Módosított AAO eljárás alkalmazása a szénbányák háztartási szennyvízkezelésében
A szénbányák háztartási szennyvize elsősorban a személyzeti étkezdékből, kollégiumokból, irodákból, mosókonyhákból és fürdőszobákból származik, a teljes mennyiség több mint 55%-át a fürdővízelvezetés teszi ki. A fürdővíz kibocsátása viszonylag koncentrált, ami jelentős áramlási ingadozásokhoz vezet. Az alacsonyabb szervesanyag-koncentrációval és magasabb lebegőanyag-tartalommal (SS) jellemző fürdővízelvezetés jelentősen eltér a tipikus háztartási szennyvíztől. Más szennyvízáramokkal lépcsőzetes kibocsátási mintája hozzájárul a vízminőség jelentős változékonyságához.
A legtöbb kínai szénbánya olyan távoli területeken található, ahol magas az iszapszállítási költségek. Ezért alacsonyabb iszaphozamú kezelési eljárásokat kell választani. Ahogy a bányák fejlődnek és a létszám növekszik, a szennyvíz áramlása gyakran meghaladja az eredeti tervezett kapacitást, ami olyan folyamatokat tesz szükségessé, amelyek erős alkalmazkodóképességet mutatnak a vízminőség és -mennyiség változásaihoz ugyanazon a lábnyomon belül. Az egyre szigorúbb környezetvédelmi politikák mellett, amelyek megkövetelik a kezelt szennyvíz teljes újrafelhasználását nulla kibocsátással, a folyamatoknak jó és stabil szennyvízminőséget kell biztosítaniuk.
Jelenleg az AAO (anaerob-anoxikus-oxikus) eljárás a preferált választás a települési szennyvízkezelésben. Ez a cikk egy módosított AAO eljárás (AAO + Suspended Carrier Process) alkalmazási hatékonyságát elemzi a szénbányák háztartási szennyvizére, annak egyedi jellemzői alapján.
1. Módosított AAO folyamat
Az AAO eljárás a legegyszerűbb áramlási konfiguráció a nitrogén és a foszfor egyidejű eltávolítására. A fonalas baktériumok nem tudnak kiterjedten szaporodni váltakozó anaerob, anoxikus és aerob körülmények között, megakadályozva az iszap tömegesedését. Nem igényel vegyszer hozzáadását, csak enyhe keverést anaerob és anoxikus tartályokban, ami alacsony üzemeltetési költségeket eredményez. Az iszap magas foszfortartalmú, jó műtrágyaértéket biztosít.
However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200%, ez a belső újrahasznosítás jelentős energiát fogyaszt. A másodlagos derítőbe belépő szennyvíznek bizonyos oldott oxigén (DO) szintet kell fenntartania az anaerob körülmények és a foszfor felszabadulás megelőzése érdekében, de nem túl magas ahhoz, hogy az újrahasznosított kevert lúg ne zavarja az anoxikus tartályban a denitrifikációt.
