Аналіз ефективності видалення забруднюючих речовин у стічних водах за допомогою модифікованої системи ААО
Огляд
TheАнаеробний-аноксичний-кисневий (AAO або A²/O)Це широко поширена технологія біологічного очищення стічних вод, призначена для одночасного видалення органічного вуглецю, азоту та фосфору. Він складається з трьох взаємопов'язаних зон:
- Анаеробна зона: За відсутності кисню та нітратів факультативні бактерії розщеплюють органічні сполуки, вивільняючи фосфор.
- Аноксична зона: Денітрифікуючі бактерії використовують органічний вуглець як донор електронів для відновлення нітратів/нітритів (повернених із кисневої зони) до газоподібного азоту, досягаючи видалення азоту.
- Киснева зона: Аеробні мікроорганізми окислюють решту органічної речовини та сприяють нітрифікації (аміак перетворюється на нітрат), тоді як організми,-акумулюючі фосфор, поглинають фосфати.
У сфері очищення стічних вод, хоча звичайна система AAO може видаляти забруднюючі речовини зі стічних вод, дедалі складніший склад стічних вод призвів до певного зниження ефективності очищення процесу AAO. Щоб забезпечити рівень застосування та ефективність процесу AAO,необхідно провести спеціальні дослідження модифікованих систем, що має важливе практичне значення для відповідних підприємств і відомств у підвищенні якості їх роботи.
Модифікована система AAO
1. Основні принципи системи AAO
Взявши за приклад систему очищення стічних вод AAO на конкретній станції очищення стічних вод, існуюча система є aзвичайний процес AAO, що в основному складається з чотирьох компонентів:анаеробний резервуар, аеробний резервуар, безкисневий резервуар і вторинний відстійник, як детально описано вмалюнок 1.
У звичайній системі AAO мікроорганізми ростуть і метаболізуються в різних умовах середовища. Завдяки взаємодії між різними мікробними спільнотами ефективне видалення забруднювачів досягається за допомогою хімічних реакцій, таких як амоніфікація, нітрифікація та денітрифікація, які значно усувають органічні забруднювачі.
Традиційна система AAO пропонує такі переваги, як низькі технічні витрати, проста експлуатація та короткий час гідравлічного утримання (HRT). Однак він також страждає недоліками в тому числіпогана ефективність видалення фосфоруісуворі вимоги до віку осаду та конструкції джерела вуглецю, що ускладнює досягнення очікуваних стандартів у деяких проектах видалення забруднювачів стічних вод.
2. Аналіз дизайну модифікованої системи AAO
Ґрунтуючись на попередніх дослідженнях, у звичайну систему AAO було внесено вдосконалення, головним чином зосередившись на анаеробному резервуарі. Theмодифікована система анаеробного бакаскладається з трьох частин:зона змішування шламу-води, зона-відділення осаду води та зона середовища, як показано вмалюнок 2.
вмодифікована система AAO (малюнок 3), зона змішування осаду-води та зона середовища мають ідентичні розміри (15 см довжина × 20 см ширина × 60 см висота), кожна з ефективним об’ємом 9 л. Гідравлічний час утримування (HRT) як для зони осаду, так і для зони середовища становить 2 години.
3. Аналіз ефективності видалення ГПК у модифікованій системі ААО
Проаналізовано ефективність видалення хімічного споживання кисню (ХПК) модифікованої системи ААО. Коли ХПК у стічних водах становив 447 мг/л, ХПК у стічних водах з анаеробної стадії становив приблизно 147 мг/л, а кінцевий ХПК у стічних водах становив 42 мг/л, що відповідає стандарту скидів класу А. Ефективність видалення ХПК на ранній анаеробній стадії була нестабільною, зі значними коливаннями та відносно низькими рівнями завислих речовин у змішаному розчині (MLSS). однак,через 7 днів рівень видалення стабілізувався на рівні 94%. На анаеробній стадії головним чином видаляються забруднювачі шляхом мікробної деградації та розведення за допомогою зворотного холодильника, демонструючи ефективне видалення забруднюючих речовин.
Використовуючи програмне забезпечення Minitab, ефективність видалення модифікованої та звичайної систем AAO порівнювали за допомогою незалежного тестового аналізу вибірки, результати наведено вмалюнок 4.
