Mieszane oczyszczanie ścieków bytowych i papierniczych: eksperymentalne porównanie 4 procesów

Weź strumień ścieków bytowych - przewidywalny, biodegradowalny i łatwy. Dodaj ścieki papiernicze - bogate w włókno drzewne, związki fenolowe, pozostałości wybielaczy i barwnik. Zmieszaj je w tej samej oczyszczalni, a otrzymasz ściekitrudniejsze do leczenia niż każdy strumień osobno. Spada frakcja biodegradowalna. Zawieszone ciała stałe zmieniają charakter. Mnożą się zanieczyszczenia membranowe. W tym artykule przedstawiono wyniki eksperymentów czterech podejść do oczyszczania stosowanych w mieszanych ściekach-papierniczych z gospodarstw domowych: oczyszczanie biologiczne, wytrącanie chemiczne, separacja membranowa i kombinacja zintegrowana. Tylko w jednym podejściu zapewniono zarówno wysoki poziom usuwania, jak i możliwe do zarządzania koszty.

1. DWA STRUMIE ŚCIEKÓW, DWA CAŁKOWICIE RÓŻNE PROBLEMY

1.1 Ścieki bytowe - duża objętość, niska złożoność

Ścieki bytowe zawierają materię organiczną, azot, fosfor, zawiesiny i mikroorganizmy chorobotwórcze -, a wszystko to w stężeniach zmieniających się w zależności od gęstości zaludnienia, stylu życia i pory roku. Większość frakcji organicznej ulega biodegradacji. ChZT i BZT są głównymi celami leczenia. Azot występuje w postaci amoniaku i azotanów; fosfor zwiększa ryzyko eutrofizacji. Zawiesiny pochodzą z resztek jedzenia, kurzu i detergentów. Nic w tym strumieniu nie jest chemicznie egzotyczne - wyzwaniem jest objętość, a nie toksyczność.

1.2 Ścieki papiernicze - mała objętość, duża złożoność

Ścieki papiernicze to zupełnie inne zwierzę. Włókna miazgi drzewnej - niecałkowicie rozłożony surowiec - tworzą wysoko zawieszone ciała stałe o włóknistym, zatykającym charakterze. Pozostałości chemiczne z roztwarzania i wybielania - chlorków, środków wybielających, środków powierzchniowo czynnych - zwiększają ChZT i, co ważniejsze,hamują mikroorganizmyw przeciwnym razie doprowadziłoby to do ich degradacji. Kolor, zwłaszcza powstały w wyniku wybielania chlorem, jest intensywny i odporny na konwencjonalną obróbkę biologiczną. Związki fenolowe zwiększają ostrą toksyczność. Strumień jest trudniejszy do oczyszczenia, ale ma mniejszą objętość -, co sprawia, że ​​oczyszczanie mieszane jest ekonomicznie atrakcyjne, jeśli proces jest w stanie sobie z tym poradzić.

1.3 Dlaczego mieszanie utrudnia

Mieszanie dwóch strumieni stwarza trzy specyficzne wyzwania, których żaden ze strumieni nie stwarza sam:

Niedopasowanie biodegradowalności.Ścieki bytowe łatwo ulegają biodegradacji. Ścieki papiernicze zawierają ogniotrwałe substancje organiczne - fenole, pewne pozostałości chemiczne - odporne na atak biologiczny. W mieszanym reaktorze biologicznym frakcja łatwa ulega szybkiemu rozkładowi, podczas gdy frakcja ogniotrwała gromadzi się, zmniejszając ogólną skuteczność usuwania.

Konflikt separacji ciała stałego i cieczy.Włókna pulpy drzewnej tworzą włóknisty osad, który zachowuje się inaczej niż kłaczkowaty osad ze ścieków bytowych. Zmieniają się właściwości sedymentacyjne. Odwadnianie staje się nieprzewidywalne. Zmieszany osad jest trudniejszy w obsłudze niż każde z jego źródeł osobno.

Zwiększone wahania jakości wody.Ścieki bytowe różnią się w zależności od pory roku i pory roku. Ścieki papiernicze są stosunkowo stabilne, gdy produkcja jest w toku, -, ale zmieniają się gwałtownie wraz z partiami procesowymi, przemywaniem i zmianami gatunku. Po zmieszaniu połączony strumień może zmieniać pH, amoniak i ChZT szybciej niż jakikolwiek pojedynczy proces oczyszczania.

