Analyse af effektiviteten til fjernelse af forurenende stoffer i spildevand ved hjælp af et modificeret AAO-system
Oversigt
DeAnaerob-Anoxisk-Oxisk (AAO eller A²/O)proces er en bredt anvendt biologisk spildevandsbehandlingsteknologi designet til samtidig fjernelse af organisk kulstof, nitrogen og fosfor. Den består af tre indbyrdes forbundne zoner:
- Anaerob zone: Mangel på ilt og nitrat nedbryder fakultative bakterier organiske forbindelser og frigiver fosfor.
- Anoxisk zone: Denitrificerende bakterier bruger organisk kulstof som elektrondonor til at reducere nitrater/nitrit (returneret fra den oxiske zone) til nitrogengas, hvilket opnår nitrogenfjernelse.
- Oxisk zone: Aerobe mikroorganismer oxiderer resterende organisk materiale og letter nitrifikation (ammoniak til nitrat), mens fosfor-akkumulerende organismer optager fosfater.
Inden for spildevandsbehandling, mens det konventionelle AAO-system kan fjerne forurenende stoffer fra spildevand, har den stadig mere komplekse sammensætning af spildevand ført til et vist fald i rensningseffektiviteten af AAO-processen. For at sikre ansøgningsniveauet og effektiviteten af AAO-processen,det er nødvendigt at udføre specifik forskning i modificerede systemer, som har væsentlig praktisk betydning for relevante virksomheder og afdelinger i at forbedre deres driftskvalitet.
Ændret AAO-system
1. Grundlæggende principper for AAO-systemet
Tager man AAO spildevandsbehandlingssystemet i et specifikt spildevandsrensningsanlæg som eksempel, er det eksisterende system etkonventionel AAO-proces, primært bestående af fire komponenter:en anaerob tank, en aerob tank, en anoxisk tank og en sekundær sedimentationstank, som beskrevet i detaljerFigur 1.
I det konventionelle AAO-system vokser og metaboliserer mikroorganismer under forskellige miljøforhold. Gennem interaktioner mellem forskellige mikrobielle samfund opnås effektiv fjernelse af forurenende stoffer via kemiske reaktioner såsom ammonifikation, nitrifikation og denitrifikation, som i væsentlig grad eliminerer organiske forurenende stoffer.
Det konventionelle AAO-system byder på fordele såsom lave tekniske omkostninger, enkel betjening og kort hydraulisk retentionstid (HRT). Det lider dog også af ulemper, herunderdårlig fosforfjernelseseffektivitetogstrenge krav til slammets alder og kulstofkildedesign, hvilket gør det vanskeligt at opfylde de forventede standarder i nogle projekter til fjernelse af forurenende spildevand.
2. Designanalyse af det modificerede AAO-system
Baseret på tidligere forskning blev der foretaget forbedringer af det konventionelle AAO-system, primært med fokus på den anaerobe tank. Demodificeret anaerobt tanksystembestår af tre dele:en slam-vandblandingszone, en slam-vandseparationszone og en mediezone, som vist iFigur 2.
I denmodificeret AAO-system (Figur 3), er slam-vandblandezonen og mediezonen designet med identiske dimensioner (15 cm længde × 20 cm bredde × 60 cm højde), hver med et effektivt volumen på 9 L. Den hydrauliske retentionstid (HRT) for både slamzonen og mediezonen er 2 timer.
3. Analyse af COD-fjernelseseffektivitet i det modificerede AAO-system
Effektiviteten for fjernelse af kemisk oxygenbehov (COD) af det modificerede AAO-system blev analyseret. Når den indgående COD var 447 mg/L, var udløbs-COD fra det anaerobe trin ca. 147 mg/L, og den endelige COD-COD var 42 mg/L, hvilket opfylder klasse A-udledningsstandarden. COD-fjernelseseffektiviteten i det tidlige anaerobe stadie var ustabil med betydelige udsving og relativt lave niveauer af suspenderede faste stoffer (MLSS). Imidlertid,efter 7 dage stabiliserede fjernelsesraten sig på 94 %. Den anaerobe fase fjerner primært forurenende stoffer gennem mikrobiel nedbrydning og fortynding ved tilbagesvaling, hvilket viser effektiv fjernelse af forurenende stoffer.
Ved hjælp af Minitab-software blev fjernelsesydelsen af de modificerede og konventionelle AAO-systemer sammenlignet via uafhængig prøve t-testanalyse, med resultater vist iFigur 4.
Ved et 95 % konfidensinterval var t-værdien 0,26, og p-værdien var 0,605. Dataanalysen viste ingen signifikant forskel i den gennemsnitlige fjernelseshastighed mellem de to systemer. Det modificerede AAO-system viste relativt høj variabilitet i COD-fjernelseseffektivitet, primært på grund af forskelle i data på det tidlige-stadium, inklusive akklimatiseringsfasen.Samlet set viste det modificerede AAO-system effektiv COD-fjernelse.
