การประยุกต์ใช้กระบวนการ AAO ดัดแปลงในการบำบัดน้ำเสียชุมชนจากเหมืองถ่านหิน
น้ำเสียจากครัวเรือนในเหมืองถ่านหินส่วนใหญ่มาจากโรงอาหารของพนักงาน หอพัก สำนักงาน ห้องซักรีด และห้องน้ำ โดยท่อระบายน้ำทิ้งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 55% ของปริมาตรทั้งหมด น้ำที่อาบออกมาค่อนข้างเข้มข้น ส่งผลให้กระแสน้ำมีความผันผวนอย่างมาก โดดเด่นด้วยความเข้มข้นของสารอินทรีย์ที่ต่ำกว่าและสารแขวนลอย (SS) ที่สูงกว่า การระบายน้ำจากการอาบน้ำจึงแตกต่างอย่างมากจากน้ำเสียในครัวเรือนทั่วไป รูปแบบการปล่อยแบบเซกับกระแสน้ำเสียอื่นๆ ก่อให้เกิดความแปรปรวนของคุณภาพน้ำอย่างมาก
เหมืองถ่านหินส่วนใหญ่ในประเทศจีนตั้งอยู่ในพื้นที่ห่างไกลซึ่งมีต้นทุนการขนส่งกากตะกอนสูง ดังนั้นควรเลือกกระบวนการบำบัดที่ให้ผลผลิตตะกอนต่ำกว่า ในขณะที่เหมืองมีการพัฒนาและจำนวนพนักงานเพิ่มขึ้น การไหลของน้ำเสียมักจะเกินขีดความสามารถการออกแบบเดิม ทำให้จำเป็นต้องมีกระบวนการที่มีความสามารถในการปรับตัวอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงคุณภาพและปริมาณน้ำภายในรอยเท้าเดียวกัน ภายใต้นโยบายด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้นซึ่งกำหนดให้นำน้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัดแล้วกลับมาใช้ใหม่โดยปราศจากการปล่อยทิ้ง กระบวนการต่างๆ จะต้องส่งมอบน้ำทิ้งที่มีคุณภาพสูงและมีเสถียรภาพ
ในปัจจุบัน กระบวนการ AAO (แบบไร้ออกซิเจน-แบบไร้ออกซิเจน-แบบออกซิก) เป็นตัวเลือกที่ต้องการในการบำบัดน้ำเสียชุมชน บทความนี้วิเคราะห์ประสิทธิภาพการประยุกต์ใช้กระบวนการ Modified AAO (AAO + กระบวนการตัวพาแบบแขวนลอย) สำหรับน้ำเสียในครัวเรือนจากเหมืองถ่านหิน โดยพิจารณาจากคุณลักษณะเฉพาะ
1. ปรับเปลี่ยนกระบวนการ AAO
กระบวนการ AAO คือการกำหนดค่าการไหลที่ง่ายที่สุดสำหรับการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสไปพร้อมๆ กัน แบคทีเรียที่เป็นเส้นใยไม่สามารถแพร่ขยายได้อย่างกว้างขวางภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน เป็นพิษ และแอโรบิกสลับกัน เพื่อป้องกันการรวมตัวของตะกอน ไม่จำเป็นต้องเติมสารเคมี เพียงผสมอย่างอ่อนในถังแอนาโรบิกและแอนซิก ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ กากตะกอนมีปริมาณฟอสฟอรัสสูงทำให้ได้คุณค่าทางปุ๋ยที่ดี
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% การรีไซเคิลภายในนี้ใช้พลังงานจำนวนมาก น้ำทิ้งที่ไหลเข้าสู่บ่อตกตะกอนรองจะต้องรักษาระดับออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ไว้ในระดับหนึ่ง เพื่อป้องกันสภาวะไร้ออกซิเจนและการปล่อยฟอสฟอรัส แต่ไม่สูงเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนกระบวนการดีไนตริฟิเคชันในถังที่ปราศจากออกซิเจนผ่านสุราผสมรีไซเคิล
