Техничке основе и оперативно управљање базеном за вентилацију са ниским-пухачем
1. Преглед
1.1 Принцип рада базена за вентилацију
Аерација са вентилаторима, која се обично користи у Кини, првенствено укључује дифузне, спиралне и микропорозне типове аерације. Аерациони базен се обично састоји од система за аерацију, структуре базена и улазних/излазних отвора, који служе као кључна структура у третману отпадних вода са активним муљем. Уобичајене методе аерације су механичка и аерација са дуваљком. Системи за аерацију са дуваљкама се углавном састоје од специјализованих аератора и дуваљки. Базени су често подељени на више одељака, од којих је сваки способан за независну доводну храну. Отпадне воде улазе у слив и излазе на супротном крају. Током овог процеса, ваздух се испоручује преко компресора до дифузора на дну базена и ослобађа се у облику мехурића.
1.2 Повезана истраживања о базенима за аерацију са дуваљкама
Истраживање Цхенг Дандана и др. открили да у кинеским комуналним постројењима за пречишћавање отпадних вода (ППОВ), дуваљке за аерацију троше приближно 60% укупне енергије. Интегрисање система за аерацију са интелигентним ПИД-управљањем затворене петље за растворени кисеоник (ДО) и применом стратегија за уштеду енергије дуваљки-може ефикасно решити високу потрошњу енергије у системима за аерацију ППОВ, смањујући је за преко 30%.
Лиу Ксиаоки и др. користили аераторе са диспергованим протоком како би повећали садржај кисеоника у отпадној води током третмана уз смањење потрошње енергије. Ово је такође постигло равномерно мешање и дистрибуцију воде{2}}ваздуха, смањујући захтев за прецизношћу за нивелисање инсталације аератора.
Цханг Каи и др. побољшане перформансе конвенционалног система аерационог базена модификовањем оригиналног режима сакупљања ваздуха. Заменили су традиционалне микропорозне аераторе са микропорозним аераторима са силиконским плочама високе-ефикасности преноса кисеоника и заменили су базене за аерацију са једним пролазом-равног протока- са три-умиваоника са серпентинастим протоком. Укључивање прецизне контроле аерације додатно је побољшало систем, решавајући проблеме високе потрошње енергије, ниске ефикасности и лошег преноса масе у традиционалним методама аерације са дуваљком.
1.3 Оперативно управљање базенима за вентилацију
Вентилатори за аерацију се широко користе у пречишћавању отпадних вода. Пратећи принцип „одвојеног третмана за различите токове отпада“, посебна јединица за пречишћавање сланих отпадних вода на ППОВ првенствено управља електричном десалинизацијом отпадних вода из атмосферске-вакум дестилације, одстрањеном пречишћеном водом, отпадном водом неутрализације алкилације и неким супернатантом и ефлуентом високог-салинитета. Ова јединица има тростепени систем биолошког третмана са дуваљком као секундарним степеном. Његова утицајна просечна потражња за хемијским кисеоником (ЦОД) је константно испод 100 мг/Л, што га класификује као процес са ниским{7}}активним муљем. Осим надоградње опреме, одржавање оптималног рада захтева пажљиву контролу и прилагођавање параметара процеса.
2. Преглед објекта
2.1 Ток процеса јединице за пречишћавање сланих отпадних вода
Јединица користи процес „изједначавање + одвајање уља + дво-флотација + тростепени-биолошки третман“, са третираним отпадним водама који се шаљу у јединицу за полирање. Уљни сепаратор користи комбиновани дизајн хоризонталног тока и косих плоча. Две фазе флотације користе вртложну кавитациону ваздушну флотацију (ЦАФ) и флотацију раствореног ваздуха под притиском са делимичним рефлуксом (ДАФ), респективно. Три биолошка стадијума су узастопно: резервоар за аерацију чистог кисеоника ИИИ, резервоар за аерацију са вентилатором и секундарни биохемијски резервоар (ЕМ-БАФ). Ток процеса је приказан уСлика 1.
2.2 Опис базена за аерацију вентилатора
Базен за аерацију са дуваљком је преуређени објекат првобитно изграђен 1995. године као део јединице за пречишћавање зауљених отпадних вода. Користи традиционални дизајн-проточне аерације са ефективном запремином од 3888 м³ и тренутним хидрауличким временом задржавања (ХРТ) од приближно 17,6 сати. Базен ради у два паралелна воза, сваки са четири купе. Аератори су инсталирани на дну, који се напајају центрифугалним дуваљкама како би се обезбедио кисеоник за метаболизам активног муља. Такође је опремљен са два секундарна бистрила (Φ18м к 5м).
У оквиру три-биолошког система:
- Фаза 1 (резервоар за аерацију чистог кисеоника ИИИ): Примарна функција је уклањање ЦОД-а.
- Фаза 2 (резервоар за вентилацију): Примарна функција је уклањање амонијачног азота (НХ₃-Н), секундарна функција је даље уклањање ЦОД-а.
