זמן החזרה הhydrulic (HRT) הוא אחד העיצובים והפרמטרים התפעוליים ביותר בטיפול בשפכים ביולוגיים.הוא שולט ישירות על זמן המגע בין ⁇ לביןמזהמים, ובכך מפעיל השפעה עמוקה על יעילות של הסרה תזונתית – במיוחד חנקן ו זרחן. הבנה וקידוד HRT הוא חיוני להשגת פיצוי, צמצום עלויות האנרגיה, ולהבטיח את טווח ארוך הטווח של יציבות ביולוגית.

HRT מתואם היטב מאפשר חיידקים איטיים הגדלים האחראים לחנקן להקים ולתחזק את אוכלוסיותיהם, תוך מתן זמן מגורים הכרחי עבור ממריצים ו- זרחן-מצטברים אורגניזמים כדי לבצע את הפונקציות המטבוליות שלהם. קצר מדי של HRT יכול לגרום לכישלון תהליכים; זמן רב מדי של HRT מוביל כורים גדולים יותר ונפח הון.

מהו זמן החזרה הhydrulic?

זמן החזרה הhydrulic (HRT) מוגדר כאורך הזמן הממוצע שנפח של פסולת נשאר בתוך כור ביולוגי.הוא מחושב על ידי חלוקת נפח הכור (V) על ידי קצב זרימה בלתי מבוקר (Q):

(ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד

יחידות אלה מובעות בדרך כלל בשעות או ימים.לדוגמה, 10,000 mrealFLT:0303030303030303030330330330330303303303303303303303030330303303303303303303303303303303310310 ימים, לעומת זאת, בפרקטיקה, HRT נע בין שעות במערכות הפעלה מתקדמות ועד כמה ימים.

HRT הוא נבדל מ- Solids Retention Time (SRT), המתייחס לביומסה הזמן הממוצע נשאר במערכת. בעוד SRT נשלט על ידי בזבז מכוון של ⁇ , HRT מונע על ידי טעינה הידראולית. שני הפרמטרים קשורים זה לזה, אבל HRT יש השפעה חזקה במיוחד על לחץ הבחירה הידראולי ואת הכביסה של microorganism Planktonic.

תפקיד HRT במכניזם של חומרים מזינים

Nitrogen Removal: Nitrification and Denitrification

הסרת חנקן ביולוגית מתרחשת בשני שלבים מהותיים: nitrification ו denitrification. Nitrification הוא תהליך אירובי, אוטומטיטרופיק המבוצע על ידי חיידקים ממאוניה-חמצן (AOB) ו nitrite-oxidizing חיידקים (NOB) אורגניזמים אלה יש קצב צמיחה איטי יחסית, עם שיעורי צמיחה מקסימליים לעתים קרובות מתחת ליום 1.0F:0F-1, ולכן הם דורשים זמן רב יותר מ- H.

עבור חנק מוחלט, HRTs מינימום בדרך כלל נע בין 6 עד 10 שעות עבור מים פסולת מקומית בטמפרטורות בינוניות, אבל עשוי להאריך עד 24 שעות או יותר בתנאים קרים. כאשר HRT נופל מתחת לסף הכביסה, צנרת יעילות להסרת אמוניה, המוביל ריכוזי חנקן מוגברים.

Denitrification מתרחשת בתנאים oxic, שבו החיידק heterotrophic להשתמש ניטריט כמו מקבלן אלקטרוני. HRT של אזור החמצן חייב להיות מספיק כדי לאפשר ניטראט diffusion לתוך הצטברות במגע עם denitrifiers. בפועל, HRTic של 2-5 שעות הם נפוצים, אבל זה תלוי עומס nitrate ומקורות פחמן זמין.

Phosphorus Removal (EBPR)

הסרת Phosphorus באמצעות EBPR מסתמכת על קבוצה של חיידקים heterotrophic הידוע בשם אורגניזמים אורגניזמים מוליכים-מצטברים (PAOs) PAOs עוברים שינוי אנירובי ואווירובי תנאים. באזור אנירובי, הם לוקחים חומצות שומן תנודתיות (VFAs) ולאחסנים אותם כמו פולי-hydroxyalkanoates (Aspobic) לשימוש עודף Panas.