กระบวนการ AAO ที่ได้รับการปรับปรุง (AAO + กระบวนการขนส่งที่ถูกระงับ) ช่วยลดข้อบกพร่องเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยจะเพิ่มมวลจุลินทรีย์ในถังชีวภาพ เพิ่มการโหลดตามปริมาตร สามารถแยกเวลากักเก็บไฮดรอลิก (HRT) และเวลากักเก็บตะกอน (SRT) ได้อย่างสมบูรณ์ เพิ่มความยืดหยุ่นต่อโหลดกระแทกไฮดรอลิกและอินทรีย์ ให้คุณภาพน้ำทิ้งที่ดีแม้จะมีแหล่งคาร์บอนต่ำ สร้างตะกอนน้อยลงและมีเสถียรภาพมากขึ้น (ลดความต้องการความสามารถในการจัดการตะกอนปลายน้ำ) น้ำทิ้งสามารถเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพน้ำของ "The Reuse of Urban Recycling Water-มาตรฐานคุณภาพน้ำสำหรับน้ำเบ็ดเตล็ดในเมือง" (GB/T 18920-2020) และ "Code for Design of Coal Preparation Engineering" (GB 50359-2016) สำหรับการล้างถ่านหิน โหวเฟิง และคณะ ใช้กระบวนการพาหะแบบแขวนลอย AAO+ ในโรงบำบัดน้ำเสียใต้ดิน เพื่อให้ได้มาตรฐานเกรด 1A ต่อ "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (GB 18918-2002) โดยมีตัวบ่งชี้หลัก (COD, BOD5, NH3-N, TP) ไปถึงมาตรฐาน Class IV ต่อ "มาตรฐานคุณภาพสิ่งแวดล้อมสำหรับน้ำผิวดิน" (GB 3838-2002) ห่าว รุยกัง และคณะ ใช้ "การออกซิเดชันแบบสัมผัสทางชีวภาพของ A/O + การตกตะกอนแบบหมุนวนแบบมีรูพรุน + การตกตะกอนของท่อแบบเอียง + การกรองทรายแบบแอคทีฟ" ในการขยายโรงงานบำบัดน้ำเสียในครัวเรือนของเหมืองถ่านหิน ซึ่งทำให้ได้คุณภาพน้ำทิ้งที่ดีกว่าเกรด 1A เหยียน ซีหยู และคณะ ยังบรรลุผลลัพธ์ที่ดีโดยใช้กระบวนการไบโอฟิล์มในการปรับปรุงระบบบำบัดน้ำเสียในครัวเรือนของเหมืองถ่านหินที่มีอยู่ กระบวนการ AAO ที่ได้รับการปรับปรุงช่วยเพิ่มกำลังการผลิตและปรับปรุงคุณภาพน้ำทิ้งในโรงงานที่มีอยู่โดยมีการปรับเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มตัวพาแขวนลอยลงในถังอะโนซิกและแอโรบิก ผสมผสานข้อดีของกระบวนการแอคทิเวเตดสลัดจ์และไบโอฟิล์มเข้าด้วยกัน โดยมีคุณลักษณะการโหลดตามปริมาตรสูง ชีวมวลขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพการบำบัดสูง ความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งกับปุ๋ยหมักขั้นสูง ความเสถียรของกระบวนการที่เพิ่มขึ้น และการกำจัดสารอาหารที่ดี โดยสร้างแผ่นชีวะที่ออกฤทธิ์เฉพาะทางสูง ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพต่อปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์และความเสถียร ส่งผลให้เครื่องปฏิกรณ์มีขนาดเล็กลง ตะกอนไบโอฟิล์มที่ทำการลอกคราบจะมีโปรโตซัว/เมตาซัวมากกว่า มีความหนาแน่นสูงกว่าและมีขนาดอนุภาคใหญ่ขึ้น ส่งผลให้สามารถชำระตัวได้ดีและแยกของเหลว-ของแข็งได้ง่าย ช่วยให้สามารถแยก SRT-HRT ได้อย่างสมบูรณ์ กำจัดการรวมตัวของตะกอน และเหมาะสำหรับน้ำเสียที่อุดมไปด้วยสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้
2.1 กรณีศึกษา
เหมืองถ่านหินในเมืองหยานอัน ห่างจากเมืองซีชางประมาณ 16 กม. มีโรงบำบัดน้ำเสียในครัวเรือนซึ่งมีกำลังการผลิตออกแบบ 1,200 ลบ.ม./วัน กระบวนการคือ: "การคัดกรอง + ถังปรับสมดุล + AAO พร้อมสารพาหะที่ถูกระงับ + การบำบัดขั้นสูง (การตกตะกอน-การตกตะกอน-การกรอง) + การฆ่าเชื้อ" กากตะกอนจะถูกบำบัดโดย "การทำให้ข้นด้วยแรงโน้มถ่วง + การแยกน้ำแบบ Screw Press" น้ำทิ้งเป็นไปตามขีดจำกัดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นของ *GB/T 18920-2020* และ GB 50359-2016 สำหรับน้ำล้างถ่านหิน น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับเหมือง Greenery และเป็นน้ำเสริมในโรงงานเตรียมถ่านหิน การออกแบบคุณภาพที่มีอิทธิพล/น้ำทิ้งอยู่ในนั้นตารางที่ 1. ผังกระบวนการแสดงอยู่ในรูปที่ 1.
