Analiza vpliva stopenjske oskrbe s kisikom v aerobni coni procesa AAO na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal
Pregled
Postopek AAO je široko uporabljena tehnologija čiščenja odpadne vode, ki vključuje predvsem anaerobne, anoksične in aerobne stopnje, ki delujejo sinergistično za učinkovito odstranjevanje onesnaževal iz odpadne vode. Aerobna stopnja je kritična komponenta procesa AAO, metoda oskrbe s kisikom pa neposredno vpliva na splošno učinkovitost delovanja celotnega sistema. Za nadaljnje povečanje učinkovitosti postopka AAO v praktičnih aplikacijah so raziskovalci predlagali shemo postopnega oskrbe s kisikom. Z vzpostavitvijo več območij z različnimi koncentracijami raztopljenega kisika (DO) v sistemu je cilj te sheme optimizirati presnovno aktivnost aerobnih mikroorganizmov in izboljšati učinkovitost odstranjevanja onesnaževal. Zato ima analiza vpliva postopne oskrbe s kisikom v aerobnem območju procesa AAO na odstranjevanje onesnaževal pomembno praktično vrednost.
Pregled stopenjske oskrbe s kisikom v aerobni coni procesa AAO
Aerobno območje je primarno mesto za oksidacijo in razgradnjo organskih snovi. S stopenjsko oskrbo s kisikom je mogoče koncentracije DO v različnih območjih prilagodljivo prilagajati glede na stopnjo razgradnje organske snovi in potrebo mikroorganizmov po kisiku, kar zagotavlja enakomerno in zadostno razgradnjo organske snovi v območjih. Ta pristop pomaga izboljšati stopnjo odstranjevanja organskih snovi in stabilizirati kakovost odplak. V aerobnem območju dušik iz amoniaka oksidira v nitrat z nitrifikacijskimi bakterijami. Stopenjska oskrba s kisikom zagotavlja učinkovito delovanje nitrifikacijskih bakterij pri ustreznih koncentracijah DO, pri čemer se izogne škodljivim učinkom na proces nitrifikacije, ki jih povzročajo previsoke ali nizke ravni DO. Hkrati je mogoče z nadzorovanjem razmerja recirkulacije in koncentracije mešane tekočine dodatno optimizirati postopek nitrifikacije, kar poveča učinkovitost odstranjevanja dušika iz amoniaka. Proces AAO izvaja sočasno odstranjevanje dušika in fosforja. Pod pogoji stopenjske oskrbe s kisikom v aerobnem območju lahko organizmi, ki kopičijo fosfor- (PAO), v celoti absorbirajo fosfor pri ustreznih koncentracijah DO in dosežejo odstranitev fosforja z odvajanjem-bogatega blata v naslednjih stopnjah. Medtem je mogoče s prilagajanjem operativnih parametrov v anoksičnih in aerobnih conah optimizirati proces denitrifikacije, kar izboljša skupno učinkovitost odstranjevanja dušika.
Eksperimentalna metodologija za analizo vpliva stopenj Oskrba s kisikom na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal
Med poskusom so bile za uravnavanje intenzivnosti prezračevanja uporabljene metode, kot so krmilni sistemi prezračevalnih ventilov, avtomatski nadzorni sistemi in število puhalnih naprav, kar je odražalo koncentracijo DO. Potek postopka eksperimentalne postavitve je prikazan vSlika 1.
Kot je prikazano na sliki 1, je aerobno območje sistema AAO razdeljeno na tri regije: glavo, sredino in rep. Hidravlični retencijski čas (HRT) sistema je bil nastavljen na 2 uri. Dimenzije reaktorja so bile 160 cm × 125 cm × 100 cm (dolžina × širina × višina), višina mešane tekočine pa je bila nastavljena na 60 cm. Smer pretoka med reakcijskimi rezervoarji je bila nadzorovana z uporabo vodilnih sten in pregrad.
