Analiza efikasnosti uklanjanja zagađivača u otpadnim vodama korištenjem modificiranog AAO sistema
Pregled
TheAnaerobni-Anoksični-Oksični (AAO ili A²/O)proces je široko prihvaćena tehnologija biološke obrade otpadnih voda dizajnirana za istovremeno uklanjanje organskog ugljika, dušika i fosfora. Sastoji se od tri međusobno povezane zone:
- Anaerobna zona: U nedostatku kiseonika i nitrata, fakultativne bakterije razgrađuju organska jedinjenja, oslobađajući fosfor.
- Anoksična zona: Bakterije za denitrifikaciju koriste organski ugljik kao donor elektrona da redukuju nitrate/nitrite (vraćene iz oksidne zone) u plin azota, postižući uklanjanje dušika.
- Oxic Zone: Aerobni mikroorganizmi oksidiraju preostale organske materije i olakšavaju nitrifikaciju (amonijak u nitrat), dok organizmi koji akumuliraju fosfor{0}} preuzimaju fosfate.
U oblasti prečišćavanja otpadnih voda, dok konvencionalni AAO sistem može ukloniti zagađivače iz kanalizacije, sve složeniji sastav otpadnih voda doveo je do određenog pada efikasnosti tretmana AAO procesa. Da bi se osigurao nivo primjene i djelotvornost AAO procesa,potrebno je sprovesti specifična istraživanja na modifikovanim sistemima, što ima značajan praktični značaj za relevantna preduzeća i odjele u poboljšanju kvaliteta njihovog poslovanja.
Modifikovani AAO sistem
1. Osnovni principi AAO sistema
Uzimajući za primjer AAO sistem za tretman otpadnih voda u određenom postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda, postojeći sistem je akonvencionalni AAO proces, koji se prvenstveno sastoji od četiri komponente:anaerobni rezervoar, aerobni rezervoar, anoksični rezervoar i sekundarni rezervoar za sedimentaciju, kao što je detaljno opisano uSlika 1.
U konvencionalnom AAO sistemu, mikroorganizmi rastu i metaboliziraju se u različitim uvjetima okoline. Kroz interakcije između različitih mikrobnih zajednica, efikasno uklanjanje zagađivača se postiže hemijskim reakcijama kao što su amonifikacija, nitrifikacija i denitrifikacija, koje značajno eliminišu organske zagađivače.
Konvencionalni AAO sistem nudi prednosti kao što su niski tehnički troškovi, jednostavan rad i kratko hidraulično vreme zadržavanja (HRT). Međutim, on također pati od nedostataka, uključujućislaba efikasnost uklanjanja fosforaistrogi zahtjevi za starost mulja i dizajn izvora ugljika, što otežava ispunjavanje očekivanih standarda u nekim projektima uklanjanja zagađivača otpadnih voda.
2. Analiza dizajna modifikovanog AAO sistema
Na osnovu prethodnih istraživanja, poboljšanja su napravljena na konvencionalnom AAO sistemu, prvenstveno fokusirajući se na anaerobni rezervoar. Themodifikovani anaerobni sistem rezervoarasastoji se od tri dijela:zonu-zonu miješanja vode, zonu-odvajanja vode i medijsku zonu, kao što je prikazano naSlika 2.
Umodifikovani AAO sistem (Slika 3), zona miješanja mulja-vode i zona medija su dizajnirane sa identičnim dimenzijama (15 cm dužine × 20 cm širine × 60 cm visine), svaka sa efektivnom zapreminom od 9 L. Hidraulično vrijeme zadržavanja (HRT) i za zonu mulja i za zonu medija je 2 sata.
3. Analiza efikasnosti uklanjanja KPK u modificiranom AAO sistemu
Analizirana je efikasnost uklanjanja hemijske potrebe za kiseonikom (COD) modifikovanog AAO sistema. Kada je ulazni COD bio 447 mg/L, efluentni COD iz anaerobne faze bio je približno 147 mg/L, a konačni COD efluenta bio je 42 mg/L, zadovoljavajući standard za ispuštanje klase A. Efikasnost uklanjanja COD-a u ranoj anaerobnoj fazi bila je nestabilna, sa značajnim fluktuacijama i relativno niskim nivoima suspendovanih čvrstih supstanci (MLSS). međutim,nakon 7 dana, stopa uklanjanja se stabilizirala na 94%. Anaerobna faza prvenstveno uklanja zagađivače putem mikrobne degradacije i razblaživanja refluksom, demonstrirajući efikasno uklanjanje zagađivača.
Koristeći Minitab softver, performanse uklanjanja modificiranih i konvencionalnih AAO sistema su upoređene putem analize nezavisnog uzorka t-testiranja, s rezultatima prikazanim uSlika 4.
U intervalu pouzdanosti od 95% vrijednost t{1}} je bila 0,26, a p{3}}vrijednost 0,605. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sistema. Modificirani AAO sistem pokazao je relativno visoku varijabilnost u efikasnosti uklanjanja COD-a, prvenstveno zbog razlika u ranim-podacima, uključujući fazu aklimatizacije.Sve u svemu, modifikovani AAO sistem je pokazao efikasno uklanjanje COD-a.
