Modificēta AAO procesa pielietošana ogļraktuvju sadzīves notekūdeņu attīrīšanā
Sadzīves notekūdeņi ogļraktuvēs galvenokārt rodas darbinieku ēdnīcās, kopmītnēs, birojos, veļas mazgātavās un vannas istabās, un vannas kanalizācija veido vairāk nekā 55% no kopējā apjoma. Peldūdens novadīšana ir samērā koncentrēta, kas izraisa ievērojamas plūsmas svārstības. Peldvietu drenāžai raksturīga zemāka organisko vielu koncentrācija un augstākas suspendētās cietās daļiņas (SS), un tā ievērojami atšķiras no parastajiem sadzīves notekūdeņiem. Tā pakāpeniskais izplūdes modelis ar citām notekūdeņu plūsmām veicina būtisku ūdens kvalitātes mainīgumu.
Lielākā daļa ogļraktuvju Ķīnā atrodas attālos apgabalos, kur dūņu transportēšanas izmaksas ir augstas. Tāpēc ir jāizvēlas apstrādes procesi ar mazāku dūņu iznākumu. Attīstoties raktuvēm un palielinoties darbinieku skaitam, notekūdeņu plūsma bieži pārsniedz sākotnējo plānoto jaudu, tādēļ ir nepieciešami procesi ar spēcīgu pielāgošanos ūdens kvalitātes un kvantitātes izmaiņām vienā un tajā pašā vietā. Saskaņā ar arvien stingrāku vides politiku, kas pieprasa pilnībā atkārtoti izmantot attīrītos notekūdeņus bez izplūdes, procesiem ir jānodrošina augsta un stabila notekūdeņu kvalitāte.
Pašlaik AAO (anaerobā-anoksiskā-oksiskā) process ir vēlamā izvēle komunālo notekūdeņu attīrīšanā. Šajā rakstā ir analizēta modificēta AAO procesa (AAO + Suspended Carrier Process) pielietojuma efektivitāte ogļraktuvju sadzīves notekūdeņiem, pamatojoties uz tā unikālajām īpašībām.
1. Modificēts AAO process
AAO process ir vienkāršākā plūsmas konfigurācija vienlaicīgai slāpekļa un fosfora atdalīšanai. Filamentveida baktērijas nevar plaši vairoties mainīgos anaerobos, anoksiskos un aerobos apstākļos, novēršot dūņu uzkrāšanos. Tam nav nepieciešama ķīmiska pievienošana, tikai viegla sajaukšana anaerobās un anoksiskās tvertnēs, kā rezultātā ir zemas ekspluatācijas izmaksas. Dūņām ir augsts fosfora saturs, kas nodrošina labu mēslojuma vērtību.
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%, šī iekšējā pārstrāde patērē ievērojamu enerģiju. Notekūdeņiem, kas nonāk sekundārajā dzidrinātājā, ir jāuztur noteikts izšķīdušā skābekļa (DO) līmenis, lai novērstu anaerobos apstākļus un fosfora izdalīšanos, tomēr ne pārāk augsts, lai izvairītos no denitrifikācijas traucējumiem bezskābekļa tvertnē, izmantojot pārstrādātu jauktu šķidrumu.