HRT הוא קריטי עבור שני השלבים האנירוביים והאירוביים.ה-HRT האנאירובי חייב להיות ארוך מספיק עבור PAORTs כדי למקם מספיק VFAs (בדרך כלל 1-2 שעות) אם ה- HRT האנירובי הוא קצר מדי, PAOs הם מחוץ להחלפה על ידי heterotrophs רגילים, ו-phosphorus הסרת מידרדרת את ה-HerobiciOs.

בחירת הקהילה מיקרוביאלית ו-HRT

HRT מפעיל לחץ סלקטי על הקהילה המיקרוביאלית. at short HRTs, heterotrophs הצומח במהירות שולט, בעוד ניטטרים צומח איטי ו PAOs מופחתים. לונג HRTs מעדיפים את הקמת קהילה מורכבת יותר, כולל nitrifiers ו PAOs, אבל גם יכול לאפשר את ההתפרצות של חיידקים מפוזרים כי זה עוזר ריצוף, תוך כדי טיהור בריא.

המונחים: Suboptimal HRT

תוצאות של זמן קצר

הפעלה ב- HRT כי הוא קצר מדי יש כמה השלכות מזיקות:

  • (FLT:0)Washout of Slow-growingאורגניזמים: אורגניזמים איטיים: ⁇ 1) ניטראט החיידקים יש שיעורי צמיחה מקסימליים נמוכים; HRT קצר יותר מאשר הזמן הדור מוביל לאובדן שלהם מהמערכת.זה פוגע ישירות ביעילות ניטרציה, מה שגורם לאמומניה מוגברת באפקט העילום.
  • (FLT:0) in Complete denitrification:FLT:1 קיצור של Aoxic HRT מגביל זמן מגע בין חיידק ניטראט ודה-מחדש, וכתוצאה מכך ריכוזים ניטרים העולה על גבולות היתר.
  • (FLT:0) הסרת זרחן: ⁇ 1 (PAOs) לדרוש הן אזורי אנירובי והן אירובי; אם ה- HRT הכולל הוא קצר מדי, שלב ה-VFA ה-VFA הוא truncated, צמצום אוכלוסיית PAO ו-phosphorus קיבולת הסרת.
  • (FLT:0) Floc Shearing and Poor Settlement:cioFLT:1) גבוה הידראוליה עלייה של כוחות Shear, המוביל לפיזור צמיחה ומבנה סחר גרוע.זה יכול להעלות את סך הכל מושעה (TS) ולתרום לשחרור זרחן משני.
  • (FLT:0) סיכון מוגבר של תהליך מתעצבן: למערכות HRT קצרות פגיעות יותר לזעזועים של תרכובות רעילות או גלימות הידראוליות, עם יכולת מבולחת מוגבלת.

תוצאות של זמן החזרה hydrulic Long Retentionic

בעוד HRTs ארוכים בדרך כלל לשפר את הסרת התזונה, ערכים מופרזים מציגים את החסרונות שלהם:

  • (FLT:0) כורים גדולים ועלויות הון גבוהות: ההרחבה 1 (AHRT) דורשת נפח כור גדול יותר עבור אותו קצב זרימה, בנייה מוגברת, אדמה וחומרים.
  • (הפסקה:0) החזרות: FLT:1hil מעבר לנקודה מסוימת, HRT נוסף מניב שיפור רשלני בהסרה תזונתית.הזמן הנוסף משמש בעיקר לנשימה אנדוגנית ולא להשפלה מזויפת.
  • (FLT:0) ,Sludge bulking andקצף: ההרחבה הארוכה של Long HRTs יכולה לקדם את הצמיחה של חיידקים מפוכחים (למשל, Microthrix parella), אשר גורם ליישבות מתפתלת ועניים.
  • (FLT:0) צריכת האנרגיה המשוחררת: FLT:1 כורים גדולים יותר דורשים אנרגיה מוגברת ושילוב, העלאת הוצאות תפעוליות.
  • (FLT:0)פונטני לשחרור זרחן בבהרות: 1FreaLT במערכות HRT המורחבת, ייתכן כי הפעוט יישאר בטווח האחרון ארוך מדי, המוביל לתנאים אנאירוביים ופוספט חוזר אל תוך היפוך.

