Az AAO-folyamat aerob zónájában a fokozatos oxigénellátás hatásának elemzése a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra
Áttekintés
Az AAO eljárás egy széles körben alkalmazott szennyvízkezelési technológia, amely elsősorban anaerob, anoxikus és aerob szakaszokból áll, amelyek szinergikusan működnek a szennyező anyagok hatékony eltávolítása érdekében a szennyvízből. Az aerob szakasz az AAO folyamat kritikus összetevője, és az oxigénellátás módja közvetlenül befolyásolja az egész rendszer általános működési hatékonyságát. Az AAO eljárás gyakorlati alkalmazási hatékonyságának további fokozása érdekében a kutatók egy szakaszos oxigénellátási rendszert javasoltak. Azáltal, hogy a rendszeren belül több, különböző oldott oxigén (DO) koncentrációjú zónát hozunk létre, ez a séma az aerob mikroorganizmusok metabolikus aktivitásának optimalizálását és a szennyezőanyag-eltávolítás hatékonyságának javítását célozza. Ezért az AAO folyamat aerob zónájában a fokozatos oxigénellátás szennyezőanyag-eltávolításra gyakorolt hatásának elemzése jelentős gyakorlati értékű.
A fokozatos oxigénellátás áttekintése az AAO-folyamat aerob zónájában
Az aerob zóna a szerves anyagok oxidációjának és lebomlásának elsődleges helye. A fokozatos oxigénellátás révén a DO koncentrációja a különböző zónákban rugalmasan beállítható a szerves anyag lebomlási sebessége és a mikroorganizmusok oxigénigénye alapján, biztosítva a szerves anyag egyenletes és elegendő lebontását a zónák között. Ez a megközelítés segít javítani a szervesanyag-eltávolítási sebességet és stabilizálni a szennyvíz minőségét. Az aerob zónában az ammónia-nitrogént a nitrifikáló baktériumok nitráttá oxidálják. A fokozatos oxigénellátás biztosítja a nitrifikáló baktériumok hatékony működését megfelelő DO-koncentráció mellett, elkerülve a túl magas vagy alacsony DO-szint által a nitrifikációs folyamatra gyakorolt káros hatásokat. Ezzel egyidejűleg a recirkulációs arány és a kevert lúg koncentráció szabályozásával a nitrifikációs folyamat tovább optimalizálható, javítva az ammónia nitrogén eltávolításának hatékonyságát. Az AAO folyamat egyidejűleg nitrogén- és foszforeltávolítást hajt végre. Az aerob zóna fokozatos oxigénellátási körülményei között a foszfor-felhalmozó organizmusok (PAO-k) megfelelő DO-koncentráció mellett teljes mértékben felszívják a foszfort, és a következő szakaszokban foszforban-dús iszap kibocsátásával érik el a foszfor eltávolítását. Eközben az anoxikus és aerob zónában az üzemi paraméterek beállításával a denitrifikációs folyamat optimalizálható, javítva a teljes nitrogén eltávolítás hatékonyságát.
Kísérleti módszertan a színpadi hatások elemzésére Oxigénellátás a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságról
A kísérlet során a levegőztetés intenzitásának szabályozására olyan módszereket alkalmaztak, mint a levegőztető szelep vezérlőrendszerek, automatikus vezérlőrendszerek és a fúvóberendezések száma, ezzel is tükrözve a DO koncentrációt. A kísérleti elrendezés folyamatfolyama a képen látható1. ábra.
Amint az 1. ábrán látható, az AAO rendszer aerob zónája három részre oszlik: a fej, a középső és a farok részre. A rendszer hidraulikus retenciós idejét (HRT) 2 órára állítottuk be. A reaktor méretei 160 cm × 125 cm × 100 cm (hosszúság × szélesség × magasság), a kevert folyadék magassága 60 cm volt. A reakciótartályok közötti áramlási irányt vezetőfalak és terelőlapok segítségével szabályoztuk.
A szennyvízmintákat egy települési szennyvíztisztító telep elsődleges ülepítő tartályából gyűjtöttük. A szennyvíz minősége viszonylag stabil volt, minden releváns mutató a szabványos tartományon belül volt: TP-koncentráció 3,0-5,5 mg/L, TN-koncentráció 26-49 mg/L, KOI 255-485 mg/L.
