Analiza učinkovitosti odstranjevanja onesnaževal v odpadnih vodah z uporabo modificiranega sistema AAO
Pregled
TheAnaerobno-anoksično-oksično (AAO ali A²/O)je široko sprejeta tehnologija biološkega čiščenja odpadne vode, zasnovana za sočasno odstranjevanje organskega ogljika, dušika in fosforja. Sestavljen je iz treh med seboj povezanih con:
- Anaerobna cona: fakultativne bakterije zaradi pomanjkanja kisika in nitratov razgrajujejo organske spojine in sproščajo fosfor.
- Anoksična cona: Denitrifikacijske bakterije uporabljajo organski ogljik kot donor elektronov za redukcijo nitratov/nitritov (vrnjenih iz oksičnega območja) v plinast dušik, s čimer dosežejo odstranitev dušika.
- Oksična cona: Aerobni mikroorganizmi oksidirajo preostalo organsko snov in olajšajo nitrifikacijo (amoniak v nitrat), medtem ko organizmi,-ki kopičijo fosfor, sprejmejo fosfate.
Na področju čiščenja odpadne vode, medtem ko lahko konvencionalni sistem AAO odstrani onesnaževala iz odplak, je vse bolj zapletena sestava odpadne vode povzročila določen upad učinkovitosti čiščenja procesa AAO. Za zagotovitev ravni uporabe in učinkovitosti postopka AAO,potrebno je izvesti posebne raziskave spremenjenih sistemov, ki ima velik praktični pomen za ustrezna podjetja in oddelke pri izboljšanju njihove kakovosti delovanja.
Spremenjen sistem AAO
1. Osnovna načela sistema AAO
Če za primer vzamemo sistem čiščenja odpadne vode AAO v določeni čistilni napravi, je obstoječi sistem aobičajni postopek AAO, ki je sestavljen predvsem iz štirih komponent:anaerobni rezervoar, aerobni rezervoar, anoksični rezervoar in sekundarni sedimentacijski rezervoar, kot je podrobno opisano vSlika 1.
V običajnem sistemu AAO mikroorganizmi rastejo in presnavljajo v različnih okoljskih pogojih. Z interakcijami med različnimi mikrobnimi skupnostmi se učinkovito odstranjevanje onesnaževal doseže s kemičnimi reakcijami, kot so amonifikacija, nitrifikacija in denitrifikacija, ki znatno odstranijo organska onesnaževala.
Običajni sistem AAO nudi prednosti, kot so nizki tehnični stroški, preprosto upravljanje in kratek hidravlični zadrževalni čas (HRT). Vendar pa ima tudi pomanjkljivosti, vključno zslaba učinkovitost odstranjevanja fosforjainstroge zahteve glede starosti blata in zasnove vira ogljika, kar otežuje doseganje pričakovanih standardov pri nekaterih projektih odstranjevanja onesnaževal odpadne vode.
2. Analiza zasnove modificiranega sistema AAO
Na podlagi predhodnih raziskav so bile izvedene izboljšave običajnega sistema AAO, predvsem s poudarkom na anaerobnem rezervoarju. Thespremenjen sistem anaerobnega rezervoarjaje sestavljen iz treh delov:cona-mešanja vode za blato, cona-ločevanja vode za blato in cona medijev, kot je prikazano vSlika 2.
Vspremenjen sistem AAO (Slika 3), območje mešanja blata-vode in območje medija sta zasnovani z enakimi merami (15 cm dolžina × 20 cm širina × 60 cm višina), vsaka z efektivno prostornino 9 L. Hidravlični zadrževalni čas (HRT) za območje blata in območje medija je 2 uri.
3. Analiza učinkovitosti odstranjevanja KPK v modificiranem sistemu AAO
Analizirana je bila učinkovitost odstranjevanja kemične potrebe po kisiku (KPK) modificiranega sistema AAO. Ko je bila KPK v iztoku 447 mg/L, je bila KPK v iztoku iz anaerobne stopnje približno 147 mg/L, končna KPK v iztoku pa 42 mg/L, kar je ustrezalo standardu izpusta razreda A. Učinkovitost odstranjevanja KPK v zgodnji anaerobni fazi je bila nestabilna, z znatnimi nihanji in relativno nizkimi ravnmi suspendiranih trdnih snovi mešane tekočine (MLSS). vendarpo 7 dneh se je stopnja odstranitve ustalila pri 94 %. Anaerobna stopnja primarno odstranjuje onesnaževala z mikrobno razgradnjo in redčenjem z refluksom, kar dokazuje učinkovito odstranjevanje onesnaževal.
Z uporabo programske opreme Minitab je bila uspešnost odstranjevanja spremenjenega in običajnega sistema AAO primerjana z analizo testa neodvisnega vzorca, rezultati pa so prikazani vSlika 4.
Pri 95-odstotnem intervalu zaupanja je bila vrednost t-0,26, vrednost p- pa 0,605. Analiza podatkov ni pokazala pomembne razlike v srednjih stopnjah odstranitve med obema sistemoma. Spremenjen sistem AAO je pokazal razmeroma visoko variabilnost v učinkovitosti odstranjevanja KPK, predvsem zaradi razlik v podatkih zgodnje-faze, vključno s fazo privajanja.Na splošno je spremenjen sistem AAO pokazal učinkovito odstranjevanje KPK.
