Смесено третиране на битови отпадни води и отпадъчни води от производството на хартия: Експериментално сравнение на 4 процеса

Да вземем битов канализационен поток – предвидим, биоразградим, лесен. Добавете отпадъчни води от производството на хартия - с високо съдържание на дървесни влакна, фенолни съединения, остатъци от избелване и оцветители. Смесете ги в една и съща пречиствателна станция и сте създали отпадъчни водипо-трудно за лечение, отколкото всеки поток самостоятелно. Биоразградимата фракция намалява. Суспендираните твърди вещества променят характера си. Мембранните замърсявания се умножават. Тази статия докладва експериментални резултати от четири подхода за третиране, приложени към смесени битови отпадъчни води от производство на хартия: биологично третиране, химическо утаяване, мембранно разделяне и интегрирана комбинация. Само един подход постигна едновременно високо отстраняване и управляеми разходи.

1. ДВА ПОТОКА ОТПАДЪЧНИ ВОДИ, ДВА СЪВСЕМ РАЗЛИЧНИ ПРОБЛЕМА

1.1 Битова канализация - голям обем, ниска сложност

Битовите отпадни води пренасят органична материя, азот, фосфор, суспендирани твърди частици и патогенни микроорганизми - всички в концентрации, които варират в зависимост от гъстотата на населението, начина на живот и сезона. По-голямата част от органичната фракция е биоразградима. ХПК и БПК са основните цели за лечение. Азотът се появява като амоняк и нитрат; фосфорът води до риск от еутрофикация. Суспендираните твърди частици идват от хранителни остатъци, прах и детергенти. Нищо в този поток не е химически екзотично - предизвикателството е обемът, а не токсичността.

1.2 Отпадъчни води от производството на хартия - малък обем, висока сложност

Отпадъчните води от производството на хартия са различно животно. Влакната от дървесна маса - ненапълно разложена суровина - създават високо съдържание на суспендирани твърди вещества с влакнест, запушващ характер. Химическите остатъци от целулозата и избелването - хлориди, избелващи агенти, повърхностно активни вещества - повишават COD и, което е по-критично,инхибират микроорганизмитекоето иначе би ги унижило. Цветът, особено от избелването с хлор, е интензивен и издържа на конвенционалната биологична обработка. Фенолните съединения добавят остра токсичност. Потокът е по-труден за обработка, но с по-малък обем - което прави смесеното третиране икономически привлекателно, ако процесът може да се справи с това.

1.3 Защо смесването го прави по-трудно

Смесването на двата потока създава три специфични предизвикателства, които нито един поток не представлява самостоятелно:

Несъответствие в биоразградимостта.Битовите отпадъчни води са лесно биоразградими. Отпадъчните води от производството на хартия съдържат огнеупорни органични вещества - феноли, определени химически остатъци - които са устойчиви на биологична атака. В смесен биологичен реактор лесната фракция се разгражда бързо, докато огнеупорната фракция се натрупва, намалявайки общата ефективност на отстраняване.

Конфликт при разделяне на твърдо-течно вещество.Влакната от дървесна маса създават влакнеста утайка, която се държи различно от флокулентната утайка от битовата канализация. Седиментационните характеристики се променят. Обезводняването става непредвидимо. Със смесената утайка е по-трудно да се борави, отколкото всеки източник поотделно.

Колебанията в качеството на водата се засилват.Битовите отпадъчни води варират денонощно и сезонно. Отпадъчните води от производството на хартия са относително стабилни, когато производството работи - но се променят рязко с партидите на процеса, промивките и промените в качеството. Когато се смеси, комбинираният поток може да промени рН, амоняк и ХПК по-бързо, отколкото може да се адаптира всеки отделен процес на третиране.

2. ТЕСТВАНИ ЧЕТИРИ ПРОЦЕСА - ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ РЕЗУЛТАТИ

Всеки процес беше оценен в реактор с непрекъснат поток, като се използваха реални проби от битови отпадни води и отпадъчни води от производството на хартия. ХПК, БПК, азот, фосфор и специфични замърсители бяха наблюдавани при различни реакционни времена, температури и работни условия.

2.1 Биологично третиране - за едното работи, за другото не

При време на задържане 3–5 дни биологичното третиране се отстраняванад 70% от ХПК и БПК от битови отпадъчни води. Само за отпадъчните води от производството на хартия, отстраняването на COD достигна само40–50%. Когато потоците бяха смесени, BOD отстраняването спадна до40–60%- доста под 80%, постигнати само при пречистване на битови отпадни води.

Механизмът е ясен: фенолните вещества и химическите остатъци във фракцията за производство на хартия потискат микробната общност. Микроорганизмите, които с готовност консумират домашни органични продукти, са частично потиснати от химикалите за производство на хартия, намалявайки общия капацитет за биоразграждане. Експериментът потвърди какво прогнозира теорията:само биологичното третиране не може да се справи със смесения поток.

2.2 Химично утаяване - силно на фосфор и метали, слабо на повърхностноактивни вещества

Използване на алуминиев хлорид и калциев хидроксид като утаители, отстраняване на фосфор в смесените отпадъчни водинадхвърли 85%. Достигнато отстраняване на олово и меднад 80%- тежките метали от процесите на производство на хартия се утаяват ефективно. Въпреки това, някои повърхностноактивни вещества във фракцията за производство на хартия издържаха на утаяване и преминаха до голяма степен незасегнати.

