Tehnologija prečišćavanja otpadnih voda pre-anaerobnih mikro-aeracionih oksidacionih jarka
Uvod
Analizakonvencionalni proces oksidacionog jarkaotkriva da se podešavanjem i optimizacijom intenziteta aeracije i obrasca protoka, otpadna voda tretira uzastopno kroz anaerobne, anoksične i aerobne reakcione rezervoare, obezbeđujući efikasno uklanjanje organske materije. Međutim, pitanja kao što suvisoka ukupna investicijainiska efikasnost prenosa kiseonikasu uobičajene, što dovodi dosuboptimalno uklanjanje dušika i fosfora. Kako bi se riješila ova ograničenja,-provedeno je dubinsko istraživanje tehnologije prečišćavanja otpadnih voda pre-anoksične mikroporozne aeracije oksidacije jarka, s ciljem poboljšanja operativne efikasnosti postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda i poboljšanja korištenja vodnih resursa.
1. Pregled projekta
Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u gradu X prvenstveno tretira kućnu kanalizaciju i industrijske otpadne vode, sa značajnom količinom industrijskih otpadnih voda.Projektovani kapacitet tretmana je 10×10⁴ m³/d. Standardi kvaliteta za dovod i efluent su prikazani uTabela 1. Trenutno se 30% prečišćenih otpadnih voda ponovo koristi kao regenerisana voda za termoelektrane, dok se preostalih 70% ispušta u rijeke. Na osnovu funkcionalnih klasifikacija površinskih voda i Standarda za ispuštanje zagađivača za gradska postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, postrojenje mora ispuniti standard za ispuštanje 1B. Sa tekućim urbanim ekonomskim razvojem i povećanjem ispuštanja otpadnih voda, postrojenje je implementiralo interceptivnu obradu otpadnih voda za domaćinstvo, proširilo kanalizacionu mrežu i usvojilo proces pre-anoksičnog mikroporoznog aeracionog oksidacionog jarka kako bi se smanjilo zagađenje urbanih površinskih izvora vode.
2. Procesni tok pre-anoksičnog mikroporoznog aeracionog jarka za oksidaciju
Srž ovog procesa je kombinacija pre-anoksičnog rezervoara i mikroporoznog aeracionog oksidacionog kanala. Redoslijed tretmana je sljedeći:otpadna voda → grubo sito → ulazna pumpa → fino sito → vrtložna komora za pijesak → anaerobni rezervoar → anoksične/aerobne zone → sekundarni taložnik → rezervoar za dezinfekciju → efluent. Dio mulja iz sekundarnog taložnika se ispušta u postrojenje za odvodnjavanje mulja prije konačnog odlaganja. Proces se fokusira na oslobađanje fosfora, biološko uklanjanje dušika i uklanjanje fosfora.
2.1 Oslobađanje fosfora
U anaerobnom rezervoaru, fermentativne bakterije pretvaraju biorazgradive makromolekule u manje molekularne međuprodukte, prvenstveno u isparljive masne kiseline (VFA). U produženim anaerobnim uslovima, organizmi koji akumuliraju polifosfat- (PAO) rastu sporo i oslobađaju fosfat iz svojih ćelija u rastvor razlaganjem polifosfata. Ovaj proces osigurava energiju za unos i pretvaranje nisko-molekularnih masnih kiselina u granule polihidroksibutirata (PHB).
2.2 Biološko uklanjanje dušika
Amonijačni dušik se pretvara u nitrit i nitrat nitrifikujućim bakterijama u aerobnim uvjetima. U anoksičnoj zoni, denitrificirajuće bakterije reduciraju nitrat u dušikov plin, koji se oslobađa u atmosferu. Ovaj proces efikasno smanjuje nivoe azota u otpadnoj vodi.
2.3 Uklanjanje fosfora
U aerobnim uslovima, PAO koriste izvore ugljenika i PHB da apsorbuju ortofosfat, sintetišući polifosfate unutar svojih ćelija. Akumulirani fosfor se naknadno uklanja iz sistema sa otpadnim muljem, čime se postiže efikasno uklanjanje fosfora.
U poređenju sa konvencionalnim procesima,pre-anoksični mikroporozni aeracioni oksidacioni kanal pojednostavljuje operacije eliminacijom primarne sedimentacije ili smanjenjem njenog trajanja. Ovo omogućava većim organskim česticama iz komore za pijesak da uđu u biološki sistem, rješavajući nedostatke izvora ugljika. Naizmjenični anaerobni-anoksični-aerobni uslovi inhibiraju rast filamentoznih bakterija, poboljšavaju taloženost mulja i integriraju uklanjanje dušika, uklanjanje fosfora i organsku degradaciju. Anaerobna i anoksična zona stvaraju povoljno okruženje za uklanjanje dušika i fosfora, dok aerobna zona podržava istovremeno oslobađanje i nitrifikaciju fosfora. Zapremina aerobne zone mora se pažljivo izračunati kako bi se osigurala efikasnost:
gdje:
- X: Koncentracija mikrobnog mulja (mg/L)
- Y: Koeficijent izdašnosti mulja (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Koncentracija efluenta (mg/L)
- S0: Koncentracija utjecaja (mg/L)
- θC0: Hidraulično vrijeme zadržavanja (s)
- Q: Uticajni protok (L/s)
- V0: Efektivna zapremina aerobnog reaktora (L)
3. Ključni aspekti pre-anoksične mikroporozne aeracione oksidacione tehnologije jarka
3.1 Pre-Anoxic Tank Technology
Pre-anoksični rezervoar sadrži anaerobne mikroorganizme koji preliminarno razgrađuju i transformišu organsku materiju, smanjujući proizvodnju mulja i ublažavajući opterećenje u narednim fazama tretmana.
