Esi-anaerobisten mikro-huokosten ilmastushapetuskaivon jätevedenkäsittelytekniikka
Johdanto
Analyysiperinteinen hapettumisprosessipaljastaa, että säätämällä ja optimoimalla ilmanvaihdon intensiteettiä ja virtauskuvioita jätevesi käsitellään peräkkäin anaerobisten, hapettomien ja aerobisten reaktiosäiliöiden läpi, mikä varmistaa tehokkaan orgaanisen aineksen poiston. Kuitenkin asioita, kutenkorkea kokonaisinvestointijaalhainen hapensiirtotehokkuusovat yleisiä, mikä johtaaoptimaalinen typen ja fosforin poisto. Näiden rajoitusten korjaamiseksi on tehty perusteellista tutkimusta esi{-anoksisesta mikrohuokoisesta ilmastushapetuksesta ojavedenkäsittelytekniikasta. Tavoitteena on parantaa kaupunkien jätevedenpuhdistamoiden toiminnan tehokkuutta ja vesivarojen käyttöä.
1. Hankkeen yleiskatsaus
X Cityn jätevedenpuhdistamo käsittelee ensisijaisesti talousjätevesiä ja teollisuusjätevesiä, joista merkittävä määrä on teollisuuden jätevesiä.Suunniteltu käsittelykapasiteetti on 10×10⁴ m³/d. Tulo- ja jätevesien laatustandardit on esitetty kohdassaTaulukko 1. Tällä hetkellä 30 % käsitellystä jätevedestä käytetään uudelleen talteenottuna vesinä lämpövoimalaitoksille ja loput 70 % johdetaan jokiin. Pintavesien toiminnallisten luokittelujen ja yhdyskuntajätevesien käsittelylaitosten saastepäästöstandardien perusteella laitoksen on täytettävä luokan 1B päästöstandardi. Kaupunkien talouskehityksen ja jätevesipäästöjen lisääntymisen myötä laitos on ottanut käyttöön kotitalousjätevesien sieppaavan jätevedenkäsittelyn, laajentanut viemäriverkostoa ja ottanut käyttöön esi-anoksisen mikrohuokoisen ilmastushapetusprosessin vähentääkseen kaupunkien pintavesilähteiden saastumista.
2. Esi-anoksisen mikrohuokoisen ilmastuksen hapetuskaivan prosessivirtaus
Tämän prosessin ydin on esi-hapoton säiliö ja mikrohuokoinen ilmastushapetuskaivon yhdistelmä. Hoitojärjestys on seuraava:jätevesi → karkea sihti → sisääntulopumppuhuone → hienoseula → pyörrehiekkaammio → anaerobinen säiliö → hapettuneet/aerobiset vyöhykkeet → toissijainen sedimentaatiosäiliö → desinfiointisäiliö → jätevesi. Osa sekundaarisen sedimentointisäiliön lietteestä johdetaan lietteen vedenpoistoon ennen loppusijoitusta. Prosessi keskittyy fosforin vapautumiseen, biologiseen typen poistoon ja fosforin poistoon.
2.1 Fosforin vapautuminen
Anaerobisessa säiliössä fermentatiiviset bakteerit muuttavat biohajoavia makromolekyylejä pienemmiksi molekyylisiksi välituotteiksi, pääasiassa haihtuviksi rasvahapoiksi (VFA). Pitkäaikaisissa anaerobisissa olosuhteissa polyfosfaattia-kerääntyvät organismit (PAO:t) kasvavat hitaasti ja vapauttavat fosfaattia soluistaan liuokseen hajottamalla polyfosfaatteja. Tämä prosessi tarjoaa energiaa pienimolekyylisten rasvahappojen ottamiseen ja muuntamiseen polyhydroksibutyraatti (PHB) rakeiksi.
2.2 Biologinen typenpoisto
Ammoniakkityppi muuttuu nitriitiksi ja nitraatiksi nitrifioivien bakteerien toimesta aerobisissa olosuhteissa. Anoksisella vyöhykkeellä denitrifioivat bakteerit pelkistävät nitraatin typpikaasuksi, joka vapautuu ilmakehään. Tämä prosessi vähentää tehokkaasti jäteveden typpitasoja.
2.3 Fosforin poisto
Aerobisissa olosuhteissa PAO:t käyttävät hiilen lähteitä ja PHB:tä ortofosfaatin imemiseen ja syntetisoivat polyfosfaatteja soluissaan. Myöhemmin kertynyt fosfori poistetaan järjestelmästä jätelietteen mukana, mikä aikaansaa tehokkaan fosforinpoiston.
Perinteisiin prosesseihin verrattunaesi-anoksinen mikrohuokoinen ilmastushapetusoja yksinkertaistaa toimintaa poistamalla primaarisen sedimentaation tai lyhentämällä sen kestoa. Tämä mahdollistaa suurempien orgaanisten hiukkasten pääsyn hiekkakammiosta biologiseen järjestelmään, mikä korjaa hiilen lähteen puutteita. Vuorottelevat anaerobiset -anoksiset-aerobiset olosuhteet estävät rihmabakteerien kasvua, parantavat lietteen laskeutuvuutta ja yhdistävät typen poiston, fosforin poiston ja orgaanisen hajoamisen. Anaerobinen ja anoksinen vyöhyke luo suotuisat ympäristöt typen ja fosforin poistamiselle, kun taas aerobinen vyöhyke tukee samanaikaista fosforin vapautumista ja nitrifikaatiota. Aerobisen alueen tilavuus on laskettava huolellisesti tehokkuuden varmistamiseksi:
Jossa:
- X: Mikrobilietteen pitoisuus (mg/l)
- Y: Lietteen tuottokerroin (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Jäteveden pitoisuus (mg/l)
- S0: Vaikuttava pitoisuus (mg/l)
- θC0: Hydraulinen pitoaika (s)
- Q: Tulovirtaus (l/s)
- V0: Aerobisen reaktorin tehollinen tilavuus (L)
3. Esi-anoksisen mikrohuokoisen ilmastuksen hapetuskaivaustekniikan tärkeimmät näkökohdat
3.1 Pre-Anoxic Tank Technology
Esi-hapottomassa säiliössä on anaerobisia mikro-organismeja, jotka hajottavat ja muuntavat orgaanista ainetta alustavasti, mikä vähentää lietteen muodostumista ja lievittää seuraavien käsittelyvaiheiden kuormitusta.
