Анализ эффективности удаления загрязняющих веществ из сточных вод с использованием модифицированной системы ААО
Обзор
Анаэробный-бескислородный-кислородный (AAO или A²/O)Этот процесс представляет собой широко распространенную технологию биологической очистки сточных вод, предназначенную для одновременного удаления органического углерода, азота и фосфора. Он состоит из трех взаимосвязанных зон:
- Анаэробная зона: При недостатке кислорода и нитратов факультативные бактерии расщепляют органические соединения, выделяя фосфор.
- Бескислородная зона: Денитрифицирующие бактерии используют органический углерод в качестве донора электронов для восстановления нитратов/нитритов (возвращенных из кислородной зоны) в газообразный азот, обеспечивая удаление азота.
- Кислородная зона: Аэробные микроорганизмы окисляют оставшиеся органические вещества и способствуют нитрификации (преобразование аммиака в нитраты), тогда как организмы, накапливающие фосфор-, поглощают фосфаты.
В области очистки сточных вод, хотя традиционная система AAO может удалять загрязняющие вещества из сточных вод, все более сложный состав сточных вод привел к определенному снижению эффективности очистки процесса AAO. Чтобы обеспечить уровень применения и эффективность процесса AAO,необходимо провести конкретные исследования модифицированных систем, что имеет важное практическое значение для соответствующих предприятий и ведомств в повышении качества их работы.
Модифицированная система AAO
1. Основные принципы системы AAO
Если взять в качестве примера систему очистки сточных вод AAO на конкретной станции очистки сточных вод, то существующая система представляет собойобычный процесс AAO, в основном состоящий из четырех компонентов:анаэробный резервуар, аэробный резервуар, бескислородный резервуар и вторичный отстойник, как подробно описано вРисунок 1.
В традиционной системе ААО микроорганизмы растут и метаболизируются в различных условиях окружающей среды. Благодаря взаимодействию различных микробных сообществ эффективное удаление загрязняющих веществ достигается с помощью химических реакций, таких как аммонификация, нитрификация и денитрификация, которые значительно удаляют органические загрязнители.
Обычная система AAO предлагает такие преимущества, как низкие технические затраты, простота эксплуатации и короткое время гидравлического удержания (HRT). Однако он также страдает недостатками, в том численизкая эффективность удаления фосфораистрогие требования к возрасту осадка и конструкции источника углерода, что затрудняет соблюдение ожидаемых стандартов в некоторых проектах по удалению загрязнителей сточных вод.
2. Анализ конструкции модифицированной системы AAO.
На основе предыдущих исследований в традиционную систему AAO были внесены улучшения, в первую очередь с упором на анаэробный резервуар.модифицированная анаэробная резервуарная системасостоит из трех частей:зона смешивания осадка-воды, зона разделения воды осадка-и зона среды, как показано наРисунок 2.
Вмодифицированная система ААО (Рисунок 3), зона смешивания воды с осадком- и зона среды имеют одинаковые размеры (длина 15 см × ширина 20 см × высота 60 см), каждая с эффективным объемом 9 л. Гидравлическое время удерживания (HRT) как для зоны ила, так и для зоны среды составляет 2 часа.
3. Анализ эффективности удаления ХПК в модифицированной системе AAO.
Был проанализирован эффективность удаления химической потребности в кислороде (ХПК) модифицированной системы ААО. Когда ХПК входящих сточных вод составлял 447 мг/л, ХПК сточных вод с анаэробной стадии составлял примерно 147 мг/л, а ХПК конечных сточных вод составлял 42 мг/л, что соответствует стандарту сброса класса А. Эффективность удаления ХПК на ранней анаэробной стадии была нестабильной, со значительными колебаниями и относительно низкими уровнями взвешенных веществ в смешанной жидкости (MLSS). Однако,через 7 дней уровень удаления стабилизировался на уровне 94%.. Анаэробная стадия в первую очередь удаляет загрязняющие вещества посредством микробного разложения и разбавления обратным холодильником, демонстрируя эффективное удаление загрязняющих веществ.
С помощью программного обеспечения Minitab эффективность удаления модифицированной и обычной систем AAO сравнивали с помощью независимого t-тестового анализа образцов, результаты показаны на рис.Рисунок 4.
