Analiza skuteczności usuwania zanieczyszczeń ze ścieków przy użyciu zmodyfikowanego systemu AAO
Przegląd
TheBeztlenowy-Beztlenowy-Tlenowy (AAO lub A²/O)Proces ten jest powszechnie przyjętą technologią biologicznego oczyszczania ścieków, mającą na celu jednoczesne usuwanie węgla organicznego, azotu i fosforu. Składa się z trzech połączonych ze sobą stref:
- Strefa beztlenowa: Z braku tlenu i azotanów fakultatywne bakterie rozkładają związki organiczne, uwalniając fosfor.
- Strefa beztlenowa: Bakterie denitryfikacyjne wykorzystują węgiel organiczny jako donor elektronów do redukcji azotanów/azotynów (powracanych ze strefy tlenowej) do gazowego azotu, usuwając azot.
- Strefa tlenowa: Mikroorganizmy tlenowe utleniają pozostałą materię organiczną i ułatwiają nitryfikację (amoniak do azotanów), podczas gdy organizmy-akumulujące fosfor pobierają fosforany.
W dziedzinie oczyszczania ścieków, chociaż konwencjonalny system AAO może usuwać zanieczyszczenia ze ścieków, coraz bardziej złożony skład ścieków doprowadził do pewnego spadku efektywności oczyszczania w procesie AAO. Aby zapewnić poziom zastosowania i skuteczność procesu AAO,konieczne jest przeprowadzenie szczegółowych badań nad zmodyfikowanymi systemami, co ma istotne znaczenie praktyczne dla odpowiednich przedsiębiorstw i działów w poprawie ich jakości operacyjnej.
Zmodyfikowany system AAO
1. Podstawowe zasady systemu AAO
Biorąc za przykład system oczyszczania ścieków AAO w konkretnej oczyszczalni ścieków, istniejący system to:konwencjonalny proces AAO, składający się głównie z czterech elementów:zbiornik beztlenowy, zbiornik tlenowy, zbiornik beztlenowy i osadnik wtórny, jak szczegółowo opisano wRysunek 1.
W konwencjonalnym systemie AAO mikroorganizmy rosną i metabolizują w różnych warunkach środowiskowych. Dzięki interakcjom między różnymi społecznościami drobnoustrojów skuteczne usuwanie zanieczyszczeń osiąga się poprzez reakcje chemiczne, takie jak amonifikacja, nitryfikacja i denitryfikacja, które w znacznym stopniu eliminują zanieczyszczenia organiczne.
Konwencjonalny system AAO oferuje zalety takie jak niskie koszty techniczne, prosta obsługa i krótki czas retencji hydraulicznej (HRT). Jednak ma również wady, do których należąsłaba skuteczność usuwania fosforuIrygorystyczne wymagania dotyczące wieku osadu i konstrukcji źródła węgla, co utrudnia spełnienie oczekiwanych standardów w niektórych projektach usuwania zanieczyszczeń ze ścieków.
2. Analiza projektu zmodyfikowanego systemu AAO
W oparciu o wcześniejsze badania wprowadzono ulepszenia w konwencjonalnym systemie AAO, koncentrując się przede wszystkim na zbiorniku beztlenowym. Thezmodyfikowany system zbiorników beztlenowychskłada się z trzech części:strefa-mieszania osadu z wodą, strefa oddzielania-wody z osadu i strefa mediów, jak pokazano wRysunek 2.
wzmodyfikowany system AAO (Rysunek 3), strefę mieszania osadu- i wodę oraz strefę mediów zaprojektowano z identycznymi wymiarami (15 cm długości x 20 cm szerokości x 60 cm wysokości), każdy o efektywnej objętości 9 l. Hydrauliczny czas retencji (HRT) zarówno dla strefy osadu, jak i strefy mediów wynosi 2 godziny.
3. Analiza efektywności usuwania ChZT w zmodyfikowanym systemie AAO
Przeanalizowano skuteczność usuwania chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) w zmodyfikowanym układzie AAO. Gdy ChZT na wlocie wynosił 447 mg/L, ChZT na wylocie z etapu beztlenowego wynosił około 147 mg/L, a końcowy ChZT na wylocie wynosił 42 mg/L, spełniając normę odprowadzania klasy A. Skuteczność usuwania ChZT we wczesnym etapie beztlenowym była niestabilna, ze znacznymi wahaniami i stosunkowo niskim poziomem zawiesiny mieszanej cieczy (MLSS). Jednakże,po 7 dniach wskaźnik usuwania ustabilizował się na poziomie 94%. Etap beztlenowy usuwa zanieczyszczenia przede wszystkim poprzez degradację mikrobiologiczną i rozcieńczanie przez refluks, co wykazuje skuteczne usuwanie zanieczyszczeń.
Za pomocą oprogramowania Minitab porównano skuteczność usuwania zmodyfikowanych i konwencjonalnych systemów AAO za pomocą niezależnej analizy testu t-próbki, a wyniki przedstawiono wRysunek 4.
Przy 95% przedziale ufności wartość t-wyniosła 0,26, a wartość p-wyniosła 0,605. Analiza danych nie wykazała znaczącej różnicy w średnich szybkościach usuwania pomiędzy obydwoma systemami. Zmodyfikowany system AAO wykazał stosunkowo dużą zmienność skuteczności usuwania ChZT, głównie ze względu na różnice w danych-na wczesnym etapie, w tym w fazie aklimatyzacji.Ogólnie rzecz biorąc, zmodyfikowany system AAO wykazał skuteczne usuwanie ChZT.
