Uporaba modificiranega postopka AAO pri čiščenju gospodinjskih odpadnih voda v premogovniku
Gospodinjska odpadna voda v premogovnikih izvira predvsem iz menz za osebje, spalnic, pisarn, pralnic in kopalnic, pri čemer odpadna voda za kopanje predstavlja več kot 55 % celotne količine. Iztok kopalne vode je relativno koncentriran, kar povzroča znatna nihanja pretoka. Kopalna drenaža, za katero je značilna nižja koncentracija organskih snovi in višja količina suspendiranih trdnih snovi (SS), se precej razlikuje od običajne gospodinjske odplake. Njegov razporejen vzorec izpusta z drugimi tokovi odpadne vode prispeva k znatni variabilnosti kakovosti vode.
Večina rudnikov premoga na Kitajskem se nahaja na oddaljenih območjih, kjer so stroški prevoza blata visoki. Zato je treba izbrati postopke čiščenja z manjšim izkoristkom blata. Ko se rudniki razvijajo in povečuje število zaposlenih, pretok odpadne vode pogosto presega prvotno projektirano zmogljivost, kar zahteva procese z močno prilagodljivostjo spremembam kakovosti in količine vode znotraj istega odtisa. V skladu z vse strožjimi okoljskimi politikami, ki zahtevajo popolno ponovno uporabo obdelanih odpadnih voda z ničelnim izpustom, morajo procesi zagotoviti visoko in stabilno kakovost odpadnih voda.
Trenutno je AAO (anaerobni-anoksični-oksični) postopek najprimernejša izbira pri čiščenju komunalne odpadne vode. Ta članek analizira učinkovitost uporabe spremenjenega postopka AAO (AAO + proces z visečim nosilcem) za gospodinjsko odpadno vodo iz premogovnika na podlagi njegovih edinstvenih značilnosti.
1. Spremenjen postopek AAO
Postopek AAO je najpreprostejša konfiguracija toka za hkratno odstranjevanje dušika in fosforja. Nitaste bakterije se ne morejo obsežno razmnoževati v izmeničnih anaerobnih, anoksičnih in aerobnih pogojih, kar preprečuje kopičenje blata. Ne zahteva dodajanja kemikalij, le blago mešanje v anaerobnih in anoksičnih rezervoarjih, kar ima za posledico nizke obratovalne stroške. Blato ima visoko vsebnost fosforja, kar mu daje dobro vrednost gnojila.
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 %, to notranje recikliranje porabi veliko energije. Izplake, ki vstopajo v sekundarni čistilnik, morajo vzdrževati določeno raven raztopljenega kisika (DO), da se preprečijo anaerobne razmere in sproščanje fosforja, vendar ne previsoke, da se prepreči motenje denitrifikacije v anoksičnem rezervoarju prek reciklirane mešane tekočine.
Spremenjeni postopek AAO (AAO + proces suspendiranega nosilca) učinkovito ublaži te pomanjkljivosti. Poveča mikrobno maso v bioloških rezervoarjih, poveča prostorninsko obremenitev, doseže popolno ločitev hidravličnega zadrževalnega časa (HRT) in zadrževalnega časa blata (SRT), okrepi odpornost na hidravlične in organske udarne obremenitve, zagotavlja dobro kakovost odplak tudi z nizkoogljičnimi viri, proizvede manj in bolj stabilno blato (zmanjšuje zahteve glede zmogljivosti za ravnanje z blatom). Odpadna voda lahko izpolnjuje standarde kakovosti vode "Ponovna uporaba reciklirane vode v mestih-Standard kakovosti vode za raznovrstno urbano vodo" (GB/T 18920-2020) in "Kodeks za načrtovanje inženiringa za pripravo premoga" (GB 50359-2016) za pranje premoga. Hou Feng idr. uporabil postopek AAO+viseči nosilec v podzemni čistilni napravi, pri čemer je dosegel standarde stopnje 1A glede na "Standard izpusta onesnaževal za komunalne čistilne naprave" (GB 18918-2002), s ključnimi indikatorji (KPK, BPK5, NH3-N, TP), ki so dosegli standarde razreda IV po "Okoljskih standardih kakovosti za površinsko vodo" (GB 3838-2002). Hao Ruigang et al. uporabil "A/O bio-kontaktno oksidacijo + perforirano vrtinčno flokulacijo + nagnjeno cevno sedimentacijo + aktivno peskovno filtracijo" pri širitvi naprave za gospodinjsko odpadno vodo v premogovniku, s čimer je dosegel kakovost iztoka, boljšo od stopnje 1A. Yan Ziyu idr. je prav tako dosegel dobre rezultate z uporabo biofilmskih procesov za nadgradnjo obstoječega čiščenja gospodinjskih odpadnih voda v premogovniku. Spremenjeni postopek AAO omogoča povečanje zmogljivosti in izboljšanje kakovosti odplak v obstoječih napravah z minimalnimi spremembami.
