Analyysi vaiheittaisen hapensyötön vaikutuksesta AAO-prosessin aerobisella vyöhykkeellä epäpuhtauksien poiston tehokkuuteen
Yleiskatsaus
AAO-prosessi on laajalti käytetty jätevedenkäsittelytekniikka, joka koostuu pääasiassa anaerobisista, hapettomista ja aerobisista vaiheista, jotka toimivat synergistisesti poistaen tehokkaasti epäpuhtauksia jätevedestä. Aerobinen vaihe on kriittinen osa AAO-prosessia, ja hapensyöttötapa vaikuttaa suoraan koko järjestelmän yleiseen toimintatehokkuuteen. AAO-prosessin tehokkuuden lisäämiseksi käytännön sovelluksissa tutkijat ovat ehdottaneet vaiheittaista hapensyöttöjärjestelmää. Perustamalla järjestelmään useita vyöhykkeitä, joissa on erilaiset liuenneen hapen (DO) pitoisuudet, tämän järjestelmän tavoitteena on optimoida aerobisten mikro-organismien metabolinen aktiivisuus ja parantaa epäpuhtauksien poiston tehokkuutta. Siksi AAO-prosessin aerobisella alueella tapahtuvan vaiheittaisen hapensyötön vaikutuksen analysointiin epäpuhtauksien poistoon on merkittävää käytännön arvoa.
Yleiskatsaus vaiheittaisesta hapensyötöstä AAO-prosessin aerobisella alueella
Aerobinen vyöhyke on orgaanisen aineen hapettumisen ja hajoamisen ensisijainen paikka. Vaiheittaisella hapensyötöllä DO-pitoisuuksia eri vyöhykkeillä voidaan säätää joustavasti orgaanisen aineen hajoamisnopeuden ja mikro-organismien hapentarpeen perusteella, mikä varmistaa orgaanisen aineksen tasaisen ja riittävän hajoamisen vyöhykkeillä. Tämä lähestymistapa auttaa parantamaan orgaanisen aineksen poistoa ja vakauttamaan jäteveden laatua. Aerobisella alueella ammoniakkityppi hapettuu nitraatiksi nitrifioivien bakteerien toimesta. Vaiheittainen hapensyöttö varmistaa, että nitrifioivat bakteerit toimivat tehokkaasti sopivissa DO-pitoisuuksissa, jolloin vältetään liian korkeiden tai alhaisten DO-tasojen aiheuttamat haitalliset vaikutukset nitrifikaatioprosessiin. Samanaikaisesti ohjaamalla kierrätyssuhdetta ja sekalipeän pitoisuutta voidaan nitrifikaatioprosessia edelleen optimoida, mikä parantaa ammoniakkitypen poiston tehokkuutta. AAO-prosessi suorittaa samanaikaisesti typen ja fosforin poiston. Porrastetuissa hapensyöttöolosuhteissa aerobisella vyöhykkeellä fosforia-akkumuloivat organismit (PAO:t) voivat absorboida fosforia täysin sopivissa DO-pitoisuuksissa ja saada aikaan fosforinpoiston purkamalla fosforipitoista-lietettä seuraavissa vaiheissa. Samaan aikaan säätämällä toimintaparametreja hapettomilla ja aerobisilla alueilla denitrifikaatioprosessi voidaan optimoida, mikä parantaa typen kokonaispoistotehokkuutta.
Kokeellinen metodologia vaiheittaisen vaikutuksen analysoimiseksi Hapen syöttö epäpuhtauksien poiston tehokkuuteen
Kokeen aikana menetelmiä, kuten ilmastusventtiilin ohjausjärjestelmiä, automaattisia ohjausjärjestelmiä ja puhallinlaitteiden lukumäärää käytettiin säätelemään ilmastuksen voimakkuutta ja siten heijastamaan DO-pitoisuutta. Kokeellisen asennuksen prosessikulku on esitetty kohdassaKuva 1.
Kuten kuvasta 1 näkyy, AAO-järjestelmän aerobinen vyöhyke on jaettu kolmeen alueeseen: pää-, keski- ja hännän osat. Järjestelmän hydraulinen retentioaika (HRT) asetettiin 2 tuntiin. Reaktorin mitat olivat 160 cm × 125 cm × 100 cm (pituus × leveys × korkeus), ja sekalipeän korkeus asetettiin 60 cm:iin. Virtaussuuntaa reaktiosäiliöiden välillä ohjattiin ohjausseinillä ja ohjauslevyillä.
