Analyse van de impact van gefaseerde zuurstoftoevoer in de aërobe zone van het AAO-proces op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen
Overzicht
Het AAO-proces is een veelgebruikte afvalwaterzuiveringstechnologie, die voornamelijk anaërobe, anoxische en aërobe fasen omvat, die synergetisch werken om verontreinigende stoffen effectief uit afvalwater te verwijderen. De aerobe fase is een cruciaal onderdeel van het AAO-proces en de methode van zuurstoftoevoer heeft rechtstreeks invloed op de algehele operationele efficiëntie van het hele systeem. Om de effectiviteit van het AAO-proces in praktische toepassingen verder te vergroten, hebben onderzoekers een gefaseerd zuurstoftoevoerschema voorgesteld. Door meerdere zones met verschillende concentraties opgeloste zuurstof (DO) binnen het systeem in te stellen, heeft dit plan tot doel de metabolische activiteit van aerobe micro-organismen te optimaliseren en de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen te verbeteren. Daarom heeft het analyseren van de impact van gefaseerde zuurstoftoevoer in de aerobe zone van het AAO-proces op de verwijdering van verontreinigende stoffen aanzienlijke praktische waarde.
Overzicht van gefaseerde zuurstoftoevoer in de aërobe zone van het AAO-proces
De aerobe zone is de belangrijkste plaats voor de oxidatie en afbraak van organisch materiaal. Door gefaseerde zuurstoftoevoer kunnen de DO-concentraties in verschillende zones flexibel worden aangepast op basis van de afbraaksnelheid van organisch materiaal en de zuurstofbehoefte van micro-organismen, waardoor een uniforme en voldoende afbraak van organisch materiaal in alle zones wordt gegarandeerd. Deze aanpak helpt de verwijderingssnelheid van organisch materiaal te verbeteren en de kwaliteit van het afvalwater te stabiliseren. In de aerobe zone wordt ammoniakstikstof door nitrificerende bacteriën geoxideerd tot nitraat. Gefaseerde zuurstoftoevoer zorgt ervoor dat nitrificerende bacteriën efficiënt werken onder geschikte DO-concentraties, waardoor nadelige effecten op het nitrificatieproces, veroorzaakt door te hoge of lage DO-niveaus, worden vermeden. Tegelijkertijd kan het nitrificatieproces verder worden geoptimaliseerd door de recirculatieverhouding en de mengvloeistofconcentratie te regelen, waardoor de efficiëntie van de verwijdering van ammoniak-stikstof wordt verbeterd. Het AAO-proces voert gelijktijdige verwijdering van stikstof en fosfor uit. Onder gefaseerde zuurstoftoevoeromstandigheden in de aerobe zone kunnen fosfor-accumulerende organismen (PAO's) fosfor volledig absorberen onder geschikte DO-concentraties en fosforverwijdering bereiken door fosfor-rijk slib in daaropvolgende fasen af te voeren. Door de operationele parameters in de anoxische en aerobe zones aan te passen, kan het denitrificatieproces worden geoptimaliseerd, waardoor de totale stikstofverwijderingsefficiëntie wordt verbeterd.
Experimentele methodologie voor het analyseren van de impact van geënsceneerd Zuurstoftoevoer op efficiëntie van verwijdering van verontreinigende stoffen
Tijdens het experiment werden methoden zoals beluchtingsklepregelsystemen, automatische regelsystemen en het aantal ventilatorapparaten gebruikt om de beluchtingsintensiteit te regelen, waardoor de DO-concentratie werd weerspiegeld. De processtroom van de experimentele opstelling wordt getoond inFiguur 1.
Zoals weergegeven in figuur 1 is de aërobe zone van het AAO-systeem verdeeld in drie regio's: de kop-, midden- en staartsecties. De hydraulische retentietijd (HRT) van het systeem werd ingesteld op 2 uur. De afmetingen van de reactor waren 160 cm x 125 cm x 100 cm (lengte x breedte x hoogte), waarbij de hoogte van de gemengde vloeistof was ingesteld op 60 cm. De stroomrichting tussen de reactietanks werd geregeld met behulp van geleidingswanden en schotten.
