Modifioidun AAO-prosessin soveltaminen hiilikaivosten kotitalousjätevesien käsittelyyn
Hiilikaivoksissa kotitalousjätevedet ovat peräisin pääosin henkilökunnan ruokaloista, asuntoloista, toimistoista, pesutuvista ja kylpyhuoneista, joiden kokonaismäärästä yli 55 % on uimaviemäröintiä. Uimaveden virtaus on suhteellisen keskittynyttä, mikä johtaa merkittäviin virtausvaihteluihin. Kylpyvesien viemäröinti eroaa huomattavasti tyypillisestä talousjätevedestä, jolle on ominaista pienempi orgaaninen pitoisuus ja korkeampi suspendoitunut kiintoaine (SS). Sen porrastettu virtauskuvio muiden jätevesivirtojen kanssa vaikuttaa merkittävään vedenlaadun vaihteluun.
Suurin osa Kiinan hiilikaivoksista sijaitsee syrjäisillä alueilla, joilla lietteen kuljetuskustannukset ovat korkeat. Siksi tulee valita käsittelyprosessit, joilla on pienempi lietteen saanto. Kun kaivokset kehittyvät ja henkilöstömäärä kasvaa, jäteveden virtaus ylittää usein alkuperäisen suunnitellun kapasiteetin, mikä edellyttää prosesseja, jotka mukautuvat vahvasti veden laadun ja määrän muutoksiin saman jalanjäljen sisällä. Yhä tiukentuvissa ympäristöpolitiikoissa, jotka edellyttävät käsitellyn jäteveden täyttä uudelleenkäyttöä ilman päästöjä, prosessien on tuotettava korkea ja vakaa jätevesien laatu.
Tällä hetkellä AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic) -prosessi on suositeltu valinta kunnallisessa jätevedenkäsittelyssä. Tässä artikkelissa analysoidaan muunnetun AAO-prosessin (AAO + Suspended Carrier Process) soveltamisen tehokkuutta hiilikaivosten kotitalouksien jätevesille sen ainutlaatuisten ominaisuuksien perusteella.
1. Muokattu AAO-prosessi
AAO-prosessi on yksinkertaisin virtauskonfiguraatio typen ja fosforin samanaikaiseen poistoon. Rihmabakteerit eivät voi lisääntyä laajasti vaihtelevissa anaerobisissa, hapettomissa ja aerobisissa olosuhteissa, mikä estää lietteen bulkkia. Se ei vaadi kemiallista lisäystä, vain hellävaraista sekoittamista anaerobisissa ja hapettomissa säiliöissä, mikä johtaa alhaiseen käyttökustannuksiin. Lietteessä on korkea fosforipitoisuus, mikä antaa sille hyvän lannoitearvon.
However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200%, tämä sisäinen kierrätys kuluttaa merkittävästi energiaa. Toissijaiseen selkeyttimeen tulevan jäteveden on säilytettävä tietty liuenneen hapen (DO) taso anaerobisten olosuhteiden ja fosforin vapautumisen estämiseksi, mutta ei kuitenkaan liian korkea, jotta se ei häiritse denitrifikaatiota hapettomassa säiliössä kierrätetyn sekalipeän kautta.
