Τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων προ{0}}αναερόβιου μικρο-αερισμού οξείδωσης πόρων
Εισαγωγή
Ανάλυση τωνσυμβατική διεργασία τάφρου οξείδωσηςαποκαλύπτει ότι με την προσαρμογή και τη βελτιστοποίηση της έντασης του αερισμού και των μοτίβων ροής, τα λύματα επεξεργάζονται διαδοχικά μέσω αναερόβιων, ανοξικών και αερόβιων δεξαμενών αντίδρασης, διασφαλίζοντας την αποτελεσματική απομάκρυνση της οργανικής ύλης. Ωστόσο, θέματα όπωςυψηλή συνολική επένδυσηκαιχαμηλή απόδοση μεταφοράς οξυγόνουείναι κοινά, οδηγώντας σεμη βέλτιστη αφαίρεση αζώτου και φωσφόρου. Για να αντιμετωπιστούν αυτοί οι περιορισμοί, έχει διεξαχθεί-εις βάθος έρευνα σχετικά με την τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων προ-ανοξικού μικροπορώδους αερισμού οξείδωσης τάφρου, με στόχο τη βελτίωση της λειτουργικής αποτελεσματικότητας των σταθμών επεξεργασίας αστικών λυμάτων και τη βελτίωση της χρήσης των υδάτινων πόρων.
1. Επισκόπηση έργου
Η μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στην πόλη X επεξεργάζεται κυρίως οικιακά λύματα και βιομηχανικά λύματα, με σημαντικό όγκο βιομηχανικών λυμάτων.Η σχεδιασμένη ικανότητα επεξεργασίας είναι 10×104 m3/d. Τα πρότυπα ποιότητας για εισροή και εκροή παρουσιάζονται στοΠίνακας 1. Επί του παρόντος, το 30% των επεξεργασμένων λυμάτων επαναχρησιμοποιείται ως ανακτημένο νερό για θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, ενώ το υπόλοιπο 70% απορρίπτεται σε ποτάμια. Με βάση τις λειτουργικές ταξινομήσεις επιφανειακών υδάτων και τα πρότυπα απόρριψης ρύπων για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων, η μονάδα πρέπει να πληροί το πρότυπο απόρριψης βαθμού 1Β. Με τη συνεχή αστική οικονομική ανάπτυξη και την αυξανόμενη απόρριψη λυμάτων, η μονάδα έχει εφαρμόσει παρεμποδιστική επεξεργασία λυμάτων για οικιακά λύματα, επέκτεινε το δίκτυο αποχέτευσης και υιοθέτησε τη διαδικασία οξείδωσης προ{6}}ανοξικού μικροπορώδους αερισμού για τη μείωση της ρύπανσης των πηγών αστικών επιφανειακών υδάτων.
2. Ροή διεργασίας της τάφρου οξείδωσης προ-Ανοξικού μικροπορώδους αερισμού
Ο πυρήνας αυτής της διαδικασίας είναι ο συνδυασμός μιας προ-ανοξικής δεξαμενής και μιας μικροπορώδους τάφρου οξείδωσης αερισμού. Η σειρά θεραπείας έχει ως εξής:λύματα → χονδρόκοκκο → αντλιοστάσιο εισόδου → λεπτή σήτα → θάλαμος στροβιλισμού → αναερόβια δεξαμενή → ανοξικές/αερόβιες ζώνες → δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης → δεξαμενή απολύμανσης → λύματα. Ένα μέρος της λάσπης από τη δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης απορρίπτεται στην εγκατάσταση αφυδάτωσης λάσπης πριν από την τελική διάθεση. Η διαδικασία επικεντρώνεται στην απελευθέρωση φωσφόρου, τη βιολογική αφαίρεση αζώτου και την απομάκρυνση του φωσφόρου.
2.1 Απελευθέρωση φωσφόρου
Στην αναερόβια δεξαμενή, τα ζυμωτικά βακτήρια μετατρέπουν βιοαποδομήσιμα μακρομόρια σε μικρότερα μοριακά ενδιάμεσα, κυρίως πτητικά λιπαρά οξέα (VFAs). Υπό παρατεταμένες αναερόβιες συνθήκες, οι οργανισμοί που συσσωρεύουν πολυφωσφορικά- (PAOs) αναπτύσσονται αργά και απελευθερώνουν φωσφορικά από τα κύτταρά τους στο διάλυμα διασπώντας τα πολυφωσφορικά. Αυτή η διαδικασία παρέχει ενέργεια για την πρόσληψη και τη μετατροπή των χαμηλών-μοριακών λιπαρών οξέων σε κόκκους πολυυδροξυβουτυρικού (PHB).