Химическото утаяване е целенасочен инструмент: премахва това, за което е предназначено (фосфор, метали) и оставя това, което не е (разтворени органични вещества, повърхностноактивни вещества, оцветители). Като самостоятелен процес за смесени отпадъчни води, той се отнася само до част от натоварването на замърсителите. Но като стъпка в лечебния влак, той се справя с частта, с която биологията и мембраните се борят - ценна ниша.

2.3 Разделяне на мембраната - отлично отстраняване, бързо замърсяване

Премахната ултрафилтрациянад 90% суспендирани твърди вещества и макромолекулни органични веществаот смесените отпадъчни води, с разумно висок мембранен поток. Но органичните вещества с малка молекула - разтворената фракция, която ултрафилтрацията не може да отхвърли - преминават през и изискват нанофилтрация или обратна осмоза надолу по веригата.

Критичното откритие беше замърсяващо поведение. Влакната от дървесна маса и пигментите от отпадъчните води от производството на хартия образуваха плътен слой от отлагания върху повърхността на мембраната, запушвайки порите и намалявайки пропускливостта по-бързо, отколкото би причинила сама битовата канализация. Замърсяващият слой беше физически различен - по-скоро влакнест, отколкото желатинообразен - и изискваше различни протоколи за почистване.Замърсяването на мембраната, а не отхвърлянето на мембраната, е ограничаващият фактор за това приложение.

2.4 Интегрирано лечение – комбинацията, която работи

Интегрираният процес включва три етапа: първо биологично третиране (за отстраняване на по-голямата част от биоразградимите органични вещества), второ химическо утаяване (за насочване към фосфор и тежки метали) и последно разделяне на мембраната (за напреднало полиране на разтворени вещества и следи от замърсители).

Резултатите оправдаха сложността:

След етапите на биологично + химическо утаяване,Отстраняването на COD надхвърли 80%, а отстраняването на фосфор надхвърли 90%. След това мембранният етап отстранява остатъчните разтворени вещества и следи от замърсители. Най-важното е, че чрез премахване на насипното натоварване от органични вещества и частици преди мембраната,замърсяването беше значително намалено- етапите на предварителната обработка спечелиха своята цена чрез удължаване на живота на мембраната и намаляване на честотата на почистване.

3. ОПТИМИЗИРАНЕ НА ВСЕКИ ЕТАП

3.1 Биологично третиране - добавете правилните микроби

Стандартната активна утайка се бори с фенолни съединения. Оптимизацията:биоаугментация със специализирани разграждащи щамове- бактерии, избрани или създадени специално за фенолно разграждане. Съчетано с коригирани времена на задържане (по-кратко за домашната фракция, удължено за фракцията за производство на хартия), биологичният етап може да бъде настроен към действителния профил на биоразградимост на смесения поток, а не към общо предположение за дизайн.

3.2 Химическо утаяване - преминете към железен хлорид

Замяна на традиционната вар сжелезен хлоридпостига еквивалентно отстраняване на фосфор при по-ниски химически разходи и произвежда по-плътна утайка, по-отводняема. Комбинирането на утаяването с биологичния етап - позволявайки на биологията да премахне част от органичното натоварване, преди утаяването да е насочено към фосфора и металите - намалява химическото търсене, което би изисквала самостоятелна стъпка на утаяване.

3.3 Разделяне на мембраната - предварителната обработка е истинската защита на мембраната

Доминиращата цена на мембраната не е самата мембрана - това е подмяна и почистване, причинени от замърсяване. Оптимизацията е нагоре: подобрете предварителната обработка, за да отстраните големите частици (дървесни влакна, суспендирани твърди вещества), преди да достигнат повърхността на мембраната. По-меките химически почистващи агенти и физическите методи за почистване - обратно промиване, измиване с въздух - намаляват влошаването на мембраната в сравнение с агресивните цикли на химическо почистване на място.

3.4 Интегриран контрол - оставете системата да се адаптира сама

Анинтелигентна система за управлениекойто следи качеството на водата в реално време и настройва работните параметри - интензитет на аериране, скорости на дозиране на химикали, честота на обратно промиване на мембраната - според действителните влиятелни условия, а не фиксирани зададени точки. Когато фракцията за производство на хартия е висока, системата увеличава химическото утаяване и удължава биологичното задържане. Когато битовата канализация доминира, това намалява химикалите и съкращава задържането. Резултатът: обработка, която проследява действителните отпадъци, а не допускането на дизайна.

ИЗВЪРШЕНИЕТО: КОЙ ПРОЦЕС ЗА КОЙ ЗАМЪРСИТЕЛ?

Експерименталните доказателства са недвусмислени: нито един процес не третира адекватно смесените битови отпадъчни води от производството на хартия. Биологичното третиране се справя с битовата фракция, но е частично инхибирано от химикалите за производство на хартия. Химическото утаяване премахва фосфора и металите, но пропуска разтворените органични вещества. Мембраните постигат високо отстраняване, но бързо замърсяват дървесните влакна.Интегрираната последователност – първо биология, второ химия, последна мембрана – постига над 80% отстраняване на COD и над 90% отстраняване на фосфор, с управляемо замърсяване на мембраната, тъй като етапите нагоре по веригата премахват замърсяванията.За растенията, получаващи и двата потока, въпросът не е дали да се интегрират, а как да се подредят етапите и колко интелигентно да се контролират.