Technológia čistenia odpadových vôd pre-anaeróbneho mikro{1}}pórového prevzdušňovacieho oxidačného priekopu
Úvod
Analýzakonvenčný proces oxidačnej priekopyodhaľuje, že úpravou a optimalizáciou intenzity prevzdušňovania a vzorov prúdenia sa odpadová voda čistí postupne cez anaeróbne, anoxické a aeróbne reakčné nádrže, čím sa zabezpečuje efektívne odstraňovanie organických látok. Problémy ako naprvysoké celkové investícieanízka účinnosť prenosu kyslíkasú bežné, čo vedie ksuboptimálne odstraňovanie dusíka a fosforu. Na vyriešenie týchto obmedzení sa vykonal-hĺbkový výskum technológie čistenia odpadových vôd pre-pre-anoxickej mikroporéznej prevzdušňovacej oxidačnej priekopy s cieľom zvýšiť prevádzkovú efektívnosť mestských čistiarní odpadových vôd a zlepšiť využívanie vodných zdrojov.
1. Prehľad projektu
Čistiareň odpadových vôd v X City primárne čistí domové splašky a priemyselné odpadové vody so značným objemom priemyselných odpadových vôd.Navrhovaná kapacita spracovania je 10×10⁴ m³/d. Normy kvality pre prítok a odpad sú uvedené vTabuľka 1. V súčasnosti sa 30 % čistených odpadových vôd opätovne využíva ako regenerovaná voda pre tepelné elektrárne, zatiaľ čo zvyšných 70 % sa vypúšťa do riek. Na základe funkčných klasifikácií povrchových vôd a noriem vypúšťania znečisťujúcich látok pre čističky mestských odpadových vôd musí zariadenie spĺňať vypúšťaciu normu stupňa 1B. S pokračujúcim mestským ekonomickým rozvojom a zvyšujúcim sa vypúšťaním odpadových vôd závod zaviedol zachytávacie čistenie odpadových vôd z domácností, rozšíril kanalizačnú sieť a zaviedol pre-preanoxický mikroporézny aeračný oxidačný proces na zníženie znečistenia mestských povrchových vodných zdrojov.
2. Procesný tok pre-anoxickej mikroporéznej prevzdušňovacej oxidačnej priekopy
Jadrom tohto procesu je kombinácia pre-anoxickej nádrže a mikroporéznej prevzdušňovacej oxidačnej priekopy. Postupnosť liečby je nasledovná:odpadová voda → hrubé sito → prítokové čerpadlo → jemné sito → vírivá komora s pieskom → anaeróbna nádrž → anoxické/aeróbne zóny → sekundárna sedimentačná nádrž → dezinfekčná nádrž → odpadová voda. Časť kalu zo sekundárnej sedimentačnej nádrže sa pred konečnou likvidáciou vypúšťa do zariadenia na odvodňovanie kalu. Proces sa zameriava na uvoľňovanie fosforu, biologické odstraňovanie dusíka a odstraňovanie fosforu.
2.1 Uvoľňovanie fosforu
V anaeróbnej nádrži fermentačné baktérie premieňajú biodegradovateľné makromolekuly na menšie molekulárne medziprodukty, predovšetkým prchavé mastné kyseliny (VFA). Za dlhotrvajúcich anaeróbnych podmienok organizmy akumulujúce polyfosfáty (PAO) rastú pomaly a uvoľňujú fosfát zo svojich buniek do roztoku rozkladom polyfosfátov. Tento proces poskytuje energiu na príjem a premenu nízkomolekulových mastných kyselín na polyhydroxybutyrátové (PHB) granule.
2.2 Biologické odstraňovanie dusíka
Amoniakálny dusík sa premieňa na dusitany a dusičnany nitrifikačnými baktériami za aeróbnych podmienok. V anoxickej zóne denitrifikačné baktérie redukujú dusičnany na plynný dusík, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry. Tento proces účinne znižuje hladiny dusíka v odpadovej vode.
2.3 Odstraňovanie fosforu
V aeróbnych podmienkach využívajú PAO zdroje uhlíka a PHB na absorpciu ortofosfátu, pričom vo svojich bunkách syntetizujú polyfosfáty. Nahromadený fosfor sa následne odstráni zo systému s odpadovým kalom, čím sa dosiahne účinné odstránenie fosforu.
V porovnaní s konvenčnými procesmi,pre-anoxická mikroporézna prevzdušňovacia oxidačná priekopa zjednodušuje operácie odstránením primárnej sedimentácie alebo skrátením jej trvania. To umožňuje väčším organickým časticiam z komory s pieskom vstúpiť do biologického systému, čím sa rieši nedostatok zdrojov uhlíka. Striedajúce sa anaeróbne -anoxické-aeróbne podmienky inhibujú rast vláknitých baktérií, zlepšujú usadzovanie kalu a integrujú odstraňovanie dusíka, odstraňovanie fosforu a organickú degradáciu. Anaeróbne a anoxické zóny vytvárajú priaznivé prostredie na odstraňovanie dusíka a fosforu, zatiaľ čo aeróbna zóna podporuje súčasné uvoľňovanie fosforu a nitrifikáciu. Objem aeróbnej zóny sa musí starostlivo vypočítať, aby sa zabezpečila účinnosť:
kde:
- X: Koncentrácia mikrobiálneho kalu (mg/L)
- Y: Koeficient výťažnosti kalu (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Koncentrácia odpadovej vody (mg/l)
- S0: Prítoková koncentrácia (mg/l)
- θC0: Hydraulický retenčný čas (s)
- Q: Rýchlosť prítoku (l/s)
- V0: Efektívny objem aeróbneho reaktora (L)
3. Kľúčové aspekty technológie pre-anoxickej mikroporéznej prevzdušňovacej oxidačnej priekopy
3.1 Pre-technológia anoxických nádrží
V pre-anoxickej nádrži sa nachádzajú anaeróbne mikroorganizmy, ktoré predbežne rozkladajú a transformujú organickú hmotu, čím sa znižuje produkcia kalu a znižuje sa záťaž v nasledujúcich fázach čistenia.
