עודף זרחן בקולחים הוא אחת הבעיות המטרידות ביותר במערכות AAO. בעת פתרון בעיות, אנשים בדרך כלל שוקלים: האם מקור הפחמן מספיק? האם הבוצה במצב טוב? האם להוסיף כימיקלים להסרת זרחן?
הכיוונים האלה נכונים כולם, אבל יש סיבה להתעלם בקלות של-אוורור מוגזם-לטווח ארוך.
ישנה תפיסה נפוצה בתעשייה: ככל שהאוורור גדול יותר וככל שהחמצן המומס (DO) גבוה יותר, כך ספיגת הזרחן האירובית נמרצת יותר, ומערכת סילוק הזרחן יציבה יותר. זה לא המקרה למעשה-אוורור מוגזם יכול להחליש בשקט את היעילות של סילוק זרחן ביולוגי, מה שהופך אותו ל"רוצח בלתי נראה". זה לא יגרום לקריסת המערכת באופן מיידי, אבל הוא יחליש בהדרגה את ה"חיוניות" של חיידקים שצוברים פוליפוספט-, מה שיוביל בסופו של דבר לתופעה מבלבלת במיוחד: הקטע האנאירובי תקין, אך סך הזרחן בשפכים ממשיך לחרוג מהסטנדרט.
א.מהי בעצם סילוק זרחן ביולוגי?
תהליך ה-AAO מסתמך על סוג של חיידקים הנקראים חיידקים פוליפוספטים -צוברים להסרת זרחן. הם מבצעים שני תהליכים מתחלפים בסביבה אנאירובית ואירובית:
שלב אנאירובי: חיידקים המצטברים-פוליפוספטים (PAB) מפרקים תחילה פוליפוספטים בתוך התאים שלהם, משחררים את הפוספטים למים ומקבלים אנרגיה. לאחר מכן הם משתמשים באנרגיה זו כדי לספוג חומצות שומן קצרות-(כגון חומצה אצטית) מהשפכים, והופכים אותן ל-PHB לאחסון.
שלב אירובי: PPBs מפרקים את ה-PHB בתוך התאים שלהם כדי להשיג אנרגיה. לאחר מכן הם משתמשים באנרגיה זו כדי לספוג כמויות גדולות של פוספטים מהמים, מסנתזים פולי-פוספטים ומאחסנים אותם שוב בתוך התאים שלהם.
לבסוף, סילוק זרחן מושג באמצעות פינוי בוצה: PPBs עשירים בזרחן- מבוצעים מהמערכת באמצעות פליטת בוצה עודפת, ובכך מוציאים זרחן מהמים.
נקודת המפתח של התהליך כולו ברורה: כמות ה-PHB המסונתזת בשלב האנאירובי קובעת ישירות את כמות הזרחן שניתן להיספג בשלב האירובי. רזרבות PHB מספקות מביאות לספיגת זרחן מספקת; רזרבות PHB לא מספקות מפחיתות את יכולת ספיגת הזרחן.
II. מה נהרס על ידי אוורור יתר?
בתנאי אוורור רגילים, החמצן המומס במיכל האירובי נשמר בטווח סביר. PPBs יצרכו PHB לפי הצורך, תוך עדיפות השימוש בו לספיגת זרחן, וכתוצאה מכך להסרת זרחן יציבה.
עם זאת, בעיות מתעוררות כאשר האוורור מוגזם והחמצן המומס באזור האירובי נשאר גבוה: כאשר החמצן המומס גבוה מדי, חיידקי פוליפוספט-הצוברים (PAB) לא רק משתמשים ב-PHB כדי לספוג זרחן אלא גם צורכים כמות גדולה של PHB ל"שמירה על חילוף החומרים הבסיסי שלהם". זוהי התופעה המדאיגה ביותר שנצפתה באתר-: שחרור זרחן באזור האנאירובי הוא נורמלי לחלוטין, אך סך הזרחן בשפכים פשוט לא יפחת.