Er werden effluentmonsters verzameld uit de primaire sedimentatietank van een gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie. De afvalwaterkwaliteit was relatief stabiel, waarbij alle relevante indicatoren binnen de standaardwaarden lagen: de TP-concentratie varieerde van 3,0 tot 5,5 mg/l, de TN-concentratie van 26 tot 49 mg/l en CZV van 255 tot 485 mg/l.
Elke aërobe sectie was uitgerust met een vortex-luchtpomp en een onafhankelijk geconfigureerd geperforeerd leidingsysteem om het beluchtingssysteem voor beluchtingsoperaties te vormen. Tijdens de werking van het systeem functioneerde elke vortex-luchtpomp onafhankelijk en stabiel, waarbij de DO-concentraties binnen het bereik van respectievelijk 4–5 mg/l, 3–4 mg/l en 2–3 mg/l bleven. De DO-concentraties en de effluentkwaliteit van verschillende secties werden gemeten en geanalyseerd om de specifieke impact op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen te bepalen.
3 Analyse van de impact van DO-concentratie in het hoofdgedeelte op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen
3.1 Analyse van de efficiëntie van de verwijdering van COD
Analyse van de CZV-verwijdering in het hoofdgedeelte van de aërobe zone van AAO onder drie verschillende DO-concentratieomstandigheden toonde effluent CZV-waarden van 41,2, 40,2 en 40,8 mg/l, met verwijderingsefficiënties van respectievelijk 91,3%, 90,5% en 90,8%. Specifieke details vindt u inFiguur 2.
Gegevensanalyse geeft aan dat, hoewel de CZV-verwijderingsefficiëntie in het hoofdgedeelte tot op zekere hoogte varieerde onder verschillende DO-concentraties, de algehele variatie minimaal was en geen duidelijke correlatie vertoonde. Toen de DO-concentratie steeg van het niveau van 2-3 mg/l naar het niveau van 3-4 mg/l, daalden de CZV van het effluent en de verwijderingsefficiëntie met respectievelijk 1,0 mg/l en 0,8%. Toen de DO-concentratie echter steeg tot het niveau van 4-5 mg/l, namen de CZV van het effluent en de verwijderingsefficiëntie toe met respectievelijk 0,6 mg/l en 0,3%. Verschillende DO-concentraties hadden geen significante invloed op de CZV-verwijderingsefficiëntie.
3.2 Analyse van de efficiëntie van TN-verwijdering
Analyse van de TN-verwijdering in het hoofdgedeelte toonde effluent-TN-concentraties van 12,8, 12,3 en 13,1 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingspercentages van respectievelijk 68,0%, 66,8% en 67,7%.
Gegevensanalyse geeft aan dat de efficiëntie van de TN-verwijdering in het hoofdgedeelte tot op zekere hoogte varieerde onder verschillende DO-concentraties, maar de algehele variatie was minimaal en vertoonde geen duidelijke correlatie. Er kan dus worden geconcludeerd dat verschillende DO-concentraties geen significante invloed hadden op de efficiëntie van de TN-verwijdering.
3.3 Analyse van de efficiëntie van TP-verwijdering
Analyse van de TP-verwijdering in het hoofdgedeelte toonde effluent-TP-concentraties van 0,60, 0,51 en 0,48 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingspercentages van respectievelijk 88,1%, 90,7% en 91,7%.
Gegevensanalyse geeft aan dat de efficiëntie van de TP-verwijdering in het hoofdgedeelte varieerde met de DO-concentratie. Het verhogen van de DO-concentratie verminderde de TP-concentratie in het effluent en verbeterde de verwijderingsefficiëntie verder. Er kan dus worden geconcludeerd dat het DO-concentratieniveau van 4-5 mg/L de relatief hoogste verwijderingsefficiëntie bereikte.
Uitgebreide analyse suggereert dat het instellen van de DO-concentratie in het hoofdgedeelte op het niveau van 4-5 mg/l resulteert in een hogere efficiëntie van de fosforopname.
4 Analyse van de impact van DO-concentratie in het middengedeelte op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen
4.1 Analyse van de efficiëntie van de verwijdering van COD
Analyse van de CZV-verwijdering in het middengedeelte toonde CZV-waarden van het effluent van 39,9, 38,9 en 40,4 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingsefficiënties van respectievelijk 91,0%, 90,9% en 91,2%. Specifieke details vindt u inFiguur 3.
