Anàlisi de l'eficiència d'eliminació de contaminants en aigües residuals mitjançant un sistema AAO modificat
Visió general
ElAnaeròbic-anòxic-òxic (AAO o A²/O)El procés és una tecnologia de tractament d'aigües residuals biològica àmpliament adoptada dissenyada per a l'eliminació simultània de carboni orgànic, nitrogen i fòsfor. Consta de tres zones interconnectades:
- Zona anaeròbica: A falta d'oxigen i nitrat, els bacteris facultatius descomponen els compostos orgànics, alliberant fòsfor.
- Zona Anòxica: Els bacteris desnitrificadors utilitzen carboni orgànic com a donant d'electrons per reduir els nitrats/nitrits (retornats de la zona òxica) en gas nitrogenat, aconseguint l'eliminació del nitrogen.
- Zona Òxica: els microorganismes aeròbics oxiden la matèria orgànica restant i faciliten la nitrificació (amoníac en nitrat), mentre que els organismes que -acumulen fòsfor absorbeixen els fosfats.
En el camp del tractament d'aigües residuals, mentre que el sistema convencional AAO pot eliminar els contaminants de les aigües residuals, la composició cada cop més complexa de les aigües residuals ha provocat una certa disminució de l'eficiència del tractament del procés AAO. Per garantir el nivell d'aplicació i l'eficàcia del procés AAO,cal dur a terme investigacions específiques sobre sistemes modificats, que té una importància pràctica important per a les empreses i departaments rellevants per millorar la seva qualitat operativa.
Sistema AAO modificat
1. Principis bàsics del sistema AAO
Prenent com a exemple el sistema de tractament d'aigües residuals AAO en una depuradora específica, el sistema existent és unprocés AAO convencional, format principalment per quatre components:un dipòsit anaeròbic, un dipòsit aeròbic, un dipòsit anòxic i un dipòsit de sedimentació secundari, tal com es detalla aFigura 1.
En el sistema AAO convencional, els microorganismes creixen i metabolitzen en diverses condicions ambientals. Mitjançant les interaccions entre diferents comunitats microbianes, s'aconsegueix l'eliminació eficaç de contaminants mitjançant reaccions químiques com l'ammonificació, la nitrificació i la desnitrificació, que eliminen significativament els contaminants orgànics.
El sistema AAO convencional ofereix avantatges com ara costos tècnics baixos, operació senzilla i temps de retenció hidràulic (HRT) curt. Tanmateix, també pateix inconvenients, com arapoca eficiència d'eliminació de fòsforirequisits estrictes per a l'edat dels fangs i el disseny de fonts de carboni, dificultant el compliment dels estàndards esperats en alguns projectes d'eliminació de contaminants d'aigües residuals.
2. Anàlisi de disseny del sistema AAO modificat
A partir d'investigacions anteriors, es van fer millores al sistema AAO convencional, centrant-se principalment en el tanc anaeròbic. Elsistema de tancs anaeròbics modificatconsta de tres parts:una zona de-mescla d'aigua de fangs, una zona de separació d'aigua-fangs i una zona de mitjans, tal com es mostra aFigura 2.
En elsistema AAO modificat (Figura 3), la zona de mescla d'aigua-de fangs i la zona de medis estan dissenyades amb dimensions idèntiques (15 cm de llargada × 20 cm d'amplada × 60 cm d'alçada), cadascuna amb un volum efectiu de 9 L. El temps de retenció hidràulica (HRT) tant per a la zona de fangs com per a la zona de mitjans és de 2 hores.
3. Anàlisi de l'eficiència d'eliminació de DQO en el sistema AAO modificat
Es va analitzar l'eficiència d'eliminació de la demanda química d'oxigen (COD) del sistema AAO modificat. Quan el DQO de l'afluent era de 447 mg/L, el DQO de l'efluent de l'etapa anaeròbica era d'aproximadament 147 mg/L i el DQO final de l'efluent era de 42 mg/L, complint l'estàndard de descàrrega de Classe A. L'eficiència d'eliminació de COD a l'etapa anaeròbica primerenca va ser inestable, amb fluctuacions significatives i nivells relativament baixos de sòlids en suspensió de licor mixt (MLSS). No obstant això,després de 7 dies, la taxa d'eliminació es va estabilitzar al 94%. L'etapa anaeròbica elimina principalment els contaminants mitjançant la degradació microbiana i la dilució per reflux, demostrant l'eliminació efectiva dels contaminants.
Mitjançant el programari Minitab, es va comparar el rendiment d'eliminació dels sistemes AAO modificats i convencionals mitjançant una anàlisi de prova independent de la mostra t-, amb els resultats mostrats aFigura 4.
Amb un interval de confiança del 95%, el valor t-era 0,26 i el valor p-era 0,605. L'anàlisi de dades no va indicar cap diferència significativa en les taxes d'eliminació mitjanes entre els dos sistemes. El sistema AAO modificat va mostrar una variabilitat relativament alta en l'eficiència d'eliminació de DQO, principalment a causa de les diferències en les dades de la fase inicial-, inclosa la fase d'aclimatació.En general, el sistema AAO modificat va demostrar una eliminació efectiva del DQO.