Modificētais AAO process (AAO + Suspended Carrier Process) efektīvi mazina šos trūkumus. Tas palielina mikrobu masu bioloģiskajās tvertnēs, uzlabo tilpuma slodzi, panāk pilnīgu hidrauliskās aiztures laika (HRT) un dūņu aiztures laika (SRT) atdalīšanu, stiprina noturību pret hidrauliskām un organiskām triecienslodzēm, nodrošina labu notekūdeņu kvalitāti pat ar zemiem oglekļa avotiem, rada mazāk un stabilākas dūņu apstrādes jaudas prasības (samazinot prasības). Notekūdeņi var atbilst ūdens kvalitātes standartiem “Pilsētu otrreizējās izmantošanas ūdens-ūdens kvalitātes standarts pilsētvides ūdeņiem” (GB/T 18920-2020) un “Ogļu sagatavošanas inženierijas kodekss” (GB 50359-2016) ogļu mazgāšanai. Hou Feng et al. pazemes notekūdeņu attīrīšanas iekārtā izmantoja AAO+suspended carrier procesu, sasniedzot 1.A pakāpes standartus pēc "Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu piesārņojošo vielu izplūdes standarta" (GB 18918-2002), ar galvenajiem rādītājiem (ĶSP, BSP5, NH3-N, TP) sasniedzot virszemes ūdeņu kvalitātes standartus (GB Viron IV klases standartus) 3838-2002). Hao Ruigang et al. ogļraktuvju sadzīves notekūdeņu rūpnīcas paplašināšanā izmantoja "A/O biokontakta oksidēšanu + perforētu virpuļflokulāciju + slīpu caurulītes sedimentāciju + aktīvā smilšu filtrēšanu", panākot labāku notekūdeņu kvalitāti nekā 1.A. Yan Ziyu et al. arī sasniedza labus rezultātus, izmantojot bioplēves procesus, lai modernizētu esošo ogļraktuvju sadzīves notekūdeņu attīrīšanu. Modificētais AAO process ļauj palielināt jaudu un uzlabot notekūdeņu kvalitāti esošajās iekārtās ar minimālām izmaiņām.
Šis process ietver suspendēto nesēju pievienošanu anoksiskajām un aerobajām tvertnēm, apvienojot aktīvo dūņu un bioplēves procesu priekšrocības. Tam ir liela tilpuma slodze, liela biomasa, augsta apstrādes efektivitāte, spēcīga pielāgošanās spējai 水质和水量的变化, uzlabota procesa stabilitāte un laba barības vielu noņemšana. Tas veido ļoti specializētas aktīvās bioplēves, palielinot efektivitāti uz reaktora tilpumu un stabilitāti, ļaujot izmantot mazākus reaktorus. Sloughing bioplēves dūņas satur vairāk vienšūņu/metazoju, tām ir lielāks blīvums un lielāks daļiņu izmērs, kā rezultātā ir laba nosēdināmība un viegla cieto-šķidruma atdalīšana. Tas nodrošina pilnīgu SRT-HRT atdalīšanu, novērš dūņu uzkrāšanos un ir piemērots notekūdeņiem, kas bagāti ar šķīstošām organiskām vielām.
2.1. Gadījuma izpēte
Ogļu raktuvēs Jananas pilsētā, aptuveni 16 km attālumā no Zičanas pilsētas, ir sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārta ar projektēto jaudu 1200 m³/d. Process ir šāds: "Ekrāns + izlīdzināšanas tvertne + AAO ar piekārtiem nesējiem + uzlabota apstrāde (koagulācija-sedimentācija-filtrēšana) + dezinfekcija". Dūņas tiek apstrādātas, izmantojot "Gravitācijas sabiezēšanu + atūdeņošanu ar skrūvēm. Notekūdeņi atbilst stingrākiem ierobežojumiem *GB/T 18920-2020* un GB 50359-2016 attiecībā uz ogļu mazgāšanas ūdeni. Attīrītais ūdens tiek atkārtoti izmantots raktuvju apstādījumos un kā papildu ūdens ogļu sagatavošanas rūpnīcā. Dizaina ieplūdes / notekūdeņu kvalitāte ir spēkā1. tabula. Procesa plūsma ir parādīta1. attēls.
Notekūdeņi caur sietu (5 mm atstarpe, 75 grādu uzstādīšanas leņķis) nonāk izlīdzināšanas tvertnē (L × B × A =14.0 m × 6,0 m × 6,0 m, efektīvais dziļums 2,95 m, tilpums 247,8 m³, HRT 4,13 h), kas atbilst GB 50810-2012 prasībām. Divi maisītāji novērš nogulsnēšanos. Trīs zemūdens sūkņi (2 darba +1 gaidīšanas režīms, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) paceļ ūdeni uz bioloģiskajām tvertnēm.
Bioloģiskā sistēma sastāv no diviem paralēliem vilcieniem. Vienam vilcienam:
- Anaerobā tvertne: L × B × A =2.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektīvais dziļums 4,5 m, HRT 1,5 h.
- Anoksiskā tvertne: L × B × A =4.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektīvais dziļums 4,25 m, HRT 2,83 h.
