Dumblo kaupimosi jo šaltinio prevencija: pagrindinė nuotekų valymo proceso planavimo strategija

Dumblo supildymas yra viena iš labiausiai paplitusių ir sudėtingiausių problemų aktyviojo dumblo nuotekų valymo sistemose, pasireiškianti pablogėjusiu dumblo nusodinimo našumu (SVI > 150 mL/g), dumblo -vandens atskyrimo gedimu antriniame nusodinimo rezervuare ir pertekliniu skendinčių kietųjų dalelių (SS) kiekiu sistemoje, dėl kurios sistemos gali nutekėti. Tradiciniai sprendimai dažnai orientuoti į avarinį reguliavimą eksploatacijos metu (pvz., koaguliantų pridėjimą arba ištirpusio deguonies (DO) reguliavimą), tačiau šios priemonės yra tik laikini sprendimai ir padidina eksploatacines išlaidas. Tiesą sakant, dumblo kaupimosi prevencija turėtų būti įdiegta proceso projektavimo stadijoje, -pašalinant pernelyg didelio gijinių bakterijų augimo priežastis arba ne{5}}gijinio vieneto sujungimą, naudojant mokslinį klampių parametrų suderinimą, funkcinių parametrų parinkimą ir klampų reaktoriaus suderinimą. Pagrindinis būdas pasiekti ilgalaikį stabilų sistemos veikimą. Šiame straipsnyje, remiantis dumblo kaupimo formavimo mechanizmu, siūloma integruota projektavimo strategija, apimanti „reaktoriaus parinkimo{8}}parametrų optimizavimą-pagalbinę sistemos konfigūraciją“ iš viso proceso projektavimo perspektyvos.

Sludge bulking is primarily classified into two categories: filamentous bulking (accounting for >90 %) ir ne{1}}gijinį tūrį. Jų atsiradimas yra tiesiogiai susijęs su proceso projektavimo defektais. Tikslaus projektavimo būtina sąlyga yra šių dviejų tipų priežasčių ir dizaino koreliacijos išaiškinimas.

1. Gijų masė: "ekologinis disbalansas", kurį sukelia dizaino trūkumai

Filamentinės bakterijos yra normali aktyviojo dumblo flora; vidutinis jų augimas gali padidinti floko struktūros stabilumą. Tačiau kai proceso planavimas lemia „padidėjusį siūlinių bakterijų konkurencinį pranašumą“, įvyks masės padidėjimas. Pagrindiniai -konstrukciją lemiantys veiksniai yra: Pirma, netolygus ištirpusio deguonies (DO) pasiskirstymas, pvz., reaktoriaus konfigūracija, dėl kurios susidaro vietinės anoksinės sąlygos (DO < 0,5 mg/L), leidžiančios siūlinėms bakterijoms dėl didelio specifinio paviršiaus įgyti deguonies ir maistinių medžiagų. Antra, nepagrįstas substrato koncentracijos gradientas; visiškai mišriuose reaktoriuose maža ir vienoda substrato koncentracija leidžia dominuoti siūlinėms bakterijoms dėl didelio jų maistinių medžiagų įsisavinimo efektyvumo. Trečia, pernelyg ilgas dumblo sulaikymo laiko (SRT) dizainas, dėl kurio senstančiame dumble susikaupia daug siūlinių bakterijų. Ketvirta, maistinių medžiagų disbalansas; projekte nebuvo atsižvelgta į įtekančio C/N santykio ir C/P santykio svyravimus, dėl kurių per daug daugėja siūlinių bakterijų, kai trūksta azoto ir fosforo.

