Analiza učinkovitosti uklanjanja onečišćujućih tvari u otpadnim vodama korištenjem modificiranog AAO sustava
Pregled
TheAnaerobni-anoksični-oksični (AAO ili A²/O)proces je široko prihvaćena tehnologija biološke obrade otpadnih voda dizajnirana za istovremeno uklanjanje organskog ugljika, dušika i fosfora. Sastoji se od tri međusobno povezane zone:
- Anaerobna zona: U nedostatku kisika i nitrata, fakultativne bakterije razgrađuju organske spojeve, oslobađajući fosfor.
- Anoksična zona: Denitrifikacijske bakterije koriste organski ugljik kao donor elektrona za redukciju nitrata/nitrita (vraćenih iz oksične zone) u plinoviti dušik, postižući uklanjanje dušika.
- Oksična zona: Aerobni mikroorganizmi oksidiraju preostalu organsku tvar i olakšavaju nitrifikaciju (amonijak u nitrat), dok organizmi-akumulirajući fosfor preuzimaju fosfate.
U području pročišćavanja otpadnih voda, dok konvencionalni AAO sustav može ukloniti zagađivače iz kanalizacije, sve složeniji sastav otpadnih voda doveo je do određenog pada u učinkovitosti pročišćavanja AAO procesa. Kako bi se osigurala razina primjene i učinkovitost AAO procesa,potrebno je provesti specifična istraživanja modificiranih sustava, što ima značajnu praktičnu važnost za relevantna poduzeća i odjele u poboljšanju njihove operativne kvalitete.
Modificirani AAO sustav
1. Osnovna načela AAO sustava
Uzimajući za primjer AAO sustav pročišćavanja otpadnih voda u konkretnom uređaju za pročišćavanje otpadnih voda, postojeći sustav je akonvencionalni AAO proces, koji se prvenstveno sastoji od četiri komponente:anaerobni spremnik, aerobni spremnik, anoksični spremnik i sekundarni taložnik, kako je detaljno opisano uSlika 1.
U konvencionalnom AAO sustavu mikroorganizmi rastu i metaboliziraju se u različitim uvjetima okoline. Kroz interakcije između različitih mikrobnih zajednica, učinkovito uklanjanje zagađivača postiže se putem kemijskih reakcija kao što su amonifikacija, nitrifikacija i denitrifikacija, koje značajno eliminiraju organske zagađivače.
Konvencionalni AAO sustav nudi prednosti poput niskih tehničkih troškova, jednostavnog rada i kratkog hidrauličkog vremena zadržavanja (HRT). Međutim, također pati od nedostataka, uključujućislaba učinkovitost uklanjanja fosforaistrogi zahtjevi za starost mulja i dizajn izvora ugljika, što otežava ispunjavanje očekivanih standarda u nekim projektima uklanjanja zagađivača otpadnih voda.
2. Analiza dizajna modificiranog AAO sustava
Na temelju prethodnih istraživanja napravljena su poboljšanja na konvencionalnom AAO sustavu, prvenstveno fokusirajući se na anaerobni spremnik. Themodificirani sustav anaerobnog spremnikasastoji se od tri dijela:mulj{0}}zona miješanja vode, talog-zona odvajanja vode i zona medija, kao što je prikazano uSlika 2.
umodificirani AAO sustav (Slika 3), zona miješanja mulja-vode i zona medija dizajnirane su identičnih dimenzija (15 cm duljina × 20 cm širina × 60 cm visina), svaka s efektivnim volumenom od 9 L. Hidrauličko vrijeme zadržavanja (HRT) i za zonu mulja i za zonu medija je 2 sata.
3. Analiza učinkovitosti uklanjanja KPK u modificiranom AAO sustavu
Analizirana je učinkovitost uklanjanja kemijske potrošnje kisika (COD) modificiranog AAO sustava. Kada je KPK u efluentu iznosio 447 mg/L, KPK u efluentu iz anaerobnog stadija bio je približno 147 mg/L, a konačni KPK u efluentu bio je 42 mg/L, zadovoljavajući standard za ispuštanje klase A. Učinkovitost uklanjanja KPK u ranom anaerobnom stadiju bila je nestabilna, sa značajnim fluktuacijama i relativno niskim razinama suspendiranih čvrstih tvari u miješanoj tekućini (MLSS). Međutim,nakon 7 dana, stopa uklanjanja se stabilizirala na 94%. Anaerobni stupanj primarno uklanja zagađivače kroz mikrobnu razgradnju i razrjeđivanje refluksom, pokazujući učinkovito uklanjanje zagađivača.
Korištenjem softvera Minitab, performanse uklanjanja modificiranog i konvencionalnog AAO sustava uspoređene su analizom neovisnog uzorka t-testiranja, s rezultatima prikazanim uSlika 4.
Na 95% intervalu pouzdanosti, t-vrijednost bila je 0,26, a p-vrijednost bila je 0,605. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sustava. Modificirani AAO sustav pokazao je relativno veliku varijabilnost u učinkovitosti uklanjanja COD-a, prvenstveno zbog razlika u podacima rane -faze, uključujući fazu privikavanja.Sve u svemu, modificirani AAO sustav pokazao je učinkovito uklanjanje COD-a.
