کاربرد فرآیند اصلاح شده AAO (AAO+Suspended Carrier) در تصفیه فاضلاب خانگی معدن زغال سنگ

کاربرد فرآیند اصلاح شده AAO در تصفیه فاضلاب خانگی معدن زغال سنگ

فاضلاب خانگی در معادن زغال‌سنگ عمدتاً از غذاخوری‌های کارکنان، خوابگاه‌ها، دفاتر، اتاق‌های رختشویی و حمام سرچشمه می‌گیرد و زهکشی حمام بیش از 55 درصد از حجم کل را تشکیل می‌دهد. تخلیه آب حمام نسبتاً متمرکز است که منجر به نوسانات قابل توجه جریان می شود. زهکشی حمام که با غلظت آلی کمتر و مواد جامد معلق بیشتر (SS) مشخص می شود، به طور قابل توجهی با فاضلاب خانگی معمولی متفاوت است. الگوی تخلیه ناگهانی آن با دیگر جریان های فاضلاب به تنوع کیفیت آب کمک می کند.

اکثر معادن زغال سنگ در چین در مناطق دورافتاده ای قرار دارند که هزینه های حمل و نقل لجن بالاست. بنابراین، فرآیندهای تصفیه با بازده لجن کمتر باید انتخاب شوند. همانطور که معادن توسعه می یابند و تعداد کارکنان افزایش می یابد، جریان فاضلاب اغلب از ظرفیت طراحی اولیه فراتر می رود، که نیاز به فرآیندهایی با سازگاری قوی با تغییرات کیفیت و کمیت آب در همان ردپا دارد. تحت سیاست‌های سختگیرانه‌ی زیست‌محیطی که مستلزم استفاده مجدد کامل از پساب تصفیه‌شده با دبی صفر است، فرآیندها باید کیفیت بالا و پایداری پساب را ارائه دهند.

در حال حاضر، فرآیند AAO (بی هوازی-آنوکسی-اکسیک) انتخاب ارجح در تصفیه فاضلاب شهری است. این مقاله اثربخشی کاربرد یک فرآیند AAO اصلاح‌شده (AAO + فرآیند حامل معلق) را برای فاضلاب خانگی معدن زغال‌سنگ بر اساس ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن تحلیل می‌کند.

1. فرآیند AAO اصلاح شده

فرآیند AAO ساده ترین پیکربندی جریان برای حذف همزمان نیتروژن و فسفر است. باکتری های رشته ای نمی توانند تحت شرایط متناوب بی هوازی، بی هوازی و هوازی به طور گسترده تکثیر شوند و از حجیم شدن لجن جلوگیری می کنند. این نیاز به هیچ افزودنی شیمیایی ندارد، فقط به مخلوط کردن ملایم در مخازن بی هوازی و بدون اکسیژن نیاز دارد که منجر به هزینه های عملیاتی پایین می شود. لجن دارای محتوای فسفر بالایی است که به آن ارزش کود خوبی می دهد.

However, nitrogen removal and phosphorus removal in the AAO process are interdependent and often conflicting. Nitrifying bacteria require a long sludge age, while phosphorus removal needs a short sludge age. Limited by the sludge age required for simultaneous脱氮, enhancing phosphorus removal, especially in low-carbon wastewater, is challenging. Denitrification efficiency relates to the internal recycle ratio; excessive ratios offer limited improvement, while insufficient ratios reduce effectiveness. Typically requiring >200% این بازیافت داخلی انرژی قابل توجهی مصرف می کند. پساب وارد شده به زلال‌کننده ثانویه باید سطح معینی از اکسیژن محلول (DO) را حفظ کند تا از شرایط بی‌هوازی و آزادسازی فسفر جلوگیری کند، در عین حال خیلی بالا نباشد تا از تداخل با نیترات زدایی در مخزن اکسیژن از طریق مایع مخلوط بازیافتی جلوگیری شود.