Modified AAO -prosessi (AAO + Suspended Carrier Process) vähentää tehokkaasti näitä haittoja. Se lisää mikrobien massaa biologisissa säiliöissä, tehostaa tilavuuskuormitusta, saavuttaa täydellisen hydraulisen retentioajan (HRT) ja lietteen retentioajan (SRT) erottamisen, vahvistaa vastustuskykyä hydraulisia ja orgaanisia iskukuormituksia vastaan, tuottaa hyvän jäteveden laadun myös vähähiilisellä lähteellä, tuottaa vähemmän ja vakaampaa lietteen käsittelykapasiteettia (lietteen vähentäminen). Jätevesi voi täyttää "The Reuse of Urban Recycling Water-Water Quality Standard for Urban Miscellaneous Water" (GB/T 18920-2020) ja "Code for Design of Coal Preparation Engineering" (GB 50359-2016) kivihiilen pesua koskevat veden laatustandardit. Hou Feng et ai. sovelsi AAO+suspended carrier -prosessia maanalaisessa jätevedenkäsittelylaitoksessa saavuttaen luokan 1A standardit "Yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden epäpuhtauksien poistostandardissa" (GB 18918-2002) ja avainindikaattoreiden (COD, BOD5, NH3-N, TP) saavuttaen pintaveden laatustandardit GB Viron IV luokkaa kohti. 3838-2002). Hao Ruigang et ai. käytti "A/O-biokontaktihapetusta + rei'itettyä pyörreflokkulaatiota + kaltevaa putkisedimentaatiota + aktiivista hiekkasuodatusta" hiilikaivoksen kotitalouksien jätevesilaitoksen laajennuksessa, jolloin jäteveden laatu oli parempi kuin luokka 1A. Yan Ziyu et ai. saavutti myös hyviä tuloksia käyttämällä biofilmiprosesseja nykyisten hiilikaivoksen kotitalouksien jätevesien käsittelyssä. Modified AAO -prosessi mahdollistaa kapasiteetin lisäämisen ja jäteveden laadun parantamisen olemassa olevissa laitoksissa pienin muutoksin.
Tämä prosessi sisältää suspendoituneiden kantoaineiden lisäämisen hapettomiin ja aerobisiin säiliöihin, mikä yhdistää aktiivilietteen ja biofilmiprosessien edut. Siinä on suuri tilavuuskuormitus, suuri biomassa, korkea käsittelyteho, vahva sopeutumiskyky 水质和水量的变化, parannettu prosessin vakaus ja hyvä ravinteiden poisto. Se muodostaa pitkälle erikoistuneita aktiivisia biofilmejä, mikä lisää tehokkuutta reaktoritilavuutta ja stabiilisuutta kohden, mikä mahdollistaa pienempien reaktorien käytön. Sloughing biofilmiliete sisältää enemmän alkueläimiä/metaeläimiä, sillä on suurempi tiheys ja suurempi hiukkaskoko, mikä johtaa hyvään laskeutumiseen ja helpon kiinteiden aineiden -nesteen erottumiseen. Se mahdollistaa täydellisen SRT-HRT-erottelun, eliminoi lietteen bulkkia ja soveltuu jäteveteen, jossa on runsaasti liukenevia orgaanisia aineita.
2.1 Tapaustutkimus
Yan'an Cityssä, noin 16 km:n päässä Zichangin kaupungista, sijaitsevalla hiilikaivoksella on kotitalouksien jätevedenpuhdistamo, jonka suunniteltu kapasiteetti on 1200 m³/d. Prosessi on: "Seula + tasaussäiliö + AAO ripustetuilla kantoaineilla + edistynyt käsittely (koagulaatio-sedimentaatio-suodatus) + desinfiointi". Liete käsitellään "Gravity Thickening + Screw Press Dewatering" -menetelmällä. Jätevesi täyttää tiukemmat rajat *GB/T 18920-2020* ja GB 50359-2016 hiilen pesuvedelle. Käsitelty vesi käytetään uudelleen kaivoksen viheralueelle ja täydennysvedenä hiilenkäsittelylaitoksessa. Suunnittelun tulo-/jätevesilaatu on kunnossaTaulukko 1. Prosessin kulku näkyy kuvassaKuva 1.
Jätevesi kulkee seulan (5 mm rako, 75 asteen asennuskulma) läpi tasaussäiliöön (P×B×K=14.0 m×6,0 m×6,0 m, tehollinen syvyys 2,95 m, tilavuus 247,8 m³, HRT 4,13 h), joka täyttää GB 50810-2012 vaatimukset. Kaksi sekoitinta estävät laskeutumisen. Kolme uppopumppua (2 käyttötilaa +1 valmiustilassa, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) nostavat vettä biologisiin säiliöihin.
Biologinen järjestelmä koostuu kahdesta rinnakkaisesta junasta. per juna:
- Anaerobinen säiliö: P×B×K=2.0 m×5,0 m×5,0 m, tehollinen syvyys 4,5 m, HRT 1,5 h.
- Anoksinen säiliö: P×B×K=4.0 m×5,0 m×5,0 m, tehollinen syvyys 4,25 m, HRT 2,83 h.