Jätevesinäytteet kerättiin kunnallisen jätevedenpuhdistamon primaarisesta sedimentointisäiliöstä. Jäteveden laatu oli suhteellisen vakaa, ja kaikki asiaankuuluvat indikaattorit olivat standardialueella: TP-pitoisuus vaihteli välillä 3,0 - 5,5 mg/L, TN-pitoisuus 26 - 49 mg/L ja COD 255 - 485 mg/L.
Jokainen aerobinen osa oli varustettu pyörreilmapumpulla ja itsenäisesti konfiguroidulla rei'itetyllä putkijärjestelmällä ilmastusjärjestelmän muodostamiseksi ilmastustoimintoja varten. Järjestelmän käytön aikana jokainen pyörreilmapumppu toimi itsenäisesti ja vakaasti pitäen DO-pitoisuudet välillä 4–5 mg/L, 3–4 mg/L ja 2–3 mg/L. Eri osien DO-pitoisuudet ja jäteveden laatu mitattiin ja analysoitiin, jotta määritettiin erityinen vaikutus epäpuhtauksien poistotehokkuuteen.
3 Analyysi pääosaston DO-pitoisuuden vaikutuksesta epäpuhtauksien poiston tehokkuuteen
3.1 COD-poistotehokkuusanalyysi
Analyysi COD-poistosta AAO-aerobisen vyöhykkeen pääosassa kolmessa eri DO-pitoisuusolosuhteissa osoitti jäteveden COD-arvot 41,2, 40,2 ja 40,8 mg/L poistotehokkuuksien ollessa 91,3 %, 90,5 % ja 90,8 %. Tarkat tiedot näkyvät kohdassaKuva 2.
Data-analyysi osoittaa, että vaikka COD-poistotehokkuus pääosassa vaihteli jossain määrin eri DO-pitoisuuksissa, kokonaisvaihtelu oli minimaalinen eikä osoittanut selvää korrelaatiota. Kun DO-pitoisuus nousi tasolta 2–3 mg/L tasolle 3–4 mg/L, jäteveden COD ja poistoteho laskivat 1,0 mg/l ja 0,8 %. Kuitenkin, kun DO-pitoisuus nousi tasolle 4–5 mg/L, jäteveden COD ja poistoteho kasvoivat 0,6 mg/l ja 0,3 %. Erilaiset DO-pitoisuudet eivät merkittävästi vaikuttaneet COD-poistotehokkuuteen.
3.2 TN-poistotehokkuusanalyysi
TN:n poiston analyysi pääosassa osoitti jäteveden TN-pitoisuuksiksi 12,8, 12,3 ja 13,1 mg/l kolmessa DO-olosuhteessa poistumisnopeuden ollessa 68,0 %, 66,8 % ja 67,7 %.
Data-analyysi osoittaa, että TN-poistotehokkuus pään osassa vaihteli jossain määrin eri DO-pitoisuuksissa, mutta kokonaisvaihtelu oli minimaalinen eikä osoittanut selvää korrelaatiota. Siten voidaan päätellä, että erilaiset DO-pitoisuudet eivät merkittävästi vaikuttaneet TN-poistotehokkuuteen.
3.3 TP-poistotehokkuusanalyysi
TP:n poiston analyysi pääosassa osoitti jäteveden TP-pitoisuudet 0,60, 0,51 ja 0,48 mg/l kolmessa DO-olosuhteessa poistumisnopeuden ollessa 88,1 %, 90,7 % ja 91,7 %.
Data-analyysi osoittaa, että TP-poistotehokkuus pääosassa vaihteli DO-konsentraation mukaan. Kasvava DO-pitoisuus alensi jäteveden TP-pitoisuutta ja paransi entisestään poistotehokkuutta. Siten voidaan päätellä, että DO-pitoisuustasolla 4–5 mg/L saavutettiin suhteellisesti suurin poistotehokkuus.
Kattava analyysi viittaa siihen, että pääosan DO-pitoisuuden asettaminen tasolle 4–5 mg/l johtaa korkeampaan fosforinottotehokkuuteen.
4 Analyysi keskiosan DO-pitoisuuden vaikutuksesta epäpuhtauksien poiston tehokkuuteen
4.1 COD-poistotehokkuusanalyysi
Keskiosan COD-poiston analyysi osoitti jäteveden COD-arvot 39,9, 38,9 ja 40,4 mg/l kolmessa DO-olosuhteessa poistotehokkuuden ollessa 91,0 %, 90,9 % ja 91,2 %. Tarkat tiedot näkyvät kohdassaKuva 3.