Ta postopek vključuje dodajanje suspendiranih nosilcev v anoksične in aerobne rezervoarje, kar združuje prednosti procesa aktivnega blata in biofilma. Odlikuje ga visoka volumetrična obremenitev, velika biomasa, visoka učinkovitost obdelave, močna prilagodljivost na水质和水量的变化, izboljšana stabilnost procesa in dobro odstranjevanje hranil. Tvori visoko specializirane aktivne biofilme, povečuje učinkovitost na prostornino reaktorja in stabilnost, kar omogoča manjše reaktorje. Blato iz biofilma, ki se lušči, vsebuje več protozojev/metazojev, ima večjo gostoto in večjo velikost delcev, kar ima za posledico dobro usedljivost in enostavno ločevanje trdnih-tekočin. Omogoča popolno ločevanje SRT-HRT, odpravlja nabiranje blata in je primeren za odpadne vode, bogate s topnimi organskimi snovmi.
2.1 Študija primera
Premogovnik v mestu Yan'an, približno 16 km od mesta Zichang, ima čistilno napravo za gospodinjske odpadne vode s projektirano zmogljivostjo 1200 m³/d. Postopek je: "Sito + izenačevalni rezervoar + AAO z visečimi nosilci + napredna obdelava (koagulacija-sedimentacija-filtracija) + dezinfekcija". Blato se obdela z "gravitacijskim zgoščevanjem + odvodnjavanjem s vijačno stiskalnico". Odpadna voda ustreza strožjim omejitvam *GB/T 18920-2020* in GB 50359-2016 za vodo za pranje premoga. Očiščena voda se ponovno uporabi za zelenje rudnika in kot dopolnilna voda v obratu za pripravo premoga. Kakovost zasnove dotoka/odtoka je v skladuTabela 1. Potek procesa je prikazan vSlika 1.
Odpadna voda prehaja skozi sito (5 mm reže, kot namestitve 75 stopinj) v izravnalni rezervoar (D׊×V=14.0 m×6,0 m×6,0 m, efektivna globina 2,95 m, prostornina 247,8 m³, HRT 4,13 h), ki izpolnjuje zahteve GB 50810-2012. Dva mešalnika preprečujeta usedanje. Tri potopne črpalke (2 delovni +1 pripravljenosti, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) dvigujejo vodo v biološke rezervoarje.
Biološki sistem je sestavljen iz dveh vzporednih vlakov. Na vlak:
- Anaerobni rezervoar: D׊×V=2.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna globina 4,5 m, HRT 1,5 h.
- Anoksični rezervoar: D׊×V=4.0 m×5,0 m×5,0 m, efektivna globina 4,25 m, HRT 2,83 h.
- Aerobni rezervoar: D × Š × V =15.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektivna globina 4,0 m, HRT 10,0 h. Celotno HRT sistema je 15,75 h. Viseči nosilci (razmerje polnjenja 80%, specifična površina 600 m²/m³) so nameščeni v aerobnem rezervoarju. Razmerje med-zrak-vodo je 13,7:1. Uporabljajo se trije puhali Roots (2 delovni +1 pripravljenosti, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Razmerje recikliranja blata je 100 %, razmerje recikliranja mešane tekočine je 200 %.
Dva pravokotna periferna-dovodna/izstopna sekundarna čistilnika (D׊×V=5.0 m×5,0 m×3,5 m vsak) imata stopnjo površinske obremenitve 1,2 m³/(m²·h) in HRT 2,5 h.
Integriran čistilec vode (ki združuje koagulacijo, sedimentacijo, filtracijo) zagotavlja napredno obdelavo za nadaljnje odstranjevanje SS in fosforja.
Obdelava blata vključuje gravitacijsko zgoščevanje (Φ2,5 m × 5,0 m rezervoar iz ogljikovega jekla), ki mu sledi odvodnjavanje s vijačno stiskalnico. Poliakrilamid (PAM) se dozira pri 3,0–5,0 kg/t suhih trdnih snovi pred odvodnjavanjem. Dnevna odvodnjena blatna pogača je manjša od ali enaka 150 kg z vsebnostjo vlage manj kot ali enaka 80 %, prepeljana iz-gradbišča.
Dezinfekcija uporablja-generator ClO2 na kraju samem (učinkovito odmerjanje klora 120 g/h), ki se dozira na vhodu v čisti vodnjak. Čista vrtina ima efektivno prostornino 250 m³, kar zagotavlja kontaktni čas 4,2 ure.
Obrat je opremljen z obsežnim spletnim nadzorom (merilci pretoka, preostali klor, pH, DO, KPK, motnost, nivo/koncentracija blata) in avtomatiziranimi sistemi za nadzor črpalk, puhal, povratnega izpiranja, doziranja kemikalij in mešanja, ki zagotavljajo inteligentno delovanje brez nadzora.
2.2 Analiza uspešnosti
Obrat je bil predan leta 2021 in je deloval več kot dve leti. Dejanska kakovost dotoka/odtoka iz leta 2024 je prikazana vTabela 2.
