Analýza účinnosti odstraňovania znečisťujúcich látok v odpadových vodách pomocou upraveného systému AAO
Prehľad
TheAnaeróbne-Anoxické-Oxické (AAO alebo A²/O)je široko používaná technológia biologického čistenia odpadových vôd navrhnutá na súčasné odstraňovanie organického uhlíka, dusíka a fosforu. Pozostáva z troch vzájomne prepojených zón:
- Anaeróbna zóna: Pri nedostatku kyslíka a dusičnanov fakultatívne baktérie rozkladajú organické zlúčeniny a uvoľňujú fosfor.
- Anoxická zóna: Denitrifikačné baktérie využívajú organický uhlík ako donor elektrónov na redukciu dusičnanov/dusitanov (vrátených z oxickej zóny) na plynný dusík, čím sa dosiahne odstránenie dusíka.
- Oxická zóna: Aeróbne mikroorganizmy oxidujú zvyšnú organickú hmotu a uľahčujú nitrifikáciu (z amoniaku na dusičnany), zatiaľ čo organizmy akumulujúce fosfor-vychytávajú fosfáty.
V oblasti čistenia odpadových vôd, zatiaľ čo konvenčný systém AAO dokáže odstraňovať znečisťujúce látky z odpadových vôd, čoraz zložitejšie zloženie odpadových vôd viedlo k určitému poklesu účinnosti čistenia procesu AAO. Aby sa zabezpečila aplikačná úroveň a efektívnosť procesu AAO,je potrebné uskutočniť špecifický výskum modifikovaných systémov, ktorá má významný praktický význam pre príslušné podniky a útvary pri zlepšovaní ich prevádzkovej kvality.
Upravený systém AAO
1. Základné princípy systému AAO
Ak si ako príklad vezmeme systém čistenia odpadových vôd AAO v konkrétnej čistiarni odpadových vôd, existujúci systém je akonvenčný proces AAOpozostáva predovšetkým zo štyroch komponentov:anaeróbna nádrž, aeróbna nádrž, anoxická nádrž a sekundárna sedimentačná nádrž, ako je podrobne uvedené vObrázok 1.
V konvenčnom systéme AAO mikroorganizmy rastú a metabolizujú sa v rôznych podmienkach prostredia. Prostredníctvom interakcií medzi rôznymi mikrobiálnymi spoločenstvami sa efektívne odstraňovanie znečisťujúcich látok dosahuje chemickými reakciami, ako je amonifikácia, nitrifikácia a denitrifikácia, ktoré výrazne eliminujú organické znečisťujúce látky.
Konvenčný systém AAO ponúka výhody ako nízke technické náklady, jednoduchá obsluha a krátky hydraulický retenčný čas (HRT). Trpí však aj nevýhodami vrátaneslabá účinnosť odstraňovania fosforuaprísne požiadavky na vek kalu a konštrukciu zdroja uhlíka, čo sťažuje splnenie očakávaných noriem v niektorých projektoch odstraňovania znečisťujúcich látok z odpadových vôd.
2. Analýza návrhu modifikovaného systému AAO
Na základe predchádzajúceho výskumu boli vykonané vylepšenia konvenčného systému AAO, primárne zamerané na anaeróbnu nádrž. Theupravený systém anaeróbnych nádržípozostáva z troch častí:zónu na{0}}miešanie kalovej vody, zónu{1}}odlučovania kalovej vody a zónu médií, ako je uvedené vObrázok 2.
Vupravený systém AAO (Obrázok 3), zóna miešania kalovej{0}}vody a zóna médií sú navrhnuté s rovnakými rozmermi (15 cm dĺžka × 20 cm šírka × 60 cm výška), každá s efektívnym objemom 9 l. Hydraulický retenčný čas (HRT) pre kalovú zónu aj zónu média je 2 hodiny.
3. Analýza účinnosti odstraňovania CHSK v upravenom systéme AAO
Analyzovala sa účinnosť odstraňovania chemickej spotreby kyslíka (CHSK) modifikovaného systému AAO. Keď bola CHSK pri prítoku 447 mg/l, CHSK odtoku z anaeróbneho štádia bola približne 147 mg/l a konečná CHSK odtoku bola 42 mg/l, čo spĺňalo štandard vypúšťania triedy A. Účinnosť odstraňovania CHSK v ranom anaeróbnom štádiu bola nestabilná, s výraznými výkyvmi a relatívne nízkymi hladinami suspendovaných tuhých látok v zmiešanom lúhu (MLSS). však,po 7 dňoch sa miera odstraňovania ustálila na 94 %. Anaeróbna fáza primárne odstraňuje znečisťujúce látky prostredníctvom mikrobiálnej degradácie a riedenia spätným tokom, čo demonštruje účinné odstránenie znečisťujúcich látok.
Pomocou softvéru Minitab sa porovnala výkonnosť odstraňovania modifikovaných a konvenčných systémov AAO prostredníctvom nezávislej vzorkovej t{0}}testovacej analýzy s výsledkami uvedenými vObrázok 4.
Pri 95 % intervale spoľahlivosti bola t-hodnota 0,26 a p-hodnota 0,605. Analýza údajov neukázala žiadny významný rozdiel v stredných rýchlostiach odstraňovania medzi týmito dvoma systémami. Modifikovaný systém AAO vykazoval relatívne vysokú variabilitu v účinnosti odstraňovania CHSK, predovšetkým v dôsledku rozdielov v údajoch v ranom- štádiu vrátane fázy aklimatizácie.Celkovo modifikovaný systém AAO preukázal účinné odstraňovanie CHSK.
