درک درمان بیولوژیکی و شیمیایی ترکیبی برای کنترل مواد مغذی

مدیریت مواد مغذی موثر در بدن آب سنگ بنای حفاظت از محیط زیست است، به طور مستقیم بر سلامت اکوسیستم های آبزی و کیفیت منابع آب. نیتروژن بیش از حد و فسفر - به طور عمده از کشاورزی، تخلیه فاضلاب و طوفان شهری - رانندگان اولیه از پاک سازی، شکوفه های مضر و روش های درمانی سنتی هیپوکسیک، که صرفا از فرآیندهای بیولوژیکی یا صرفاً با استفاده از مواد شیمیایی شدید، و یا کاهش یافته است، اغلب به طور فزاینده ای از طریق دستیابی به سیستم های کنترل شیمیایی کامل، کاهش می یابد.

مکانیسم های سیستم های درمانی ترکیبی

فرآیندهای حذف بیولوژیکی (BNR)

درمان بیولوژیکی متکی بر فعالیت متابولیک میکروارگانیسم ها برای تبدیل و حذف مواد مغذی است. حذف نیتروژن به طور معمول شامل توالی نیتروفاسیون است - اکسیداسیون هوازی آمونیاک به نیترات - و denitrification، کاهش آنزیم های هیدروکسیک به گاز نیتروژن، حذف بیولوژیکی پیشرفته (EBPR) از ارگانیسم های تخصصی پلی-accu (PAO) استفاده می کند که باعث می شود تا فرآیندهای جایگزین کربن کمتر و کاهش گازهای گلخانه ای را کاهش دهد.

روش های حذف مواد شیمیایی

رویکردهای شیمیایی شامل بارش فسفر با نمک های فلزی (به عنوان مثال، سولفات آلومینیوم، کلرید متخلخل) و انعقاد / فلوراسیون برای جمع آوری جامدات معلق و مواد مغذی ذرات است که برای فسفر بسیار موثر است، دستیابی به حذف نزدیک به کامل تحت pH مطلوب و شرایط دفع سولفات، همچنین پاسخ سریع به بارهای شوک و می تواند به تنهایی باعث افزایش غلظت های شیمیایی کم، و یا کاهش غلظت های شیمیایی می شود، هنگامی که ممکن است به کاهش غلظت های شیمیایی بزرگ کاهش مصرف شود، و کاهش مواد شیمیایی کاهش یابد، و کاهش هزینه های مواد شیمیایی استفاده شود.

Synergy در سیستم های هیبریدی

سیستم های ترکیبی به طور استراتژیک گام های بیولوژیکی و شیمیایی را در توالی قرار می دهند یا آنها را در همان راکتور برای بهره برداری از مکانیسم های مکمل ادغام می کنند.یک پیکربندی مشترک از درمان بیولوژیکی به عنوان مرحله اولیه برای حذف عمده مواد آلی و مواد مغذی استفاده می کند، به دنبال آن، سرعت شیمیایی برای کاهش سرعت های شیمیایی و کاهش یافته، به طور متناوب، اضافه کردن عملکرد یک فرآیند بیولوژیکی موجود، کاهش می تواند به حداقل رساندن سرعت کاهش یابد.

مزایای درمان بیولوژیکی و شیمیایی ترکیبی

هنگامی که به درستی طراحی شده است، سیستم های هیبریدی مزایای متعددی را ارائه می دهند که فراتر از درصد ساده حذف مواد مغذی گسترش می یابد.

  • بهره وری بالا تر از حذف: با هدف قرار دادن هر دو بخش محلول و ذرات مواد مغذی، سیستم های هیبریدی به طور معمول به حذف نیتروژن بالاتر از 85٪ و فسفر زیر 0.1 mg / L. این سطح عملکرد برای انطباق با کل حداکثر بار روزانه (TMDL) مورد نیاز در آب های حساس ضروری است.
  • انعطاف پذیری عملیاتی: اپراتورهای می توانند نرخ های شیمیایی در زمان واقعی را تنظیم کنند تا تغییرات در کیفیت، دما یا فعالیت بیولوژیکی را جبران کنند.این سازگاری خطر نقض مجوز در طول حوادث باران یا تغییرات فصلی را کاهش می دهد.
  • چاپ کربن قرمز شده: اجزای بیولوژیکی بخش عمده ای از درمان را با استفاده از متابولیسم میکروبی تجدید پذیر، کاهش تقاضا انرژی برای تکثیر و تولید شیمیایی نشان می دهد که سیستم های هیبریدی می توانند یک رد پای کلی کربن نسبت به گزینه های شیمیایی داشته باشند.
  • مصرف شیمیایی کم و کم بودجه تولید: از آنجا که فرآیندهای بیولوژیکی بخش بزرگی از مواد مغذی را حذف می کنند، مرحله برش شیمیایی نیاز به انعقاد کمتر از یک درمان شیمیایی کامل دارد.این منجر به کاهش 20 تا 50٪ در کاهش کم توجهی شیمیایی می شود که به نوبه خود کاهش هزینه های دفع و تاثیر زیست محیطی.
  • قابلیت اطمینان قابل اطمینان: گام شیمیایی به عنوان یک شبکه ایمنی عمل می کند، اطمینان از کیفیت کارآمد حتی زمانی که عملکرد بیولوژیکی به دلیل دمای سرد، آلوده سمی، یا ناراحتی سیستم کاهش می یابد، این انعطاف پذیری برای امکانات با مجوز تخلیه دقیق ارزشمند است.

چالش ها و ملاحظات

علی رغم وعده های آنها، سیستم های هیبریدی یک پانادا نیستند.چندین چالش فنی و عملی باید برای تحقق پتانسیل کامل آنها مورد توجه قرار گیرد.

