Primjena modificiranog AAO procesa u tretmanu kućnih otpadnih voda rudnika uglja
Kućne otpadne vode u rudnicima uglja prvenstveno potiču iz menza za osoblje, spavaonica, kancelarija, vešernica i kupatila, pri čemu kanalizacija za kupanje čini preko 55% ukupne zapremine. Ispuštanje vode za kupanje je relativno koncentrirano, što dovodi do značajnih fluktuacija protoka. Obilježena nižom koncentracijom organskih tvari i većim brojem suspendiranih čvrstih tvari (SS), odvodnja za kupanje se značajno razlikuje od tipične kućne kanalizacije. Njegov raspored ispuštanja sa drugim tokovima otpadnih voda doprinosi značajnoj varijabilnosti kvaliteta vode.
Većina rudnika uglja u Kini nalazi se u udaljenim područjima gdje su troškovi transporta mulja visoki. Stoga treba odabrati procese tretmana sa nižim prinosom mulja. Kako se rudnici razvijaju i broj osoblja raste, protok otpadnih voda često premašuje prvobitni projektovani kapacitet, što zahtijeva procese sa jakom prilagodljivošću na promjene u kvalitetu i količini vode unutar istog otiska. Pod sve strožim ekološkim politikama koje zahtijevaju potpunu ponovnu upotrebu tretiranih otpadnih voda bez ispuštanja, procesi moraju pružiti visok i stabilan kvalitet efluenta.
Trenutno je AAO (anaerobni-anoksični-oksid) proces preferirani izbor u tretmanu komunalnih otpadnih voda. Ovaj članak analizira efikasnost primjene modificiranog AAO procesa (AAO + Suspended Carrier Process) za kućne otpadne vode rudnika uglja, na osnovu njegovih jedinstvenih karakteristika.
1. Modifikovani AAO proces
AAO proces je najjednostavnija konfiguracija protoka za istovremeno uklanjanje dušika i fosfora. Filamentne bakterije ne mogu se ekstenzivno razmnožavati u naizmjeničnim anaerobnim, anoksičnim i aerobnim uvjetima, sprječavajući nakupljanje mulja. Ne zahteva hemijsko dodavanje, samo blago mešanje u anaerobnim i anoksičnim rezervoarima, što rezultira niskim operativnim troškovima. Mulj ima visok sadržaj fosfora, što mu daje dobru vrijednost đubriva.
However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200%, ovo unutrašnje recikliranje troši značajnu energiju. Efluent koji ulazi u sekundarni taložnik mora održavati određeni nivo rastvorenog kiseonika (DO) kako bi se sprečili anaerobni uslovi i oslobađanje fosfora, ali ne previsok kako bi se izbeglo ometanje denitrifikacije u anoksičnom rezervoaru preko reciklirane mešavine tečnosti.
Modifikovani AAO proces (AAO + proces suspendovanog nosača) efikasno ublažava ove nedostatke. Povećava mikrobnu masu u biološkim rezervoarima, povećava volumetrijsko opterećenje, postiže potpuno odvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja (HRT) i vremena zadržavanja mulja (SRT), jača otpornost na hidraulička i organska udarna opterećenja, daje dobar kvalitet efluenta čak i sa niskim izvorima ugljika, proizvodi manje i više stabilnih zahtjeva za ručni kapacitet mulja (kapacitet mulja). Efluent može zadovoljiti standarde kvaliteta vode "Ponovna upotreba urbane reciklažne vode-Standard kvaliteta vode za gradsku raznu vodu" (GB/T 18920-2020) i "Kodeks za projektovanje inženjeringa za pripremu uglja" (GB 50359-2016) za ugalj je bioh. Hou Feng i dr. primijenio proces AAO+suspendovanog nosača u podzemnom postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda, postigavši standarde stepena 1A po "Standardu ispuštanja zagađujućih materija za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002), s ključnim pokazateljima (COD, BOD5, NH3-N, TP) po "Standard kvaliteta vode" za "Envi" standard kvaliteta vode. 3838-2002). Hao Ruigang i dr. koristio je "A/O bio-kontaktnu oksidaciju + perforiranu vrtložnu flokulaciju + sedimentaciju sa nagnutim cijevima + aktivnu pješčanu filtraciju" u proširenju postrojenja za otpadne vode u rudniku uglja, postižući kvalitetu otpadnih voda bolje od stepena 1A. Yan Ziyu i dr. također je postigao dobre rezultate koristeći procese biofilma za naknadnu ugradnju postojećeg tretmana otpadnih voda iz rudnika uglja. Modifikovani AAO proces omogućava povećanje kapaciteta i poboljšanje kvaliteta otpadnih voda u postojećim postrojenjima uz minimalne modifikacije.
