Analyse des Einflusses der abgestuften Sauerstoffversorgung in der aeroben Zone des AAO-Prozesses auf die Effizienz der Schadstoffentfernung
Überblick
Das AAO-Verfahren ist eine weit verbreitete Abwasserbehandlungstechnologie, die hauptsächlich anaerobe, anoxische und aerobe Stufen umfasst, die synergetisch arbeiten, um Schadstoffe effektiv aus dem Abwasser zu entfernen. Die aerobe Phase ist ein entscheidender Bestandteil des AAO-Prozesses und die Art der Sauerstoffversorgung wirkt sich direkt auf die Gesamtbetriebseffizienz des gesamten Systems aus. Um die Wirksamkeit des AAO-Prozesses in praktischen Anwendungen weiter zu verbessern, haben Forscher ein abgestuftes Sauerstoffversorgungsschema vorgeschlagen. Durch die Einrichtung mehrerer Zonen mit unterschiedlichen Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff (DO) innerhalb des Systems zielt dieses Schema darauf ab, die Stoffwechselaktivität aerober Mikroorganismen zu optimieren und die Effizienz der Schadstoffentfernung zu verbessern. Daher ist die Analyse der Auswirkungen der stufenweisen Sauerstoffzufuhr in der aeroben Zone des AAO-Prozesses auf die Schadstoffentfernung von erheblichem praktischen Wert.
Überblick über die abgestufte Sauerstoffversorgung in der aeroben Zone des AAO-Prozesses
Die aerobe Zone ist der Hauptort für die Oxidation und Zersetzung organischer Stoffe. Durch die gestaffelte Sauerstoffzufuhr können die DO-Konzentrationen in verschiedenen Zonen flexibel an die Abbaurate organischer Stoffe und den Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen angepasst werden, wodurch ein gleichmäßiger und ausreichender Abbau organischer Stoffe in allen Zonen gewährleistet wird. Dieser Ansatz trägt dazu bei, die Entfernungsraten organischer Stoffe zu verbessern und die Abwasserqualität zu stabilisieren. In der aeroben Zone wird Ammoniakstickstoff durch nitrifizierende Bakterien zu Nitrat oxidiert. Die gestaffelte Sauerstoffversorgung stellt sicher, dass nitrifizierende Bakterien bei geeigneten DO-Konzentrationen effizient arbeiten, und vermeidet negative Auswirkungen auf den Nitrifikationsprozess, die durch zu hohe oder niedrige DO-Werte verursacht werden. Gleichzeitig kann durch die Steuerung des Rezirkulationsverhältnisses und der Konzentration der gemischten Flüssigkeit der Nitrifikationsprozess weiter optimiert werden, wodurch die Effizienz der Ammoniak-Stickstoffentfernung erhöht wird. Der AAO-Prozess führt eine gleichzeitige Entfernung von Stickstoff und Phosphor durch. Unter abgestuften Sauerstoffversorgungsbedingungen in der aeroben Zone können Phosphorakkumulierende Organismen (PAOs) Phosphor bei geeigneten DO-Konzentrationen vollständig absorbieren und eine Phosphorentfernung erreichen, indem sie in nachfolgenden Stufen phosphorreichen Schlamm abgeben. Durch die Anpassung der Betriebsparameter in den anoxischen und aeroben Zonen kann der Denitrifikationsprozess optimiert und die Gesamteffizienz der Stickstoffentfernung verbessert werden.
Experimentelle Methodik zur Analyse der Wirkung von Staged Sauerstoffversorgung auf Schadstoffentfernungseffizienz
Während des Experiments wurden Methoden wie Belüftungsventilsteuerungssysteme, automatische Steuerungssysteme und die Anzahl der Gebläsegeräte verwendet, um die Belüftungsintensität zu regulieren und so die DO-Konzentration widerzuspiegeln. Der Prozessablauf des Versuchsaufbaus ist in dargestelltAbbildung 1.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist die aerobe Zone des AAO-Systems in drei Regionen unterteilt: den Kopf-, Mittel- und Schwanzabschnitt. Die hydraulische Verweilzeit (HRT) des Systems wurde auf 2 Stunden eingestellt. Die Reaktorabmessungen betrugen 160 cm × 125 cm × 100 cm (Länge × Breite × Höhe), wobei die Höhe der gemischten Flüssigkeit auf 60 cm eingestellt war. Die Strömungsrichtung zwischen den Reaktionstanks wurde mithilfe von Leitwänden und Leitblechen gesteuert.
Aus dem Vorklärbecken einer kommunalen Kläranlage wurden Abwasserproben entnommen. Die Abwasserqualität war relativ stabil, alle relevanten Indikatoren lagen im Standardbereich: Die TP-Konzentration lag zwischen 3,0 und 5,5 mg/L, die TN-Konzentration zwischen 26 und 49 mg/L und der CSB zwischen 255 und 485 mg/L.
Jeder Aerobic-Abschnitt war mit einer Wirbelluftpumpe und einem unabhängig konfigurierten perforierten Rohrsystem ausgestattet, um das Belüftungssystem für Belüftungsvorgänge zu bilden. Während des Systembetriebs arbeitete jede Wirbelluftpumpe unabhängig und stabil und hielt die DO-Konzentrationen im Bereich von 4–5 mg/L, 3–4 mg/L bzw. 2–3 mg/L. Die DO-Konzentrationen und die Abwasserqualität aus verschiedenen Abschnitten wurden gemessen und analysiert, um den spezifischen Einfluss auf die Schadstoffentfernungseffizienz zu bestimmen.
3 Analyse des Einflusses der Sauerstoffkonzentration im Kopfbereich auf die Effizienz der Schadstoffentfernung
3.1 Analyse der Effizienz der CSB-Entfernung
Die Analyse der CSB-Entfernung im Kopfbereich der aeroben AAO-Zone unter drei verschiedenen DO-Konzentrationsbedingungen ergab Abwasser-CSB-Werte von 41,2, 40,2 und 40,8 mg/L mit Entfernungseffizienzen von 91,3 %, 90,5 % bzw. 90,8 %. Spezifische Details finden Sie inAbbildung 2.
Die Datenanalyse zeigt, dass die Effizienz der CSB-Entfernung im Kopfbereich bei unterschiedlichen DO-Konzentrationen zwar bis zu einem gewissen Grad schwankte, die Gesamtschwankung jedoch minimal war und keine klare Korrelation aufwies. Als die DO-Konzentration von 2–3 mg/L auf 3–4 mg/L anstieg, verringerten sich der CSB im Abwasser und die Entfernungseffizienz um 1,0 mg/L bzw. 0,8 %. Wenn die DO-Konzentration jedoch auf den Wert von 4–5 mg/L anstieg, stiegen der CSB im Abwasser und die Entfernungseffizienz um 0,6 mg/L bzw. 0,3 %. Unterschiedliche DO-Konzentrationen hatten keinen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz der CSB-Entfernung.
3.2 Analyse der TN-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TN-Entfernung im Kopfbereich ergab TN-Konzentrationen im Abwasser von 12,8, 12,3 und 13,1 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungsraten von 68,0 %, 66,8 % bzw. 67,7 %.
Die Datenanalyse zeigt, dass die Effizienz der TN-Entfernung im Kopfbereich bei unterschiedlichen DO-Konzentrationen in gewissem Maße variierte, die Gesamtvariation jedoch minimal war und keine klare Korrelation zeigte. Daraus kann geschlossen werden, dass unterschiedliche DO-Konzentrationen keinen signifikanten Einfluss auf die Effizienz der TN-Entfernung hatten.
3.3 Analyse der TP-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TP-Entfernung im Kopfbereich ergab abfließende TP-Konzentrationen von 0,60, 0,51 und 0,48 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungsraten von 88,1 %, 90,7 % bzw. 91,7 %.
Die Datenanalyse zeigt, dass die Effizienz der TP-Entfernung im Kopfbereich mit der DO-Konzentration variierte. Eine Erhöhung der DO-Konzentration verringerte die TP-Konzentration im Abwasser und verbesserte die Entfernungseffizienz weiter. Daraus lässt sich schließen, dass die DO-Konzentration von 4–5 mg/L die relativ höchste Entfernungseffizienz erzielte.
Eine umfassende Analyse legt nahe, dass die Einstellung der DO-Konzentration im Kopfbereich auf 4–5 mg/L zu einer höheren Phosphoraufnahmeeffizienz führt.
4 Analyse des Einflusses der DO-Konzentration im Mittelteil auf die Schadstoffentfernungseffizienz
4.1 Analyse der Effizienz der CSB-Entfernung
Die Analyse der CSB-Entfernung im mittleren Abschnitt ergab Abwasser-CSB-Werte von 39,9, 38,9 und 40,4 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungseffizienzen von 91,0 %, 90,9 % bzw. 91,2 %. Spezifische Details finden Sie inAbbildung 3.
Die Datenanalyse zeigt, dass die Effizienz der CSB-Entfernung im mittleren Abschnitt bei unterschiedlichen DO-Konzentrationen zwar in gewissem Maße schwankte, die Gesamtschwankung jedoch minimal war und keine klare Korrelation aufwies. Als die DO-Konzentration von 2–3 mg/L auf 3–4 mg/L anstieg, verringerten sich der CSB im Abwasser und die Entfernungseffizienz um 1,0 mg/L bzw. 0,1 %. Wenn die DO-Konzentration jedoch auf 4–5 mg/l anstieg, stiegen der CSB im Abwasser und die Entfernungseffizienz um 0,5 mg/l bzw. 0,3 %. Unterschiedliche DO-Konzentrationen hatten keinen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz der CSB-Entfernung.
4.2 Analyse der TN-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TN-Entfernung im mittleren Abschnitt ergab TN-Konzentrationen im Abwasser von 13,8, 13,0 und 12,9 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungsraten von 62,5 %, 66,3 % bzw. 66,4 %. Im Vergleich dazu führten DO-Konzentrationen von 3–4 mg/L und 4–5 mg/L zu einer besseren TN-Entfernungseffizienz.
4.3 Analyse der TP-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TP-Entfernung im mittleren Abschnitt ergab TP-Konzentrationen im Abwasser von 0,57, 0,52 und 0,46 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungsraten von 88,5 %, 90,8 % bzw. 91,5 %. Im Vergleich dazu führten DO-Konzentrationen von 3–4 mg/L und 4–5 mg/L zu einer besseren TP-Entfernungseffizienz.
Eine umfassende Analyse legt nahe, dass die Einstellung der DO-Konzentration im mittleren Bereich auf den Wert von 3–4 mg/L eine höhere Schadstoffentfernungseffizienz erzielt.
Analyse des Einflusses der DO-Konzentration im Heckabschnitt auf die Schadstoffentfernungseffizienz
5.1 Analyse der Effizienz der CSB-Entfernung
Die Analyse der CSB-Entfernung im Schwanzbereich ergab eine Entfernungseffizienz von 91,8 % unter allen drei DO-Konzentrationsbedingungen. Unterschiedliche DO-Konzentrationen hatten keinen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz der CSB-Entfernung.
5.2 Analyse der TN-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TN-Entfernung im Endabschnitt ergab TN-Konzentrationen im Abwasser von 11,5, 12,7 und 13,4 mg/L unter den drei DO-Bedingungen mit Entfernungsraten von 72,7 %, 67,9 % bzw. 66,5 %. Im Vergleich dazu führte die DO-Konzentration von 2–3 mg/L zu einer besseren TN-Entfernungseffizienz.
5.3 Analyse der TP-Entfernungseffizienz
Die Analyse der TP-Entfernung im Schwanzbereich zeigte, dass bei einer DO-Konzentration unter 2,0 mg/L die Entfernungseffizienz 96 % nicht überstieg. In diesem Experiment betrug die Entfernungsrate unter allen drei DO-Bedingungen 90 %, und die Abwasserkonzentrationen entsprachen dem Primärstandard.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Einstellung der DO-Konzentration im Endbereich auf 2–3 mg/L eine höhere Schadstoffentfernungseffizienz erreicht wird.
Abschluss
Um den spezifischen Einfluss der abgestuften Sauerstoffversorgung in der aeroben Zone des AAO-Prozesses auf die Effizienz der Schadstoffentfernung zu untersuchen, wurde die aerobe Zone während der Studie in Kopf-, Mittel- und Schwanzabschnitte unterteilt. Die Analyse der CSB-, TN- und TP-Entfernungseffizienzen in diesen Abschnitten in Kombination mit den Forschungsergebnissen zeigt, dass die Einstellung der DO-Konzentrationswerte in den drei aeroben Zonen auf 4–5 mg/L, 3–4 mg/L bzw. 2–3 mg/L insgesamt eine bessere Schadstoffentfernungseffizienz erzielt. Dieser Ansatz kann Unterstützung und Referenz für ökologische Umweltschutz-, Energieeinsparungs- und Emissionsminderungsbemühungen bieten.