אופטימיזציה HRT עבור Desired Acent Removal

מציאת HRT אופטימלי הוא אתגר הנדסי ספציפי לאתר.אסטרטגיות הבאות יכולות לעזור למתרגלים להשיג איזון בין ביצועים ועלויות:

ניהול מחקרים

כורים בקנה מידה טייס יכולים לבדוק מגוון של ערכי HRT באמצעות מי הפסולת בפועל. פרמטרים כגון אמוניה יעילה, nitrate, פוספט, ונפיחות יישבות הם מעקב כדי לקבוע את הנקודה שבה יעילות ההסרה מייצבת.נתוני הפיילוט גם לחשוף רגישות לתנודות טמפרטורה וריאציות טעינה אורגנית.

שימוש במודלים של תהליכים

מודלים מכניסטים מתקדמים כגון ASM2d (Activated Sludge Model No. 2d) לדמות את ההשפעה של HRT על הסרת חומרים מזינים.מודלים אלה משלבים את הקינטיקה של AOB, NOB, PAOs, וממריצים, המאפשר למהנדסים להשוות תרחישים ללא ניסויים שדה יקר.

ניהול הסתגלות

חיישנים בזמן אמת עבור אמוניה, nitrate, פוספט וקצב זרימה יכולים להאכיל נתונים לבקר תהליך המתאים את נפח הכור (למשל, על ידי שינוי רמת המים ב-Squencing Batch Reactor) או את ההפצה של זרימה. HRT הסתגלות שומר על יעילות הסרת יעילות במהלך פסגות זרימה, אירועים רטובים-weather, שינויים עונתיים.

Integrate Anoxic and Aerobic Zones

עבור הסרת חומרים מזינים ביולוגיים (BNR) צמחים, HRT צריך להיות מחולק בין אנירובי, aoxic, aerobic Zone על פי התהליכים הספציפיים.כלל נפוץ של אצבע הוא 20-25% אנירובי, 25-30% anoxic, ו 45–50% aerobic של נפח הכור הכולל עבור הסרת חנקן בו זמנית וחנקן.

עקבו אחרי Reactor Configuration

סוגים שונים של כור יש טווחי HRT אופטימליים:

  • (FLT:0) ,Comventional Actived Sludge (CAS): IRLT:1 ,HRT 4-12 שעות להסרת פחמן; 10-24 שעות עבור ניטרינג; BNR תצורה מרחיבה את HRT הכולל ל 16-30 שעות.
  • (FLT:0) ,Sequencing Batch Reactors (SBR): LT:1 HRT בדרך כלל 6-18 שעות עבור מחזור מלא (fill, להגיב, ליישב, decant) הגמישות מאפשרת התאמה של משך שלב תגובה כדי להתאים לצרכים של הסרה תזונתית.
  • (FLT:0) מנברן ביופרקטורים (MBRIRLT): 1 משקאות מעורבים מושעה מוצקים (MLSS) ריכוזים מאפשרים HRTs קצרים (4-8 שעות) תוך שמירה על SRT ארוך עבור nitrifiers. עם זאת, מרעה יכול להחמיר ב HRTs קצרים מאוד עקב ריכוז ביומסה גבוהה.
  • (FLT:0)Moving Bed Biofilm Reactors (MBBRIRLT): 1 HRT נמוך כמו 2-6 שעות אפשריות בשל הגנה ביו-סרטית על אורגניזמים איטיים של תהליכים (למשל, לאחר זיהוי) עדיין דורש מספיק זמן מגע נוזלי.

תוצאות חיפוש > Optimal HRT

יש לשקול מספר גורמים ספציפיים לאתר בעת בחירת או התאמה של ה- HRT:

  • (FLT:0Wastewater טמפרטורה: 1) טמפרטורה נמוכה יותר איטי קינטיקה מיקרוביאלית; HRT חייב להיות מוגברת כדי לשמור על הסרה תזונתית. לדוגמה, קצב ההקצאה כפול עם כל עלייה של 10 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0) ייצור בלתי-השפעה: 1FLT 1 גבוה פסולת כוח (למשל, עיבוד מזון) עשוי לדרוש HRT ארוך יותר עבור השפלה מלאה.
  • (FLT:0) גיל ה-Sludge (SRT): ההרחבה 1 (שמור על SRT ארוך מספיק מאפשר HRT קצר אם ריכוז הביומסה גבוה (למשל, MBR) היחסים בין HRT ו- SRT ניתן על ידי SRT= HRT × (MLSS) / (משימתם של TSS+ ריצוף פסולת) לעתים קרובות להגדיר יעד (Stra) ו- 10.
  • (FLT:0)Presence of מעכבים:FreaLT:1 , זרמי פסולת תעשייתיים המכילים מתכות כבדות, פנוביות או אנטיביוטיקה יכולים לדכא פעילות מיקרוביאלית.עלייה ב-HRT עשויה להיות הכרחית כדי לפצות על שיעורי חילוף החומרים מופחתים.
  • היתרי רגולציה חזקים > גבולות הסתברותיים (למשל, חנקן מוחלט < 3 מ"ג / L, סך הכל זרחן < 0.1 מ"ג / L) לעתים קרובות דורשים יותר HRTs בשילוב עם שלבים מתקדמים כגון שימתיות כימי.

