Analiza utjecaja stupnjevitog dovoda kisika u aerobnu zonu AAO procesa na učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari
Pregled
AAO proces je naširoko korištena tehnologija pročišćavanja otpadnih voda, koja prvenstveno uključuje anaerobne, anoksične i aerobne stupnjeve, koji djeluju sinergistički na učinkovito uklanjanje onečišćujućih tvari iz otpadnih voda. Aerobni stadij kritična je komponenta procesa AAO, a metoda opskrbe kisikom izravno utječe na ukupnu radnu učinkovitost cijelog sustava. Kako bi dodatno poboljšali učinkovitost AAO procesa u praktičnim primjenama, istraživači su predložili postupnu shemu opskrbe kisikom. Uspostavljanjem višestrukih zona s različitim koncentracijama otopljenog kisika (DO) unutar sustava, ova shema ima za cilj optimizirati metaboličku aktivnost aerobnih mikroorganizama i poboljšati učinkovitost uklanjanja zagađivača. Stoga analiza utjecaja stupnjevitog opskrbljivanja kisikom u aerobnoj zoni AAO procesa na uklanjanje onečišćujućih tvari ima značajnu praktičnu vrijednost.
Pregled postupne opskrbe kisikom u aerobnoj zoni AAO procesa
Aerobna zona je primarno mjesto za oksidaciju i razgradnju organske tvari. Kroz postupnu opskrbu kisikom, koncentracije DO u različitim zonama mogu se fleksibilno prilagoditi na temelju stope razgradnje organske tvari i potrebe mikroorganizama za kisikom, osiguravajući jednoliku i dostatnu razgradnju organske tvari u svim zonama. Ovaj pristup pomaže poboljšati stope uklanjanja organske tvari i stabilizirati kvalitetu otpadnih voda. U aerobnoj zoni dušik iz amonijaka oksidira u nitrat pomoću nitrifikacijskih bakterija. Postupna opskrba kisikom osigurava učinkovit rad nitrifikacijskih bakterija pod odgovarajućim koncentracijama DO, izbjegavajući štetne učinke na proces nitrifikacije uzrokovane pretjerano visokim ili niskim razinama DO. Istovremeno, kontroliranjem omjera recirkulacije i koncentracije miješane tekućine, proces nitrifikacije može se dodatno optimizirati, povećavajući učinkovitost uklanjanja dušika iz amonijaka. AAO proces izvodi istovremeno uklanjanje dušika i fosfora. Pod uvjetima stupnjevitog opskrbljivanja kisikom u aerobnoj zoni, organizmi-akumulirajući fosfor (PAO) mogu u potpunosti apsorbirati fosfor pod odgovarajućim koncentracijama DO i postići uklanjanje fosfora ispuštanjem fosforom-bogatog mulja u sljedećim fazama. U međuvremenu, podešavanjem radnih parametara u anoksičnim i aerobnim zonama, proces denitrifikacije može se optimizirati, poboljšavajući ukupnu učinkovitost uklanjanja dušika.
Eksperimentalna metodologija za analizu utjecaja insceniranih Opskrba kisikom na učinkovitost uklanjanja zagađivača
Tijekom eksperimenta, metode kao što su sustavi kontrole ventila za prozračivanje, automatski sustavi upravljanja i broj uređaja za puhanje korišteni su za reguliranje intenziteta prozračivanja, čime se odražava koncentracija DO. Tijek procesa eksperimentalne postavke prikazan je uSlika 1.
Kao što je prikazano na slici 1, aerobna zona AAO sustava podijeljena je u tri regije: glavu, sredinu i rep. Hidrauličko vrijeme zadržavanja (HRT) sustava postavljeno je na 2 sata. Dimenzije reaktora bile su 160 cm × 125 cm × 100 cm (duljina × širina × visina), s visinom miješane tekućine postavljenom na 60 cm. Smjer protoka između reakcijskih spremnika kontroliran je pomoću vodećih stijenki i pregrada.
