مقدار DO مناسب برای مخزن هوادهی شما واقعاً چقدر است؟

آیا روش اندازه‌گیری جایگزین بهتری برای DO متر وجود دارد؟

مقدار DO (اکسیژن محلول) برای دستورالعمل‌های مدیریتی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب در سراسر جهان استفاده می‌شود، اما افرادی که عمیقاً در مورد DO اطلاعات دارند بسیار کم هستند. همچنین بسیاری از مردم بر این باورند که دستگاه اندازه‌گیری DO اطلاعات کافی به ما می‌دهد و هرچه DO بالاتر باشد، بهتر است. با این حال، در بیشتر موارد این درست نیست. این تفکر نادرست توسط کتاب‌های درسی که می‌گویند مقدار DO در مخزن هوادهی در حالت ایده‌آل باید حداقل ۲.۰ میلی‌گرم در لیتر باشد و هرچه بالاتر باشد، بهتر است، تشویق می‌شود.

پنج سوال زیر اغلب توسط مدیران تصفیه فاضلاب از شرکت ما پرسیده می‌شود.

 سوال ۱: معنای واقعی DO چیست؟

 سوال ۲: چه مقدار DO مناسب است؟

 سوال ۳: هرچه مقدار DO بالاتر باشد، بهتر است؟

 سوال ۴: چگونه DO را به درستی اندازه‌گیری کنیم؟

 سوال ۵: آیا ابزارهای اندازه‌گیری مؤثرتری برای جایگزینی DO متر وجود دارد؟

سوال ۱:  معنی واقعی DO چیست؟

 DO  یک «مازاد» است که توسط میکروارگانیسم‌ها مصرف نشده است.

برای مثال، وقتی با استفاده از یک دستگاه اکسیژن سنج، آب لوله‌کشی عمومی را اندازه‌گیری می‌کنید، اغلب مقدار بالایی بین ۸ تا ۹ میلی‌گرم در لیتر دریافت خواهید کرد که تقریباً اشباع شده است، و وقتی آب کم اکسیژن (مثلاً آب چاه) را اندازه‌گیری می‌کنید، اغلب مقدار اکسیژن سنج صفر میلی‌گرم در لیتر دریافت خواهید کرد.

دستگاه‌های اکسیژن سنج می‌توانند [میزان اکسیژن محلول در آب] را اندازه‌گیری کنند. با این حال، در مورد اکسیژن سنج در مخزن هوادهی، باید به این فکر کنید که DO به چه معناست [میزان اکسیژن اضافی محلول].

دلیل انجام هوادهی در مخزن هوادهی این است که ما همیشه باید اکسیژن مصرف شده توسط میکروارگانیسم‌های موجود در مخزن را جبران کنیم. تأمین اکسیژن برای تصفیه فاضلاب با استفاده از میکروارگانیسم‌های هوازی کاملاً ضروری است. اکسیژنی که توسط پخش‌کننده‌های هوا به آب داده می‌شود، فوراً توسط میکروارگانیسم‌ها مصرف می‌شود.

حتی با استفاده از پخش‌کننده‌های هوای با کارایی بالا، میزان انتقال اکسیژن در فاضلاب واقعی حداکثر ۱۰٪ است. (برای جزئیات، به «مقدار آلفا چیست؟» مراجعه کنید .

اکسیژن محلول فاضلاب

این بخشی است که در نمودار سمت راست با رنگ آبی روشن نشان داده شده است. بنابراین ۹۰٪ باقی مانده وارد هوا می‌شود (با رنگ آبی تیره نشان داده شده است).

میکروارگانیسم‌های موجود در مخزن هوادهی بیشتر اکسیژن محلول را استفاده می‌کنند، اما « مازاد » آن که به طور مؤثر استفاده نمی‌شود، در فاضلاب باقی می‌ماند. این همان DO است که با رنگ زرد نشان داده شده است.