3.1.1 Tok procesa
3.1.1.1 Influentni predtretman
Screening uklanja suspendirane čvrste tvari poput plastike, kose i kuhinjskog otpada pomoću naprednih bioloških sita. Regulacija protoka i kvaliteta osiguravaju homogenost, dok sedimentacija (prirodna ili hemijska-potpomognuta) uklanja suspendirane čvrste tvari i organske/neorganske tvari.
3.1.1.2 Anaerobna reakcija
Kontrolisana temperatura, pH i vrijeme zadržavanja olakšavaju temeljito miješanje anaerobnog mulja i otpadne vode, poboljšavajući uklanjanje organske tvari. Anaerobni reaktori koriste miješanje ili cirkulaciju kako bi potaknuli fermentaciju, proizvodeći CO₂, CH₄ i tragove H₂S. Slijede odvajanje plina-tečnosti{3}}čvrste tvari i tretman otpadnog plina.
3.1.1.3 Post-tretman i otpadne vode
Otporni anorganski i organski zagađivači se tretiraju aerobnim procesima ili adsorpcijom aktivnog uglja. Online praćenje prati mikrobnu aktivnost i indikatore kvaliteta vode (npr. F/M odnos, rastvoreni kiseonik). F/M odnos bi trebao u prosjeku biti 0,06; rastvoreni kiseonik u anaerobnim zonama treba da bude 0,5-1 mg/L.
3.1.2 Kontrola procesa
Ključne mjere uključuju:
Uzgoj anaerobnog mulja sa visokim kapacitetom razgradnje i održavanje optimalnih odnosa hranljivih materija (C:N:P ≈ 100:5:1).
Kontrola organskog opterećenja, temperature (30-35 stepeni) i pH (6,5-7,5). Organsko opterećenje treba da bude 3–6 kgBOD₅/(m³·d).
Provođenje reciklaže mulja za održavanje koncentracije i aktivnosti mikroba. Osušeni mulj se može prenamijeniti kao gnojivo ili hrana.
3.2 Tehnologija rova za mikroporoznu aeraciju i oksidaciju
Ispupčenje mulja, često uzrokovano filamentoznim bakterijama ili ekspanzijom zoogloeje, smanjuje taloženost. Sljedeće jednadžbe opisuju rast mikroba:
gdje:
- Kd: Koeficijent mikrobnog raspada (d-1)
- S: Koncentracija supstrata (mg/L)
- Ks: Polu-koeficijent zasićenja (mg/L)
- Y: Koeficijent prinosa (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maksimalna specifična stopa rasta (d-1)
- μ: Stopa rasta mikroba (d-1)
gdje:
- Smin: Minimalna koncentracija supstrata u stabilnom stanju (mg/L)
- Kd: Koeficijent mikrobnog raspada (d-1)
- Ks: Polovični koeficijent zasićenja, tj. koncentracija supstrata kada je μ=μmax/2μ=μmax/2 (mg/L)
- Y: Koeficijent prinosa (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maksimalna specifična stopa rasta (d-1)
3.2.1 Projektni parametri procesa
Otpadne vode prolaze kroz sita, komore za pijesak i anaerobne rezervoare (sa mješalicama) prije nego uđu u oksidacijski jarak. Mikroporozni aeratori i potopljeni propeleri stvaraju naizmjenične aerobne/anoksične uvjete. Sistem uključuje dva anaerobna rezervoara (2,8h HRT) i četiri oksidaciona kanala (8,64h HRT). Starost mulja je 11,3 dana.
3.2.2 Pilot-Dizajn uređaja
Pilot sistem uključuje aeriranu komoru za pijesak, pumpe, anaerobni selektor, oksidacioni jarak, pumpu za refluks mulja, sekundarni taložnik i pumpu za efluent. Anaerobni selektor (2,35 m³) ima tri odjeljka sa mikserima i monitorima (ORP, pH). Oksidacijski kanal (26,3 m³) ima više ulaza/izlaza i mikroporoznih difuzora. Testiranje je pokazalo prosječne utjecaje: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Zaključak
Integracija tehnologije pre-anoksične i mikroporozne aeracione oksidacijske jame značajno poboljšava uklanjanje dušika i fosfora. Budući napori bi se trebali fokusirati na optimizaciju starosti mulja, rastvorenog kiseonika i omjera refluksa mulja kako bi se dodatno poboljšala efikasnost tretmana.