A módosított AAO eljárás (AAO + felfüggesztett hordozó folyamat) hatékonyan csökkenti ezeket a hátrányokat. Növeli a mikrobiális tömeget a biológiai tartályokban, fokozza a térfogati terhelést, eléri a hidraulikus retenciós idő (HRT) és az iszapvisszatartási idő (SRT) teljes szétválasztását, erősíti a hidraulikus és szerves lökésterhelésekkel szembeni ellenálló képességet, alacsony szénforrás mellett is jó minőségű szennyvizet biztosít, kevesebb és stabilabb iszapkezelési kapacitást állít elő (csökkenti az iszapot). A szennyvíz megfelelhet a "Városi újrahasznosított víz újrafelhasználása-Vízminőségi szabvány városi vegyes vízhez" (GB/T 18920-2020) és a "Szén-előkészítési mérnöki tervezési szabályzat" (GB 50359-2016) kőszénmosásra vonatkozó vízminőségi szabványainak. Hou Feng és mtsai. az AAO+felfüggesztett hordozó eljárást alkalmazta egy földalatti szennyvíztisztító telepen, elérve az 1A fokozatú szabványokat a "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekhez" (GB 18918-2002), a kulcsmutatók (KOI, BOI5, NH3-N, TP) pedig elérik a felszíni vízminőségi szabványok (GBGB IV. osztályú felszíni vízminőséget) szerint. 3838-2002). Hao Ruigang et al. "A/O Bio-contact Oxidation + Perforated Swirl Flocculation + Inlined Tube Sedimentation + Active Sand Filtration" használta a szénbánya háztartási szennyvíztelepének bővítéséhez, amivel a szennyvíz minősége jobb, mint az 1A fokozat. Yan Ziyu et al. is jó eredményeket ért el biofilmes eljárásokkal a meglévő szénbányák háztartási szennyvíztisztításának utólagos felszerelése során. A módosított AAO eljárás lehetővé teszi a kapacitás növelését és a szennyvíz minőségének javítását a meglévő üzemekben minimális módosításokkal.
Ez az eljárás magában foglalja a felfüggesztett hordozók hozzáadását az anoxikus és aerob tartályokhoz, kombinálva az eleveniszapos és biofilmes eljárások előnyeit. Nagy térfogatú terhelés, nagy biomassza, nagy kezelési hatékonyság, erős alkalmazkodóképesség a 水质和水量的变化, fokozott folyamatstabilitás és jó tápanyageltávolítás jellemzi. Erősen speciális aktív biofilmeket képez, növelve a reaktortérfogatonkénti hatékonyságot és a stabilitást, lehetővé téve kisebb reaktorok használatát. A szennyezett biofilmiszap több protozoát/metazoát tartalmaz, nagyobb a sűrűsége és a részecskemérete, ami jó ülepedhetőséget és könnyű szilárd-folyadék elválasztást eredményez. Lehetővé teszi a teljes SRT-HRT elválasztást, kiküszöböli az iszap tömegesedését, és alkalmas oldható szerves anyagokban gazdag szennyvízhez.
2.1 Esettanulmány
A Zichang várostól körülbelül 16 km-re lévő Yan'an város szénbányája háztartási szennyvíztisztítóval rendelkezik, amelynek tervezett kapacitása 1200 m³/nap. A folyamat a következő: "Rács + kiegyenlítő tartály + AAO felfüggesztett hordozókkal + speciális kezelés (koaguláció-ülepedés-szűrés) + fertőtlenítés". Az iszapot a "gravitációs sűrítés + csavaros prés víztelenítés" módszerrel kezelik. A szennyvíz megfelel a *GB/T 18920-2020* és a GB 50359-2016 szénmosóvízre vonatkozó szigorúbb határértékeinek. A kezelt vizet újrahasznosítják a Greenery bányában és pótvízként a szén-előkészítő üzemben. A tervezési befolyó/elfolyó víz minősége be van kapcsolva1. táblázat. A folyamat menete a képen látható1. ábra.
A szennyvíz egy szűrőn (5 mm-es rés, 75 fokos beépítési szög) áthalad egy kiegyenlítő tartályba (H × B × M=14.0 m × 6,0 m × 6,0 m, effektív mélység 2,95 m, térfogat 247,8 m³, HRT 4,13 óra), amely megfelel a GB 50810-2012 követelményeinek. Két keverő akadályozza meg az ülepedést. Három búvárszivattyú (2 üzemű +1 készenléti állapot, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) emeli a vizet a biológiai tartályokba.
A biológiai rendszer két párhuzamos vonatból áll. Vonatonként:
- Anaerob tartály: H × B × M=2.0 m × 5,0 m × 5,0 m, effektív mélység 4,5 m, HRT 1,5 óra.
- Anoxikus tartály: L × B × M =4.0 m × 5,0 m × 5,0 m, effektív mélység 4,25 m, HRT 2,83 óra.