2. Ne-siūlinis tūrinis masyvavimas: medžiagų apykaitos sutrikimas, atsirandantis dėl projektinės apkrovos disbalanso

Non-filamentous bulking is mostly caused by excessive microbial proliferation producing viscous polysaccharides, leading to increased water content in sludge flocs. The design-related causes are concentrated in "load control defects": First, the organic load (F/M) is designed too high (>0.5 kg BOD₅/(kg MLSS·d)), and the reactor cannot quickly adapt when the concentration of easily degradable organic matter in the influent suddenly increases; second, the hydraulic load design is unreasonable, with excessively high surface load in the secondary settling tank (>1,5 m³/(m²·h)), sukeliantis poveikį dumblo sluoksniui ir dūžtantį floką; trečia, trūksta išankstinio apdorojimo bloko, todėl susidaro per daug įtekančių suspenduotų kietųjų dalelių (SS), kurios adsorbuoja didelį kiekį organinių medžiagų į reaktorių ir padidina apkrovos svyravimus.

Proceso projektavimas turėtų būti sutelktas į „konkurencinio siūlinių bakterijų pranašumo slopinimą, mikrobų metabolinės aplinkos stabilizavimą ir dumblo{0}}vandens atskyrimo efektyvumo didinimą“ ir turėtų būti sistemingai optimizuojamas pagal tris aspektus: reaktoriaus konfigūraciją, pagrindinius parametrus ir funkcinius mazgus. 1. Reaktoriaus konfigūracija: mikrobitinės aplinkos kūrimas.

Reaktoriaus konfigūracija tiesiogiai lemia DO ir substrato koncentracijų erdvinį pasiskirstymą, o tai yra labai svarbu norint kontroliuoti gijinį bakterijų tūrį. Projektuojant pirmenybę reikėtų teikti gradiento aplinkos konfigūracijai, kad būtų išvengta visiškai mišraus reaktoriaus būdingų defektų.

(1) Suteikite pirmenybę prijungimo{1}} srautui ir sudėtinėms konfigūracijoms

Plug{0}}srauto reaktoriai (pvz., tradiciniai aeracijos rezervuarai ir oksidacijos grioviai) sudaro natūralų substrato koncentracijos gradientą (didelį priekyje, žemą gale) ir DO gradientą (žemą priekyje, aukštą gale) vandens srauto kryptimi. Ši gradiento aplinka palengvina greitą flokus formuojančių bakterijų (dominuojančios bakterijų grupės, kuri formuoja flokulius) dauginimąsi vietose, kuriose yra pakankamai substrato, stabdant per didelį siūlinių bakterijų augimą. Projektuojant reaktoriaus ilgio -ir-pločio santykis turi būti didesnis nei 5:1 arba lygus jam, o bako gylis – 3–5 m, kad būtų užtikrintas efektyvus vandens srautas ir išvengta trumpojo jungimo. Didelio masto{12}}nuotekų valymo įrenginiuose gali būti pritaikyta konfigūracija „prijunkite srautą + segmentuotas aeravimas“, padalijant reaktorių į 3–4 kanalus, kurių kiekvienas turi atskirą aeravimo sistemą. Reguliuojant kiekvieno kanalo aeracijos greitį, ištirpusio deguonies (DO) priekiniame gale kontroliuojamas 0,5–1 mg/l (anoksinė zona), o gale – 2–3 mg/l (aerobinė zona), taip subalansuojant azoto pašalinimo poreikį ir gijinių bakterijų slopinimą.

Kombinuotose konfigūracijose (pvz., A²O, UCT ir MSBR) pasiekiamas pakopinis maistinių medžiagų panaudojimas, funkciniu anaerobinių, anoksinių ir aerobinių zonų zonavimu sumažinant gijinių bakterijų konkurencinį pranašumą. Projektuojant reikia sustiprinti hidraulinę izoliaciją tarp kiekvienos sekcijos, pvz., įrengiant kreipiamąsias sieneles tarp anoksinės ir aerobinės zonų ir kontroliuojant mišraus skysčio recirkuliacijos koeficientą (vidinės recirkuliacijos koeficientas 200 %-300 %). Tai neleidžia nitratams tekėti atgal į anaerobinę zoną, slopina polifosfatus kaupiančias bakterijas, o panaudoja denitrifikaciją anoksinėje zonoje, kad sunaudotų kai kuriuos lengvai skaidomus anglies šaltinius, sumažinant maistinių medžiagų konkurencinį spaudimą siūlinėms bakterijoms aerobinėje zonoje.