Minden aerob rész egy örvénylevegő-szivattyúval és egy egymástól függetlenül konfigurált perforált csőrendszerrel volt felszerelve, amely a levegőztető rendszert alkotta a levegőztetési műveletekhez. A rendszer működése során minden örvénylevegő-szivattyú függetlenül és stabilan működött, a DO-koncentrációkat 4-5 mg/L, 3-4 mg/L, illetve 2-3 mg/L tartományban tartotta. A különböző szakaszokból származó DO koncentrációkat és a szennyvíz minőségét mértük és elemeztük, hogy meghatározzuk a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra gyakorolt specifikus hatást.
3 A fejrész DO koncentrációjának a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra gyakorolt hatásának elemzése
3.1. KOI-eltávolítás hatékonyságának elemzése
Az AAO aerob zóna fejrészében végzett KOI-eltávolítás elemzése három különböző DO-koncentráció körülmény között 41,2, 40,2 és 40,8 mg/L-es kifolyó KOI értékeket mutatott, 91,3%, 90,5% és 90,8% eltávolítási hatékonysággal. A konkrét részletek a következőben jelennek meg2. ábra.
Az adatok elemzése azt mutatja, hogy míg a fejrészben a KOI eltávolítási hatékonysága bizonyos mértékig változott a különböző DO koncentrációk mellett, a teljes eltérés minimális volt, és nem mutatott egyértelmű összefüggést. Amikor a DO koncentráció a 2-3 mg/L szintről 3-4 mg/L szintre nőtt, a kifolyó KOI 1,0 mg/l-rel, illetve 0,8%-kal csökkent az eltávolítás hatékonysága. Amikor azonban a DO koncentráció 4-5 mg/L szintre emelkedett, a kifolyó KOI és az eltávolítási hatékonyság 0,6 mg/l-rel, illetve 0,3%-kal nőtt. A különböző DO koncentrációk nem befolyásolták jelentősen a KOI eltávolítási hatékonyságot.
3.2 TN eltávolítási hatékonysági elemzés
A TN eltávolításának elemzése a fejrészben 12,8, 12,3 és 13,1 mg/l kifolyó TN-koncentrációt mutatott a három DO körülmény között, 68,0%, 66,8% és 67,7% eltávolítási arány mellett.
Az adatok elemzése azt mutatja, hogy a fejrészben a TN eltávolítási hatékonysága bizonyos mértékig változott a különböző DO koncentrációk mellett, de a teljes eltérés minimális volt, és nem mutatott egyértelmű összefüggést. Ebből arra következtethetünk, hogy a különböző DO koncentrációk nem befolyásolták jelentősen a TN eltávolítási hatékonyságát.
3.3 TP eltávolítási hatékonyság elemzése
A TP eltávolításának elemzése a fejrészben 0,60, 0,51 és 0,48 mg/l-es kifolyó TP-koncentrációt mutatott a három DO körülmény között, 88,1%, 90,7% és 91,7% eltávolítási arány mellett.
Az adatok elemzése azt mutatja, hogy a TP eltávolítás hatékonysága a fejrészben a DO koncentrációtól függően változott. A DO koncentráció növelése csökkentette a szennyvíz TP koncentrációját és tovább javította az eltávolítási hatékonyságot. Megállapítható tehát, hogy a 4-5 mg/l közötti DO koncentrációszint érte el a relatíve legmagasabb eltávolítási hatékonyságot.
Az átfogó elemzés azt sugallja, hogy a DO-koncentrációnak a fejrészben 4-5 mg/l szintre állítása nagyobb foszforfelvételi hatékonyságot eredményez.
4 A középső szakasz DO koncentrációjának a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra gyakorolt hatásának elemzése
4.1 KOI eltávolítási hatékonyság elemzése
A középső szakasz KOI-eltávolításának elemzése 39,9, 38,9 és 40,4 mg/l-es kifolyó KOI értékeket mutatott a három DO körülmény között, az eltávolítási hatékonyság 91,0%, 90,9%, illetve 91,2%. A konkrét részletek a következőben jelennek meg3. ábra.
