التحبيب الهوائي

Aerobic Granules derived from municipal sewage AGS application

الحبيبات الهوائية

التحبيب الهوائي Aerobic granulation، هوالمعالجة البيولوجية للمخلفات السائلة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي غالبا ما يتم انجازها باستخدام أنظمة الحمأة المنشطة التقليدية. بحاجة هذه النظم لمساحات كبيرة للعلاج ووحدات فصل الكتلة الحيوية نظرا للضعف العام في خصائص ترسيب الحمأة. في السنوات الأخيرة، تم تطوير تقنيات جديدة لتحسين قدرة الترسيب, استخدام حمأة الحبيبية الهوائية هي أحد تلك التقنيات.

الكتلة الحيوية للتحبيب الهوائي

يفرق التعريف التالي بين الحبيبة الهوائية والشوائب البسيطة مع خصائص ترسيب جيدة نسبيا اتىت من المناقشات التي جرت في " إيوا “1^st ورشة عمل حمأة التحبيب الهوائي" في ميونيخ (2004)” :

"يجب حتى ندرك حتى الحبيبات التي تشكل الحمأة الحبيبية الهوائية المنشطة هي من أصل التجميعات الميكروبية، والتي لا تتخثر بموجب تخفيض القص الهيدروديناميكي، والذي يستقر بشكل أسرع من ندف الحمأة المنشطة"(دي كريوك وآخرون. 2005 ) "

تشكيل التحبيب الهوائي

مفاعل آس بي آر، مع الحبيبات الهوائية

تم تطوير الكتلة الحيوية لحمأة التحبيب في مفاعلات دفعية متسلسلة (سبر) وبدون مواد ناقلة. هذه النظم تلبي معظم الاحتياجات اللازمة لتشكيلها على النحوالتالي :

التغذية -- نظام الندرة : يجب تحديد فترات الندرة القصيرة لإنشاء التغذية وفترات الندرة (بيون وآخرون 1999 )، والتي تتميز بوجود أوعدم وجود المواد العضوية في الوسط السائل على التوالي. مع استراتيجية التغذية هذه فانه من الممكن انتقاء الكائنات العضوية الدقيقة المناسبة لتشكيل الحبيبات. وعندماقد يكون هجريز الطبقة السفلية في الصب السائل مرتفعا، فان الكائنات العضوية الحبيبية المتشكلة، تستطيع تخزين المواد العضوية بأشكال مصادر متعددة الهيدرواكسيبوتيرات - β ليتم استهلاكها في فترة الندرة، وهوما يعطي افضلية على الكائنات الشعيرية.

الوقت القصير للترسيب : اختيار هذا الضغط الهيدروليكي في المجتمع الميكروبي يسمح بالاحتفاظ بالكتلة الحيوية الحبيبية داخل المفاعل بينما يتم غسل الكتلة الحيوية للنديفة تدريجيا. (كين وآخرون. 2004 )

قوة القص الهيدروديناميكية : تظهر الأدلة ان تطبيق قوى القص العالية تحبذ تشكيل الحبيبات الهوائية ومع مراعاة السلامة الفيزيائية للحبيبية. كما انه تم التوصل إلى امكانية تشكيل الحبيبات الهوائية فقط فوق عتبة قيمة قوة القص فيما يتعلق بسطحية التدفق الفوقي لسرعة الهواء فوق 1،2 سم / ثانية في عمود المفاعلات الدفعية المتسلسلة، وتكون أكثر انتظاما واستدارة، وتم تطوير حبيبات هوائية مضغوطة أكثر في قوى القص الهيدروديناميكية العالية (تاي وآخرون، 2001 ).

الميزات

تجري دراسة تطوير الكتلة الحيوية في شكل من أشكال الحبيبات الهوائية من اجل تطبيقاتها في إزالة ركام المواد العضوية والنيتروجين ومركبات الفسفور من المخلفات السائلة. الحبيبات الهوائية في المفاعلات الدفعية المتسلسلة الهوائية تقدم الكثير من الميزات مقارنة مع عملية تنشيط الحمأة التقليدية من قبيل :

الاستقرار والمرونة : يمكن مواءمة نظام المفاعلات الدفعية المتسلسلة (سبر) مع الظروف المتقلبة مع إمكانية مقاومة الصدمات والحمولات السامة

خصائص الترسيب الممتازة : أصغر الرواسب الثانوية ستكون ضرورية، وهوما يعني الحاجة لسطح سفلي لانشاء النبات.

