Modifikuoto AAO proceso taikymas anglių kasyklų buitinių nuotekų valymui
Buitinės nuotekos anglių kasyklose pirmiausia susidaro iš darbuotojų valgyklų, bendrabučių, biurų, skalbyklų ir vonios kambarių, o maudymosi kanalizacija sudaro daugiau nei 55 % viso tūrio. Maudyklų vandens išleidimas yra gana koncentruotas, todėl tėkmės svyravimai yra dideli. Maudyklų drenažas, pasižymintis mažesne organinių medžiagų koncentracija ir didesne skendinčių kietųjų dalelių (SS), labai skiriasi nuo įprastų buitinių nuotekų. Jo laipsniškas išleidimo modelis su kitais nuotekų srautais prisideda prie didelio vandens kokybės kintamumo.
Dauguma Kinijos anglies kasyklų yra atokiose vietovėse, kur dumblo transportavimo išlaidos yra didelės. Todėl reikėtų rinktis tokius apdorojimo procesus, kurių dumblo išeiga būtų mažesnė. Plečiantis kasykloms ir didėjant darbuotojų skaičiui, nuotekų srautas dažnai viršija pradinį projektinį pajėgumą, todėl reikalingi procesai, kurie būtų gerai prisitaikę prie vandens kokybės ir kiekio pokyčių toje pačioje vietoje. Pagal vis griežtesnę aplinkosaugos politiką, reikalaujančią visiškai pakartotinai panaudoti išvalytas nuotekas be nulio, procesai turi užtikrinti aukštą ir stabilią nuotekų kokybę.
Šiuo metu komunalinių nuotekų valymui tinkamiausias yra AAO (anaerobinis-anoksinis-oksinis) procesas. Šiame straipsnyje analizuojamas modifikuoto AAO proceso (AAO + Suspended Carrier Process) taikymo efektyvumas anglių kasyklų buitinėms nuotekoms, remiantis jo unikaliomis savybėmis.
1. Modifikuotas AAO procesas
AAO procesas yra paprasčiausia srauto konfigūracija, skirta tuo pačiu metu pašalinti azotą ir fosforą. Gijinės bakterijos negali plačiai daugintis kintančiomis anaerobinėmis, anoksinėmis ir aerobinėmis sąlygomis, užkertant kelią dumblo kaupimuisi. Nereikia jokių cheminių priedų, tik švelnus maišymas anaerobinėse ir anoksinėse talpyklose, todėl eksploatacinės išlaidos mažos. Dumble yra daug fosforo, todėl jis turi gerą trąšų vertę.
However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200%, šis vidinis perdirbimas sunaudoja daug energijos. Į antrinį skaidrintuvą patenkančios nuotekos turi išlaikyti tam tikrą ištirpusio deguonies (DO) lygį, kad būtų išvengta anaerobinių sąlygų ir fosforo išsiskyrimo, tačiau ne per didelis, kad nebūtų trukdoma denitrifikacijai anoksiniame rezervuare per perdirbtą mišrų skystį.
