Canal de oxidare prin aerare pre-anaerobă micro-porilor: tehnologie avansată de îndepărtare a nutrienților

Tehnologia de tratare a apelor uzate a șanțului de oxidare prin aerare pre-anaerobă micro-porilor

Introducere

Analizaproces convențional de șanț de oxidaredezvăluie că, prin ajustarea și optimizarea intensității aerării și a modelelor de debit, apele uzate sunt tratate secvenţial prin rezervoare de reacţie anaerobe, anoxice și aerobe, asigurând îndepărtarea eficientă a materiei organice. Cu toate acestea, probleme precuminvestiție totală mareşieficiență scăzută a transferului de oxigensunt comune, conducând laeliminarea suboptimă a azotului și fosforului. Pentru a aborda aceste limitări, au fost efectuate cercetări aprofundate{-cu privire la tehnologia de tratare a apelor reziduale de șanțuri de oxidare pre-preanoxică microporoasă, cu scopul de a îmbunătăți eficiența operațională a stațiilor de tratare a apelor uzate urbane și de a îmbunătăți utilizarea resurselor de apă.

1. Prezentare generală a proiectului

Stația de epurare a apelor uzate din X City tratează în principal ape uzate menajere și ape uzate industriale, cu un volum semnificativ de efluenți industriali.Capacitatea de tratare proiectată este de 10×10⁴ m³/zi. Standardele de calitate pentru influent și efluent sunt prezentate înTabelul 1. În prezent, 30% din efluentul tratat este reutilizat ca apă regenerată pentru centralele termice, în timp ce restul de 70% este deversat în râuri. Pe baza clasificărilor funcționale ale apelor de suprafață și a Standardelor de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate urbane, instalația trebuie să îndeplinească standardul de evacuare de gradul 1B. Odată cu dezvoltarea economică urbană în curs și creșterea debitului de ape uzate, instalația a implementat tratarea interceptivă a apelor uzate pentru apele uzate menajere, a extins rețeaua de canalizare și a adoptat procesul de oxidare a șanțurilor de aerare microporoasă pre-preanoxică pentru a reduce poluarea surselor de apă de suprafață urbane.

2. Fluxul de proces al șanțului de oxidare prin aerare microporoasă pre-anoxică

Miezul acestui proces este combinația dintre un rezervor pre{0}}anoxic și un șanț de oxidare cu aerare microporoasă. Secvența tratamentului este următoarea:ape uzate → sită grosieră → casa pompei de admisie → sită fină → cameră de nisip vortex → rezervor anaerob → zone anoxice/aerobe → rezervor de sedimentare secundar → rezervor de dezinfecție → efluent. O parte din nămolul din rezervorul de sedimentare secundar este evacuat în instalația de deshidratare a nămolului înainte de eliminarea finală. Procesul se concentrează pe eliberarea fosforului, îndepărtarea biologică a azotului și îndepărtarea fosforului.

2.1 Eliberarea de fosfor

În rezervorul anaerob, bacteriile fermentative transformă macromoleculele biodegradabile în intermediari moleculari mai mici, în primul rând acizi grași volatili (VFA). În condiții anaerobe prelungite, organismele care-acumulează polifosfați (PAO) cresc lent și eliberează fosfat din celulele lor în soluție prin descompunerea polifosfaților. Acest proces furnizează energie pentru absorbția și conversia acizilor grași cu -moleculare scăzută în granule de polihidroxibutirat (PHB).

2.2 Eliminarea biologică a azotului

Azotul de amoniac este transformat în nitriți și nitrat de bacteriile nitrificatoare în condiții aerobe. În zona anoxică, bacteriile denitrificatoare reduc nitratul în azot gazos, care este eliberat în atmosferă. Acest proces reduce eficient nivelul de azot din apa uzată.

2.3 Eliminarea fosforului

În condiții aerobe, PAO utilizează surse de carbon și PHB pentru a absorbi ortofosfatul, sintetizând polifosfați în celulele lor. Fosforul acumulat este ulterior îndepărtat din sistem cu nămolul rezidual, realizând o îndepărtare eficientă a fosforului.

În comparație cu procesele convenționale,șanțul de oxidare cu aerare pre-anoxică microporoasă simplifică operațiunile prin eliminarea sedimentării primare sau prin reducerea duratei acesteia. Acest lucru permite particulelor organice mai mari din camera de nisip să intre în sistemul biologic, abordând deficiențele sursei de carbon. Condițiile alternative anaerobe-anoxice-aerobe inhibă creșterea bacteriilor filamentoase, îmbunătățesc sedimentarea nămolului și integrează eliminarea azotului, eliminarea fosforului și degradarea organică. Zonele anaerobe și anoxice creează medii favorabile pentru îndepărtarea azotului și a fosforului, în timp ce zona aerobă susține eliberarea și nitrificarea simultană a fosforului. Volumul zonei aerobe trebuie calculat cu atenție pentru a asigura eficiența:

Unde:

• X: Concentrația nămolului microbian (mg/L)
• Y: Coeficientul de randament al nămolului (kgMLSS/kgBOD)
• S_e​: Concentrația efluentului (mg/L)
• S₀​: Concentrația influențului (mg/L)
• θ_C0: Timp de retenție hidraulic (e)
• Q: Debitul de influent (L/s)
• V₀: Volumul efectiv al reactorului aerob (L)

3. Aspecte cheie ale tehnologiei șanțurilor de oxidare cu aerare microporoasă pre-anoxică

3.1 Tehnologia rezervorului pre-anoxic

Rezervorul pre-anoxic găzduiește microorganisme anaerobe care se descompun și transformă în prealabil materia organică, reducând producția de nămol și ușurând încărcarea în etapele ulterioare de tratare.

