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जैविक अपशिष्ट जल उपचार में, सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया को अक्सर गणितीय निश्चितता के रूप में माना जाता है। हालाँकि, अनुभवी प्रक्रिया इंजीनियरों को पता है कि यह एक अस्थिर पारिस्थितिकी तंत्र की तरह अधिक व्यवहार करता है। इस पारिस्थितिकी तंत्र के प्रबंधन के केंद्र में है भोजन-से-सूक्ष्मजीव (एफ/एम) अनुपात .
जबकि मानक परिचालन मैनुअल कठोर सूत्र प्रदान करते हैं, सच्ची प्रक्रिया में महारत हासिल करने के लिए यह समझने की आवश्यकता होती है कि एफ/एम परिवर्तनीय कार्बनिक रसायन विज्ञान, मौसमी कैनेटीक्स और वास्तविक समय सेंसर सीमाओं के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है। यह मार्गदर्शिका आधुनिक संयंत्र अनुकूलन के लिए कार्रवाई योग्य, क्षेत्र-परीक्षणित अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए बुनियादी गणनाओं से आगे बढ़ती है।
एफ/एम अनुपात जैविक रिएक्टरों में प्रवेश करने वाले बायोडिग्रेडेबल कार्बनिक सब्सट्रेट के द्रव्यमान और स्थिरीकरण के लिए समर्पित सक्रिय हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया के द्रव्यमान के बीच थर्मोडायनामिक संबंध को परिभाषित करता है।
एक आदर्श प्रणाली में, यह अनुपात बैक्टीरिया को देर से घटते विकास चरण या प्रारंभिक अंतर्जात श्वसन चरण में बनाए रखता है। यदि स्केल किसी भी दिशा में बहुत दूर तक झुकता है, तो कीचड़ फ्लोक की भौतिक संरचना ख़राब हो जाती है, कीचड़ मात्रा सूचकांक (एसवीआई) में परिवर्तन होता है और कुल निलंबित ठोस (टीएसएस) और पोषक तत्वों की सीमा के लिए नियामक गैर-अनुपालन का जोखिम होता है।
एफ/एम का पाठ्यपुस्तक गणितीय प्रतिनिधित्व सीधा है, लेकिन इसके घटक परिचालन जाल छिपाते हैं।
अमेरिकी शाही इकाइयाँ:
एफ/एम = (प्रभावी बीओडी, एमजी/एल * प्रवाह, एमजीडी * 8.34) / (एमएलवीएसएस, एमजी/एल * बेसिन वॉल्यूम, एमजी * 8.34)
मीट्रिक इकाइयाँ:
एफ/एम = (प्रभावी बीओडी, एमजी/एल * प्रवाह, एम3/दिन) / (एमएलवीएसएस, एमजी/एल * बेसिन वॉल्यूम, एम3 * 1,000)
क्लासिक एफ/एम नियंत्रण में सबसे बड़ा दोष यह है कि मानक बीओडी5 के लिए 5 दिन की ऊष्मायन अवधि की आवश्यकता होती है। 5-दिवसीय लैगिंग संकेतक का उपयोग करके एक गतिशील संयंत्र का प्रबंधन यह सुनिश्चित करता है कि आप हमेशा पिछले सप्ताह के संकट को ठीक कर रहे हैं।
उन्नत सुविधाएं एक गतिशीलता स्थापित करके इसे बायपास करती हैं सीओडी-टू-बीओडी या टीओसी-टू-बीओडी सहसंबंध मैट्रिक्स . कच्चा घरेलू नगरपालिका प्रभाव आमतौर पर 2.0:1 से 2.5:1 का सीओडी:बीओडी अनुपात प्रदर्शित करता है। हालाँकि, यदि आपकी सुविधा औद्योगिक अंश (उदाहरण के लिए, खाद्य प्रसंस्करण, रासायनिक विनिर्माण) प्राप्त करती है, तो यह अनुपात 4.0:1 तक बढ़ सकता है या प्रति घंटा बदल सकता है।
[वास्तविक समय भोजन अनुमान] = दैनिक सीओडी (2 घंटे के पाचन या ऑनलाइन यूवी-विज़ के माध्यम से) / साइट-विशिष्ट सहसंबंध कारकप्राथमिक प्रवाह वियर पर ऑनलाइन यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करके, ऑपरेटर पांच दिन बहुत देर से विषाक्त अधिभार की खोज करने के बजाय, वास्तविक समय के कार्बनिक "स्लग" को पकड़ सकते हैं और प्रक्रिया मेट्रिक्स को तुरंत समायोजित कर सकते हैं।