الاحتفاظ الجيد بالكتلة الحيوية : يمكن تحقيق هجريزات أعلى للكتلة الحيوية داخل المفاعل، ويمكن علاج معدلات تحميل اعلى للطبقة السفلية.

وجود المناطق الهوائية ونقص الأكسجين داخل الحبيبات الهوائية لاجراء العمليات البيولوجية المتنوعة في نفس الوقت وفي نفس النظام (بيون آخرون.. 1999 )

يمكن تقليل تكلفة تشغيل محطة لعالجة المخلفات السائلة العاملة مع حمأة الحبيبات الهوائية بما لا يقل عن 20 ٪ ويمكن تقليل المساحة المطلوبة بمقدار 75 ٪ (دي كريوك وآخرون، 2004 ).

معالجة المخلفات الصناعية السائلة

تم استخدام مياه الصرف الصناعي في معظم الأعمال التي أجريت مع الحبيبات الهوائية. وقد ركزت هذه الأعمال أساسا على دراسة تشكيل الحبيبات والاستقرار وفعالية إزالة المغذيات التشغيلية تحت ظروف تشغيلية مختلفة، والاستخدام المحتمل لها لإزالة المركبات السامة. إذا إمكانات هذه التقنية لمعالجة المخلفات الصناعية السائلة تحت الدراسة، وهنا بعض النتائج :

اروجووآخرون. (2004) تشغيل مفاعلين وتغذيتهما بالمخلفات الصناعية السائلة المنتجة في مختبر لتحليل منتجات الألبان (مجموع الكود (الطلب الكيميائي على الأكسجين) : 1500-3000 ملغم / لتر؛ الكود القابل للذوبان : 300-1500 ملغم / لتر؛ مجموع النيتروجين : 50—200 ملغم / لتر). هؤلاء المؤلفين استخدموا معدلات تحميل عضوية ونيتروجينية تصل إلىسبعة غم الكود / (لتر • د) و0،7 غم ن / (لتر • د) للحصول على فعالية إزالة تصل إلى 80 ٪.

سشيوارزنبيك وآخرون. (2004) معالجة المخلفات السائلة المخمرة والتي لديها نسبة عالية من المواد الجسيمية العضوية (0.9 غم / لتر تسس). عثر الباحثون حتى الجسيمات ذات الأقطار المتوسطة أقل من 25-50 ميكرومتر تم ازالتها بفعالية 80 ٪، في حين حتى الجسيمات ذات الاقطار الأكبر من 50 ميكرومتر تم إزالتها فقط بفعالية 40 ٪. ولاحظ هؤلاء المؤلفون حتى قدرة الحمأة الحبيبية الهوائية على إزالة المواد الجسيمية العضوية من المخلفات السائلة تعزى إلى جميع من إدماجها في مصفوفة وبيوفيلم وأنشطة التمثيل الغذائي لعدد الأوالي (الكائنات ذات الخلية الواحدة) التي تغطي سطح الحبيبات.

انيزان وآخرون. (2005) معالجة المخلفات الصناعية السائلة الناتجة من صناعة الأدوية، وقد لوحظ أنه لا يتم إزالة المواد الصلبة العالقة في مدخل المخلفات السائلة في المفاعل.

تسونيدا وآخرون. (2006) ، عند معالجة المخلفات السائلة المخمرة الناتجة من عملية تكرير المعادن (1،0-1،5 NH₄⁺-N/L g، وتصل إلى 22 غرام / لتر من كبريتات الصوديوم) يتم إزالة معدل تحميل النيتروجين 1،0 kg-N/m3 • d مع فعالية 95 ٪ في نظام يحتوي على حبيبات ذاتية التغذية.