Vzorci odplak so bili zbrani iz primarnega usedalnika komunalne čistilne naprave. Kakovost odpadne vode je bila razmeroma stabilna, vsi relevantni kazalniki pa so bili v standardnih območjih: koncentracija TP je bila od 3,0 do 5,5 mg/L, koncentracija TN od 26 do 49 mg/L, KPK od 255 do 485 mg/L.
Vsaka aerobna sekcija je bila opremljena z vrtinčno zračno črpalko in neodvisno konfiguriranim sistemom perforiranih cevi, ki je tvoril prezračevalni sistem za operacije prezračevanja. Med delovanjem sistema je vsaka vrtinčna zračna črpalka delovala neodvisno in stabilno ter vzdrževala koncentracije DO v območju 4–5 mg/L, 3–4 mg/L oziroma 2–3 mg/L. Koncentracije DO in kakovost odplak iz različnih odsekov so bile izmerjene in analizirane, da se določi specifični vpliv na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal.
3 Analiza vpliva koncentracije DO v glavnem delu na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal
3.1 Analiza učinkovitosti odstranjevanja COD
Analiza odstranjevanja KPK v glavnem delu aerobne cone AAO pod tremi različnimi pogoji koncentracije DO je pokazala vrednosti KPK v iztoku 41,2, 40,2 in 40,8 mg/L, z učinkovitostjo odstranjevanja 91,3 %, 90,5 % oziroma 90,8 %. Posebne podrobnosti so prikazane vSlika 2.
Analiza podatkov kaže, da medtem ko se je učinkovitost odstranjevanja KPK v glavnem delu do neke mere spreminjala pri različnih koncentracijah DO, je bila splošna sprememba minimalna in ni pokazala jasne korelacije. Ko se je koncentracija DO povečala z ravni 2–3 mg/L na raven 3–4 mg/L, sta se KPK v iztoku zmanjšala za 1,0 mg/L in učinkovitost odstranjevanja za 0,8 %. Vendar, ko se je koncentracija DO povečala na raven 4–5 mg/L, sta se KPK v iztoku povečala za 0,6 mg/L in učinkovitost odstranjevanja za 0,3 %. Različne koncentracije DO niso pomembno vplivale na učinkovitost odstranjevanja KPK.
3.2 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TN
Analiza odstranitve TN v glavnem delu je pokazala koncentracije TN v iztoku 12,8, 12,3 in 13,1 mg/L pri treh pogojih DO, s stopnjami odstranitve 68,0 %, 66,8 % oziroma 67,7 %.
Analiza podatkov kaže, da se je učinkovitost odstranjevanja TN v delu glave do neke mere spreminjala pri različnih koncentracijah DO, vendar je bila splošna sprememba minimalna in ni pokazala jasne korelacije. Tako lahko sklepamo, da različne koncentracije DO niso bistveno vplivale na učinkovitost odstranjevanja TN.
3.3 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TP
Analiza odstranitve TP v glavnem delu je pokazala koncentracije TP v iztoku 0,60, 0,51 in 0,48 mg/L pri treh pogojih DO, s stopnjami odstranitve 88,1 %, 90,7 % oziroma 91,7 %.
Analiza podatkov kaže, da se je učinkovitost odstranjevanja TP v delu glave spreminjala s koncentracijo DO. Povečanje koncentracije DO je zmanjšalo koncentracijo TP v iztoku in dodatno izboljšalo učinkovitost odstranjevanja. Tako lahko sklepamo, da je raven koncentracije DO 4–5 mg/L dosegla relativno najvišjo učinkovitost odstranjevanja.
Obsežna analiza kaže, da nastavitev koncentracije DO v zgornjem delu na raven 4–5 mg/L povzroči večjo učinkovitost absorpcije fosforja.
4 Analiza vpliva koncentracije DO v srednjem delu na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal
4.1 Analiza učinkovitosti odstranjevanja COD
Analiza odstranjevanja KPK v srednjem delu je pokazala vrednosti KPK v iztoku 39,9, 38,9 in 40,4 mg/L pri treh pogojih DO, z učinkovitostjo odstranjevanja 91,0 %, 90,9 % oziroma 91,2 %. Posebne podrobnosti so prikazane vSlika 3.