हर में एमएलवीएसएस के लिए एमएलएसएस को प्रतिस्थापित करना एक गंभीर गलती है। एमएलएसएस में गैर-जैविक अक्रिय ठोस (स्थिर निलंबित ठोस जैसे बारीक कण, गाद और अवक्षेपित फास्फोरस) शामिल हैं।
एक स्वस्थ नगरपालिका संयंत्र एक को बनाए रखता है एमएलवीएसएस/एमएलएसएस अनुपात (शुद्धता सूचकांक) 0.75 से 0.85 . संयुक्त सीवर प्रणालियों में, या अपर्याप्त ग्रिट चैनलों वाले संयंत्रों में भारी बारिश की घटनाओं के दौरान, निष्क्रिय ग्रिट वातन बेसिन में चला जाता है, जिससे अनुपात 0.60 से नीचे चला जाता है। यदि आप अस्थिर अंश (550 डिग्री सेल्सियस पर वाष्पशील मफल फर्नेस परीक्षण के माध्यम से एमएलवीएसएस) के लिए परीक्षण नहीं करते हैं, तो आप गणितीय रूप से अपने माइक्रोबियल कार्यबल को अधिक महत्व देंगे, अपने सिस्टम को बहुत कम खिलाएंगे, और अप्रत्याशित बायोमास भुखमरी को ट्रिगर करेंगे।
आइए बुनियादी नगरपालिका गणनाओं से परे एक उन्नत परिदृश्य पर नजर डालें जहां एक औद्योगिक खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र एक अप्रत्याशित कार्बनिक उछाल को नगरपालिका प्रणाली में डंप करता है।
अनुमानित प्रभावशाली बीओडी = 600 मिलीग्राम/लीटर सीओडी / 2.4 = 250 मिलीग्राम/लीटर बीओडी
प्रयुक्त भोजन = 250 मिलीग्राम/लीटर * 4.0 एमजीडी * 8.34 = 8,340 पाउंड बीओडी/दिन
वास्तविक एमएलवीएसएस एकाग्रता = 3,500 मिलीग्राम/लीटर एमएलएसएस * 0.72 = 2,520 मिलीग्राम/लीटर एमएलवीएसएस
सक्रिय सूक्ष्मजीव = 2,520 मिलीग्राम/लीटर * 1.2 मिलीग्राम * 8.34 = 25,220 पाउंड एमएलवीएसएस
एफ/एम अनुपात = 8,340 पाउंड बीओडी / 25,220 पाउंड एमएलवीएसएस = 0.33 दिन^-1
परिचालन अंतर्दृष्टि: यदि ऑपरेटर ने गणना के लिए गलत तरीके से कुल एमएलएसएस का उपयोग किया था, तो गणना की गई एफ/एम 0.24 के रूप में दिखाई देगी, जो एक पूरी तरह से स्थिर पारंपरिक प्रणाली का संकेत देती है। वास्तव में, वास्तविक जैविक भार 0.33 पर है - जो पारंपरिक उपचार की ऊपरी सीमा के करीब है, जो ऑपरेटर को बायोमास वाशआउट को रोकने के लिए कीचड़ बर्बादी को तुरंत दबाने की चेतावनी देता है।
ऑपरेटिंग लक्ष्य रेंज को सुविधा के विशिष्ट इंजीनियरिंग डिजाइन के साथ संरेखित होना चाहिए।
| सिस्टम टाइपोलॉजी | मानक एफ/एम रेंज (एलबी बीओडी/एलबी एमएलवीएसएस/दिन) | बायोकाइनेटिक्स और वॉल्यूमेट्रिक ऑर्गेनिक लोडिंग |
|---|---|---|
| पारंपरिक सक्रिय कीचड़ | 0.20 से 0.50 | मध्यम एचआरटी (4-8 घंटे)। स्थिर मैक्रो-फ्लोक गठन के साथ तीव्र कार्बोनेसियस ऑक्सीकरण। |
| विस्तारित वातन (ऑक्सीकरण खाई) | 0.05 से 0.15 | उच्च एचआरटी (18-36 घंटे)। अंतर्जात क्षय में कार्य करता है; स्वतः-पाचन से द्वितीयक उपज कम हो जाती है। |
| संपर्क स्थिरीकरण | 0.20 से 0.60 | बिमोडल टैंक डिजाइन। एक छोटे संपर्क टैंक में बायोसॉर्प्शन का उपयोग करता है, जिसके बाद स्थिरीकरण होता है। |
| उच्च दर वातन/कार्बोनेशियस चरण | 0.40 से 1.50 | कम एचआरटी (1-3 घंटे)। अत्यधिक अस्थिर; तेजी से घुलनशील कार्बन हटाने के लिए पूरी तरह से अनुकूलित। |
