Tehničke osnove i operativno upravljanje bazenom za aeraciju s puhačem niskog opterećenja
1. Pregled
1.1 Princip rada bazena za ventilaciju
Aeracija puhala, koja se obično koristi u Kini, prvenstveno uključuje difuznu, spiralnu i mikroporoznu aeraciju. Bazen za aeraciju obično se sastoji od sistema za aeraciju, strukture bazena i ulaznih/izlaznih otvora, koji služe kao ključna struktura u tretmanu otpadnih voda sa aktivnim muljem. Uobičajene metode aeracije su mehanička i aeracija puhanjem. Sistemi za aeraciju sa duvaljkama se uglavnom sastoje od specijalizovanih aeratora i duvaljki. Bazeni su često podijeljeni u više odjeljaka, od kojih je svaki sposoban za neovisnu dovodnu hranu. Otpadne vode ulaze u bazen i izlaze na suprotnom kraju. Tokom ovog procesa, vazduh se isporučuje preko kompresora do difuzora na dnu bazena i oslobađa se u obliku mjehurića.
1.2 Povezana istraživanja o bazenima za ventilaciju
Istraživanje Cheng Dandan et al. otkrili da u kineskim komunalnim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda (PPOV), puhači za aeraciju troše približno 60% ukupne energije. Integracija sistema aeracije sa inteligentnim PID-upravljanjem zatvorene petlje za otopljeni kiseonik (DO) i implementacija strategija za uštedu energije{4}}duhala može efikasno riješiti visoku potrošnju energije u sistemima za aeraciju PPOV, smanjujući je za preko 30%.
Liu Xiaoqi i dr. koristili su aeratore sa disperznim protokom kako bi povećali sadržaj kiseonika u otpadnoj vodi tokom tretmana uz smanjenje potrošnje energije. Ovo je također postiglo ujednačeno miješanje i distribuciju vode{2}}vazduha, smanjujući zahtjeve preciznosti za nivelisanje instalacije aeratora.
Chang Kai i dr. poboljšane performanse konvencionalnog sistema bazena za aeraciju modifikacijom originalnog načina sakupljanja vazduha. Zamijenili su tradicionalne mikroporozne aeratore sa mikroporoznim aeratorima sa silikonskim pločama visoke efikasnosti-prenosa kisika i zamijenili su bazene za aeraciju sa jednim-prolaznim ravnim-aeratorom sa tri-prolaznim serpentinastim bazenima. Uključivanje precizne kontrole aeracije dodatno je poboljšalo sistem, rješavajući probleme visoke potrošnje energije, niske efikasnosti i lošeg prijenosa mase u tradicionalnim metodama aeracije puhačem.
1.3 Operativno upravljanje bazenima za ventilaciju
Ventilatorski bazeni se široko koriste u tretmanu otpadnih voda. Slijedeći princip "odvojenog tretmana za različite tokove otpada", jedinica za prečišćavanje slanih otpadnih voda određene PPOV prvenstveno upravlja električnom desalinizacijom otpadnih voda iz atmosferske-vakum destilacije, pročišćenom vodom, otpadnom vodom neutralizacije alkilacije i nekim supernatantom i efluentom visokog-saliniteta. Ova jedinica ima trostepeni sistem biološkog tretmana, sa bazenom za ventilaciju kao sekundarnim stepenom. Njegova utjecajna prosječna hemijska potreba za kiseonikom (COD) je konstantno ispod 100 mg/L, što ga klasifikuje kao proces sa niskim{7}}aktivnim muljem. Osim nadogradnje opreme, održavanje optimalnog rada zahtijeva pažljivu kontrolu i prilagođavanje parametara procesa.
2. Pregled objekta
2.1 Tok procesa jedinice za tretman slane otpadne vode
Jedinica koristi proces "Equalization + Separation Oil + Two-Flotation + Three-Stage Biological Treatment", sa tretiranim efluentom koji se šalje u jedinicu za poliranje. Uljni separator koristi kombinovani dizajn horizontalnog toka i kosih ploča. Dvije faze flotacije koriste vrtložnu kavitacijsku flotaciju zraka (CAF) i flotaciju otopljenog zraka pod tlakom s djelomičnim refluksom (DAF), respektivno. Tri biološke faze su uzastopno: rezervoar za aeraciju čistog kiseonika III, rezervoar za aeraciju sa ventilatorom i sekundarni biohemijski rezervoar (EM-BAF). Tok procesa je prikazan uSlika 1.
