Analisi dell'impatto della fornitura graduale di ossigeno nella zona aerobica del processo AAO sull'efficienza di rimozione degli inquinanti
Panoramica
Il processo AAO è una tecnologia di trattamento delle acque reflue ampiamente utilizzata, comprendente principalmente le fasi anaerobica, anossica e aerobica, che lavorano in sinergia per rimuovere efficacemente gli inquinanti dalle acque reflue. La fase aerobica è una componente critica del processo AAO e il metodo di fornitura di ossigeno ha un impatto diretto sull'efficienza operativa complessiva dell'intero sistema. Per migliorare ulteriormente l'efficacia del processo AAO nelle applicazioni pratiche, i ricercatori hanno proposto uno schema di fornitura di ossigeno graduale. Stabilendo più zone con diverse concentrazioni di ossigeno disciolto (DO) all'interno del sistema, questo schema mira a ottimizzare l'attività metabolica dei microrganismi aerobici e a migliorare l'efficienza di rimozione degli inquinanti. Pertanto, l’analisi dell’impatto della fornitura graduale di ossigeno nella zona aerobica del processo AAO sulla rimozione degli inquinanti ha un valore pratico significativo.
Panoramica della fornitura di ossigeno graduale nella zona aerobica del processo AAO
La zona aerobica è il sito principale per l'ossidazione e la decomposizione della materia organica. Attraverso l’erogazione graduale di ossigeno, le concentrazioni di DO in diverse zone possono essere regolate in modo flessibile in base al tasso di degradazione della materia organica e alla richiesta di ossigeno dei microrganismi, garantendo una degradazione uniforme e sufficiente della materia organica in tutte le zone. Questo approccio aiuta a migliorare i tassi di rimozione della materia organica e a stabilizzare la qualità degli effluenti. Nella zona aerobica, l'azoto ammoniacale viene ossidato in nitrato dai batteri nitrificanti. L'apporto graduale di ossigeno garantisce che i batteri nitrificanti operino in modo efficiente con concentrazioni di DO adeguate, evitando effetti negativi sul processo di nitrificazione causati da livelli di DO eccessivamente alti o bassi. Allo stesso tempo, controllando il rapporto di ricircolo e la concentrazione del liquido miscelato, il processo di nitrificazione può essere ulteriormente ottimizzato, migliorando l'efficienza di rimozione dell'azoto ammoniacale. Il processo AAO esegue la rimozione simultanea di azoto e fosforo. In condizioni di fornitura di ossigeno graduale nella zona aerobica, gli organismi accumulatori di fosforo (PAO) possono assorbire completamente il fosforo a concentrazioni di DO appropriate e ottenere la rimozione del fosforo scaricando i fanghi ricchi di fosforo nelle fasi successive. Nel frattempo, regolando i parametri operativi nelle zone anossiche e aerobiche, è possibile ottimizzare il processo di denitrificazione, migliorando l’efficienza di rimozione totale dell’azoto.
Metodologia sperimentale per l'analisi dell'impatto della messa in scena Fornitura di ossigeno sull'efficienza di rimozione degli inquinanti
Durante l'esperimento, sono stati utilizzati metodi come sistemi di controllo delle valvole di aerazione, sistemi di controllo automatico e il numero di dispositivi di ventilazione per regolare l'intensità di aerazione, riflettendo così la concentrazione di DO. Il flusso del processo dell'apparato sperimentale è mostrato inFigura 1.
Come mostrato nella Figura 1, la zona aerobica del sistema AAO è divisa in tre regioni: le sezioni della testa, del centro e della coda. Il tempo di ritenzione idraulica (HRT) del sistema è stato impostato su 2 ore. Le dimensioni del reattore erano 160 cm × 125 cm × 100 cm (lunghezza × larghezza × altezza), con un'altezza del liquore misto fissata a 60 cm. La direzione del flusso tra i serbatoi di reazione è stata controllata utilizzando pareti guida e diaframmi.
I campioni di effluenti sono stati raccolti dalla vasca di sedimentazione primaria di un impianto di trattamento delle acque reflue municipali. La qualità delle acque reflue era relativamente stabile, con tutti gli indicatori rilevanti entro intervalli standard: la concentrazione di TP variava da 3,0 a 5,5 mg/L, la concentrazione di TN da 26 a 49 mg/L e COD da 255 a 485 mg/L.
