Анализ на ефективността на отстраняване на замърсители в отпадъчните води с помощта на модифицирана AAO система
Преглед
TheАнаеробна-аноксична-кислородна (AAO или A²/O)процесът е широко разпространена технология за биологично пречистване на отпадъчни води, предназначена за едновременно отстраняване на органичен въглерод, азот и фосфор. Състои се от три взаимосвързани зони:
- Анаеробна зона: При липса на кислород и нитрати факултативните бактерии разграждат органичните съединения, освобождавайки фосфор.
- Аноксична зона: Денитрифициращите бактерии използват органичен въглерод като донор на електрони, за да намалят нитратите/нитритите (върнати от кислородната зона) в азотен газ, като постигат отстраняване на азота.
- Кислородна зона: Аеробните микроорганизми окисляват оставащата органична материя и улесняват нитрификацията (амоняк до нитрат), докато организмите,-натрупващи фосфор, поглъщат фосфати.
В областта на пречистването на отпадъчни води, докато конвенционалната AAO система може да отстрани замърсителите от отпадъчните води, все по-сложният състав на отпадъчните води доведе до известен спад в ефективността на пречистване на AAO процеса. За да се гарантира нивото на приложение и ефективността на процеса на AAO,необходимо е провеждането на специфични изследвания на модифицирани системи, което има голямо практическо значение за съответните предприятия и отдели за подобряване на тяхното оперативно качество.
Модифицирана AAO система
1. Основни принципи на системата AAO
Като вземем за пример системата за пречистване на отпадъчни води AAO в конкретна пречиствателна станция за отпадъчни води, съществуващата система е aконвенционален AAO процес, състоящ се предимно от четири компонента:анаеробен резервоар, аеробен резервоар, аноксичен резервоар и резервоар за вторично утаяване, както е подробно описано вФигура 1.
В конвенционалната AAO система микроорганизмите растат и метаболизират при различни условия на околната среда. Чрез взаимодействия между различни микробни общности се постига ефективно отстраняване на замърсителите чрез химични реакции като амонификация, нитрификация и денитрификация, които значително елиминират органичните замърсители.
Конвенционалната AAO система предлага предимства като ниски технически разходи, проста работа и кратко хидравлично време на задържане (HRT). Въпреки това, той също страда от недостатъци, включителнослаба ефективност на отстраняване на фосфораистроги изисквания за възрастта на утайката и дизайна на източника на въглерод, което затруднява изпълнението на очакваните стандарти в някои проекти за отстраняване на замърсители от отпадъчни води.
2. Анализ на дизайна на модифицираната AAO система
Въз основа на предишни изследвания бяха направени подобрения в конвенционалната AAO система, като се фокусира основно върху анаеробния резервоар. Theмодифицирана анаеробна резервоарна системасе състои от три части:утайка-зона за смесване на вода, утайка-зона за отделяне на вода и зона за среда, както е показано вФигура 2.
Вмодифицирана система AAO (Фигура 3), зоната за смесване на утайката-вода и зоната на средата са проектирани с еднакви размери (15 cm дължина × 20 cm ширина × 60 cm височина), всяка с ефективен обем от 9 L. Хидравличното време на задържане (HRT) както за зоната на утайката, така и за зоната на средата е 2 часа.
3. Анализ на ефективността на премахване на COD в модифицираната AAO система
Беше анализирана ефективността на отстраняване на химическата потребност от кислород (COD) на модифицираната AAO система. Когато ХПК на входящия поток беше 447 mg/L, ХПК на изтичащия поток от анаеробния етап беше приблизително 147 mg/L, а крайният ХПК на изходящия поток беше 42 mg/L, отговаряйки на стандарта за заустване от Клас А. Ефективността на отстраняване на COD в ранния анаеробен етап беше нестабилна, със значителни колебания и относително ниски нива на суспендирани твърди вещества в смесен ликьор (MLSS). обачеслед 7 дни степента на отстраняване се стабилизира на 94%. Анаеробният етап основно премахва замърсителите чрез микробно разграждане и разреждане чрез обратен хладник, демонстрирайки ефективно отстраняване на замърсителите.
С помощта на софтуера Minitab ефективността на премахване на модифицираната и конвенционалната AAO системи беше сравнена чрез анализ на независима проба t-test, като резултатите са показани вФигура 4.
При 95% доверителен интервал t-стойността беше 0,26, а p-стойността беше 0,605. Анализът на данните не показва значителна разлика в средните нива на отстраняване между двете системи. Модифицираната AAO система показа сравнително голяма променливост в ефективността на премахване на COD, главно поради разликите в данните от ранния -етап, включително фазата на аклиматизация.Като цяло, модифицираната AAO система демонстрира ефективно отстраняване на COD.