- Aerobikas tvertne: L × B × A =15.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektīvais dziļums 4,0 m, HRT 10,0 h. Kopējā sistēmas HRT ir 15,75 h. Aerobajā tvertnē ir uzstādīti piekaramie nesēji (uzpildījuma koeficients 80%, īpatnējais laukums 600 m²/m³). Projektētā gaisa-un-ūdens attiecība ir 13,7:1. Tiek izmantoti trīs Roots pūtēji (2 jaudas +1 gaidīšanas režīms, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Dūņu pārstrādes koeficients ir 100%, jauktā šķidruma pārstrādes koeficients ir 200%.
Divu taisnstūrveida perifēro -ieplūdes/izplūdes sekundāro dzidrinātāju (L × B × A=5.0 m × 5,0 m × 3,5 m katrs) virsmas slodzes ātrums ir 1,2 m³/(m² · h) un HRT ir 2,5 h.
Integrēts ūdens attīrītājs (apvieno koagulāciju, sedimentāciju, filtrēšanu) nodrošina progresīvu apstrādi turpmākai SS un fosfora noņemšanai.
Dūņu apstrāde ietver gravitācijas sabiezēšanu (Φ2,5 m × 5,0 m oglekļa tērauda tvertne), kam seko atūdeņošana ar skrūvju presi. Poliakrilamīds (PAM) tiek dozēts 3,0–5,0 kg/t sausnas pirms atūdeņošanas. Ikdienas atūdeņotā dūņu masa ir mazāka par vai vienāda ar 150 kg ar mitruma saturu, kas ir mazāka par vai vienāda ar 80%, tiek transportēta ārpus -objekta.
Dezinfekcijai tiek izmantots uz vietas esošais-ClO2 ģenerators (efektīvā hlora deva 120 g/h), kas tiek dozēts pie caurspīdīgās akas ieplūdes. Caurspīdīgās akas efektīvais tilpums ir 250 m³, nodrošinot kontakta laiku 4,2 h.
Iekārta ir aprīkota ar plašu tiešsaistes monitoringu (plūsmas mērītāji, atlikušais hlors, pH, DO, ĶSP, duļķainība, dūņu līmenis/koncentrācija) un automatizētām vadības sistēmām sūkņiem, pūtējiem, pretskalošanai, ķīmisko vielu dozēšanai un sajaukšanai, nodrošinot inteliģentu, bez uzraudzības darbību.
2.2 Veiktspējas analīze
Rūpnīcas nodošana ekspluatācijā tika pabeigta 2021. gadā, un tā ir darbojusies vairāk nekā divus gadus. Faktiskā 2024. gada ieplūdes/notekūdeņu kvalitāte ir parādīta2. tabula.
Ieplūstošā BSP5/N attiecība ir 5,5, kas liecina par zemu oglekļa -pret -slāpekļa (C/N) attiecību notekūdeņiem, kas vasarā vēl vairāk samazinās nokrišņu infiltrācijas un paradumu maiņas dēļ. Ekstrēma ziemas temperatūra Jaņā var sasniegt -21 grādu. Faktiskā notekūdeņu kvalitāte ir labāka nekā dizains, un noņemšanas rādītāji sasniedz: ĶSP 97,8%, BSP5 99.7%, SS 99,7%, NH3-N 93,5%, TP 87,10%, atbilst 绿化 un ogļu mazgāšanas standartiem.
Aktīvās bioplēves masa anoksiskajās/aerobās tvertnēs ir 125 g/m² nesēja, kas ir līdzvērtīga MLSS 13 g/l -četras reizes lielāka nekā parastajām aktīvajām dūņām. Mikroorganismi atrodas endogēnās elpošanas fāzē, kā rezultātā katru dienu tiek ražotas apmēram 1/3 no parastajām metodēm, ar labāku nostādināšanu, kas ļauj izmantot mazākas dūņu apstrādes iekārtas.
Lai gan bio-kontaktu oksidēšana var darboties bez dūņu pārstrādes, Xiong Ren et al. parāda, ka sistēmas ar otrreizējo pārstrādi nodrošina augstāku ĶSP, TN, NH3-N, SS noņemšanas ātrumu un samazina dūņu iznākumu par 29,6%. Šajā dizainā ir iekļauta jaukta šķidruma pārstrāde ar darbības elastību, pamatojoties uz notekūdeņu kvalitāti.