Ciascuna sezione aerobica era dotata di una pompa d'aria a vortice e di un sistema di tubi forati configurato in modo indipendente per formare il sistema di aerazione per le operazioni di aerazione. Durante il funzionamento del sistema, ciascuna pompa d’aria a vortice funzionava in modo indipendente e stabile, mantenendo le concentrazioni di DO entro gli intervalli di 4–5 mg/L, 3–4 mg/L e 2–3 mg/L, rispettivamente. Le concentrazioni di DO e la qualità degli effluenti provenienti da diverse sezioni sono state misurate e analizzate per determinare l'impatto specifico sull'efficienza di rimozione degli inquinanti.
3 Analisi dell'impatto della concentrazione di DO nella sezione di testa sull'efficienza di rimozione degli inquinanti
3.1 Analisi dell'efficienza della rimozione del COD
L'analisi della rimozione del COD nella sezione di testa della zona aerobica dell'AAO in tre diverse condizioni di concentrazione del DO ha mostrato valori di COD dell'effluente di 41,2, 40,2 e 40,8 mg/L, con efficienze di rimozione rispettivamente del 91,3%, 90,5% e 90,8%. I dettagli specifici sono mostrati inFigura 2.
L’analisi dei dati indica che mentre l’efficienza di rimozione del COD nella sezione della testa variava in una certa misura a diverse concentrazioni di DO, la variazione complessiva era minima e non mostrava una chiara correlazione. Quando la concentrazione di DO aumentava dal livello di 2-3 mg/L al livello di 3-4 mg/L, il COD dell'effluente e l'efficienza di rimozione diminuivano rispettivamente di 1,0 mg/L e 0,8%. Tuttavia, quando la concentrazione di DO aumentava al livello di 4-5 mg/L, il COD dell’effluente e l’efficienza di rimozione aumentavano rispettivamente di 0,6 mg/L e 0,3%. Differenti concentrazioni di DO non hanno avuto un impatto significativo sull’efficienza di rimozione del COD.
3.2 Analisi dell'efficienza di rimozione TN
L'analisi della rimozione del TN nella sezione di testa ha mostrato concentrazioni di TN nell'effluente di 12,8, 12,3 e 13,1 mg/L nelle tre condizioni di DO, con tassi di rimozione rispettivamente del 68,0%, 66,8% e 67,7%.
L'analisi dei dati indica che l'efficienza di rimozione del TN nella sezione della testa variava in una certa misura a diverse concentrazioni di DO, ma la variazione complessiva era minima e non mostrava una chiara correlazione. Pertanto, si può concludere che diverse concentrazioni di DO non hanno avuto un impatto significativo sull’efficienza di rimozione del TN.
3.3 Analisi dell'efficienza di rimozione TP
L'analisi della rimozione di TP nella sezione di testa ha mostrato concentrazioni di TP nell'effluente di 0,60, 0,51 e 0,48 mg/L nelle tre condizioni di DO, con tassi di rimozione rispettivamente di 88,1%, 90,7% e 91,7%.
L'analisi dei dati indica che l'efficienza di rimozione del TP nella sezione della testa varia con la concentrazione di DO. L’aumento della concentrazione di DO ha ridotto la concentrazione di TP dell’effluente e ha ulteriormente migliorato l’efficienza di rimozione. Pertanto, si può concludere che il livello di concentrazione di DO di 4-5 mg/L ha raggiunto l’efficienza di rimozione relativamente più alta.
Un’analisi approfondita suggerisce che l’impostazione della concentrazione di DO nella sezione della testa al livello di 4-5 mg/L si traduce in una maggiore efficienza di assorbimento del fosforo.
4 Analisi dell'impatto della concentrazione di DO nella sezione centrale sull'efficienza di rimozione degli inquinanti
4.1 Analisi dell'efficienza della rimozione del COD
L'analisi della rimozione del COD nella sezione centrale ha mostrato valori di COD dell'effluente pari a 39,9, 38,9 e 40,4 mg/L nelle tre condizioni di DO, con efficienze di rimozione rispettivamente del 91,0%, 90,9% e 91,2%. I dettagli specifici sono mostrati inFigura 3.