3.1.1 Prosessin kulku
3.1.1.1 Influenttien esikäsittely
Seulonta poistaa suspendoituneet kiintoaineet, kuten muovit, hiukset ja keittiöjätteet kehittyneiden biologisten seulojen avulla. Virtauksen ja laadun säätely takaavat homogeenisuuden, kun taas sedimentaatio (luonnollinen tai kemiallinen -avusteinen) poistaa suspendoituneet kiintoaineet ja orgaaniset/epäorgaaniset aineet.
3.1.1.2 Anaerobinen reaktio
Hallittu lämpötila, pH ja retentioaika helpottavat anaerobisen lietteen ja jäteveden perusteellista sekoittumista, mikä tehostaa orgaanisen aineksen poistumista. Anaerobisissa reaktoreissa käytetään sekoitusta tai kierrätystä fermentaation edistämiseksi, jolloin muodostuu CO₂, CH4 ja jäämiä H₂S:stä. Kaasun-neste-kiintoaineerotus ja loppukaasukäsittely seuraavat.
3.1.1.3 Jälki-käsittely ja jätevesi
Resistentit epäorgaaniset ja orgaaniset epäpuhtaudet käsitellään aerobisilla prosesseilla tai aktiivihiiliadsorptiolla. Verkkoseuranta seuraa mikrobien aktiivisuutta ja veden laatuindikaattoreita (esim. F/M-suhde, liuennut happi). F/M-suhteen pitäisi olla keskimäärin 0,06; anaerobisilla alueilla liuenneen hapen tulee olla 0,5–1 mg/l.
3.1.2 Prosessin ohjaus
Keskeisiä toimenpiteitä ovat:
Viljellään anaerobista lietettä, jolla on korkea hajoamiskyky ja optimaaliset ravinnesuhteet (C:N:P ≈ 100:5:1).
Orgaanisen kuormituksen, lämpötilan (30–35 astetta) ja pH:n (6,5–7,5) hallinta. Orgaanisen kuorman tulee olla 3–6 kgBOD₅/(m³·d).
Lietteen kierrätyksen toteuttaminen mikrobipitoisuuden ja toiminnan ylläpitämiseksi. Kuivattu liete voidaan käyttää uudelleen lannoitteeksi tai rehuksi.
3.2 Mikrohuokoinen ilmastus hapetusditch-tekniikka
Lietteen pullistuminen, joka johtuu usein rihmamaisista bakteereista tai zoogloean laajenemisesta, heikentää laskeutuvuutta. Seuraavat yhtälöt kuvaavat mikrobien kasvua:
Jossa:
- Kd: Mikrobien hajoamiskerroin (d-1)
- S: Substraattipitoisuus (mg/l)
- Ks: puolet{0}}kyllästyskerroin (mg/l)
- Y: Tuottokerroin (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Suurin ominaiskasvunopeus (d-1)
- μ: Mikrobien kasvunopeus (d-1)
Jossa:
- Smin: Substraatin vähimmäispitoisuus vakaassa tilassa (mg/l)
- Kd: Mikrobien hajoamiskerroin (d-1)
- Ks: puoli{0}}kyllästyskerroin, eli substraattipitoisuus, kun μ=μmax/2μ=μmax/2 (mg/l)
- Y: Tuottokerroin (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Suurin ominaiskasvunopeus (d-1)
3.2.1 Prosessin suunnitteluparametrit
Jätevesi kulkee seulojen, hiekkakammioiden ja anaerobisten säiliöiden (sekoittimilla) läpi ennen kuin se tulee hapetusojaan. Mikrohuokoiset ilmastimet ja upotetut potkurit luovat vuorotellen aerobisia/anoksisia olosuhteita. Järjestelmä sisältää kaksi anaerobista säiliötä (2,8h HRT) ja neljä hapetusovea (8,64h HRT). Lietteen ikä on 11,3 päivää.
3.2.2 Pilotti-mittauslaitesuunnittelu
Pilottijärjestelmä sisältää ilmastetun hiekkakammion, pumput, anaerobisen valitsimen, hapetuskaivan, lietteen palautuspumpun, toissijaisen laskeutuslaitteen ja jätevesipumpun. Anaerobisessa valitsimessa (2,35 m³) on kolme osastoa, joissa on sekoittimet ja monitorit (ORP, pH). Hapetusojassa (26,3 m³) on useita tulo-/poistoaukkoja ja mikrohuokoiset diffuusorit. Testaus osoitti vaikuttavia keskiarvoja: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Johtopäätös
Esi-hapottomien ja mikrohuokoisten ilmastushapetuskaivojen integrointi parantaa merkittävästi typen ja fosforin poistoa. Tulevaisuudessa tulisi keskittyä lietteen iän, liuenneen hapen ja lietteen palautussuhteen optimointiin käsittelyn tehokkuuden parantamiseksi.