Примена модификованог ААО процеса у пречишћавању отпадних вода из рудника угља
Отпадне воде у рудницима угља првенствено потичу из менза за особље, спаваоница, канцеларија, вешерница и купатила, при чему канализација за купање чини преко 55% укупне запремине. Испуштање воде за купање је релативно концентрисано, што доводи до значајних флуктуација протока. Окарактерисан нижом концентрацијом органских материја и већим бројем суспендованих материја (СС), дренажа за купање се значајно разликује од типичне кућне канализације. Његов распоред испуштања са другим токовима отпадних вода доприноси значајној варијабилности квалитета воде.
Већина рудника угља у Кини налази се у удаљеним областима где су трошкови транспорта муља високи. Због тога треба изабрати процесе третмана са мањим приносом муља. Како се рудници развијају и број особља расте, проток отпадних вода често премашује првобитни пројектовани капацитет, што захтева процесе са јаком прилагодљивошћу Променама квалитета и количине воде унутар истог отиска. Под све строжим еколошким политикама које захтевају потпуну поновну употребу третираних отпадних вода са нултим испуштањем, процеси морају да обезбеде висок и стабилан квалитет ефлуента.
Тренутно, ААО (анаеробни-аноксични-оксидни) процес је преферирани избор у пречишћавању комуналних отпадних вода. Овај чланак анализира ефикасност примене модификованог ААО процеса (ААО + процес суспендованог носача) за кућне отпадне воде рудника угља, на основу његових јединствених карактеристика.
1. Модификовани ААО процес
ААО процес је најједноставнија конфигурација протока за истовремено уклањање азота и фосфора. Филаментне бактерије не могу екстензивно да се размножавају у наизменичним анаеробним, аноксичним и аеробним условима, спречавајући накупљање муља. Не захтева хемијско додавање, само благо мешање у анаеробним и аноксичним резервоарима, што резултира ниским оперативним трошковима. Муљ има висок садржај фосфора, што му даје добру вредност ђубрива.
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%, ово унутрашње рециклирање троши значајну енергију. Ефлуент који улази у секундарни пречистач мора одржавати одређени ниво раствореног кисеоника (ДО) како би се спречили анаеробни услови и ослобађање фосфора, али не превисок да би се избегло ометање денитрификације у аноксичном резервоару преко рециклиране мешавине течности.
Модификовани ААО процес (ААО + процес суспендованог носача) ефикасно ублажава ове недостатке. Повећава микробну масу у биолошким резервоарима, повећава запреминско оптерећење, постиже потпуно одвајање хидрауличког времена задржавања (ХРТ) и времена задржавања муља (СРТ), јача отпорност на хидрауличка и органска ударна оптерећења, даје добар квалитет ефлуента чак и са ниским изворима угљеника, производи мање и више стабилних захтева за ручни муљ (капацитет муља). Ефлуент може да задовољи стандарде квалитета воде „Поновна употреба урбане рециклажне воде-Стандарда квалитета воде за градску разну воду“ (ГБ/Т 18920-2020) и „Кодекс за пројектовање инжењеринга за припрему угља“ (ГБ 50359-2016) за угаљ. Хоу Фенг и др. применио процес ААО+суспендованог носача у подземном постројењу за пречишћавање отпадних вода, постигавши стандарде степена 1А по „Стандарду испуштања загађујућих материја за постројења за пречишћавање комуналних отпадних вода“ (ГБ 18918-2002), са кључним индикаторима (ЦОД, БОД5, НХ3-Н, ТП) по „Стандард квалитета воде за ниво ИВЕнви“ достизања 3838-2002). Хао Руиганг и др. користио је „А/О био-контактну оксидацију + перфорирану вртложну флокулацију + седиментацију у нагнутој цеви + активну филтрацију песка“ у проширењу постројења за отпадне воде у руднику угља, постижући квалитет ефлуента бољи од степена 1А. Иан Зииу и др. такође је постигла добре резултате коришћењем процеса биофилма за реконструкцију постојећег третмана отпадних вода из рудника угља. Модификовани ААО процес омогућава повећање капацитета и побољшање квалитета отпадних вода у постојећим постројењима уз минималне модификације.