2.2 Βιολογική Αφαίρεση Αζώτου
Το αμμωνιακό άζωτο μετατρέπεται σε νιτρώδες και νιτρικό άλας νιτροποιώντας βακτήρια υπό αερόβιες συνθήκες. Στην ανοξική ζώνη, τα απονιτροποιητικά βακτήρια μειώνουν τα νιτρικά άλατα σε αέριο άζωτο, το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Αυτή η διαδικασία μειώνει αποτελεσματικά τα επίπεδα αζώτου στα λύματα.
2.3 Απομάκρυνση Φωσφόρου
Υπό αερόβιες συνθήκες, τα PAO χρησιμοποιούν πηγές άνθρακα και PHB για να απορροφήσουν ορθοφωσφορικά, συνθέτοντας πολυφωσφορικά μέσα στα κύτταρά τους. Ο συσσωρευμένος φώσφορος απομακρύνεται στη συνέχεια από το σύστημα με την απόβλητη λάσπη, επιτυγχάνοντας αποτελεσματική απομάκρυνση του φωσφόρου.
Σε σύγκριση με τις συμβατικές διαδικασίες,η τάφρο οξείδωσης προ{0}}ανοξικού μικροπορώδους αερισμού απλοποιεί τις λειτουργίες εξαλείφοντας την πρωτογενή καθίζηση ή μειώνοντας τη διάρκειά της. Αυτό επιτρέπει σε μεγαλύτερα οργανικά σωματίδια από τον θάλαμο κόκκων να εισέλθουν στο βιολογικό σύστημα, αντιμετωπίζοντας ελλείψεις στην πηγή άνθρακα. Οι εναλλασσόμενες αναερόβιες-ανοξικές-αερόβιες συνθήκες αναστέλλουν την ανάπτυξη νηματοειδών βακτηρίων, βελτιώνουν την καθίζηση της λάσπης και ενσωματώνουν την αφαίρεση αζώτου, την αφαίρεση φωσφόρου και την οργανική αποικοδόμηση. Η αναερόβια και η ανοξική ζώνη δημιουργούν ευνοϊκά περιβάλλοντα για την απομάκρυνση του αζώτου και του φωσφόρου, ενώ η αερόβια ζώνη υποστηρίζει την ταυτόχρονη απελευθέρωση και νιτροποίηση φωσφόρου. Ο όγκος της αερόβιας ζώνης πρέπει να υπολογιστεί προσεκτικά για να διασφαλιστεί η απόδοση:
Οπου:
- X: Συγκέντρωση μικροβιακής ιλύος (mg/L)
- Y: Συντελεστής απόδοσης λάσπης (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Συγκέντρωση λυμάτων (mg/L)
- S0: Συγκέντρωση εισροής (mg/L)
- θC0: Υδραυλικός χρόνος (-οί) συγκράτησης
- Q: Ρυθμός ροής εισροής (L/s)
- V0: Αποτελεσματικός όγκος αερόβιου αντιδραστήρα (L)
3. Βασικές πτυχές της τεχνολογίας οξείδωσης προ-Ανοξικού μικροπορώδους αερισμού
3.1 Προ-Τεχνολογία ανοξικών δεξαμενών
Η προ{0}}ανοξική δεξαμενή φιλοξενεί αναερόβιους μικροοργανισμούς που προκαταρκτικά αποσυντίθενται και μετασχηματίζουν την οργανική ύλη, μειώνοντας την παραγωγή λάσπης και μετριάζοντας το φορτίο στα επόμενα στάδια επεξεργασίας.
3.1.1 Ροή διαδικασίας
3.1.1.1 Προεπεξεργασία εισροής
Η διαλογή αφαιρεί τα αιωρούμενα στερεά όπως πλαστικά, μαλλιά και υπολείμματα κουζίνας χρησιμοποιώντας προηγμένες βιολογικές οθόνες. Η ρύθμιση ροής και ποιότητας διασφαλίζει την ομοιογένεια, ενώ η καθίζηση (φυσική ή χημική-υποβοηθούμενη) αφαιρεί τα αιωρούμενα στερεά και την οργανική/ανόργανη ύλη.
3.1.1.2 Αναερόβια Αντίδραση
Η ελεγχόμενη θερμοκρασία, το pH και ο χρόνος κατακράτησης διευκολύνουν την ενδελεχή ανάμιξη της αναερόβιας λάσπης και των λυμάτων, ενισχύοντας την απομάκρυνση της οργανικής ύλης. Οι αναερόβιοι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν ανάμιξη ή κυκλοφορία για την προώθηση της ζύμωσης, παράγοντας CO2, CH4 και ίχνη H2S. Ακολουθεί ο διαχωρισμός αερίου-υγρού-στερεών και η επεξεργασία αερίων ουράς.