- Aerobinen säiliö: P × P × K=15.0 m × 5,0 m × 5,0 m, tehollinen syvyys 4,0 m, HRT 10,0 h. Järjestelmän kokonaiskorkeus on 15,75 h. Aerobiseen säiliöön asennetaan ripustetut kannakkeet (täyttösuhde 80 %, ominaispinta-ala 600 m²/m³). Suunniteltu ilman-veteen{12}}suhde on 13,7:1. Käytössä on kolme Roots-puhallinta (2 tehoa +1 valmiustila, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Lietteen kierrätyssuhde on 100 %, sekaviinien kierrätyssuhde on 200 %.
Kahden suorakulmaisen reuna-sisääntulon/poiston toissijaisen selkeyttimen (P × B × K=5.0 m × 5,0 m × 3,5 m) pintakuormitusnopeus on 1,2 m³/(m²·h) ja HRT 2,5 tuntia.
Integroitu vedenpuhdistin (yhdistää koagulaation, sedimentoinnin ja suodatuksen) tarjoaa edistyksellisen käsittelyn SS:n ja fosforin lisäpoistoon.
Lietteen käsittely sisältää painovoiman sakeuttamisen (Φ2,5 m × 5,0 m hiiliterässäiliö) ja sen jälkeen ruuvipuristimen vedenpoiston. Polyakryyliamidia (PAM) annostellaan 3,0–5,0 kg/t kuiva-ainetta ennen vedenpoistoa. Päivittäinen kuivattu lietekakku on enintään 150 kg ja sen kosteuspitoisuus enintään 80 %, kuljetetaan pois{8}}työmaalta.
Desinfioinnissa käytetään paikan päällä olevaa-ClO2-generaattoria (tehokas klooriannos 120 g/h), joka annostellaan läpinäkyvään kaivoon. Kirkaskaivon tehollinen tilavuus on 250 m³, jolloin kontaktiaika on 4,2 tuntia.
Laitos on varustettu kattavalla online-valvonnalla (virtausmittarit, jäännöskloori, pH, DO, COD, sameus, lietteen taso/pitoisuus) ja automaattisilla ohjausjärjestelmillä pumpuille, puhaltimille, vastahuuhtelulle, kemikaalien annostelulle ja sekoitukselle, mikä varmistaa älykkään, valvomattoman toiminnan.
2.2 Suorituskykyanalyysi
Laitos valmistui vuonna 2021 ja on toiminut yli kaksi vuotta. Todellinen vuoden 2024 sisään-/jätevesien laatu näkyyTaulukko 2.
Sisään virtaavan BOD5/N-suhde on 5,5, mikä osoittaa, että jäteveden hiili-: typpi (C/N) (C/N) on alhainen, ja se laskee edelleen kesällä sateiden tunkeutumisen ja tottumusten muutosten vuoksi. Äärimmäiset talven lämpötilat Yan'anissa voivat nousta -21 asteeseen. Todellinen jäteveden laatu on parempi kuin suunniteltu, poistoasteet saavuttavat: COD 97,8%, BOD5 99.7%, SS 99,7%, NH3-N 93,5%, TP 87,10%, täyttää 绿化- ja hiilenpesustandardit.
Aktiivisen biokalvon massa hapettomissa/aerobisissa säiliöissä on jopa 125 g/m² kantajaa, mikä vastaa MLSS:ää, joka on 13 g/l-neljä kertaa tavanomaiseen aktiivilietteeseen verrattuna. Mikro-organismit ovat endogeenisessä hengitysvaiheessa, mikä johtaa päivittäiseen lietteen tuotantoon noin 1/3 perinteisistä menetelmistä, ja laskeutuvuus on parempi, mikä mahdollistaa pienemmät lietteenkäsittelylaitteet.
Vaikka bio-kontaktihapetus voi toimia ilman lietteen kierrätystä, Xiong Ren et al. osoittaa, että järjestelmät, joissa on kierrätys, saavuttavat korkeammat COD-, TN-, NH3-N-, SS-poistonopeudet ja vähentävät lietteen saantoa 29,6 %. Tämä malli sisältää sekalipeän kierrätyksen, ja toiminnan joustavuus perustuu jäteveden laatuun.