При 95% довірчому інтервалі значення t- становило 0,26, а значення p- становило 0,605. Аналіз даних показав відсутність істотної різниці в середніх показниках видалення між двома системами. Модифікована система AAO показала відносно високу варіабельність ефективності видалення ХПК, насамперед через відмінності в даних ранньої -стадії, включаючи фазу акліматизації.Загалом модифікована система AAO продемонструвала ефективне видалення COD.
4. Аналіз ефективності видалення азоту аміаку в модифікованій системі ААО
Проаналізовано ефективність видалення аміачного азоту (NH3-N). Коли концентрація NH3-N становила 36 мг/л, витік NH3-N з анаеробної стадії становив приблизно 19 мг/л. На ранній стадії концентрація стоків була відносно високою, а ефективність видалення значно коливалася. однак,після 12 днів акліматизації рівень видалення збільшився приблизно до 81%, з нітрифікуючими бактеріями в логарифмічній фазі росту.Згодом рівень видалення стабілізувався, досягнувши в середньому 93%, з концентрацією NH₃-N у стічних водах 4 мг/л, що відповідає стандарту скидів класу А.
При 95% довірчому інтервалі значення t- становило 3,41, а значення p- становило 0,998. Аналіз даних показав відсутність істотної різниці в середніх показниках видалення між двома системами. Модифікована система AAO продемонструвала відносно високу варіабельність ефективності видалення NH₃-N, насамперед через відмінності в даних ранньої-стадії, включаючи фазу акліматизації.Загалом модифікована система AAO продемонструвала ефективне видалення NH₃-N.
5. Аналіз ефективності видалення загального фосфору та загального азоту в модифікованій системі AAO
5.1 Загальна ефективність видалення фосфору
Проаналізовано ефективність видалення загального фосфору (ЗФ). Коли концентрація TP в потоці становила 3,6 мг/л, потрібен був 11-денний період адаптації. Концентрація TP у стічних водах усієї системи досягла 2,8 мг/л, тоді як концентрація TP у стічних водах анаеробної стадії становила 4,2 мг/л, що вказує на значне вивільнення фосфору. Після акліматизації ефективність видалення TP помітно покращилася, при цьому концентрація TP у стоках анаеробної стадії знизилася до 2,7 мг/л, а ефективність видалення досягла 17%.На пізній стадії швидкість видалення TP стабілізувалася вище 60%, а концентрація TP у стічних водах наблизилася до 0,5 мг/л., що відповідає стандарту розряду класу B.
Порівняння двох систем показало, що модифікована система AAO потребувала початкового періоду акліматизації з відносно низькою ефективністю видалення. Однак після акліматизації,його ефективність видалення TP значно покращилася, демонструючи підвищену ефективність порівняно зі звичайною системою AAO.
5.2 Загальна ефективність видалення азоту
Проаналізовано ефективність видалення загального азоту (TN). Коли вхідна концентрація TN становила 34 мг/л, концентрація TN у витікаючих водах на анаеробній стадії становила приблизно 18 мг/л. На ранній стадії концентрація стоків була відносно високою, а ефективність видалення значно коливалася.Після 10 днів акліматизації швидкість видалення TN зросла до 68%, з концентрацією стічних вод 9 мг/л, що відповідає стандарту розряду класу А.
При 95% довірчому інтервалі значення t- становило 0,72, а значення p- становило 0,753. Аналіз даних показав відсутність істотної різниці в середніх показниках видалення між двома системами. Модифікована система AAO продемонструвала відносно високу варіабельність ефективності видалення TN, насамперед через відмінності в даних ранньої -стадії, включаючи фазу акліматизації.Загалом модифікована система AAO продемонструвала ефективне видалення TN.
Висновок
Підсумовуючи, модифікована система AAO демонструє надійну продуктивність у видаленні основних забруднювачів стічних вод-ХПК, аміачного азоту, загального азоту та загального фосфору-відповідаючи стандартам скидів класу A або B після короткого періоду акліматизації.
Хоча статистичний аналіз (t-тест, p-значення) не показав суттєвої різниці в середній ефективності видалення порівняно зі звичайною системою, модифікований дизайн продемонстрував вищу стабільність і покращив результати лікування з часом, незважаючи на більшу мінливість даних під час початкової експлуатації. Удосконалення, особливо в анаеробній зоні з оптимізованими зонами змішування, розділення та середовища, сприяють підвищенню стійкості та ефективності процесу.
Ці висновки підкреслюютьпотенціал модифікованих систем AAO для ефективного вирішення складних складів стічних вод, підтримуючи їх практичне застосування для модернізації існуючої очисної інфраструктури.