Tehničke osnove i operativno upravljanje aeracijskim bazenom puhala-niskog opterećenja
1. Pregled
1.1 Princip rada bazena za prozračivanje
Prozračivanje puhanjem, koje se obično koristi u Kini, prvenstveno uključuje difuzno, spiralno i mikroporozno prozračivanje. Bazen za prozračivanje obično se sastoji od sustava za prozračivanje, strukture bazena i ulazno/izlaznih otvora, koji služe kao ključna struktura u obradi otpadnih voda s aktivnim muljem. Uobičajene metode prozračivanja su mehaničko i prozračivanje puhanjem. Sustavi prozračivanja s puhalom općenito se sastoje od specijaliziranih aeratora i puhala. Bazeni su često podijeljeni u više odjeljaka, od kojih svaki ima mogućnost neovisnog dotoka. Otpadna voda ulazi u bazen i izlazi na suprotnom kraju. Tijekom ovog procesa, zrak se preko kompresora dovodi do difuzora na dnu bazena i ispušta u obliku mjehurića.
1.2 Povezana istraživanja o bazenima za prozračivanje
Istraživanje Cheng Dandana i sur. otkrili su da u kineskim komunalnim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda (WWTP) puhala za prozračivanje troše približno 60% ukupne energije. Integracija sustava prozračivanja s inteligentnom PID zatvorenom{3}}kontrolom petlje za otopljeni kisik (DO) i implementacija strategija-uštede energije puhala može učinkovito riješiti visoku potrošnju energije u sustavima prozračivanja uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, smanjujući je za više od 30%.
Liu Xiaoqi i sur. koristili su aeratore s raspršenim protokom kako bi povećali sadržaj kisika u otpadnoj vodi tijekom obrade uz smanjenje potrošnje energije. Time je također postignuto ravnomjerno miješanje i distribucija vode-zraka, smanjujući zahtjeve za preciznošću za niveliranje instalacije perlatora.
Chang Kai i sur. poboljšana izvedba konvencionalnog sustava bazena za prozračivanje modificiranjem izvornog načina prikupljanja zraka. Zamijenili su tradicionalne mikroporozne aeratore mikroporoznim aeratorima od-silikonske ploče visoke učinkovitosti prijenosa kisika i jednoprolazne-prostorne-protočne aeracijske bazene zamijenili tro-prolaznim zmijolikim protočnim bazenima. Uključivanje precizne kontrole prozračivanja dodatno je poboljšalo sustav, rješavajući probleme visoke potrošnje energije, niske učinkovitosti i slabog prijenosa mase u tradicionalnim metodama prozračivanja puhanjem.
1.3 Operativno upravljanje bazenima za prozračivanje
Aeracijski bazeni s puhalom naširoko se koriste u pročišćavanju otpadnih voda. Slijedeći načelo "odvojene obrade za različite tokove otpada", posebna jedinica za pročišćavanje slane otpadne vode UPOV-a prvenstveno obrađuje otpadnu vodu od električne desalinizacije iz atmosferske-vakuumske destilacije, očišćenu pročišćenu vodu, otpadnu vodu neutralizaciju alkilacije i nešto supernatanta i efluenta visoke-slanosti. Ova jedinica ima tro-sustav biološke obrade, s bazenom za prozračivanje s puhalom kao sekundarnim stupnjem. Njegova utjecajna prosječna kemijska potrošnja kisika (COD) stalno je ispod 100 mg/L, što ga svrstava u proces s aktivnim muljem s niskim-opterećenjem. Osim nadogradnje opreme, održavanje optimalnog rada zahtijeva pažljivu kontrolu i prilagodbu parametara procesa.
2. Pregled objekta
2.1 Tijek procesa jedinice za obradu slane otpadne vode
Jedinica koristi proces "izjednačavanja + odvajanja ulja + dvo-flotacije + tro-biološke obrade", s pročišćenim otpadnim vodama koje se šalju u jedinicu za poliranje. Separator ulja koristi kombinirani dizajn vodoravnog protoka i nagnute ploče. Dva stupnja flotacije koriste vrtložnu kavitacijsku flotaciju zrakom (CAF) i djelomičnu refluksnu flotaciju otopljenog zraka pod tlakom (DAF). Tri biološka stupnja su sekvencijalna: spremnik za prozračivanje čistog kisika III, spremnik za prozračivanje s puhalom i sekundarni biokemijski spremnik (EM-BAF). Tijek procesa prikazan je uSlika 1.
