Yüksek tuzluluktaki atık su arıtımı ve çözümleri hakkında bilgi edinin

Yüksek tuzluluktaki atık su özellikle deniz suyu veya tuz açısından zengin yan ürünlerin sıklıkla üretildiği endüstriyel ortamlarda önemli bir çevresel zorluktur. Yüksek tuzluluktaki atık suyun üretimi, etkileri ve arıtımını anlamak, düzenleyici standartları karşılayan ve çevre korumasını sağlayan etkili çözümler uygulamak için önemlidir. Bu kılavuz, yüksek tuzluluktaki atık suyun birincil kaynaklarını, inorganik tuzların mikroorganizmalar üzerindeki engelleyici etkilerini ve tuzlu atık suyu yönetmek için kullanılan en son biyolojik arıtma stratejilerini ana hatlarıyla açıklamaktadır.

1. Yüksek tuzlulukta atık su üretmenin yolları

1.1 Deniz suyu ikamesiyle deşarj edilen atık su

Deniz suyu ikamesi olarak adlandırılan uygulama, belirli durumlarda kullanılan tatlı su kaynaklarının, tuzdan arındırma işlemi yapılmadan doğrudan deniz suyu ile değiştirilmesidir.

Sanayide deniz suyu, kazan soğutma suyu olarak yaygın olarak kullanılabilir ve termik santral, nükleer santral, petrokimya, metalurji, çelik fabrikaları ve diğer endüstrilere uygulanır. Gelişmiş ülkelerde yıllık deniz suyu soğutma suyu tüketimi 100 milyar m3'ü aşmıştır. Şu anda ülkemde yıllık deniz suyu kullanımı 6 milyar m3'ün üzerindedir. Qingdao Elektrik Santrali, 1936 yılında endüstriyel soğutma suyu olarak deniz suyunu kullanmaya başlamıştır ve 60 yılı aşkın bir geçmişe sahiptir. Şu anda Qingdao'nun elektrik, kimya, tekstil ve diğer endüstrilerindeki 12 kıyı işletmesi yılda 837 milyon m3 deniz suyu kullanmaktadır. Tianjin yılda 1,8 milyar m3 deniz suyu kullanmaktadır. Ayrıca Qinhuangdao Termik Santrali, Huangdao Termik Santrali ve Şanghay Petrokimya Genel Santrali gibi 70'ten fazla kıyı termik santrali, nükleer santral, kimya, petrokimya ve diğer işletmeler deniz suyunu farklı şekillerde doğrudan kullanmıştır. Baskı ve boyama, yapı malzemeleri, alkali, kauçuk ve deniz ürünleri işleme gibi sektörlerde deniz suyu aynı zamanda endüstriyel üretim suyu olarak da kullanılabilir.

Kentsel evsel su. Kentsel yaşamda, deniz suyu tuvalet sifon suyu olarak tatlı suyun yerini alabilir. Şu anda Hong Kong'da deniz suyu sifonunun nüfuz oranı 70% kadar yüksektir ve gelecekte nüfuz oranının 100%'ye çıkması planlanmaktadır ve bu da onu tuvalet sifon suyu olarak deniz suyunu kullanan dünyanın ilk şehri yapacaktır. Dalian, Tianjin, Qingdao ve Yantai gibi şehirlerdeki bazı birimlerde, tuvaletleri sifonlamak için deniz suyu kullanma uygulamaları da vardır, ancak daha küçük ölçekte.

1.2 Endüstriyel üretim atıksuyu

Matbaa ve boyama, kağıt imalatı, kimyasallar ve mamuller gibi bazı endüstriler, üretim sırasında yüksek tuz içeriğine sahip organik atık su üretmektedir.

1.3 Diğer yüksek tuzlu atık sular

Gemi balast suyu

Atıksu minimizasyonu Üretimde oluşan kanalizasyon

Büyük gemilerde oluşan evsel atık su

2. İnorganik tuzların mikroorganizmalar üzerindeki inhibisyon prensibi

2.1 İnhibisyon ilkesi

Tuzlu atık sulardaki başlıca zehir inorganik zehirdir, yani yüksek konsantrasyonda inorganik tuzlardır.

Toksik maddelerin atık su biyolojik arıtımına etkisi, zehirin türü ve konsantrasyonuyla ilgilidir. Genellikle konsantrasyon arttıkça üç kategoriye ayrılabilir: uyarım, engelleme ve toksisite.

