Madala{0}}koormusega ventilaatori õhutusbasseini tehnilised põhialused ja töökorraldus
1. Ülevaade
1.1 Ventilaatori õhutusbasseinide tööpõhimõte
Hiinas tavaliselt kasutatav puhurõhustamine hõlmab peamiselt hajutatud, spiraalseid ja mikropoorseid õhutustüüpe. Aeratsioonibassein koosneb tavaliselt õhutussüsteemist, basseini struktuurist ja sisse-/väljalaskeavadest, mis toimivad aktiivmuda reoveepuhastuse võtmestruktuurina. Levinud õhutusmeetodid on mehaaniline ja puhurõhutamine. Ventilaatori õhutussüsteemid koosnevad tavaliselt spetsiaalsetest aeraatoritest ja puhuritest. Vaagnad on sageli jagatud mitmeks sektsiooniks, millest igaüks saab iseseisvalt toita. Reovesi siseneb basseini ja väljub teisest otsast. Selle protsessi käigus suunatakse õhk kompressorite kaudu basseini põhjas asuvatesse difuusoritesse ja vabastatakse mullidena.
1.2 Seotud uurimused puhuri õhutusbasseinide kohta
Cheng Dandani et al. leidis, et Hiina olmereoveepuhastites tarbivad aeratsioonipuhurid ligikaudu 60% kogu energiast. Aeratsioonisüsteemi integreerimine lahustunud hapniku (DO) intelligentse PID-kontuuri juhtimisega ja puhuri energia-säästustrateegiate rakendamine võib tõhusalt lahendada reoveepuhastite õhutussüsteemide suurt energiatarbimist, vähendades seda üle 30%.
Liu Xiaoqi jt. kasutas hajutatud vooluga aeraatoreid, et suurendada puhastamise ajal reovee hapnikusisaldust, vähendades samal ajal energiatarbimist. Sellega saavutati ka vee-õhu ühtlane segunemine ja jaotus, mis vähendas aeraatori paigaldamise nivelleerimise täpsuse nõuet.
Chang Kai et al. parandas tavapärase õhutusbasseini süsteemi jõudlust, muutes algset õhukogumisrežiimi. Nad asendasid traditsioonilised mikropoorsed aeraatorid suure hapniku-ülekandetõhususega silikoonplaadist mikropoorsete aeraatoritega ja asendasid ühe-otsevooluga-aeraatorid kolme-kanaliga serpentiinvooluga. Täpse õhutusjuhtimise kaasamine täiustas süsteemi veelgi, lahendades traditsiooniliste puhurõhutusmeetodite puhul suure energiatarbimise, madala efektiivsuse ja halva massiülekande probleemid.
1.3 Puhuri õhutusbasseinide operatiivjuhtimine
Reoveepuhastuses kasutatakse laialdaselt puhurõhutusbasseine. Konkreetne reoveepuhasti soolase reoveepuhasti põhimõtet järgides käitleb peamiselt atmosfääri-vaakumdestilleerimise elektrilise magestamise reovett, puhastatud puhastatud vett, alküülimise neutraliseerimise reovett ning mõningast supernatanti ja suure{2}soolsusega heitvett. Sellel seadmel on kolmeastmeline bioloogiline puhastussüsteem, mille teise etapina on puhuri õhutusbassein. Selle mõjutav keskmine keemiline hapnikutarve (KHT) on pidevalt alla 100 mg/l, klassifitseerides selle madala -koormusega aktiivmudaprotsessiks. Lisaks seadmete uuendamisele nõuab optimaalse töö säilitamine protsessi parameetrite hoolikat kontrolli ja reguleerimist.
2. Rajatise ülevaade
2.1 Soolalahuse reoveepuhastusüksuse protsessi vool
Seade kasutab protsessi "Evaliseerimine + õli eraldamine + kahe-etapiline flotatsioon + kolme-etapiline bioloogiline töötlemine", kusjuures puhastatud heitvesi suunatakse poleerimisseadmesse. Õliseparaator kasutab kombineeritud horisontaalset voolu ja kaldplaadi konstruktsiooni. Kahes flotatsiooniastmes kasutatakse vastavalt keeriskavitatsiooni õhuflotatsiooni (CAF) ja osalise tagasivooluga survestatud lahustatud õhu flotatsiooni (DAF). Kolm bioloogilist etappi on järjestikused: puhas hapniku õhutuspaak III, puhuri õhutuspaak ja sekundaarne biokeemiline paak (EM{8}}BAF). Protsessi voog on näidatud jooniselJoonis 1.