پیچیدگی فرآیند و کنترل

یکپارچه سازی فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی نیاز به نظارت و کنترل سیستم های پیچیده. pH، قلیایی بودن، نرخ های فلزی، و هدر رفتن ضعیف باید متعادل برای جلوگیری از مداخله باشد، به عنوان مثال، نمک های فلزی بیش از حد می توانند فعالیت بیولوژیکی را با تشکیل مجتمع های سمی یا با میکرو مغذی ضروری، حلقه های بازخورد خودکار و سنسورهای مواد مغذی آنلاین برای حفظ عملکرد مطلوب ضروری هستند، اما اضافه کردن این اپراتورهای ماهر و نیاز به اپراتورهای ماهر دارند.

کنترل شیمیایی و ایمنی

بسیاری از انعقاد های شیمیایی فاسد یا خطرناک هستند.ذخیره سازی، حمل و نقل و سیستم های حمل و نقل باید با ایمنی در ذهن طراحی شوند، از جمله نشت، تجهیزات محافظ شخصی و برنامه های پاسخ نشت.

مقررات و پذیرش عمومی

در برخی از حوزه های قضایی، استفاده از مواد شیمیایی در تصفیه آب با توجه به نگرانی در مورد باقی مانده یا محصول جانبی مواجه است. آلومینیوم، به عنوان مثال، با خطرات بالقوه سلامتی در زمینه های آب آشامیدنی مرتبط است، اگرچه مسیرهای قرار گرفتن از فاضلاب حداقل ارتباط پاک کننده از معاملات ریسک-سود و اثبات انطباق با (FLT0: دستورالعمل های تایید مواد مغذی لازم برای تنظیم آلودگی.

عملکرد متغیر با کیفیت آب

غلظت بالا ماده آلی حل شده (DOM) یا فلزات خاص می تواند با بارش شیمیایی تداخل داشته باشد، به طور مشابه، دماهای پایین، نیاز به حجم بزرگتر راکتور یا افزایش مطالعات قابل درمان خاص سایت قبل از اجرای کامل توصیه می شود.

ارزیابی اثربخشی: مطالعات موردی و یافته های تحقیقاتی

مطالعه موردی: بازسازی دریاچه فراترواری

یک مورد به خوبی مستند شده از یک دریاچه ی هیدروتروفی در غرب آمریکا یک رویکرد هیبریدی را با ترکیب یک تزریق بیولوژیکی با استفاده از یک ترم شیمیایی فسفر با استفاده از یک دوره دو ساله، کل سطح فسفر از 0.18 میلی گرم / L به mg / L کاهش یافته است - کاهش 50٪ آلگل کاهش 70٪ و سطح اکسیژن حل شده در کاهش یافته است تا به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

مطالعه موردی: گیاه تصفیه فاضلاب شهری

یک کارخانه تصفیه فاضلاب متوسط در اروپا سیستم تخلیه فعال شده خود را با یک واحد کلرید متخلخل قبل از clarifier ثانویه ارتقا داد. پیکربندی هیبریدی اجازه داد تا گیاه با یک محدودیت کامل فسفر 0.05 میلی گرم / L بدون گسترش زیرساخت های عمده، کاهش یابد و مصرف مواد شیمیایی کامل در مقایسه با یک عملیات جایگزین شیمیایی کامل کاهش یافته است.

تحقیقات اخیر و Meta-Analys

یک متاآنالیز ۲۰۲۲ که در تحقیقات آب منتشر شده است، ۴۵ مطالعه موردی از سیستم های بیوشیمیایی هیبریدی برای حذف مواد مغذی را بررسی کرد.این تجزیه و تحلیل نشان داد که بهره برداری از فسفر متوسط 94٪ برای سیستم های ترکیبی دیگر LT2 برای تنها بیولوژیکی و 92٪ برای سیستم های شیمیایی است که قابل مقایسه با سیستم های زیستی است اما مطالعه پایدار تر است که مقدار کم کم کم کم شده است.

مسیر های آینده و پیشرفت های تکنولوژیکی

نوآوری مداوم احتمالا سیستم های هیبریدی را جذاب تر می کند.پیشرفت در سنسورهای مواد مغذی در زمان واقعی و (FLT:0) ابزارهای مدل سازی پیش بینی کننده اجازه می دهد تا کنترل دقیق تر بر مصرف مواد شیمیایی، به حداقل رساندن زباله و به حداکثر رساندن ورودی های بیولوژیکی (MBRs) همراه با اضافه شیمیایی ارائه یک جمع آوری، ترکیب بالا، ترکیب دقیق و دقیق منابع شیمیایی، در حالی که به دنبال کاهش مصرف مواد شیمیایی هستند، همچنین می توانند از طریق استفاده از مواد مغذی های کم مصرف کنند.

نتیجه گیری

ترکیبی بیولوژیکی و شیمیایی درمانی نشان دهنده یک راه حل قدرتمند و سازگار برای کنترل مواد مغذی در هر دو بدن آب طبیعی و سیستم های درمانی مهندسی شده است.با استفاده از بهره وری انرژی و فرایندهای زیست محیطی فرایندهای بیولوژیکی در کنار قابلیت اطمینان و قدرت پاک سازی روش های شیمیایی، این سیستم ها به طور مداوم به میزان حذف بالا در حالی که کاهش استفاده شیمیایی و تولید کم هزینه مربوط به پیچیدگی فرآیند، هزینه، و پذیرش ارائه می دهد، مدیریت دقیق منابع و نظارت بر کیفیت پایدار و مواد مغذی به عنوان مدیریت کیفیت سیستم های تصفیه آب، به عنوان مدیریت می کند.