Tratarea mixtă a apelor uzate menajere și a apelor uzate de fabricare a hârtiei: comparație experimentală a 4 procese

Luați un flux de canalizare menajeră - previzibil, biodegradabil, ușor. Adăugați apă uzată de fabricare a hârtiei - bogată în fibre de lemn, compuși fenolici, reziduuri de albire și culoare. Amestecați-le în aceeași stație de epurare și ați creat o apă uzată care estemai greu de tratat decât fiecare flux singur. Fracția biodegradabilă scade. Solidele în suspensie își schimbă caracterul. Înmulțirile membranare se înmulțesc. Acest articol raportează rezultate experimentale din patru abordări de tratare aplicate apelor uzate mixte de fabricare a hârtiei: tratare biologică, precipitare chimică, separare prin membrană și o combinație integrată. Doar o singură abordare a realizat atât eliminarea ridicată, cât și costuri gestionabile.

1. DOUĂ CURSURI DE APE UZATE, DOUĂ PROBLEME TOTAL DIFERITE

1.1 Canalizare menajeră - volum mare, complexitate redusă

Canalele menajere transportă materie organică, azot, fosfor, solide în suspensie și microorganisme patogene - toate în concentrații care variază în funcție de densitatea populației, stilul de viață și anotimp. Cea mai mare parte a fracției organice este biodegradabilă. COD și BOD sunt țintele de bază ale tratamentului. Azotul apare sub formă de amoniac și nitrat; fosforul conduce la riscul de eutrofizare. Solidele în suspensie provin din reziduuri alimentare, praf și detergenți. Nimic din acest flux nu este chimic exotic - provocarea este volumul, nu toxicitatea.

1.2 Ape uzate din fabricarea hârtiei - volum redus, complexitate ridicată

Apa uzată de fabricare a hârtiei este un animal diferit. Fibrele de pastă de lemn - materie primă incomplet descompusă - creează solide solide în suspensie cu caracter fibros, înfundat. Reziduurile chimice de la prelucrare și albire - cloruri, agenți de albire, agenți tensioactivi - cresc COD și, mai critic,inhiba microorganismelecare altfel i-ar degrada. Culoarea, în special de la albirea cu clor, este intensă și rezistă tratamentului biologic convențional. Compușii fenolici adaugă toxicitate acută. Fluxul este mai greu de tratat, dar mai mic ca volum - ceea ce face ca tratamentul mixt să fie atractiv din punct de vedere economic, dacă procesul îl poate gestiona.

1.3 De ce amestecul îl îngreunează

Amestecarea celor două fluxuri creează trei provocări specifice pe care niciunul nu le prezintă singur:

Nepotrivire de biodegradabilitate.Canalele menajere sunt ușor biodegradabile. Apa uzată de fabricare a hârtiei conține substanțe organice refractare - fenolici, anumite reziduuri chimice - care rezistă atacului biologic. Într-un reactor biologic mixt, fracția ușoară se degradează rapid în timp ce fracția refractară se acumulează, reducând eficiența totală de îndepărtare.

Conflict de separare solid-lichid.Fibrele de pastă de lemn creează un nămol fibros care se comportă diferit față de nămolul floculant al apelor uzate menajere. Caracteristicile de sedimentare se modifică. Deshidratarea devine imprevizibilă. Nămolul amestecat este mai greu de manipulat decât oricare dintre surse.

Fluctuația calității apei amplificată.Canalele menajere variază diurnă și sezonieră. Apa uzată de fabricare a hârtiei este relativ stabilă atunci când producția funcționează - dar se modifică brusc cu loturile de proces, spălările și schimbările de grad. Atunci când este amestecat, fluxul combinat poate varia în pH, amoniac și COD mai repede decât se poate adapta orice proces de tratament individual.

2. PATRU PROCESE TESTATE - REZULTATE EXPERIMENTALE

Fiecare proces a fost evaluat într-un reactor cu flux continuu folosind mostre reale de ape uzate menajere și de fabricare a hârtiei. COD, BOD, azot, fosfor și poluanți specifici au fost monitorizați în diferite timpi de reacție, temperaturi și condiții de funcționare.

2.1 Tratament biologic - funcționează pentru unul, eșuează pentru celălalt

La 3-5 zile timp de retenție, tratamentul biologic eliminatpeste 70% din COD și BOD din canalizarea menajeră. Numai pentru apele uzate de fabricare a hârtiei, eliminarea COD a fost atinsă numai40–50%. Când fluxurile au fost amestecate, eliminarea BOD a scăzut la40–60%- cu mult sub nivelul de 80% atins doar la tratarea apelor uzate menajere.

Mecanismul este clar: substanțele fenolice și reziduurile chimice din fracția de fabricare a hârtiei au inhibat comunitatea microbiană. Microorganismele care consumau cu ușurință substanțele organice domestice au fost parțial suprimate de substanțele chimice din fabricarea hârtiei, reducând capacitatea totală de biodegradare. Experimentul a confirmat ceea ce prezice teoria:tratamentul biologic singur nu poate gestiona fluxul mixt.

2.2 Precipitări chimice - puternice asupra fosforului și metalelor, slabe asupra agenților tensioactivi

Folosind clorură de aluminiu și hidroxid de calciu ca precipitanți, eliminarea fosforului în apa reziduală mixtăa depasit 85%. S-a ajuns la eliminarea plumbului și a cupruluipeste 80%- metalele grele din procesele de fabricare a hârtiei au precipitat eficient. Cu toate acestea, anumiți agenți tensioactivi din fracția de fabricare a hârtiei au rezistat precipitațiilor și au trecut în mare parte neafectați.