Uzorci otpadnih voda prikupljeni su iz primarnog taložnika komunalnog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Kakvoća otpadnih voda bila je relativno stabilna, a svi relevantni pokazatelji unutar standardnih raspona: koncentracija TP kretala se od 3,0 do 5,5 mg/L, koncentracija TN od 26 do 49 mg/L, a KPK od 255 do 485 mg/L.
Svaka aerobna sekcija bila je opremljena vrtložnom zračnom pumpom i neovisno konfiguriranim sustavom perforiranih cijevi kako bi se formirao sustav prozračivanja za operacije prozračivanja. Tijekom rada sustava, svaka vrtložna zračna pumpa radila je neovisno i stabilno, održavajući koncentracije DO unutar raspona od 4-5 mg/L, 3-4 mg/L, odnosno 2-3 mg/L. Koncentracije DO i kakvoća efluenta iz različitih dionica izmjereni su i analizirani kako bi se odredio specifičan utjecaj na učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari.
3 Analiza utjecaja koncentracije DO u glavnom dijelu na učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari
3.1 Analiza učinkovitosti uklanjanja KPK
Analiza uklanjanja KPK u glavnom dijelu aerobne zone AAO pod tri različita uvjeta koncentracije DO pokazala je vrijednosti KPK u efluentu od 41,2, 40,2 i 40,8 mg/L, s učinkovitošću uklanjanja od 91,3%, 90,5%, odnosno 90,8%. Specifični detalji prikazani su uSlika 2.
Analiza podataka pokazuje da dok je učinkovitost uklanjanja COD-a u glavnom dijelu donekle varirala pod različitim koncentracijama DO, ukupna varijacija bila je minimalna i nije pokazala jasnu korelaciju. Kada se koncentracija DO povećala s razine 2–3 mg/L na razinu 3–4 mg/L, KPK u efluentu i učinkovitost uklanjanja smanjili su se za 1,0 mg/L odnosno 0,8%. Međutim, kada se koncentracija DO povećala na razinu od 4-5 mg/L, KPK u efluentu i učinkovitost uklanjanja povećali su se za 0,6 mg/L odnosno 0,3%. Različite koncentracije DO nisu značajno utjecale na učinkovitost uklanjanja KPK.
3.2 Analiza učinkovitosti uklanjanja TN
Analiza uklanjanja TN u glavnom dijelu pokazala je koncentracije TN u efluentu od 12,8, 12,3 i 13,1 mg/L pod tri DO uvjeta, sa stopama uklanjanja od 68,0%, 66,8%, odnosno 67,7%.
Analiza podataka pokazuje da je učinkovitost uklanjanja TN u dijelu glave donekle varirala pod različitim koncentracijama DO, ali je ukupna varijacija bila minimalna i nije pokazala jasnu korelaciju. Stoga se može zaključiti da različite koncentracije DO nisu značajno utjecale na učinkovitost uklanjanja TN.
3.3 Analiza učinkovitosti uklanjanja TP
Analiza uklanjanja TP u glavnom dijelu pokazala je koncentracije TP u efluentu od 0,60, 0,51 i 0,48 mg/L pod tri DO uvjeta, sa stopama uklanjanja od 88,1%, 90,7%, odnosno 91,7%.
Analiza podataka pokazuje da je učinkovitost uklanjanja TP u dijelu glave varirala s koncentracijom DO. Povećanje koncentracije DO smanjilo je koncentraciju TP u otpadnoj vodi i dodatno poboljšalo učinkovitost uklanjanja. Stoga se može zaključiti da je razina koncentracije DO od 4-5 mg/L postigla relativno najveću učinkovitost uklanjanja.
Sveobuhvatna analiza sugerira da postavljanje koncentracije DO u gornjem dijelu na razinu od 4-5 mg/L rezultira većom učinkovitošću unosa fosfora.
4 Analiza utjecaja koncentracije DO u srednjem dijelu na učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari
4.1 Analiza učinkovitosti uklanjanja KPK
Analiza uklanjanja KPK u srednjem dijelu pokazala je vrijednosti KPK u efluentu od 39,9, 38,9 i 40,4 mg/L pod tri DO uvjeta, s učinkovitošću uklanjanja od 91,0%, 90,9%, odnosno 91,2%. Specifični detalji prikazani su uSlika 3.
