעת אימות HRT, קצב הזרימה צריך לכלול את זרימת החזרת הבוצה. אם ה-HRT קטן מדי, יש להפחית לאט את קצב זרימת השפכים; אם הוא גדול מדי, יש להגביר לאט את קצב זרימת השפכים. שימו לב שכל שינוי בקצב זרימת שפכים צריך להיעשות בהדרגה כדי למנוע הטלת עומס הלם על המערכת. בהתחשב באופי המאתגר של טיפול בשפכים, הפחתת קצב זרימת השפכים הנכנסת אינה צריכה להיעשות בקלות ראש; יש לבצע התאמות בעיקר לקצב זרימת ההחזר.
בתהליך הבוצה המופעלת הקונבנציונלית, ה-HRT קובע במידה רבה את מידת הטיפול בשפכים מכיוון שהוא קובע את זמן החזקת הבוצה. עם זאת, בתהליך MBR (Membrane Bioreactor), אפקט ההפרדה של הממברנה שומר לחלוטין על מיקרואורגניזמים בתוך מיכל התגובה, ובכך משיג הפרדה מוחלטת של זמן השמירה ההידראולי וגיל הבוצה!
2. חישוב זמן שמירה הידראולית (HRT)
ישנם למעשה שני סוגים של זמן החזקה הידראולי בטיפול בשפכים: האחד נקרא זמן החזקה הידראולי הנומינלי, והשני הוא זמן החזקה הידראולי בפועל!
1. זמן שמירה הידראולי נומינלי
כפי שהשם מרמז, זהו החישוב המבוסס על ההגדרה: זמן ההחזקה ההידראולי שווה לנפח האפקטיבי של מערכת הטיפול בשפכים חלקי קצב הזרימה המשפיעה.
אם הנפח האפקטיבי של מערכת הטיפול בשפכים הוא V (מ³), ו-Q הוא קצב זרימת ההשפעה השעה (m³/h), אז הנוסחה לזמן החזקה הידראולי היא:
`HRT=V / Q`
2. זמן שמירה הידראולי בפועל
זמן השמירה ההידראולי בפועל מתייחס לזמן אמת של מי שפכים שנשארים בפועל במערכת הטיפול, והם צריכים לקחת בחשבון את זרימת החזרת הבוצה:
אם הנפח האפקטיבי של מערכת הטיפול בשפכים הוא V (m³), Q הוא קצב ההשפעה השעתי (m³/h), ו-R הוא יחס מחזור הבוצה, אז הנוסחה לזמן החזקה הידראולית היא:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
אז, במערכת להסרת חנקן, האם זרימת המחזור הפנימי נכללת בחישוב זמן השמירה ההידראולית בפועל עבור המיכל האנוקסי? הנושא הזה נדון. בדרך כלל, זרימת המחזור הפנימי הפנימית אינה כלולה בנוסחה ל-HRT בפועל של המיכל האנוקסי. התקנות בדרך כלל מספקות רק טווח עבור HRT של מיכל האנוקסי. לחישוב ה-HRT המיכל האנוקסי, יחס המחזור החיצוני R נכלל ללא מחלוקת; מקובל בדרך כלל שקצב זרימת ההשפעה האפקטיבי הוא (1+R)Q.
לכן, HRT המיכל האנוקסי נחשב בדרך כלל כ-HRT=V / [(1 + R) Q].
לגבי האם יש לספור את זרימת המחזור הפנימי עבור HRT של מיכל האנוקסי, מנקודת מבט מקרוסקופית, אם יחס המחזור הפנימי r=4 או N, אנו רואים שהמים מוחזרים 4 או N פעמים. לכן, למרות שזמן השמירה לכל מעבר קצר, הזמן הכולל מעל 4 או N מעברים מצטבר להיות שווה ערך, ולמעשה מקזז את השפעת המחזור הפנימי.
לכן, זרימת המחזור הפנימי אינה כלולה בנוסחה.
3. תפקידו של זמן שמירה הידראולי (HRT)
השפעת HRT על הסרת חנקן
בתהליך A²/O, בתנאים של HRT ארוך מספיק, ישנה יעילות הסרה טובה של NH₃-N. אם ה-HRT קצר מדי, לאוכלוסיות החיידקים השונות במיכל התגובה אין מספיק זמן לגדול, הבוצה נשטפת מהר מדי, ותגובות הניטריפיקציה והן הניטריפיקציה אינן ממשיכות במלואן. כאשר ה-HRT מגיע לערך מסוים, מספיק כדי שהתגובות בכל כור ימשיכו במלואן, הגדלת ה-HRT נוספת רק מוסיפה עומס כלכלי מבלי לספק שיפור משמעותי יותר בסילוק החנקן.
עם זאת, מחקר על תהליכי MBR היברידי הצביע על כך שבתוך טווח HRT שנבדק (4.97 שעות - 8.70 שעות), יעילות הסרת ה-TN של המערכת עלתה ככל שה-HRT ירד. הסיבה לכך היא שבתנאי HRT ארוכים, קצב ההעמסה האורגני של המערכת יורד, מה שעלול להעצים את הנשימה האנדוגנית של ביומסה, להשפיע על פעילות הבוצה, ובסופו של דבר להפחית את יעילות סילוק המזהמים של המערכת. הפחתת ה-HRT יכולה להגביר את קצב הטעינה האורגנית של המערכת, ובכך לשפר את יכולת הדניטריפיקציה של המערכת ולבסוף לשפר את ביצועי הסרת החנקן.
השפעת HRT על הסרת זרחן
בתהליך SBR, ל-HRT השפעה קטנה יחסית על יעילות הסרת PO₄³⁻-P; תהליך זה אינו מראה הסרה משמעותית效果 עבור PO₄³⁻-P. ייתכן שהסיבה לכך היא שחיידקים מדניטרים ואורגניזמים המצטברים-פוליפוספטים (PAO) הם שניהם הטרוטרופיים. חיידקים דניטריפיים יכולים לספוג ולנצל VFAs לפני PAOs לצורך דניטריפיקציה, ול-PAO יש דרישות מחמירות יותר למקורות פחמן מאשר חיידקים דניטריפיציה - חומר אורגני מתכלה בקלות משמש עדיף על ידי חיידקים מדניטריפיציה. זה מוביל לכך שפחות מקור פחמן נספג על ידי PAOs, בהתאם פחות VFA, וכתוצאה מכך פחות PHB (פולי- -hydroxybutyrate) שנוצר בתנאים אנאירוביים. כתוצאה מכך, האנרגיה הדרושה לשחרור זרחן מופחתת יחסית.
מחקר על תהליך A²/O מראה שככל שה-HRT עולה, יעילות הסרת ה-TP לא בהכרח עולה ברציפות אלא מראה מגמה של תחילה עלייה ולאחר מכן ירידה. כאשר HRT הוא 8 שעות, יעילות הסרת ה-TP היא הגבוהה ביותר, מה שמצביע על ביצועי ההסרה הטובים ביותר. כאשר ה-HRT עולה ל-12 שעות, יעילות הסרת ה-TP מראה מגמת ירידה, וביצועי הסרת הזרחן מתדרדרים. זה מצביע על כך שטיפול הורמונלי ארוך מספיק מועיל להסרת TP. עם זאת, ככל שה-HRT עולה עוד יותר, קצב הסרת ה-TP יורד בהדרגה, מה שעלול להשפיע לרעה על הסרת הזרחן. ייתכן שהסיבה לכך היא שאם ה-HRT גדול מדי, זה יכול להוביל לבוצה