Tekniset perusteet ja matalan{0}}kuorman tuuletusaltaan toiminnan hallinta
1. Yleiskatsaus
1.1 Puhaltimen ilmastusaltaiden toimintaperiaate
Kiinassa yleisesti käytetty puhallinilmastus sisältää pääasiassa haja-, spiraali- ja mikrohuokoisia ilmastustyyppejä. Ilmastusallas käsittää tyypillisesti ilmastusjärjestelmän, altaan rakenteen ja tulo/poistoaukot, jotka toimivat avainrakenteena aktiivilietteen jäteveden käsittelyssä. Yleisimmät ilmastusmenetelmät ovat mekaaninen ja puhallinilmastus. Puhaltimen ilmastusjärjestelmät koostuvat yleensä erikoisilmastimista ja puhaltimista. Altaat on usein jaettu useisiin osastoihin, joista jokainen pystyy syöttämään itsenäisesti. Jätevesi tulee altaaseen ja poistuu vastakkaisesta päästä. Tämän prosessin aikana ilma johdetaan kompressorien kautta altaan pohjassa oleviin diffuusoreihin ja vapautuu kuplina.
1.2 Puhallinilmastusaltaiden aiheeseen liittyvä tutkimus
Cheng Dandan et ai. havaitsi, että Kiinan kunnallisissa jätevedenpuhdistamoissa (WWTP) ilmastuspuhaltimet kuluttavat noin 60 % kokonaisenergiasta. Ilmastusjärjestelmän integrointi älykkään PID{3}}-silmukan liuenneen hapen (DO) ohjauksella ja puhaltimen
Liu Xiaoqi et ai. käytti hajavirtausilmastimia lisätäkseen jäteveden happipitoisuutta käsittelyn aikana ja samalla alentaen energiankulutusta. Tällä saavutettiin myös tasainen veden-ilman sekoittuminen ja jakautuminen, mikä pienensi ilmastimen asennuksen tarkkuusvaatimusta.
Chang Kai et ai. paransi tavanomaisen ilmastusallasjärjestelmän suorituskykyä muuttamalla alkuperäistä ilmankeräystilaa. He korvasivat perinteiset mikrohuokoiset ilmastimet korkean happi-siirtotehoisilla silikonilevymikrohuokoisilla ilmastimilla ja korvasivat yksi-suoravirtaus--ilmastusaltaat kolmella-käytävällä serpentiinivirtausaltaalla. Tarkka ilmanvaihdon hallinta paransi järjestelmää entisestään ja ratkaisi suuren energiankulutuksen, alhaisen hyötysuhteen ja huonon massansiirron perinteisissä puhaltimen ilmastusmenetelmissä.
1.3 Puhaltimen ilmastusaltaiden operatiivinen hallinta
Puhaltimen ilmastusaltaita käytetään laajalti jäteveden käsittelyssä. "Erillisen jätevirtojen erillisen käsittelyn" periaatteen mukaisesti tietyn jätevedenpuhdistamon suolaisen jäteveden käsittelyyksikkö käsittelee ensisijaisesti sähköistä suolanpoistojätevettä ilmakehän -tyhjiötislauksesta, puhdistettua vettä, alkyloinnin neutralointijätevettä sekä jonkin verran supernatanttia ja suolapitoista jätevettä. Tässä yksikössä on kolmivaiheinen biologinen käsittelyjärjestelmä, jossa puhaltimen ilmastusallas on toissijainen vaihe. Sen keskimääräinen kemiallinen hapenkulutus (COD) on jatkuvasti alle 100 mg/l, mikä luokittelee sen alhaisella-kuormituksella toimivaksi aktiivilieteprosessiksi. Laitteiden päivitysten lisäksi optimaalisen toiminnan ylläpitäminen vaatii huolellista valvontaa ja prosessiparametrien säätämistä.
2. Laitteiston yleiskatsaus
2.1 Suolaliuoksen jätevedenkäsittelyyksikön prosessivirtaus
Yksikössä käytetään "tasaus + öljyn erotus + kaksi-vaiheinen vaahdotus + kolmi-vaiheinen biologinen käsittely" -prosessia, jossa käsitelty jätevesi lähetetään kiillotusyksikköön. Öljynerottimessa on yhdistetty vaakavirtaus ja kalteva levyrakenne. Kahdessa vaahdotusvaiheessa käytetään Vortex Cavitation Air Flotation (CAF) ja Partial Reflux Pressurized Dissolved Air Flotation (DAF), vastaavasti. Kolme biologista vaihetta ovat peräkkäin: Pure Oxygen Aeration Tank III, Blower Aeration Tank ja Secondary Biochemical Tank (EM-}BAF). Prosessin kulku näkyy kuvassaKuva 1.