2.2 Ventilaatori õhutusbasseini kirjeldus
Puhuri õhutusbassein on ümberehitatud rajatis, mis ehitati algselt 1995. aastal õlise reovee puhastusseadme osana. See kasutab traditsioonilist pistik-vooluaeratsiooni, mille efektiivne maht on 3888 m³ ja praegune hüdrauliline retentsiooniaeg (HRT) on ligikaudu 17,6 tundi. Valamu töötab kahe paralleelse rongina, millest igaühel on neli sektsiooni. Põhja on paigaldatud aeraatorid, mida toidavad tsentrifugaalpuhurid, et varustada aktiivmuda ainevahetusega hapnikku. Samuti on see varustatud kahe sekundaarse selgitajaga (Φ18m x 5m).
Kolmeastmelises{0}}bioloogilises süsteemis:
- 1. etapp (puhta hapniku õhutuspaak III): Peamine funktsioon on COD eemaldamine.
- 2. etapp (puhuri õhutuspaak): Esmane funktsioon on ammoniaaklämmastiku (NH₃-N) eemaldamine, sekundaarne funktsioon on KHT edasine eemaldamine.
- 3. etapp (sekundaarne biokeemiapaak - EM-BAF): funktsioonid heitvee COD ja NH₃-N täiendavaks poleerimiseks, tagades vee lõpliku kvaliteedi.
2.3 Ventilaatori õhutusbasseini sisse- ja heitvee kvaliteet
Puhuri õhutusbasseini sissevool tuleb Pure Oxygen Aeration Tank III-st, saasteainete piirnormidega: CODcr väiksem või võrdne 300 mg/L, NH₃-N väiksem või võrdne 30 mg/L, hõljuvad tahked ained (SS) vähem kui 50 mg/L.
Selle heitvesi toidab sekundaarset biokeemiapaaki piirangutega: CODcr väiksem või võrdne 120 mg/L, NH₃-N väiksem või võrdne 30 mg/L, SS väiksem või võrdne 50 mg/L.
Sekundaarse biokeemiapaagi lõplik heitvesi peab vastama järgmisele: CODcr väiksem või võrdne 70 mg/L, nafta kuni 5 mg/l, NH₃-N väiksem või võrdne 3 mg/L.
Kogu 2021. aasta jooksul oli basseini keskmine CODcr 67,094 mg/l ja keskmine NH₃-N 23,098 mg/L, mis mõlemad vastavad projekteerimisnõuetele. Märkimisväärselt madal KHT põhjustas aga aktiivmuda süsinikuallika puuduse, mõjutades selle normaalset ainevahetust. Seevastu piisav ammoniaaklämmastik ja madal orgaaniliste saasteainete kontsentratsioon segavedelikus soodustasid nitrifikatsiooni, mis kulges tõhusalt.
3. Tegevust mõjutavad tegurid ja kontrollimeetmed
3.1 Madala sissevoolu koormuse ja muda vananemise mõju
Kui sissevoolu COD oli 67,094 mg/L-alla nii projekteeritud piiri (vähem kui 300 mg/L või sellega võrdne) kui ka mikroobse süsinikuvajaduse (umbes . 100 mg/L BOD₅)-, tekkis aktiivmudal süsinikuallika puudus. Madal koormus põhjustas muda aeglase kasvu, muutes selle vananemisohtlikuks ja moodustades lahtise struktuuri. Vananenud surnud muda moodustas sekundaarse selitaja pinnal hõljuvat saast. Jäätmete kogumise seadmete puudumisel voolas see saast koos heitveega välja, põhjustades hägusust, ületades COD ja SS piire ning koormates seejärel üle allvoolu asuva sekundaarse biokeemiapaagi, mõjutades selle lõplikku heitvee kvaliteeti.