הסיבה למעשה אינה מסובכת: תהליך "אגירת המזון" באזור האנאירובי אינו מושפע, אך באזור האירובי, PHBs של PPAs נצרכים יתר על המידה, ומשאירים לא מספיק אנרגיה לספיגת זרחן-בקנה מידה גדול. לא מסוגלים לספוג זרחן מהמים, חלק מה-PPA אפילו ישחררו זרחן בתהליך הפוך, מה שיוביל בסופו של דבר לרמות פוספט מוגזמות בשפכים.
III. מקרה אמיתי: אוורור בלתי מבוקר, יעילות סילוק זרחן צונחת
קבוצה של נתוני מדידה- באתר ממחישה בבירור את הבעיה: במפעל טיהור שפכים, ה-DO בקצה הקדמי של המיכל האירובי נשלט בסביבות 2 מ"ג/ליטר (בטווח סביר), אבל לא הייתה בקרה ספציפית בסוף, ואוורור מוגזם גרם ל-DO בקצה לעלות ליותר מ-5 מ"ג/ליטר.
כתוצאה מכך, כושר סילוק הזרחן של המערכת הידרדר במהירות: רמות הפוספט בקולחים עלו מ-0.37 מ"ג/ליטר רגיל ל-5.7 מ"ג/ליטר; קצב סילוק הזרחן הביולוגי צנח, ונכשל כמעט לחלוטין.
מאוחר יותר, אנשי התחזוקה ייצבו את החמצן המומס (DO) בכל המיכל האירובי על 2-3 מ"ג/ליטר, והמערכת התאוששה לאט. לאחר כשבועיים של פעולה יציבה, רמות הזרחן בקולחים ירדו ל-0.89 מ"ג/ליטר, ויעילות סילוק הזרחן חזרה לערך התכנון.
לא ניתן לתקן את הפירוק בסילוק הזרחן שנגרם על ידי אוורור יתר מיד לאחר התאמת הפרמטרים.
כאשר PHB נצרך יתר על המידה, חיידקים המצטברים-פוליפוספטים נכנסים למצב של "נשימה אנדוגנית"-הם מתחילים לפרק את החומר הסלולרי שלהם כדי לשרוד, ופוגעים בפעילות הכוללת של קהילת החיידקים. כדי-לבסס מחדש יכולת יציבה של סילוק זרחן, המערכת זקוקה לזמן מספיק לחיידקים שצוברים פוליפוספטים-להתרבות ולצבור מחדש- PHB. תהליך זה אורך בדרך כלל מספר ימים עד מספר שבועות, תלוי בהיקף הנזק. זו גם הסיבה העיקרית לכך שצמחים רבים לא רואים תוצאות לאחר התאמת אוורור-זה לא שההתאמות לא נכונות, אלא שהזמן לא מתאים.
IV. סביר להניח ששלושת המצבים הללו יגרמו לאוורור- יתר ללא תשומת לב
1. ימים גשומים או השפעת עומס נמוך-: כאשר יורד גשם או כמות השפכים התעשייתיים קטנה מהרגיל, ריכוז החומרים האורגניים במי ההשפעה יורד באופן משמעותי. הבוצה צורכת פחות חמצן, ולכן גם רמת החמצן הנדרשת נמוכה יותר. אם קצב האוורור יישאר זהה, החמצן לא יהיה בשימוש, מה שיגרום לעלייה מתמשכת של חמצן מומס (DO) ולדלדל את ה-PHB של חיידקים המצטברים פוליפוספטים-. אם קצב האוורור לא מותאם מיד לאחר ירידה בעומס ההשפעה, ואוורור גבוה נשמר לתקופה ממושכת, אפקט ה"צפרדע הרותחת" הזה של אוורור יתר- הוא הערמומי ביותר. יעילות סילוק הזרחן עלולה לרדת באיטיות במשך מספר חודשים עד שתחרוג לפתע מהסטנדרט.