2.2 Puhaltimen ilmastusaltaan kuvaus
Puhallinilmastusallas on uusittu laitos, joka on alun perin rakennettu vuonna 1995 osaksi öljyisen jäteveden käsittelylaitosta. Se käyttää perinteistä tulppa{2}}virtausilmastusrakennetta, jonka tehollinen tilavuus on 3 888 m³ ja nykyinen hydraulinen retentioaika (HRT) noin 17,6 tuntia. Allas toimii kahdessa rinnakkaisessa junassa, joissa kummassakin on neljä osastoa. Pohjaan on asennettu ilmastimet, jotka toimitetaan keskipakopuhaltimilla tuottamaan happea aktiivilietteen aineenvaihduntaan. Se on myös varustettu kahdella toissijaisella selkeyttimellä (Φ18m x 5m).
Kolmivaiheisessa{0}}biologisessa järjestelmässä:
- Vaihe 1 (Pure Oxygen Aeration Tank III): Ensisijainen toiminto on COD-poisto.
- Vaihe 2 (puhaltimen ilmastussäiliö): Ensisijainen tehtävä on ammoniakkitypen (NH₃-N) poisto, toissijainen tehtävä on COD:n lisäpoisto.
- Vaihe 3 (toissijainen biokemiallinen säiliö - EM-BAF): Kiillottaa edelleen jäteveden COD- ja NH₃-N-arvoja, mikä varmistaa lopullisen vedenlaadun.
2.3 Puhaltimen ilmastusaltaan tulo- ja jäteveden laatu
Puhaltimen ilmastusallas tulee Pure Oxygen Aeration Tank III -säiliöstä, jonka saasterajat: CODcr pienempi tai yhtä suuri kuin 300 mg/L, NH₃-N pienempi tai yhtä suuri kuin 30 mg/L, suspendoituneet kiintoaineet (SS) pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mg/l.
Sen jätevesi syöttää toissijaista biokemiallista säiliötä rajoituksin: CODcr pienempi tai yhtä suuri kuin 120 mg/l, NH₃-N pienempi tai yhtä suuri kuin 30 mg/l, SS pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mg/l.
Toissijaisen biokemiallisen säiliön lopullisen jäteveden on täytettävä: CODcr pienempi tai yhtä suuri kuin 70 mg/l, öljy enintään 5 mg/l, NH₃-N pienempi tai yhtä suuri kuin 3 mg/l.
Koko vuoden 2021 altaan keskimääräinen sisäänvirtaava CODcr oli 67,094 mg/L ja keskimääräinen NH₃-N oli 23,098 mg/L, jotka molemmat täyttivät suunnitteluvaatimukset. Huomattavasti alhainen COD johti kuitenkin aktiivilietteen hiilenlähteen puutteeseen, mikä vaikutti sen normaaliin aineenvaihduntaan. Sitä vastoin riittävä ammoniakkityppi ja alhainen orgaanisten epäpuhtauksien pitoisuus sekalipeässä suosivat nitrifikaatiota, joka eteni tehokkaasti.
3. Toimintaan vaikuttavat tekijät ja valvontatoimenpiteet
3.1 Pienen sisäänvirtauskuorman ja lietteen ikääntymisen vaikutus
Kun sisäänvirtaava COD oli 67,094 mg/L-alle sekä suunnittelurajan (alle tai yhtä kuin 300 mg/L) että mikrobien hiilen tarpeen (noin . 100 mg/l BOD₅)-aktiiviliete kärsi hiililähteen puutteesta. Alhainen kuormitus johti hitaaseen lietteen kasvuun, mikä teki sen alttiiksi ikääntymiselle ja löysän rakenteen muodostumiselle. Ikääntynyt, kuollut liete muodosti vaahtoa, joka kelluu toissijaisen selkeyttimen pinnalla. Koska vaahdonkeräyslaitteita ei ollut, tämä vaahto virtasi ulos jäteveden mukana, mikä aiheutti sameutta, ylitti COD- ja SS-rajat ja ylikuormitti alavirran toissijaista biokemiallista säiliötä, mikä vaikutti sen lopulliseen jäteveden laatuun.
Vastatoimi: Käyttöryhmä kontrolloi MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) -pitoisuutta. Käytettäessä 1000 ml:n mittasylinteriä 30 minuutin Sludge Volume Index (SVI) -testiin, ne säilyttivät SVI:n noin 20 %:ssa, mikä vastaa noin 2 g/l:n MLSS:ää. Tämä tasapainoinen epäpuhtauksien poistotehokkuus estää lietteen vanhenemisen, kellumisen ja veden laadun heikkenemisen. Lietteen hidas kasvu merkitsi vähäistä ja harvoin lietteen hukkaa, mikä mahdollisti nitrifioivien bakteerien viipymäajan, joka ylitti niiden vähimmäistuotantoaikansa, mikä edelleen edisti nitrifikaatiota.