2. TESTOWANE CZTERY PROCESY - WYNIKI EKSPERYMENTALNE

Każdy proces oceniano w reaktorze-z przepływem ciągłym, wykorzystując rzeczywiste próbki ścieków bytowych i ścieków papierniczych. ChZT, BZT, azot, fosfor i określone zanieczyszczenia monitorowano w różnych czasach reakcji, temperaturach i warunkach pracy.

2.1 Leczenie biologiczne - jest skuteczne w jednym przypadku, nie w drugim

Po 3–5 dniach retencji usunięto obróbkę biologicznąponad 70% ChZT i BZT ze ścieków bytowych. W przypadku samych ścieków papierniczych osiągnięto jedynie usuwanie ChZT40–50%. Kiedy strumienie zostały zmieszane, usuwanie BZT spadło do40–60%- znacznie poniżej 80% osiągniętych w przypadku samego oczyszczania ścieków bytowych.

Mechanizm jest jasny: substancje fenolowe i pozostałości chemiczne we frakcji papierniczej hamowały rozwój społeczności drobnoustrojów. Mikroorganizmy, które chętnie zjadały domowe produkty organiczne, zostały częściowo stłumione przez chemikalia papiernicze, zmniejszając ogólną zdolność do biodegradacji. Eksperyment potwierdził to, co przewiduje teoria:Samo oczyszczanie biologiczne nie jest w stanie obsłużyć zmieszanego strumienia.

2.2 Wytrącanie chemiczne - silne w przypadku fosforu i metali, słabe w przypadku środków powierzchniowo czynnych

Stosowanie chlorku glinu i wodorotlenku wapnia jako środków strącających, usuwanie fosforu ze ścieków zmieszanychprzekroczył 85%. Osiągnięto usuwanie ołowiu i miedziponad 80%- metale ciężkie z procesów papierniczych wytrącały się skutecznie. Jednakże niektóre środki powierzchniowo czynne we frakcji papierniczej oparły się wytrącaniu i przeszły przez nie w większości niezmienione.

Opady chemiczne są narzędziem ukierunkowanym: usuwają to, do czego zostały przeznaczone (fosfor, metale), a pozostawiają to, czym nie są (rozpuszczone substancje organiczne, środki powierzchniowo czynne, barwnik). Jako samodzielny proces dla ścieków zmieszanych, uwzględnia jedynie część ładunku substancji zanieczyszczających. Jednak jako kolejny krok w procesie leczenia, zajmuje się tą frakcją, z którą biologia i błony borykają się w - cennej niszy.

2.3 Separacja membranowa - doskonałe usuwanie, szybkie zanieczyszczanie

Usunięto ultrafiltracjęponad 90% zawiesin i wielkocząsteczkowej materii organicznejze zmieszanych ścieków, przy stosunkowo dużym strumieniu membranowym. Jednak drobno-cząsteczki organiczne -, rozpuszczona frakcja, której ultrafiltracja nie może odrzucić, - przeszły i wymagały dalszej nanofiltracji lub odwróconej osmozy.

Najważniejszym odkryciem było nieczyste zachowanie. Włókna masy drzewnej i pigmenty ze ścieków papierniczych utworzyły gęstą warstwę osadu na powierzchni membrany, zatykając pory i zmniejszając przepuszczalność szybciej niż spowodowałyby to same ścieki bytowe. Warstwa zanieczyszczeń była fizycznie inna - raczej włóknista niż galaretowata - i wymagała różnych protokołów czyszczenia.Czynnikiem ograniczającym w tym zastosowaniu jest zanieczyszczenie membrany, a nie odrzucenie membrany.

2.4 Zintegrowane leczenie - kombinacja, która działa

Zintegrowany proces składał się z trzech etapów: najpierw oczyszczanie biologiczne (w celu usunięcia większości biodegradowalnych substancji organicznych), następnie wytrącanie chemiczne (w celu usunięcia fosforu i metali ciężkich), a na końcu separacja membranowa (w celu zaawansowanego doczyszczania rozpuszczonych substancji i śladowych substancji zanieczyszczających).