При доверительном интервале 95 % значение t- составляло 0,26, а значение p- составляло 0,605.. Анализ данных не выявил существенной разницы в средней скорости удаления между двумя системами. Модифицированная система AAO показала относительно высокую вариабельность эффективности удаления ХПК, в первую очередь из-за различий в данных на ранних-этапах, включая этап акклиматизации.В целом модифицированная система AAO продемонстрировала эффективное удаление ХПК..
4. Анализ эффективности удаления аммиачного азота в модифицированной системе ААО.
Анализировали эффективность удаления аммиачного азота (NH₃-N). Когда концентрация входящего NH3-N составляла 36 мг/л, выходящая NH3-N с анаэробной стадии составляла приблизительно 19 мг/л. На ранней стадии концентрация сточных вод была относительно высокой, а эффективность удаления значительно колебалась. Однако,после 12 дней акклиматизации процент удаления увеличился примерно до 81%., с нитрифицирующими бактериями в логарифмической фазе роста.Впоследствии уровень удаления стабилизировался, достигнув в среднем 93%., с концентрацией NH₃-N в сточных водах 4 мг/л, что соответствует стандарту сбросов класса А.
При доверительном интервале 95 % значение t- составляло 3,41, а значение p- составляло 0,998.. Анализ данных не выявил существенной разницы в средней скорости удаления между двумя системами. Модифицированная система AAO показала относительно высокую вариабельность эффективности удаления NH₃-N, в первую очередь из-за различий в данных на ранней-стадии, включая фазу акклиматизации.В целом модифицированная система AAO продемонстрировала эффективное удаление NH₃-N..
5. Анализ эффективности удаления общего фосфора и общего азота в модифицированной системе AAO.
5.1 Общая эффективность удаления фосфора
Анализировали эффективность удаления общего фосфора (TP). Когда концентрация ТФ в притоке составляла 3,6 мг/л, требовался 11-дневный период акклиматизации. Концентрация TP в сточных водах всей системы достигла 2,8 мг/л, тогда как концентрация TP в сточных водах анаэробной стадии составила 4,2 мг/л, что указывает на значительное высвобождение фосфора. После акклиматизации эффективность удаления TP заметно улучшилась: концентрация TP в сточных водах анаэробной стадии снизилась до 2,7 мг/л, а эффективность удаления достигла 17%.На более позднем этапе скорость удаления ТФ стабилизировалась выше 60%, а концентрация ТФ в стоках приблизилась к 0,5 мг/л., соответствующий стандарту разряда класса B.
Сравнение двух систем показало, что модифицированная система AAO требует начального периода акклиматизации с относительно низкой эффективностью удаления. Однако после акклиматизацииее эффективность удаления TP значительно улучшилась, продемонстрировав повышенную эффективность по сравнению с традиционной системой AAO.
5.2 Общая эффективность удаления азота
Анализировали эффективность удаления общего азота (TN). Когда концентрация TN в притоке составляла 34 мг/л, концентрация TN в стоках анаэробной стадии составляла примерно 18 мг/л. На ранней стадии концентрация сточных вод была относительно высокой, а эффективность удаления значительно колебалась.Через 10 дней акклиматизации скорость удаления ТН увеличилась до 68% при концентрации в стоках 9 мг/л., соответствующий стандарту разряда класса А.
При доверительном интервале 95 % значение t- составляло 0,72, а значение p- — 0,753.. Анализ данных не выявил существенной разницы в средней скорости удаления между двумя системами. Модифицированная система AAO показала относительно высокую вариабельность эффективности удаления TN, в первую очередь из-за различий в данных на ранних-этапах, включая этап акклиматизации.В целом модифицированная система AAO продемонстрировала эффективное удаление TN..
Заключение
Таким образом, модифицированная система AAO демонстрирует надежную эффективность в удалении основных загрязнителей сточных вод-ХПК, аммиачного азота, общего азота и общего фосфора-соответствуя стандартам сброса класса A или B после короткого периода акклиматизации.
Хотя статистический анализ (t-критерий, значение p-) не выявил существенной разницы в средней эффективности удаления по сравнению с традиционной системой, модифицированная конструкция продемонстрировала более высокую стабильность и улучшение результатов лечения с течением времени, несмотря на большую вариабельность данных во время первоначальной эксплуатации. Усовершенствования, особенно в анаэробной зоне с оптимизированными зонами смешивания, разделения и среды, способствуют повышению устойчивости и эффективности процесса.
Эти выводы подчеркиваютпотенциал модифицированных систем AAO для эффективного решения проблем со сложным составом сточных вод, поддерживая их практическое применение для модернизации существующей инфраструктуры очистки.