تصفیه ترکیبی فاضلاب خانگی و فاضلاب کاغذسازی: مقایسه تجربی 4 فرآیند

یک جریان فاضلاب خانگی را انتخاب کنید - قابل پیش بینی، زیست تخریب پذیر، آسان. فاضلاب کاغذسازی را اضافه کنید - دارای فیبر چوبی، ترکیبات فنولی بالا، باقی مانده های سفید کننده و رنگ. آنها را در همان تصفیه خانه مخلوط کنید، و شما یک فاضلاب ایجاد کرده ایددرمان از هر دو جریان به تنهایی سخت تر است. کسر زیست تخریب پذیر کاهش می یابد. مواد جامد معلق تغییر شخصیت می دهند. رسوبات غشایی تکثیر می شوند. این مقاله نتایج تجربی از چهار رویکرد تصفیه به کار رفته در فاضلاب خانگی کاغذسازی را گزارش می‌کند: تصفیه بیولوژیکی، بارش شیمیایی، جداسازی غشایی، و ترکیب یکپارچه. تنها یک رویکرد به حذف بالا و هزینه قابل کنترل دست یافت.

1. دو جریان فاضلاب، دو مشکل کاملاً متفاوت

1.1 فاضلاب خانگی - حجم بالا، پیچیدگی کم

فاضلاب خانگی حامل مواد آلی، نیتروژن، فسفر، مواد جامد معلق و میکروارگانیسم های بیماری زا است - همه در غلظت هایی که با تراکم جمعیت، سبک زندگی و فصل متفاوت است. بیشتر بخش آلی تجزیه پذیر است. COD و BOD اهداف اصلی درمان هستند. نیتروژن به صورت آمونیاک و نیترات ظاهر می شود. فسفر خطر اوتروفیکاسیون را به همراه دارد. مواد جامد معلق از بقایای مواد غذایی، گرد و غبار و مواد شوینده به دست می آیند. هیچ چیز در این جریان از نظر شیمیایی عجیب نیست - چالش حجم است، نه سمیت.

1.2 فاضلاب تولید کاغذ - حجم کم، پیچیدگی بالا

فاضلاب کاغذسازی حیوانی متفاوت است. الیاف خمیر چوب - مواد اولیه ناقص تجزیه شده - مواد جامد معلق بالایی را با خاصیت فیبری و گرفتگی ایجاد می کنند. بقایای شیمیایی حاصل از خمیرسازی و سفید کردن - کلریدها، مواد سفید کننده، سورفکتانت ها - COD را افزایش می دهند و مهمتر از آن،میکروارگانیسم ها را مهار می کندکه در غیر این صورت آنها را تحقیر می کند. رنگ، به ویژه از سفید کردن کلر، شدید است و در برابر درمان بیولوژیکی معمول مقاومت می کند. ترکیبات فنلی باعث ایجاد سمیت حاد می شود. درمان این جریان سخت تر است، اما حجم آن کمتر است - که اگر فرآیند بتواند از عهده آن برآید، درمان ترکیبی را از نظر اقتصادی جذاب می کند.

1.3 چرا مخلوط کردن کار را سخت تر می کند

اختلاط این دو جریان سه چالش خاص ایجاد می کند که هیچ یک از جریان ها به تنهایی ارائه نمی کنند:

عدم تطابق زیست تخریب پذیریفاضلاب خانگی به راحتی زیست تخریب پذیر است. فاضلاب کاغذسازی حاوی مواد آلی نسوز - فنولیک ها، باقی مانده های شیمیایی خاص - است که در برابر حملات بیولوژیکی مقاومت می کند. در یک راکتور بیولوژیکی مخلوط، کسر آسان به سرعت تجزیه می شود در حالی که کسر دیرگداز انباشته می شود و راندمان حذف کلی را کاهش می دهد.

تضاد جداسازی جامد و مایعالیاف خمیر چوب یک لجن فیبری ایجاد می کند که رفتاری متفاوت از لجن لخته شده فاضلاب خانگی دارد. ویژگی های رسوب گذاری تغییر می کند. آبگیری غیرقابل پیش بینی می شود. کنترل لجن مخلوط سخت تر از هر یک از منابع به تنهایی است.

نوسانات کیفیت آب تقویت شد.فاضلاب خانگی به صورت روزانه و فصلی متفاوت است. پساب تولید کاغذ در زمان تولید نسبتاً پایدار است - اما با دسته های فرآیند، شستشوها و تغییر درجه تغییر می کند. هنگامی که مخلوط می‌شود، جریان ترکیبی می‌تواند در pH، آمونیاک و COD سریع‌تر از هر فرآیند تصفیه منفردی تغییر کند.