اسماني وآخرون. (2008)) ازدياد سرعة الهواء السطحي، يساعد على الترسيب في وقت قصير نسبيا يصل إلى 5-30 دقيقة، وكذلك النسبة العالية في الارتفاع إلى قطر (H/D = 20) في المفاعل تعمل على تسهيل التحميل العضوي الامثل بزراعة المدمجات المنتظمة والحبيبات الدائرية

فيغيروا وآخرون (2008) ، المخلفات السائلة المعالجة من صناعة الأسماك المعلبة. طبقت الر (الاشعاعات الصادرة الطويلة) والتي تصل إلى 1.72 كجم الكود (الطلب الكيميائي على الأكسجين) / (م³ • د) مع استنفاد المواد العضوية بالكامل. تم إزالة الأمونيا عبر نزع النتروجين-النترجة التي تصل إلى 40 ٪ عندما كانت معدلات النتروجين 0،18 كجم ن / (م³ • د). تكوين الحبيبات الهوائية الناضجة تحدث بعد 75 يوما من عملية التشغيل مع 3،4 مم من القطر، وإس في آي (مؤشر حجم الترسيب) من 30 مل/ غم VSS (وقف المواد الصلبة المتطايرة) بكثافة حوالي 60 VSS غم / لتر للحبيبة

فاروقي وآخرون. (2008) ، المخلفات السائلة من تكرير الوقود الأحفوري والمستحضرات الصيدلانية والمبيدات الحشرية هي المصادر الرئيسية للمركبات الفينول. هذه مع هياكل أكثر تعقيدا غالبا ما تكون أكثر سمية من الفينول البسيط. وتهدف هذه الدراسة إلى تقييم مدى فعالية الحمأة الحبيبية في UASB (هضم التدفق الفوقي الكامل للحمأة اللاهوائية) وسبر لعلاج خليط من مركبات الفينول. هذه النتائج تشير إلى حتى المعالجة اللاهوائية بواسطة UASB والمعالجة الهوائية بواسطة سبر يمكن استخدامها لخلط الفينول/ كريسول بنجاح، ممثلة بركائز رئيسية في الهندسة الكيميائية والمخلفات السائلة البتروكيماوية وهذه النتائج تظهر فترة التأقلم المناسبة الضرورية لاضعاف م -- كريسول والفينول. وعلاوة على ذلك، فقد تم العثور على سبر يشكل بديلا أفضل من مفاعل UASB وهوأكثر كفاءة وهجريزا من كريزولات -م ويمكن اضعافها بنجاح.

* لوبيز- بالاووآخرون. (2009) ، معالجة المخلفات السائلة الناتجة من صناعة النبيذ. كان تشكيل الحبيبات ينفذ باستخدام الطبقة السفلية الاصطناعية وبعد 120 يوما من التشغيل، يتم استبدال الوسط الصناعي بمخلفات النبيذ السائلة الحقيقية، مع تحميل الكودستة كجم كود (م³ · د).

البحوث التجريبية في الحمأة الحبيبية الهوائية

تم تطوير تقنية التحبيب الهوائي للتطبيق في معالجة المخلفات السائلة بشكل واسع بالمقاييس المختبرية. المقاييس الكبيرة ما زالت محدودة، ولكن المؤسسات المتنوعة تبذل جهودا لتحسين هذه التقنية:

منذ 1999 قامت شركة DHV للمياه وجامعة دلفت للتكنولوجيا(TUD) وSTW (المؤسسة الهولندية للتكنولوجيا التطبيقية) وTOWA(المؤسسة الهولندية لبحوث المياه التطبيقية) بالتعاون بشكل وثيق لتطوير تقنية الحمأة الحبيبية الهوائية (Nereda). واستنادا إلى النتائج التي تم الحصول عليها، بدأت إحدى المحطات التجريبية في سبتمبر 2003 في إيدي (هولندا). جوهر الهجريب يتكون من اثنين من المفاعلات البيولوجية جنبا إلى جنب مع ازدياد وقطر منستة م و0،6 على التوالي، حجم يبلغ 1،5 م³.