(2) Racionalus vėdinimo sistemos projektavimas: DO vienodumo ir valdomumo užtikrinimas

Aeracijos sistemos konstrukcijos trūkumai yra pagrindinė lokalizuoto DO nepakankamumo priežastis. DO valdymo tikslumas turi būti pagerintas trimis aspektais: aeracijos metodu, įrangos parinkimu ir optimizuotu išdėstymu. Srauto srauto reaktoriuose pirmenybė teikiama mikroporinei aeracijai (pvz., membraniniams aeratoriams), nes jo deguonies panaudojimo greitis gali siekti 25–35%, daug didesnis nei paviršinio aeracijos (8–15%). Aeratorius turi būti tolygiai paskirstytas per koridoriaus ilgį, o tankis priekiniame gale sumažinamas 10–20%, o gale padidinamas, kad būtų užtikrintas stabilus DO gradientas. Tuo pačiu metu kiekviename koridoriuje turi būti įrengti internetiniai DO stebėjimo taškai ir aeracijos reguliavimo vožtuvai, kad būtų galima dinamiškai valdyti aeracijos tūrį.

Visiškai sumaišytiems reaktoriams (pvz., SBR), jei jie turi būti naudojami dėl erdvės apribojimų, turėtų būti naudojamas režimas „pertraukiamas aeravimas + maišymas“. Tai apima periodinį perjungimą tarp „anaerobinio maišymo (1–2 val.) - aerobinio aeravimo (2–3 val.)“, kad būtų imituojama kamščio tekėjimo aplinka ir slopinamos siūlinės bakterijos. Aeracijos intensyvumas turi būti tiksliai apskaičiuotas projektavimo etape, siekiant užtikrinti, kad aerobinės fazės metu DO greitai pakiltų iki virš 2 mg/l, o ORP būtų kontroliuojamas nuo -100 iki -50 mV beanoksinės fazės metu.

2. Pagrindiniai parametrai: „Floc Advantage“ veiklos ribų atitikimas

Pagrindinių parametrų, tokių kaip dumblo amžius (SRT), organinė apkrova (F/M) ir maistinių medžiagų santykis, projektavimas turi būti griežtai kontroliuojamas dominuojančioje floko bakterijų augimo diapazone, kad būtų slopinamas dumblo kaupimasis medžiagų apykaitos požiūriu.

(1) Dumblo amžius (SRT): tiksliai atitinka mikrobų generavimo ciklą

Pernelyg ilgas SRT yra svarbus veiksnys, skatinantis gijinių bakterijų susikaupimą{0}}gijinių bakterijų susidarymo ciklas paprastai yra ilgesnis nei flocinių bakterijų, o per ilgas SRT lemia laipsnišką gijinių bakterijų kaupimąsi. Projekte turėtų būti nustatytas pagrįstas SRT (savaiminio-pašalinimo laikas) diapazonas, pagrįstas apdorojimo tikslais (nitrifikacija / fosforo pašalinimas) ir įtekančio vandens kokybe: tik organinių medžiagų pašalinimui SRT turėtų būti kontroliuojamas po 3-5 dienų; tuo pačiu metu azoto pašalinimui SRT turėtų būti pratęstas iki 10-15 dienų (kad būtų patenkinti nitrifikuojančių bakterijų poreikiai); Norint tuo pačiu metu pašalinti azotą ir fosforą, SRT reikia kontroliuoti 8–12 dienų, kad būtų subalansuoti tiek polifosfatą kaupiančių, tiek nitrifikuojančių bakterijų augimo poreikiai.