Modifikuotas AAO procesas (AAO + Suspended Carrier Process) efektyviai sumažina šiuos trūkumus. Jis padidina mikrobų masę biologinėse talpyklose, padidina tūrinę apkrovą, pasiekia visišką hidraulinės sulaikymo trukmės (HRT) ir dumblo sulaikymo trukmės (SRT) atskyrimą, stiprina atsparumą hidraulinėms ir organinėms smūgiinėms apkrovoms, užtikrina gerą nuotekų kokybę net ir esant mažai anglies šaltiniams, gamina mažiau ir stabilesnio dumblo srauto pajėgumo (sumažina dumblo poreikį). Nuotekos gali atitikti vandens kokybės standartus, pateiktus „Miesto perdirbimo vandens pakartotinis naudojimas-įvairaus miesto vandens kokybės standartas“ (GB/T 18920-2020) ir anglies plovimo kodeksas (GB 50359-2016). Hou Feng ir kt. pritaikė AAO+pakabinamo nešiklio procesą požeminiame nuotekų valymo įrenginyje, pasiekęs 1A laipsnio standartus pagal „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartą“ (GB 18918-2002), o pagrindiniai rodikliai (COD, BDS5, NH3-N, TP) pasiekė paviršinio vandens kokybės standartus (GBV IV klasės standartus). 3838-2002). Hao Ruigang ir kt. panaudojo "A/O biologinio kontakto oksidaciją + perforuotą sūkurinį flokuliaciją + pasvirusį vamzdelį sedimentaciją + aktyvų smėlio filtravimą" anglių kasyklos buitinių nuotekų gamyklos plėtrai, todėl nuotekų kokybė buvo geresnė nei 1A klasė. Yan Ziyu ir kt. Taip pat pasiekta gerų rezultatų naudojant bioplėvelės procesus modernizuojant esamas anglies kasyklų buitinių nuotekų valymą. Modifikuotas AAO procesas leidžia padidinti pajėgumus ir pagerinti nuotekų kokybę esamose gamyklose atliekant minimalius pakeitimus.
Šis procesas apima suspenduotų nešėjų įdėjimą į anoksinius ir aerobinius rezervuarus, derinant aktyviojo dumblo ir bioplėvelės procesų pranašumus. Jis pasižymi didele tūrine apkrova, didele biomase, dideliu apdorojimo efektyvumu, dideliu prisitaikymu prie 水质和水量的变化, padidinto proceso stabilumo ir gero maistinių medžiagų pašalinimo. Jis sudaro labai specializuotas aktyvias bioplėveles, padidina reaktoriaus tūrio efektyvumą ir stabilumą, todėl galima naudoti mažesnius reaktorius. Šlifavimo bioplėvelės dumble yra daugiau pirmuonių/metazojų, jo tankis ir dalelių dydis yra didesnis, todėl gerai nusėda ir lengvai atsiskiria kietasis{3}}skysčiai. Tai leidžia visiškai atskirti SRT{5}}HRT, pašalina dumblo susidarymą ir tinka nuotekoms, kuriose gausu tirpių organinių medžiagų.
2.1 Atvejo analizė
Anglies kasykloje Yan'an mieste, maždaug 16 km nuo Zichango miesto, yra buitinių nuotekų valymo įrenginiai, kurių projektinis pajėgumas yra 1200 m³/d. Procesas yra toks: "Ekranas + išlyginimo bakas + AAO su pakabinamomis nešikliais + pažangus apdorojimas (koaguliacija-nusėdimas-filtravimas) + dezinfekcija". Dumblas apdorojamas naudojant "gravitacinį tirštinimą + sraigtinį nusausinimą". Nuotekos atitinka griežtesnes *GB/T 18920-2020* ir GB 50359-2016 anglies plovimo vandens ribas. Išvalytas vanduo pakartotinai naudojamas kasyklų želdynuose ir kaip papildomas vanduo anglies paruošimo gamykloje. Yra projektavimo įtaka/nuotekų kokybė1 lentelė. Proceso eiga parodyta1 pav.
Nuotekos per sietą (5 mm tarpas, 75 laipsnių montavimo kampas) patenka į išlyginimo baką (L×B×H=14.0 m×6,0 m×6,0 m, efektyvus gylis 2,95 m, tūris 247,8 m³, HRT 4,13 val.), atitinkantis GB 50810-2012 reikalavimus. Du maišytuvai neleidžia nusistovėti. Trys panardinamieji siurbliai (2 darbo +1 budėjimo režimas, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) pakelia vandenį į biologinius rezervuarus.
Biologinė sistema susideda iš dviejų lygiagrečių traukinių. Vienam traukiniui:
- Anaerobinis bakas: L × B × A =2.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektyvus gylis 4,5 m, HRT 1,5 val.
