יישום של תהליך AAO שונה בטיפול בשפכים ביתיים של מכרה פחם
שפכים ביתיים במכרות פחם מקורם בעיקר בקנטינות עובדים, מעונות, משרדים, חדרי כביסה וחדרי רחצה, כאשר ניקוז הרחצה מהווה למעלה מ-55% מהנפח הכולל. הזרמת מי הרחצה מרוכזת יחסית, מה שמוביל לתנודות זרימה משמעותיות. מאופיין בריכוז אורגני נמוך יותר ומוצקים מרחפים גבוהים יותר (SS), ניקוז הרחצה שונה במידה ניכרת משפכים ביתיים טיפוסיים. דפוס ההזרמה שלו עם זרמי שפכים אחרים תורם לשונות משמעותית באיכות המים.
רוב מכרות הפחם בסין ממוקמים באזורים מרוחקים שבהם עלויות הובלת הבוצה גבוהות. לכן, יש לבחור תהליכי טיפול עם תפוקת בוצה נמוכה יותר. ככל שהמכרות מתפתחים ומספר העובדים גדל, זרימת מי השפכים עולה לרוב על יכולת התכנון המקורית, מה שמצריך תהליכים בעלי יכולת הסתגלות חזקה לשינויים באיכות ובכמות המים באותה טביעת רגל. תחת מדיניות סביבתית מחמירה יותר ויותר הדורשת שימוש חוזר מלא בשפכים מטופלים עם אפס הזרמה, תהליכים חייבים לספק איכות קולחים גבוהה ויציבה.
נכון לעכשיו, תהליך ה-AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic) הוא הבחירה המועדפת בטיפול בשפכים עירוניים. מאמר זה מנתח את יעילות היישום של תהליך AAO שונה (AAO + Suspended Carrier Process) עבור שפכים ביתיים של מכרה פחם, בהתבסס על המאפיינים הייחודיים שלו.
1. תהליך AAO שונה
תהליך AAO הוא תצורת הזרימה הפשוטה ביותר להסרת חנקן וזרחן בו זמנית. חיידקים חוטיים אינם יכולים להתרבות באופן נרחב בתנאים אנאירוביים, אנוקסיים ואירוביים לסירוגין, ומונעים התנפחות בוצה. זה לא דורש תוספת כימית, רק ערבוב מתון במיכלים אנאירוביים ואנוקסיים, וכתוצאה מכך עלויות תפעול נמוכות. לבוצה יש תכולת זרחן גבוהה, מה שמקנה לה ערך דשן טוב.
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%, המיחזור הפנימי הזה צורך אנרגיה משמעותית. שפכים הנכנסים למטהר המשני חייבים לשמור על רמת חמצן מומס מסויימת (DO) כדי למנוע תנאים אנאירוביים ושחרור זרחן, אך לא גבוה מדי כדי למנוע הפרעה לדניטריפיקציה במיכל האנוקסי באמצעות המשקאות המעורבים הממוחזרים.
תהליך ה-AAO המשתנה (AAO + Process Carrier Suspended) מפחית למעשה את החסרונות הללו. זה מגדיל את המסה המיקרוביאלית במיכלים הביולוגיים, משפר את הטעינה הנפחית, משיג הפרדה מלאה בין זמן החזקה הידראולי (HRT) וזמן החזקה של בוצה (SRT), מחזק את העמידות לעומסי זעזועים הידראוליים ואורגניים, מספק איכות שפכים טובה אפילו עם מקורות פחמן נמוכים, מייצר בוצה פחות ויציבה יותר (הפחתת דרישות טיפול בבוצה במורד הזרם). הקולחים יכולים לעמוד בתקני איכות המים של "השימוש החוזר של מיחזור מיחזור עירוני-תקן איכות המים עבור מים שונים בעיר" (GB/T 18920-2020) ו"קוד לתכנון הנדסת הכנת פחם" (GB 50359-2016) לשטיפת פחם. Hou Feng et al. יישם את תהליך ה- AAO + מובל במתקן טיהור שפכים תת-קרקעי, תוך השגת תקני דרגה 1A לפי "תקן הפריקה של מזהמים למפעלי טיהור שפכים עירוניים" (GB 18918-2002), עם אינדיקטורים מרכזיים (COD, BOD5, NH3-N, TP) המגיעים לתקני איכות Class IV ל-"Environment Water Surface Standards" 3838-2002). Hao Ruigang et al. השתמש ב-"A/O Bio-contact Oxidation + Swirl Flocculation מחורר + שקיעת צינור משופע + סינון חול פעיל" בהרחבת מפעל שפכים ביתי של מכרה פחם, והשגת איכות שפכים טובה יותר מדרגה 1A. יאן זיו וחב'. השיג גם תוצאות טובות באמצעות תהליכי ביופילם לתיקון טיפול בשפכים ביתי קיים של מכרה פחם. תהליך ה-Ao Modified מאפשר הגדלת קיבולת ושיפור איכות הקולחים במפעלים קיימים עם שינויים מינימליים.
