Анализ влияния поэтапной подачи кислорода в аэробную зону процесса ААО на эффективность удаления загрязняющих веществ
Обзор
Процесс AAO — это широко используемая технология очистки сточных вод, в основном состоящая из анаэробной, бескислородной и аэробной стадий, которые работают синергетически для эффективного удаления загрязняющих веществ из сточных вод. Аэробная стадия является важнейшим компонентом процесса ААО, и метод подачи кислорода напрямую влияет на общую эффективность работы всей системы. Для дальнейшего повышения эффективности процесса ААО в практическом применении исследователи предложили схему поэтапной подачи кислорода. Создавая в системе несколько зон с различными концентрациями растворенного кислорода (РК), эта схема направлена на оптимизацию метаболической активности аэробных микроорганизмов и повышение эффективности удаления загрязняющих веществ. Поэтому анализ влияния ступенчатой подачи кислорода в аэробную зону процесса ААО на удаление загрязняющих веществ имеет важное практическое значение.
Обзор поэтапной подачи кислорода в аэробную зону процесса ААО
Аэробная зона является основным местом окисления и разложения органических веществ. Благодаря поэтапной подаче кислорода концентрации DO в разных зонах можно гибко регулировать в зависимости от скорости разложения органических веществ и потребности микроорганизмов в кислороде, обеспечивая равномерную и достаточную деградацию органических веществ в разных зонах. Этот подход помогает улучшить скорость удаления органических веществ и стабилизировать качество сточных вод. В аэробной зоне аммиачный азот окисляется до нитрата нитрифицирующими бактериями. Поэтапная подача кислорода обеспечивает эффективную работу нитрифицирующих бактерий при подходящих концентрациях растворенного кислорода, избегая неблагоприятного воздействия на процесс нитрификации, вызванного чрезмерно высокими или низкими уровнями растворенного кислорода. Одновременно, контролируя коэффициент рециркуляции и концентрацию смешанного щелока, можно дополнительно оптимизировать процесс нитрификации, повышая эффективность удаления аммиачного азота. Процесс ААО обеспечивает одновременное удаление азота и фосфора. В условиях поэтапного снабжения кислородом в аэробной зоне фосфор-накапливающие организмы (ПАО) могут полностью поглощать фосфор при соответствующих концентрациях растворенного кислорода и достигать удаления фосфора путем сброса-богатого фосфором ила на последующих стадиях. Между тем, регулируя рабочие параметры в бескислородной и аэробной зонах, можно оптимизировать процесс денитрификации, повышая общую эффективность удаления азота.
Экспериментальная методология анализа влияния поэтапного Подача кислорода влияет на эффективность удаления загрязняющих веществ
В ходе эксперимента для регулирования интенсивности аэрации, тем самым отражая концентрацию DO, использовались такие методы, как системы управления аэрационными клапанами, системы автоматического управления и количество воздуходувных устройств. Технологическая схема экспериментальной установки представлена на рис.Рисунок 1.
Как показано на рисунке 1, аэробная зона системы ААО разделена на три отдела: головной, средний и хвостовой отделы. Время гидравлического удержания (HRT) системы было установлено на 2 часа. Размеры реактора составляли 160 см × 125 см × 100 см (длина × ширина × высота), при этом высота смешанного щелока была установлена на уровне 60 см. Направление потока между реакторами контролировалось с помощью направляющих стенок и перегородок.
Пробы сточных вод были взяты из первичного отстойника муниципальной станции очистки сточных вод. Качество сточных вод было относительно стабильным, все соответствующие показатели находились в пределах нормативных значений: концентрация TP колебалась от 3,0 до 5,5 мг/л, концентрация TN от 26 до 49 мг/л, ХПК от 255 до 485 мг/л.
Каждая аэробная секция была оборудована вихревым воздушным насосом и независимо настроенной системой перфорированных труб для формирования аэрационной системы для проведения аэрационных операций. В процессе работы системы каждый вихревой воздушный насос работал независимо и стабильно, поддерживая концентрацию РК в пределах 4–5 мг/л, 3–4 мг/л и 2–3 мг/л соответственно. Концентрации растворенного кислорода и качество сточных вод из разных секций были измерены и проанализированы для определения конкретного влияния на эффективность удаления загрязняющих веществ.
3 Анализ влияния концентрации DO в головной секции на эффективность удаления загрязняющих веществ
3.1 Анализ эффективности удаления ХПК
Анализ удаления ХПК в головной части аэробной зоны AAO при трех различных условиях концентрации DO показал значения ХПК в сточных водах 41,2, 40,2 и 40,8 мг/л с эффективностью удаления 91,3%, 90,5% и 90,8% соответственно. Конкретные детали показаны вРисунок 2.
Анализ данных показывает, что, хотя эффективность удаления ХПК в головной части в некоторой степени различалась при разных концентрациях DO, общее изменение было минимальным и не выявило четкой корреляции. При увеличении концентрации РК с уровня 2–3 мг/л до уровня 3–4 мг/л ХПК в сточных водах и эффективность удаления снижались на 1,0 мг/л и 0,8% соответственно. Однако при увеличении концентрации РК до уровня 4–5 мг/л ХПК в сточных водах и эффективность удаления увеличивались на 0,6 мг/л и 0,3% соответственно. Различные концентрации DO не оказали существенного влияния на эффективность удаления ХПК.
