Primjena modificiranog AAO procesa (AAO+suspended Carrier) u pročišćavanju kućnih otpadnih voda rudnika ugljena

Primjena modificiranog AAO procesa u pročišćavanju kućnih otpadnih voda rudnika ugljena

Kućne otpadne vode u rudnicima ugljena uglavnom potječu iz kantina za osoblje, spavaonica, ureda, praonica rublja i kupaonica, pri čemu drenaža za kupanje čini preko 55% ukupne količine. Ispuštanje vode za kupanje relativno je koncentrirano, što dovodi do značajnih oscilacija protoka. Obilježena nižom koncentracijom organskih tvari i višom količinom suspendiranih čvrstih tvari (SS), odvodnja za kupanje znatno se razlikuje od tipične kućne kanalizacije. Njegov raspoređeni uzorak ispuštanja s drugim tokovima otpadnih voda doprinosi značajnoj varijabilnosti kvalitete vode.

Većina rudnika ugljena u Kini nalazi se u udaljenim područjima gdje su troškovi transporta mulja visoki. Stoga treba odabrati postupke obrade s manjim prinosom mulja. Kako se rudnici razvijaju i broj zaposlenih raste, protok otpadne vode često premašuje izvorni projektirani kapacitet, zahtijevajući procese sa snažnom prilagodljivošću promjenama u kvaliteti i količini vode unutar istog otiska. Prema sve strožim politikama zaštite okoliša koje zahtijevaju potpunu ponovnu upotrebu pročišćene otpadne vode bez ispuštanja, procesi moraju isporučiti visoku i stabilnu kvalitetu otpadne vode.

Trenutačno je AAO (anaerobni-anoksični-oksični) postupak preferirani izbor u pročišćavanju komunalnih otpadnih voda. Ovaj članak analizira učinkovitost primjene modificiranog AAO procesa (AAO + Suspended Carrier Process) za kućnu otpadnu vodu rudnika ugljena, na temelju njegovih jedinstvenih karakteristika.

1. Modificirani AAO proces

AAO proces je najjednostavnija konfiguracija protoka za istovremeno uklanjanje dušika i fosfora. Nitaste bakterije ne mogu se ekstenzivno razmnožavati pod izmjeničnim anaerobnim, anoksičnim i aerobnim uvjetima, sprječavajući nakupljanje mulja. Ne zahtijeva dodavanje kemikalija, samo blago miješanje u anaerobnim i anoksičnim spremnicima, što rezultira niskim operativnim troškovima. Mulj ima visok sadržaj fosfora, što mu daje dobru vrijednost gnojiva.

However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200%, ovo unutarnje recikliranje troši značajnu energiju. Efluent koji ulazi u sekundarni taložnik mora održavati određenu razinu otopljenog kisika (DO) kako bi se spriječili anaerobni uvjeti i oslobađanje fosfora, ali ne previsoku da bi se izbjeglo ometanje denitrifikacije u anoksičnom spremniku putem reciklirane miješane tekućine.

Modificirani AAO proces (AAO + Suspended Carrier Process) učinkovito ublažava ove nedostatke. Povećava mikrobnu masu u biološkim spremnicima, povećava volumetrijsko opterećenje, postiže potpuno odvajanje hidrauličkog vremena zadržavanja (HRT) i vremena zadržavanja mulja (SRT), jača otpornost na hidraulička i organska udarna opterećenja, pruža dobru kvalitetu efluenta čak i s izvorima s niskim ugljikom, proizvodi manje i stabilniji mulj (smanjuje zahtjeve za kapacitetom rukovanja muljem nizvodno). Otpadna voda može zadovoljiti standarde kvalitete vode "Ponovne upotrebe urbane reciklirane vode-Standard kvalitete vode za razne gradske vode" (GB/T 18920-2020) i "Kodeks za projektiranje inženjeringa pripreme ugljena" (GB 50359-2016) za pranje ugljena. Hou Feng i sur. primijenio je postupak AAO+suspendirani nosač u podzemnom postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda, postigavši standarde razreda 1A prema "Standardu ispuštanja onečišćujućih tvari za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002), s ključnim pokazateljima (COD, BPK5, NH3-N, TP) koji su dostigli standarde klase IV prema "Standardima kvalitete okoliša za površinske vode" (GB 3838-2002). Hao Ruigang i sur. koristio je "A/O biokontaktnu oksidaciju + perforiranu vrtložnu flokulaciju + sedimentaciju u nagnutoj cijevi + aktivnu filtraciju pijeskom" u proširenju postrojenja za kućnu otpadnu vodu rudnika ugljena, postigavši ​​kvalitetu efluenta bolju od stupnja 1A. Yan Ziyu i dr. također je postigla dobre rezultate korištenjem procesa biofilma za naknadnu ugradnju postojećeg tretmana kućnih otpadnih voda rudnika ugljena. Modificirani AAO proces omogućuje povećanje kapaciteta i poboljšanje kvalitete otpadnih voda u postojećim postrojenjima uz minimalne izmjene.