4. Analyse af effektiviteten til fjernelse af ammoniaknitrogen i det modificerede AAO-system
Effektiviteten til fjernelse af ammoniaknitrogen (NH3-N) blev analyseret. Når den indstrømmende NH3-N-koncentration var 36 mg/L, var udstrømnings-NH3-N fra det anaerobe trin ca. 19 mg/L. I det tidlige stadie var spildevandskoncentrationen relativt høj, og fjernelseseffektiviteten svingede betydeligt. Imidlertid,efter 12 dages akklimatisering steg fjernelsesraten til omkring 81 %, med nitrificerende bakterier i den logaritmiske vækstfase.Efterfølgende stabiliserede fjernelsesraten sig og nåede et gennemsnit på 93 %, med en spildevands-NH₃-N-koncentration på 4 mg/L, der opfylder klasse A-udledningsstandarden.
Ved et 95 % konfidensinterval var t-værdien 3,41, og p-værdien var 0,998. Dataanalysen viste ingen signifikant forskel i den gennemsnitlige fjernelseshastighed mellem de to systemer. Det modificerede AAO-system viste relativt høj variabilitet i effektiviteten til fjernelse af NH₃-N, primært på grund af forskelle i data i tidlige-stadier, inklusive akklimatiseringsfasen.Samlet set viste det modificerede AAO-system effektiv fjernelse af NH₃-N.
5. Analyse af effektiviteten til fjernelse af total fosfor og total nitrogen i det modificerede AAO-system
5.1 Total fosforfjernelseseffektivitet
Effektiviteten til fjernelse af total fosfor (TP) blev analyseret. Når den indstrømmende TP-koncentration var 3,6 mg/L, var en 11-dages akklimatiseringsperiode påkrævet. Koncentrationen af TP i spildevandet fra hele systemet nåede 2,8 mg/L, mens koncentrationen af TP i det anaerobe trin var 4,2 mg/L, hvilket indikerer signifikant fosforfrigivelse. Efter akklimatisering forbedredes TP-fjernelsesydelsen markant, idet koncentrationen af TP-spildevandet i det anaerobe trin faldt til 2,7 mg/L, og fjernelseseffektiviteten nåede 17 %.I det senere trin stabiliserede TP-fjernelseshastigheden sig over 60 %, og TP-koncentrationen i spildevandet nærmede sig 0,5 mg/L, der opfylder klasse B-udledningsstandarden.
Sammenligning af de to systemer viste, at det modificerede AAO-system krævede en indledende akklimatiseringsperiode med relativt lav fjernelseseffektivitet. Men efter akklimatisering,dens TP-fjernelsesydelse blev væsentligt forbedret, hvilket viser øget effektivitet sammenlignet med det konventionelle AAO-system.
5.2 Total nitrogenfjernelseseffektivitet
Den totale nitrogen (TN) fjernelseseffektivitet blev analyseret. Når den indstrømmende TN-koncentration var 34 mg/L, var TN-koncentrationen i det anaerobe trin ca. 18 mg/L. I det tidlige stadie var spildevandskoncentrationen relativt høj, og fjernelseseffektiviteten svingede betydeligt.Efter 10 dages akklimatisering steg TN-fjernelseshastigheden til 68 % med en spildevandskoncentration på 9 mg/L, der opfylder klasse A-udledningsstandarden.
Ved et 95 % konfidensinterval var t-værdien 0,72, og p-værdien var 0,753. Dataanalysen viste ingen signifikant forskel i den gennemsnitlige fjernelseshastighed mellem de to systemer. Det modificerede AAO-system viste relativt høj variabilitet i TN-fjernelseseffektivitet, primært på grund af forskelle i data i tidlige-stadier, inklusive akklimatiseringsfasen.Samlet set viste det modificerede AAO-system effektiv TN-fjernelse.
Konklusion
Sammenfattende demonstrerer det modificerede AAO-system robust ydeevne til at fjerne vigtige spildevandsforurenende stoffer-COD, ammoniaknitrogen, totalt nitrogen og totalt fosfor-, der opfylder klasse A- eller B-udledningsstandarderne efter en kort akklimatiseringsperiode.
Mens statistisk analyse (t-test, p-værdi) ikke viste nogen signifikant forskel i gennemsnitlig fjernelseseffektivitet sammenlignet med det konventionelle system, udviste det modificerede design højere stabilitet og forbedrede behandlingsresultater over tid, på trods af større datavariabilitet under indledende drift. Forbedringerne, især i den anaerobe zone med optimerede blandings-, separations- og mediezoner, bidrager til øget procesresiliens og effektivitet.
Disse resultater understregerpotentialet for modificerede AAO-systemer til at håndtere komplekse spildevandssammensætninger effektivt, der understøtter deres praktiske anvendelse til opgradering af eksisterende behandlingsinfrastruktur.