Ovaj proces uključuje dodavanje suspendovanih nosača u anoksične i aerobne rezervoare, kombinujući prednosti procesa aktivnog mulja i biofilma. Odlikuje se velikim zapreminskim opterećenjem, velikom biomasom, visokom efikasnošću tretmana, snažnom prilagodljivošću 水质和水量的变化, poboljšanom stabilnošću procesa i dobrim uklanjanjem nutrijenata. Formira visoko specijalizovane aktivne biofilmove, povećavajući efikasnost po zapremini reaktora i stabilnost, omogućavajući manje reaktore. Talog biofilma koji se odlijepi sadrži više protozoa/metazoa, ima veću gustinu i veću veličinu čestica, što rezultira dobrom taloženjem i lakom odvajanjem čvrste-tečnosti. Omogućava potpunu SRT-HRT separaciju, eliminiše nakupljanje mulja i pogodan je za otpadne vode bogate rastvorljivim organskim materijama.
2.1 Studija slučaja
Rudnik uglja u gradu Yan'an, otprilike 16 km od grada Zichang, ima postrojenje za prečišćavanje kućnih otpadnih voda projektnog kapaciteta od 1200 m³/d. Proces je: "Screen + Equalization Tank + AAO sa suspendiranim nosačima + Napredni tretman (koagulacija-Sedimentacija-Filtracija) + Dezinfekcija". Mulj se tretira putem "gravitacijskog zgušnjavanja + odvodnjavanja vijčanom presom". Efluent ispunjava strože granice *GB/T 18920-2020* i GB 50359-2016 za vodu za pranje uglja. Pročišćena voda se ponovo koristi za zelenilo rudnika i kao dopunsku vodu u postrojenju za pripremu uglja. Kvaliteta dovoda/efluenta je u dizajnuTabela 1. Tok procesa je prikazan uSlika 1.
Otpadna voda prolazi kroz sito (razmak 5 mm, ugao ugradnje 75 stepeni) u rezervoar za izjednačavanje (D×B×H=14.0 m×6,0 m×6,0 m, efektivna dubina 2,95 m, zapremina 247,8 m³, HRT 4,13 h), ispunjava zahteve GB 50810-2012. Dva miksera sprečavaju taloženje. Tri potopljene pumpe (2 radne +1 pripravne, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) podižu vodu do bioloških rezervoara.
Biološki sistem se sastoji od dva paralelna niza. po vozu:
- Anaerobni rezervoar: L×B×V=2.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,5 m, HRT 1,5 h.
- Anoksični rezervoar: L×B×V=4.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,25 m, HRT 2,83 h.
- Aerobni rezervoar: L×B×V=15.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,0 m, HRT 10,0 h. Ukupni sistem HRT je 15,75 h. Suspendirani nosači (odnos punjenja 80%, specifična površina 600 m²/m³) se ugrađuju u aerobni rezervoar. Projektovani omjer zraka-na-vode je 13,7:1. Koriste se tri Roots puhala (2 radna +1 pripravna, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Omjer recikliranja mulja je 100%, omjer recikliranja miješanog likera je 200%.
Dva pravokutna periferna-ulazno/izlazna sekundarna bistrila (D×B×H=5.0 m×5,0 m×3,5 m svaki) imaju stopu površinskog opterećenja od 1,2 m³/(m²·h) i HRT od 2,5 h.
Integrisani prečistač vode (kombinuje koagulaciju, taloženje, filtraciju) pruža napredni tretman za dalje uklanjanje SS i fosfora.
Tretman mulja uključuje gravitacijsko zgušnjavanje (Φ2,5 m×5,0 m rezervoar od ugljičnog čelika) nakon čega slijedi odvodnjavanje pužnom presom. Poliakrilamid (PAM) se dozira na 3,0–5,0 kg/t suhe čvrste supstance prije odvodnjavanja. Dnevna odvodnjena pogača mulja je manja ili jednaka 150 kg sa sadržajem vlage manjim ili jednakim 80%, transportuje se van-objekata.
Dezinfekcija koristi-generator ClO2 na lokaciji (efektivna doza hlora 120 g/h) koji se dozira na prozirnom ulazu u bunar. Čisti bunar ima efektivnu zapreminu od 250 m³, što obezbeđuje vreme kontakta od 4,2 h.
Postrojenje je opremljeno opsežnim nadzorom na mreži (mjeri protoka, rezidualni hlor, pH, DO, COD, zamućenost, nivo/koncentracija mulja) i automatiziranim kontrolnim sistemima za pumpe, duvaljke, povratno ispiranje, doziranje kemikalija i miješanje, osiguravajući inteligentan rad bez nadzora.
2.2 Analiza učinka
Postrojenje je završilo puštanje u rad 2021. godine i radi više od dvije godine. Stvarni kvalitet dotoka/efluenta za 2024. je prikazan uTabela 2.