Ovaj proces uključuje dodavanje suspendiranih nosača u anoksične i aerobne spremnike, kombinirajući prednosti procesa aktivnog mulja i biofilma. Odlikuje ga veliko volumetrijsko opterećenje, velika biomasa, visoka učinkovitost obrade, snažna prilagodljivost 水质和水量的变化, poboljšana stabilnost procesa i dobro uklanjanje hranjivih tvari. Formira visoko specijalizirane aktivne biofilmove, povećavajući učinkovitost po volumenu reaktora i stabilnost, što omogućuje manje reaktore. Mulj biofilma koji se ljušti sadrži više protozoa/metazoa, ima veću gustoću i veću veličinu čestica, što rezultira dobrom taloženošću i lakim odvajanjem čvrste-tekućine. Omogućuje potpuno odvajanje SRT-HRT, eliminira nakupljanje mulja i pogodan je za otpadne vode bogate topivim organskim tvarima.

2.1 Studija slučaja

Rudnik ugljena u gradu Yan'an, približno 16 km od grada Zichang, ima postrojenje za pročišćavanje kućnih otpadnih voda s projektiranim kapacitetom od 1200 m³/d. Proces je: "Zaslon + Spremnik za izjednačavanje + AAO s visećim nosačima + Napredna obrada (koagulacija-sedimentacija-filtracija) + dezinfekcija". Mulj se tretira putem "Gravity Thickening + Screw Press Dewatering". Otpadna voda zadovoljava stroža ograničenja *GB/T 18920-2020* i GB 50359-2016 za vodu za pranje ugljena. Pročišćena voda ponovno se koristi za zelenilo rudnika i kao dodatna voda u postrojenju za pripremu ugljena. Projektirana kvaliteta dotoka/odvoda je u skladuTablica 1. Tijek procesa prikazan je uSlika 1.

Otpadna voda prolazi kroz sito (razmak od 5 mm, kut ugradnje od 75 stupnjeva) u spremnik za izjednačavanje (D׊×V=14.0 m×6,0 m×6,0 m, efektivna dubina 2,95 m, volumen 247,8 m³, HRT 4,13 h), u skladu sa zahtjevima GB 50810-2012. Dvije miješalice sprječavaju taloženje. Tri potopne pumpe (2 radne +1 pripravne, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) podižu vodu u biološke spremnike.

Biološki sustav sastoji se od dva paralelna niza. Po vlaku:

• Anaerobni spremnik: D׊×V=2.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,5 m, HRT 1,5 h.
• Anoksični spremnik: D׊×V=4.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,25 m, HRT 2,83 h.
• Aerobni spremnik: D׊×V=15.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna dubina 4,0 m, HRT 10,0 h. Ukupni HRT sustava je 15,75 h. Viseći nosači (omjer punjenja 80%, specifična površina 600 m²/m³) ugrađeni su u aerobni spremnik. Projektirani omjer zraka-i-vode je 13,7:1. Koriste se tri Roots puhala (2 radna +1 pripravna, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Omjer recikliranja mulja je 100%, omjer recikliranja miješane tekućine je 200%.

Dva pravokutna periferna-ulazno/izlazna sekundarna taložnika (D׊×V=5.0 m×5,0 m×3,5 m svaki) imaju brzinu površinskog opterećenja od 1,2 m³/(m²·h) i HRT od 2,5 h.

Integrirani pročišćivač vode (kombinacija koagulacije, sedimentacije, filtracije) pruža naprednu obradu za daljnje uklanjanje SS-a i fosfora.

Obrada mulja uključuje gravitacijsko zgušnjavanje (Φ2,5 m×5,0 m spremnik od ugljičnog čelika) nakon čega slijedi odvodnjavanje pužnom prešom. Poliakrilamid (PAM) se dozira u količini od 3,0–5,0 kg/t suhe krutine prije odvodnje. Dnevni kolač od odvodnjenog mulja je manji od ili jednak 150 kg sa sadržajem vlage manjim od ili jednakim 80%, transportiran izvan-gradilišta.

Dezinfekcija koristi-generator ClO2 na licu mjesta (učinkovita doza klora 120 g/h) koji se dozira na ulazu čistog bunara. Bistra bušotina ima efektivni volumen od 250 m³, što osigurava vrijeme kontakta od 4,2 h.

Postrojenje je opremljeno opsežnim mrežnim nadzorom (mjerači protoka, rezidualni klor, pH, DO, COD, zamućenost, razina/koncentracija mulja) i automatizirani sustavi upravljanja za pumpe, puhala, ispiranje, doziranje kemikalija i miješanje, osiguravajući inteligentan rad bez nadzora.

2.2 Analiza izvedbe

Tvornica je puštena u rad 2021. godine i radila je više od dvije godine. Stvarna kvaliteta dotoka/odvoda za 2024. prikazana je uTablica 2.