Siekiant užtikrinti stabilų SRT, į projektą turi būti įtraukta tiksli dumblo išleidimo sistema, naudojanti "nuolatinio dumblo išleidimo + internetinio stebėjimo" režimą. Dumblo koncentracijos matuoklis turi būti įrengtas antriniame nusodinimo rezervuare, kuris automatiškai sureguliuotų perteklinį dumblo išleidimą pagal MLSS koncentraciją (kontroliuojama tarp 2000-4000 mg/L). Didelėms sistemoms galima įrengti dumblo tirštinimo baką ir grįžtamąją dumblo siurblinę. Reguliuojant grąžinimo koeficientą (50%-100%), dumblo koncentracija reaktoriuje gali būti palaikoma stabili, išvengiant SRT svyravimų.

(2) Organinės apkrovos santykis (F/M): „Apkrovos šoko“ ir „mažos apkrovos bado“ išvengimas.

F/M konstrukcija turi subalansuoti „floc platinimo reikalavimus“ ir „apkrovos stabilumą“, vengiant pernelyg didelių ar žemų santykių. Valant miesto nuotekas, F/M idealiu atveju turėtų būti kontroliuojamas nuo 0,2 iki 0,4 kg BDS₅/(kg MLSS·d), kai bakterijų metabolizmas flokuose yra energingas ir greitai susidaro tankūs flokai. Pramoninių nuotekų (pvz., maisto perdirbimo nuotekų, kurių biologinis skaidumas yra geras) F/M gali būti padidintas iki 0,3–0,5 kg BDS₅/(kg MLSS·d), tačiau apkrovos svyravimams buferiuoti reikalingas išankstinio apdorojimo išlyginimo bakas. Konstrukcija turėtų kontroliuoti apkrovos smūgius per „išankstinį apdorojimą + apkrovos paskirstymą“: Pirma, turi būti įrengtas efektyvaus tūrio homogenizacijos bakas, skirtas maksimaliam dienos srautui 8–12 valandų, kad būtų užtikrinta vienoda įtekančio vandens kokybė ir kiekis; antra, turėtų būti priimta „lygiagretaus reaktoriaus“ konfigūracija. Staigiai padidėjus įtekamajai apkrovai, vieno rezervuaro F/M santykis gali būti laikinai padidintas perjungiant veikiančių reaktorių skaičių (pvz., keičiant nuo 2 lygiagrečiai į 1), išvengiant bendro sistemos apkrovos disbalanso.

(3) Maistinių medžiagų santykis: Tikslus C/N/P balanso valdymas

Azoto ir fosforo trūkumas gali sukelti pernelyg didelį gijinių bakterijų augimą. Konstrukcija turi užtikrinti, kad įtekančio C/N santykis būtų didesnis arba lygus 3-5, o C/P santykis būtų didesnis arba lygus 15–20. Mažai anglies dvideginio išskiriančioms nuotekoms (pvz., komunalinėms nuotekoms, COD/TN<5), a carbon source addition system should be reserved, with the addition point set at the front end of the anaerobic section, using a metering pump for precise addition; for high carbon-to-nitrogen ratio industrial wastewater (e.g., chemical wastewater), a nitrogen and phosphorus addition device should be reserved, with the addition point set at the inlet of the aerobic section to avoid nutrient imbalance.

Konstrukcija gali integruoti "internetinę vandens kokybės stebėjimo + automatinio dozavimo" sistemą, kad realiuoju laiku būtų galima stebėti įtekamų COD, TN ir TP koncentraciją, ir automatiškai apskaičiuoti dozę pagal medžiagų balanso lygtis, kad būtų užtikrintas stabilus maistinių medžiagų santykis. Pavyzdžiui, kai įtekančio C/N santykis yra mažesnis nei 3, anglies šaltiniui papildyti automatiškai pridedamas natrio acetatas (COD ekvivalentas 0,78); kai C/P santykis yra mažesnis nei 15, fosforo šaltiniui papildyti pridedamas kalio-divandenilio fosfatas.