4. Analiza učinkovitosti odstranjevanja dušika iz amoniaka v modificiranem sistemu AAO
Analizirana je bila učinkovitost odstranjevanja amonijevega dušika (NH3-N). Ko je bila koncentracija dotoka NH3-N 36 mg/L, je bil iztok NH3-N iz anaerobne stopnje približno 19 mg/L. V zgodnji fazi je bila koncentracija iztoka relativno visoka, učinkovitost odstranjevanja pa je močno nihala. vendarpo 12 dneh privajanja se je stopnja odstranitve povečala na približno 81 %, z nitrifikacijskimi bakterijami v logaritemski fazi rasti.Kasneje se je stopnja odstranitve stabilizirala in dosegla povprečno 93 %, s koncentracijo NH₃-N v iztoku 4 mg/L, ki ustreza standardu za izpuste razreda A.
Pri 95-odstotnem intervalu zaupanja je bila vrednost t-3,41, vrednost p- pa 0,998. Analiza podatkov ni pokazala pomembne razlike v srednjih stopnjah odstranitve med obema sistemoma. Spremenjeni sistem AAO je pokazal razmeroma visoko variabilnost učinkovitosti odstranjevanja NH3-N, predvsem zaradi razlik v podatkih zgodnje-faze, vključno s fazo privajanja.Na splošno je spremenjen sistem AAO pokazal učinkovito odstranjevanje NH3-N.
5. Analiza učinkovitosti odstranjevanja skupnega fosforja in skupnega dušika v modificiranem sistemu AAO
5.1 Celotna učinkovitost odstranjevanja fosforja
Analizirana je bila učinkovitost odstranjevanja celotnega fosforja (TP). Ko je bila vstopna koncentracija TP 3,6 mg/L, je bilo potrebno 11-dnevno obdobje aklimatizacije. Koncentracija TP v iztoku iz celotnega sistema je dosegla 2,8 mg/L, medtem ko je bila koncentracija TP v iztoku v anaerobni fazi 4,2 mg/L, kar kaže na znatno sproščanje fosforja. Po aklimatizaciji se je učinkovitost odstranjevanja TP opazno izboljšala, pri čemer se je koncentracija TP v iztoku anaerobne stopnje zmanjšala na 2,7 mg/L, učinkovitost odstranjevanja pa je dosegla 17 %.V poznejši fazi se je stopnja odstranitve TP ustalila nad 60 %, koncentracija TP v iztoku pa se je približala 0,5 mg/L., ki ustreza standardu za praznjenje razreda B.
Primerjava obeh sistemov je pokazala, da je spremenjeni sistem AAO zahteval začetno obdobje privajanja z relativno nizko učinkovitostjo odstranjevanja. Vendar po aklimatizaciji,njegova zmogljivost odstranjevanja TP se je znatno izboljšala, kar kaže na večjo učinkovitost v primerjavi s konvencionalnim sistemom AAO.
5.2 Celotna učinkovitost odstranjevanja dušika
Analizirana je bila učinkovitost odstranjevanja celotnega dušika (TN). Ko je bila vstopna koncentracija TN 34 mg/L, je bila koncentracija TN v iztoku anaerobne stopnje približno 18 mg/L. V zgodnji fazi je bila koncentracija iztoka relativno visoka, učinkovitost odstranjevanja pa je močno nihala.Po 10 dneh aklimatizacije se je stopnja odstranitve TN povečala na 68 % s koncentracijo iztoka 9 mg/L., ki izpolnjuje standard za praznjenje razreda A.
Pri 95-odstotnem intervalu zaupanja je bila vrednost t-0,72, vrednost p- pa 0,753. Analiza podatkov ni pokazala pomembne razlike v srednjih stopnjah odstranitve med obema sistemoma. Spremenjen sistem AAO je pokazal razmeroma veliko variabilnost učinkovitosti odstranjevanja TN, predvsem zaradi razlik v podatkih zgodnje-faze, vključno s fazo privajanja.Na splošno je spremenjen sistem AAO pokazal učinkovito odstranjevanje TN.
Zaključek
Če povzamemo, spremenjeni sistem AAO izkazuje robustno delovanje pri odstranjevanju ključnih onesnaževal odpadne vode-KPK, dušika iz amonijaka, skupnega dušika in skupnega fosforja-, ki izpolnjuje standarde izpustov razreda A ali B po kratkem obdobju privajanja.
Medtem ko statistična analiza (t-test, p-vrednost) ni pokazala pomembne razlike v povprečni učinkovitosti odstranjevanja v primerjavi s konvencionalnim sistemom, je spremenjena zasnova pokazala večjo stabilnost in izboljšane rezultate zdravljenja skozi čas, kljub večji variabilnosti podatkov med začetnim delovanjem. Izboljšave, zlasti v anaerobnem območju z optimiziranimi conami mešanja, ločevanja in medijev, prispevajo k večji odpornosti in učinkovitosti procesa.
Te ugotovitve poudarjajopotencial spremenjenih sistemov AAO za učinkovito obravnavanje kompleksnih sestav odpadne vode, ki podpira njihovo praktično uporabo za nadgradnjo obstoječe infrastrukture za zdravljenje.