Utjecajni omjer BPK5/N je 5,5, što ukazuje na otpadnu vodu s niskim omjerom ugljika-na-dušika (C/N), koji se dodatno smanjuje ljeti zbog infiltracije oborina i promjena navika. Ekstremne zimske temperature u Yan'anu mogu doseći -21 stupanj. Stvarna kvaliteta otpadnih voda bolja je od projektirane, sa stopama uklanjanja koje dosežu: COD 97,8%, BPK5 99.7%, SS 99,7%, NH3-N 93,5%, TP 87,10%, zadovoljavajući standarde za 绿化 i pranje ugljena.

Aktivna masa biofilma u anoksičnim/aerobnim spremnicima iznosi čak 125 g/m² nosača, što je ekvivalentno MLSS-u od 13 g/L-četiri puta više od konvencionalnog aktivnog mulja. Mikroorganizmi su u fazi endogenog disanja, što rezultira dnevnom proizvodnjom mulja oko 1/3 konvencionalnih metoda, s boljom taloženošću, što omogućuje manju opremu za obradu mulja.

Iako bio-kontaktna oksidacija može funkcionirati bez recikliranja mulja, istraživanje Xiong Ren et al. pokazuje da sustavi s recikliranjem postižu veće stope uklanjanja KPK, TN, NH3-N, SS i smanjuju prinos mulja za 29,6%. Ovaj dizajn uključuje recikliranje miješane tekućine, s operativnom fleksibilnošću koja se temelji na kvaliteti otpadnih voda.

Postrojenje (1200 m³/d) zauzima 1350,3 m², s kapitalnim ulaganjem od 20 milijuna CNY i operativnim troškom od 1,05 CNY/m³.

U usporedbi s konvencionalnim AAO, koji zahtijeva produženi SRT za učinkovit rad na niskim-temperaturama, ovaj modificirani proces zadržava jednostavnost istovremenog uklanjanja hranjivih tvari dok obogaćuje biološku zajednicu nosačima. Odvajanje SRT-HRT poboljšava bio-stabilnost, osiguravajući pouzdan rad u uvjetima niske C/N i niske-temperature. Stabilan efluent može se održavati s malo ili bez recikliranja mulja, što omogućuje-smanjenje mulja na licu mjesta i niže troškove rukovanja muljem. Njegova jednostavnost i nedostatak glomaznosti čine ga vrlo prikladnim za pročišćavanje kućnih otpadnih voda iz rudnika ugljena.

3. Istraživanje optimizacije za AAO proces

Modificirani AAO procesi obično su dizajnirani prema parametrima u "Standardu za projektiranje vanjskih otpadnih voda" (GB 50014-2021). Međutim, potrebna je optimizacija radnih parametara (HRT, SRT, prozračivanje, omjeri recikliranja, MLSS) specifičnih za otpadne vode iz rudnika ugljena kako bi se identificirali optimalni uvjeti za buduće projektiranje i rad.

U konvencionalnom AAO, mulj se reciklira iz aerobnog u anaerobni spremnik, noseći nitrate i visoki DO, što može ugroziti biološko uklanjanje fosfora. Može se razmotriti proces Sveučilišta u Cape Townu (UCT), gdje se mulj reciklira u anoksični spremnik, nitrificirana tekućina u anoksični spremnik, a dodatno se reciklira iz anoksičnog u anaerobni spremnik kako bi se poboljšalo uklanjanje bio-P.

Obrada mulja može činiti 50-60% operativnih troškova postrojenja. Treba usvojiti-tehnologije za smanjenje mulja na licu mjesta. Visoki MLSS u modificiranim AAO bio-spremnicima dovodi do visokog omjera F/M, gdje može doći do odvajanja metabolizma, promičući smanjenje mulja i smanjujući troškove rukovanja muljem. Budući fokus trebao bi biti na primjeni-in situ tehnologija smanjenja kao što je kriptični rast putem mikro-lize, oksi-Taloženje-anaerobnog (OSA) procesa i razdvajanje metabolizma u pročišćavanju otpadnih voda iz rudnika ugljena.

Ovaj postupak je prikladan za naknadno opremanje postojećih AAO postrojenja u rudnicima ugljena. Dodavanje nosača u anoksične/aerobne spremnike može poboljšati kvalitetu otpadnih voda, povećati kapacitet i poboljšati stabilnost sustava. Za postrojenja sa strožim zahtjevima za otpadne vode, zamjena sekundarnog pročišćivača s MBR sustavom može dodatno poboljšati kvalitetu vode.

4. Zaključak

1. Modificirani AAO proces prikladan je za nadogradnju postojećih AAO sustava u rudnicima ugljena radi povećanja stabilnosti, povećanja kapaciteta ili ispunjavanja strožih standarda.
2. Prilikom obrade kućnih otpadnih voda iz rudnika ugljena, efluent može istovremeno zadovoljiti standarde *GB/T 18920-2002* za navodnjavanje cesta/zelenilo i standarde GB 50359-2016 za vodu za pranje ugljena, pokazujući snažnu prilagodljivost promjenama u kvaliteti i količini vode.
3. Proces proizvodi stabilan mulj s dobrom taloženošću i lakim odvajanjem, stvara manje mulja i smanjuje troškove obrade mulja.