Аналіз впливу поетапної подачі кисню в аеробну зону процесу ААО на ефективність видалення забруднюючих речовин
Огляд
Процес AAO — це широко використовувана технологія очищення стічних вод, що включає в основному анаеробну, безкисневу та аеробну стадії, які діють синергічно для ефективного видалення забруднюючих речовин зі стічних вод. Аеробна стадія є критично важливим компонентом процесу AAO, і спосіб подачі кисню безпосередньо впливає на загальну ефективність роботи всієї системи. Щоб ще більше підвищити ефективність процесу AAO у практичних застосуваннях, дослідники запропонували поетапну схему подачі кисню. Встановлюючи кілька зон із різними концентраціями розчиненого кисню (РО) у системі, ця схема спрямована на оптимізацію метаболічної активності аеробних мікроорганізмів і покращення ефективності видалення забруднюючих речовин. Тому аналіз впливу поетапної подачі кисню в аеробну зону процесу ААО на видалення забруднюючих речовин має важливе практичне значення.
Огляд поетапної подачі кисню в аеробну зону процесу AAO
Аеробна зона є основним місцем окислення та розкладання органічних речовин. Завдяки поетапній подачі кисню концентрації DO в різних зонах можна гнучко регулювати на основі швидкості розкладання органічної речовини та потреби мікроорганізмів у кисні, забезпечуючи рівномірне та достатнє розкладання органічної речовини в усіх зонах. Такий підхід допомагає покращити швидкість видалення органічних речовин і стабілізувати якість стоків. В аеробній зоні нітрифікуючими бактеріями аміачний азот окислюється до нітрату. Поступова подача кисню забезпечує ефективну роботу нітрифікуючих бактерій за відповідних концентрацій DO, уникаючи несприятливого впливу на процес нітрифікації, викликаного надмірно високими або низькими рівнями DO. Одночасно, контролюючи коефіцієнт рециркуляції та концентрацію змішаного розчину, можна додатково оптимізувати процес нітрифікації, підвищуючи ефективність видалення аміачного азоту. Процес AAO виконує одночасне видалення азоту та фосфору. За умов поетапного подачі кисню в аеробну зону організми,-акумулюючі фосфор (PAO), можуть повністю поглинати фосфор за відповідних концентрацій DO та досягати видалення фосфору шляхом скидання -багатого фосфором мулу на наступних етапах. Водночас, регулюючи робочі параметри в безкисневій та аеробній зонах, можна оптимізувати процес денітрифікації, покращуючи загальну ефективність видалення азоту.
Експериментальна методика аналізу впливу поетапного Подача кисню на ефективність видалення забруднюючих речовин
Під час експерименту для регулювання інтенсивності аерації, відображаючи концентрацію DO, використовувалися такі методи, як системи керування аераційними клапанами, системи автоматичного керування та кількість повітродувних пристроїв. Хід процесу експериментальної установки показано намалюнок 1.
Як показано на малюнку 1, аеробна зона системи AAO розділена на три області: головну, середню та хвостову частини. Гідравлічний час утримання (HRT) системи було встановлено на 2 години. Розміри реактора становили 160 см × 125 см × 100 см (довжина × ширина × висота), із встановленою висотою змішаного розчину 60 см. Напрямок потоку між реакційними резервуарами контролювали за допомогою напрямних стінок і перегородок.
Зразки стоків були відібрані з первинного відстійника міської очисної споруди. Якість стічних вод була відносно стабільною, всі відповідні показники були в межах стандартних значень: концентрація ТП коливалася від 3,0 до 5,5 мг/л, концентрація ТН – від 26 до 49 мг/л, ХПК – від 255 до 485 мг/л.
Кожна аеробна секція була оснащена вихровим повітряним насосом і системою перфорованих труб незалежної конфігурації для формування системи аерації для операцій аерації. Під час роботи системи кожен вихровий повітряний насос працював незалежно та стабільно, підтримуючи концентрації DO в межах 4–5 мг/л, 3–4 мг/л та 2–3 мг/л відповідно. Концентрації DO та якість стоків з різних секцій були виміряні та проаналізовані для визначення конкретного впливу на ефективність видалення забруднюючих речовин.
3 Аналіз впливу концентрації DO в головній секції на ефективність видалення забруднюючих речовин
3.1 Аналіз ефективності видалення COD
Аналіз видалення COD у головній частині аеробної зони AAO за трьох різних умов концентрації DO показав значення COD у стоках 41,2, 40,2 та 40,8 мг/л, з ефективністю видалення 91,3%, 90,5% та 90,8% відповідно. Конкретні деталі показано вмалюнок 2.
Аналіз даних показує, що хоча ефективність видалення ГПК у головній секції певною мірою змінювалася при різних концентраціях DO, загальна варіація була мінімальною і не демонструвала чіткої кореляції. Коли концентрація DO зросла з рівня 2–3 мг/л до рівня 3–4 мг/л, ХПК у стічних водах та ефективність видалення зменшилися на 1,0 мг/л та 0,8% відповідно. Однак, коли концентрація DO зросла до рівня 4–5 мг/л, ХПК у стічних водах та ефективність видалення зросли на 0,6 мг/л та 0,3% відповідно. Різні концентрації DO істотно не вплинули на ефективність видалення ГПК.