4. Анализ на ефективността на отстраняване на амонячен азот в модифицираната AAO система
Беше анализирана ефективността на отстраняване на амонячен азот (NH3-N). Когато входящата концентрация на NH3-N беше 36 mg/L, изтичащият NH3-N от анаеробния етап беше приблизително 19 mg/L. В ранния етап концентрацията на отпадъчните води беше сравнително висока и ефективността на отстраняване се колебаеше значително. обачеслед 12 дни аклиматизация процентът на отстраняване се увеличи до около 81%, с нитрифициращи бактерии в логаритмична фаза на растеж.Впоследствие степента на отстраняване се стабилизира, достигайки средно 93%, с концентрация на NH3-N в отпадъчните води от 4 mg/L, отговаряща на стандарта за заустване от клас A.
При 95% доверителен интервал t-стойността беше 3,41, а p-стойността беше 0,998. Анализът на данните не показва значителна разлика в средните нива на отстраняване между двете системи. Модифицираната AAO система показа сравнително висока вариабилност в ефективността на отстраняване на NH3-N, главно поради разликите в данните от ранния-етап, включително фазата на аклиматизация.Като цяло, модифицираната AAO система демонстрира ефективно отстраняване на NH3-N.
5. Анализ на ефективността на отстраняване на общия фосфор и общия азот в модифицираната AAO система
5.1 Обща ефективност на отстраняване на фосфор
Беше анализирана ефективността на отстраняване на общия фосфор (TP). Когато вливащата концентрация на TP е 3,6 mg/L, е необходим 11-дневен период на аклиматизация. Концентрацията на ТР в изтичащия поток от цялата система достигна 2,8 mg/L, докато концентрацията на TP в изходящия поток в анаеробния етап беше 4,2 mg/L, което показва значително освобождаване на фосфор. След аклиматизация ефективността на отстраняване на TP се подобри значително, като концентрацията на TP в изтичащия поток на анаеробния етап намалява до 2,7 mg/L и ефективността на отстраняване достига 17%.В по-късния етап степента на отстраняване на TP се стабилизира над 60%, а концентрацията на TP в изтичащия поток се доближава до 0,5 mg/L, отговарящ на стандарта за изпускане от клас B.
Сравнението на двете системи показа, че модифицираната AAO система изисква първоначален период на аклиматизация с относително ниска ефективност на отстраняване. След аклиматизация обаче,неговата производителност при премахване на TP значително се подобри, демонстрирайки повишена ефективност в сравнение с конвенционалната AAO система.
5.2 Обща ефективност на отстраняване на азот
Беше анализирана ефективността на отстраняване на общия азот (TN). Когато входящата концентрация на TN е 34 mg/L, концентрацията на TN в изтичащия етап на анаеробния етап е приблизително 18 mg/L. В ранния етап концентрацията на отпадъчните води беше сравнително висока и ефективността на отстраняване се колебаеше значително.След 10 дни аклиматизация скоростта на отстраняване на TN се увеличи до 68%, с концентрация на отпадъчни води от 9 mg/L, отговарящ на стандарта за изпускане от клас А.
При 95% доверителен интервал t-стойността беше 0,72, а p-стойността беше 0,753. Анализът на данните не показва значителна разлика в средните нива на отстраняване между двете системи. Модифицираната AAO система показа сравнително висока вариабилност в ефективността на отстраняване на TN, главно поради разликите в данните от ранния -етап, включително фазата на аклиматизация.Като цяло, модифицираната AAO система демонстрира ефективно отстраняване на TN.
Заключение
В обобщение, модифицираната система AAO демонстрира стабилна производителност при отстраняване на ключови замърсители от отпадъчни води-ХПК, амонячен азот, общ азот и общ фосфор-отговаряйки на стандартите за заустване от клас A или B след кратък период на аклиматизация.
Докато статистическият анализ (t-тест, p-стойност) не показа значителна разлика в средната ефективност на отстраняване в сравнение с конвенционалната система, модифицираният дизайн показа по-висока стабилност и подобрени резултати от лечението във времето, въпреки по-голямата променливост на данните по време на първоначалната работа. Подобренията, особено в анаеробната зона с оптимизирани зони за смесване, разделяне и среда, допринасят за повишена устойчивост и ефективност на процеса.
Тези открития подчертаватпотенциала на модифицираните AAO системи за ефективно справяне със сложни състави на отпадъчни води, подпомагайки тяхното практическо приложение за надграждане на съществуваща инфраструктура за пречистване.