Vtočno razmerje BPK5/N je 5,5, kar kaže na nizko razmerje med ogljikom{2}} in -dušikom (C/N) v odpadni vodi, ki se poleti dodatno zmanjša zaradi infiltracije padavin in sprememb navad. Ekstremne zimske temperature v Yan'anu lahko dosežejo -21 stopinj. Dejanska kakovost odplak je boljša od načrtovane, s stopnjami odstranitve: KPK 97,8 %, BPK5 99.7 %, SS 99,7 %, NH3-N 93,5 %, TP 87,10 %, ki ustreza standardom za 绿化 in pranje premoga.
Masa aktivnega biofilma v anoksičnih/aerobnih rezervoarjih znaša kar 125 g/m² nosilca, kar ustreza MLSS 13 g/L-, kar je štirikrat več kot pri običajnem aktivnem blatu. Mikroorganizmi so v fazi endogenega dihanja, kar povzroči dnevno proizvodnjo blata približno 1/3 konvencionalnih metod, z boljšo usedljivostjo, kar omogoča manjšo opremo za obdelavo blata.
Čeprav lahko bio{0}}kontaktna oksidacija deluje brez recikliranja blata, je raziskava Xiong Ren et al. kaže, da sistemi z recikliranjem dosegajo višje stopnje odstranjevanja KPK, TN, NH3-N, SS in zmanjšajo količino blata za 29,6 %. Ta zasnova vključuje recikliranje mešane tekočine z operativno prilagodljivostjo, ki temelji na kakovosti odplak.
Obrat (1200 m³/d) zavzema 1350,3 m², s kapitalsko naložbo 20 milijonov CNY in obratovalnimi stroški 1,05 CNY/m³.
V primerjavi z običajnim AAO, ki zahteva razširjeno SRT za učinkovito delovanje pri nizki-temperaturi, ta spremenjeni postopek ohranja preprostost hkratnega odstranjevanja hranil, hkrati pa obogati biološko skupnost z nosilci. Ločevanje SRT-HRT povečuje bio-stabilnost, kar zagotavlja zanesljivo delovanje pri nizkih C/N in nizkih-temperaturnih pogojih. Stabilne odpadne vode je mogoče vzdrževati z malo ali brez recikliranja blata, kar omogoča-zmanjšanje blata in situ in nižje stroške ravnanja z blatom. Zaradi svoje preprostosti in pomanjkanja prostornine je zelo primeren za čiščenje gospodinjskih odpadnih voda v rudnikih premoga.
3. Raziskave optimizacije za proces AAO
Spremenjeni procesi AAO so običajno zasnovani glede na parametre v "Standard za načrtovanje zunanjega inženiringa odpadne vode" (GB 50014-2021). Vendar pa je potrebna optimizacija operativnih parametrov (HRT, SRT, prezračevanje, razmerja recikliranja, MLSS), značilnih za odpadno vodo iz premogovnika, da se določijo optimalni pogoji za prihodnjo zasnovo in delovanje.
Pri običajnem AAO se blato reciklira iz aerobnega v anaerobni rezervoar, ki prenaša nitrat in visok DO, kar lahko poslabša biološko odstranjevanje fosforja. Upošteva se lahko postopek Univerze v Cape Townu (UCT), pri katerem se blato reciklira v anoksični rezervoar, nitrificirana tekočina v anoksični rezervoar in doda dodatno recikliranje iz anoksičnega v anaerobni rezervoar za izboljšanje odstranjevanja bio-P.
Obdelava blata lahko predstavlja 50–60 % obratovalnih stroškov naprave. Treba je sprejeti-tehnologije za zmanjšanje blata na kraju samem. Visok MLSS v spremenjenih bio-cisternah AAO vodi do visokega razmerja F/M, kjer lahko pride do ločitve metabolizma, kar spodbuja zmanjšanje blata in zniža stroške ravnanja z blatom. Prihodnji poudarek bi moral biti na uporabi-tehnologij zmanjševanja in situ, kot je kriptična rast prek mikro-lize, kisikovega-usedanja-anaerobnega procesa (OSA) in ločevanja metabolizma pri čiščenju odpadne vode iz premogovnika.
Ta postopek je primeren za naknadno opremljanje obstoječih naprav AAO v premogovnikih. Dodajanje nosilcev v anoksične/aerobne rezervoarje lahko izboljša kakovost odplak, poveča zmogljivost in poveča stabilnost sistema. Za naprave s strožjimi zahtevami glede odplak lahko zamenjava sekundarnega čistilnika s sistemom MBR dodatno izboljša kakovost vode.
4. Zaključek
- Modificirani postopek AAO je primeren za nadgradnjo obstoječih sistemov AAO v rudnikih premoga za izboljšanje stabilnosti, povečanje zmogljivosti ali izpolnjevanje strožjih standardov.
- Pri čiščenju gospodinjske odpadne vode iz rudnika premoga lahko odpadna voda istočasno izpolnjuje standarde *GB/T 18920-2002* za zalivanje cest/zelenje in standarde GB 50359-2016 za vodo za pranje premoga, kar dokazuje močno prilagodljivost spremembam kakovosti in količine vode.
- Postopek proizvaja stabilno blato z dobrim usedanjem in enostavnim ločevanjem, ustvarja manj blata in zmanjšuje stroške obdelave blata.