A szennyvíz szennyezőanyag-eltávolítási hatékonyságának elemzése módosított AAO rendszer használatával
Áttekintés
AAnaerob-anoxikus-oxikus (AAO vagy A²/O)Az eljárás egy széles körben elfogadott biológiai szennyvízkezelési technológia, amelyet a szerves szén, nitrogén és foszfor egyidejű eltávolítására terveztek. Három összekapcsolt zónából áll:
- Anaerob zóna: Oxigén és nitrát hiányában a fakultatív baktériumok lebontják a szerves vegyületeket, foszfort szabadítanak fel.
- Anoxikus zóna: A denitrifikáló baktériumok szerves szenet használnak elektrondonorként, hogy a nitrátokat/nitriteket (az oxikus zónából visszatérve) nitrogéngázzá redukálják, ezzel elérve a nitrogén eltávolítását.
- Oxikus zóna: Az aerob mikroorganizmusok oxidálják a megmaradt szerves anyagokat, és elősegítik a nitrifikációt (ammónia nitráttá), míg a foszfor{0}}felhalmozódó szervezetek foszfátokat vesznek fel.
A szennyvíztisztítás területén, míg a hagyományos AAO rendszer képes eltávolítani a szennyvízből a szennyező anyagokat, a szennyvíz egyre bonyolultabb összetétele az AAO eljárás tisztítási hatékonyságának bizonyos mértékű csökkenéséhez vezetett. Az AAO-folyamat alkalmazási szintjének és hatékonyságának biztosítása érdekébenspeciális kutatásokat kell végezni a módosított rendszereken, amely jelentős gyakorlati jelentőséggel bír az érintett vállalkozások és részlegek működési minőségének javításában.
Módosított AAO rendszer
1. Az AAO rendszer alapelvei
Példaként az AAO szennyvíztisztító rendszert egy adott szennyvíztisztító telepen, a meglévő rendszer ahagyományos AAO eljáráselsősorban négy összetevőből áll:egy anaerob tartály, egy aerob tartály, egy anoxikus tartály és egy másodlagos ülepítő tartálypontban részletezettek szerint1. ábra.
A hagyományos AAO rendszerben a mikroorganizmusok szaporodnak és metabolizálódnak különféle környezeti körülmények között. A különböző mikrobiális közösségek közötti kölcsönhatások révén a szennyező anyagok hatékony eltávolítása olyan kémiai reakciókkal valósul meg, mint az ammonifikáció, nitrifikáció és denitrifikáció, amelyek jelentősen kiküszöbölik a szerves szennyeződéseket.
A hagyományos AAO rendszer olyan előnyöket kínál, mint az alacsony műszaki költségek, az egyszerű kezelés és a rövid hidraulikus visszatartási idő (HRT). Ugyanakkor hátrányai is vannak, beleértvegyenge foszfor eltávolítási hatékonyságésszigorú követelményeket támasztanak az iszapkor és a szénforrás tervezésére vonatkozóan, ami megnehezíti az elvárt szabványok teljesítését egyes szennyvízszennyező anyagok eltávolítási projektekben.
2. A módosított AAO rendszer tervezési elemzése
Az eddigi kutatások alapján a hagyományos AAO rendszeren történtek fejlesztések, elsősorban az anaerob tartályra összpontosítva. Amódosított anaerob tartályrendszerhárom részből áll:egy iszap-vízkeverő zóna, egy iszap-vízleválasztó zóna és egy közeg zónaábrán látható módon2. ábra.
Amódosított AAO rendszer (3. ábra), az iszap-vízkeverő zóna és a közegzóna azonos méretekkel (15 cm hosszúság × 20 cm szélesség × 60 cm magasság), mindegyik 9 liter effektív térfogattal. A hidraulikus retenciós idő (HRT) mind az iszapzónában, mind a közegzónában 2 óra.
3. A KOI eltávolítási hatékonyság elemzése a módosított AAO rendszerben
Elemeztük a módosított AAO rendszer kémiai oxigénigény (KOI) eltávolítási hatékonyságát. Amikor a befolyó KOI 447 mg/L volt, az anaerob szakaszból kifolyó KOI körülbelül 147 mg/L, a végső kifolyó KOI pedig 42 mg/L volt, ami megfelel az A osztályú kibocsátási szabványnak. A KOI eltávolítási hatékonyság a korai anaerob szakaszban instabil volt, jelentős ingadozásokkal és viszonylag alacsony kevert liquor lebegőanyag (MLSS) szinttel. Viszont,7 nap elteltével az eltávolítási arány 94%-on stabilizálódott. Az anaerob szakasz elsősorban mikrobiális lebontással és refluxos hígítással távolítja el a szennyező anyagokat, bizonyítva a szennyezőanyagok hatékony eltávolítását.
A Minitab szoftverrel a módosított és a hagyományos AAO rendszerek eltávolítási teljesítményét független minta t-teszt elemzéssel hasonlították össze, az eredményekkel4. ábra.
95%-os konfidenciaintervallum mellett a t-érték 0,26, a p-érték pedig 0,605. Az adatok elemzése nem mutatott szignifikáns különbséget a két rendszer átlagos eltávolítási arányában. A módosított AAO rendszer viszonylag nagy ingadozást mutatott a KOI-eltávolítási hatékonyságban, elsősorban a korai -stádiumú adatok eltérései miatt, beleértve az akklimatizációs fázist is.Összességében a módosított AAO rendszer hatékony KOI eltávolítást mutatott.