3.2 Анализ эффективности удаления TN
Анализ удаления TN в головной секции показал концентрации TN в сточных водах 12,8, 12,3 и 13,1 мг/л при трех условиях DO, со степенью удаления 68,0%, 66,8% и 67,7% соответственно.
Анализ данных показывает, что эффективность удаления TN в головной части в некоторой степени различалась при разных концентрациях DO, но общее изменение было минимальным и не выявило четкой корреляции. Таким образом, можно сделать вывод, что различные концентрации DO не оказывают существенного влияния на эффективность удаления TN.
3.3 Анализ эффективности удаления ТП
Анализ удаления TP в головной части показал концентрации TP в сточных водах 0,60, 0,51 и 0,48 мг/л при трех условиях DO, со степенью удаления 88,1%, 90,7% и 91,7% соответственно.
Анализ данных показывает, что эффективность удаления TP в головной части менялась в зависимости от концентрации DO. Увеличение концентрации DO снижает концентрацию TP в сточных водах и дополнительно повышает эффективность удаления. Таким образом, можно заключить, что уровень концентрации РК 4–5 мг/л обеспечивает относительно высокую эффективность удаления.
Комплексный анализ показывает, что установка концентрации РК в головной части на уровне 4–5 мг/л приводит к более высокой эффективности поглощения фосфора.
4 Анализ влияния концентрации DO в средней секции на эффективность удаления загрязняющих веществ
4.1 Анализ эффективности удаления ХПК
Анализ удаления ХПК в средней секции показал значения ХПК в сточных водах 39,9, 38,9 и 40,4 мг/л при трех условиях DO, при этом эффективность удаления составила 91,0%, 90,9% и 91,2% соответственно. Конкретные детали показаны вРисунок 3.
Анализ данных показывает, что, хотя эффективность удаления ХПК в средней части варьировалась в некоторой степени при разных концентрациях DO, общее изменение было минимальным и не выявило четкой корреляции. При увеличении концентрации РК с уровня 2–3 мг/л до уровня 3–4 мг/л ХПК сточных вод и эффективность удаления снижались на 1,0 мг/л и 0,1% соответственно. Однако при повышении концентрации РК до уровня 4–5 мг/л ХПК в сточных водах и эффективность удаления увеличивались на 0,5 мг/л и 0,3% соответственно. Различные концентрации DO не оказали существенного влияния на эффективность удаления ХПК.
4.2 Анализ эффективности удаления TN
Анализ удаления TN в средней секции показал концентрации TN в сточных водах 13,8, 13,0 и 12,9 мг/л при трех условиях DO со степенью удаления 62,5%, 66,3% и 66,4% соответственно. Для сравнения, уровни концентрации DO 3–4 мг/л и 4–5 мг/л приводили к большей эффективности удаления TN.
4.3 Анализ эффективности удаления ТП
Анализ удаления TP в средней секции показал концентрации TP в сточных водах 0,57, 0,52 и 0,46 мг/л при трех условиях DO со степенью удаления 88,5%, 90,8% и 91,5% соответственно. Для сравнения, уровни концентрации DO 3–4 мг/л и 4–5 мг/л приводили к большей эффективности удаления TP.
Комплексный анализ показывает, что установка концентрации РК в средней секции на уровне 3–4 мг/л позволяет добиться более высокой эффективности удаления загрязняющих веществ.
Анализ влияния концентрации РО в хвостовой части на эффективность удаления загрязняющих веществ
5.1 Анализ эффективности удаления ХПК
Анализ удаления ХПК в хвостовой части показал эффективность удаления 91,8% при всех трех условиях концентрации РК. Различные концентрации DO не оказали существенного влияния на эффективность удаления ХПК.
5.2 Анализ эффективности удаления TN
Анализ удаления TN в хвостовой части показал концентрации TN в сточных водах 11,5, 12,7 и 13,4 мг/л при трех условиях DO, при этом степень удаления составила 72,7%, 67,9% и 66,5% соответственно. Для сравнения, уровень концентрации DO 2–3 мг/л приводил к лучшей эффективности удаления TN.
5.3 Анализ эффективности удаления ТП
Анализ удаления ТФ в хвостовой части показал, что при концентрации РК ниже 2,0 мг/л эффективность удаления не превышала 96%. В этом эксперименте степень удаления при всех трех условиях DO составила 90%, а концентрации в сточных водах соответствовали первичному стандарту.
Таким образом, установка концентрации DO в хвостовой части на уровне 2–3 мг/л позволяет достичь более высокой эффективности удаления загрязняющих веществ.
Заключение
Для изучения конкретного влияния ступенчатой подачи кислорода в аэробную зону процесса ААО на эффективность удаления загрязняющих веществ в ходе исследования аэробная зона была разделена на головную, среднюю и хвостовую части. Анализ эффективности удаления ХПК, TN и TP на этих участках в сочетании с результатами исследований показывает, что установка уровней концентрации DO в трех аэробных зонах на уровне 4–5 мг/л, 3–4 мг/л и 2–3 мг/л соответственно позволяет достичь более высокой общей эффективности удаления загрязняющих веществ. Этот подход может обеспечить поддержку и рекомендации для экологической защиты окружающей среды, энергосбережения и усилий по сокращению выбросов.