תהליך זה כולל הוספת נשאים מרחפים למיכלים האנוקסיים והאירוביים, תוך שילוב יתרונות של בוצה פעילה ותהליכי ביופילם. הוא כולל העמסה נפחית גבוהה, ביומסה גדולה, יעילות טיפול גבוהה, יכולת הסתגלות חזקה ל-水质和水量的变化, יציבות תהליכית משופרת והסרה טובה של חומרים מזינים. הוא יוצר סרטי ביופילם פעילים מיוחדים במיוחד, המגדילים את היעילות לכל נפח ויציבות בכור, ומאפשרים כורים קטנים יותר. בוצת ביופילם נטושה מכילה יותר פרוטוזואה/מטזואה, בעלת צפיפות גבוהה יותר וגודל חלקיקים גדול יותר, וכתוצאה מכך ישיבות טובה והפרדת נוזלים מוצקים- קלה. הוא מאפשר הפרדה מלאה של SRT-HRT, מבטל את התנפחות הבוצה ומתאים לשפכים העשירים באורגניים מסיסים.
2.1 תיאור מקרה
למכרה פחם בעיר יאן, כ-16 ק"מ מהעיר זיצ'אנג, יש מתקן טיהור שפכים ביתי עם קיבולת עיצובית של 1200 מ"ר ליום. התהליך הוא: "מסך + מיכל שיוויון + AAO עם מנשאים תלויים + טיפול מתקדם (קרישה-משקעים-סינון) + חיטוי". הבוצה מטופלת באמצעות "עיבוי כוח המשיכה + הסרת מים בלחיצת בורג". הקולחים עומדים במגבלות המחמירות של *GB/T 18920-2020* ו-GB 50359-2016 עבור מי שטיפת פחם. במים המטופלים נעשה שימוש חוזר עבור הצמחייה שלי וכמי איפור במפעל הכנת הפחם. איכות השפעת/קולח עיצוב היא בפניםטבלה 1. זרימת התהליך מוצגת באיור 1.
שפכים עוברים דרך מסך (פער של 5 מ"מ, זווית התקנה של 75 מעלות) לתוך מיכל השוואת (L×B×H=14.0 m×6.0 m×6.0 מ', עומק אפקטיבי 2.95 מ', נפח 247.8 מ"ר, HRT 4.13 שעות), עומד בדרישות GB 50810-2012. שני מיקסרים מונעים שקיעה. שלוש משאבות טבולות (2 כוננות +1, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 קילוואט) מעלות מים אל המיכלים הביולוגיים.
המערכת הביולוגית מורכבת משתי רכבות מקבילות. לכל רכבת:
- מיכל אנאירובי: L×B×H=2.0 m×5.0 m×5.0 מ', עומק אפקטיבי 4.5 מ', HRT 1.5 שעות.
- מיכל אנוקסי: L×B×H=4.0 m×5.0 m×5.0 מ', עומק אפקטיבי 4.25 מ', HRT 2.83 שעות.