2.2 Opis bazena za prozračivanje
Bazen za prozračivanje je prenamijenjeni objekt izvorno izgrađen 1995. godine kao dio jedinice za pročišćavanje zauljenih otpadnih voda. Koristi tradicionalni dizajn protočne aeracije pomoću čepa s efektivnim volumenom od 3.888 m³ i trenutnim hidrauličkim vremenom zadržavanja (HRT) od približno 17,6 sati. Bazen radi u dva paralelna niza, svaki s četiri odjeljka. Aeratori su postavljeni na dnu, opskrbljeni centrifugalnim puhalima kako bi se osigurao kisik za metabolizam aktivnog mulja. Također je opremljen s dva sekundarna taložnika (Φ18m x 5m).
Unutar tri{0}}faznog biološkog sustava:
- Faza 1 (Spremnik za prozračivanje čistog kisika III): Primarna funkcija je uklanjanje COD-a.
- Faza 2 (spremnik za prozračivanje): Primarna funkcija je uklanjanje dušika iz amonijaka (NH₃-N), sekundarna funkcija je daljnje uklanjanje KPK.
- Faza 3 (Sekundarni biokemijski spremnik - EM-BAF): Funkcije za dodatno poliranje otpadnih voda KPK i NH₃-N, osiguravajući konačnu kvalitetu vode.
2.3 Kvaliteta dotoka i efluenta bazena za prozračivanje puhala
Utjecaj u bazen za prozračivanje puhala dolazi iz spremnika za prozračivanje čistog kisika III, s ograničenjima zagađivača: CODcr manji ili jednak 300 mg/L, NH₃-N manji ili jednak 30 mg/L, suspendirane krute tvari (SS) manji ili jednak 50 mg/L.
Njegov efluent dovodi do sekundarnog biokemijskog spremnika, s ograničenjima: CODcr Manje ili jednako 120 mg/L, NH3-N Manje ili jednako 30 mg/L, SS Manje ili jednako 50 mg/L.
Konačni efluent iz sekundarnog biokemijskog spremnika mora ispunjavati: CODcr manji od ili jednak 70 mg/L, nafta manji od ili jednak 5 mg/L, NH3-N manji od ili jednak 3 mg/L.
Tijekom 2021. prosječni CODcr u slivu bio je 67,094 mg/L, a prosječni NH₃-N bio je 23,098 mg/L, pri čemu oba ispunjavaju projektne zahtjeve. Međutim, izrazito nizak utjecaj KPK doveo je do nedostatka izvora ugljika za aktivni mulj, utječući na njegov normalan metabolizam. Suprotno tome, dovoljna količina dušika u amonijaku i niska koncentracija organskih onečišćujućih tvari u miješanoj tekućini pogodovali su nitrifikaciji, koja se odvijala učinkovito.
3. Operativni čimbenici utjecaja i kontrolne mjere
3.1 Utjecaj niskog utjecajnog opterećenja i starenja mulja
S utjecajnim COD-om od 67,094 mg/L-ispod projektirane granice (Manje od ili jednako 300 mg/L) i mikrobne potrebe za ugljikom (približno. 100 mg/L BOD₅)-aktivni mulj iskusio je nedostatak izvora ugljika. Nisko opterećenje rezultiralo je sporim rastom mulja, čineći ga sklonim starenju i formiranju labave strukture. Stariji, mrtvi mulj formirao je talog koji pluta na površini sekundarnog taložnika. U nedostatku opreme za skupljanje šljama, ovaj šljam je istjecao zajedno s efluentom, uzrokujući zamućenje, prekoračujući COD i SS ograničenja, i naknadno preopterećivajući nizvodni sekundarni biokemijski spremnik, utječući na konačnu kvalitetu efluenta.
