Analýza účinnosti odstraňování znečišťujících látek v odpadních vodách pomocí upraveného systému AAO
Přehled
TheAnaerobní-Anoxické-Oxické (AAO nebo A²/O)je široce používaná technologie biologického čištění odpadních vod navržená pro současné odstraňování organického uhlíku, dusíku a fosforu. Skládá se ze tří vzájemně propojených zón:
- Anaerobní zóna: Nedostatek kyslíku a dusičnanů, fakultativní bakterie rozkládají organické sloučeniny a uvolňují fosfor.
- Anoxická zóna: Denitrifikační bakterie používají organický uhlík jako donor elektronů k redukci dusičnanů/dusitanů (vracených z oxické zóny) na plynný dusík, čímž se dosahuje odstranění dusíku.
- Oxická zóna: Aerobní mikroorganismy oxidují zbývající organickou hmotu a usnadňují nitrifikaci (z amoniaku na dusičnany), zatímco organismy akumulující fosfor -přijímají fosfáty.
V oblasti čištění odpadních vod, zatímco konvenční systém AAO dokáže odstraňovat škodliviny z odpadních vod, stále složitější složení odpadních vod vedlo k určitému poklesu účinnosti čištění procesu AAO. Aby byla zajištěna aplikační úroveň a účinnost procesu AAO,je nutné provést specifický výzkum modifikovaných systémů, která má významný praktický význam pro příslušné podniky a útvary při zlepšování jejich provozní kvality.
Upravený systém AAO
1. Základní principy systému AAO
Vezmeme-li jako příklad systém čištění odpadních vod AAO v konkrétní čistírně odpadních vod, stávající systém je akonvenční proces AAO, který se skládá především ze čtyř složek:anaerobní nádrž, aerobní nádrž, anoxická nádrž a sekundární sedimentační nádrž, jak je podrobně uvedeno vObrázek 1.
V konvenčním systému AAO mikroorganismy rostou a metabolizují se za různých podmínek prostředí. Prostřednictvím interakcí mezi různými mikrobiálními společenstvy je dosaženo účinného odstraňování znečišťujících látek prostřednictvím chemických reakcí, jako je amonifikace, nitrifikace a denitrifikace, které významně eliminují organické znečišťující látky.
Konvenční systém AAO nabízí výhody, jako jsou nízké technické náklady, jednoduchá obsluha a krátký hydraulický retenční čas (HRT). Trpí však také nevýhodami včetněšpatná účinnost odstraňování fosforuapřísné požadavky na stáří kalu a konstrukci zdroje uhlíku, což ztěžuje splnění očekávaných standardů v některých projektech odstraňování znečišťujících látek z odpadních vod.
2. Návrhová analýza modifikovaného systému AAO
Na základě předchozích výzkumů byla provedena vylepšení konvenčního systému AAO se zaměřením především na anaerobní nádrž. Theupravený systém anaerobních nádržíse skládá ze tří částí:zónu pro směšování kalu-vody, zónu pro separaci kalu{1}}vody a zónu pro média, jak je uvedeno vObrázek 2.
Vupravený systém AAO (Obrázek 3), zóna míchání kalové-vody a zóna médií jsou navrženy se stejnými rozměry (15 cm délka × 20 cm šířka × 60 cm výška), každá s efektivním objemem 9 l. Hydraulická retenční doba (HRT) pro kalovou zónu i zónu s médiem je 2 hodiny.
3. Analýza účinnosti odstraňování CHSK v modifikovaném systému AAO
Byla analyzována účinnost odstranění chemické spotřeby kyslíku (CHSK) modifikovaného systému AAO. Když byla CHSK na přítoku 447 mg/l, CHSK odtékající z anaerobního stupně byla přibližně 147 mg/l a konečná CHSK na odtoku byla 42 mg/l, což splňovalo vypouštěcí standard třídy A. Účinnost odstraňování CHSK v raném anaerobním stádiu byla nestabilní, s významnými výkyvy a relativně nízkými hladinami suspendovaných pevných látek ve směsném louhu (MLSS). Však,po 7 dnech se rychlost odstraňování ustálila na 94 %. Anaerobní fáze primárně odstraňuje znečišťující látky prostřednictvím mikrobiální degradace a ředění refluxem, což prokazuje účinné odstraňování znečišťujících látek.
Pomocí softwaru Minitab byl porovnán výkon při odstraňování modifikovaných a konvenčních systémů AAO prostřednictvím nezávislé analýzy vzorku t{0}}testu s výsledky uvedenými vObrázek 4.
Při 95% intervalu spolehlivosti byla t-hodnota 0,26 a p-hodnota 0,605. Analýza dat neukázala žádný významný rozdíl ve středních rychlostech odstraňování mezi těmito dvěma systémy. Upravený systém AAO vykazoval relativně vysokou variabilitu účinnosti odstraňování CHSK, především kvůli rozdílům v datech raného-stadia, včetně aklimatizační fáze.Celkově upravený systém AAO prokázal účinné odstranění CHSK.