Analiza podatkov kaže, da medtem ko se je učinkovitost odstranjevanja KPK v srednjem delu do neke mere spreminjala pri različnih koncentracijah DO, je bila splošna sprememba minimalna in ni pokazala jasne korelacije. Ko se je koncentracija DO povečala z ravni 2–3 mg/L na raven 3–4 mg/L, sta se KPK v iztoku zmanjšala za 1,0 mg/L in učinkovitost odstranjevanja za 0,1 %. Vendar, ko se je koncentracija DO povečala na raven 4–5 mg/L, sta se KPK v iztoku povečala za 0,5 mg/L in učinkovitost odstranjevanja za 0,3 %. Različne koncentracije DO niso pomembno vplivale na učinkovitost odstranjevanja KPK.
4.2 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TN
Analiza odstranitve TN v srednjem delu je pokazala koncentracije TN v iztoku 13,8, 13,0 in 12,9 mg/L pri treh pogojih DO, s stopnjami odstranitve 62,5 %, 66,3 % oziroma 66,4 %. Primerjalno, ravni koncentracije DO 3–4 mg/L in 4–5 mg/L so povzročile boljšo učinkovitost odstranjevanja TN.
4.3 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TP
Analiza odstranitve TP v srednjem delu je pokazala koncentracije TP v iztoku 0,57, 0,52 in 0,46 mg/L pri treh pogojih DO, s stopnjami odstranitve 88,5 %, 90,8 % oziroma 91,5 %. Primerjalno so ravni koncentracije DO 3–4 mg/L in 4–5 mg/L povzročile boljšo učinkovitost odstranjevanja TP.
Celovita analiza kaže, da nastavitev koncentracije DO v srednjem delu na raven 3–4 mg/L doseže večjo učinkovitost odstranjevanja onesnaževal.
Analiza vpliva koncentracije DO v repnem delu na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal
5.1 Analiza učinkovitosti odstranjevanja COD
Analiza odstranjevanja KPK v repnem delu je pokazala učinkovitost odstranjevanja 91,8 % pri vseh treh pogojih koncentracije DO. Različne koncentracije DO niso pomembno vplivale na učinkovitost odstranjevanja KPK.
5.2 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TN
Analiza odstranitve TN v repnem delu je pokazala koncentracije TN v iztoku 11,5, 12,7 in 13,4 mg/L pri treh pogojih DO, s stopnjami odstranitve 72,7 %, 67,9 % oziroma 66,5 %. Primerjalno je raven koncentracije DO 2–3 mg/L povzročila boljšo učinkovitost odstranjevanja TN.
5.3 Analiza učinkovitosti odstranjevanja TP
Analiza odstranjevanja TP v repnem delu je pokazala, da pri koncentraciji DO pod 2,0 mg/L učinkovitost odstranjevanja ni presegla 96 %. V tem poskusu je bila stopnja odstranitve pri vseh treh pogojih DO 90 %, koncentracije iztoka pa so ustrezale primarnemu standardu.
Če povzamemo, nastavitev koncentracije DO v repnem delu na raven 2–3 mg/L doseže večjo učinkovitost odstranjevanja onesnaževal.
Zaključek
Da bi raziskali specifičen vpliv stopenjske oskrbe s kisikom v aerobnem območju procesa AAO na učinkovitost odstranjevanja onesnaževal, je bilo aerobno območje med študijo razdeljeno na glavni, srednji in repni del. Analiza učinkovitosti odstranjevanja KPK, TN in TP v teh odsekih v kombinaciji z rezultati raziskav kaže, da nastavitev ravni koncentracije DO v treh aerobnih conah na 4–5 mg/L, 3–4 mg/L oziroma 2–3 mg/L doseže boljšo splošno učinkovitost odstranjevanja onesnaževal. Ta pristop lahko nudi podporo in referenco za ekološko varstvo okolja, varčevanje z energijo in prizadevanja za zmanjšanje emisij.