- Фаза 3 (секундарни биохемијски резервоар - ЕМ-БАФ): Функционише за даље полирање отпадних вода ЦОД и НХ₃-Н, обезбеђујући коначни квалитет воде.
2.3 Утицај и квалитет ефлуента у базену за вентилацију
Утицај у базен за аерацију са дуваљком долази из резервоара за аерацију чистог кисеоника ИИИ, са границама загађивача: ЦОДцр Мањи или једнаки 300 мг/Л, НХ₃-Н Мањи или једнаки 30 мг/Л, Суспендоване чврсте материје (СС) Мање или једнако 50 мг/Л.
Његов ефлуент храни секундарни биохемијски резервоар, са ограничењима: ЦОДцр Мањи или једнаки 120 мг/Л, НХ₃-Н Мањи или једнаки 30 мг/Л, СС Мањи или једнаки 50 мг/Л.
Коначни ефлуент из секундарног биохемијског резервоара мора да испуњава: ЦОДцр мањи или једнак 70 мг/Л, нафта мањи или једнак 5 мг/Л, НХ₃-Н мањи или једнак 3 мг/Л.
Током 2021. године, просечан утицај ЦОДцр у басену био је 67,094 мг/Л, а просечан НХ₃-Н био је 23,098 мг/Л, при чему оба испуњавају захтеве дизајна. Међутим, значајно низак утицај ЦОД-а довео је до недостатка извора угљеника за активни муљ, утичући на његов нормалан метаболизам. Супротно томе, довољна количина амонијачног азота и ниска концентрација органских загађивача у мешаној течности фаворизовали су нитрификацију, која се ефикасно одвијала.
3. Оперативни утицајни фактори и контролне мере
3.1 Утицај малог утицаја оптерећења и старења муља
Са утицајним ЦОД-ом од 67,094 мг/Л-испод пројектоване границе (мање или једнако 300 мг/Л) и потражњом за микробним угљеником (приближно. 100 мг/Л БОД₅)-активни муљ је имао недостатак извора угљеника. Ниско оптерећење је довело до спорог раста муља, што га чини склоним старењу и формира лабаву структуру. Стари, мртви муљ је формирао шљам који плута на површини секундарног таложника. У недостатку опреме за сакупљање олоша, овај олош је истицао са отпадним водама, узрокујући замућење, прекорачујући границе ЦОД и СС, а затим преоптерећујући низводни секундарни биохемијски резервоар, утичући на његов коначни квалитет ефлуента.
Противмера: Оперативни тим је контролисао концентрацију смеше суспендованих течности (МЛСС). Користећи градирани цилиндар од 1000 мЛ за 30-минутни тест индекса запремине муља (СВИ), они су одржавали СВИ на око 20%, што одговара МЛСС од приближно 2 г/Л. Ова уравнотежена ефикасност уклањања загађивача са спречавањем старења муља, плутања и погоршања квалитета воде. Спор раст муља значио је минимално и ретко трошење муља, омогућавајући нитрификујућим бактеријама време боравка које прелази њихово минимално време генерисања, додатно подстичући нитрификацију.
3.2 Утицај контроле раствореног кисеоника (ДО).
Микроорганизми у активном муљу су првенствено аеробни, обично захтевају ДО између 1-3 мг/Л. Корпоративни стандарди постављају опсег ДО за традиционалне базене за аерацију са чепним протоком на 2-4 мг/Л, при чему нитрификација захтева ДО генерално не испод 2,0 мг/Л. Тренутно мало оптерећење утицаја и даље смањена концентрација МЛСС смањили су потражњу за ДО, чинећи контролу изазовном. Одржавање потпуног мешања често је повећавало ДО изнад 4 мг/Л, док је контролисање ДО унутар циљног опсега понекад довело до неадекватног мешања у неким областима, узрокујући таложење муља.
Штавише, висок ДО убрзава разградњу органске материје, погоршавајући старење муља. Стога се у пракси ДО контролише око 3 мг/Л. Поред тога, сви ваздушни вентили се подешавају отприлике једном месечно да би се побољшала униформност мешања, реактивирале успаване флокуле и одржала активна биомаса.
3.3 Утицај температуре воде
Температура значајно утиче на активност микроба. Одговарајуће температуре подстичу активност, док је ниске температуре инхибирају или смањују, а високе температуре могу променити физиологију или изазвати смрт. У овом систему, термофилне бактерије су главне функционалне групе. Ради безбедности система, температура се обично одржава између 15–35 степени, иако је одговарајући опсег 10–45 степени. Прекорачење 30 степени може денатурисати нитрификаторске протеине, смањујући њихову активност. Активни муљ садржи бактерије које разграђују-и нитрификују, а нитрификација има ужи оптимални опсег од 5–30 степени.