4. Az ammónia-nitrogén eltávolítási hatékonyságának elemzése a módosított AAO rendszerben
Elemeztük az ammónia-nitrogén (NH₃-N) eltávolítási hatékonyságát. Amikor a befolyó NH₃-N koncentrációja 36 mg/L volt, az anaerob szakaszból kilépő NH₃-N körülbelül 19 mg/L volt. A korai szakaszban a szennyvíz koncentrációja viszonylag magas volt, és az eltávolítási hatékonyság jelentősen ingadozott. Viszont,12 napos akklimatizáció után az eltávolítási arány körülbelül 81%-ra nőtt, nitrifikáló baktériumokkal a logaritmikus növekedési fázisban.Ezt követően az eltávolítási arány stabilizálódott, átlagosan elérte a 93%-ot4 mg/L-es kifolyó NH₃-N koncentrációval, amely megfelel az A osztályú kibocsátási szabványnak.
95%-os konfidenciaintervallum mellett a t-érték 3,41, a p-érték pedig 0,998. Az adatok elemzése nem mutatott szignifikáns különbséget a két rendszer átlagos eltávolítási arányában. A módosított AAO rendszer viszonylag nagy változatosságot mutatott az NH₃-N eltávolítási hatékonyságában, elsősorban a korai-stádiumú adatok eltérései miatt, beleértve az akklimatizációs fázist is.Összességében a módosított AAO rendszer hatékony NH₃-N eltávolítást mutatott.
5. Az összes foszfor és teljes nitrogén eltávolítási hatékonyságának elemzése a módosított AAO rendszerben
5.1 Teljes foszfor eltávolítási hatékonyság
Elemeztük a teljes foszfor (TP) eltávolítási hatékonyságát. Ha a befolyó TP koncentrációja 3,6 mg/l volt, 11 napos akklimatizációs periódusra volt szükség. A teljes rendszerből kifolyó TP-koncentráció elérte a 2,8 mg/L-t, míg az anaerob szakasz kilépő TP-koncentrációja 4,2 mg/l volt, ami jelentős foszfor-felszabadulást jelez. Az akklimatizációt követően a TP eltávolítási teljesítmény jelentősen javult, az anaerob szakasz kilépő TP koncentrációja 2,7 mg/L-re csökkent, az eltávolítási hatékonyság pedig elérte a 17%-ot.A későbbi szakaszban a TP eltávolítási sebesség 60% felett stabilizálódott, és a kifolyó TP koncentráció megközelítette a 0,5 mg/l-t., amely megfelel a B osztályú kisülési szabványnak.
A két rendszer összehasonlítása azt mutatta, hogy a módosított AAO rendszer kezdeti akklimatizációs időszakot igényel, viszonylag alacsony eltávolítási hatékonyság mellett. Az akklimatizáció után azonbana TP eltávolítási teljesítménye jelentősen javult, ami a hagyományos AAO rendszerhez képest nagyobb hatékonyságot mutat.
5.2 Teljes nitrogén eltávolítási hatékonyság
A teljes nitrogén (TN) eltávolítási hatékonyságot elemeztük. Amikor a befolyó TN koncentrációja 34 mg/L volt, az anaerob szakasz kilépő TN koncentrációja körülbelül 18 mg/L volt. A korai szakaszban a szennyvíz koncentrációja viszonylag magas volt, és az eltávolítási hatékonyság jelentősen ingadozott.10 napos akklimatizáció után a TN eltávolítási sebessége 68%-ra nőtt 9 mg/l kifolyó koncentráció mellett., megfelel az A osztályú mentesítési szabványnak.
95%-os konfidenciaintervallum mellett a t-érték 0,72, a p-érték pedig 0,753. Az adatok elemzése nem mutatott szignifikáns különbséget a két rendszer átlagos eltávolítási arányában. A módosított AAO rendszer viszonylag nagy ingadozást mutatott a TN eltávolítási hatékonyságában, elsősorban a korai -stádiumú adatok eltérései miatt, beleértve az akklimatizációs fázist is.Összességében a módosított AAO rendszer hatékony TN eltávolítást mutatott.
Következtetés
Összefoglalva, a módosított AAO rendszer robusztus teljesítményt mutat a legfontosabb szennyvízszennyező anyagok -KOI, az ammónia-nitrogén, az összes nitrogén és az összes foszfor- eltávolításában, amely megfelel az A vagy B osztályú kibocsátási szabványoknak egy rövid akklimatizációs időszak után.
Míg a statisztikai elemzés (t-teszt, p-érték) nem mutatott ki szignifikáns különbséget az átlagos eltávolítási hatékonyságban a hagyományos rendszerhez képest, a módosított konstrukció nagyobb stabilitást és jobb kezelési eredményeket mutatott az idő múlásával, annak ellenére, hogy a kezdeti működés során nagyobb az adatok változékonysága. A fejlesztések, különösen az anaerob zónában az optimalizált keverési, elválasztási és közegzónákkal, hozzájárulnak a folyamatok rugalmasságának és hatékonyságának növeléséhez.
Ezek a megállapítások aláhúzzáka módosított AAO rendszerekben rejlő lehetőségek a komplex szennyvíz-összetételek hatékony kezelésére, amelyek támogatják gyakorlati alkalmazásukat a meglévő kezelési infrastruktúra korszerűsítésére.