Pre-anaerobni mikro-oksidacijski jarak za prozračivanje pora: napredna tehnologija uklanjanja hranjivih tvari

Tehnologija obrade otpadnih voda pre-anaerobnog oksidacijskog jarka za prozračivanje mikro-pora

Uvod

Analizakonvencionalni proces oksidacijeotkriva da se prilagodbom i optimizacijom intenziteta prozračivanja i uzoraka protoka otpadna voda pročišćava uzastopno kroz anaerobne, anoksične i aerobne reakcijske spremnike, osiguravajući učinkovito uklanjanje organske tvari. Međutim, pitanja kao što suvisoka ukupna investicijainiska učinkovitost prijenosa kisikasu česti, što dovodi dosuboptimalno uklanjanje dušika i fosfora. Kako bi se riješila ova ograničenja, provedeno je-dubinsko istraživanje pre-anoksične mikroporozne tehnologije pročišćavanja otpadnih voda s oksidacijskim jarkom s prozračivanjem, s ciljem poboljšanja operativne učinkovitosti gradskih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i poboljšanja korištenja vodnih resursa.

1. Pregled projekta

Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u gradu X prvenstveno pročišćava kućnu kanalizaciju i industrijske otpadne vode, sa značajnim volumenom industrijskih otpadnih voda.Projektirani kapacitet obrade je 10×10⁴ m³/d. Standardi kvalitete za dotok i odvod prikazani su uTablica 1. Trenutačno se 30% pročišćene otpadne vode ponovno koristi kao obnovljena voda za termoelektrane, dok se preostalih 70% ispušta u rijeke. Na temelju funkcionalne klasifikacije površinskih voda i standarda ispuštanja onečišćujućih tvari za urbane uređaje za pročišćavanje otpadnih voda, postrojenje mora zadovoljiti standard ispuštanja stupnja 1B. Uz tekući urbani gospodarski razvoj i povećanje ispuštanja otpadnih voda, postrojenje je implementiralo interceptivnu obradu kućnih otpadnih voda, proširilo kanalizacijsku mrežu i usvojilo proces pre-anoksične mikroporozne aeracije oksidacije kako bi se smanjilo onečišćenje urbanih površinskih izvora vode.

2. Tijek procesa pre-anoksičnog mikroporoznog oksidacijskog jarka

Srž ovog procesa je kombinacija pre-anoksičnog spremnika i mikroporoznog prozračnog oksidacijskog jarka. Slijed liječenja je sljedeći:otpadna voda → grubo sito → ulazna crpka → fino sito → vrtložna komora za pijesak → anaerobni spremnik → anoksične/aerobne zone → sekundarni taložni spremnik → dezinfekcijski spremnik → efluent. Dio mulja iz sekundarnog taložnika ispušta se u postrojenje za odvodnjavanje mulja prije konačnog zbrinjavanja. Proces se fokusira na otpuštanje fosfora, biološko uklanjanje dušika i uklanjanje fosfora.

2.1 Otpuštanje fosfora

U anaerobnom spremniku fermentacijske bakterije pretvaraju biorazgradive makromolekule u manje molekularne intermedijere, prvenstveno hlapljive masne kiseline (VFA). U dugotrajnim anaerobnim uvjetima, organizmi koji-akumuliraju polifosfat (PAO) sporo rastu i otpuštaju fosfat iz svojih stanica u otopinu razgradnjom polifosfata. Ovaj proces osigurava energiju za unos i pretvorbu nisko-molekularnih masnih kiselina u granule polihidroksibutirata (PHB).

2.2 Biološko uklanjanje dušika

Dušik iz amonijaka pretvara se u nitrit i nitrat pomoću nitrificirajućih bakterija u aerobnim uvjetima. U anoksičnoj zoni, denitrifikacijske bakterije reduciraju nitrat u dušik, koji se ispušta u atmosferu. Ovaj proces učinkovito smanjuje razinu dušika u otpadnoj vodi.

2.3 Uklanjanje fosfora

U aerobnim uvjetima, PAO koriste izvore ugljika i PHB za apsorpciju ortofosfata, sintetizirajući polifosfate unutar svojih stanica. Nakupljeni fosfor se naknadno uklanja iz sustava s otpadnim muljem, čime se postiže učinkovito uklanjanje fosfora.

U usporedbi s konvencionalnim procesima,pre-anoksični mikroporozni oksidacijski jarak za prozračivanje pojednostavljuje rad eliminirajući primarnu sedimentaciju ili skraćujući njezino trajanje. To omogućuje većim organskim česticama iz komore za pijesak da uđu u biološki sustav, rješavajući nedostatke izvora ugljika. Izmjenični anaerobni-anoksični-aerobni uvjeti inhibiraju rast filamentoznih bakterija, poboljšavaju taloženje mulja i integriraju uklanjanje dušika, uklanjanje fosfora i organsku razgradnju. Anaerobna i anoksična zona stvaraju povoljna okruženja za uklanjanje dušika i fosfora, dok aerobna zona podržava istovremeno otpuštanje fosfora i nitrifikaciju. Volumen aerobne zone mora se pažljivo izračunati kako bi se osigurala učinkovitost:

Gdje:

• X: Koncentracija mikrobnog mulja (mg/L)
• Y: Koeficijent iskorištenja mulja (kgMLSS/kgBOD)
• S_e​: Koncentracija efluenta (mg/L)
• S₀​: Utjecajna koncentracija (mg/L)
• θ_C0: hidrauličko vrijeme zadržavanja (s)
• Q: Brzina protoka (L/s)
• V₀: Efektivni volumen aerobnog reaktora (L)

3. Ključni aspekti tehnologije pred-anoksičnog mikroporoznog oksidacijskog jarka

3.1 Pre-tehnologija anoksičnog spremnika

Pre-anoksični spremnik sadrži anaerobne mikroorganizme koji preliminarno razgrađuju i transformiraju organsku tvar, smanjujući proizvodnju mulja i umanjujući opterećenje u sljedećim fazama obrade.