माइक्रोबियल एंजाइमैटिक गतिविधि अत्यधिक तापमान पर निर्भर है, जो संशोधित अरहेनियस समीकरण द्वारा नियंत्रित होती है। अपशिष्ट जल के तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की गिरावट के लिए, जैविक चयापचय दर लगभग 50% कम हो जाती है।
एक उच्च एफ/एम अनुपात (पारंपरिक प्रणालियों में>0.50) इंगित करता है कि उपलब्ध कार्बनयुक्त ऊर्जा खड़े बायोमास की चयापचय क्षमता से अधिक है। यह औद्योगिक स्लग डंप, ठोस पदार्थों के अचानक तूफान-पानी हाइड्रोलिक वाशआउट, या अत्यधिक कीचड़ बर्बादी (डब्ल्यूएएस) से उत्पन्न होता है।
कम एफ/एम अनुपात (पारंपरिक प्रणालियों में <0.15) तीव्र जैविक भुखमरी के वातावरण का प्रतिनिधित्व करता है। माइक्रोबियल आबादी इसकी प्राथमिक ऊर्जा आपूर्ति से आगे निकल गई है।
जब भोजन दुर्लभ होता है, तो फिलामेंटस बैक्टीरिया मानक फ्लॉक-गठन करने वाले बैक्टीरिया से प्रतिस्पर्धा करते हैं। फिलामेंटस कोशिकाओं में सतह-क्षेत्र-से-आयतन अनुपात बहुत अधिक होता है, जो उन्हें घने फ्लॉक्स की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से बीओडी की ट्रेस मात्रा को साफ करने की अनुमति देता है। जैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, वे एक जाल जैसा जाल बनाते हैं जो पानी को फँसा लेता है, जिससे स्लज वॉल्यूम इंडेक्स (एसवीआई) बढ़ जाता है और क्लीरिफायर में कीचड़ का कंबल सतह की ओर बढ़ जाता है।
उन्नत अपशिष्ट जल संचालन एफ/एम को एक पृथक मीट्रिक के रूप में प्रबंधित नहीं करते हैं। यह के गणितीय व्युत्क्रम के रूप में कार्य करता है मीन सेल निवास समय (एमसीआरटी) या ठोस अवधारण समय (एसआरटी) .
जबकि एफ/एम बाहरी तनाव (सिस्टम में प्रवेश करने वाले भोजन) को मापता है, एमसीआरटी कार्यबल की आंतरिक आयु और प्रतिधारण समय को मापता है।
एमसीआरटी = सिस्टम में वाष्पशील निलंबित ठोस पदार्थों की कुल सूची / प्रति दिन बर्बाद और प्रवाहित होने वाले वाष्पशील ठोस पदार्थों का कुल द्रव्यमानआधुनिक उपचार सुविधाएं एकीकृत का उपयोग करती हैं प्रक्रिया नियंत्रण मैट्रिक्स उनके SCADA सिस्टम के भीतर। वातन बेसिन के मध्य बिंदु पर स्थापित ऑनलाइन ऑप्टिकल एमएलएसएस जांच निरंतर ठोस डेटा प्रदान करती है। प्रभावशाली और WAS लाइनों पर डिजिटल चुंबकीय प्रवाहमापी के साथ संयुक्त, SCADA प्रणाली एक स्थिर लक्ष्य MCRT को बनाए रखने के लिए स्वचालित रूप से चर-आवृत्ति ड्राइव (VFD) बर्बाद करने वाले पंपों को नियंत्रित करती है।
जब अचानक औद्योगिक भार एफ/एम अनुपात में बदलाव करता है, तो स्वचालन घुलित ऑक्सीजन (डीओ) की मांग में संबंधित गिरावट का पता लगाता है और समायोजन तुरंत किया जा सकता है। यह एकीकरण सुनिश्चित करता है कि एमसीआरटी स्थिरता के लिए एंकर के रूप में कार्य करता है, जबकि एफ/एम वास्तविक समय लोडिंग विविधताओं का मूल्यांकन करने के लिए नैदानिक उपकरण के रूप में कार्य करता है।
एक सक्रिय कीचड़ संयंत्र को अनुकूलित करने के लिए ऐतिहासिक नियम-कायदों से आगे बढ़ने और गतिशील प्रक्रिया मेट्रिक्स को अपनाने की आवश्यकता होती है:
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