- מיכל אירובי: L×B×H=15.0 m×5.0 m×5.0 מ', עומק אפקטיבי 4.0 מ', HRT 10.0 שעות. HRT הכולל של המערכת הוא 15.75 שעות. במיכל האירובי מותקנים מנשאים תלויים (יחס מילוי 80%, שטח פנים ספציפי 600 מ"ר/מ"ר). עיצוב אוויר-ל-יחס מים הוא 13.7:1. נעשה שימוש ב-3 מפוחי Roots (2 דוטי +1 המתנה, Q=6.84 m³/min, N=11 kW, P=44.1 kPa). יחס מיחזור בוצה הוא 100%, יחס מיחזור אלכוהול מעורב הוא 200%.
שני מבהירי כניסת/יציאה משניים מלבניים- (L×B×H=5.0 m×5.0 m×3.5 מ' כל אחד) בעלי קצב טעינת פני השטח של 1.2 m³/(m²·h) ו-HRT של 2.5 שעות.
מטהר מים משולב (משלב קרישה, שקיעה, סינון) מספק טיפול מתקדם להמשך סילוק SS וזרחן.
טיפול בבוצה כולל עיבוי כוח הכבידה (Φ2.5 מ'×5.0 מ' מיכל פלדת פחמן) ואחריו פיזור בורג. פוליאקרילאמיד (PAM) מינון של 3.0-5.0 ק"ג/ט מוצקים יבשים לפני הפיזור. עוגת בוצה יומית מושתרת היא פחות או שווה ל-150 ק"ג עם תכולת לחות של פחות או שווה ל-80%, מועברת מחוץ לאתר.
החיטוי משתמש במחולל ClO2 באתר-(מינון כלור יעיל 120 גרם/שעה) במינון בכניסת הבאר השקולה. לבאר הצלולה נפח אפקטיבי של 250 מ"ר, המספק זמן מגע של 4.2 שעות.
המפעל מצויד בניטור מקוון נרחב (מדדי זרימה, שאריות כלור, pH, DO, COD, עכירות, רמת בוצה/ריכוז) ומערכות בקרה אוטומטיות למשאבות, מפוחים, שטיפה לאחור, מינון כימיקלים וערבוב, המבטיחות פעולה חכמה וללא השגחה.
2.2 ניתוח ביצועים
המפעל סיים את ההפעלה בשנת 2021 ופעל למעלה משנתיים. איכות השפע/קולח בפועל משנת 2024 מוצגת בטבלה 2.
יחס השפעת BOD5/N הוא 5.5, מה שמעיד על שפכים נמוך ביחס פחמן-ל-חנקן (C/N), אשר יורד עוד יותר בקיץ עקב חדירת גשמים ושינויי הרגלים. טמפרטורות חורף קיצוניות ביאן יכולות להגיע ל-21 מעלות. איכות הקולחים בפועל טובה יותר מהתכנון, עם שיעורי הסרה המגיעים ל: COD 97.8%, BOD5 99.7%, SS 99.7%, NH3-N 93.5%, TP 87.10%, עומדים בתקנים לשטיפת 绿化 ושטיפת פחם.
מסת הביופילם הפעילה במיכלים האנוקסיים/אירוביים גבוהה עד 125 גרם/מ"ר, שווה ערך ל-MLSS של 13 גרם לליטר- פי 4 מבוץ פעיל רגיל. מיקרואורגניזמים נמצאים בשלב הנשימה האנדוגנית, מה שמביא לייצור בוצה יומיומי של כ-1/3 מהשיטות הקונבנציונליות, עם יכולת התיישבות טובה יותר, מה שמאפשר ציוד קטן יותר לטיפול בבוצה.
למרות שחמצון ביו-מגע יכול לפעול ללא מיחזור בוצה, מחקר של Xiong Ren et al. מראה שמערכות עם מיחזור משיגות שיעורי הסרה גבוהים יותר עבור COD, TN, NH3-N, SS ומפחיתות את תפוקת הבוצה ב-29.6%. עיצוב זה משלב מיחזור משקאות מעורבים, עם גמישות תפעולית המבוססת על איכות הקולחים.