Az adatok elemzése azt mutatja, hogy míg a középső szakaszban a KOI eltávolítási hatékonysága bizonyos mértékig változott a különböző DO koncentrációk mellett, a teljes eltérés minimális volt, és nem mutatott egyértelmű összefüggést. Amikor a DO koncentráció a 2-3 mg/l szintről 3-4 mg/l szintre nőtt, a kifolyó KOI 1,0 mg/l-rel, illetve 0,1%-kal csökkent az eltávolítás hatékonysága. Amikor azonban a DO-koncentráció 4-5 mg/L szintre emelkedett, a szennyvíz KOI 0,5 mg/l-rel és az eltávolítási hatékonyság 0,3%-kal nőtt. A különböző DO koncentrációk nem befolyásolták jelentősen a KOI eltávolítási hatékonyságot.
4.2 TN eltávolítási hatékonysági elemzés
A TN eltávolításának elemzése a középső szakaszban 13,8, 13,0 és 12,9 mg/l kifolyó TN-koncentrációt mutatott a három DO körülmény között, 62,5%, 66,3% és 66,4% eltávolítási arány mellett. Összehasonlításképpen a 3–4 mg/l és a 4–5 mg/l közötti DO koncentrációszintek jobb TN eltávolítási hatékonyságot eredményeztek.
4.3 TP eltávolítási hatékonysági elemzés
A TP eltávolításának elemzése a középső szakaszban 0,57, 0,52 és 0,46 mg/l kilépő TP-koncentrációt mutatott a három DO körülmény között, 88,5%, 90,8% és 91,5% eltávolítási arány mellett. Összehasonlításképpen a 3-4 mg/l és 4-5 mg/l közötti DO koncentrációszintek jobb TP eltávolítási hatékonyságot eredményeztek.
Az átfogó elemzés azt sugallja, hogy a középső szakasz DO-koncentrációjának 3-4 mg/L szintre állításával nagyobb szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyság érhető el.
A farok szakasz DO koncentrációjának a szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra gyakorolt hatásának elemzése
5.1 KOI eltávolítási hatékonyság elemzése
A farokrészben végzett KOI eltávolítás elemzése 91,8%-os eltávolítási hatékonyságot mutatott mindhárom DO koncentrációs körülmény között. A különböző DO koncentrációk nem befolyásolták jelentősen a KOI eltávolítási hatékonyságot.
5.2 TN eltávolítási hatékonysági elemzés
A TN eltávolításának elemzése a farokszakaszban 11,5, 12,7 és 13,4 mg/l kifolyó TN koncentrációt mutatott a három DO körülmény között, 72,7%, 67,9% és 66,5% eltávolítási arány mellett. Összehasonlításképpen a 2-3 mg/l közötti DO koncentrációszint jobb TN eltávolítási hatékonyságot eredményezett.
5.3 TP eltávolítási hatékonyság elemzése
A TP eltávolításának elemzése a farokrészben azt mutatta, hogy amikor a DO koncentráció 2,0 mg/L alatt volt, az eltávolítás hatékonysága nem haladta meg a 96%-ot. Ebben a kísérletben az eltávolítási arány mindhárom DO körülmény között 90% volt, és a kifolyó folyadék koncentrációja megfelelt az elsődleges szabványnak.
Összefoglalva, a DO-koncentrációt a farokrészben 2-3 mg/L szintre állítva nagyobb szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyság érhető el.
Következtetés
Az AAO eljárás aerob zónájában a fokozatos oxigénellátás szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságra gyakorolt specifikus hatásának vizsgálatára az aerob zónát fej-, közép- és farokrészekre osztottuk a vizsgálat során. A KOI, TN és TP eltávolítási hatékonyságának elemzése ezeken a szakaszokon, a kutatási eredményekkel kombinálva azt jelzi, hogy a DO koncentrációszintek 4–5 mg/l, 3–4 mg/l, illetve 2–3 mg/l közötti beállítása a három aerob zónában jobb általános szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságot ér el. Ez a megközelítés támogatást és referenciaként szolgálhat az ökológiai környezetvédelem, az energiatakarékosság és a kibocsátáscsökkentési erőfeszítések terén.