Yüksek konsantrasyonlu inorganik tuzların atıksu biyolojik arıtımına toksik etkisi, esas olarak çevresel ozmotik basıncın artması yoluyla mikroorganizmaların hücre zarını ve bakterilerdeki enzimleri tahrip ederek mikroorganizmaların fizyolojik aktivitelerini yok etmesidir.

① Mikroorganizmalar izotonik basınç altında iyi büyürler. 5~8.5g/L kütleli NaCl çözeltilerindeki mikroorganizmalar ve 9g/L kütleli NaCl çözeltilerindeki kırmızı kan hücreleri şekil ve boyut değiştirmez ve iyi büyürler; ② Düşük ozmotik basınç altında (ρ(NaCl)=0.1g/L), çözeltideki büyük miktarda su molekülü mikroorganizmalara nüfuz ederek mikrobiyal hücrelerin şişmesine ve ciddi durumlarda parçalanarak mikroorganizmaların ölümüne neden olur; ③ Yüksek ozmotik basınç altında (ρ(NaCl)=200g/L), mikroorganizmalardaki büyük miktarda su molekülleri vücuda nüfuz ederek hücrelerin plazmolize uğramasına neden olur.

2.2 Farklı tuzluluk oranlarında tatlı su mikroorganizmalarının hayatta kalma oranı

Tatlı su ortamlarında veya tatlı su arıtma yapılarında yaşayan farklı mikroorganizmalar yüksek tuzluluk ortamlarına aşılandığında, bunlardan yalnızca bazıları hayatta kalır. Bu, mikroorganizmalar için bir tür tuzluluk seçimidir. Tatlı su mikroorganizmalarının hayatta kalma oranı 100% olarak tanımlanır. Tuzluluk 20g/L'yi aştığında, hayatta kalma oranı 40%'den azdır. Bu nedenle, tuzluluk 20g/:L'yi aştığında, genellikle farklı tatlı su mikroorganizmalarıyla tedavi edilemeyeceğine inanılır.

3. Tuza adapte olmuş mikroorganizmaların sınıflandırılması ve kullanımı

Halofilik mikroorganizmalar: Belirli bir tuz konsantrasyonuna kadar dayanabilirler, ancak tuzsuz koşullarda büyürler ve büyümeleri için çok miktarda inorganik tuza ihtiyaç duymazlar.

Halofilik mikroorganizmalar: yüksek tuzluluk koşullarında büyüyebilen bakterileri ifade eder ve büyümeleri yüksek tuzluluk ortamından ayrılamaz. İyi büyüme tuzluluğunun aralığına göre üç kategoriye ayrılabilir.

Deniz bakterileri: İyi büyüme tuzluluk 1-3%

Orta halofilik bakteri: İyi büyüme tuzluluğu 3-15%

Aşırı halofilik bakteriler: İyi büyüme tuzluluk 15-30%

4. Yüksek tuzluluktaki atık suların biyolojik arıtımında karşılaşılan sorunlar

Tuzluluğa karşı zayıf adaptasyon

Tuzluluk oranı 2%'den düşük olan tuzlu atıksuların arıtımı için geleneksel aktif çamur yöntemi kullanılmaktadır.

Tuzluluk ortamının tatlı su ortamına dönüşmesiyle birlikte çamurun uyum yeteneği hızla kaybolacaktır.

Tuzluluk değişimlerinin büyük etkisi

0,5-2% tuzluluk değişimleri genellikle arıtma sisteminde ciddi bozulmalara neden olur.

Tuzluluktaki ani değişimler, tuzluluktaki kademeli değişimlere göre sisteme daha fazla müdahale eder. Yüksek tuzluluktan tuzsuzluğa geçmenin etkisi, düşük tuzluluk ortamından yüksek tuzluluk ortamına geçmenin etkisinden daha büyüktür.

Yavaş bozulma oranı

Tuzluluk arttıkça organik maddenin bozunma hızı azaldığından, düşük F/M, tuzlu atıksuların arıtımı için daha uygundur.

5. Yüksek tuzluluktaki atık suyun biyolojik arıtımına yönelik karşı önlemler

5.1 Tatlı su mikroorganizmalarının evcilleştirilmesi

Tatlı su biyolojik arıtma tesislerinde yaşamaya adapte olmuş mikroorganizmalar belirli bir konsantrasyondaki tuzlu bir ortama girdiklerinde, hücredeki ozmotik basıncı dengeleyecek veya kendi ozmotik basınç düzenleme mekanizmaları aracılığıyla hücredeki protoplazmayı koruyacaktır. Bu düzenleme mekanizmaları arasında düşük molekül ağırlıklı maddeleri toplayarak yeni bir hücre dışı koruyucu tabaka oluşturmak, kendi metabolik yollarını düzenlemek, genetik bileşimi değiştirmek vb. yer alır. Bu nedenle, normal aktif çamur belirli bir tuzluluk aralığındaki tuzlu atık suyu belirli bir süre evcilleştirme yoluyla arıtabilir.

