مقدمة

تنطوي عملية الحمأة المنشطة على تحويل المواد العضوية في مياه الصرف الصحي إلى ثاني أكسيد الكربون والكتلة الحيوية من خلال التحلل البيولوجي، الأمر الذي يتطلب نقل الأكسجين المذاب (DO) بكفاءة. وعلى الرغم من أن طرق التهوية التقليدية تستهلك الكثير من الطاقة، إلا أنها لا تحقق سوى كفاءة معتدلة في نقل الأكسجين. وتبحث الدراسة في الفوائد المحتملة لاستخدام الفقاعات النانوية، وهي عبارة عن تجاويف غازية مستقرة ذات خصائص فريدة من نوعها تتيح وجودًا طويل الأمد وكفاءة أعلى في نقل الكتلة في المحاليل المائية.

إن التهوية التقليدية في معالجة مياه الصرف الصحي تستهلك الكثير من الطاقة ومكلفة، حيث يخصص جزء كبير من استهلاك الطاقة لتهوية عمليات الحمأة المنشطة. تتميز الفقاعات متناهية الصغر (NBs) بأقطار أصغر من الفقاعات الدقيقة التقليدية، مما يؤدي إلى زيادة مساحة سطح التلامس وارتفاع أسرع في تركيز الأكسجين المذاب. تبشر الفقاعات النانوية بتحسين كفاءة نقل كتلة الأكسجين، مما قد يعزز إنتاج الكتلة الحيوية ويقلل من إنتاج الحمأة في مفاعلات الحمأة المنشطة. تعرض هذه المقالة نتائج تجريبية حول تأثير تهوية البوليمرات النانوية على مستويات الأكسجين المذاب، ومعاملات نقل الغاز، وتوزيع حجم البوليمرات النانوية في المياه النانوية النقية. وتشير الدراسة إلى أن تهوية البوليمرات النانوية يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة نقل الأكسجين وتوفر فوائد محتملة في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث لفهم تأثيرها الكامل على معالجة الحمأة المنشطة.

تفحص الدراسة أيضًا تأثير تهوية الحمأة المنشطة على الخصائص الفيزيائية الكيميائية والمجتمعات الميكروبية للحمأة المنشطة. وتوفر الدراسة تقييمات أولية لتهوية الحمأة المنشطة في المفاعلات على نطاق المختبر، مما يمهد الطريق للتنفيذ المحتمل في محطات معالجة مياه الصرف الصحي على نطاق كامل.

المواد والطرق

في هذه الدراسة، أجرى الباحثون تجارب باستخدام مفاعل على نطاق المختبر بما في ذلك مولد الفقاعات النانوية Acniti Microstar Nanobubble (موديل-FS302AC-SW1، 300 واط) مع الحمأة المنشطة التي تم جمعها من محطة محلية لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية. وقارنوا تأثير تهوية الفقاعات النانوية (NB) مع تهوية الفقاعات الدقيقة التقليدية (CB) على مختلف المعلمات المتعلقة بكفاءة معالجة مياه الصرف الصحي.

Results and discussion

أظهرت النتائج أن التهوية بالتهوية الطبيعية أدت إلى زيادة كبيرة في مستويات الأكسجين المذاب (DO) في المياه مقارنة بالتهوية في المياه التي تمت في إطار اتفاقية التنوع البيولوجي. فخلال أول دقيقتين من التهوية، زاد مستوى الأكسجين المذاب في المياه المهواة بالتهوية البنائية غير الموزونة ست مرات أسرع من المياه المهواة بالتهوية المركزية. وقد وفرت التهوية البوليمرية غير الهوائية إمدادات مستمرة من الأكسجين، مما أدى إلى استخدام أكثر كفاءة للأكسجين وربما تعزيز معدلات الأيض للكائنات الحية الدقيقة الهوائية في الحمأة المنشطة.

كما حللت الدراسة أيضًا توزيع حجم وتركيزات البروتينات الصفرية مع مرور الوقت. أظهرت البروتينات الصفرية المتولدة في المحلول انخفاضًا في متوسط الحجم وزيادة في التركيز مع مرور وقت التهوية. وساهم هذا التوليد السريع للكربونات الصفرية في الارتفاع السريع في مستويات الأكسجين المذاب الذي لوحظ في التجارب. وعلاوة على ذلك، قام الباحثون بتقييم تأثير تهوية البروتينات الصفرية على خصائص الحمأة المنشطة والمجتمعات الميكروبية. أظهرت النتائج أن تهوية الحمأة المنشطة أدت إلى تغيرات في خصائص الحمأة المنشطة، بما في ذلك الطلب الكيميائي الذائب على الأكسجين (sCOD)، والمواد الصلبة الكلية (TS)، ومؤشر حجم الحمأة (SVI). وقد تأثر المجتمع الميكروبي المرتبط بالحمأة المنشطة أيضًا بالتهوية في الحمأة المنشطة، مما أظهر تغيرات في التركيب الميكروبي والتغيرات المورفولوجية.

وعمومًا، تشير الدراسة إلى أن التهوية باستخدام الفقاعات النانوية يمكن أن توفر نهجًا أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفعالية لنقل الأكسجين في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي. ومن ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي استخدام الفقاعات النانوية إلى تحسين كفاءة المعالجة وتقليل استهلاك الطاقة وتعزيز الأنشطة الميكروبية في مفاعلات الحمأة المنشطة، ومن ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي التهوية بالفقاعات النانوية إلى تغيير الخصائص الفيزيائية الكيميائية والمجتمعات الميكروبية في الحمأة المنشطة، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم آثارها طويلة الأجل على جودة الحمأة وكفاءة المعالجة.

اقرأ المقال كاملاً على موقع Science Direct