Овај процес укључује додавање суспендованих носача у аноксичне и аеробне резервоаре, комбинујући предности процеса активног муља и биофилма. Одликује га високо запреминско оптерећење, велику биомасу, високу ефикасност третмана, снажну прилагодљивост 水质和水量的变化, побољшану стабилност процеса и добро уклањање хранљивих материја. Формира високо специјализоване активне биофилмове, повећавајући ефикасност по запремини реактора и стабилност, омогућавајући мање реакторе. Талог биофилма који се одваја садржи више протозоа/метазоа, има већу густину и већу величину честица, што резултира добром таложењем и лаком одвајањем чврсте-течности. Омогућава потпуно СРТ-ХРТ одвајање, елиминише накупљање муља и погодан је за отпадне воде богате растворљивим органским материјама.
2.1 Студија случаја
Рудник угља у граду Јанан, отприлике 16 км од града Зичанг, има постројење за пречишћавање отпадних вода за домаћинство са пројектованим капацитетом од 1200 м³/д. Процес је: „Сцреен + Екуализатион Танк + ААО са суспендованим носачима + напредни третман (коагулација-Седиментација-Филтрација) + Дезинфекција“. Муљ се третира путем „Гравитног згушњавања + одводњавања вијчаном пресом“. Ефлуент испуњава строжија ограничења *ГБ/Т 18920-2020* и ГБ 50359-2016 за воду за прање угља. Обрађена вода се поново користи за зеленило рудника и као допунску воду у постројењу за припрему угља. Пројектовање квалитета улива/ефлуента је инТабела 1. Ток процеса је приказан уСлика 1.
Отпадна вода пролази кроз сито (размак 5 мм, угао уградње 75 степени) у резервоар за изједначавање (Д×Б×Х=14.0 м×6,0 м×6,0 м, ефективна дубина 2,95 м, запремина 247,8 м³, ХРТ 4,13 х), испуњавајући захтеве ГБ 50810-2012. Два миксера спречавају таложење. Три потопљене пумпе (2 радне +1 приправне, К=32.5 м³/х, Х=17 м, Н=4 кВ) подижу воду до биолошких резервоара.
Биолошки систем се састоји од два паралелна воза. По возу:
- Анаеробни резервоар: Л×Б×В=2.0 м×5,0 м×5,0 м, ефективна дубина 4,5 м, ХРТ 1,5 х.
- Аноксични резервоар: Д×Б×В=4.0 м×5,0 м×5,0 м, ефективна дубина 4,25 м, ХРТ 2,83 х.
- Аеробни резервоар: Л×Б×Х=15.0 м×5,0 м×5,0 м, ефективна дубина 4,0 м, ХРТ 10,0 х. Укупан систем ХРТ је 15,75 х. Суспендовани носачи (однос пуњења 80%, специфична површина 600 м²/м³) се уграђују у аеробни резервоар. Пројектовани однос ваздуха-на-воде је 13,7:1. Користе се три Роотс дуваљке (2 радна +1 приправна, К=6.84 м³/мин, Н=11 кВ, П=44.1 кПа). Коефицијент рециклирања муља је 100%, однос рециклаже мешаних течности је 200%.
Два правоугаона периферна-улазно/излазна секундарна бистрила (Д×Б×Х=5.0 м×5,0 м×3,5 м сваки) имају стопу површинског оптерећења од 1,2 м³/(м²·х) и ХРТ од 2,5 х.
Интегрисани пречистач воде (комбинује коагулацију, седиментацију, филтрацију) обезбеђује напредни третман за даље уклањање СС и фосфора.
Третман муља укључује гравитационо згушњавање (Φ2,5 м×5,0 м резервоар од угљеничног челика) након чега следи одводњавање пужном пресом. Полиакриламид (ПАМ) се дозира на 3,0–5,0 кг/т суве чврсте супстанце пре одводњавања. Дневна одводњена погача муља је мања или једнака 150 кг са садржајем влаге мањим од или једнаким 80%, транспортује се са-са локације.
Дезинфекција користи-генератор ЦлО2 на локацији (ефикасна доза хлора 120 г/х) који се дозира на улазу у чист бунар. Чисти бунар има ефективну запремину од 250 м³, што обезбеђује време контакта од 4,2 х.
Постројење је опремљено опсежним онлајн надзором (мерачи протока, резидуални хлор, пХ, ДО, ЦОД, замућеност, ниво/концентрација муља) и аутоматизованим контролним системима за пумпе, дуваљке, повратно испирање, дозирање хемикалија и мешање, обезбеђујући интелигентан рад без надзора.
2.2 Анализа учинка
Фабрика је завршила пуштање у рад 2021. године и ради више од две године. Стварни квалитет улива/ефлуента за 2024. је приказан уТабела 2.