Tietojen analyysi osoittaa, että vaikka COD-poistotehokkuus keskiosassa vaihteli jossain määrin eri DO-pitoisuuksissa, kokonaisvaihtelu oli minimaalinen eikä osoittanut selvää korrelaatiota. Kun DO-pitoisuus nousi tasolta 2–3 mg/L tasolle 3–4 mg/L, jäteveden COD ja poistoteho laskivat 1,0 mg/l ja 0,1 %. Kuitenkin kun DO-pitoisuus nousi tasolle 4–5 mg/L, jäteveden COD ja poistoteho kasvoivat 0,5 mg/l ja 0,3 %. Erilaiset DO-pitoisuudet eivät merkittävästi vaikuttaneet COD-poistotehokkuuteen.
4.2 TN-poistotehokkuusanalyysi
TN:n poiston analyysi keskiosassa osoitti jäteveden TN-pitoisuuksiksi 13,8, 13,0 ja 12,9 mg/l kolmessa DO-olosuhteissa poistumisnopeuden ollessa 62,5 %, 66,3 % ja 66,4 %. Vertailun vuoksi DO-pitoisuustasot 3–4 mg/L ja 4–5 mg/L johtivat parempaan TN:n poistotehokkuuteen.
4.3 TP-poistotehokkuusanalyysi
TP:n poiston analyysi keskiosassa osoitti jäteveden TP-pitoisuuksiksi 0,57, 0,52 ja 0,46 mg/l kolmessa DO-olosuhteissa poistumisnopeuden ollessa 88,5 %, 90,8 % ja 91,5 %. Vertailun vuoksi DO-pitoisuustasot 3–4 mg/l ja 4–5 mg/l johtivat parempaan TP:n poistotehokkuuteen.
Kattava analyysi viittaa siihen, että asettamalla keskiosan DO-pitoisuus tasolle 3–4 mg/L saavutetaan korkeampi epäpuhtauksien poistotehokkuus.
Analyysi hännän jakson DO-pitoisuuden vaikutuksesta epäpuhtauksien poiston tehokkuuteen
5.1 COD-poistotehokkuusanalyysi
COD-poiston analyysi häntäosassa osoitti poistotehokkuuden 91,8 % kaikissa kolmessa DO-konsentraatioolosuhteessa. Erilaiset DO-pitoisuudet eivät merkittävästi vaikuttaneet COD-poistotehokkuuteen.
5.2 TN-poistotehokkuusanalyysi
TN:n poiston analyysi häntäosassa osoitti jäteveden TN-pitoisuudet 11,5, 12,7 ja 13,4 mg/l kolmessa DO-olosuhteessa poistumisnopeuden ollessa 72,7 %, 67,9 % ja 66,5 %. Vertailun vuoksi DO-pitoisuustaso 2–3 mg/L johti parempaan TN:n poistotehokkuuteen.
5.3 TP-poistotehokkuusanalyysi
TP:n poiston analyysi häntäosassa osoitti, että kun DO-pitoisuus oli alle 2,0 mg/l, poistoteho ei ylittänyt 96 %. Tässä kokeessa poistonopeus kaikissa kolmessa DO-olosuhteessa oli 90 %, ja jäteveden pitoisuudet täyttivät ensisijaisen standardin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että asettamalla DO-pitoisuus hännän osassa tasolle 2–3 mg/L saavutetaan korkeampi epäpuhtauksien poistoteho.
Johtopäätös
AAO-prosessin aerobisen vyöhykkeen vaiheittaisen hapensyötön spesifisen vaikutuksen epäpuhtauksien poistotehokkuuteen selvittämiseksi aerobinen vyöhyke jaettiin tutkimuksen aikana pää-, keski- ja hännän osiin. Näiden osien COD-, TN- ja TP-poistotehokkuuksien analyysi yhdistettynä tutkimustuloksiin osoittaa, että asettamalla DO-pitoisuustaso kolmella aerobisella vyöhykkeellä arvoihin 4–5 mg/L, 3–4 mg/L ja 2–3 mg/l, saavutetaan parempi yleinen epäpuhtauksien poistotehokkuus. Tämä lähestymistapa voi tarjota tukea ja viittausta ekologiseen ympäristönsuojeluun, energiansäästöön ja päästöjen vähentämiseen.