- Anoksinis bakas: L × B × A =4.0 m × 5,0 m × 5,0 m, efektyvus gylis 4,25 m, HRT 2,83 val.
- Aerobinis bakas: L × B × A Aerobiniame rezervuare sumontuoti pakabinami laikikliai (užpildymo koeficientas 80%, savitasis paviršiaus plotas 600 m²/m³). Projektinis oro-ir{12}}vandens santykis yra 13,7:1. Naudojami trys Roots orapūtės (2 darbinis +1 budėjimo režimas, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). Dumblo perdirbimo koeficientas yra 100%, mišraus skysčio perdirbimo santykis yra 200%.
Dviejų stačiakampių periferinių -įėjimo / išleidimo angos antrinių skaidrintuvų (L × B × A
Integruotas vandens valytuvas (jungiantis koaguliaciją, sedimentaciją, filtravimą) užtikrina pažangų apdorojimą tolesniam SS ir fosforo pašalinimui.
Dumblo apdorojimas apima gravitacijos sutirštinimą (Φ2,5 m × 5,0 m anglinio plieno bakas), po kurio atliekamas vandens nusausinimas sraigtiniu presu. Poliakrilamido (PAM) dozuojama 3,0–5,0 kg/t sausųjų medžiagų prieš nusausinant. Kasdien nusausintas dumblo pyragas yra mažesnis arba lygus 150 kg, o drėgmės kiekis Mažiau nei arba lygus 80%, gabenamas iš{8}}vietos.
Dezinfekavimui naudojamas vietoje esantis-ClO2 generatorius (efektyvi chloro dozė 120 g/val.), dozuojama prie skaidrios šulinio įleidimo angos. Šulinio efektyvusis tūris yra 250 m³, o kontakto laikas yra 4,2 valandos.
Gamykloje įdiegta plati internetinė stebėsena (srauto matuokliai, likutinis chloras, pH, DO, KVM, drumstumas, dumblo lygis/koncentracija) ir automatizuotos siurblių, orapūtių, atgalinio plovimo, cheminių medžiagų dozavimo ir maišymo valdymo sistemos, užtikrinančios protingą, be priežiūros darbą.
2.2 Veiklos analizė
Gamykla buvo pradėta eksploatuoti 2021 m. ir veikė daugiau nei dvejus metus. Faktinė 2024 m. įtekančio / nuotekų kokybė parodyta2 lentelė.
Įtekančio BDS5/N santykis yra 5,5, o tai rodo, kad nuotekų, kuriose yra mažai anglies- ir -azoto (C/N) santykio, kurios vasarą toliau mažėja dėl kritulių infiltracijos ir įpročių pasikeitimo. Ekstremali žiemos temperatūra Janan gali siekti -21 laipsnį. Faktinė nuotekų kokybė yra geresnė nei projektinė, o pašalinimo rodikliai siekia: 97,8 % ChDS, BDS5 99.7 %, SS 99,7 %, NH3-N 93,5 %, TP 87,10 %, atitinka 绿化 ir anglies plovimo standartus.
Aktyvios bioplėvelės masė anoksinėse/aerobinėse talpyklose siekia net 125 g/m² nešiklio, o tai atitinka MLSS, 13 g/l -keturis kartus didesnė už įprastą aktyvųjį dumblą. Mikroorganizmai yra endogeninio kvėpavimo fazėje, todėl kasdien susidaro apie 1/3 įprastų metodų dumblo, geresnio nusėdimo, todėl galima naudoti mažesnę dumblo apdorojimo įrangą.
Nors bio-kontaktinė oksidacija gali veikti ir be dumblo perdirbimo, Xiong Ren et al. rodo, kad sistemose su perdirbimu pasiekiamas didesnis COD, TN, NH3-N, SS pašalinimo greitis ir sumažėja dumblo išeiga 29,6%. Ši konstrukcija apima mišraus alkoholio perdirbimą ir lankstumą, pagrįstą nuotekų kokybe.