3.2 Liuenneen hapen (DO) kontrollin vaikutus
Aktiivilietteen mikro-organismit ovat pääasiassa aerobisia, ja ne vaativat tyypillisesti DO:ta 1-3 mg/l. Yritysstandardit asettavat perinteisten tulppavirtausilmastusaltaiden DO-alueen arvoksi 2–4 mg/l, ja nitrifikaatio vaatii DO:ta yleensä vähintään 2,0 mg/l. Nykyinen alhainen sisäänvirtauskuormitus ja entisestään alentunut MLSS-pitoisuus alensivat DO:n kysyntää, mikä teki ohjauksesta haastavaa. Täyden sekoittumisen ylläpitäminen nosti usein DO:n yli 4 mg/L, kun taas DO:n säätäminen tavoitealueella johti joskus riittämättömään sekoitukseen joillakin alueilla, mikä aiheutti lietteen laskeutumista.
Lisäksi korkea DO nopeuttaa orgaanisen aineen hajoamista, mikä pahentaa lietteen ikääntymistä. Siksi käytännössä DO:ta säädellään noin 3 mg/l. Lisäksi kaikkia ilmaventtiilejä säädetään noin kuukausittain sekoituksen tasaisuuden parantamiseksi, lepotilan flokkien aktivoimiseksi uudelleen ja aktiivisen biomassan ylläpitämiseksi.
3.3 Veden lämpötilan vaikutus
Lämpötila vaikuttaa merkittävästi mikrobien toimintaan. Sopivat lämpötilat edistävät aktiivisuutta, kun taas alhaiset lämpötilat estävät tai vähentävät sitä, ja korkeat lämpötilat voivat muuttaa fysiologiaa tai aiheuttaa kuoleman. Tässä järjestelmässä termofiiliset bakteerit ovat tärkeimmät toiminnalliset ryhmät. Järjestelmän turvallisuuden vuoksi lämpötila pidetään tyypillisesti välillä 15–35 astetta, vaikka sopiva alue on 10–45 astetta. Yli 30 astetta voi denaturoida nitrifioijaproteiineja ja vähentää niiden aktiivisuutta. Aktiiviliete sisältää sekä COD{10}}hajoavia että nitrifioivia bakteereja, ja nitrifikaatiolla on kapeampi optimaalinen alue 5–30 astetta.
Suolapitoinen jätevesi sisältää korkean{0}}lämpötiloja. Aikaisemmat tapahtumat sisälsivät peräkkäisiä päiviä yli 40 asteen tulolämpötilan, mikä johti lietteen hajoamiseen, COD-hajottajien ja nitrifikaattoreiden kuolemaan ja järjestelmän romahtamiseen. Myöhemmin tasaussäiliön poistovesilinjaan asennettiin lämpömittari, joka valvoo tiukasti poistolämpötilaa, joka ei ylitä 40 astetta, mikä täyttää lietteen lämpötilavaatimukset. Vastaavia nitrifikaatioon vaikuttavia tapauksia ei tapahtunut vuonna 2021.
3.4 Alkaliteetin vaikutus
Asiaankuuluvien yritysstandardien mukaan käytettäessä aktiivilietettä ammoniakin poistoon sisään tulevan kokonaisalkaliteetin ja ammoniakkitypen suhteen ei tulisi olla pienempi kuin 7,14; muussa tapauksessa alkalisuutta on täydennettävä. Suunniteltu NH₃-N-arvo on 30 mg/L ja todellinen keskiarvo 23,098 mg/L, vaadittu kokonaisalkalisuus on vähintään 214,2 mg/L. Tällä hetkellä sisään tulevan emäksisyys on riittämätön, mikä vaatii päivittäistä kalsinoidun soodan (Na2CO3) lisäystä prosessin vaatimusten täyttämiseksi.
3.5 pH:n ja myrkyllisten aineiden vaikutus
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 tai<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerobinen mikrobiaineenvaihdunta voi puskuroida kohtalaisesti pH-muutoksia. Esimerkiksi typpiyhdisteiden käyttö voi alentaa pH:ta nitrifikaation aikana, kun taas dekarboksylaatio tuottaa alkalisia amiineja nostaen pH:ta. Tämä mahdollistaa pitkäaikaisen -tottumuksen lievästi happamaan/emäksiseen jäteveteen. Jäteveden emäksisyys auttaa myös estämään pH:n laskua.