فرآیند اصلاح شده AAO (AAO + فرآیند حامل معلق) به طور موثر این اشکالات را کاهش می دهد. جرم میکروبی را در مخازن بیولوژیکی افزایش می‌دهد، بارگذاری حجمی را افزایش می‌دهد، زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) و زمان ماند لجن (SRT) را به تفکیک کامل می‌رساند، انعطاف‌پذیری را در برابر بارهای شوک هیدرولیکی و آلی تقویت می‌کند، کیفیت پساب خوبی را حتی با منابع کربن کم ارائه می‌کند، نیازهای کمتر و پایدارتری تولید می‌کند. پساب می‌تواند استانداردهای کیفیت آب «استفاده مجدد از آب بازیافت شهری-استاندارد کیفیت آب برای آب‌های متفرقه شهری» (GB/T 18920-2020) و «کد طراحی مهندسی آماده‌سازی زغال سنگ» (GB 50359-2016 برای شستشوی زغال‌سنگ) را برآورده کند. هو فنگ و همکاران فرآیند حامل معلق AAO+ را در یک تصفیه خانه فاضلاب زیرزمینی، با دستیابی به استانداردهای درجه 1A به ازای «استاندارد تخلیه آلاینده‌ها برای تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری» (GB 18918-2002)، با شاخص‌های کلیدی (COD، BOD5، NH3-N، استانداردهای استاندارد TPIV، استانداردهای استاندارد Class) دریافت کرد. برای آب های سطحی" (GB 3838-2002). Hao Ruigang و همکاران در توسعه کارخانه فاضلاب خانگی معدن زغال سنگ از "اکسیداسیون با تماس بیولوژیکی A/O + لخته سازی چرخشی سوراخ شده + رسوب لوله شیبدار + فیلتراسیون شنی فعال" استفاده کرد و به کیفیت پساب بهتر از درجه 1A دست یافت. یان زییو و همکاران همچنین با استفاده از فرآیندهای بیوفیلم برای مقاوم سازی تصفیه فاضلاب خانگی موجود در معدن زغال سنگ به نتایج خوبی دست یافت. فرآیند اصلاح شده AAO امکان افزایش ظرفیت و بهبود کیفیت پساب را در کارخانه های موجود با حداقل تغییرات فراهم می کند.

این فرآیند شامل افزودن حامل های معلق به مخازن بدون اکسیژن و هوازی، ترکیبی از مزایای فرآیندهای لجن فعال و بیوفیلم است. دارای بار حجمی بالا، زیست توده بزرگ، راندمان تصفیه بالا، سازگاری قوی با 水质和水量的变化، ثبات فرآیند افزایش یافته و حذف خوب مواد مغذی است. این بیوفیلم‌های فعال بسیار تخصصی را تشکیل می‌دهد و کارایی را در هر حجم و پایداری راکتور افزایش می‌دهد و امکان راکتورهای کوچک‌تر را فراهم می‌کند. لجن بیوفیلم حاوی تک یاخته/متازوئر بیشتری است، چگالی بالاتر و اندازه ذرات بزرگتر دارد، که در نتیجه ته نشینی خوب و جداسازی جامد{3}}مایع آسان است. این جداسازی کامل SRT{5}}HRT را قادر می‌سازد، حجیم شدن لجن را حذف می‌کند و برای فاضلاب غنی از مواد آلی محلول مناسب است.

2.1 مطالعه موردی

یک معدن زغال سنگ در شهر Yan'an، تقریباً 16 کیلومتر از شهر Zichang، دارای یک تصفیه خانه فاضلاب خانگی با ظرفیت طراحی 1200 متر مکعب در روز است. این فرآیند به این صورت است: "صفحه نمایش + مخزن یکسان سازی + AAO با حامل های معلق + درمان پیشرفته (انعقاد-رسوب-فیلتراسیون) + ضد عفونی". لجن از طریق "ضخامت گرانشی + آبگیری پرس پیچ" تصفیه می شود. پساب از محدودیت های سخت گیرانه *GB/T 18920-2020* و GB 50359-2016 برای آب شستشوی زغال سنگ برخوردار است. آب تصفیه شده برای معدن سبز و به عنوان آب آرایشی در کارخانه آماده سازی زغال سنگ مورد استفاده مجدد قرار می گیرد. کیفیت نفوذ/پساب طراحی درجدول 1. جریان فرآیند در نشان داده شده استشکل 1.

فاضلاب از یک صفحه نمایش (فاصله 5 میلی متر، زاویه نصب 75 درجه) به مخزن یکسان سازی (L×B×H=14.0 m×6.0 m×6.0 m، عمق مؤثر 2.95 متر، حجم 247.8 m³، HRT 4.13 ساعت) عبور می کند، که الزامات GB 50810-2012 را برآورده می کند. دو میکسر از ته نشین شدن جلوگیری می کند. سه پمپ شناور (2 وظیفه +1 آماده به کار، Q=32.5 m³/h، H=17 m، N=4 کیلووات) آب را به مخازن بیولوژیکی بالا می‌برند.