- Aerob tartály: L × B × M=15.0 m × 5,0 m × 5,0 m, effektív mélység 4,0 m, HRT 10,0 óra. A teljes rendszer HRT 15,75 óra. Az aerob tartályba függesztett hordozók (töltési arány 80%, fajlagos felület 600 m²/m³) vannak beépítve. A tervezett levegő{11}}víz{12}}arány 13,7:1. Három Roots fúvót használnak (2 üzemi +1 készenléti állapot, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Az iszap újrahasznosítási aránya 100%, a vegyes szesz újrahasznosítási aránya 200%.
Két téglalap alakú perifériás -bemeneti/kimeneti másodlagos derítő (L×B×H=5.0 m×5,0 m×3,5 m) felületi terhelése 1,2 m³/(m²·h), HRT pedig 2,5 óra.
Az integrált víztisztító (a koagulációt, ülepítést, szűrést kombinálva) fejlett kezelést biztosít a további SS és foszfor eltávolításhoz.
Az iszapkezelés magában foglalja a gravitációs sűrítést (Φ2,5 m×5,0 m szénacél tartály), majd a csavaros préses víztelenítést. A poliakrilamidot (PAM) 3,0–5,0 kg/t szárazanyag-tartalommal adagolják víztelenítés előtt. A napi víztelenített iszaplepény tömege legfeljebb 150 kg, nedvességtartalma legfeljebb 80%, a helyszínről elszállítva.
A fertőtlenítéshez helyszíni ClO2-generátort használnak (120 g/óra hatékony klór-adagolás), amelyet a tiszta kút bemenetén adagolnak. A tiszta kút effektív térfogata 250 m³, 4,2 órás érintkezési időt biztosít.
Az üzem kiterjedt online felügyelettel (áramlásmérők, maradék klór, pH, DO, KOI, zavarosság, iszapszint/koncentráció) és automatizált vezérlőrendszerekkel van felszerelve a szivattyúk, fúvók, visszamosás, vegyszer adagolás és keverés számára, biztosítva az intelligens, felügyelet nélküli működést.
2.2 Teljesítményelemzés
Az üzem 2021-ben fejeződött be, és több mint két éve működik. A tényleges 2024-es befolyó/elfolyó víz minősége itt látható2. táblázat.
A befolyó BOD5/N arány 5,5, ami alacsony szén-dioxid--/-nitrogén (C/N) arányú szennyvízre utal, amely nyáron tovább csökken a csapadék beszivárgása és a szokások változása miatt. A szélsőséges téli hőmérséklet Yan'anban elérheti a -21 fokot. A tényleges szennyvíz minősége jobb, mint a tervezett, az eltávolítási arányok elérik a következőket: KOI 97,8%, BOI5 99.7%, SS 99,7%, NH3-N 93,5%, TP 87,10%, megfelel a 绿化 és a szénmosásra vonatkozó szabványoknak.
Az anoxikus/aerob tartályokban az aktív biofilm tömege eléri a 125 g/m² hordozót, ami a hagyományos eleveniszap 13 g/l -négyszeresének megfelelő MLSS-nek felel meg. A mikroorganizmusok endogén légzési fázisban vannak, így a napi iszaptermelés mintegy 1/3-a a hagyományos módszereknek, jobb ülepíthetőség mellett kisebb iszapkezelő berendezéseket tesz lehetővé.
Bár a bio{0}}kontakt oxidáció az iszap újrahasznosítása nélkül is működhet, Xiong Ren et al. azt mutatja, hogy az újrahasznosítható rendszerek magasabb KOI, TN, NH3-N, SS eltávolítási arányt érnek el, és 29,6%-kal csökkentik az iszaphozamot. Ez a kialakítás vegyes ital-újrahasznosítást tartalmaz, a szennyvíz minőségén alapuló működési rugalmassággal.
