Analiza eficienței de eliminare a poluanților în apele uzate utilizând un sistem AAO modificat
Prezentare generală
TheAnaerob-Anoxic-Oxic (AAO sau A²/O)Procesul este o tehnologie de tratare biologică a apelor uzate pe scară largă, concepută pentru îndepărtarea simultană a carbonului organic, azotului și fosforului. Este format din trei zone interconectate:
- Zona anaerobă: Lipsite de oxigen și nitrați, bacteriile facultative descompun compușii organici, eliberând fosfor.
- Zona anoxica: Bacteriile denitrificatoare folosesc carbonul organic ca donor de electroni pentru a reduce nitrații/nitriții (reveniți din zona oxică) în azot gazos, realizând eliminarea azotului.
- Zona oxica: Microorganismele aerobe oxidează materia organică rămasă și facilitează nitrificarea (amoniac în nitrat), în timp ce organismele care acumulează-fosfor absorb fosfații.
În domeniul epurării apelor uzate, în timp ce sistemul convențional AAO poate elimina poluanții din canalizare, compoziția din ce în ce mai complexă a apelor uzate a dus la o anumită scădere a eficienței de tratare a procesului AAO. Pentru a asigura nivelul de aplicare și eficacitatea procesului AAO,este necesar să se efectueze cercetări specifice asupra sistemelor modificate, care are o importanță practică semnificativă pentru întreprinderile și departamentele relevante în îmbunătățirea calității lor operaționale.
Sistem AAO modificat
1. Principiile de bază ale sistemului AAO
Luând ca exemplu sistemul de tratare a apelor uzate AAO într-o anumită stație de epurare, sistemul existent este unproces AAO convențional, constând în principal din patru componente:un rezervor anaerob, un rezervor aerob, un rezervor anoxic și un rezervor de sedimentare secundar, după cum se detaliază înFigura 1.
În sistemul convențional AAO, microorganismele cresc și metabolizează în diferite condiții de mediu. Prin interacțiuni între diferite comunități microbiene, eliminarea eficientă a poluanților este realizată prin reacții chimice, cum ar fi amonificarea, nitrificarea și denitrificarea, care elimină în mod semnificativ poluanții organici.
Sistemul convențional AAO oferă avantaje precum costuri tehnice reduse, operare simplă și timp scurt de retenție hidraulică (HRT). Cu toate acestea, suferă și de dezavantaje, inclusiveficiență slabă de îndepărtare a fosforuluişicerințe stricte pentru vârsta nămolului și proiectarea sursei de carbon, ceea ce face dificilă îndeplinirea standardelor așteptate în unele proiecte de eliminare a poluanților din apele uzate.
2. Analiza de proiectare a sistemului AAO modificat
Pe baza cercetărilor anterioare, au fost aduse îmbunătățiri la sistemul convențional AAO, concentrându-se în primul rând pe rezervorul anaerob. Thesistem de rezervor anaerob modificatconstă din trei părți:o zonă-de amestecare a nămolului, o zonă de separare a nămolului-apă și o zonă a mediului, așa cum se arată înFigura 2.
Însistem AAO modificat (Figura 3), zona de amestecare a apei-nămolului și zona de mediu sunt proiectate cu dimensiuni identice (15 cm lungime × 20 cm lățime × 60 cm înălțime), fiecare cu un volum efectiv de 9 L. Timpul de retenție hidraulică (HRT) atât pentru zona de nămol, cât și pentru zona de mediu este de 2 ore.
3. Analiza eficienței de eliminare a COD în sistemul AAO modificat
A fost analizată eficiența de eliminare a cererii chimice de oxigen (COD) a sistemului AAO modificat. Când COD afluentului a fost de 447 mg/L, COD a efluentului din stadiul anaerob a fost de aproximativ 147 mg/L, iar COD a efluentului final a fost de 42 mg/L, îndeplinind standardul de descărcare de clasă A. Eficiența de îndepărtare a COD în stadiul anaerob incipient a fost instabilă, cu fluctuații semnificative și niveluri relativ scăzute de lichide în suspensie (MLSS). Cu toate acestea,după 7 zile, rata de îndepărtare s-a stabilizat la 94%. Etapa anaerobă elimină în primul rând poluanții prin degradarea microbiană și diluarea prin reflux, demonstrând eliminarea eficientă a poluanților.
Folosind software-ul Minitab, performanța de eliminare a sistemelor AAO modificate și convenționale a fost comparată printr-o analiză independentă a probei t-test, cu rezultatele afișate înFigura 4.
La un interval de încredere de 95%, valoarea t-a fost 0,26, iar valoarea p-a fost 0,605. Analiza datelor nu a indicat nicio diferență semnificativă în ratele medii de eliminare între cele două sisteme. Sistemul AAO modificat a arătat o variabilitate relativ mare în eficiența eliminării COD, în primul rând datorită diferențelor dintre datele-incipiente, inclusiv faza de aclimatizare.În general, sistemul AAO modificat a demonstrat eliminarea eficientă a COD.