Protumjera: Operativni tim kontrolirao je koncentraciju suspendiranih krutih tvari u miješanoj tekućini (MLSS). Koristeći graduirani cilindar od 1000 mL za 30-minutni test Indeksa volumena mulja (SVI), održavali su SVI oko 20%, što odgovara MLSS-u od približno 2 g/L. Ova uravnotežena učinkovitost uklanjanja onečišćenja uz sprječavanje starenja mulja, plutanja i pogoršanja kvalitete vode. Spori rast mulja značio je minimalno i rijetko trošenje mulja, što je nitrifikacijskim bakterijama omogućilo vrijeme zadržavanja dulje od njihovog minimalnog vremena stvaranja, što je dodatno pospješilo nitrifikaciju.
3.2 Utjecaj kontrole otopljenog kisika (DO).
Mikroorganizmi u aktivnom mulju prvenstveno su aerobni, obično zahtijevaju DO između 1-3 mg/L. Korporacijski standardi postavljaju raspon DO za tradicionalne bazene za prozračivanje s protokom na čep na 2-4 mg/L, pri čemu nitrifikacija zahtijeva DO općenito ne ispod 2,0 mg/L. Trenutačno nisko opterećenje utjecaja i daljnja smanjena koncentracija MLSS smanjili su potražnju za DO, čineći kontrolu izazovnom. Održavanje potpunog miješanja često je podizalo DO iznad 4 mg/L, dok je kontroliranje DO unutar ciljnog raspona ponekad dovodilo do neadekvatnog miješanja u nekim područjima, uzrokujući taloženje mulja.
Nadalje, visoki DO ubrzava razgradnju organske tvari, pogoršavajući starenje mulja. Stoga se u praksi DO kontrolira oko 3 mg/L. Osim toga, svi zračni ventili se podešavaju otprilike jednom mjesečno kako bi se poboljšala ujednačenost miješanja, reaktivirali uspavane pahuljice i održala aktivna biomasa.
3.3 Utjecaj temperature vode
Temperatura značajno utječe na aktivnost mikroba. Prikladne temperature potiču aktivnost, dok je niske temperature koče ili smanjuju, a visoke temperature mogu promijeniti fiziologiju ili uzrokovati smrt. U ovom sustavu termofilne bakterije su glavne funkcionalne skupine. Radi sigurnosti sustava, temperatura se obično održava između 15-35 stupnjeva, iako je prikladan raspon 10-45 stupnjeva. Prekoračenje 30 stupnjeva može denaturirati proteine nitrifikatore, smanjujući njihovu aktivnost. Aktivni mulj sadrži bakterije koje razgrađuju COD-i nitrifikirajuće, pri čemu nitrifikacija ima uži optimalni raspon od 5 do 30 stupnjeva.
Utjecaj slane otpadne vode sadrži-tokove visoke temperature. Prošli su incidenti uključivali uzastopne dane s ulaznom temperaturom većom od 40 stupnjeva, što je dovelo do raspadanja mulja, smrti COD-degradatora i nitrifikatora i kolapsa sustava. Nakon toga, termometar je postavljen na efluentni vod spremnika za izjednačavanje kako bi se striktno kontrolirala temperatura ispuštanja koja ne prelazi 40 stupnjeva, ispunjavajući zahtjeve za temperaturu mulja. U 2021. nije bilo sličnih incidenata koji bi utjecali na nitrifikaciju.
3.4 Utjecaj alkaliteta
Prema relevantnim standardima poduzeća, kada se koristi aktivni mulj za uklanjanje amonijaka, utjecajni ukupni omjer lužnatosti i dušika u amonijaku ne smije biti manji od 7,14; inače se alkalnost mora nadopuniti. S projektiranim utjecajem NH3-N od 30 mg/L i stvarnim prosjekom od 23,098 mg/L, potrebna ukupna lužnatost nije manja od 214,2 mg/L. Trenutno je dovodna lužnatost nedovoljna, što zahtijeva svakodnevno dodavanje natrijske sode (Na₂CO3) kako bi se ispunili zahtjevi procesa.
3.5 Utjecaj pH i otrovnih tvari
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 ili<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerobni mikrobni metabolizam može umjereno ublažiti promjene pH. Na primjer, korištenje dušikovih spojeva može sniziti pH tijekom nitrifikacije, dok dekarboksilacija proizvodi alkalne amine, podižući pH. To omogućuje dugotrajnu-privikavanje na blago kiselu/alkalnu otpadnu vodu. Inherentna lužnatost otpadne vode također pomaže u sprječavanju pada pH vrijednosti.