4. Analiza učinkovitosti uklanjanja dušika iz amonijaka u modificiranom AAO sustavu
Analizirana je učinkovitost uklanjanja dušika iz amonijaka (NH3-N). Kada je ulazna koncentracija NH3-N bila 36 mg/L, efluent NH3-N iz anaerobnog stadija bio je približno 19 mg/L. U ranoj fazi koncentracija efluenta bila je relativno visoka, a učinkovitost uklanjanja značajno je oscilirala. Međutim,nakon 12 dana privikavanja, stopa uklanjanja porasla je na oko 81%, s nitrifikacijskim bakterijama u logaritamskoj fazi rasta.Nakon toga se stopa uklanjanja stabilizirala, dosegnuvši prosječnih 93%, s koncentracijom NH3-N u otpadnom vodu od 4 mg/L, što zadovoljava standard za ispuštanje klase A.
Na 95% intervalu pouzdanosti, t-vrijednost bila je 3,41, a p-vrijednost bila je 0,998. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sustava. Modificirani AAO sustav pokazao je relativno visoku varijabilnost u učinkovitosti uklanjanja NH3-N, prvenstveno zbog razlika u podacima rane -faze, uključujući fazu privikavanja.Općenito, modificirani AAO sustav pokazao je učinkovito uklanjanje NH₃-N.
5. Analiza učinkovitosti uklanjanja ukupnog fosfora i ukupnog dušika u modificiranom AAO sustavu
5.1 Ukupna učinkovitost uklanjanja fosfora
Analizirana je učinkovitost uklanjanja ukupnog fosfora (TP). Kada je ulazna koncentracija TP bila 3,6 mg/L, bilo je potrebno 11-dnevno razdoblje privikavanja. Koncentracija TP u efluentu iz cijelog sustava dosegla je 2,8 mg/L, dok je koncentracija TP u efluentu anaerobnog stupnja bila 4,2 mg/L, što ukazuje na značajno otpuštanje fosfora. Nakon privikavanja, učinak uklanjanja TP značajno se poboljšao, pri čemu se koncentracija TP u efluentu anaerobnog stupnja smanjila na 2,7 mg/L, a učinkovitost uklanjanja dosegnula je 17%.U kasnijoj fazi, stopa uklanjanja TP stabilizirala se iznad 60%, a koncentracija TP u efluentu približila se 0,5 mg/L, ispunjavajući standard pražnjenja klase B.
Usporedba dvaju sustava pokazala je da modificirani AAO sustav zahtijeva početno razdoblje privikavanja s relativno niskom učinkovitošću uklanjanja. Međutim, nakon privikavanja,njegove performanse uklanjanja TP značajno su poboljšane, pokazujući poboljšanu učinkovitost u usporedbi s konvencionalnim AAO sustavom.
5.2 Ukupna učinkovitost uklanjanja dušika
Analizirana je učinkovitost uklanjanja ukupnog dušika (TN). Kada je ulazna koncentracija TN bila 34 mg/L, koncentracija TN u efluentu anaerobnog stupnja bila je približno 18 mg/L. U ranoj fazi koncentracija efluenta bila je relativno visoka, a učinkovitost uklanjanja značajno je oscilirala.Nakon 10 dana privikavanja, stopa uklanjanja TN porasla je na 68%, s koncentracijom efluenta od 9 mg/L, ispunjavajući standard za pražnjenje klase A.
Na 95% intervalu pouzdanosti, t-vrijednost bila je 0,72, a p-vrijednost bila je 0,753. Analiza podataka nije pokazala značajnu razliku u srednjim stopama uklanjanja između dva sustava. Modificirani AAO sustav pokazao je relativno veliku varijabilnost u učinkovitosti uklanjanja TN-a, prvenstveno zbog razlika u podacima rane -faze, uključujući fazu privikavanja.Sve u svemu, modificirani AAO sustav pokazao je učinkovito uklanjanje TN.
Zaključak
Ukratko, modificirani AAO sustav pokazuje robusnu izvedbu u uklanjanju ključnih zagađivača otpadnih voda-KPK, dušika u amonijaku, ukupnog dušika i ukupnog fosfora-zadovoljavajući standarde za ispuštanje klase A ili B nakon kratkog perioda privikavanja.
Dok statistička analiza (t-test, p-vrijednost) nije pokazala značajnu razliku u prosječnoj učinkovitosti uklanjanja u usporedbi s konvencionalnim sustavom, modificirani dizajn pokazao je veću stabilnost i poboljšane rezultate liječenja tijekom vremena, unatoč većoj varijabilnosti podataka tijekom početnog rada. Poboljšanja, posebno u anaerobnoj zoni s optimiziranim zonama miješanja, odvajanja i medija, doprinose povećanju otpornosti i učinkovitosti procesa.
Ovi nalazi naglašavajupotencijal modificiranih AAO sustava za učinkovito rješavanje složenih sastava otpadnih voda, podržavajući njihovu praktičnu primjenu za nadogradnju postojeće infrastrukture liječenja.