بالاستناد إلى حمأة الحبيبية الهوائية ولكن باستخدام نظام المنافسة على الحبيبات، تم تطوير مفاعل الحبيبية المرشحة الدفعية المتسلسة (SBBGR) مع حجم 3.1م³ بواسطة IRSA معهد (دي ريكيرا سولواكوا، إيطاليا). ونفذت دراسات مختلفة لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي هذه في احدى محطات معالجة المخلفات السائلة الإيطالية.

تم اعداد استخدام الحبيبات الهوائية في المختبر، كفهم ابتدائية, قبل إضافتها في النظام الرئيسي، وهوالأساس لتقنية ARGUS (تحديث نظام التحبيب الهوائي) التي طورتها أساليب الهندسة البيئية المحدودة. يتم زراعة الحبيبات على مسقط في مفاعلات حيوية صغيرة تسمى المتكاثرة وتملأ فقط من 2 إلى ثلاثة ٪ من المفاعل الحيوي الرئيسي أوكفاءة التخمير (الهضم). يتم استخدام هذا النظام في محطة تجريبية مع حجم 2،7 مsup>3 وهوموجود في احدى صناعات الأدوية الهنغارية.

مجموعة الهندسة البيئية والعمليات الحيوية من جامعة سانتياغودي كومبوستيلا تشغل حاليا 100 لتر مرشد في مفاعل المحطة التجريبية.

وأظهرت دراسة الجدوى حتى تقنية الحمأة الحبيبية الهوائية تبدوواعدة جدا (دي بروين وآخرون، 2004 استنادا إلى مجموع التكلفة السنوية GSBR (المفاعلات الدفعية المتسلسلة لحمأة الحبيبة) مع المعالجة المسبقة GSBR والمعالجة اللاحقة لتكون أكثر جاذبية من بدائل مرجع الحمأة المنشطة (6-16) ٪. ويشير تحليل الحساسية على ان تقنية GSBR أقل تأثرا بقيمة الأرض وأكثر حساسية لتدفق مياه الأمطار. وبسبب ازدياد حجم العبء المسموح به فان آثار متغيرات GSBR هي فقط 25 ٪ مقارنة مع المراجع. ومع ذلك، لا يمكن ل GSBR مع المعالجة الأولية تلبية المعايير الحالية للنفايات السائلة بالنسبة للمخلفات المحلية السائلة فقط، وذلك أساسا بسبب تجاوز مستوى الجوامد المعلقة للنفايات السائلة الناجمة عن تبييض الكتلة الحيوية الغير مترسبة جيدا.

التطبيق تام الأبعاد لتقنية الحمأة الحبيبية الهوائية

تم تطبيق نظام التحبيب الهوائي مسبقا وبنجاح لمعالجة المخلفات السائلة عالية القوة. أساليب الهندسة البيئية تطبق معالجة التحبيب الهوائي في ثلاث صناعات دوائية، كاركا د.د. نوفوميستوسلوفينيا، وليك د.د. ليندافا وسلوفينيا وجدعون ريختر.الرايت اورنابل دوروغ، هنغاريا. محطات معالجة المخلفات السائلة تستخدم بالعمل لأكثر من خمس سنوات.

انظر أيضاً

معالجة المخلفات السائلة الزراعية
ارشادات الصرف
معالجة المخلفات السائلة الصناعية
قائمة تقنيات معالجة المياه العادمة
الترسيب (معالجة المياه)
تنقية المياه

المصادر

Van der Roest H., de Bruin B., van Dalen R., Uijterlinde C. (2012) Maakt Nereda-installatie Epe hooggespannen verwachtingen waar?, Vakblad H2O, nr.23, 2012, p30-p34.
Giesen A., van Loosdrecht M.C.M., Niermans R. (2012) Aerobic granular biomass: the new standard for domestic and industrial wastewater treatment?, Water21, April 2012, p28-p30.
Zilverentant A., de Bruin B., Giesen A. (2011) Nereda: The new Standard for Energy and Cost Effective Industrial and Municipal Wastewater treatment, SKIW, Het National Water Symposium, May 2011.
Water Sewage & Effluent (2010) 'Water Nymph' at Gansbaai, Water Sewage & Effluent, Water Management solutions for Africa, Volume 30 no.2, 2010, p50-p53.
Gao D. Liu L. Liang H. Wu W.M. (2010), Aerobic granular sludge: characterization, mechanism of granulation and application to wastewater treatment, Critical reviews in Biotechnology
Dutch Water Sector (2012), Commissioning Nereda at wwtp Epe: Wonder granule keeps its promise
Kolver (2012), Success at Gansbaai leads to construction of another Nereda plant, engineeringnews
Nadaba (2009), Gansbaai wastewater project incorporates techno innovation , engineeringnews
Euronews (2012), Dutch Investor cleans up water treatment