Утицајни однос БПК5/Н је 5,5, што указује на однос отпадне воде са ниским садржајем угљеника-према-азоту (Ц/Н), који се додатно смањује током лета због инфилтрације падавина и промена навика. Екстремне зимске температуре у Јан'ану могу достићи -21 степен. Стварни квалитет ефлуента је бољи од пројектованог, са стопом уклањања која достиже: ЦОД 97,8%, БОД5 99.7%, СС 99,7%, НХ3-Н 93,5%, ТП 87,10%, испуњавање стандарда за 绿化 и прање угља.
Маса активног биофилма у аноксичним/аеробним резервоарима је чак 125 г/м² носача, што је еквивалентно МЛСС од 13 г/Л-четири пута више од конвенционалног активног муља. Микроорганизми су у фази ендогеног дисања, што резултира дневном производњом муља око 1/3 конвенционалних метода, са бољом таложеношћу, што омогућава мању опрему за третман муља.
Иако био{0}}контактна оксидација може да функционише без рециклаже муља, истраживање Ксионг Рена ет ал. показује да системи са рециклажом постижу веће стопе уклањања ЦОД, ТН, НХ3-Н, СС и смањују принос муља за 29,6%. Овај дизајн укључује мешовиту рециклажу алкохолних пића, са оперативном флексибилношћу заснованом на квалитету отпадних вода.
Постројење (1200 м³/д) заузима 1350,3 м², са капиталном инвестицијом од 20 милиона ЦНИ и оперативним трошковима од 1,05 ЦНИ/м³.
У поређењу са конвенционалним ААО, који захтева продужени СРТ за ефикасан рад на ниским{0}}температурама, овај модификовани процес задржава једноставност истовременог уклањања хранљивих материја док обогаћује биолошку заједницу носачима. СРТ{2}}ХРТ раздвајање побољшава био-стабилност, обезбеђујући поуздан рад у условима ниске Ц/Н и ниске{4}}температуре. Стабилан ефлуент се може одржавати уз мало или без рециклирања муља, што омогућава-смањење муља на лицу места и ниже трошкове руковања муљем. Његова једноставност и недостатак запремине чине га веома погодним за пречишћавање кућних отпадних вода рудника угља.
3. Истраживање оптимизације за ААО процес
Модификовани ААО процеси су типично пројектовани према параметрима у „Стандард за пројектовање спољашњег инжењеринга отпадних вода“ (ГБ 50014-2021). Међутим, потребна је оптимизација оперативних параметара (ХРТ, СРТ, аерација, односи рециклаже, МЛСС) специфичних за отпадне воде рудника угља да би се идентификовали оптимални услови за будући дизајн и рад.
У конвенционалном ААО, муљ се рециклира из аеробног у анаеробни резервоар, носећи нитрате и висок ДО, што може умањити биолошко уклањање фосфора. Може се размотрити процес Универзитета у Кејптауну (УЦТ), где се муљ рециклира у аноксични резервоар, нитрификована течност у аноксични резервоар, а додатни рециклажа из аноксичног у анаеробни резервоар се додаје да би се побољшало уклањање био-П.
Третман муља може чинити 50–60% оперативних трошкова постројења. Треба усвојити-технологије за смањење муља на лицу места. Висок МЛСС у модификованим ААО био-резервоарима доводи до високог Ф/М односа, где може доћи до прекида метаболизма, промовишући смањење муља и смањење трошкова руковања муљем. Будући фокус би требало да буде на примени ин-технологија за смањење на лицу места, као што су криптични раст путем микро-лизе, оксидни-анаеробни процес{10}}таложења (ОСА) и прекидање метаболизма у третману отпадних вода рудника угља.
Овај процес је погодан за реконструкцију постојећих ААО постројења у рудницима угља. Додавање носача у аноксичне/аеробне резервоаре може побољшати квалитет ефлуента, повећати капацитет и побољшати стабилност система. За постројења са строжим захтевима за отпадне воде, замена секундарног таложника са МБР системом може додатно побољшати квалитет воде.
4. Закључак
- Модификовани ААО процес је погодан за надоградњу постојећих ААО система у рудницима угља ради побољшања стабилности, повећања капацитета или испуњавања строжих стандарда.
- Приликом пречишћавања кућних отпадних вода рудника угља, ефлуент може истовремено да задовољи стандарде *ГБ/Т 18920-2002* за заливање путева/зеленило и стандарде ГБ 50359-2016 за воду за прање угља, показујући снажну прилагодљивост променама у квалитету и количини воде.
- Процес производи стабилан муљ са добром таложеношћу и лаком сепарацијом, ствара мање муља и смањује трошкове третмана муља.