حالا به اصل مطلب می‌رسیم. چرا باید اکسیژن اضافی مانند DO=2.0mg/L یا بیشتر ایجاد کنیم؟
حفظ DO=2.0mg/L یا بیشتر طبق کتاب‌های درسی تصفیه فاضلاب به معنای ادامه تأمین اکسیژن اضافی است که توسط میکروارگانیسم‌ها استفاده نمی‌شود و مقدار زیادی از توان دمنده هوا هدر می‌رود. به استثنای حفظ DO بالا به منظور آماده شدن برای تغییرات سریع و گسترده در بار BOD/COD، واضح است که حفظ DO=2.0mg/L بدون دلیل موجه اشتباه است.

سوال ۲: چه مقدار DO مناسب است؟

مقدار DO=0mg/L در اولین مخزن هوادهی معمول است.

از تکنسین‌های باتجربه تصفیه فاضلاب بپرسید «مقدار DO مناسب برای یک مخزن هوادهی چقدر است؟». تعداد بسیار کمی از آنها پاسخ می‌دهند DO 2.0 میلی‌گرم در لیتر یا بیشتر لازم است. تقریباً همه تکنسین‌ها موافقند که حتی کوچکترین مقادیرDO کافی است. مقدار DO مناسب به شرح زیر است:

*مقدار DO مناسب بسته به موقعیت (بالادست، میان‌دست، پایین‌دست) مخزن هوادهی متفاوت است زیرا هدف هر مخزن هوادهی متفاوت است. اگر سه مخزن هوادهی وجود داشته باشد، یعنی مخازن هوادهی اول، دوم و سوم:

۱- مخزن هوادهی اول (ناحیه بالادست): BOD به طور فعال تجزیه می‌شود، بنابراین اکسیژن توسط میکروارگانیسم‌ها به طور فعال مصرف می‌شود. بنابراین، DO=0 میلی‌گرم در لیتر طبیعی است.

۲- مخزن هوادهی دوم (ناحیه میانی جریان): DO=0.1 میلی‌گرم در لیتر یا بیشتر کافی است.

۳- مخزن هوادهی سوم (ناحیه پایین دست): DO=0.3~1.0 میلی‌گرم در لیتر کافی است.

* دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن محلول (DO) ابزاری برای اندازه‌گیری غلظت اکسیژن محلول است. حتی اگر آب بی‌هوازی (آبی که اکسیژن مصرف می‌کند) را اندازه‌گیری کنید، به صورت منفی نمایش داده نمی‌شود و به صورت صفر نمایش داده می‌شود. در کادر بالا، عبارت «صفر میلی‌گرم در لیتر اکسیژن محلول در مخزن هوادهی اول طبیعی است» به این معنی است که آب غیر بی‌هوازی یا کمی بی‌هوازی است. از این رو، در حالتی که هیچ کمبود یا اضافی اکسیژن وجود ندارد، DO صفر مشکلی ایجاد نمی‌کند. با این حال، هنگامی که آب در مخزن هوادهی اول به طور قابل توجهی شرایط بی‌هوازی دارد، این یک مشکل است. برای جزئیات بیشتر، به سوال ۵ در زیر مراجعه کنید.

سوال ۳: هر چه مقدار DO بالاتر باشد، بهتر است؟

هوادهی بیش از حد قوی باعث عدم رسوب گذاری در مخزن کلاریفایر می شود

تصفیه‌خانه‌های فاضلابی وجود دارند که با هوادهی قوی در مخزن هوادهی نهایی، DO  را بی‌جهت بالا نگه می‌دارند. در مواردی که لجن فعال (میکروارگانیسم‌ها) و آب تصفیه‌شده در مخزن ته‌نشینی از هم جدا می‌شوند، هوادهی قوی در مخزن نهایی، لخته‌های میکروارگانیسم‌های تجمع‌یافته را به لخته‌های بسیار کوچکی به نام لخته‌های سوزنی می‌شکند که در آب معلق هستند و به خوبی در مخزن ته‌نشینی ته‌نشین نمی‌شوند. این پدیده ناشی از «هوادهی بیش از حد» است. این پدیده ممکن است باعث انتقال شود، به این معنی که لجن فعال با آب تصفیه‌شده به بیرون جریان می‌یابد.
حتی با سیستم‌های MBR که لجن فعال و آب تصفیه‌شده را به زور از طریق یک غشاء جدا می‌کنند، گرفتگی غشاء احتمالاً زمانی رخ می‌دهد که هوادهی قوی، لخته‌ها را می‌شکند. بنابراین حتی در این حالت، هوادهی بیش از حد مشکل‌ساز است.
برای جلوگیری از شکستن لخته، تنظیم شدت هوادهی با هوادهی قوی در ناحیه بالادست، هوادهی متوسط ​​در ناحیه میانی و هوادهی ملایم در ناحیه پایین‌دست ضروری و مهم است. هنگامی که اکسیژن بیشتری از حد لازم به میکروارگانیسم‌ها داده شود، میکروارگانیسم‌ها فعال نمی‌شوند و شرایط تصفیه فاضلاب بهبود نمی‌یابد. تولید اکسیژن اضافی، انرژی و هزینه زیادی را هدر می‌دهد.