3.1.1 Fluxul procesului

3.1.1.1 Pretratarea influentelor

Screeningul elimină solidele în suspensie, cum ar fi materialele plastice, părul și deșeurile de bucătărie, folosind ecrane biologice avansate. Reglarea debitului și a calității asigură omogenitatea, în timp ce sedimentarea (naturală sau asistată-chimic) elimină solidele în suspensie și materia organică/anorganică.

3.1.1.2 Reacția anaerobă

Temperatura controlată, pH-ul și timpul de retenție facilitează amestecarea minuțioasă a nămolului anaerob și a apei uzate, îmbunătățind eliminarea materiei organice. Reactoarele anaerobe folosesc amestecarea sau circulația pentru a promova fermentația, producând CO₂, CH₄ și urme de H2S. Urmează separarea gazului-lichid-solidelor și tratarea gazelor reziduale.

3.1.1.3 Post-tratare și efluent

Poluanții anorganici și organici rezistenți sunt tratați prin procese aerobe sau prin adsorbție de cărbune activ. Monitorizarea online urmărește activitatea microbiană și indicatorii de calitate a apei (de exemplu, raportul F/M, oxigenul dizolvat). Raportul F/M ar trebui să fie în medie de 0,06; oxigenul dizolvat în zonele anaerobe trebuie să fie de 0,5-1 mg/L.

3.1.2 Controlul procesului

Măsurile cheie includ:

Cultivarea nămolului anaerob cu capacitate mare de degradare și menținerea unor rapoarte optime de nutrienți (C:N:P ≈ 100:5:1).

Controlul încărcăturii organice, a temperaturii (30–35 grade) și a pH-ului (6,5–7,5). Încărcătura organică ar trebui să fie de 3–6 kgBOD₅/(m³·d).

Implementarea reciclării nămolului pentru a menține concentrația și activitatea microbiană. Nămolul deshidratat poate fi reutilizat ca îngrășământ sau furaj.

3.2 Tehnologia șanțurilor de oxidare prin aerare microporoasă

Bombarea nămolului, adesea cauzată de bacterii filamentoase sau expansiunea zoogloea, afectează sedimentabilitatea. Următoarele ecuații descriu creșterea microbiană:

Unde:

• K_d: coeficientul de degradare microbiană (d^-1)
• S: Concentrația substratului (mg/L)
• K_s​: Jumătate-coeficient de saturație (mg/L)
• Y: coeficient de randament (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Rata de creștere specifică maximă (d^-1)
• μ: rata de creștere microbiană (d^-1)
•  

Unde:

• S_min: Concentrația minimă de substrat la starea de echilibru (mg/L)
• K_d: coeficientul de degradare microbiană (d^-1)
• Ks: jumătate-coeficientul de saturație, adică concentrația substratului când μ=μmax/2μ=μmax​/2 (mg/L)
• Y: coeficient de randament (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Rata de creștere specifică maximă (d^-1)

3.2.1 Parametrii de proiectare a procesului

Apele uzate trec prin site, camere de nisip și rezervoare anaerobe (cu mixere) înainte de a intra în șanțul de oxidare. Aeratoarele microporoase și elicele scufundate creează condiții aerobe/anoxice alternative. Sistemul include două rezervoare anaerobe (2.8h HRT) și patru șanțuri de oxidare (8.64h HRT). Vârsta nămolului este de 11,3 zile.

3.2.2 Proiectare-pilot a dispozitivului

Sistemul pilot include o cameră de nisip aerat, pompe, selector anaerob, șanț de oxidare, pompă de reflux de nămol, decantor secundar și pompă de efluent. Selectorul anaerob (2,35 m³) are trei compartimente cu mixere și monitoare (ORP, pH). Șanțul de oxidare (26,3 m³) are mai multe intrări/ieșiri și difuzoare microporoase. Testele au arătat medii de influență: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.

Concluzie

Integrarea tehnologiilor de șanț de oxidare prin aerare pre-pre-anoxică și microporoasă îmbunătățește semnificativ îndepărtarea azotului și a fosforului. Eforturile viitoare ar trebui să se concentreze pe optimizarea vârstei nămolului, a oxigenului dizolvat și a raportului de reflux al nămolului pentru a îmbunătăți și mai mult eficiența tratamentului.