Gamykla (1200 m³/d) užima 1350,3 m², kapitalinė investicija – 20 mln. CNY, o eksploatacinės išlaidos – 1,05 CNY/m³.
Palyginti su įprastiniu AAO, kuriam reikalingas išplėstinis SRT efektyviam veikimui žemoje{0}}temperatūroje, šis modifikuotas procesas išlaiko paprastumą tuo pačiu metu pašalinti maistines medžiagas ir praturtina biologinę bendruomenę nešikliais. SRT-HRT atskyrimas padidina biologinį-stabilumą, užtikrindamas patikimą veikimą esant žemai C/N ir žemai{4}}temperatūrai. Stabilus nuotekos gali būti palaikomas mažai arba visai neperdirbant dumblo, todėl galima sumažinti in-dumblą ir sumažinti dumblo tvarkymo sąnaudas. Dėl savo paprastumo ir tūrio nebuvimo jis puikiai tinka anglies kasyklų buitinių nuotekų valymui.
3. AAO proceso optimizavimo tyrimas
Modifikuoti AAO procesai paprastai kuriami pagal parametrus, pateiktus „Lauko nuotekų projektavimo standarte“ (GB 50014-2021). Tačiau norint nustatyti optimalias būsimo projektavimo ir eksploatavimo sąlygas, reikia optimizuoti anglies kasyklų nuotekoms būdingus eksploatacinius parametrus (HRT, SRT, aeraciją, perdirbimo koeficientus, MLSS).
Įprastiniame AAO dumblas yra perdirbamas iš aerobinio į anaerobinį rezervuarą, kuriame yra nitratų ir didelio DO, o tai gali pakenkti biologiniam fosforo pašalinimui. Galima svarstyti Keiptauno universiteto (UCT) procesą, kai dumblas perdirbamas į bedegiminį rezervuarą, nitrifikuotas skystis į deguonies rezervuarą, o papildomas perdirbimas iš bevandenio į anaerobinį rezervuarą, siekiant pagerinti bio-P pašalinimą.
Dumblo apdorojimas gali sudaryti 50–60 % gamyklos veiklos sąnaudų. Turėtų būti taikomos in-situ dumblo mažinimo technologijos. Dėl didelio MLSS modifikuotose AAO bio{5}}cisternose susidaro aukštas F/M santykis, dėl kurio gali sutrikti medžiagų apykaita, skatinamas dumblo mažinimas ir dumblo tvarkymo sąnaudos. Ateityje dėmesys turėtų būti skiriamas in-situacijos mažinimo technologijoms, pvz., paslaptingam augimui mikro-lizės būdu, Oxic-Settling-anaerobiniam (OSA) procesui ir metabolizmo atskyrimui valant anglies kasyklų nuotekas.
Šis procesas tinka anglies kasyklose esančioms AAO gamykloms modifikuoti. Pridėjus nešiklius prie anoksinių/aerobinių rezervuarų, galima pagerinti nuotekų kokybę, padidinti talpą ir padidinti sistemos stabilumą. Įrenginiams, kuriems taikomi griežtesni nuotekų reikalavimai, antrinio skaidrintuvo pakeitimas MBR sistema gali dar labiau pagerinti vandens kokybę.
4. Išvada
- Modifikuotas AAO procesas yra tinkamas atnaujinti esamas AAO sistemas anglių kasyklose, siekiant padidinti stabilumą, padidinti pajėgumus arba atitikti griežtesnius standartus.
- Valant anglies kasyklų buitines nuotekas, nuotekos vienu metu gali atitikti *GB/T 18920-2002* kelių laistymo/želdinių standartus ir GB 50359-2016 anglies plovimo vandens standartus, parodydamos tvirtą prisitaikymą prie vandens kokybės ir kiekio pokyčių.
- Proceso metu gaunamas stabilus dumblas, pasižymintis geru nusėdimu ir lengvu atskyrimu, susidaro mažiau dumblo ir sumažinamos dumblo apdorojimo išlaidos.