3.2 Аналіз ефективності видалення TN
Аналіз видалення TN у головній секції показав концентрації TN у стоках 12,8, 12,3 та 13,1 мг/л за трьох умов DO, зі швидкістю видалення 68,0%, 66,8% та 67,7% відповідно.
Аналіз даних показує, що ефективність видалення TN у головній секції певною мірою змінювалася при різних концентраціях DO, але загальна варіація була мінімальною і не демонструвала чіткої кореляції. Таким чином, можна зробити висновок, що різні концентрації DO істотно не впливають на ефективність видалення TN.
3.3 Аналіз ефективності видалення TP
Аналіз видалення TP у головній секції показав концентрації TP у стоках 0,60, 0,51 та 0,48 мг/л за трьох умов DO, зі швидкістю видалення 88,1%, 90,7% та 91,7% відповідно.
Аналіз даних показує, що ефективність видалення ТР у головній секції змінюється залежно від концентрації DO. Збільшення концентрації DO зменшило концентрацію TP у стічних водах і ще більше підвищило ефективність видалення. Таким чином, можна зробити висновок, що рівень концентрації DO 4–5 мг/л досягає відносно найвищої ефективності видалення.
Всебічний аналіз свідчить про те, що встановлення концентрації DO в головній секції на рівні 4–5 мг/л призводить до вищої ефективності поглинання фосфору.
4 Аналіз впливу концентрації DO в середній секції на ефективність видалення забруднюючих речовин
4.1 Аналіз ефективності видалення COD
Аналіз видалення ХПК у середній секції показав значення ХПК у стічних водах 39,9, 38,9 та 40,4 мг/л за трьох умов DO, з ефективністю видалення 91,0%, 90,9% та 91,2% відповідно. Конкретні деталі показано вмалюнок 3.
Аналіз даних показує, що хоча ефективність видалення ХПК у середній секції певною мірою змінювалася при різних концентраціях DO, загальна варіація була мінімальною і не демонструвала чіткої кореляції. Коли концентрація DO зросла з рівня 2–3 мг/л до рівня 3–4 мг/л, ХПК у стічних водах та ефективність видалення зменшилися на 1,0 мг/л та 0,1% відповідно. Однак, коли концентрація DO зросла до рівня 4–5 мг/л, ГПК у стічних водах та ефективність видалення зросли на 0,5 мг/л та 0,3% відповідно. Різні концентрації DO істотно не вплинули на ефективність видалення ГПК.
4.2 Аналіз ефективності видалення TN
Аналіз видалення TN у середній секції показав концентрації TN у стоках 13,8, 13,0 та 12,9 мг/л за трьох умов DO, зі швидкістю видалення 62,5%, 66,3% та 66,4% відповідно. Для порівняння рівні концентрації DO 3–4 мг/л і 4–5 мг/л призвели до кращої ефективності видалення TN.
4.3 Аналіз ефективності видалення TP
Аналіз видалення TP у середній секції показав концентрації TP у стоках 0,57, 0,52 та 0,46 мг/л за трьох умов DO, зі швидкістю видалення 88,5%, 90,8% та 91,5% відповідно. Для порівняння рівні концентрації DO 3–4 мг/л і 4–5 мг/л призвели до кращої ефективності видалення ТР.
Комплексний аналіз показує, що встановлення концентрації DO в середній секції на рівні 3–4 мг/л забезпечує більшу ефективність видалення забруднюючих речовин.
Аналіз впливу концентрації DO в хвостовій частині на ефективність видалення забруднюючих речовин
5.1 Аналіз ефективності видалення COD
Аналіз видалення ГПК у хвостовій частині показав ефективність видалення 91,8% за всіх трьох умов концентрації DO. Різні концентрації DO істотно не вплинули на ефективність видалення ГПК.
5.2 Аналіз ефективності видалення TN
Аналіз видалення TN у хвостовій частині показав концентрації TN у стоках 11,5, 12,7 та 13,4 мг/л за трьох умов DO, зі швидкістю видалення 72,7%, 67,9% та 66,5% відповідно. Для порівняння, рівень концентрації DO 2–3 мг/л призвів до кращої ефективності видалення TN.
5.3 Аналіз ефективності видалення TP
Аналіз видалення ТП у хвостовій частині показав, що при концентрації DO нижче 2,0 мг/л ефективність видалення не перевищує 96%. У цьому експерименті швидкість видалення за всіх трьох умов DO становила 90%, а концентрації стоків відповідали первинному стандарту.
Підсумовуючи, встановлення концентрації DO в хвостовій частині на рівні 2–3 мг/л досягає вищої ефективності видалення забруднюючих речовин.
Висновок
Щоб дослідити специфічний вплив поетапної подачі кисню в аеробну зону процесу ААО на ефективність видалення забруднюючих речовин, під час дослідження аеробну зону було розділено на головну, середню та хвостову частини. Аналіз ефективності видалення COD, TN і TP на цих ділянках у поєднанні з результатами дослідження вказує на те, що встановлення рівнів концентрації DO в трьох аеробних зонах на рівні 4–5 мг/л, 3–4 мг/л і 2–3 мг/л відповідно забезпечує кращу загальну ефективність видалення забруднюючих речовин. Цей підхід може надати підтримку та посилання для екологічного захисту навколишнього середовища, енергозбереження та зусиль щодо скорочення викидів.