Analyse av effektiviteten til fjerning av forurensninger i avløpsvann ved bruk av et modifisert AAO-system
Oversikt
DeAnaerob-Anoksisk-Oksisk (AAO eller A²/O)prosess er en allment brukt biologisk avløpsvannbehandlingsteknologi designet for samtidig fjerning av organisk karbon, nitrogen og fosfor. Den består av tre sammenkoblede soner:
- Anaerob sone: Mangel på oksygen og nitrat bryter fakultative bakterier ned organiske forbindelser og frigjør fosfor.
- Anoksisk sone: Denitrifiserende bakterier bruker organisk karbon som elektrondonor for å redusere nitrater/nitritt (returneret fra den oksiske sonen) til nitrogengass, for å oppnå nitrogenfjerning.
- Oksisk sone: Aerobe mikroorganismer oksiderer gjenværende organisk materiale og letter nitrifikasjon (ammoniakk til nitrat), mens fosfor-akkumulerende organismer tar opp fosfater.
Innenfor avløpsvannbehandling, mens det konvensjonelle AAO-systemet kan fjerne forurensninger fra kloakk, har den stadig mer komplekse sammensetningen av avløpsvann ført til en viss nedgang i renseeffektiviteten til AAO-prosessen. For å sikre søknadsnivået og effektiviteten til AAO-prosessen,det er nødvendig å utføre spesifikk forskning på modifiserte systemer, som har betydelig praktisk betydning for relevante virksomheter og avdelinger for å forbedre deres driftskvalitet.
Modifisert AAO-system
1. Grunnleggende prinsipper for AAO-systemet
Ved å ta AAO avløpsrensesystemet i et spesifikt renseanlegg som et eksempel, er det eksisterende systemet etkonvensjonell AAO-prosess, hovedsakelig bestående av fire komponenter:en anaerob tank, en aerob tank, en anoksisk tank og en sekundær sedimentasjonstank, som beskrevet iFigur 1.
I det konvensjonelle AAO-systemet vokser og metaboliserer mikroorganismer under ulike miljøforhold. Gjennom interaksjoner mellom ulike mikrobielle samfunn oppnås effektiv fjerning av forurensninger via kjemiske reaksjoner som ammonifikasjon, nitrifikasjon og denitrifikasjon, som i betydelig grad eliminerer organiske forurensninger.
Det konvensjonelle AAO-systemet gir fordeler som lave tekniske kostnader, enkel betjening og kort hydraulisk retensjonstid (HRT). Imidlertid lider det også av ulemper, inkludertdårlig fosforfjerningseffektivitetogstrenge krav til slammets alder og karbonkildedesign, noe som gjør det vanskelig å oppfylle forventede standarder i enkelte prosjekter for fjerning av forurensende avløpsvann.
2. Designanalyse av det modifiserte AAO-systemet
Basert på tidligere forskning ble det gjort forbedringer av det konvensjonelle AAO-systemet, primært med fokus på den anaerobe tanken. Demodifisert anaerobt tanksystembestår av tre deler:en slam-vannblandingssone, en slam-vannseparasjonssone og en mediasone, som vist iFigur 2.
Imodifisert AAO-system (Figur 3), er slam-vannblandingssonen og mediasonen utformet med identiske dimensjoner (15 cm lengde × 20 cm bredde × 60 cm høyde), hver med et effektivt volum på 9 L. Den hydrauliske retensjonstiden (HRT) for både slamsonen og mediasonen er 2 timer.
3. Analyse av COD-fjerningseffektiviteten i det modifiserte AAO-systemet
Effektiviteten for fjerning av kjemisk oksygenbehov (COD) til det modifiserte AAO-systemet ble analysert. Når den innløpende COD var 447 mg/L, var avløps-COD fra det anaerobe stadiet omtrent 147 mg/L, og den endelige avløps-COD var 42 mg/L, som oppfyller klasse A-utslippsstandarden. Effektiviteten til fjerning av COD i det tidlige anaerobe stadiet var ustabil, med betydelige fluktuasjoner og relativt lave nivåer av suspenderte faste stoffer (MLSS). Imidlertidetter 7 dager stabiliserte fjerningsraten seg på 94 %. Det anaerobe stadiet fjerner primært forurensninger gjennom mikrobiell nedbrytning og fortynning ved refluks, noe som viser effektiv fjerning av forurensninger.
Ved å bruke Minitab-programvare ble fjerningsytelsen til de modifiserte og konvensjonelle AAO-systemene sammenlignet via uavhengig prøve-testanalyse, med resultater vist iFigur 4.
Ved et 95 % konfidensintervall var t-verdien 0,26, og p-verdien var 0,605. Dataanalysen indikerte ingen signifikant forskjell i gjennomsnittlig fjerningshastighet mellom de to systemene. Det modifiserte AAO-systemet viste relativt høy variasjon i COD-fjerningseffektivitet, primært på grunn av forskjeller i tidlig-data, inkludert akklimatiseringsfasen.Totalt sett viste det modifiserte AAO-systemet effektiv COD-fjerning.