Слане отпадне воде које доводе садрже токове високе{0}}температуре. Претходни инциденти су укључивали узастопне дане утицаја температуре преко 40 степени, што је довело до распадања муља, смрти ЦОД-разградивача и нитрификатора и колапса система. Након тога, термометар је инсталиран на одводној линији резервоара за изједначавање како би се стриктно контролисала температура испуштања да не прелази 40 степени, испуњавајући захтеве за температуру муља. Слични инциденти који утичу на нитрификацију нису се десили 2021.
3.4 Утицај алкалности
Према релевантним стандардима предузећа, када се користи активни муљ за уклањање амонијака, однос укупне алкалности и амонијачног азота не би требало да буде мањи од 7,14; иначе, алкалност мора бити допуњена. Са пројектованим утицајем НХ₃-Н од 30 мг/Л и стварним просеком од 23,098 мг/Л, захтевана укупна алкалност није мања од 214,2 мг/Л. Тренутно, алкалност утицаја је недовољна, захтевајући дневни додатак соде соде (На₂ЦО₃) да би се испунили захтеви процеса.
3.5 Утицај пХ и токсичних супстанци
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 или<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Аеробни микробни метаболизам може умерено да ублажи пХ промене. На пример, коришћење једињења азота може смањити пХ током нитрификације, док декарбоксилација производи алкалне амине, повећавајући пХ. Ово омогућава дуготрајно-привикавање на благо киселу/алкалну отпадну воду. Инхерентна алкалност отпадне воде такође помаже у спречавању пада пХ вредности.
Међутим, драстичне промене пХ вредности (нпр. изненадни доток алкалија у кисели систем) значајно утичу на микробе и могу пореметити рад. Дакле, неопходност неутрализације зависи од конкретног случаја. Мање, доследне пХ флуктуације, посебно са слабим киселинама/базама, можда неће захтевати неутрализацију. Веће флуктуације захтевају подешавање пХ вредности на неутрално.
Нитрификујуће бактерије су високо осетљиве на пХ{0}}, са оптималном нитрификацијом на пХ 7,2–8,0, док општи микроби преферирају 6,5–8,5. За специфичне индустријске отпадне воде, типови токсичних супстанци су често фиксни, али концентрације и запремине испуштања варирају. Поред изједначавања, морају се пратити и контролисати нивои утицајних токсичних супстанци. Након аклиматизације муља, максималну граничну концентрацију утицаја треба утврдити на основу степена аклиматизације и радног искуства. Продужено прекорачење захтева мере као што су смањење прилива, повећање рециклаже муља или повећање оксигенације да би се спречило тровање микробама и неуспех третмана. Тренутно нису откривене токсичне супстанце које изазивају микробно тровање у дотоку слива.
3.6 Утицај утицајних ударних оптерећења
Утицајни ЦОД остаје стабилно низак са мањим флуктуацијама, а НХ₃-Н и укупни азот (ТН) такође остају у релативно стабилним распонима током дугих периода. Популација нитрификатора остаје релативно фиксна. Међутим, због њихове споре стопе раста, изненадно, значајно повећање дотока НХ₃-Н или ТН може заситити капацитет уклањања базена, угрожавајући квалитет ефлуента НХ₃-Н и ТН.
Теоретски, потражња за микробним Н и П прати однос БОД₅:Н:П од 100:5:1. Међутим, садржај Н и П увелико варира у зависности од врсте индустријске отпадне воде. Неке отпадне воде имају висок садржај Н и П, што захтева уклањање да би се испунили стандарди. Други су дефицитарни и захтевају суплементацију како би се избегло ограничавање метаболизма. За оперативне базене који третирају отпадне воде са ниским садржајем Н/П, нивои дотока од око 10 мг/Л НХ₃-Н и 5 мг/Л фосфата могу 基本 да задовоље потребе микроба. Продужени нивои испод ових захтевају повећано дозирање Н/П.
Свакодневни рад захтева пажљиво праћење НХ₃-Н и ТН у свим доводним токовима и ефлуенту резервоара за изједначавање, као и у токовима рециклаже из резервоара за подешавање, како би се спречило преоптерећење низводне јединице за полирање и угрозила безбедност коначног испуштања воде.
4. Закључак
Као језгро реактора за нитрификацију у јединици за пречишћавање сланих отпадних вода, базен за аерацију са дуваљком захтева пажљиво свакодневно праћење температуре воде, НХ₃-Н и ТН који улива. Од суштинског је значаја строга контрола концентрације МЛСС, одржавање ДО око 3 мг/Л и обезбеђивање адекватне алкалности. Под овим оптимизованим мерама, систем ради стабилно са одличним квалитетом ефлуента: просечна ЦОД од 54,213 мг/Л, НХ₃-Н од 9,678 мг/Л и СС од 23,849 мг/Л, у потпуности испуњавајући захтеве за утицај секундарног биохемијског резервоара. Текуће тестирање, сумирање и оптимизација са више аспеката су такође кључни за даље осигурање поузданости опреме и ефикасности третмана система.