3.1.1 Priebeh procesu
3.1.1.1 Predúprava prítoku
Screening odstraňuje nerozpustné pevné látky, ako sú plasty, vlasy a kuchynský odpad, pomocou pokročilých biologických sitiek. Regulácia prietoku a kvality zaisťuje homogenitu, zatiaľ čo sedimentácia (prírodná alebo chemická{1}}pomocná) odstraňuje suspendované pevné látky a organické/anorganické látky.
3.1.1.2 Anaeróbna reakcia
Kontrolovaná teplota, pH a retenčný čas uľahčujú dôkladné premiešanie anaeróbneho kalu a odpadovej vody, čím sa zlepšuje odstraňovanie organických látok. Anaeróbne reaktory využívajú miešanie alebo cirkuláciu na podporu fermentácie, pričom produkujú CO2, CH4 a stopy H2S. Nasleduje separácia plynu-kvapaliny-tuhej látky a úprava koncového plynu.
3.1.1.3 Post-úprava a odpadová voda
Odolné anorganické a organické znečisťujúce látky sa upravujú aeróbnymi procesmi alebo adsorpciou aktívneho uhlia. Online monitoring sleduje mikrobiálnu aktivitu a ukazovatele kvality vody (napr. pomer F/M, rozpustený kyslík). Pomer F/M by mal byť v priemere 0,06; rozpustený kyslík v anaeróbnych zónach by mal byť 0,5–1 mg/l.
3.1.2 Kontrola procesu
Medzi kľúčové opatrenia patria:
Kultivácia anaeróbneho kalu s vysokou degradačnou kapacitou a udržiavaním optimálnych pomerov živín (C:N:P ≈ 100:5:1).
Kontrola organickej záťaže, teploty (30–35 stupňov) a pH (6,5–7,5). Organické zaťaženie by malo byť 3–6 kg BSK₅/(m³·d).
Realizácia recyklácie kalu na udržanie mikrobiálnej koncentrácie a aktivity. Odvodnený kal možno opätovne použiť ako hnojivo alebo krmivo.
3.2 Mikroporézna prevzdušňovacia technológia oxidačnej priekopy
Vydutie kalu, často spôsobené vláknitými baktériami alebo expanziou zoogloe, zhoršuje usadzovateľnosť. Nasledujúce rovnice popisujú mikrobiálny rast:
kde:
- Kd: Koeficient mikrobiálneho rozpadu (d-1)
- S: Koncentrácia substrátu (mg/l)
- Ks: Polovičný-koeficient nasýtenia (mg/l)
- Y: Výnosový koeficient (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maximálna špecifická rýchlosť rastu (d-1)
- μ: Rýchlosť rastu mikróbov (d-1)
kde:
- Smin: Minimálna koncentrácia substrátu v rovnovážnom stave (mg/l)
- Kd: Koeficient mikrobiálneho rozpadu (d-1)
- Ks: polovičný-koeficient nasýtenia, tj koncentrácia substrátu, keď μ=μmax/2μ=μmax/2 (mg/l)
- Y: Výnosový koeficient (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maximálna špecifická rýchlosť rastu (d-1)
3.2.1 Parametre návrhu procesu
Odpadová voda prechádza cez sitá, štrkové komory a anaeróbne nádrže (s miešadlami) pred vstupom do oxidačnej priekopy. Mikroporézne prevzdušňovače a ponorné vrtule vytvárajú striedavé aeróbne/anoxické podmienky. Systém obsahuje dve anaeróbne nádrže (2,8 h HRT) a štyri oxidačné priekopy (8,64 h HRT). Vek kalu je 11,3 dňa.
3.2.2 Pilotný-dizajn zariadenia
Pilotný systém obsahuje prevzdušňovanú komoru, čerpadlá, anaeróbny selektor, oxidačnú priekopu, čerpadlo spätného toku kalu, sekundárny usadzovač a čerpadlo na odpadovú vodu. Anaeróbny selektor (2,35 m³) má tri priehradky s mixérmi a monitormi (ORP, pH). Oxidačná priekopa (26,3 m³) je vybavená viacerými vstupmi/výstupmi a mikroporéznymi difúzormi. Testovanie ukázalo priemerné hodnoty: SS 160 mg/l, CHSK 448 mg/l, TP 4 mg/l.
Záver
Integrácia pre-anoxických a mikroporéznych prevzdušňovacích oxidačných technológií výrazne zlepšuje odstraňovanie dusíka a fosforu. Budúce snahy by sa mali zamerať na optimalizáciu veku kalu, rozpusteného kyslíka a pomeru spätného toku kalu, aby sa ďalej zvýšila účinnosť spracovania.