Wyniki uzasadniały złożoność:

Po etapach strącania biologicznego i chemicznego,Usuwanie ChZT przekroczyło 80%, a usunięcie fosforu przekroczyło 90%. Następnie etap membranowy usunął pozostałości rozpuszczonych substancji i śladowe zanieczyszczenia. Co najważniejsze, usuwając większość ładunków organicznych i cząstek stałych przed membraną,zanieczyszczenie zostało znacząco zmniejszone- Etapy-obróbki wstępnej zarobiły na kosztach, wydłużając żywotność membrany i zmniejszając częstotliwość czyszczenia.

3. OPTYMALIZACJA KAŻDEGO ETAPU

3.1 Oczyszczanie biologiczne - dodaj odpowiednie mikroorganizmy

Standardowy osad czynny zmaga się ze związkami fenolowymi. Optymalizacja:bioaugmentacja wyspecjalizowanymi szczepami degradującymi- bakterie wybrane lub zaprojektowane specjalnie pod kątem degradacji fenoli. W połączeniu z dostosowanymi czasami retencji (krótszymi dla frakcji domowej, dłuższymi dla frakcji papierniczej), etap biologiczny można dostosować do rzeczywistego profilu biodegradowalności zmieszanego strumienia, a nie do ogólnych założeń projektowych.

3.2 Wytrącanie chemiczne - przejście na chlorek żelazowy

Zastąpienie tradycyjnego wapnachlorek żelazowyzapewnia równoważne usuwanie fosforu przy niższych kosztach środków chemicznych i wytwarza gęstszy, bardziej podatny na odwodnienie osad. Połączenie wytrącania z etapem biologicznym - pozwalającym biologii usunąć część ładunku organicznego, zanim wytrącanie dotrze do fosforu i metali - zmniejsza zapotrzebowanie na chemikalia, którego wymagałby samodzielny etap wytrącania.

3.3 Separacja membranowa - Obróbka-przedtem membranowa to prawdziwa ochrona membrany

Dominującym kosztem membrany nie jest sama membrana, - lecz-zanieczyszczanie spowodowane jej wymianą i czyszczeniem. Optymalizacja leży na pierwszym planie: ulepsz-obróbkę wstępną, aby usunąć duże cząstki (włókna drzewne, cząstki stałe), zanim dotrą one do powierzchni membrany. Łagodniejsze chemiczne środki czyszczące i fizyczne metody czyszczenia - płukanie wsteczne, czyszczenie powietrzem - zmniejszają niszczenie membrany w porównaniu z agresywnymi cyklami czyszczenia chemicznego-na-miejscu.

3.4 Zintegrowane sterowanie - pozwala systemowi się dostosować

Jakiśinteligentny system sterowaniaktóry monitoruje jakość wody w czasie rzeczywistym i dostosowuje parametry operacyjne - intensywność napowietrzania, szybkości dozowania chemikaliów, częstotliwość płukania wstecznego membrany - zgodnie z rzeczywistymi warunkami dopływu, a nie ustalonymi wartościami zadanymi. Gdy frakcja papiernicza jest wysoka, system zwiększa wytrącanie chemiczne i wydłuża retencję biologiczną. Gdy dominują ścieki bytowe, ogranicza to chemikalia i skraca retencję. Rezultat: oczyszczanie uwzględniające rzeczywiste odpady, a nie założenia projektowe.

KONKRET: JAKI PROCES DLA JAKIEJ SUBSTANCJI ZANIECZYSZCZAJĄCEJ?

Dowody eksperymentalne są jednoznaczne: żaden pojedynczy proces nie oczyszcza odpowiednio zmieszanych ścieków domowych-z produkcji papieru. Oczyszczanie biologiczne obejmuje frakcję krajową, ale jest częściowo hamowane przez chemikalia papiernicze. Chemiczne strącanie usuwa fosfor i metale, ale pomija rozpuszczone substancje organiczne. Membrany charakteryzują się wysoką wydajnością usuwania, ale szybko brudzą włókno drzewne.Zintegrowana sekwencja - najpierw biologia, następnie chemia, na końcu membrana - pozwala na usunięcie ponad 80% ChZT i ponad 90% fosforu, przy możliwym do opanowania zanieczyszczeniu membrany, ponieważ wcześniejsze etapy usuwają zanieczyszczenia.W przypadku zakładów otrzymujących oba strumienie pytanie nie brzmi, czy integrować, ale jak uporządkować etapy i jak inteligentnie je kontrolować.