Kuitenkin jyrkät pH-muutokset (esim. äkillinen alkalinen virtaus happamaan järjestelmään) vaikuttavat merkittävästi mikrobeihin ja voivat häiritä toimintaa. Siksi neutraloinnin tarve riippuu tapauksesta. Pienet, tasaiset pH-vaihtelut, erityisesti heikkojen happojen/emästen kanssa, eivät välttämättä vaadi neutralointia. Suuremmat vaihtelut edellyttävät pH:n säätämistä neutraaliin.
Nitrifioivat bakteerit ovat erittäin pH{0}}herkkiä, ja niiden nitrifikaatio on optimaalinen pH-arvossa 7,2–8,0, kun taas yleiset mikrobit pitävät parempana arvoa 6,5–8,5. Tietyissä teollisuusjätevesissä myrkyllisten aineiden tyypit ovat usein kiinteät, mutta pitoisuudet ja päästömäärät vaihtelevat. Tasaamisen lisäksi sisään tulevan myrkyllisten aineiden tasoja on seurattava ja valvottava. Lietteen totuttelun jälkeen tulee määrittää sisäänvirtauksen enimmäispitoisuusraja sopeutumisasteen ja käyttökokemuksen perusteella. Pitkittynyt ylitys edellyttää toimenpiteitä, kuten sisäänvirtauksen vähentämistä, lietteen kierrätyksen lisäämistä tai hapetuksen lisäämistä mikrobimyrkytyksen ja hoidon epäonnistumisen estämiseksi. Tällä hetkellä altaan tulovedestä ei ole havaittu myrkyllisiä mikrobimyrkytys aiheuttavia aineita.
3.6 Vaikuttavien iskukuormien vaikutus
Sisääntuleva COD pysyy vakaasti alhaisena pienin vaihteluin, ja NH₃-N ja kokonaistyppi (TN) pysyvät myös suhteellisen vakailla alueilla pitkiä aikoja. Nitrifioijakanta pysyy suhteellisen kiinteänä. Kuitenkin niiden hitaan kasvunopeuden vuoksi äkillinen, merkittävä sisäänvirtaavan NH₃-N:n tai TN:n kasvu voi kyllästää altaan poistokapasiteetin, mikä heikentää jäteveden NH₃-N:n ja TN:n laatua.
Teoreettisesti mikrobien N- ja P-tarve noudattaa BOD5:N:P-suhdetta 100:5:1. N- ja P-pitoisuudet vaihtelevat kuitenkin suuresti teollisuusjätevesityypin mukaan. Jotkut jätevedet sisältävät runsaasti N- ja P-pitoisuuksia, ja ne on poistettava standardien täyttämiseksi. Toiset ovat puutteellisia, ja ne edellyttävät lisäravintoa aineenvaihdunnan rajoittamisen välttämiseksi. Käyttöaltaissa, joissa käsitellään matalan N/P-jätevettä, noin 10 mg/l NH₃-N ja 5 mg/l fosfaattia voivat täyttää mikrobitarpeet. Pitkittyneet näiden alapuolella olevat tasot vaativat lisättyä N/P-annosta.
Päivittäinen käyttö edellyttää NH₃-N:n ja TN:n tarkkaa seurantaa kaikissa tulovirroissa ja tasaussäiliön jätevesissä sekä säätösäiliöiden kierrätysvirroissa, jotta estetään alavirran kiillotusyksikön ylikuormittaminen ja lopullisen poistoveden turvallisuuden vaarantaminen.
4. Johtopäätös
Puhaltimen ilmastusallas, joka on suolaisen jäteveden käsittelyyksikön ydinnitrifikaatioreaktori, edellyttää veden lämpötilan, sisäänvirtaavan NH₃-N:n ja TN:n tarkkaa päivittäistä seurantaa. MLSS-pitoisuuden tiukka valvonta, DO:n pitäminen noin 3 mg/l:ssa ja riittävän alkaliteetin lisäämisen varmistaminen ovat välttämättömiä. Näillä optimoiduilla toimenpiteillä järjestelmä toimii vakaasti erinomaisella jäteveden laadulla: keskimääräinen COD 54,213 mg/L, NH₃-N 9,678 mg/L ja SS 23,849 mg/L, mikä täyttää täysin toissijaisen biokemiallisen säiliön vaatimukset. Jatkuva testaus, yhteenveto ja optimointi useista näkökohdista ovat myös tärkeitä laitteiden luotettavuuden ja järjestelmän käsittelyn tehokkuuden varmistamiseksi.