3.1.1 Tijek procesa

3.1.1.1 Predtretman utjecaja

Prosijavanje uklanja suspendirane krutine poput plastike, kose i kuhinjskog otpada pomoću naprednih bioloških sita. Protok i regulacija kvalitete osiguravaju homogenost, dok sedimentacija (prirodna ili kemijska-potpomognuta) uklanja suspendirane čvrste tvari i organske/anorganske tvari.

3.1.1.2 Anaerobna reakcija

Kontrolirana temperatura, pH i vrijeme zadržavanja olakšavaju temeljito miješanje anaerobnog mulja i otpadne vode, poboljšavajući uklanjanje organske tvari. Anaerobni reaktori koriste miješanje ili cirkulaciju za poticanje fermentacije, proizvodeći CO₂, CH₄ i tragove H₂S. Slijedi odvajanje plina-tekućine-krutine i obrade otpadnog plina.

3.1.1.3 Naknadno-tretiranje i efluent

Otporna anorganska i organska onečišćenja tretiraju se aerobnim procesima ili adsorpcijom aktivnog ugljena. Mrežno praćenje prati aktivnost mikroba i pokazatelje kvalitete vode (npr. omjer F/M, otopljeni kisik). Omjer F/M trebao bi biti u prosjeku 0,06; otopljeni kisik u anaerobnim zonama treba biti 0,5–1 mg/L.

3.1.2 Kontrola procesa

Ključne mjere uključuju:

Uzgoj anaerobnog mulja s visokim kapacitetom razgradnje i održavanje optimalnih omjera hranjivih tvari (C:N:P ≈ 100:5:1).

Kontrola organskog opterećenja, temperature (30-35 stupnjeva) i pH (6,5-7,5). Organsko opterećenje trebalo bi biti 3–6 kgBOD₅/(m³·d).

Provedba recikliranja mulja za održavanje koncentracije i aktivnosti mikroba. Odvodnjeni mulj može se prenamijeniti kao gnojivo ili hrana za životinje.

3.2 Tehnologija mikroporoznog prozračivanja oksidacijskog jarka

Ispupčenje mulja, često uzrokovano filamentoznim bakterijama ili širenjem zoogloee, smanjuje sposobnost taloženja. Sljedeće jednadžbe opisuju rast mikroba:

Gdje:

• K_d: Koeficijent mikrobnog raspada (d^-1)
• S: Koncentracija supstrata (mg/L)
• K_s​: polu{0}}koeficijent zasićenja (mg/L)
• Y: Koeficijent prinosa (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Maksimalna specifična stopa rasta (d^-1)
• μ: Brzina rasta mikroba (d^-1)
•  

Gdje:

• S_min: Minimalna koncentracija supstrata u stabilnom stanju (mg/L)
• K_d: Koeficijent mikrobnog raspada (d^-1)
• Ks: polu{0}}koeficijent zasićenja, tj. koncentracija supstrata kada je μ=μmax/2μ=μmax​/2 (mg/L)
• Y: Koeficijent prinosa (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Maksimalna specifična stopa rasta (d^-1)

3.2.1 Parametri dizajna procesa

Otpadna voda prolazi kroz sita, komore za pijesak i anaerobne spremnike (s mješalicama) prije ulaska u oksidacijski jarak. Mikroporozni perlatori i uronjeni propeleri stvaraju izmjenične aerobne/anoksične uvjete. Sustav uključuje dva anaerobna spremnika (2,8 h HRT) i četiri oksidacijska jarka (8,64 h HRT). Starost mulja je 11,3 dana.

3.2.2 Dizajn pilot-uređaja

Pilot sustav uključuje komoru s prozračenim pijeskom, pumpe, anaerobni selektor, oksidacijski jarak, pumpu povratnog toka mulja, sekundarni taložnik i pumpu za otpadnu vodu. Anaerobni selektor (2,35 m³) ima tri odjeljka s mješalicama i monitorima (ORP, pH). Oksidacijski jarak (26,3 m³) ima višestruke ulaze/izlaze i mikroporozne difuzore. Ispitivanje je pokazalo utjecajne prosjeke: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.

Zaključak

Integracija pre-anoksičnih i mikroporoznih tehnologija prozračivanja oksidacijskih kanala značajno poboljšava uklanjanje dušika i fosfora. Budući napori trebali bi se usredotočiti na optimizaciju starosti mulja, otopljenog kisika i omjera refluksa mulja kako bi se dodatno povećala učinkovitost obrade.