Precipitarea chimică este un instrument țintit: îndepărtează ceea ce este conceput pentru a elimina (fosfor, metale) și lasă ceea ce nu este (organici dizolvați, agenți tensioactivi, culoare). Ca proces de sine stătător pentru apele uzate mixte, se adresează doar unei părți a încărcăturii poluante. Dar, ca pas într-un tren de tratament, se ocupă de fracțiunea cu care se luptă biologia și membranele - o nișă valoroasă.

2.3 Separarea membranei - îndepărtare excelentă, murdărire rapidă

Ultrafiltrarea eliminatăpeste 90% din solidele în suspensie și materia organică macromolecularădin apa uzată amestecată, cu flux de membrană destul de mare. Dar substanțele organice cu molecule mici - fracțiunea dizolvată pe care ultrafiltrarea nu o poate respinge - au trecut și au necesitat nanofiltrare în aval sau osmoză inversă.

Constatarea critică a fost comportamentul murdar. Fibrele de pastă de lemn și pigmenții din apele reziduale de fabricare a hârtiei au format un strat dens de depozit pe suprafața membranei, înfundând porii și reducând permeabilitatea mai rapid decât ar provoca doar apele uzate menajere. Stratul de murdărie a fost diferit din punct de vedere fizic - mai degrabă fibros decât gelatinos - și a necesitat protocoale de curățare diferite.Murdărirea membranei, nu respingerea membranei, este factorul limitativ pentru această aplicație.

2.4 Tratament integrat - combinația care funcționează

Procesul integrat a secvențiat trei etape: tratarea biologică în primul rând (pentru a îndepărta cea mai mare parte a substanțelor organice biodegradabile), în al doilea rând precipitarea chimică (pentru a viza fosforul și metalele grele) și în ultimul rând separarea prin membrană (pentru lustruirea avansată a substanțelor dizolvate și a urmelor de poluanți).

Rezultatele au justificat complexitatea:

După etapele de precipitare biologică + chimică,Eliminarea COD a depășit 80% și eliminarea fosforului a depășit 90%. Etapa cu membrană a îndepărtat apoi substanțele reziduale dizolvate și urmele de poluanți. În mod esențial, prin îndepărtarea încărcăturii organice și a particulelor în vrac dinaintea membranei,murdărirea a fost redusă semnificativ- etapele de pretratare și-au câștigat costul prin prelungirea duratei de viață a membranei și reducerea frecvenței de curățare.

3. OPTIMIZAREA FIECAREEI ETAPE

3.1 Tratament biologic - adăugați microbii potriviți

Nămolul activ standard se luptă cu compușii fenolici. Optimizarea:bioaugmentare cu tulpini degradante specializate- bacterii selectate sau proiectate special pentru degradarea fenolică. Împreună cu timpi de retenție ajustați (mai scurti pentru fracția domestică, extins pentru fracția de fabricare a hârtiei), stadiul biologic poate fi reglat la profilul de biodegradabilitate real al fluxului mixt, mai degrabă decât la o ipoteză de proiectare generică.

3.2 Precipitare chimică - treceți la clorură ferică

Înlocuirea teiului tradițional cuclorură fericărealizează o îndepărtare echivalentă a fosforului la un cost chimic mai mic și produce un nămol mai dens și mai deshidratabil. Combinarea precipitației cu etapa biologică - lăsând biologia să elimine o parte din încărcătura organică înainte ca precipitația să țintească fosforul și metalele - reduce cererea chimică pe care o ar necesita o etapă de precipitare independentă.

3.3 Separarea membranei - pretratarea este adevărata protecție a membranei

Costul dominant al membranei nu este membrana în sine - este înlocuirea și curățarea determinată de murdărie. Optimizarea este în amonte: îmbunătățiți pretratarea pentru a îndepărta particulele mari (fibre de lemn, solide în suspensie) înainte ca acestea să ajungă la suprafața membranei. Agenți de curățare chimici mai blânzi și metode de curățare fizică - spălare în contra, curățarea cu aer - reduc deteriorarea membranei în comparație cu ciclurile agresive de curățare chimică la locul lor.

3.4 Control integrat - lăsați sistemul să se adapteze singur

Unsistem de control inteligentcare monitorizează calitatea apei în timp real și ajustează parametrii de funcționare - intensitatea aerării, ratele de dozare a substanțelor chimice, frecvența spălării în contra-membrană - în funcție de condițiile reale de afluent, nu de valori fixe. Când fracția de fabricare a hârtiei este mare, sistemul crește precipitarea chimică și extinde retenția biologică. Când domină apele uzate menajere, acestea reduc substanțele chimice și scurtează retenția. Rezultatul: un tratament care urmărește deșeurile reale, nu ipoteza de proiectare.

REZULTAT: CARE PROCES PENTRU CARE POLUANT?

Dovezile experimentale sunt lipsite de ambiguitate: niciun proces nu tratează în mod adecvat apele uzate mixte de fabricare a hârtiei menajere. Tratamentul biologic se ocupă de fracțiunea domestică, dar este parțial inhibat de substanțele chimice de fabricare a hârtiei. Precipitarea chimică elimină fosforul și metalele, dar scapă substanțele organice dizolvate. Membranele obțin o îndepărtare mare, dar se murdăresc rapid pe fibra de lemn.Secvența integrată - biologia în primul rând, chimia în al doilea rând, ultima membrană - realizează eliminarea COD de peste 80% și îndepărtarea fosforului în proporție de peste 90%, cu murdărire gestionabilă a membranei, deoarece etapele din amonte îndepărtează impuritățile.Pentru plantele care primesc ambele fluxuri, întrebarea nu este dacă să se integreze, ci cum să ordoneze etapele și cât de inteligent să le controleze.