سیستم بیولوژیکی از دو قطار موازی تشکیل شده است. هر قطار:

• مخزن بی هوازی: L×B×H=2.0 m×5.0 m×5.0 m، عمق مؤثر 4.5 متر، HRT 1.5 ساعت.
• مخزن بدون اکسیژن: L×B×H=4.0 m×5.0 m×5.0 m، عمق مؤثر 4.25 متر، HRT 2.83 ساعت.
• تانک هوازی: L×B×H=15.0 m×5.0 m×5.0 m، عمق مؤثر 4.0 متر، HRT 10.0 ساعت. HRT کل سیستم 15.75 ساعت است. حامل های معلق (نسبت پر شدن 80 درصد، سطح ویژه 600 متر مربع بر مترمربع) در مخزن هوازی نصب می شوند. نسبت هوا به آب طراحی شده{11}}13.7:1 است. سه دمنده ریشه (2 وظیفه +1 آماده به کار، Q=6.84 m³/min، N{18}} کیلووات، P{19}} کیلو پاسکال) استفاده می شود. نسبت بازیافت لجن 100 درصد، نسبت بازیافت مشروب مخلوط 200 درصد است.

دو زلال‌کننده ثانویه مستطیلی{0} ورودی/خروجی (L×B×H=5.0 m×5.0 m×3.5 متر هر کدام) دارای نرخ بارگذاری سطحی 1.2 m³/(m²·h) و HRT 2.5 ساعت هستند.

یک دستگاه تصفیه آب یکپارچه (ترکیب انعقاد، ته نشینی، فیلتراسیون) درمان پیشرفته ای را برای حذف بیشتر SS و فسفر فراهم می کند.

تصفیه لجن شامل ضخیم شدن ثقلی (Φ2.5m×5.0m مخزن فولاد کربن) و به دنبال آن آبگیری پرس پیچ می باشد. پلی آکریل آمید (PAM) در 3.0-5.0 کیلوگرم بر تن جامدات خشک قبل از آبگیری دوز می شود. کیک لجن آبگیری روزانه کمتر یا مساوی 150 کیلوگرم با میزان رطوبت کمتر یا مساوی 80 درصد است که به خارج از سایت منتقل می شود.

ضد عفونی از یک -ژنراتور ClO2 در محل (دوز موثر کلر 120 گرم در ساعت) استفاده می‌کند که در ورودی چاه شفاف دوز شده است. چاه شفاف دارای حجم موثر 250 متر مکعب است که زمان تماس 4.2 ساعت را فراهم می کند.

این کارخانه مجهز به نظارت آنلاین گسترده (دومتر، کلر باقیمانده، pH، DO، COD، کدورت، سطح/غلظت لجن) و سیستم‌های کنترل خودکار برای پمپ‌ها، دمنده‌ها، شستشوی معکوس، دوز شیمیایی و اختلاط است که از عملکرد هوشمند و بدون مراقبت اطمینان می‌دهد.

2.2 تجزیه و تحلیل عملکرد

این کارخانه در سال 2021 راه اندازی شد و بیش از دو سال است که کار کرده است. کیفیت واقعی ورودی/پساب 2024 در نشان داده شده استجدول 2.

نسبت BOD5/N ورودی 5.5 است، که نشان‌دهنده فاضلاب نسبت کربن پایین به نیتروژن (C/N) است، که در تابستان به دلیل نفوذ بارندگی و تغییر عادت بیشتر کاهش می‌یابد. دمای شدید زمستان در Yan'an می تواند به -21 درجه برسد. کیفیت واقعی پساب بهتر از طراحی است، با نرخ حذف: COD 97.8٪، BOD{8}}٪، SS 99.7٪، NH3-N 93.5٪، TP 87.10٪، مطابق با استانداردها برای شستشو و زغال‌شویی.

جرم بیوفیلم فعال در مخازن بدون اکسیژن/هوازی به اندازه حامل 125 گرم بر متر مربع، معادل MLSS 13 گرم در لیتر-چهار برابر لجن فعال معمولی است. میکروارگانیسم‌ها در فاز تنفس درون‌زا هستند، که منجر به تولید لجن روزانه در حدود 1/3 روش‌های معمولی می‌شود، با قابلیت ته‌نشینی بهتر، تجهیزات تصفیه لجن کوچک‌تر را ممکن می‌سازد.

اگرچه اکسیداسیون تماسی زیستی می‌تواند بدون بازیافت لجن عمل کند، تحقیقات Xiong Ren و همکاران. نشان می‌دهد که سیستم‌های دارای بازیافت به نرخ حذف بالاتری برای COD، TN، NH3-N، SS دست می‌یابند و بازده لجن را تا ۲۹.۶ درصد کاهش می‌دهند. این طرح شامل بازیافت مشروب مخلوط، با انعطاف پذیری عملیاتی بر اساس کیفیت پساب است.