4. Analiza efikasnosti uklanjanja amonijačnog azota u modificiranom AAO sistemu
Analizirana je efikasnost uklanjanja amonijačnog azota (NH₃-N). Kada je koncentracija ulaznog NH₃-N bila 36 mg/L, efluent NH₃-N iz anaerobne faze bio je približno 19 mg/L. U ranoj fazi, koncentracija efluenta je bila relativno visoka, a efikasnost uklanjanja značajno je oscilirala. međutim,nakon 12 dana aklimatizacije, stopa uklanjanja se povećala na oko 81%, sa nitrifikujućim bakterijama u logaritamskoj fazi rasta.Nakon toga, stopa uklanjanja se stabilizovala, dostižući u prosjeku 93%, sa koncentracijom NH₃-N efluenta od 4 mg/L, zadovoljavajući standard za ispuštanje klase A.
U intervalu pouzdanosti od 95% vrijednost t- je bila 3,41, a p{3}}vrijednost 0,998. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sistema. Modifikovani AAO sistem pokazao je relativno visoku varijabilnost u efikasnosti uklanjanja NH₃-N, prvenstveno zbog razlika u ranim-podacima, uključujući fazu aklimatizacije.Sve u svemu, modifikovani AAO sistem je pokazao efikasno uklanjanje NH₃-N.
5. Analiza efikasnosti uklanjanja ukupnog fosfora i ukupnog azota u modificiranom AAO sistemu
5.1. Ukupna efikasnost uklanjanja fosfora
Analizirana je efikasnost uklanjanja ukupnog fosfora (TP). Kada je ulazna koncentracija TP bila 3,6 mg/L, bio je potreban period aklimatizacije od 11 dana. Koncentracija TP u efluentu iz cijelog sistema dostigla je 2,8 mg/L, dok je koncentracija TP u efluentu anaerobne faze bila 4,2 mg/L, što ukazuje na značajno oslobađanje fosfora. Nakon aklimatizacije, učinak uklanjanja TP značajno se poboljšao, pri čemu je koncentracija TP u efluentu anaerobne faze smanjena na 2,7 mg/L, a efikasnost uklanjanja dostigla je 17%.U kasnijoj fazi, brzina uklanjanja TP stabilizirala se iznad 60%, a koncentracija TP u efluentu približila se 0,5 mg/L, zadovoljavajući standard za pražnjenje klase B.
Poređenje ova dva sistema pokazalo je da je modificirani AAO sistem zahtijevao početni period privikavanja uz relativno nisku efikasnost uklanjanja. Međutim, nakon aklimatizacije,njegove performanse uklanjanja TP značajno su poboljšane, pokazujući poboljšanu efikasnost u poređenju sa konvencionalnim AAO sistemom.
5.2. Ukupna efikasnost uklanjanja dušika
Analizirana je efikasnost uklanjanja ukupnog azota (TN). Kada je koncentracija ulaznog TN-a bila 34 mg/L, koncentracija efluentnog TN-a u anaerobnoj fazi bila je približno 18 mg/L. U ranoj fazi, koncentracija efluenta je bila relativno visoka, a efikasnost uklanjanja značajno je oscilirala.Nakon 10 dana aklimatizacije, brzina uklanjanja TN se povećala na 68%, uz koncentraciju efluenta od 9 mg/L, zadovoljavajući standard za pražnjenje klase A.
U intervalu pouzdanosti od 95% vrijednost t- je bila 0,72, a p{3}}vrijednost 0,753. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sistema. Modificirani AAO sistem pokazao je relativno visoku varijabilnost u efikasnosti uklanjanja TN-a, prvenstveno zbog razlika u ranim-podacima, uključujući fazu aklimatizacije.Sve u svemu, modifikovani AAO sistem je pokazao efikasno uklanjanje TN-a.
Zaključak
Ukratko, modificirani AAO sistem pokazuje snažne performanse u uklanjanju ključnih zagađivača otpadnih voda-COD-a, amonijačnog azota, ukupnog azota i ukupnog fosfora-ispunjavajući standarde klase A ili B ispuštanja nakon kratkog perioda aklimatizacije.
Dok statistička analiza (t-test, p-vrijednost) nije pokazala značajnu razliku u srednjoj efikasnosti uklanjanja u poređenju sa konvencionalnim sistemom, modificirani dizajn je pokazao veću stabilnost i poboljšane rezultate liječenja tokom vremena, uprkos većoj varijabilnosti podataka tokom početnog rada. Poboljšanja, posebno u anaerobnoj zoni sa optimizovanim zonama mešanja, odvajanja i medija, doprinose povećanju otpornosti i efikasnosti procesa.
Ovi nalazi naglašavajupotencijal modificiranih AAO sistema za efikasno rješavanje složenih sastava otpadnih voda, podržavajući njihovu praktičnu primjenu za nadogradnju postojeće infrastrukture za tretman.