سوال ۴: چگونه می‌توان DO را به درستی اندازه‌گیری کرد؟

در بسیاری از موارد، «اکسیژن موجود در حباب‌ها» به جای «اکسیژن محلول» اندازه‌گیری می‌شود.

روش معمول برای اندازه‌گیری DO، نمونه‌برداری از آب مخزن هوادهی با استفاده از یک ملاقه و اندازه‌گیری DO آب نمونه‌برداری شده با استفاده از یک DO متر است. اما در این روش، آب در معرض هوایی قرار می‌گیرد که بر DO تأثیر می‌گذارد. عیب دیگر این روش این است که فقط می‌تواند DO لایه سطحی مخزن هوادهی را اندازه‌گیری کند.

روش اندازه‌گیری DO ما این است که یک الکترود را با کابل ۱۰ متری به یک DO متر دستی وصل می‌کنیم و آن را مستقیماً به داخل مخزن هوادهی می‌اندازیم. این روش می‌تواند مستقیماً DO واقعی را اندازه‌گیری کند. الکترود از طریق آب می‌افتند و DO لایه سطحی، لایه میانی و لایه پایینی را اندازه‌گیری می‌کنند. اگر اختلاف DO بین لایه سطحی و لایه پایینی قابل توجه باشد، به این معنی است که اختلاف غلظت MLSS در مخزن هوادهی وجود دارد و پخش‌کننده‌های هوا نمی‌توانند به طور یکنواخت مخزن هوادهی را به هم بزنند.

نصب درست do متر

هنگام اندازه‌گیری DO با استفاده از روش فوق، توجه دقیق به جهت نوک الکترود دستگاه اندازه‌گیری DO ضروری است. وقتی دستگاه را به طور عادی وارد می‌کنید، نوک الکترود رو به پایین خواهد بود. برای جلوگیری از این امر، کابل را خم کنید و الکترود را با استفاده از نوار وینیل به کابل ثابت کنید، سپس نوک الکترود همانطور که در تصویر سمت راست نشان داده شده است، رو به بالا قرار خواهد گرفت.

این روش ابداعی از برخورد مستقیم حباب‌های هوا از پخش‌کننده‌های هوا به نوک الکترود و اندازه‌گیری اکسیژن حل نشده به عنوان DO جلوگیری می‌کند. وقتی الکترود رو به بالا باشد، حباب‌های تخلیه شده از پخش‌کننده‌های هوا مستقیماً به نوک الکترود نمی‌چسبند. تنها با پیروی از این روش ابداعی می‌توان DO را به طور دقیق اندازه‌گیری کرد.
(این روش بسیار مهم است، اما در بیشتر موارد با نوک الکترود رو به پایین اندازه‌گیری می‌شود. این بدان معناست که موارد زیادی وجود دارد که DO به درستی اندازه‌گیری نمی‌شود و اکسیژن حل نشده اندازه‌گیری می‌شود.)

سوال ۵: آیا ابزارهای اندازه‌گیری مؤثرتری برای جایگزینی DO متر وجود دارد؟

دستگاه ORP متر بسیار مؤثرتر از دستگاه DO متر است.