המפעל (1200 מ"ר/ד') תופס 1350.3 מ"ר, עם השקעה הונית של 20 מיליון CNY ועלות תפעול של 1.05 CNY/m³.
בהשוואה ל-AAO קונבנציונלי, הדורש SRT מורחב לפעולה יעילה בטמפרטורה-נמוכה, תהליך שונה זה שומר על הפשטות של הסרת חומרים מזינים בו זמנית תוך העשרת הקהילה הביולוגית בנשאים. הפרדת ה-SRT-HRT משפרת את היציבות הביולוגית-, ומבטיחה פעולה אמינה בתנאי C/N נמוך ותנאי טמפרטורה-נמוכים. ניתן לשמור על שפכים יציבים עם מיחזור בוצה מועט או ללא מיחזור, מה שמאפשר-הפחתת בוצה באתר ועלויות טיפול נמוכות יותר בבוצה. הפשטות שלו וחוסר הנפח הופכים אותו למתאים מאוד לטיפול בשפכים ביתיים של מכרה פחם.
3. מחקר אופטימיזציה עבור תהליך AAO
תהליכי AAO מתוקנים מתוכננים בדרך כלל לפי פרמטרים ב"סטנדרט לתכנון של הנדסת שפכים חיצונית" (GB 50014-2021). עם זאת, יש צורך באופטימיזציה של פרמטרים תפעוליים (HRT, SRT, אוורור, יחסי מיחזור, MLSS) ספציפיים לשפכי מכרה פחם כדי לזהות תנאים אופטימליים לתכנון ותפעול עתידיים.
ב-AAO קונבנציונלי, הבוצה ממוחשבת מהמיכל האירובי למיכל האנאירובי, נושאת חנקה ו-DO גבוה, מה שעלול לפגוע בסילוק הזרחן הביולוגי. ניתן לשקול את התהליך של אוניברסיטת קייפטאון (UCT), שבו בוצה ממוחשבת למיכל האנוקסי, משקאות חריפים למיכל האנוקסי, ומוסיפים מיחזור נוסף ממיכל אנוקסי לאנאירובי כדי לשפר את הסרת ה-P bio-.
טיפול בבוצה יכול להוות 50-60% מעלות התפעול של המפעל. יש לאמץ-טכנולוגיות הפחתת בוצה באתר. ה-MLSS הגבוה במיכלי AAO ביו-מתוקנים מוביל ליחס F/M גבוה, שבו יכול להתרחש ניתוק מטבוליזם, מקדם הפחתת בוצה והורדת עלויות טיפול בבוצה. התמקדות עתידית צריכה להיות ביישום ב-טכנולוגיות הפחתת האתר כמו צמיחה קריפטית באמצעות מיקרו-ליזה, תהליך -התיישבות-אוקסי (OSA) וניתוק חילוף החומרים בטיפול בשפכי מכרות פחם.
תהליך זה מתאים לחידוש מפעלי AAO קיימים במכרות פחם. הוספת מנשאים למיכלים אנוקסיים/אירוביים יכולה לשפר את איכות הקולחים, להגדיל את הקיבולת ולשפר את יציבות המערכת. עבור מפעלים עם דרישות קולחים מחמירות יותר, החלפת המבהיר המשני במערכת MBR יכולה לשדרג עוד יותר את איכות המים.
4. מסקנה
- תהליך ה-AAO המתוקן מתאים לשדרוג מערכות AAO קיימות במכרות פחם כדי לשפר את היציבות, להגדיל את הקיבולת או לעמוד בתקנים מחמירים יותר.
- בעת טיפול בשפכים ביתיים של מכרה פחם, השפכים יכולים לעמוד בו זמנית בתקני *GB/T 18920-2002* עבור השקיית כבישים/ירקות ותקני GB 50359-2016 עבור מי שטיפת פחם, מה שמוכיח יכולת הסתגלות חזקה לשינויים באיכות ובכמות המים.
- התהליך מייצר בוצה יציבה עם יכולת שקיעה טובה והפרדה קלה, מייצר פחות בוצה ומפחית את עלויות הטיפול בבוצה.