น้ำเสียไหลผ่านตะแกรง (ช่องว่าง 5 มม. มุมการติดตั้ง 75 องศา) ลงในถังปรับสมดุล (ยาว×B×ส=14.0 ม.×6.0 ม.×6.0 ม. ความลึกประสิทธิผล 2.95 ม. ปริมาตร 247.8 ลบ.ม. HRT 4.13 ชม.) ตรงตามข้อกำหนด GB 50810-2012 เครื่องผสมสองตัวป้องกันการตกตะกอน ปั๊มจุ่มสามเครื่อง (2 หน้าที่ +1 สแตนด์บาย, Q=32.5 m³/h, H=17 m, N=4 kW) ยกน้ำไปยังถังชีวภาพ
ระบบชีวภาพประกอบด้วยรถไฟสองขบวนขนานกัน ต่อขบวน:
- ถังไร้อากาศ: L×B×H=2.0 ม.×5.0 ม.×5.0 ม., ความลึกที่มีประสิทธิภาพ 4.5 ม., HRT 1.5 ชม.
- ถัง Anoxic: ยาว×B×ส=4.0 ม.×5.0 ม.×5.0 ม., ความลึกที่มีประสิทธิภาพ 4.25 ม., HRT 2.83 ชม.
- ถังแอโรบิก: ยาว×B×ส=15.0 ม.×5.0 ม.×5.0 ม. ความลึกที่มีประสิทธิภาพ 4.0 ม. HRT 10.0 ชม. HRT ระบบทั้งหมดคือ 15.75 ชม. ตัวพาแบบแขวน (อัตราการเติม 80% พื้นที่ผิวจำเพาะ 600 ตร.ม./ลบ.ม.) ได้รับการติดตั้งในถังแอโรบิก การออกแบบอัตราส่วนอากาศ-ต่อ-คือ 13.7:1 ใช้โบลเวอร์ 3 ตัว (2 หน้าที่ +1 สแตนด์บาย, Q=6.84 ลบ.ม./นาที, N=11 kW, P=44.1 kPa) อัตราส่วนการรีไซเคิลตะกอนคือ 100% อัตราส่วนการรีไซเคิลสุราผสมคือ 200%
บ่อพักรองอุปกรณ์ต่อพ่วงสี่เหลี่ยม-ทางเข้า/ออกรองทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าสองเครื่อง (L×B×H=5.0 ม.×5.0 ม.×3.5 ม. อย่างละอัน) มีอัตราการโหลดพื้นผิว 1.2 ม./(ม.²·ชม.) และ HRT ที่ 2.5 ชม.
เครื่องกรองน้ำแบบครบวงจร (ผสมผสานการแข็งตัว การตกตะกอน และการกรอง) ให้การบำบัดขั้นสูงสำหรับการกำจัด SS และฟอสฟอรัสเพิ่มเติม
การบำบัดตะกอนประกอบด้วยการทำให้แรงโน้มถ่วงหนาขึ้น (ถังเหล็กคาร์บอน Φ2.5 ม.×5.0 ม.) ตามด้วยการรีดน้ำด้วยสกรู โพลีอะคริลาไมด์ (PAM) ได้รับการจ่ายที่ปริมาณของแข็งแห้ง 3.0–5.0 กิโลกรัม/ตัน ก่อนการแยกน้ำออก กากตะกอนที่แยกน้ำในแต่ละวันมีน้ำหนักน้อยกว่าหรือเท่ากับ 150 กิโลกรัม โดยมีความชื้นน้อยกว่าหรือเท่ากับ 80% โดยขนส่งนอกสถานที่-
การฆ่าเชื้อใช้-เครื่องกำเนิด ClO2 ในสถานที่ (ปริมาณคลอรีนที่มีประสิทธิภาพ 120 กรัม/ชม.) โดยจ่ายที่ทางเข้าของบ่อใส บ่อน้ำใสมีปริมาตรใช้งานจริง 250 ลบ.ม. ใช้เวลาสัมผัส 4.2 ชม.