Vastumeede: Operatsioonimeeskond kontrollis segatud vedela suspendeeritud tahke aine (MLSS) kontsentratsiooni. Kasutades 30-minutilise muda mahuindeksi (SVI) testi jaoks 1000 ml mõõtsilindrit, hoidsid nad SVI-d ligikaudu 20%, mis vastab ligikaudu 2 g/l MLSS-ile. See tasakaalustatud saasteainete eemaldamise tõhusus hoiab ära muda vananemise, hõljumise ja vee kvaliteedi halvenemise. Aeglane muda kasv tähendas muda minimaalset ja harva esinevat raiskamist, võimaldades nitrifitseerivatel bakteritel viibida kauem kui nende minimaalne tekkeaeg, soodustades veelgi nitrifikatsiooni.
3.2 Lahustunud hapniku (DO) kontroll
Aktiivmudas olevad mikroorganismid on peamiselt aeroobsed ja vajavad tavaliselt DO vahemikus 1-3 mg/l. Ettevõtte standardid määravad traditsiooniliste pistikvooluga õhutusbasseinide DO vahemiku 2–4 mg/l, kusjuures nitrifikatsiooni puhul on DO tavaliselt mitte alla 2,0 mg/l. Praegune madal sissevoolukoormus ja veelgi vähenenud MLSS-i kontsentratsioon vähendasid DO nõudlust, muutes juhtimise keeruliseks. Täieliku segunemise säilitamine tõstis DO sageli üle 4 mg/l, samas kui DO kontrollimine sihtvahemikus põhjustas mõnikord mõnes piirkonnas ebapiisava segamise, põhjustades muda settimist.
Lisaks kiirendab kõrge DO orgaanilise aine lagunemist, süvendades muda vananemist. Seetõttu kontrollitakse praktikas DO ligikaudu 3 mg/l. Lisaks reguleeritakse kõiki õhuventiile ligikaudu kord kuus, et parandada segamise ühtlust, taasaktiveerida seisvaid helvesid ja säilitada aktiivset biomassi.
3.3 Veetemperatuuri mõju
Temperatuur mõjutab oluliselt mikroobide aktiivsust. Sobivad temperatuurid soodustavad aktiivsust, madalad aga pärsivad või vähendavad seda ning kõrged temperatuurid võivad muuta füsioloogiat või põhjustada surma. Selles süsteemis on peamised funktsionaalrühmad termofiilsed bakterid. Süsteemi ohutuse tagamiseks hoitakse temperatuuri tavaliselt vahemikus 15–35 kraadi, kuigi sobiv vahemik on 10–45 kraadi. Üle 30 kraadi võib nitrifikaatorvalke denatureerida, vähendades nende aktiivsust. Aktiivmuda sisaldab nii KHT{10}}lagundavaid kui ka nitrifitseerivaid baktereid, kusjuures nitrifikatsiooni optimaalne vahemik on kitsam 5–30 kraadi.
Soolase reovee sissevool sisaldab kõrge{0}}temperatuuri voogusid. Varasemad intsidendid hõlmasid järjestikuseid päevi, mil sissevoolu temperatuur ületas 40 kraadi, mis viis muda lagunemiseni, KHT-lagundajate ja nitrifikaatorite surmani ning süsteemi kokkuvarisemiseni. Seejärel paigaldati tasandusmahuti heitveetorustikule termomeeter, et rangelt kontrollida väljalasketemperatuuri, mis ei ületaks 40 kraadi, mis vastab muda temperatuurinõuetele. 2021. aastal ei toimunud ühtegi sarnast nitrifikatsiooni mõjutavat juhtumit.
3.4 Aluselisuse mõju
Asjakohaste ettevõttestandardite kohaselt ei tohi ammoniaagi eemaldamiseks aktiivmuda kasutamisel olla sissevoolu üldleeliselisuse ja ammoniaaklämmastiku suhe väiksem kui 7,14; vastasel juhul tuleb leeliselisust täiendada. Kui kavandatud NH₃-N on 30 mg/L ja tegelik keskmine 23,098 mg/L, ei ole nõutav üldleeliselisus väiksem kui 214,2 mg/L. Praegu on sissevoolu leeliselisus ebapiisav, mistõttu on protsessinõuete täitmiseks vaja iga päev lisada sooda (Na₂CO₃).
3.5 pH ja toksiliste ainete mõju
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 või<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aeroobne mikroobide metabolism võib pH muutusi mõõdukalt puhverdada. Näiteks võib lämmastikuühendite kasutamine nitrifikatsiooni ajal pH-d alandada, samas kui dekarboksüülimine tekitab leeliselisi amiine, mis tõstab pH-d. See võimaldab pikaajalist-aklimatiseerumist nõrgalt happelise/aluselise reoveega. Reovee olemuslik aluselisus aitab samuti takistada pH langust.