4. Analiza efektywności usuwania azotu amonowego w zmodyfikowanym układzie AAO
Przeanalizowano skuteczność usuwania azotu amonowego (NH₃-N). Gdy stężenie dopływającego NH₃-N wynosiło 36 mg/l, wypływające NH₃-N z etapu beztlenowego wynosiło około 19 mg/l. Na wczesnym etapie stężenie ścieków było stosunkowo wysokie, a skuteczność usuwania znacznie się wahała. Jednakże,po 12 dniach aklimatyzacji wskaźnik usuwania wzrósł do około 81%, z bakteriami nitryfikacyjnymi w logarytmicznej fazie wzrostu.Następnie wskaźnik usuwania ustabilizował się, osiągając średnio 93%, przy stężeniu NH₃-N na ściekach wynoszącym 4 mg/l, spełniającym normę odprowadzania klasy A.
Przy 95% przedziale ufności wartość t-wyniosła 3,41, a wartość p-wyniosła 0,998. Analiza danych nie wykazała znaczącej różnicy w średnich szybkościach usuwania pomiędzy obydwoma systemami. Zmodyfikowany system AAO wykazał stosunkowo dużą zmienność skuteczności usuwania NH₃-N, głównie ze względu na różnice w danych-wczesnego etapu, w tym fazy aklimatyzacji.Ogólnie rzecz biorąc, zmodyfikowany system AAO wykazał skuteczne usuwanie NH₃-N.
5. Analiza efektywności usuwania całkowitego fosforu i całkowitego azotu w zmodyfikowanym układzie AAO
5.1 Całkowita skuteczność usuwania fosforu
Analizowano skuteczność usuwania fosforu całkowitego (TP). Gdy stężenie napływającego TP wynosiło 3,6 mg/l, wymagany był 11-dniowy okres aklimatyzacji. Stężenie TP na ściekach z całego układu osiągnęło 2,8 mg/L, podczas gdy stężenie TP na ściekach z etapu beztlenowego wyniosło 4,2 mg/L, co wskazuje na znaczne uwalnianie fosforu. Po aklimatyzacji wydajność usuwania TP znacznie się poprawiła, przy czym stężenie TP na wylocie z etapu beztlenowego spadło do 2,7 mg/l, a skuteczność usuwania osiągnęła 17%.W późniejszym etapie stopień usuwania TP ustabilizował się na poziomie powyżej 60%, a stężenie TP na odpływie zbliżyło się do 0,5 mg/L, spełniający normę rozładowania klasy B.
Porównanie obu systemów wykazało, że zmodyfikowany system AAO wymagał wstępnego okresu aklimatyzacji przy stosunkowo niskiej wydajności usuwania. Jednak po aklimatyzacjijego wydajność usuwania TP znacznie się poprawiła, wykazując zwiększoną wydajność w porównaniu z konwencjonalnym systemem AAO.
5.2 Całkowita skuteczność usuwania azotu
Analizowano skuteczność usuwania azotu całkowitego (TN). Gdy stężenie TN na dopływie wynosiło 34 mg/l, stężenie TN na wylocie z etapu beztlenowego wynosiło około 18 mg/l. Na wczesnym etapie stężenie ścieków było stosunkowo wysokie, a skuteczność usuwania znacznie się wahała.Po 10 dniach aklimatyzacji stopień usuwania TN wzrósł do 68%, przy stężeniu ścieków 9 mg/l, spełniający normę rozładowania klasy A.
Przy 95% przedziale ufności wartość t-wyniosła 0,72, a wartość p-wyniosła 0,753. Analiza danych nie wykazała znaczącej różnicy w średnich szybkościach usuwania pomiędzy obydwoma systemami. Zmodyfikowany system AAO wykazał stosunkowo dużą zmienność wydajności usuwania TN, głównie ze względu na różnice w danych-na wczesnym etapie, w tym w fazie aklimatyzacji.Ogólnie rzecz biorąc, zmodyfikowany system AAO wykazał skuteczne usuwanie TN.
Wniosek
Podsumowując, zmodyfikowany system AAO wykazuje solidną skuteczność w usuwaniu kluczowych substancji zanieczyszczających ścieki-ChZT, azotu amonowego, azotu całkowitego i fosforu całkowitego-spełniając normy emisji klasy A lub B po krótkim okresie aklimatyzacji.
Chociaż analiza statystyczna (test t-, wartość p-) nie wykazała znaczącej różnicy w średniej skuteczności usuwania w porównaniu z systemem konwencjonalnym, zmodyfikowany projekt wykazywał większą stabilność i lepsze wyniki leczenia w czasie, pomimo większej zmienności danych podczas początkowej operacji. Ulepszenia, szczególnie w strefie beztlenowej ze zoptymalizowanymi strefami mieszania, separacji i mediów, przyczyniają się do zwiększenia odporności i wydajności procesu.
Ustalenia te podkreślająpotencjał zmodyfikowanych systemów AAO w zakresie skutecznego rozwiązywania problemów ze złożonym składem ścieków, wspierając ich praktyczne zastosowanie w modernizacji istniejącej infrastruktury oczyszczania.