โรงงานแห่งนี้มีระบบตรวจสอบออนไลน์ที่ครอบคลุม (เครื่องวัดอัตราการไหล, คลอรีนตกค้าง, pH, DO, COD, ความขุ่น, ระดับตะกอน/ความเข้มข้น) และระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับปั๊ม โบลเวอร์ การล้างย้อน การจ่ายสารเคมี และการผสม ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ชาญฉลาดและไม่ต้องมีคนดูแล
2.2 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพ
โรงงานแห่งนี้เสร็จสิ้นการทดสอบเดินเครื่องในปี 2564 และเปิดดำเนินการมานานกว่าสองปี คุณภาพน้ำที่ไหลเข้า/น้ำทิ้งที่เกิดขึ้นจริงในปี 2024 แสดงอยู่ในตารางที่ 2.
อัตราส่วน BOD5/N ที่มีอิทธิพลคือ 5.5 ซึ่งบ่งชี้ว่าน้ำเสียที่มีอัตราส่วนคาร์บอน-ต่อ-ไนโตรเจน (C/N) ต่ำ ซึ่งจะลดลงอีกในช่วงฤดูร้อนเนื่องจากการแทรกซึมของน้ำฝนและการเปลี่ยนแปลงนิสัย อุณหภูมิในฤดูหนาวสุดขั้วในหยานอันสามารถสูงถึง -21 องศา คุณภาพน้ำทิ้งที่แท้จริงดีกว่าการออกแบบ โดยมีอัตราการกำจัดถึง: COD 97.8%, BOD5 99.7%, SS 99.7%, NH3-N 93.5%, TP 87.10%, เป็นไปตามมาตรฐานสำหรับ绿化 และการล้างถ่านหิน
มวลไบโอฟิล์มที่ออกฤทธิ์ในถังแอนซิก/แอโรบิกสูงถึงตัวพา 125 กรัม/ตร.ม. เทียบเท่ากับ MLSS ที่ 13 กรัม/ลิตร-สี่เท่าของตะกอนเร่งแบบธรรมดา จุลินทรีย์อยู่ในขั้นตอนการหายใจภายนอก ส่งผลให้มีการผลิตตะกอนรายวันประมาณ 1/3 ของวิธีการทั่วไป โดยมีการตกตะกอนที่ดีขึ้น ส่งผลให้มีอุปกรณ์บำบัดตะกอนขนาดเล็กลง
แม้ว่าการออกซิเดชันเชิงสัมผัสทางชีวภาพ-สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องรีไซเคิลตะกอน แต่การวิจัยโดย Xiong Ren และคณะ แสดงให้เห็นว่าระบบที่มีการรีไซเคิลมีอัตราการกำจัด COD, TN, NH3-N, SS ที่สูงขึ้น และลดปริมาณตะกอนลงได้ 29.6% การออกแบบนี้รวมเอาการรีไซเคิลสุราแบบผสมเข้าด้วยกัน โดยมีความยืดหยุ่นในการดำเนินงานโดยพิจารณาจากคุณภาพของน้ำทิ้ง
โรงงาน (1200 ลูกบาศก์เมตร/วัน) ครอบคลุมพื้นที่ 1350.3 ตร.ม. โดยมีเงินลงทุน 20 ล้านหยวนจีน และต้นทุนการดำเนินงาน 1.05 หยวนต่อลูกบาศก์เมตร
เมื่อเปรียบเทียบกับ AAO ทั่วไป ซึ่งต้องการ SRT แบบขยายสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ-อย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการที่ได้รับการปรับเปลี่ยนนี้ยังคงรักษาความเรียบง่ายของการกำจัดสารอาหารไปพร้อมๆ กัน ในขณะเดียวกันก็เพิ่มคุณค่าให้กับชุมชนทางชีววิทยาด้วยตัวพา การแยก SRT-HRT ช่วยเพิ่มความเสถียรทางชีวภาพ- ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะ C/N ต่ำและ-อุณหภูมิต่ำ น้ำทิ้งที่ปล่อยออกมามีความเสถียรสามารถรักษาได้ด้วยการรีไซเคิลตะกอนเพียงเล็กน้อยหรือไม่ต้องเลย ช่วยลด-ตะกอนจากแหล่งกำเนิดและลดค่าใช้จ่ายในการจัดการตะกอน ความเรียบง่ายและไม่มีการพะรุงพะรังทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดน้ำเสียในครัวเรือนของเหมืองถ่านหิน
3. การวิจัยการเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับกระบวนการ AAO
โดยทั่วไป กระบวนการ AAO ที่ได้รับการปรับปรุงจะได้รับการออกแบบตามพารามิเตอร์ใน "มาตรฐานสำหรับการออกแบบวิศวกรรมน้ำเสียกลางแจ้ง" (GB 50014-2021) อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการปรับพารามิเตอร์การปฏิบัติงานให้เหมาะสม (HRT, SRT, การเติมอากาศ, อัตราส่วนการรีไซเคิล, MLSS) เฉพาะกับน้ำเสียจากเหมืองถ่านหิน เพื่อระบุสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการออกแบบและการดำเนินงานในอนาคต
ใน AAO แบบเดิม ตะกอนจะถูกรีไซเคิลจากแอโรบิกไปยังถังไร้ออกซิเจน โดยมีไนเตรตและ DO สูง ซึ่งอาจส่งผลต่อการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพได้ สามารถพิจารณากระบวนการของมหาวิทยาลัยเคปทาวน์ (UCT) ได้ โดยที่กากตะกอนจะถูกรีไซเคิลไปยังถังที่ปราศจากออกซิเจน สุราไนตริไฟด์ไปยังถังที่ปราศจากออกซิเจน และมีการเติมการรีไซเคิลเพิ่มเติมจากถังที่ไม่เป็นพิษไปเป็นถังไร้อากาศเพื่อปรับปรุง-การกำจัด P ทางชีวภาพ
การบำบัดตะกอนสามารถคิดเป็น 50–60% ของต้นทุนการดำเนินงานของโรงงาน ควรนำเทคโนโลยีการลดตะกอนในแหล่งกำเนิด-มาใช้ MLSS ที่สูงในถังชีวภาพ AAO- ที่ได้รับการดัดแปลงทำให้อัตราส่วน F/M สูง ซึ่งกระบวนการเมแทบอลิซึมที่แยกออกจากกันสามารถเกิดขึ้นได้ ส่งเสริมการลดตะกอนและลดต้นทุนการจัดการตะกอน การมุ่งเน้นในอนาคตควรอยู่ที่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการลด-แหล่งกำเนิด เช่น การเติบโตที่เป็นความลับผ่านการแยกสลายแบบไมโคร- กระบวนการออกซิก-การตกตะกอน-แบบไม่ใช้ออกซิเจน (OSA) และการแยกส่วนเมแทบอลิซึมในการบำบัดน้ำเสียจากเหมืองถ่านหิน
กระบวนการนี้เหมาะสำหรับการดัดแปลงโรงงาน AAO ที่มีอยู่ในเหมืองถ่านหิน การเพิ่มตัวพาไปยังถังอะโนซิก/แอโรบิกสามารถปรับปรุงคุณภาพน้ำทิ้ง เพิ่มความจุ และเพิ่มเสถียรภาพของระบบได้ สำหรับโรงงานที่มีข้อกำหนดน้ำทิ้งที่เข้มงวดมากขึ้น การเปลี่ยนบ่อพักน้ำรองด้วยระบบ MBR สามารถอัพเกรดคุณภาพน้ำเพิ่มเติมได้
4. บทสรุป
- กระบวนการ AAO ดัดแปลงเหมาะสำหรับการอัพเกรดระบบ AAO ที่มีอยู่ในเหมืองถ่านหินเพื่อเพิ่มเสถียรภาพ เพิ่มกำลังการผลิต หรือเป็นไปตามมาตรฐานที่เข้มงวดยิ่งขึ้น
- เมื่อบำบัดน้ำเสียในครัวเรือนจากเหมืองถ่านหิน น้ำทิ้งสามารถตรงตามมาตรฐาน *GB/T 18920-2002* สำหรับการรดน้ำบนถนน/พื้นที่สีเขียว และมาตรฐาน GB 50359-2016 สำหรับน้ำล้างถ่านหิน แสดงให้เห็นความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งต่อการเปลี่ยนแปลงคุณภาพและปริมาณน้ำ
- กระบวนการนี้สร้างตะกอนที่เสถียรโดยสามารถชำระตัวได้ดีและแยกตัวได้ง่าย สร้างตะกอนน้อยลง และลดต้นทุนการบำบัดตะกอน