Gegevensanalyse geeft aan dat, hoewel de CZV-verwijderingsefficiëntie in het middengedeelte tot op zekere hoogte varieerde onder verschillende DO-concentraties, de algehele variatie minimaal was en geen duidelijke correlatie vertoonde. Toen de DO-concentratie steeg van het niveau van 2-3 mg/l naar het niveau van 3-4 mg/l, daalden de CZV van het effluent en de verwijderingsefficiëntie met respectievelijk 1,0 mg/l en 0,1%. Toen de DO-concentratie echter steeg tot het niveau van 4-5 mg/l, namen de CZV van het effluent en de verwijderingsefficiëntie toe met respectievelijk 0,5 mg/l en 0,3%. Verschillende DO-concentraties hadden geen significante invloed op de CZV-verwijderingsefficiëntie.
4.2 Analyse van de efficiëntie van TN-verwijdering
Analyse van de TN-verwijdering in het middengedeelte liet effluent-TN-concentraties zien van 13,8, 13,0 en 12,9 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingspercentages van respectievelijk 62,5%, 66,3% en 66,4%. Ter vergelijking: DO-concentratieniveaus van 3-4 mg/l en 4-5 mg/l resulteerden in een betere efficiëntie van de TN-verwijdering.
4.3 Analyse van de efficiëntie van TP-verwijdering
Analyse van de TP-verwijdering in het middengedeelte toonde effluent-TP-concentraties van 0,57, 0,52 en 0,46 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingspercentages van respectievelijk 88,5%, 90,8% en 91,5%. Ter vergelijking: DO-concentratieniveaus van 3-4 mg/l en 4-5 mg/l resulteerden in een betere efficiëntie van de TP-verwijdering.
Uitgebreide analyse suggereert dat het instellen van de DO-concentratie in het middengedeelte op het niveau van 3-4 mg/l een hogere efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen oplevert.
Analyse van de impact van DO-concentratie in de staartsectie op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen
5.1 Analyse van de efficiëntie van de verwijdering van COD
Analyse van de CZV-verwijdering in het staartgedeelte toonde een verwijderingsefficiëntie van 91,8% onder alle drie de DO-concentratieomstandigheden. Verschillende DO-concentraties hadden geen significante invloed op de CZV-verwijderingsefficiëntie.
5.2 Analyse van de efficiëntie van TN-verwijdering
Analyse van de TN-verwijdering in het staartgedeelte toonde effluent-TN-concentraties van 11,5, 12,7 en 13,4 mg/l onder de drie DO-omstandigheden, met verwijderingspercentages van respectievelijk 72,7%, 67,9% en 66,5%. Ter vergelijking: het DO-concentratieniveau van 2-3 mg/l resulteerde in een betere TN-verwijderingsefficiëntie.
5.3 Analyse van de efficiëntie van TP-verwijdering
Analyse van de TP-verwijdering in het staartgedeelte toonde aan dat wanneer de DO-concentratie lager was dan 2,0 mg/l, de verwijderingsefficiëntie niet hoger was dan 96%. In dit experiment was het verwijderingspercentage onder alle drie de DO-omstandigheden 90% en voldeden de effluentconcentraties aan de primaire norm.
Samenvattend wordt door het instellen van de DO-concentratie in het staartgedeelte op het niveau van 2-3 mg/l een hogere efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen bereikt.
Conclusie
Om de specifieke impact van gefaseerde zuurstoftoevoer in de aerobe zone van het AAO-proces op de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen te onderzoeken, werd de aerobe zone tijdens het onderzoek verdeeld in hoofd-, midden- en staartsecties. Analyse van de CZV-, TN- en TP-verwijderingsefficiëntie in deze secties, gecombineerd met de onderzoeksresultaten, geeft aan dat het instellen van de DO-concentratieniveaus in de drie aerobe zones op respectievelijk 4–5 mg/l, 3–4 mg/l en 2–3 mg/l een betere algehele efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen oplevert. Deze aanpak kan ondersteuning en referentie bieden voor inspanningen op het gebied van ecologische milieubescherming, energiebesparing en emissiereductie.