Kuid drastilised pH nihked (nt äkiline leeliseline sissevool happelisse süsteemi) mõjutavad oluliselt mikroobe ja võivad häirida nende tööd. Seetõttu sõltub neutraliseerimise vajadus konkreetsest juhtumist. Väikesed püsivad pH kõikumised, eriti nõrkade hapete/aluste korral, ei pruugi vajada neutraliseerimist. Suuremad kõikumised nõuavad pH reguleerimist neutraalseks.
Nitrifitseerivad bakterid on väga pH{0}}tundlikud, optimaalse nitrifikatsiooniga pH on 7,2–8,0, samas kui tavalised mikroobid eelistavad 6,5–8,5. Konkreetsete tööstuslike reovete puhul on mürgiste ainete tüübid sageli fikseeritud, kuid kontsentratsioonid ja väljalaske mahud kõikuvad. Lisaks võrdsustamisele tuleb jälgida ja kontrollida sissetungivate mürgiste ainete taset. Pärast muda aklimatiseerumist tuleks kohanemisastme ja kasutuskogemuse põhjal kehtestada sissevoolu maksimaalne kontsentratsiooni piir. Pikaajaline ületamine nõuab meetmeid, nagu sissevoolu vähendamine, muda ringlussevõtu suurendamine või hapnikuga varustatuse suurendamine, et vältida mikroobse mürgituse ja ravi ebaõnnestumist. Praegu ei ole vesikonna sissevoolus mikroobimürgistusi põhjustavaid toksilisi aineid tuvastatud.
3.6 Mõjutavate löökkoormuste mõju
Sissetulev KHT jääb väikeste kõikumiste korral stabiilselt madalaks ning NH₃-N ja üldlämmastik (TN) püsivad samuti pikka aega suhteliselt stabiilsetes vahemikes. Nitrifikaatorite populatsioon jääb suhteliselt fikseerituks. Kuid nende aeglase kasvukiiruse tõttu võib sissevoolu NH₃-N või TN järsk ja märkimisväärne suurenemine küllastada basseini eemaldamisvõimet, kahjustades heitvee NH₃-N ja TN kvaliteeti.
Teoreetiliselt järgib mikroobide N ja P nõudlus BOD5:N:P suhet 100:5:1. Kuid N ja P sisaldus varieerub suuresti sõltuvalt tööstusliku reovee tüübist. Mõnedes reovees on palju N- ja P-sisaldust, mistõttu tuleb standardite täitmiseks eemaldada. Teised on puudulikud, mistõttu on ainevahetuse piiramise vältimiseks vaja toidulisandeid. Madala lämmastikusisaldusega heitvett puhastavates basseinides vastavad mikroobide vajadustele umbes 10 mg/l NH₃-N ja 5 mg/l fosfaati. Pikaajaline nendest madalamate tasemete korral on vaja suurendada N/P annust.
Igapäevane töö nõuab NH₃-N ja TN hoolikat jälgimist kõigis sissevooluvoogudes ja tasanduspaagi heitvees, samuti reguleerimismahutite ringlusvooludes, et vältida allavoolu poleerimisseadme ülekoormamist ja lõpliku väljavooluvee ohutuse ohtu.
4. Järeldus
Soolase reoveepuhastusseadme südamiku nitrifikatsioonireaktorina nõuab puhuri aeratsioonibassein vee temperatuuri, sissevoolu NH₃-N ja TN hoolikat igapäevast jälgimist. MLSS-i kontsentratsiooni range kontroll, DO hoidmine ligikaudu 3 mg/l juures ja piisava aluselise lisamise tagamine on hädavajalikud. Nende optimeeritud meetmete kohaselt töötab süsteem stabiilselt suurepärase heitvee kvaliteediga: keskmine COD 54,213 mg/L, NH₃-N 9,678 mg/L ja SS 23,849 mg/L, mis vastab täielikult sekundaarse biokeemiapaagi mõjunõuetele. Pidev testimine, kokkuvõtete tegemine ja optimeerimine mitmest aspektist on samuti üliolulised seadmete töökindluse ja süsteemi töötlemise tõhususe tagamiseks.