2.2 Opis bazena za aeraciju puhala
Bazen za aeraciju puhala je preuređeni objekat koji je prvobitno izgrađen 1995. godine kao dio jedinice za tretman zauljenih otpadnih voda. Koristi tradicionalni dizajn aeracije sa -protokom sa efektivnom zapreminom od 3.888 m³ i trenutnim hidrauličkim vremenom zadržavanja (HRT) od približno 17,6 sati. Bazen radi u dva paralelna voza, svaki sa četiri kupe. Na dnu su instalirani aeratori, koji se napajaju centrifugalnim duvaljkama kako bi se osigurao kisik za metabolizam aktivnog mulja. Takođe je opremljen sa dva sekundarna bistrila (Φ18m x 5m).
Unutar tri-biološkog sistema:
- Faza 1 (rezervoar za čist kisik III): Primarna funkcija je uklanjanje COD-a.
- Faza 2 (rezervoar za ventilaciju): Primarna funkcija je uklanjanje amonijačnog dušika (NH₃-N), sekundarna funkcija je dalje uklanjanje COD-a.
- Faza 3 (sekundarni biohemijski rezervoar - EM-BAF): Funkcije za dodatno poliranje otpadnih voda COD i NH₃-N, osiguravajući konačni kvalitet vode.
2.3 Uticaj i kvalitet efluenta u bazenu za aeraciju ventilatora
Uticaj u bazen za aeraciju ventilatora dolazi iz rezervoara za aeraciju čistog kiseonika III, sa granicama zagađivača: CODcr Manji ili jednaki 300 mg/L, NH₃-N Manji ili jednaki 30 mg/L, Suspendovane čvrste supstance (SS) Manje ili jednako 50 mg/L.
Njegov efluent hrani sekundarni biohemijski rezervoar, sa ograničenjima: CODcr Manji ili jednaki 120 mg/L, NH₃-N Manji ili jednaki 30 mg/L, SS Manji ili jednaki 50 mg/L.
Konačni efluent iz sekundarnog biohemijskog rezervoara mora zadovoljavati: CODcr manji ili jednak 70 mg/L, nafta manji ili jednak 5 mg/L, NH₃-N manji ili jednak 3 mg/L.
Tokom 2021. godine, prosječni CODcr u basenu bio je 67,094 mg/L, a prosječni NH₃-N 23,098 mg/L, oba ispunjavaju zahtjeve dizajna. Međutim, izrazito nizak utjecaj COD-a doveo je do nedostatka izvora ugljika za aktivni mulj, utječući na njegov normalan metabolizam. Suprotno tome, dovoljna količina amonijačnog azota i niska koncentracija organskog zagađivača u mješovitoj tečnosti pogodovali su nitrifikaciji, koja se efikasno odvijala.
3. Operativni utjecajni faktori i kontrolne mjere
3.1 Utjecaj malog utjecajnog opterećenja i starenja mulja
Sa utjecajnim COD-om od 67,094 mg/L-ispod projektne granice (manje ili jednako 300 mg/L) i potražnjom za mikrobnim ugljikom (približno. 100 mg/L BOD₅)-aktivni mulj je doživio nedostatak izvora ugljika. Nisko opterećenje rezultiralo je sporim rastom mulja, što ga čini sklonim starenju i formira labavu strukturu. Stari, mrtvi mulj je formirao šljam koji pluta na površini sekundarnog taložnika. U nedostatku opreme za sakupljanje ološa, ovaj ološ je istjecao sa otpadnim vodama, uzrokujući zamućenje, prekoračenje COD i SS granica, a zatim preopterećujući nizvodni sekundarni biohemijski rezervoar, utičući na njegov konačni kvalitet otpadnih voda.