مدیریت هوادهی در تصفیه فاضلاب با استفاده از مقدار ORP و نه با مقدار DO مؤثرتر است. ORP پتانسیل اکسیداسیون-احیا است و می‌تواند طیف وسیعی از مثبت ۲۰۰۰ میلی‌ولت تا منفی ۲۰۰۰ میلی‌ولت را اندازه‌گیری کند و به ما اطلاع دهد که آیا مایع در حالت اکسیداسیون است یا حالت احیا. انواع قابل حمل مشابه DO مترها فروخته می‌شوند و می‌توانید آن را مستقیماً درون مخزن هوادهی بیندازید و با اتصال یک کابل ۱۰ متری، مقدار ORP را اندازه‌گیری کنید. بزرگترین مزیت استفاده از ORP  متر این است که ORP متر می‌تواند هر دو محدوده مثبت و منفی را اندازه‌گیری کند، بنابراین می‌توانید میزان اکسیژن ناکافی را تشخیص دهید.

تفاوت DO و ORP

لطفاً به نمودار سمت راست مراجعه کنید. این نمودار، مقدار DO و مقدار ORP را به مدت دو سال پس از نصب هواده‌های OHR در یک کارخانه مواد غذایی نشان می‌دهد.

در این محل، مقادیر زیادی لجن بی‌هوازی در کف مخزن انباشته شده بود. لجن توسط هواده‌های OHR به شدت تکان داده شده و به شدت دچار کمبود اکسیژن شده بود.

(مشتری تصمیم گرفت هواده OHR را بدون تخلیه آب و حذف لجن بی‌هوازی نصب کند.)

خط سبز بالایی نتیجه اندازه‌گیری شده توسط دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن محلول (DO) است. اکسیژن محلول در طول چهار ماه پس از نصب هواکش‌های OHR (آوریل ۲۰۰۰) صفر میلی‌گرم در لیتر بود. اگر این نتیجه DO تنها استاندارد ارزیابی بود، هواکش OHR به عنوان یک پخش‌کننده هوای کم‌بازده در نظر گرفته می‌شد.

با این حال، با نگاه به خط قرمز زیر (نتیجه ORP)، می‌توانید ببینید که وضعیت مخزن هوادهی به وضوح در حال بهبود است. بنابراین، می‌توان به وضوح تأیید کرد که وضعیت مخزن هوادهی اکنون در حال بهبود است و قطعاً با گذشت زمان بهبود خواهد یافت. بنابراین «DO=0mg/L» دو معنی به شرح زیر دارد:

الف) صفر که نشان می‌دهد تأمین و مصرف اکسیژن متعادل است.

ب) صفر که نشان می‌دهد مصرف اکسیژن از تأمین اکسیژن بیشتر است.

دستگاه ORP متر شما را قادر می‌سازد هر دو حالت فوق را مشاهده کنید. دستگاه ORP متر به تدریج به عنوان دستگاهی بسیار مؤثر شناخته شده است و تعداد تصفیه‌خانه‌های فاضلابی که از دستگاه ORP متر استفاده می‌کنند در حال افزایش است.

مقدار مناسب ORP در مخازن هوادهی

لطفا در محدوده منفی ۱۵۰ میلی ولت تا مثبت ۱۵۰ میلی ولت نگه دارید

مقدار ORP مناسب بسته به موقعیت (بالادست، میان‌دست، پایین‌دست) مخزن هوادهی و مقدار DO متفاوت است. اگر سه مخزن هوادهی وجود داشته باشد، یعنی مخازن هوادهی اول، دوم و سوم:

۱- مخزن هوادهی اول (ناحیه بالادست): BOD به طور فعال تجزیه می‌شود، بنابراین اکسیژن توسط میکروارگانیسم‌ها به طور فعال مصرف می‌شود. بنابراین -۱۵۰ ~ ۰ میلی‌ولت طبیعی است.

۲- مخزن هوادهی دوم (ناحیه میانی جریان): تقریباً ۰ میلی‌ولت کافی است.

۳- مخزن هوادهی سوم (ناحیه پایین‌دست): ۱۵۰ میلی‌ولت یا کمتر کافی است.

*اگر مقدار ORP از ۱۵۰ میلی‌ولت بیشتر شود، به عنوان «هوادهی بیش از حد» طبقه‌بندی می‌شود. لازم است میزان دمیدن هوا کاهش یابد.

ORP مخزن هوادهی