3. Pagalbinė sistema: „Dumblo{1}}vandens atskyrimo“ ir „Rizikos buferio“ stiprinimas

Antrinio nusodinimo rezervuaro projektiniai defektai ir avarinės sistemos nebuvimas padidins dumblo sumaišymo žalą. Būtina pagerinti sistemos atsparumą rizikai optimizuojant dumblo-vandens atskyrimo įrenginį ir konfigūruojant avarinius įrenginius.

(1) Antrinis sedimentacijos bakas: hidraulinių sąlygų ir dumblo išleidimo efektyvumo optimizavimas

Antrinio nusodinimo rezervuaro paviršiaus apkrova, efektyvus vandens gylis ir dumblo grandymo metodas tiesiogiai veikia dumblo nusėdimo efektą. Paviršiaus apkrovos greitis turi būti griežtai kontroliuojamas 0,8–1,2 m³/(m²·h) projektavimo etape (mažesnis nei įprasta projektinė vertė 1,5 m³/(m²·h)), kai efektyvus vandens gylis yra didesnis arba lygus 4 m, kad būtų užtikrinta pakankamai erdvės dumblo sluoksniui nusistovėti. Priimamas radialinio srauto antrinis nusodinimo rezervuaras su centriniu įvadu ir periferiniu išėjimu, o įleidimo zonoje sumontuotas srauto tiesintuvas, siekiant sumažinti įeinančio vandens poveikį dumblo sluoksniui.

Dumblo grandymo sistemoje pirmiausia naudojamas periferinis varomasis dumblo grandiklis, kurio grandymo greitis reguliuojamas 1–2 m/min., kad būtų išvengta per didelio grandymo greičio, dėl kurio dumblo pūslelinė lūžtų. Taip pat sumontuotas dugno aeracijos trikdymo įrenginys; kai dumblo sluoksnio storis viršija 1,5 m, įjungiama žemo slėgio aeracija (DO kontroliuojama žemiau 0,5 mg/L), kad būtų išvengta anaerobinio skilimo ir dumblo plūdimo. Be to, antriniame nusodinimo rezervuare turi būti įrengta dumblo sąsajos matuoklio įrengimo sąsaja, kad būtų galima stebėti dumblo sąsajos aukštį realiuoju laiku; kai sąsaja viršija 1/2 efektyvaus vandens gylio, dumblo išleidimo greitis automatiškai padidinamas.

(2) Išankstinio gydymo ir skubios pagalbos sistema: rizikos šaltinio blokavimas

Išankstinio apdorojimo sistemos projekte pagrindinis dėmesys turėtų būti skiriamas „toksiškų medžiagų ir nepalankių substratų pašalinimui“, kad jie neslopintų mikrobų veiklos ir nesukeltų tūrio. Pirmiausia reikia įrengti ekraną (1-3 mm atstumas) ir smėlio kamerą (ciklono tipo), kad būtų pašalintos skendinčios kietosios medžiagos ir smėlis. Antra, pramoninėms nuotekoms reikėtų pridėti hidrolizės rūgštinimo baką (HRT=4-6h), kad nepalankios organinės medžiagos būtų paverstos VFA, pagerinant nuotekų biologinį skaidumą ir sumažinant vėlesnių reaktorių apkrovą.