Az üzem (1200 m³/nap) 1350,3 m²-t foglal el, 20 millió CNY tőkebefektetéssel és 1,05 CNY/m³ üzemeltetési költséggel.
Összehasonlítva a hagyományos AAO-val, amely kiterjesztett SRT-t igényel a hatékony alacsony hőmérsékletű{0}}működéshez, ez a módosított eljárás megőrzi az egyidejű tápanyageltávolítás egyszerűségét, miközben hordozóanyagokkal gazdagítja a biológiai közösséget. Az SRT-HRT elválasztás fokozza a bio-stabilitást, megbízható működést biztosítva alacsony C/N és alacsony-hőmérséklet mellett. A stabil szennyvíz kis mennyiségű iszap-újrahasznosítással vagy egyáltalán nem tartható fenn, ami lehetővé teszi az iszap in-csökkentését és az iszapkezelési költségek csökkentését. Egyszerűsége és ömlesztettségének hiánya kiválóan alkalmassá teszi a szénbányák háztartási szennyvíztisztítására.
3. Optimalizációs kutatás az AAO folyamathoz
A módosított AAO folyamatokat általában a "Kültéri szennyvízmérnöki tervezési szabvány" (GB 50014-2021) paraméterei szerint tervezik. A szénbányák szennyvizére jellemző üzemi paraméterek (HRT, SRT, levegőztetés, újrahasznosítási arányok, MLSS) optimalizálása azonban szükséges a jövőbeli tervezés és üzemeltetés optimális feltételeinek meghatározásához.
A hagyományos AAO-ban az iszapot újrahasznosítják az aerob tartályból az anaerob tartályba, nitrátot és magas DO-t szállítva, ami ronthatja a biológiai foszfor eltávolítását. Megfontolható a University of Cape Town (UCT) folyamata, ahol az iszapot visszavezetik az anoxikus tartályba, a nitrifikált lúgot az anoxikus tartályba, és az anoxikusból az anaerob tartályba egy további recirkulációt adnak hozzá a bio-P eltávolításának fokozása érdekében.
Az iszapkezelés az üzem működési költségének 50-60%-át teheti ki. In-in situ iszapcsökkentési technológiákat kell alkalmazni. A módosított AAO bio-tartályokban lévő magas MLSS magas F/M arányhoz vezet, ahol az anyagcsere szétválasztása előfordulhat, elősegítve az iszap csökkentését és csökkentve az iszapkezelési költségeket. A jövőben az in situ redukciós technológiák alkalmazására kell összpontosítani, mint például a rejtélyes növekedés mikro-lízissel, az Oxic-Settling-anaerob (OSA) folyamat és az anyagcsere szétválasztása a szénbányák szennyvízkezelésében.
Ez az eljárás alkalmas a szénbányák meglévő AAO-üzemeinek utólagos felszerelésére. A hordozók hozzáadása az anoxikus/aerob tartályokhoz javíthatja a szennyvíz minőségét, növelheti a kapacitást és javíthatja a rendszer stabilitását. A szigorúbb szennyvízkövetelményekkel rendelkező üzemeknél a másodlagos derítő MBR rendszerre cseréje tovább javíthatja a vízminőséget.
4. Következtetés
- A módosított AAO eljárás alkalmas a szénbányák meglévő AAO-rendszereinek korszerűsítésére a stabilitás növelése, a kapacitás növelése vagy a szigorúbb szabványok teljesítése érdekében.
- A szénbányák háztartási szennyvizének kezelésekor a szennyvíz egyidejűleg teljesítheti a *GB/T 18920-2002* közúti öntözésre/zöldségre vonatkozó szabványokat és a szénmosóvízre vonatkozó GB 50359-2016 szabványokat, ami erős alkalmazkodóképességet mutat a víz minőségének és mennyiségének változásaihoz.
- Az eljárás jó ülepíthetőségű és könnyen szétválasztható stabil iszapot állít elő, kevesebb iszapot termel, és csökkenti az iszapkezelési költségeket.