2. התמקדות רק בקצה הקדמי, הזנחת הקצה האחורי: צמחים רבים מתקינים בדיקות DO רק בקצה הקדמי של המיכל האירובי. הם מרגישים רגועים כאשר ה-DO בקצה הקדמי נראה תקין, אך-אוורור יתר מתרחש לעתים קרובות בתאים האחוריים. במציאות, כאשר קצב האוורור הכולל גבוה מדי, הקצה האחורי של המיכל האירובי הוא המקום בו יש סיכוי גבוה יותר ש-DO יהיה גבוה, וזה גם המקום שבו PHB "מתרוקן סוף סוף".
V. הצעות מעשיות
1. שנה את ההרגל של "ככל שהאוורור גבוה יותר, כך טוב יותר"
רמת החמצן המומס (DO) המומלצת במיכל האירובי היא בין 2-3 מ"ג/ליטר, והימנע מלעלות על 4 מ"ג/ליטר לתקופות ממושכות. שימו לב במיוחד לחמצן המומס בקצה המיכל האירובי, לא רק למפלס במעלה הזרם.
2. צמצם באופן יזום את האוורור במהלך-תקופות עומס נמוך
במקרה של גשם או ריכוז השפעות נמוך, הפחית מיד את קצב האוורור כדי לשמור על מאגר ה-PHB של חיידקים שצוברים פוליפוספטים-.
3. יש גישה חלופית בעת חקירת עודף זרחן כולל
אם שחרור זרחן בשלב האנאירובי הוא תקין, אך זרחן הקולחין עדיין גבוה, בדוק אם יש אוורור יתר. בדוק גם את זמן החזקת מיכל השקיעה המשני, DO מועבר על ידי הריפלוקס, עודף חנקן חנקן ופריקה מספקת של בוצה. אל תוסיף מיד כמויות גדולות של כימיקלים להסרת זרחן-זה מגדיל את העלויות ועלול להסוות את הבעיה האמיתית.
4. היו סבלניים לאחר התאמת DO
לאחר אישור כי אוורור מוגזם גורם להידרדרות של סילוק הזרחן, הפחית את רמת ה-DO ואפשר למערכת זמן מה. התאמות תכופות של פרמטרים יכולות למעשה לזעזע את קהילת החיידקים שוב ושוב, ולהאט את ההתאוששות שלה.
5. מנע "זרימת חמצן חוזרת" אם מים- DO גבוהים מהמיכל האירובי נכנסים למיכל האנאירובי או האנוקסי באמצעות מחזור בוצה או מחזור משקאות מעורבים, זה ישבש את הסביבה האנאירובית וישפיע ישירות על סינתזת PHB על ידי חיידקים המצטברים פוליפוספטים{{2}. למערכת המחזור צריך להיות אזור חיץ אנוקסי או לשלוט על יחס המחזור כדי להפחית את הכנסת החמצן.
בסופו של דבר, המפתח להסרת זרחן ביולוגי AAO אינו הגדלת האוורור באופן דרסטי או פשוט הוספת מקורות פחמן, אלא שמירה על האיזון של "חשבון האנרגיה" PHB עבור חיידקים שצוברים פוליפוספטים-.
איוורור לא מספק מוביל לספיגת זרחן לא מספקת; אוורור מוגזם מדלדל את הפוליפוספט -צובר את ה"משקעים" של החיידקים בטרם עת, ומפחית באופן משמעותי או אפילו מבטל את היעילות של סילוק זרחן ביולוגי. עבור תפעול ותחזוקה, שליטה בחמצן מומס במיכל האירובי הוא בעל חשיבות עליונה. כאשר רמות הזרחן הכוללות עולות על הסטנדרט, התחשבות במספר רב של שכבות ולקיחת מדידות נוספות היא לרוב יעילה יותר מהתאמה עיוורת של פרמטרים או הוספת כימיקלים.
הערה: PHB הוא קיצור של חומצה פולי- -hydroxybutyric, שהיא חומר אחסון אנרגיה בחיידקי פוליפוספט.