4. Anàlisi de l'eficiència d'eliminació de nitrogen d'amoníac en el sistema AAO modificat
Es va analitzar l'eficiència d'eliminació de nitrogen amoníac (NH₃{{-N). Quan la concentració de NH₃-N afluent era de 36 mg/L, el NH₃-N efluent de l'etapa anaeròbica era d'aproximadament 19 mg/L. En l'etapa inicial, la concentració de l'efluent era relativament alta i l'eficiència d'eliminació va fluctuar significativament. No obstant això,després de 12 dies d'aclimatació, la taxa d'eliminació va augmentar al voltant del 81%, amb bacteris nitrificants en fase de creixement logarítmic.Posteriorment, la taxa d'eliminació es va estabilitzar, arribant a una mitjana del 93%, amb una concentració de NH₃-N de l'efluent de 4 mg/L, que compleix la norma de descàrrega de classe A.
Amb un interval de confiança del 95%, el valor t-era 3,41 i el valor p-era 0,998. L'anàlisi de dades no va indicar cap diferència significativa en les taxes d'eliminació mitjanes entre els dos sistemes. El sistema AAO modificat va mostrar una variabilitat relativament alta en l'eficiència d'eliminació de NH₃-N, principalment a causa de diferències en les dades de la fase inicial, inclosa la fase d'aclimatació.En general, el sistema AAO modificat va demostrar una eliminació efectiva de NH₃-N.
5. Anàlisi de l'eficiència d'eliminació de fòsfor total i nitrogen total en el sistema AAO modificat
5.1 Eficiència total d'eliminació de fòsfor
Es va analitzar l'eficiència total d'eliminació de fòsfor (TP). Quan la concentració de TP de l'influent era de 3, 6 mg/L, es va requerir un període d'aclimatació d'11 dies. La concentració de TP efluent de tot el sistema va arribar als 2,8 mg/L, mentre que la concentració de TP de l'efluent de l'etapa anaeròbica va ser de 4,2 mg/L, cosa que indica una alliberació significativa de fòsfor. Després de l'aclimatació, el rendiment d'eliminació de TP va millorar notablement, amb la concentració de TP de l'efluent de l'etapa anaeròbica disminuint a 2,7 mg/L i l'eficiència d'eliminació arribant al 17%.En l'etapa posterior, la taxa d'eliminació de TP es va estabilitzar per sobre del 60% i la concentració de TP de l'efluent es va apropar als 0,5 mg/L., que compleix la norma de descàrrega de classe B.
La comparació dels dos sistemes va mostrar que el sistema AAO modificat requeria un període d'aclimatació inicial amb una eficiència d'eliminació relativament baixa. Tanmateix, després de l'aclimatació,el seu rendiment d'eliminació de TP va millorar significativament, demostrant una eficiència millorada en comparació amb el sistema AAO convencional.
5.2 Eficiència total d'eliminació de nitrogen
Es va analitzar l'eficiència d'eliminació de nitrogen total (TN). Quan la concentració de TN afluent era de 34 mg/L, la concentració de TN de l'efluent de l'etapa anaeròbica era d'aproximadament 18 mg/L. En l'etapa inicial, la concentració de l'efluent era relativament alta i l'eficiència d'eliminació va fluctuar significativament.Després de 10 dies d'aclimatació, la taxa d'eliminació de TN va augmentar fins al 68%, amb una concentració d'efluent de 9 mg/L., que compleix la norma de descàrrega de classe A.
Amb un interval de confiança del 95%, el valor t-era 0,72 i el valor p-era 0,753. L'anàlisi de dades no va indicar cap diferència significativa en les taxes d'eliminació mitjanes entre els dos sistemes. El sistema AAO modificat va mostrar una variabilitat relativament alta en l'eficiència d'eliminació de TN, principalment a causa de diferències en les dades de la fase inicial-, inclosa la fase d'aclimatació.En general, el sistema AAO modificat va demostrar una eliminació eficaç de TN.
Conclusió
En resum, el sistema AAO modificat demostra un rendiment robust a l'hora d'eliminar els principals contaminants d'aigües residuals-COD, nitrogen amoníac, nitrogen total i fòsfor total-que compleixen els estàndards de descàrrega de classe A o B després d'un breu període d'aclimatació.
Tot i que l'anàlisi estadística (test t-, valor de p-) no va mostrar cap diferència significativa en l'eficiència mitjana d'eliminació en comparació amb el sistema convencional, el disseny modificat va mostrar una estabilitat més alta i una millora dels resultats del tractament al llarg del temps, malgrat una major variabilitat de les dades durant l'operació inicial. Les millores, especialment a la zona anaeròbica amb zones de mescla, separació i mitjans optimitzades, contribueixen a augmentar la resistència i l'eficiència del procés.
Aquestes troballes subratllenel potencial dels sistemes AAO modificats per abordar les composicions complexes d'aigües residuals de manera eficaç, donant suport a la seva aplicació pràctica per millorar la infraestructura de tractament existent.