Çamur, evcilleştirme yoluyla sistemin tuz tolerans aralığını iyileştirebilse ve sistemin arıtma verimliliğini artırabilse de, evcilleştirilmiş çamurdaki mikroorganizmalar tuzluluğa karşı sınırlı bir tolerans aralığına sahiptir ve çevresel değişikliklere karşı hassastır. Tuzluluk ortamı değiştiğinde, mikroorganizmaların uyum yeteneği hemen ortadan kalkacaktır. Evcilleştirme, mikroorganizmaların ortama uyum sağlaması için yalnızca geçici bir fizyolojik ayarlamadır ve genetik özelliklere sahip değildir. Bu uyarlanabilir hassasiyet, kanalizasyon arıtma projelerinin uygulanması için çok elverişsizdir.

Çalışmalar, tuzluluk evcilleştirmenin 20g/L'den az tuzluluk koşullarında tuzlu atık suların arıtılmasında kullanılabileceğini göstermiştir. Ancak evcilleştirme tuzluluk konsantrasyonu kademeli olarak artırılmalı ve sistem aşamalar halinde gerekli tuzluluk seviyesine evcilleştirilmelidir. Aniden yüksek tuzluluk ortamı, iklimlendirmenin başarısız olmasına ve başlatmanın gecikmesine neden olacaktır.

5.2 Seyreltik giriş tuzluluğu

Yüksek tuz mikroorganizmalar için bir inhibitör ve zehir haline geldiğinden, tuzluluk toksik eşik değerinden daha düşük olacak şekilde girişin seyreltilmesi gerekir ve biyolojik arıtma engellenmeyecektir. Bu yöntem basittir, çalıştırılması ve yönetilmesi kolaydır; dezavantajları ise arıtma ölçeğini artırması, altyapı yatırımını artırması, işletme maliyetlerini artırması ve su kaynaklarını israf etmesidir.

5.3 Tuza adapte olmuş mikroorganizmaların kullanımı

Tuza adapte olmuş mikroorganizmaların aşılanması veya gen immobilizasyonu yüksek tuzluluktaki kanalizasyonu arıtmak için etkili bir arıtma yöntemidir. Bu yöntem, farklı aklimatizasyon yöntemleriyle elde edilmesi imkansız olan 3%'den fazla yüksek tuzluluktaki kanalizasyonu arıtabilir. Belirli kirleticilerin giderilmesi için seçilen tuza adapte olmuş bakterilerin bazıları yüksek özgül bozunma yeteneğine sahip olabilir ve bu da arıtma etkisini büyük ölçüde iyileştirebilir. Tarama aşısı, okyanus veya haliç tortusundaki aktif maddelerden, tuz sahası substratından ve diğer yüksek tuzluluktaki ortamlardan gelir. Tarama genellikle belirli prosedürlere ve genetik önlemlere sahiptir.

Bu yöntemin dezavantajları uzun başlangıç süresi ve yüksek ilk başlangıç maliyetleridir. Ancak, yüksek tuzluluktaki kanalizasyonun biyolojik arıtımı için uygulanabilir bir yöntemdir. 5.4 Antagonistlerin eklenmesi Antagonizm, bir zehirin toksik etkisinin başka bir maddenin varlığı veya artışıyla azaldığı durumu ifade eder. Şekilden, bir zehirin toksik etkisinin başka bir maddenin düşük konsantrasyonunun artmasıyla azaldığı ve iyi durumdan sonra, reaksiyon hızının antagonist konsantrasyonunun daha da artmasıyla azaldığı görülebilir. Güncel araştırmalar, K'nin Na üzerinde antagonistik bir etkiye sahip olacağını ve Na tuzunun mikroorganizmalar üzerindeki toksik etkisini azaltacağını bulmuştur. Potasyum emilimi ve sodyum atılımı etkisi Ana prensip Na+/K+ ters taşıma işlevi olabilir. Bakterilerin büyümek için yüksek sodyum ortamına ihtiyaçları olmasına rağmen, hücredeki Na konsantrasyonu yüksek değildir. Örneğin, Halobacterium'un ışık aracılı H+ proton pompası, Na+/K+ ters taşıma işlevine sahiptir, yani K+'yi absorbe etme ve konsantre etme ve Na+'yi hücre dışı boşluğa boşaltma yeteneğine sahiptir. Uyumlu bir çözünen madde olan K+, hücrenin içi ve dışı arasında bir denge sağlamak için ozmotik basıncı ayarlayabilir. Konsantrasyonu, içeride ve dışarıda aynı su aktivitesini korumak için 7 mol/L kadar yüksektir. Örneğin, halofilik anaerobik bakteriler, halofilik kükürt indirgeyen bakteriler ve halofilik arkeler, hücrenin dışındaki hipertonik ortama direnmek için hücrede yüksek konsantrasyonlarda K+ biriktirir. Örneğin, mayadaki Na+/K+ ters taşıyıcısı vücuttan fazla tuzu atabilir ve mayanın tuz toleransını iyileştirebilir.