Protumjera: Operativni tim je kontrolisao koncentraciju Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS). Koristeći gradirani cilindar od 1000 mL za 30-minutni test indeksa zapremine mulja (SVI), održali su SVI oko 20%, što odgovara MLSS od približno 2 g/L. Ova uravnotežena efikasnost uklanjanja zagađivača sa sprečavanjem starenja mulja, plutanja i pogoršanja kvaliteta vode. Spor rast mulja značio je minimalno i rijetko trošenje mulja, omogućavajući nitrificirajućim bakterijama vrijeme boravka koje premašuje njihovo minimalno vrijeme generiranja, dodatno promovirajući nitrifikaciju.
3.2 Utjecaj kontrole otopljenog kisika (DO).
Mikroorganizmi u aktivnom mulju su prvenstveno aerobni, obično zahtijevaju DO između 1-3 mg/L. Korporativni standardi postavljaju raspon DO za tradicionalne bazene za aeraciju sa čepnim protokom na 2-4 mg/L, pri čemu nitrifikacija zahtijeva DO općenito ne ispod 2,0 mg/L. Trenutno nisko opterećenje i dodatno smanjena koncentracija MLSS smanjili su potražnju za DO, čineći kontrolu izazovnom. Održavanje potpunog miješanja često je povećavalo DO iznad 4 mg/L, dok je kontrola DO unutar ciljnog raspona ponekad dovodila do neadekvatnog miješanja u nekim područjima, uzrokujući taloženje mulja.
Nadalje, visok DO ubrzava razgradnju organske tvari, pogoršavajući starenje mulja. Stoga se u praksi DO se kontrolira oko 3 mg/L. Dodatno, svi vazdušni ventili se podešavaju otprilike jednom mesečno kako bi se poboljšala ujednačenost mešanja, reaktivirale uspavane flokule i održala aktivna biomasa.
3.3 Utjecaj temperature vode
Temperatura značajno utiče na aktivnost mikroba. Odgovarajuće temperature podstiču aktivnost, dok je niske temperature inhibiraju ili smanjuju, a visoke temperature mogu promijeniti fiziologiju ili uzrokovati smrt. U ovom sistemu, termofilne bakterije su glavne funkcionalne grupe. Radi sigurnosti sistema, temperatura se obično održava između 15-35 stepeni, iako je odgovarajući raspon 10-45 stepeni. Prekoračenje 30 stepeni može denaturirati nitrifikatorske proteine, smanjujući njihovu aktivnost. Aktivni mulj sadrži bakterije koje razgrađuju-bakterije koje razgrađuju i nitrifikuju, pri čemu nitrifikacija ima uži optimalni opseg od 5-30 stepeni.
Dotok slane otpadne vode sadrži tokove visoke{0}}temperature. Prethodni incidenti uključivali su uzastopne dane uticaja temperature preko 40 stepeni, što je dovelo do dezintegracije mulja, smrti COD-degradatora i nitrifikatora i kolapsa sistema. Nakon toga, termometar je instaliran na efluentnoj liniji rezervoara za izjednačavanje kako bi se striktno kontrolisala temperatura ispuštanja koja ne prelazi 40 stepeni, ispunjavajući zahteve temperature mulja. Slični incidenti koji utiču na nitrifikaciju nisu se dogodili 2021.
3.4 Uticaj alkalnosti
Prema relevantnim standardima preduzeća, kada se koristi aktivni mulj za uklanjanje amonijaka, odnos ukupne alkalnosti i amonijačnog azota ne bi trebao biti manji od 7,14; u suprotnom, alkalnost mora biti dopunjena. Sa projektovanim uticajem NH₃-N od 30 mg/L i stvarnim prosjekom od 23,098 mg/L, potrebna ukupna alkalnost nije manja od 214,2 mg/L. Trenutno, alkalnost uticaja je nedovoljna, zahtevajući dnevni dodatak sode sode (Na₂CO₃) kako bi se zadovoljili zahtevi procesa.
3.5 Uticaj pH i toksičnih supstanci
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 ili<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerobni mikrobni metabolizam može umjereno ublažiti promjene pH vrijednosti. Na primjer, korištenje dušikovog spoja može smanjiti pH tokom nitrifikacije, dok dekarboksilacija proizvodi alkalne amine, podižući pH. Ovo omogućava dugotrajno-privikavanje na blago kiselu/alkalnu otpadnu vodu. Inherentna alkalnost otpadne vode takođe pomaže u sprečavanju pada pH vrednosti.