מחקר מקרה: אופטימיזציה HRT במפעל BNR

צמח עירוני מטפל 30,000 mveFLT:0 ;0 ;3FreaLT:1 ; יום עם תהליך לודזק-Ettinger (MLE) המופעל במקור ב HRT של 12 שעות (2 שעות anoxic, 10 שעות aerobic) הצמח נאבק כדי לעמוד במגבלות ammonium של 2 מ"ג / L במהלך החורף.

מקרה שני היה מעורב SBR טיפול במיצי חלב פסולת.הצמח היה HRT של 4 ימים (אורך בשל כוח אורגני גבוה בשילוב עם זרימה נמוכה) הסרת Phosphorus היה לא יציב, עם ספיגות של אורתאופט במהלך תקופות idle. על ידי צמצום HRT ל -2.5 ימים (על ידי הגדלת פיזור decant למחזור) והתאמה של תפקוד אירובי-אירובי, זמן קצר מתחת ל-או-או-מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ל"ל"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ל (מ"מ"מ"מ-או-או-ל (מ-מ-מ-ל (מ-או-מ-מ-מ-מ-או-או-או-או-מ-מ-או-או-או-או-ידי הגדלת ה-או-או-או-או-או-או-או-

כיוונים עתידיים בניהול HRT

הדור הבא של צמחי טיפול בשפכים ימנף שליטה בזמן אמת ולמידה מכונה כדי להתאים באופן דינמי את HRT. חיישנים רשתות מדידה עלייה בקצב החמצן, מדד בידוד חצי של אמוניום, ומדד נפח סלדג' יכול להאכיל מודלים חיזוי שממליץים על HRT אופטימלי לשעה או יום.זה מאפשר צמחים להתמודד עם אירועים סוערים ללא הרגיז.

שילוב עם תהליכים סלים גרניט, כגון זחלים גרניט אירובי (AGS), מציע HRT נמוך כמו 4-6 שעות בשל גרנואידים צפופים ששמרו על אורגניזמים איטיים.המבנה הגרניטארי מספק סימנולוגי סימולטני סימנוני וסרח זרחן ביולוגי בתוך כור יחיד, ובכך להפחית באופן דרסטי את HRT הנדרש בהשוואה למערכות דלות סטנדרטיות.

השימוש בבינה מלאכותית כדי לקשור נתוני ביצועים היסטוריים עם וריאציות HRT יהיה גם נפוץ יותר. המפעילים יכולים להשתמש בכלים אלה כדי לזהות את "הנקודה המתוקה" HRT עבור התנאים הייחודיים שלהם, צמצום ההסתמכות על ערכי עיצוב שמרניים ומקסימום יכולת צמחית.

מסקנה

זמן החזרה הhydrulic הוא הרבה יותר מפרמטר עיצוב; זה מנוף דינמי כי מפעילי יכולים להסתגל לשלוט בגורל חנקן ו זרחן בכורים ביולוגיים. HRT להגדיר קצר מדי תהליך כשל, בעוד HRT להגדיר משאבים פסולת ארוכים מדי.המפתח הוא להבין את הקינטיקה של המיקרואורגניזמים הדרושים, הטמפרטורה, המאפיינים המשפיעים, התצורה והחלפתו של תהליך בקרת איכות חיים, כמו גם מודלים יעילים של טיפול פסיכולוגי, כמו גם מודלים של טיפול יעיל.

לקריאה נוספת על הנחיות עיצוב, מתייחס לפדרציה הסביבתית של EPA:0 EPA , תהליכי חילוף חומרים ביולוגיים של חומרים מזינים ביולוגיים (VEF) , 1 ו-FLT:2 Water Environment Federation (WEF)uaFLT 3 ידני של תרגול עבור משאבים ביולוגיים מתחום הסרול.