2. چهار فرآیند آزمایش شده - نتایج تجربی

هر فرآیند در یک راکتور جریان پیوسته با استفاده از نمونه‌های واقعی فاضلاب خانگی و فاضلاب کاغذسازی مورد ارزیابی قرار گرفت. COD، BOD، نیتروژن، فسفر و آلاینده‌های خاص در زمان‌های مختلف واکنش، دما و شرایط عملیاتی بررسی شدند.

2.1 درمان بیولوژیکی - برای یکی کار می کند، برای دیگری شکست می خورد

در زمان نگهداری 3-5 روز، درمان بیولوژیکی حذف شدبیش از 70 درصد COD و BOD از فاضلاب خانگی. تنها برای فاضلاب کاغذسازی، حذف COD فقط انجام شد40–50%. هنگامی که جریان ها مخلوط شدند، حذف BOD به کاهش یافت40–60%- بسیار کمتر از 80٪ به دست آمده در هنگام تصفیه فاضلاب خانگی به تنهایی.

مکانیسم واضح است: مواد فنلی و باقیمانده‌های شیمیایی در بخش کاغذسازی، جامعه میکروبی را مهار می‌کنند. میکروارگانیسم هایی که به آسانی مواد آلی خانگی را مصرف می کردند تا حدی توسط مواد شیمیایی کاغذ سازی سرکوب شدند و ظرفیت کلی تجزیه زیستی را کاهش دادند. این آزمایش آنچه را که نظریه پیش‌بینی می‌کند تأیید کرد:درمان بیولوژیکی به تنهایی نمی تواند جریان مخلوط را مدیریت کند.

2.2 رسوب شیمیایی - قوی بر روی فسفر و فلزات، ضعیف بر روی سورفکتانت ها

با استفاده از کلرید آلومینیوم و هیدروکسید کلسیم به عنوان رسوب دهنده، حذف فسفر در فاضلاب مخلوطاز 85 درصد فراتر رفت. حذف سرب و مس رسیدبیش از 80%- فلزات سنگین حاصل از فرآیندهای کاغذسازی به طور موثر رسوب می کنند. با این حال، سورفکتانت‌های خاصی در بخش کاغذسازی در برابر بارش مقاومت کردند و تا حد زیادی بدون تأثیر از آن عبور کردند.

رسوب شیمیایی یک ابزار هدفمند است: آن چیزی که برای حذف طراحی شده است (فسفر، فلزات) را حذف می کند و آنچه را که نیست (مواد آلی محلول، سورفکتانت ها، رنگ) باقی می گذارد. به عنوان یک فرآیند مستقل برای فاضلاب مخلوط، تنها بخشی از بار آلاینده را برطرف می کند. اما به عنوان گامی در یک قطار درمانی، کسری را که زیست‌شناسی و غشاها با آن مبارزه می‌کنند کنترل می‌کند - یک جایگاه ارزشمند.

2.3 جداسازی غشایی - حذف عالی، رسوب سریع

اولترافیلتراسیون حذف شدبیش از 90 درصد از جامدات معلق و مواد آلی درشت مولکولیاز فاضلاب مخلوط، با شار غشایی نسبتا بالا. اما مواد آلی مولکول کوچک - بخش حل شده ای که اولترافیلتراسیون نمی تواند آن را رد کند - از آن عبور کرده و به نانوفیلتراسیون پایین دست یا اسمز معکوس نیاز دارد.

یافته مهم، رفتار ناپسند بود. الیاف خمیر چوب و رنگدانه‌های حاصل از فاضلاب کاغذسازی، یک لایه رسوبی متراکم بر روی سطح غشاء تشکیل می‌دهند که منافذ را مسدود می‌کند و نفوذپذیری را سریع‌تر از فاضلاب خانگی کاهش می‌دهد. لایه رسوب از نظر فیزیکی متفاوت بود - فیبری به جای ژلاتینی - و نیاز به پروتکل های تمیز کردن متفاوتی داشت.رسوب غشایی، نه رد غشاء، عامل محدود کننده برای این کاربرد است.

2.4 درمان یکپارچه - ترکیبی که کار می کند

فرآیند یکپارچه سه مرحله را ترتیب داد: اول تصفیه بیولوژیکی (برای حذف بخش عمده ای از مواد آلی تجزیه پذیر)، بارندگی شیمیایی در مرحله دوم (برای هدف قرار دادن فسفر و فلزات سنگین)، و جداسازی غشایی در آخر (برای پرداخت پیشرفته مواد محلول و آلاینده های کمیاب).