5.5 Uygun bir tedavi sürecinin seçilmesi

Farklı arıtma süreçleri mikroorganizmaların tuz tolerans aralığını etkiler. Aşağıda, bildirilen çeşitli biyolojik arıtma yöntemlerindeki NaCl konsantrasyonunun sınırlayıcı miktarları verilmiştir.

Araştırmalar genel olarak biyofilm sürecinin askıda aktif çamur sürecinden daha fazla tuz toleransına sahip olduğuna inanmaktadır. Ek olarak, anaerobik bir aşama eklemek, sonraki aerobik aşamanın tuz tolerans aralığını büyük ölçüde artırabilir.

6. Yüksek tuzluluktaki kanalizasyonun biyolojik arıtımı için tasarım gereksinimleri

6.1 Tuzluluk düzenleyici bir tank ekleyin

Tuzluluk değişimleri, arıtma verimliliğinde keskin bir düşüş ve büyük miktarda çamur kaybı olarak kendini gösteren sistemin kararlılığı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Tasarım sırasında, tuzluluğun göreceli kararlılığını sağlamak için bir düzenleme tankı kurulmalıdır. Tuzluluk şokunun arıtma sisteminin arızalanmasına neden olmasını önlemek için çevrimiçi kontrolü ve tuzluluğun geri bildirimini güçlendirmek amacıyla düzenleme tankının girişine ve çıkışına iletkenlik izleme cihazları kurulabilir.

6.2 Çamur yükünü azaltın

Tuzluluk biyolojik bozunma oranını azaltır, bu nedenle tasarım yükü nispeten azaltılmalıdır. Birçok çalışma, çamur indeksinin yüksek tuzluluk ortamında azaldığını göstermiştir, bu nedenle çok düşük bir yük nedeniyle oluşan çamur genişlemesi konusunda endişelenmeye gerek yoktur.

6.3 Çamur konsantrasyonunu artırın

Yüksek tuzla işlenen çamurun pıhtılaşması zayıftır ve ciddi çamur kaybı vardır. Bu nedenle, tasarımda yüksek çamur konsantrasyonu garanti edilmelidir. Bu aynı zamanda arıtma verimliliğini artırmanın bir yoludur. Ayrıca, bir çamur yoğunlaştırma tankı tasarlarken ek çamur rezervleri sağlamak ve çamur kaybolduğunda onu hızla yenilemek de mümkündür.

6.4 Berraklaştırıcının tutma süresini artırın

Yüksek tuz, pıhtılaşma kapasitesini etkilediğinden, daha uzun tutma süresi çamurun çökelmesine elverişlidir.

6.5 Havalandırma hacmini artırın

Mikroorganizmaların yüksek tuzlu ortamlara adaptasyonu, aerobik solunum oranındaki artışla kendini gösterir, bu nedenle solunum ek oksijen tüketimine neden olur. Sudaki çözünmüş oksijen konsantrasyonunu artırmak mikroorganizmaların metabolizması için faydalıdır. Yüksek tuzlu ortamlara adaptasyonları için fizyolojik gereksinimlerini karşılar.

Çözüm

Yüksek tuzluluk oranına sahip atık suların arıtımı benzersiz zorluklar sunar, ancak biyolojik arıtma yöntemlerindeki gelişmelerle verimli ve sürdürülebilir atık su yönetimi elde etmek mümkündür. Mikroorganizmaların evcilleştirilmesi, tuza adapte olmuş türlerin kullanılması ve arıtma süreçlerinin optimize edilmesi gibi stratejileri benimseyerek, endüstriler yönetmeliklere uyarken operasyonlarının çevresel etkisini azaltabilir. Alandaki devam eden araştırma ve yeniliklerle, yüksek tuzluluk oranına sahip atık suların arıtımı gelişmeye devam edecek ve endüstriler ve belediyeler için daha etkili çözümler sunacaktır.