4. Analýza účinnosti odstraňování amoniakálního dusíku v modifikovaném systému AAO
Byla analyzována účinnost odstraňování amoniakálního dusíku (NH3{0}}N). Když byla přitékající koncentrace NH3-N 36 mg/l, vytékající NH3-N z anaerobního stupně byl přibližně 19 mg/l. V počáteční fázi byla koncentrace odpadních vod relativně vysoká a účinnost odstraňování výrazně kolísala. Však,po 12 dnech aklimatizace se míra odstraňování zvýšila na přibližně 81 %s nitrifikačními bakteriemi ve fázi logaritmického růstu.Následně se míra odstraňování stabilizovala a dosáhla v průměru 93 %s koncentrací NH₃{0}}N ve vypouštěných odpadech 4 mg/l, splňující normu pro vypouštění třídy A.
Při 95% intervalu spolehlivosti byla t-hodnota 3,41 a p-hodnota 0,998. Analýza dat neukázala žádný významný rozdíl ve středních rychlostech odstraňování mezi těmito dvěma systémy. Upravený systém AAO vykazoval relativně vysokou variabilitu účinnosti odstraňování NH3-N, především kvůli rozdílům v datech raného-stadia, včetně fáze aklimatizace.Celkově upravený systém AAO prokázal účinné odstraňování NH₃-N.
5. Analýza účinnosti odstranění celkového fosforu a celkového dusíku v modifikovaném systému AAO
5.1 Účinnost celkového odstranění fosforu
Byla analyzována účinnost odstranění celkového fosforu (TP). Když byla koncentrace TP 3,6 mg/l, bylo nutné 11denní aklimatizační období. Koncentrace TP v odpadní vodě z celého systému dosáhla 2,8 mg/l, zatímco koncentrace TP v anaerobním stupni ve výstupním proudu byla 4,2 mg/l, což ukazuje na významné uvolňování fosforu. Po aklimatizaci se účinnost odstraňování TP výrazně zlepšila, přičemž koncentrace TP ve výstupním anaerobním stupni klesla na 2,7 mg/l a účinnost odstraňování dosáhla 17 %.V pozdější fázi se rychlost odstraňování TP ustálila nad 60 % a koncentrace TP se přiblížila 0,5 mg/l, splňující normu vypouštění třídy B.
Porovnání těchto dvou systémů ukázalo, že modifikovaný systém AAO vyžaduje počáteční aklimatizační období s relativně nízkou účinností odstraňování. Po aklimatizaci všakjeho výkon odstraňování TP se výrazně zlepšil, což prokázalo zvýšenou účinnost ve srovnání s konvenčním systémem AAO.
5.2 Celková účinnost odstranění dusíku
Byla analyzována účinnost odstranění celkového dusíku (TN). Když byla přítoková koncentrace TN 34 mg/l, byla výstupní koncentrace TN v anaerobním stádiu přibližně 18 mg/l. V počáteční fázi byla koncentrace odpadních vod relativně vysoká a účinnost odstraňování výrazně kolísala.Po 10 dnech aklimatizace se rychlost odstraňování TN zvýšila na 68 %, s koncentrací odpadních vod 9 mg/l, splňující normu vypouštění třídy A.
Při 95% intervalu spolehlivosti byla t-hodnota 0,72 a p-hodnota 0,753. Analýza dat neukázala žádný významný rozdíl ve středních rychlostech odstraňování mezi těmito dvěma systémy. Upravený systém AAO vykazoval relativně vysokou variabilitu účinnosti odstraňování TN, především kvůli rozdílům v datech raného-stadia, včetně aklimatizační fáze.Celkově upravený systém AAO prokázal účinné odstranění TN.
Závěr
Stručně řečeno, upravený systém AAO prokazuje po krátké aklimatizaci robustní výkon při odstraňování klíčových znečišťujících látek z odpadních vod-CHSK, amoniakálního dusíku, celkového dusíku a celkového fosforu-, které splňují standardy vypouštění třídy A nebo B.
Zatímco statistická analýza (t{0}}test, p{1}}hodnota) neukázala žádný významný rozdíl v průměrné účinnosti odstraňování ve srovnání s konvenčním systémem, upravený design vykazoval vyšší stabilitu a lepší výsledky léčby v průběhu času, a to navzdory větší variabilitě dat během počátečního provozu. Vylepšení, zejména v anaerobní zóně s optimalizovanými zónami míchání, separace a média, přispívají ke zvýšené odolnosti a účinnosti procesu.
Tato zjištění podtrhujípotenciál modifikovaných systémů AAO efektivně řešit složité složení odpadních vodpodporující jejich praktickou aplikaci pro modernizaci stávající léčebné infrastruktury.