نتایج پیچیدگی را توجیه کرد:

پس از مراحل بارش بیولوژیکی + شیمیایی،حذف COD بیش از 80٪ و حذف فسفر از 90٪ بیشتر شد.. مرحله غشایی سپس مواد محلول باقیمانده و آلاینده ها را حذف کرد. مهمتر از همه، با حذف بار عمده آلی و ذرات قبل از غشاء،رسوب به طور معنی داری کاهش یافت- مراحل پیش تصفیه هزینه خود را با افزایش عمر غشا و کاهش فرکانس تمیز کردن به دست آوردند.

3. بهینه سازی هر مرحله

3.1 درمان بیولوژیکی - میکروب های مناسب را اضافه کنید

لجن فعال استاندارد با ترکیبات فنلی مبارزه می کند. بهینه سازی:افزایش زیستی با سویه های تخریب کننده تخصصی- باکتری ها به طور خاص برای تجزیه فنلی انتخاب یا مهندسی شده اند. همراه با زمان‌های نگهداری تنظیم‌شده (کوتاه‌تر برای بخش خانگی، طولانی‌تر برای بخش کاغذسازی)، مرحله بیولوژیکی را می‌توان به‌جای یک فرض طراحی عمومی، با مشخصات زیست تخریب‌پذیری واقعی جریان مخلوط تنظیم کرد.

3.2 بارش شیمیایی - تغییر به کلرید آهن

جایگزینی آهک سنتی باکلرید آهنحذف فسفر معادل با هزینه شیمیایی کمتر و تولید لجن متراکم تر و آبگیری تر. ترکیب بارش با مرحله بیولوژیکی - اجازه دادن به زیست شناسی حذف بخشی از بار آلی قبل از اینکه بارش فسفر و فلزات را هدف قرار دهد - تقاضای شیمیایی را که یک مرحله بارش مستقل نیاز دارد کاهش می دهد.

3.3 جداسازی غشاء - پیش تصفیه محافظت واقعی غشاء است

هزینه غشا غالب خود غشا نیست - جایگزینی و تمیز کردن بر اساس رسوب است. بهینه سازی در بالادست است: بهبود پیش تصفیه برای از بین بردن ذرات بزرگ (الیاف چوب، جامدات معلق) قبل از رسیدن به سطح غشاء. عوامل پاک کننده شیمیایی ملایم تر و روش های تمیز کردن فیزیکی - شستشوی معکوس، شستشوی هوا - در مقایسه با چرخه های شیمیایی تهاجمی تمیز کردن در محل، خرابی غشا را کاهش می دهد.

3.4 کنترل یکپارچه - اجازه دهید سیستم خودش را تطبیق دهد

یکسیستم کنترل هوشمندکه کیفیت آب را در زمان واقعی نظارت می کند و پارامترهای عملیاتی - شدت هوادهی، میزان دوز شیمیایی، فرکانس شستشوی معکوس غشایی - را با توجه به شرایط ورودی واقعی، نه نقطه تنظیم ثابت، تنظیم می کند. هنگامی که کسر کاغذ سازی بالا باشد، سیستم رسوب شیمیایی را افزایش می دهد و حفظ بیولوژیکی را گسترش می دهد. هنگامی که فاضلاب خانگی غالب می شود، مواد شیمیایی را کاهش می دهد و ماندگاری را کوتاه می کند. نتیجه: تصفیه ای که ضایعات واقعی را ردیابی می کند، نه فرض طراحی.

خط آخر: کدام فرآیند برای کدام آلاینده؟

شواهد تجربی بدون ابهام است: هیچ فرآیند واحدی فاضلاب مخلوط کاغذسازی خانگی را به اندازه کافی تصفیه نمی کند. تصفیه بیولوژیکی بخش خانگی را کنترل می کند اما تا حدی توسط مواد شیمیایی کاغذسازی مهار می شود. رسوب شیمیایی فسفر و فلزات را حذف می کند اما مواد آلی محلول را از دست می دهد. غشاها حذف بالایی دارند اما به سرعت روی الیاف چوب کثیف می شوند.توالی یکپارچه - اول زیست شناسی، دوم شیمی، آخر غشاء - بیش از 80٪ حذف COD و بیش از 90٪ فسفر حذف می شود، با رسوب غشایی قابل کنترل، زیرا مراحل بالادست رسوب ها را از بین می برند.برای گیاهانی که هر دو جریان را دریافت می کنند، سوال این نیست که آیا باید یکپارچه شوند یا خیر، بلکه این است که چگونه مراحل را ترتیب دهیم و چگونه هوشمندانه آنها را کنترل کنیم.