Utjecaj BOD5/N omjer je 5,5, što ukazuje na niski omjer ugljika-prema-azotu (C/N) otpadne vode, koji se dodatno smanjuje ljeti zbog infiltracije padavina i promjena navika. Ekstremne zimske temperature u Yan'anu mogu doseći -21 stepen. Stvarni kvalitet otpadnih voda je bolji od projektovanog, sa stopom uklanjanja koja dostiže: COD 97,8%, BOD5 99.7%, SS 99,7%, NH3-N 93,5%, TP 87,10%, ispunjavanje standarda za 绿化 i pranje uglja.
Masa aktivnog biofilma u anoksičnim/aerobnim rezervoarima je čak 125 g/m² nosača, što je ekvivalentno MLSS od 13 g/L-četiri puta više od konvencionalnog aktivnog mulja. Mikroorganizmi su u fazi endogenog disanja, što rezultira dnevnom proizvodnjom mulja oko 1/3 konvencionalnih metoda, sa boljom taloženošću, što omogućava manju opremu za tretman mulja.
Iako oksidacija bio-kontaktom može funkcionirati bez recikliranja mulja, istraživanje Xiong Ren et al. pokazuje da sistemi sa reciklažom postižu veće stope uklanjanja COD, TN, NH3-N, SS i smanjuju prinos mulja za 29,6%. Ovaj dizajn uključuje mješoviti reciklažu alkoholnih pića, s operativnom fleksibilnošću zasnovanom na kvaliteti otpadnih voda.
Postrojenje (1200 m³/d) zauzima 1350,3 m², sa kapitalnom investicijom od 20 miliona CNY i operativnim troškovima od 1,05 CNY/m³.
U poređenju sa konvencionalnim AAO, koji zahtijeva produženi SRT za efikasan rad na niskim{0}}temperaturama, ovaj modificirani proces zadržava jednostavnost istovremenog uklanjanja nutrijenata dok obogaćuje biološku zajednicu nosačima. SRT-HRT razdvajanje poboljšava bio-stabilnost, osiguravajući pouzdan rad u uslovima niske C/N i niske{4}}temperature. Stabilan efluent se može održavati uz malo ili bez reciklaže mulja, što omogućava in-situ smanjenje mulja i niže troškove rukovanja muljem. Njegova jednostavnost i nedostatak zapremine čine ga veoma pogodnim za prečišćavanje kućnih otpadnih voda rudnika uglja.
3. Istraživanje optimizacije za AAO proces
Modifikovani AAO procesi su tipično dizajnirani prema parametrima u "Standard za projektovanje spoljašnjeg inženjeringa otpadnih voda" (GB 50014-2021). Međutim, potrebna je optimizacija operativnih parametara (HRT, SRT, aeracija, omjeri recikliranja, MLSS) specifičnih za otpadne vode rudnika uglja kako bi se identificirali optimalni uvjeti za budući dizajn i rad.
U konvencionalnom AAO, mulj se reciklira iz aerobnog u anaerobni rezervoar, noseći nitrate i visok DO, što može narušiti biološko uklanjanje fosfora. Može se uzeti u obzir proces Univerziteta u Cape Townu (UCT), gdje se mulj reciklira u anoksični rezervoar, nitrificirana tečnost u anoksični rezervoar i dodaje se dodatni recikliranje iz anoksičnog u anaerobni rezervoar kako bi se poboljšalo uklanjanje bio-P.
Tretman mulja može iznositi 50-60% operativnih troškova postrojenja. In-tehnologije za smanjenje mulja treba usvojiti. Visok MLSS u modificiranim AAO bio-rezervoarima dovodi do visokog F/M omjera, gdje može doći do prekida metabolizma, promovišući smanjenje mulja i smanjenje troškova rukovanja muljem. Budući fokus bi trebao biti na primjeni in{7}}tehnologija smanjenja na licu mjesta kao što je kriptični rast putem mikro-lize, oksidni-anaerobni{10}}proces taloženja (OSA) i prekidanje metabolizma u tretmanu otpadnih voda rudnika uglja.
Ovaj proces je pogodan za rekonstrukciju postojećih AAO postrojenja u rudnicima uglja. Dodavanje nosača u anoksične/aerobne rezervoare može poboljšati kvalitet efluenta, povećati kapacitet i poboljšati stabilnost sistema. Za postrojenja sa strožim zahtjevima za otpadnim vodama, zamjena sekundarnog taložnika sa MBR sistemom može dodatno poboljšati kvalitet vode.
4. Zaključak
- Modifikovani AAO proces je pogodan za nadogradnju postojećih AAO sistema u rudnicima uglja kako bi se poboljšala stabilnost, povećao kapacitet ili ispunili stroži standardi.
- Prilikom obrade kućnih otpadnih voda rudnika uglja, efluent može istovremeno zadovoljiti *GB/T 18920-2002* standarde za zalijevanje puteva/zelenilo i GB 50359-2016 standarde za vodu za pranje uglja, pokazujući snažnu prilagodljivost promjenama u kvalitetu i količini vode.
- Proces proizvodi stabilan mulj sa dobrom taloženošću i lakom separacijom, stvara manje mulja i smanjuje troškove obrade mulja.