Međutim, drastične promjene pH vrijednosti (npr. iznenadni dotok alkalija u kiseli sistem) značajno utiču na mikrobe i mogu poremetiti rad. Dakle, neophodnost neutralizacije zavisi od konkretnog slučaja. Manje, konzistentne pH fluktuacije, posebno sa slabim kiselinama/bazama, možda neće zahtijevati neutralizaciju. Veće fluktuacije zahtijevaju podešavanje pH na neutralno.
Nitrifikacijske bakterije su visoko osjetljive na pH{0}}, s optimalnom nitrifikacijom na pH 7,2–8,0, dok opći mikrobi preferiraju 6,5–8,5. Za specifične industrijske otpadne vode, vrste toksičnih supstanci su često fiksne, ali koncentracije i količine ispuštanja variraju. Pored izjednačavanja, moraju se pratiti i kontrolisati nivoi uticajnih toksičnih supstanci. Nakon aklimatizacije mulja, maksimalnu graničnu koncentraciju uticaja treba utvrditi na osnovu stepena aklimatizacije i radnog iskustva. Produženo prekoračenje zahtijeva mjere poput smanjenja dotoka, povećanja recikliranja mulja ili povećanja oksigenacije kako bi se spriječilo trovanje mikrobama i neuspjeh tretmana. Trenutno u dotoku bazena nisu otkrivene toksične tvari koje uzrokuju mikrobno trovanje.
3.6 Uticaj uticajnih udarnih opterećenja
Utjecaj COD ostaje stabilno nizak uz manje fluktuacije, a NH₃-N i ukupni dušik (TN) također ostaju unutar relativno stabilnih raspona tokom dugih perioda. Populacija nitrifikatora ostaje relativno fiksna. Međutim, zbog njihove spore stope rasta, iznenadno, značajno povećanje dotoka NH₃-N ili TN može zasititi kapacitet uklanjanja bazena, ugrožavajući kvalitet efluenta NH₃-N i TN.
Teoretski, mikrobna potražnja za N i P prati omjer BOD₅:N:P od 100:5:1. Međutim, sadržaj N i P uvelike varira u zavisnosti od vrste industrijske otpadne vode. Neke otpadne vode imaju visok sadržaj N i P, što zahtijeva uklanjanje kako bi se ispunili standardi. Drugi su deficitarni, pa im je potrebna suplementacija kako bi se izbjeglo ograničavanje metabolizma. Za operativne bazene koji tretiraju otpadne vode sa niskim N/P, nivoi dotoka od oko 10 mg/L NH₃-N i 5 mg/L fosfata mogu 基本 zadovoljiti potrebe mikroba. Produženi nivoi ispod ovih zahtevaju povećano doziranje N/P.
Svakodnevni rad zahtijeva pomno praćenje NH₃-N i TN u svim dovodnim tokovima i efluentu rezervoara za izjednačavanje, kao i u reciklažnim tokovima iz rezervoara za podešavanje, kako bi se spriječilo preopterećenje nizvodne jedinice za poliranje i ugrozila sigurnost konačnog ispuštanja vode.
4. Zaključak
Kao jezgro reaktora za nitrifikaciju u jedinici za prečišćavanje slanih otpadnih voda, bazen za aeraciju sa puhačem zahtijeva pažljivo svakodnevno praćenje temperature vode, NH₃-N i TN koji utječu. Od suštinskog je značaja stroga kontrola koncentracije MLSS, održavanje DO oko 3 mg/L i osiguravanje adekvatne alkalnosti. Pod ovim optimiziranim mjerama, sistem radi stabilno sa odličnim kvalitetom efluenta: prosječni COD od 54,213 mg/L, NH₃-N od 9,678 mg/L i SS od 23,849 mg/L, u potpunosti ispunjavajući zahtjeve sekundarnog biohemijskog rezervoara za uticaj. Tekuće testiranje, sumiranje i optimizacija sa više aspekata su takođe ključni za dalje osiguranje pouzdanosti opreme i efikasnosti tretmana sistema.