4. Analiza eficienței de eliminare a azotului de amoniac în sistemul AAO modificat
S-a analizat eficiența de îndepărtare a azotului amoniac (NH3{0}}N). Când concentrația de NH₃-N influent a fost de 36 mg/L, NH₃-N efluent din stadiul anaerob a fost de aproximativ 19 mg/L. În stadiul incipient, concentrația efluentului a fost relativ mare, iar eficiența de eliminare a fluctuat semnificativ. Cu toate acestea,după 12 zile de aclimatizare, rata de îndepărtare a crescut la aproximativ 81%, cu bacterii nitrificatoare în faza de creștere logaritmică.Ulterior, rata de îndepărtare s-a stabilizat, ajungând la o medie de 93%, cu o concentrație de NH₃-N în efluent de 4 mg/L, care îndeplinește standardul de deversare din clasa A.
La un interval de încredere de 95%, valoarea t-a fost 3,41, iar valoarea p-a fost 0,998. Analiza datelor nu a indicat nicio diferență semnificativă în ratele medii de eliminare între cele două sisteme. Sistemul AAO modificat a arătat o variabilitate relativ mare a eficienței de îndepărtare a NH₃-N, în primul rând din cauza diferențelor dintre datele-incipiente, inclusiv faza de aclimatizare.În general, sistemul AAO modificat a demonstrat eliminarea eficientă a NH₃-N.
5. Analiza eficienței de eliminare a fosforului total și a azotului total în sistemul AAO modificat
5.1 Eficiența totală de îndepărtare a fosforului
A fost analizată eficiența de îndepărtare a fosforului total (TP). Când concentrația de TP a influențului a fost de 3,6 mg/L, a fost necesară o perioadă de aclimatizare de 11 zile. Concentrația de TP efluent din întregul sistem a atins 2,8 mg/L, în timp ce concentrația de TP efluent în stadiul anaerob a fost de 4,2 mg/L, indicând o eliberare semnificativă de fosfor. După aclimatizare, performanța de îndepărtare a TP s-a îmbunătățit semnificativ, concentrația de TP a efluentului din stadiul anaerob scăzând la 2,7 mg/L și eficiența de îndepărtare atingând 17%.În etapa ulterioară, rata de îndepărtare a TP s-a stabilizat peste 60%, iar concentrația de TP a efluentului sa apropiat de 0,5 mg/L, respectând standardul de descărcare de clasă B.
Compararea celor două sisteme a arătat că sistemul AAO modificat necesita o perioadă inițială de aclimatizare cu o eficiență de îndepărtare relativ scăzută. Cu toate acestea, după aclimatizare,performanța sa de îndepărtare a TP s-a îmbunătățit semnificativ, demonstrând o eficiență sporită în comparație cu sistemul convențional AAO.
5.2 Eficiența totală a eliminării azotului
A fost analizată eficiența de îndepărtare a azotului total (TN). Când concentrația de TN influent a fost de 34 mg/L, concentrația de TN a efluentului din stadiul anaerob a fost de aproximativ 18 mg/L. În stadiul incipient, concentrația efluentului a fost relativ mare, iar eficiența de eliminare a fluctuat semnificativ.După 10 zile de aclimatizare, rata de îndepărtare a TN a crescut la 68%, cu o concentrație a efluentului de 9 mg/L, respectând standardul de descărcare de clasă A.
La un interval de încredere de 95%, valoarea t-a fost 0,72, iar valoarea p-a fost 0,753. Analiza datelor nu a indicat nicio diferență semnificativă în ratele medii de eliminare între cele două sisteme. Sistemul AAO modificat a arătat o variabilitate relativ mare a eficienței de îndepărtare a TN, în primul rând datorită diferențelor dintre datele-incipiente, inclusiv faza de aclimatizare.În general, sistemul AAO modificat a demonstrat eliminarea eficientă a TN.
Concluzie
În rezumat, sistemul AAO modificat demonstrează o performanță robustă în eliminarea poluanților cheie din apele uzate-COD, azot amoniac, azot total și fosfor total-îndeplinesc standardele de descărcare de Clasa A sau B după o scurtă perioadă de aclimatizare.
În timp ce analiza statistică (testul t-, valoarea p-) nu a arătat nicio diferență semnificativă în ceea ce privește eficiența medie de îndepărtare în comparație cu sistemul convențional, designul modificat a prezentat o stabilitate mai mare și rezultate îmbunătățite ale tratamentului în timp, în ciuda variabilității mai mari a datelor în timpul funcționării inițiale. Îmbunătățirile, în special în zona anaerobă, cu zone optimizate de amestecare, separare și mediu, contribuie la creșterea rezistenței și eficienței procesului.
Aceste constatări subliniazăpotențialul sistemelor AAO modificate de a aborda eficient compozițiile complexe de ape uzate, sprijinind aplicarea lor practică pentru modernizarea infrastructurii de tratare existente.