^ de Kreuk M.K., McSwain B.S., Bathe S., Tay S.T.L., Schwarzenbeck and Wilderer P.A. (2005). Discussion outcomes. Ede. In: Aerobic Granular Sludge. Water and Environmental Management Series. IWA Publishing. Munich, pp.165-169)
^ Beun J.J., Hendriks A., Van Loosdrecht M.C.M., Morgenroth E., Wilderer P.A. and Heijnen J.J. (1999). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor. Water Research, Vol. 33, No. 10, pp. 2283–2290.
^ Qin L. Liu Y. and Tay J-H (2004). Effect of settling time on aerobic granulation in sequencing batch reactor. Biochemical Engineering Journal, Vol. 21, No. 1, pp. 47–52.
^ Tay J.-H., Liu Q.-S. and Liu Y. (2001). The effects of shear force on the formation, structure and metabolism of aerobic granules. Applied Microbiology and Biotechnology, Vol. 57, Nos. 1-2, pp. 227–233.
^ de Kreuk, M.K., Bruin L.M.M. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge: From idea to pilot plant.. In Wilderer, P.A. (Ed.), Granules 2004. IWA workshop Aerobic Granular Sludge, Technical University of Munich, 26–28 September 2004 (pp. 1–12). London: IWA.
^ Arrojo B., Mosquera-Corral A., Garrido J.M. and Méndez R. (2004) Aerobic granulation with industrial wastewater in sequencing batch reactors. Water Research, Vol. 38, Nos. 14-15, pp. 3389 – 3399
^ Schwarzenbeck N., Erley R. and Wilderer P.A. (2004). Aerobic granular sludge in an SBR-system treating wastewater rich in particulate matter. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 41–46.
^ Inizan M., Freval A., Cigana J. and Meinhold J. (2005). Aerobic granulation in a sequencing batch reactor (SBR) for industrial wastewater treatment. Water Science and Technology, Vol. 52, Nos. 10-11, pp. 335–343.
^ Tsuneda S., Ogiwara M., Ejiri Y. and Hirata A. (2006). High-rate nitrification using aerobic granular sludge. Water Science and Technology, 53 (3), 147-154.
^ Shams Qamar Usmani, Suhail Sabir, Izharul Haq Farooqui and Anees Ahmad (2008) Biodegradation of Phenols and p-Cresol by Sequential Batch Reactor proc. International Conference on Environmental Research and Technology (ICERT 2008), scope 10, pp 906–910, ISBN 978-983-3986-29-3.
^ Figueroa M., Mosquera-Corral A., Campos J. L. and Méndez R. (2008). Treatment of saline wastewater in SBR aerobic granular reactors. Water Science and Technology, 58 (2), 479-485.
^ Farooqi I.H., Basheer F. and Ahmad T.(2008). Studies on Biodegradation of Phenols and m -Cresols by Upflow Anaerobic Sludge Blanket and Aerobic Sequential Batch Reactor.Global Nest Journal,10(1), 39-46.
^ López–Palau S., Dosta J. and Mata-Álvarez J. (2009). Start-up of an aerobic granular sequencing batch reactor for the treatment of winery wastewater. Water Science and Technology, 60 (4), 1049-1054.
^ de Bruin L.M.M., de Kreuk M.K., van der Roest H.F.R., Uijterlinde C. and van Loosdrecht M.C.M. (2004). Aerobic granular sludge technology: and alternative to activated sludge. Water Science and Technology, Vol. 49, Nos. 11-12, pp. 1–7)