3.1.1.3 Ανάρτηση-Επεξεργασία και απορροή
Οι ανθεκτικοί ανόργανοι και οργανικοί ρύποι αντιμετωπίζονται με αερόβιες διεργασίες ή με προσρόφηση ενεργού άνθρακα. Η διαδικτυακή παρακολούθηση παρακολουθεί τη μικροβιακή δραστηριότητα και τους δείκτες ποιότητας του νερού (π.χ. αναλογία F/M, διαλυμένο οξυγόνο). Ο λόγος F/M πρέπει να είναι κατά μέσο όρο 0,06. Το διαλυμένο οξυγόνο στις αναερόβιες ζώνες πρέπει να είναι 0,5–1 mg/L.
3.1.2 Έλεγχος διαδικασίας
Τα βασικά μέτρα περιλαμβάνουν:
Καλλιέργεια αναερόβιας ιλύος με υψηλή ικανότητα αποδόμησης και διατήρηση βέλτιστων αναλογιών θρεπτικών ουσιών (C:N:P ≈ 100:5:1).
Έλεγχος οργανικού φορτίου, θερμοκρασίας (30–35 μοίρες) και pH (6,5–7,5). Το οργανικό φορτίο πρέπει να είναι 3–6 kgBOD5/(m3·d).
Εφαρμογή ανακύκλωσης ιλύος για τη διατήρηση της μικροβιακής συγκέντρωσης και δραστηριότητας. Η αφυδατωμένη ιλύς μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ως λίπασμα ή ζωοτροφή.
3.2 Τεχνολογία Οξείδωσης Τάφρου Μικροπορώδους Αερισμού
Η διόγκωση της λάσπης, που συχνά προκαλείται από νηματοειδή βακτήρια ή διαστολή της ζωογλοίας, βλάπτει την καθιζησιμότητα. Οι ακόλουθες εξισώσεις περιγράφουν τη μικροβιακή ανάπτυξη:
Οπου:
- Kd: Συντελεστής μικροβιακής αποσύνθεσης (δ-1)
- S: Συγκέντρωση υποστρώματος (mg/L)
- Ks: Μισός-συντελεστής κορεσμού (mg/L)
- Υ: Συντελεστής απόδοσης (kgMLSS/kgCOD)
- μμέγ: Μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης (δ-1)
- μ: Ρυθμός μικροβιακής ανάπτυξης (δ-1)
Οπου:
- Sελάχ: Ελάχιστη συγκέντρωση υποστρώματος σε σταθερή κατάσταση (mg/L)
- Kd: Συντελεστής μικροβιακής αποσύνθεσης (δ-1)
- Ks: Μισός-συντελεστής κορεσμού, δηλαδή η συγκέντρωση υποστρώματος όταν μ=μmax/2μ=μμέγ./2 (mg/L)
- Υ: Συντελεστής απόδοσης (kgMLSS/kgCOD)
- μμέγ: Μέγιστος ειδικός ρυθμός ανάπτυξης (δ-1)
3.2.1 Παράμετροι σχεδιασμού διαδικασίας
Τα λύματα περνούν μέσα από σήτες, θαλάμους άμμου και αναερόβιες δεξαμενές (με αναμικτήρες) πριν εισέλθουν στην τάφρο οξείδωσης. Οι μικροπορώδεις αεριστές και οι βυθισμένες έλικες δημιουργούν εναλλασσόμενες αερόβιες/ανοξικές συνθήκες. Το σύστημα περιλαμβάνει δύο αναερόβιες δεξαμενές (2,8 ώρες HRT) και τέσσερις τάφρους οξείδωσης (8,64 ώρες HRT). Η ηλικία της λάσπης είναι 11,3 ημέρες.
3.2.2 Πιλοτική-Σχεδίαση συσκευής κλίμακας
Το πιλοτικό σύστημα περιλαμβάνει έναν αεριζόμενο θάλαμο κόκκων, αντλίες, αναερόβιο επιλογέα, τάφρο οξείδωσης, αντλία αναρροής λάσπης, δευτερεύοντα κατακάθισμα και αντλία εκροής. Ο αναερόβιος επιλογέας (2,35 m³) έχει τρία διαμερίσματα με μίξερ και οθόνες (ORP, pH). Η τάφρος οξείδωσης (26,3 m³) διαθέτει πολλαπλές εισόδους/εξόδους και μικροπορώδεις διαχυτές. Η δοκιμή έδειξε μέσους όρους εισροής: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Σύναψη
Η ενσωμάτωση των τεχνολογιών οξείδωσης προ{0}}ανοξικού και μικροπορώδους αερισμού βελτιώνει σημαντικά την απομάκρυνση του αζώτου και του φωσφόρου. Οι μελλοντικές προσπάθειες θα πρέπει να επικεντρωθούν στη βελτιστοποίηση της ηλικίας της λάσπης, του διαλυμένου οξυγόνου και της αναλογίας παλινδρόμησης λάσπης για περαιτέρω ενίσχυση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας.