Analyse der Schadstoffentfernungseffizienz im Abwasser mithilfe eines modifizierten AAO-Systems
Überblick
DerAnaerob-Anoxisch-Oxisch (AAO oder A²/O)Der Prozess ist eine weit verbreitete biologische Abwasserbehandlungstechnologie, die für die gleichzeitige Entfernung von organischem Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor entwickelt wurde. Es besteht aus drei miteinander verbundenen Zonen:
- Anaerobe Zone: Mangels Sauerstoff und Nitrat bauen fakultative Bakterien organische Verbindungen ab und setzen dabei Phosphor frei.
- Anoxische Zone: Denitrifizierende Bakterien nutzen organischen Kohlenstoff als Elektronendonor, um Nitrate/Nitrite (aus der Oxyzone zurückgeführt) in Stickstoffgas zu reduzieren und so Stickstoff zu entfernen.
- Oxische Zone: Aerobe Mikroorganismen oxidieren verbleibende organische Stoffe und erleichtern die Nitrifikation (Ammoniak zu Nitrat), während Phosphor-anreichernde Organismen Phosphate aufnehmen.
Im Bereich der Abwasserbehandlung kann das herkömmliche AAO-System zwar Schadstoffe aus dem Abwasser entfernen, die zunehmend komplexere Zusammensetzung des Abwassers hat jedoch zu einem gewissen Rückgang der Behandlungseffizienz des AAO-Verfahrens geführt. Um die Anwendungsebene und Wirksamkeit des AAO-Prozesses sicherzustellen,Es ist notwendig, gezielte Forschung an modifizierten Systemen durchzuführen, was für relevante Unternehmen und Abteilungen von erheblicher praktischer Bedeutung für die Verbesserung ihrer Betriebsqualität ist.
Modifiziertes AAO-System
1. Grundprinzipien des AAO-Systems
Am Beispiel des AAO-Abwasseraufbereitungssystems in einer bestimmten Abwasseraufbereitungsanlage handelt es sich bei dem vorhandenen System um akonventionelles AAO-Verfahren, im Wesentlichen bestehend aus vier Komponenten:ein anaerober Tank, ein aerober Tank, ein anoxischer Tank und ein sekundärer Sedimentationstank, wie in beschriebenAbbildung 1.
Im herkömmlichen AAO-System wachsen und verstoffwechseln Mikroorganismen unter verschiedenen Umweltbedingungen. Durch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen mikrobiellen Gemeinschaften wird eine wirksame Entfernung von Schadstoffen durch chemische Reaktionen wie Ammonifikation, Nitrifikation und Denitrifikation erreicht, die organische Schadstoffe erheblich eliminieren.
Das konventionelle AAO-System bietet Vorteile wie niedrige technische Kosten, einfache Bedienung und kurze hydraulische Verweilzeit (HRT). Es weist jedoch auch Nachteile auf, darunter:schlechte PhosphorentfernungseffizienzUndstrenge Anforderungen an das Schlammalter und die Gestaltung der KohlenstoffquelleDies macht es schwierig, die erwarteten Standards bei einigen Projekten zur Abwasserschadstoffentfernung einzuhalten.
2. Designanalyse des modifizierten AAO-Systems
Basierend auf früheren Untersuchungen wurden Verbesserungen am herkömmlichen AAO-System vorgenommen, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf dem anaeroben Tank lag. Dermodifiziertes anaerobes Tanksystembesteht aus drei Teilen:eine Schlamm-{0}}Wasser-Mischzone, eine Schlamm--Wasser-Trennzone und eine Medienzone, wie in gezeigtAbbildung 2.
Immodifiziertes AAO-System (Abbildung 3), sind die Schlamm-{0}}Wasser-Mischzone und die Medienzone mit identischen Abmessungen (15 cm Länge × 20 cm Breite × 60 cm Höhe) und jeweils einem effektiven Volumen von 9 l ausgelegt. Die hydraulische Verweilzeit (HRT) sowohl für die Schlammzone als auch für die Medienzone beträgt 2 Stunden.
3. Analyse der CSB-Entfernungseffizienz im modifizierten AAO-System
Die Effizienz der Entfernung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) des modifizierten AAO-Systems wurde analysiert. Wenn der CSB-Wert des Zulaufs 447 mg/L betrug, betrug der CSB-Wert des Ablaufs aus der anaeroben Stufe etwa 147 mg/L und der endgültige CSB-Wert des Ablaufs betrug 42 mg/L, was dem Abflussstandard der Klasse A entspricht. Die Effizienz der CSB-Entfernung im frühen anaeroben Stadium war instabil, mit erheblichen Schwankungen und relativ niedrigen Gehalten an suspendierten Feststoffen in gemischter Flüssigkeit (MLSS). Jedoch,Nach 7 Tagen stabilisierte sich die Entfernungsrate bei 94 %. In der anaeroben Phase werden Schadstoffe hauptsächlich durch mikrobiellen Abbau und Verdünnung durch Rückfluss entfernt, was eine wirksame Schadstoffentfernung beweist.
Mithilfe der Minitab-Software wurde die Entfernungsleistung der modifizierten und herkömmlichen AAO-Systeme mittels unabhängiger Proben-t--Testanalyse verglichen, wobei die Ergebnisse in dargestellt sindAbbildung 4.
Bei einem Konfidenzintervall von 95 % betrug der t--Wert 0,26 und der p--Wert 0,605. Die Datenanalyse zeigte keinen signifikanten Unterschied in den mittleren Entfernungsraten zwischen den beiden Systemen. Das modifizierte AAO-System zeigte eine relativ hohe Variabilität in der CSB-Entfernungseffizienz, hauptsächlich aufgrund von Unterschieden in den Daten im Frühstadium, einschließlich der Akklimatisierungsphase.Insgesamt zeigte das modifizierte AAO-System eine wirksame CSB-Entfernung.
4. Analyse der Effizienz der Ammoniak-Stickstoff-Entfernung im modifizierten AAO-System
Die Effizienz der Entfernung von Ammoniakstickstoff (NH₃-N) wurde analysiert. Wenn die Konzentration an einströmendem NH₃-N 36 mg/L betrug, betrug die Konzentration an abfließendem NH₃-N aus der anaeroben Stufe etwa 19 mg/L. Im Anfangsstadium war die Abwasserkonzentration relativ hoch und die Entfernungseffizienz schwankte erheblich. Jedoch,nach 12 Tagen Eingewöhnung stieg die Entfernungsrate auf rund 81 %, mit nitrifizierenden Bakterien in der logarithmischen Wachstumsphase.Anschließend stabilisierte sich die Abtragsrate und erreichte einen Durchschnittswert von 93 %., mit einer NH₃-N-Konzentration im Abwasser von 4 mg/L, was der Abflussnorm der Klasse A entspricht.
Bei einem Konfidenzintervall von 95 % betrug der t--Wert 3,41 und der p--Wert 0,998. Die Datenanalyse zeigte keinen signifikanten Unterschied in den mittleren Entfernungsraten zwischen den beiden Systemen. Das modifizierte AAO-System zeigte eine relativ hohe Variabilität der NH₃-N-Entfernungseffizienz, hauptsächlich aufgrund von Unterschieden in den Daten im Frühstadium, einschließlich der Akklimatisierungsphase.Insgesamt zeigte das modifizierte AAO-System eine wirksame NH₃-N-Entfernung.
5. Analyse der Gesamteffizienz der Phosphor- und Gesamtstickstoffentfernung im modifizierten AAO-System
5.1 Gesamteffizienz der Phosphorentfernung
Die Gesamteffizienz der Phosphorentfernung (TP) wurde analysiert. Wenn die TP-Konzentration im Zulauf 3,6 mg/L betrug, war eine 11-tägige Akklimatisierungsphase erforderlich. Die TP-Konzentration im Abfluss des gesamten Systems erreichte 2,8 mg/l, während die TP-Konzentration im anaeroben Stadium 4,2 mg/l betrug, was auf eine erhebliche Phosphorfreisetzung hinweist. Nach der Akklimatisierung verbesserte sich die TP-Entfernungsleistung deutlich, wobei die TP-Konzentration im Abfluss der anaeroben Stufe auf 2,7 mg/L sank und die Entfernungseffizienz 17 % erreichte.Im späteren Stadium stabilisierte sich die TP-Entfernungsrate über 60 %, und die TP-Konzentration im Abwasser näherte sich 0,5 mg/L, erfüllt den Entladungsstandard der Klasse B.
Der Vergleich der beiden Systeme zeigte, dass das modifizierte AAO-System eine anfängliche Akklimatisierungsphase mit relativ geringer Entfernungseffizienz erforderte. Nach der Eingewöhnung jedochDie Leistung bei der TP-Entfernung wurde erheblich verbessert, was eine höhere Effizienz im Vergleich zum herkömmlichen AAO-System beweist.
5.2 Gesamteffizienz der Stickstoffentfernung
Die Gesamteffizienz der Stickstoffentfernung (TN) wurde analysiert. Wenn die TN-Konzentration im Zufluss 34 mg/L betrug, betrug die TN-Konzentration im Abfluss der anaeroben Stufe etwa 18 mg/L. Im Anfangsstadium war die Abwasserkonzentration relativ hoch und die Entfernungseffizienz schwankte erheblich.Nach 10 Tagen Akklimatisierung stieg die TN-Entfernungsrate auf 68 %, bei einer Abwasserkonzentration von 9 mg/l, erfüllt den Entladungsstandard der Klasse A.
Bei einem Konfidenzintervall von 95 % betrug der t--Wert 0,72 und der p--Wert 0,753. Die Datenanalyse zeigte keinen signifikanten Unterschied in den mittleren Entfernungsraten zwischen den beiden Systemen. Das modifizierte AAO-System zeigte eine relativ hohe Variabilität in der TN-Entfernungseffizienz, hauptsächlich aufgrund von Unterschieden in den Daten im Frühstadium, einschließlich der Akklimatisierungsphase.Insgesamt zeigte das modifizierte AAO-System eine wirksame TN-Entfernung.
Abschluss
Zusammenfassend zeigt das modifizierte AAO-System eine robuste Leistung bei der Entfernung der wichtigsten Abwasserschadstoffe -CSB, Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor- und erfüllt nach einer kurzen Akklimatisierungsphase die Einleitungsstandards der Klassen A oder B.
Während die statistische Analyse (t--Test, p--Wert) keinen signifikanten Unterschied in der mittleren Entfernungseffizienz im Vergleich zum herkömmlichen System zeigte, zeigte das modifizierte Design trotz größerer Datenvariabilität während des ersten Betriebs eine höhere Stabilität und verbesserte Behandlungsergebnisse im Laufe der Zeit. Die Verbesserungen, insbesondere in der anaeroben Zone mit optimierten Misch-, Trenn- und Medienzonen, tragen zu einer erhöhten Prozessstabilität und -effizienz bei.
Diese Erkenntnisse unterstreichendas Potenzial modifizierter AAO-Systeme zur wirksamen Bewältigung komplexer Abwasserzusammensetzungenund unterstützen deren praktische Anwendung zur Modernisierung der bestehenden Behandlungsinfrastruktur.