این کارخانه (1200 مترمربع در روز) 1350.3 متر مربع را اشغال می کند، با سرمایه گذاری 20 میلیون یوان و هزینه عملیاتی 1.05 یوان در مترمکعب.

در مقایسه با AAO معمولی، که برای عملکرد موثر در دمای پایین به SRT طولانی{0} نیاز دارد، این فرآیند اصلاح شده سادگی حذف همزمان مواد مغذی را حفظ می‌کند و در عین حال جامعه بیولوژیکی را با حامل‌ها غنی می‌کند. جداسازی SRT{2}}HRT پایداری زیستی-را افزایش می‌دهد و عملکرد قابل اعتماد را در شرایط C/N پایین و دمای پایین{4} تضمین می‌کند. پساب پایدار را می توان با بازیافت لجن کم یا بدون بازیافت حفظ کرد، که باعث می شود-کاهش لجن در محل و هزینه های جابجایی لجن کمتر شود. سادگی و عدم حجیم بودن آن، آن را برای تصفیه فاضلاب خانگی معدن زغال سنگ بسیار مناسب کرده است.

3. تحقیقات بهینه سازی برای فرآیند AAO

فرآیندهای اصلاح‌شده AAO معمولاً بر اساس پارامترهای «استاندارد طراحی مهندسی فاضلاب در فضای باز» (GB 50014-2021) طراحی می‌شوند. با این حال، بهینه سازی پارامترهای عملیاتی (HRT، SRT، هوادهی، نسبت های بازیافت، MLSS) ویژه فاضلاب معدن زغال سنگ برای شناسایی شرایط بهینه برای طراحی و بهره برداری آینده مورد نیاز است.

در AAO معمولی، لجن از مخزن هوازی به مخزن بی هوازی بازیافت می شود و نیترات و DO بالا را حمل می کند که می تواند حذف بیولوژیکی فسفر را مختل کند. فرآیند دانشگاه کیپ تاون (UCT) را می توان در نظر گرفت، که در آن لجن به مخزن بدون اکسیژن بازیافت می شود، مشروب نیتریف شده به مخزن بدون اکسیژن بازیافت می شود، و یک بازیافت اضافی از مخزن اکسیژن به مخزن بی هوازی اضافه می شود تا حذف زیستی-P را افزایش دهد.

تصفیه لجن می تواند 50 تا 60 درصد هزینه عملیاتی یک کارخانه را تشکیل دهد. فن آوری های کاهش لجن در محل باید اتخاذ شود. MLSS بالا در مخازن زیستی{5}}تغییر شده AAO منجر به نسبت F/M بالا می‌شود، جایی که متابولیسم متابولیسم را از هم جدا می‌کند و باعث کاهش لجن و کاهش هزینه‌های جابجایی لجن می‌شود. تمرکز آینده باید بر روی بکارگیری-فناوری‌های کاهش درجا مانند رشد مرموز از طریق میکرو-لیز، فرآیند اکسیک-ته‌نشینی{10}}بی هوازی (OSA) و از هم گسیختگی متابولیسم در تصفیه فاضلاب معدن زغال‌سنگ باشد.

این فرآیند برای مقاوم سازی نیروگاه های موجود AAO در معادن زغال سنگ مناسب است. افزودن حامل ها به مخازن بدون اکسیژن/ هوازی می تواند کیفیت پساب را بهبود بخشد، ظرفیت را افزایش دهد و پایداری سیستم را افزایش دهد. برای نیروگاه‌هایی که نیازهای خروجی سخت‌تری دارند، جایگزینی زلال‌کننده ثانویه با سیستم MBR می‌تواند کیفیت آب را بیشتر ارتقا دهد.

4. نتیجه گیری

1. فرآیند اصلاح‌شده AAO برای ارتقاء سیستم‌های موجود AAO در معادن زغال‌سنگ به منظور افزایش پایداری، افزایش ظرفیت یا رعایت استانداردهای سخت‌گیرانه‌تر مناسب است.
2. هنگام تصفیه فاضلاب خانگی معدن زغال سنگ، پساب به طور همزمان می تواند استانداردهای *GB/T 18920-2002* برای آبیاری جاده/سرسبزی و استانداردهای GB 50359-2016 برای آب شستشوی زغال سنگ را برآورده کند، که سازگاری قوی با تغییرات کیفیت و کمیت آب را نشان می دهد.
3. این فرآیند لجن پایدار با قابلیت ته نشینی خوب و جداسازی آسان تولید می کند، لجن کمتری تولید می کند و هزینه های تصفیه لجن را کاهش می دهد.