4. Analýza účinnosti odstraňovania amoniakového dusíka v modifikovanom systéme AAO
Analyzovala sa účinnosť odstraňovania amoniakálneho dusíka (NH3{0}}N). Keď bola pritekajúca koncentrácia NH3-N 36 mg/l, vytekajúci NH3-N z anaeróbneho štádia bol približne 19 mg/l. V počiatočnom štádiu bola koncentrácia odpadovej vody relatívne vysoká a účinnosť odstraňovania výrazne kolísala. však,po 12 dňoch aklimatizácie sa miera odstraňovania zvýšila na približne 81 %s nitrifikačnými baktériami vo fáze logaritmického rastu.Následne sa miera odstraňovania stabilizovala a dosiahla v priemere 93 %s koncentráciou NH₃{0}}N v odpade 4 mg/l, ktorá spĺňa normu vypúšťania triedy A.
Pri 95 % intervale spoľahlivosti bola t-hodnota 3,41 a p-hodnota bola 0,998. Analýza údajov neukázala žiadny významný rozdiel v stredných rýchlostiach odstraňovania medzi týmito dvoma systémami. Modifikovaný systém AAO vykazoval relatívne vysokú variabilitu v účinnosti odstraňovania NH₃-N, predovšetkým v dôsledku rozdielov v údajoch v ranom- štádiu vrátane fázy aklimatizácie.Celkovo modifikovaný systém AAO preukázal účinné odstraňovanie NH₃-N.
5. Analýza účinnosti odstraňovania celkového fosforu a celkového dusíka v modifikovanom systéme AAO
5.1 Účinnosť celkového odstraňovania fosforu
Analyzovala sa účinnosť odstraňovania celkového fosforu (TP). Keď bola koncentrácia TP 3,6 mg/l, bolo potrebné 11-dňové obdobie aklimatizácie. Koncentrácia TP v odpade z celého systému dosiahla 2,8 mg/l, zatiaľ čo koncentrácia TP v anaeróbnom štádiu v odpade bola 4,2 mg/l, čo naznačuje významné uvoľňovanie fosforu. Po aklimatizácii sa účinnosť odstraňovania TP výrazne zlepšila, pričom koncentrácia TP v anaeróbnom štádiu vo výtoku klesla na 2,7 mg/l a účinnosť odstraňovania dosiahla 17 %.V neskoršom štádiu sa rýchlosť odstraňovania TP stabilizovala nad 60 % a koncentrácia TP v odpade sa priblížila k 0,5 mg/l, spĺňajúce normu vypúšťania triedy B.
Porovnanie týchto dvoch systémov ukázalo, že modifikovaný systém AAO vyžadoval počiatočnú aklimatizačnú periódu s relatívne nízkou účinnosťou odstraňovania. Po aklimatizácii všakjeho výkon pri odstraňovaní TP sa výrazne zlepšil, čím sa preukázala zvýšená účinnosť v porovnaní s konvenčným systémom AAO.
5.2 Celková účinnosť odstraňovania dusíka
Analyzovala sa účinnosť odstraňovania celkového dusíka (TN). Keď bola koncentrácia TN 34 mg/l, koncentrácia TN v anaeróbnom štádiu bola približne 18 mg/l. V počiatočnom štádiu bola koncentrácia odpadovej vody relatívne vysoká a účinnosť odstraňovania výrazne kolísala.Po 10 dňoch aklimatizácie sa rýchlosť odstraňovania TN zvýšila na 68 %, s koncentráciou odpadovej vody 9 mg/l, spĺňajúce normu vypúšťania triedy A.
Pri 95 % intervale spoľahlivosti bola t-hodnota 0,72 a p-hodnota bola 0,753. Analýza údajov neukázala žiadny významný rozdiel v stredných rýchlostiach odstraňovania medzi týmito dvoma systémami. Modifikovaný systém AAO vykazoval relatívne vysokú variabilitu v účinnosti odstraňovania TN, predovšetkým kvôli rozdielom v údajoch v ranom- štádiu vrátane aklimatizačnej fázy.Celkovo modifikovaný systém AAO preukázal efektívne odstránenie TN.
Záver
Stručne povedané, upravený systém AAO demonštruje robustný výkon pri odstraňovaní kľúčových látok znečisťujúcich odpadové vody-CHSK, amoniakálneho dusíka, celkového dusíka a celkového fosforu-po krátkej aklimatizácii spĺňa normy vypúšťania triedy A alebo B.
Zatiaľ čo štatistická analýza (t{0}}test, p{1}}hodnota) neukázala žiadny významný rozdiel v priemernej účinnosti odstraňovania v porovnaní s konvenčným systémom, modifikovaný dizajn vykazoval vyššiu stabilitu a lepšie výsledky liečby v priebehu času, a to aj napriek väčšej variabilite údajov počas počiatočnej prevádzky. Vylepšenia, najmä v anaeróbnej zóne s optimalizovanými zónami miešania, separácie a médií, prispievajú k zvýšenej odolnosti a účinnosti procesu.
Tieto zistenia podčiarkujúpotenciál modifikovaných systémov AAO efektívne riešiť zložité zloženie odpadových vôdpodpora ich praktického využitia pri modernizácii existujúcej infraštruktúry liečby.