L’analisi dei dati indica che mentre l’efficienza di rimozione del COD nella sezione centrale variava in una certa misura a diverse concentrazioni di DO, la variazione complessiva era minima e non mostrava una chiara correlazione. Quando la concentrazione di DO aumentava dal livello di 2-3 mg/L al livello di 3-4 mg/L, il COD dell'effluente e l'efficienza di rimozione diminuivano rispettivamente di 1,0 mg/L e 0,1%. Tuttavia, quando la concentrazione di DO aumentava al livello di 4-5 mg/L, il COD dell’effluente e l’efficienza di rimozione aumentavano rispettivamente di 0,5 mg/L e 0,3%. Differenti concentrazioni di DO non hanno avuto un impatto significativo sull’efficienza di rimozione del COD.
4.2 Analisi dell'efficienza di rimozione TN
L'analisi della rimozione del TN nella sezione centrale ha mostrato concentrazioni di TN nell'effluente di 13,8, 13,0 e 12,9 mg/L nelle tre condizioni di DO, con tassi di rimozione rispettivamente del 62,5%, 66,3% e 66,4%. In confronto, livelli di concentrazione di DO di 3–4 mg/L e 4–5 mg/L hanno prodotto una migliore efficienza di rimozione del TN.
4.3 Analisi dell'efficienza di rimozione TP
L'analisi della rimozione di TP nella sezione centrale ha mostrato concentrazioni di TP nell'effluente di 0,57, 0,52 e 0,46 mg/L nelle tre condizioni di DO, con tassi di rimozione rispettivamente di 88,5%, 90,8% e 91,5%. In confronto, livelli di concentrazione di DO di 3–4 mg/L e 4–5 mg/L hanno prodotto una migliore efficienza di rimozione del TP.
Un’analisi approfondita suggerisce che impostando la concentrazione di DO nella sezione centrale al livello di 3-4 mg/L si ottiene una maggiore efficienza di rimozione degli inquinanti.
Analisi dell'impatto della concentrazione di DO nella sezione di coda sull'efficienza di rimozione degli inquinanti
5.1 Analisi dell'efficienza della rimozione del COD
L'analisi della rimozione del COD nella sezione di coda ha mostrato un'efficienza di rimozione del 91,8% in tutte e tre le condizioni di concentrazione del DO. Differenti concentrazioni di DO non hanno avuto un impatto significativo sull’efficienza di rimozione del COD.
5.2 Analisi dell'efficienza di rimozione TN
L'analisi della rimozione del TN nella sezione di coda ha mostrato concentrazioni di TN nell'effluente di 11,5, 12,7 e 13,4 mg/L nelle tre condizioni di DO, con tassi di rimozione rispettivamente del 72,7%, 67,9% e 66,5%. In confronto, il livello di concentrazione di DO di 2–3 mg/L ha prodotto una migliore efficienza di rimozione del TN.
5.3 Analisi dell'efficienza di rimozione TP
L'analisi della rimozione del TP nella sezione di coda ha mostrato che quando la concentrazione di DO era inferiore a 2,0 mg/L, l'efficienza di rimozione non superava il 96%. In questo esperimento, il tasso di rimozione in tutte e tre le condizioni di DO è stato del 90% e le concentrazioni di effluenti soddisfacevano lo standard primario.
In sintesi, impostando la concentrazione di DO nella sezione di coda al livello di 2–3 mg/L si ottiene una maggiore efficienza di rimozione degli inquinanti.
Conclusione
Per studiare l'impatto specifico dell'apporto graduale di ossigeno nella zona aerobica del processo AAO sull'efficienza di rimozione degli inquinanti, durante lo studio la zona aerobica è stata divisa in sezioni di testa, centro e coda. L’analisi delle efficienze di rimozione di COD, TN e TP in queste sezioni, combinata con i risultati della ricerca, indica che impostando i livelli di concentrazione di DO nelle tre zone aerobiche rispettivamente a 4–5 mg/L, 3–4 mg/L e 2–3 mg/L, si ottiene una migliore efficienza complessiva di rimozione degli inquinanti. Questo approccio può fornire supporto e riferimento per la protezione ecologica dell’ambiente, il risparmio energetico e gli sforzi di riduzione delle emissioni.