Rūpnīca (1200 m³/d) aizņem 1350,3 m², ar kapitālieguldījumu 20 miljonu CNY un ekspluatācijas izmaksām 1,05 CNY/m³.
Salīdzinājumā ar parasto AAO, kam ir nepieciešams pagarināts SRT efektīvai darbībai zemā{0}}temperatūrā, šis modificētais process saglabā vienlaicīgas barības vielu noņemšanas vienkāršību, vienlaikus bagātinot bioloģisko kopienu ar nesējiem. SRT-HRT atdalīšana uzlabo bio-stabilitāti, nodrošinot uzticamu darbību zemas C/N un zemas{4}}temperatūras apstākļos. Stabilu notekūdeņu daudzumu var uzturēt ar nelielu dūņu pārstrādi vai bez tās, kas ļauj in-samazināt dūņu daudzumu un samazināt dūņu apstrādes izmaksas. Tā vienkāršība un lielapjoma trūkums padara to ļoti piemērotu ogļraktuvju sadzīves notekūdeņu attīrīšanai.
3. AAO procesa optimizācijas izpēte
Modificētie AAO procesi parasti tiek izstrādāti atbilstoši parametriem, kas norādīti "Āra notekūdeņu inženierijas projektēšanas standartā" (GB 50014-2021). Tomēr ir jāoptimizē ogļraktuvju notekūdeņiem raksturīgie darbības parametri (HRT, SRT, aerācija, pārstrādes koeficienti, MLSS), lai noteiktu optimālos apstākļus turpmākai projektēšanai un darbībai.
Parastajā AAO dūņas tiek pārstrādātas no aerobās tvertnes uz anaerobo tvertni, pārvadājot nitrātus un augstu DO, kas var pasliktināt bioloģisko fosfora noņemšanu. Var apsvērt Keiptaunas Universitātes (UCT) procesu, kurā dūņas tiek reciklētas uz bezskābekļa tvertni, nitrificēts šķidrums uz bezskābekļa tvertni un tiek pievienota papildu pārstrāde no bezskābekļa uz anaerobo tvertni, lai uzlabotu bio-P atdalīšanu.
Dūņu apstrāde var radīt 50–60% no iekārtas ekspluatācijas izmaksām. Jāpieņem in-situ dūņu samazināšanas tehnoloģijas. Augstais MLSS modificētajās AAO bio{5}}tvertnēs rada augstu F/M attiecību, kur var notikt vielmaiņas atdalīšana, veicinot dūņu samazināšanos un samazinot dūņu apstrādes izmaksas. Nākotnē galvenā uzmanība jāpievērš in-situ samazināšanas tehnoloģiju izmantošanai, piemēram, slepenai augšanai, izmantojot mikro-līzi, oksīda-nosēdināšanas-anaerobo (OSA) procesu un metabolisma atdalīšanu ogļraktuvju notekūdeņu attīrīšanā.
Šis process ir piemērots esošo AAO iekārtu modernizēšanai ogļraktuvēs. Nesēju pievienošana bezskābekļa/aerobām tvertnēm var uzlabot notekūdeņu kvalitāti, palielināt jaudu un uzlabot sistēmas stabilitāti. Iekārtām ar stingrākām notekūdeņu prasībām sekundārā dzidrinātāja aizstāšana ar MBR sistēmu var vēl vairāk uzlabot ūdens kvalitāti.
4. Secinājums
- Modificētais AAO process ir piemērots esošo AAO sistēmu modernizācijai ogļraktuvēs, lai uzlabotu stabilitāti, palielinātu jaudu vai atbilstu stingrākiem standartiem.
- Attīrot ogļraktuvju sadzīves notekūdeņus, notekūdeņi var vienlaikus atbilst *GB/T 18920-2002* standartiem ceļu laistīšanai/apstādījumiem un GB 50359-2016 standartiem ogļu mazgāšanas ūdenim, demonstrējot spēcīgu pielāgošanos ūdens kvalitātes un daudzuma izmaiņām.
- Process rada stabilas dūņas ar labu nostādināmību un vieglu atdalīšanu, rada mazāk dūņu un samazina dūņu apstrādes izmaksas.