Tehdas (1200 m³/d) on kooltaan 1350,3 m², ja sen pääomainvestointi on 20 miljoonaa CNY ja käyttökustannukset 1,05 CNY/m³.
Verrattuna tavanomaiseen AAO:han, joka vaatii pidennettyä SRT:tä tehokkaaseen matalan lämpötilan{0}}käyttöön, tämä modifioitu prosessi säilyttää samanaikaisen ravinteiden poiston yksinkertaisuuden ja rikastaa biologista yhteisöä kantajilla. SRT-HRT-erotus parantaa bio-vakautta ja varmistaa luotettavan toiminnan alhaisissa C/N- ja matalassa{4}}lämpötiloissa. Vakaa jätevesi voidaan ylläpitää vähäisellä lietteen kierrätyksellä tai ei ollenkaan, mikä mahdollistaa lietteen vähentämisen paikan päällä ja lietteen käsittelykustannuksissa. Sen yksinkertaisuus ja bulkkittomuuden puute tekevät siitä erittäin sopivan hiilikaivosten kotitalouksien jätevesien käsittelyyn.
3. AAO-prosessin optimointitutkimus
Muokatut AAO-prosessit suunnitellaan tyypillisesti "Standard for Design of Outdoor Wastewater Engineering" (GB 50014-2021) parametrien mukaan. Hiilikaivoksen jätevesille ominaiset toimintaparametrit (HRT, SRT, ilmastus, kierrätyssuhteet, MLSS) on kuitenkin optimoitava, jotta voidaan tunnistaa optimaaliset olosuhteet tulevaa suunnittelua ja käyttöä varten.
Perinteisessä AAO:ssa liete kierrätetään aerobisesta anaerobiseen säiliöön, jossa on nitraattia ja korkea DO, mikä voi heikentää biologista fosforinpoistoa. Kapkaupungin yliopiston (UCT) prosessia voidaan harkita, jossa liete kierrätetään hapettomaan säiliöön, nitrifioitu lipeä hapettomaan säiliöön ja lisätään ylimääräinen kierrätys hapettomasta säiliöstä anaerobiseen säiliöön bio-P-poiston tehostamiseksi.
Lietteen käsittely voi olla 50–60 % laitoksen käyttökustannuksista. In-situ lietteen vähentämistekniikoita tulisi ottaa käyttöön. Modifioitujen AAO-bio{5}}säiliöiden korkea MLSS johtaa korkeaan F/M-suhteeseen, jossa aineenvaihdunta voi katketa, mikä edistää lietteen vähentämistä ja alentaa lietteen käsittelykustannuksia. Tulevaisuudessa tulisi keskittyä in-in situ -pelkistystekniikoiden, kuten salaperäisen kasvun mikro-lyysin, Oxic-Settling-anaerobisen-(OSA) prosessin ja aineenvaihdunnan katkaisemiseen hiilikaivoksen jäteveden käsittelyssä.
Tämä prosessi soveltuu olemassa olevien AAO-laitosten jälkiasennukseen hiilikaivoksissa. Kantoaineiden lisääminen hapettomiin/aerobisiin säiliöihin voi parantaa jäteveden laatua, lisätä kapasiteettia ja parantaa järjestelmän vakautta. Laitoksissa, joilla on tiukemmat jätevesivaatimukset, toissijaisen selkeyttimen korvaaminen MBR-järjestelmällä voi parantaa veden laatua entisestään.
4. Johtopäätös
- Modified AAO -prosessi soveltuu kivihiilikaivosten olemassa olevien AAO-järjestelmien päivittämiseen vakauden parantamiseksi, kapasiteetin lisäämiseksi tai tiukempien standardien täyttämiseksi.
- Käsiteltäessä hiilikaivoksen kotitalousjätevettä jätevesi voi samanaikaisesti täyttää *GB/T 18920-2002* standardit teiden kastelulle/vihreydelle ja GB 50359-2016 standardit hiilen pesuvedelle, mikä osoittaa vahvan sopeutumiskyvyn veden laadun ja määrän muutoksiin.
- Prosessi tuottaa stabiilia lietettä, jolla on hyvä laskeutuvuus ja helppo erottaa, tuottaa vähemmän lietettä ja alentaa lietteen käsittelykustannuksia.