Avarinės sistemos projekte turėtų būti atsižvelgiama į staigaus tūrio susidarymo riziką, paliekant sąsają „koagulianto papildymui + dumblo pakeitimui“: antrinio sedimentacijos rezervuaro įleidimo angoje turėtų būti įrengtas koagulianto dozavimo įtaisas, leidžiantis įpilti PAC (50-100 mg/L) arba PAM (1-) greitai susireguliuoti 5 ml. Reaktoriaus įleidimo angoje turėtų būti įrengta aukštos kokybės dumblo grąžinimo sąsaja, leidžianti įvesti aukštos kokybės aktyvųjį dumblą iš aplinkinių nuotekų valymo įrenginių (pakeičiant 20–30 % sistemos dumblo tūrio), kad būtų greitai atkurta mikrobų bendruomenės struktūra esant dideliam susikaupimui. III. Dizaino patvirtinimas: veiksmingumo užtikrinimas naudojant modeliavimą ir atvejų analizę

Užbaigus proceso planavimą, dumblo didinimo kontrolės efektyvumas turi būti patvirtintas skaitiniu modeliavimu ir palyginimu su inžineriniais atvejų tyrimais, kad būtų išvengta projektavimo trūkumų.

Pirmiausia naudojami skaitmeninio modeliavimo įrankiai (pvz., BioWin ir GPS{0}}X). Įvedami projektiniai parametrai (reaktoriaus konfigūracija, SRT, F/M, DO ir kt.) ir įtekančio vandens kokybės duomenys, siekiant imituoti dumblo susikaupimo riziką (pvz., SVI pokyčius ir gijinių bakterijų skaičių) skirtingomis eksploatavimo sąlygomis. Pavyzdžiui, imituojant SVI skirtumą tarp kamščių srauto ir visiškai mišrių reaktorių, kai DO svyruoja iki 0,3 mg/L, galima optimizuoti aeracijos sistemos išdėstymą; imituojant anglies šaltinio dozavimo įtaką SVI, kai įtekančio C/N santykis nukrenta iki 2, nustato projektinius dozavimo sistemos parametrus.

Antra, atliekami inžinerinių atvejų tyrimai, kuriuose remiamasi sėkminga panašių nuotekų valymo įrenginių projektavimo patirtimi. Pavyzdžiui, A²O gamykla, apdorojanti maisto perdirbimo nuotekas, naudojant „plug-flow aerobinį baką + segmentuotą aeraciją + tikslų dumblo išleidimą“, kontroliuojamą dumblo apykaitos laiką (SRT) iki 10 dienų ir skysčio tankį (F/M) iki 0,3 kg BDS₅/(kg MLSS·d). Po trejų eksploatavimo metų gijinio tūrio neįvyko, o nuotekų suspenduotų kietųjų dalelių (SS) kiekis nuolat buvo mažesnis nei 10 mg/l. Komunalinių nuotekų valymo įrenginiai, pridedant hidrolizės rūgštinimo baką ir anglies šaltinio papildymo sistemą, išsprendė mažo anglies šaltinio sukeltą tūrio problemą, sumažindami dumblo tūrio indeksą (SVI) nuo 200 ml/g iki 120 ml/g.

Dumblo kaupimo prevencijos ir kontrolės esmė yra „šaltinio projektavimas“, o ne operatyvinis ištaisymas. Proceso projektavimas turi nutraukti tradicinį požiūrį „atitikti tik išleidimo standartus“, daugiausia dėmesio skiriant „mikrobinei ekologinei pusiausvyrai“. Tai apima reaktoriaus konfigūracijos optimizavimą, kad būtų sukurta mikroaplinka, kuri slopina siūlines bakterijas, užtikrinamas dominuojantis flokuliuojančių bakterijų augimas tiksliai suderinant parametrus ir stiprinamas dumblo-vandens atskyrimas bei rizikos buferis naudojant išsamias pagalbines sistemas. Ateityje, plėtojant pažangias stebėjimo ir skaitmeninio modeliavimo technologijas, procesų projektavimas bus toliau tobulinamas iki „asmeninio ir tikslaus“-sujungiant įtakingo vandens kokybės ypatybes ir regionines sąlygas, bus sukurtos pritaikytos prevencijos ir kontrolės strategijos, kad būtų užtikrintas ilgalaikis-stabilus ir efektyvus nuotekų valymo sistemų veikimas, užtikrinant tvirtą vandens aplinkos valdymo inžinerinę paramą.