Analiza podataka pokazuje da dok je učinkovitost uklanjanja KPK u srednjem dijelu varirala u određenoj mjeri pod različitim koncentracijama DO, ukupna varijacija bila je minimalna i nije pokazala jasnu korelaciju. Kada se koncentracija DO povećala s razine 2–3 mg/L na razinu 3–4 mg/L, KPK u efluentu i učinkovitost uklanjanja smanjili su se za 1,0 mg/L odnosno 0,1%. Međutim, kada se koncentracija DO povećala na razinu od 4-5 mg/L, KPK u efluentu i učinkovitost uklanjanja povećali su se za 0,5 mg/L odnosno 0,3%. Različite koncentracije DO nisu značajno utjecale na učinkovitost uklanjanja KPK.
4.2 Analiza učinkovitosti uklanjanja TN
Analiza uklanjanja TN u srednjem dijelu pokazala je koncentracije TN u efluentu od 13,8, 13,0 i 12,9 mg/L pod tri DO uvjeta, sa stopama uklanjanja od 62,5%, 66,3%, odnosno 66,4%. Usporedno, razine koncentracije DO od 3–4 mg/L i 4–5 mg/L rezultirale su boljom učinkovitošću uklanjanja TN.
4.3 Analiza učinkovitosti uklanjanja TP
Analiza uklanjanja TP u srednjem dijelu pokazala je koncentracije TP u efluentu od 0,57, 0,52 i 0,46 mg/L pod tri DO uvjeta, sa stopama uklanjanja od 88,5%, 90,8%, odnosno 91,5%. Usporedno, razine koncentracije DO od 3–4 mg/L i 4–5 mg/L rezultirale su boljom učinkovitošću uklanjanja TP.
Sveobuhvatna analiza sugerira da se postavljanjem koncentracije DO u srednjem dijelu na razinu od 3-4 mg/L postiže veća učinkovitost uklanjanja zagađivača.
Analiza utjecaja koncentracije DO u repnom dijelu na učinkovitost uklanjanja zagađivača
5.1 Analiza učinkovitosti uklanjanja KPK
Analiza uklanjanja KPK u repnom dijelu pokazala je učinkovitost uklanjanja od 91,8% pod sva tri uvjeta koncentracije DO. Različite koncentracije DO nisu značajno utjecale na učinkovitost uklanjanja KPK.
5.2 Analiza učinkovitosti uklanjanja TN
Analiza uklanjanja TN u repnom dijelu pokazala je koncentracije TN u efluentu od 11,5, 12,7 i 13,4 mg/L pod tri DO uvjeta, sa stopama uklanjanja od 72,7%, 67,9%, odnosno 66,5%. Usporedno, razina koncentracije DO od 2-3 mg/L rezultirala je boljom učinkovitošću uklanjanja TN.
5.3 Analiza učinkovitosti uklanjanja TP
Analiza uklanjanja TP u repnom dijelu pokazala je da kada je koncentracija DO bila ispod 2,0 mg/L, učinkovitost uklanjanja nije prelazila 96%. U ovom eksperimentu, stopa uklanjanja pod sva tri DO uvjeta bila je 90%, a koncentracije efluenta zadovoljavale su primarni standard.
Ukratko, postavljanjem koncentracije DO u repnom dijelu na razinu od 2–3 mg/L postiže se veća učinkovitost uklanjanja onečišćivača.
Zaključak
Kako bi se istražio specifičan utjecaj stupnjevitog opskrbljivanja kisikom u aerobnoj zoni AAO procesa na učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari, aerobna zona je tijekom studije podijeljena na gornji, srednji i repni dio. Analiza učinkovitosti uklanjanja KPK, TN i TP u ovim dijelovima, u kombinaciji s rezultatima istraživanja, pokazuje da se postavljanjem razina koncentracije DO u tri aerobne zone na 4-5 mg/L, 3-4 mg/L, odnosno 2-3 mg/L postiže bolja ukupna učinkovitost uklanjanja onečišćujućih tvari. Ovaj pristup može pružiti podršku i referencu za ekološku zaštitu okoliša, očuvanje energije i napore za smanjenje emisija.