Međutim, drastične promjene pH (npr. iznenadni dotok lužine u kiseli sustav) značajno utječu na mikrobe i mogu poremetiti rad. Dakle, potreba neutralizacije ovisi o konkretnom slučaju. Manje, postojane fluktuacije pH, osobito sa slabim kiselinama/bazama, možda neće zahtijevati neutralizaciju. Veće fluktuacije zahtijevaju podešavanje pH na neutralni.
Nitrifikacijske bakterije vrlo su pH-osjetljive, s optimalnom nitrifikacijom na pH 7,2–8,0, dok opći mikrobi preferiraju 6,5–8,5. Za specifične industrijske otpadne vode, vrste otrovnih tvari često su fiksne, ali koncentracije i volumeni ispuštanja fluktuiraju. Osim izjednačavanja, moraju se pratiti i kontrolirati razine dotočnih toksičnih tvari. Nakon privikavanja mulja, treba odrediti najveću granicu utjecajne koncentracije na temelju stupnja privikavanja i radnog iskustva. Produljeno prekoračenje zahtijeva mjere poput smanjenja dotoka, povećanja recikliranja mulja ili poboljšanja oksigenacije kako bi se spriječilo trovanje mikrobima i neuspjeh tretmana. Trenutno u utoku bazena nisu otkrivene toksične tvari koje bi uzrokovale trovanje mikrobima.
3.6 Utjecaj utjecajnih udarnih opterećenja
Utjecajni COD ostaje stabilno nizak s manjim fluktuacijama, a NH3-N i ukupni dušik (TN) također ostaju unutar relativno stabilnih raspona tijekom dugih razdoblja. Populacija nitrifikatora ostaje relativno fiksna. Međutim, zbog njihove spore stope rasta, nagli, značajan porast dotoka NH₃-N ili TN može zasititi kapacitet uklanjanja bazena, ugrožavajući kvalitetu efluenta NH3-N i TN.
Teoretski, mikrobna potražnja za N i P prati omjer BPK5:N:P od 100:5:1. Međutim, sadržaj N i P uvelike varira ovisno o vrsti industrijske otpadne vode. Neke otpadne vode imaju visok sadržaj N i P, pa ih je potrebno ukloniti kako bi se zadovoljili standardi. Drugi su manjkavi, zbog čega je potreban dodatak kako bi se izbjeglo ograničavanje metabolizma. Za operativne bazene koji pročišćavaju otpadne vode s niskim N/P, razine utjecaja od oko 10 mg/L NH3-N i 5 mg/L fosfata mogu zadovoljiti potrebe mikroba. Dugotrajne razine ispod ovih zahtijevaju povećano doziranje N/P.
Svakodnevni rad zahtijeva pažljivo praćenje NH₃-N i TN u svim dotocima i efluentu spremnika za izjednačavanje, kao i u tokovima recikliranja iz spremnika za podešavanje, kako bi se spriječilo preopterećenje nizvodne jedinice za poliranje i prijetnja sigurnosti konačne ispuštene vode.
4. Zaključak
Kao središnji nitrifikacijski reaktor u jedinici za obradu slane otpadne vode, bazen za prozračivanje s puhalom zahtijeva pažljivo dnevno praćenje temperature vode, dotoka NH₃-N i TN. Stroga kontrola koncentracije MLSS, održavanje DO oko 3 mg/L i osiguravanje odgovarajućeg dodavanja lužnatosti su bitni. Pod ovim optimiziranim mjerama, sustav radi stabilno s izvrsnom kvalitetom efluenta: prosječni COD od 54,213 mg/L, NH3-N od 9,678 mg/L, i SS od 23,849 mg/L, u potpunosti zadovoljavajući zahtjeve sekundarnog biokemijskog spremnika za dotok. Stalno testiranje, sažimanje i optimizacija s više aspekata također su ključni za daljnje osiguranje pouzdanosti opreme i učinkovitosti obrade sustava.