4. Analyse av effektiviteten for fjerning av ammoniakknitrogen i det modifiserte AAO-systemet
Effektiviteten for fjerning av ammoniakknitrogen (NH3-N) ble analysert. Når den innflytende NH3-N-konsentrasjonen var 36 mg/L, var avløps-NH3-N fra det anaerobe stadiet omtrent 19 mg/L. I det tidlige stadiet var avløpskonsentrasjonen relativt høy, og fjerningseffektiviteten svingte betydelig. Imidlertidetter 12 dager med akklimatisering økte fjerningsgraden til rundt 81 %, med nitrifiserende bakterier i den logaritmiske vekstfasen.Deretter stabiliserte fjerningsraten seg og nådde et gjennomsnitt på 93 %, med en avløps-NH₃-N-konsentrasjon på 4 mg/L, som oppfyller klasse A-utslippsstandarden.
Ved et 95 % konfidensintervall var t-verdien 3,41, og p-verdien var 0,998. Dataanalysen indikerte ingen signifikant forskjell i gjennomsnittlig fjerningshastighet mellom de to systemene. Det modifiserte AAO-systemet viste relativt høy variasjon i effektiviteten til fjerning av NH₃-N, primært på grunn av forskjeller i tidlig-data, inkludert akklimatiseringsfasen.Totalt sett viste det modifiserte AAO-systemet effektiv fjerning av NH₃-N.
5. Analyse av effektiviteten for fjerning av total fosfor og total nitrogen i det modifiserte AAO-systemet
5.1 Total fosforfjerningseffektivitet
Effektiviteten for fjerning av totalt fosfor (TP) ble analysert. Når den innflytende TP-konsentrasjonen var 3,6 mg/L, var en 11-dagers akklimatiseringsperiode nødvendig. Konsentrasjonen av avløps-TP fra hele systemet nådde 2,8 mg/L, mens avløps-TP-konsentrasjonen i det anaerobe stadiet var 4,2 mg/L, noe som indikerer betydelig fosforfrigjøring. Etter akklimatisering ble TP-fjerningsytelsen markant forbedret, med den anaerobe konsentrasjonen av TP-avløpet i det anaerobe stadiet redusert til 2,7 mg/L og fjerningseffektiviteten nådde 17 %.I det senere stadiet stabiliserte TP-fjerningshastigheten seg over 60 %, og avløps-TP-konsentrasjonen nærmet seg 0,5 mg/L, som oppfyller klasse B-utslippsstandarden.
Sammenligning av de to systemene viste at det modifiserte AAO-systemet krevde en innledende akklimatiseringsperiode med relativt lav fjerningseffektivitet. Imidlertid, etter akklimatisering,dens TP-fjerningsytelse ble betydelig forbedret, og demonstrerte økt effektivitet sammenlignet med det konvensjonelle AAO-systemet.
5.2 Total nitrogenfjerningseffektivitet
Effektiviteten for fjerning av totalt nitrogen (TN) ble analysert. Når den innløpende TN-konsentrasjonen var 34 mg/L, var TN-konsentrasjonen i det anaerobe trinnet ca. 18 mg/L. I det tidlige stadiet var avløpskonsentrasjonen relativt høy, og fjerningseffektiviteten svingte betydelig.Etter 10 dager med akklimatisering økte TN-fjerningshastigheten til 68 %, med en avløpskonsentrasjon på 9 mg/L, som oppfyller klasse A-utslippsstandarden.
Ved et 95 % konfidensintervall var t-verdien 0,72, og p-verdien var 0,753. Dataanalysen indikerte ingen signifikant forskjell i gjennomsnittlig fjerningshastighet mellom de to systemene. Det modifiserte AAO-systemet viste relativt høy variasjon i effektiviteten til fjerning av TN, primært på grunn av forskjeller i data på tidlig-stadium, inkludert akklimatiseringsfasen.Totalt sett viste det modifiserte AAO-systemet effektiv TN-fjerning.
Konklusjon
Oppsummert viser det modifiserte AAO-systemet robust ytelse når det gjelder å fjerne viktige forurensninger i avløpsvann-COD, ammoniakknitrogen, totalt nitrogen og totalt fosfor-som oppfyller klasse A- eller B-utslippsstandardene etter en kort akklimatiseringsperiode.
Mens statistisk analyse (t-test, p-verdi) ikke viste noen signifikant forskjell i gjennomsnittlig fjerningseffektivitet sammenlignet med det konvensjonelle systemet, viste det modifiserte designet høyere stabilitet og forbedrede behandlingsresultater over tid, til tross for større datavariabilitet under den første operasjonen. Forbedringene, spesielt i den anaerobe sonen med optimaliserte blandings-, separasjons- og mediasoner, bidrar til økt prosessresiliens og effektivitet.
Disse funnene understrekerpotensialet til modifiserte AAO-systemer for å håndtere komplekse avløpsvannsammensetninger effektivt, som støtter deres praktiske anvendelse for å oppgradere eksisterende behandlingsinfrastruktur.