Kömür Madeni Evsel Atıksu Arıtımında Modifiye AAO Prosesinin Uygulanması
Kömür madenlerindeki evsel atık sular öncelikle personel kantinlerinden, yatakhanelerden, ofislerden, çamaşırhanelerden ve banyolardan kaynaklanmakta olup, banyo drenajı toplam hacmin %55'inden fazlasını oluşturmaktadır. Yüzme suyunun deşarjı nispeten konsantre olup, önemli akış dalgalanmalarına yol açmaktadır. Daha düşük organik konsantrasyon ve daha yüksek askıda katı madde (SS) ile karakterize edilen banyo drenajı, tipik evsel kanalizasyondan oldukça farklıdır. Diğer atık su akıntılarıyla kademeli deşarj düzeni, önemli su kalitesi değişkenliğine katkıda bulunur.
Çin'deki kömür madenlerinin çoğu, çamur taşıma maliyetlerinin yüksek olduğu uzak bölgelerde bulunmaktadır. Bu nedenle çamur verimi daha düşük olan arıtma prosesleri seçilmelidir. Maden ocakları geliştikçe ve personel sayısı arttıkça, atık su akışı çoğu zaman orijinal tasarım kapasitesini aşıyor ve aynı ayak izi içerisinde su kalitesi ve miktarındaki değişikliklere güçlü bir şekilde uyum sağlayabilen süreçler gerektiriyor. Arıtılmış atık suyun sıfır deşarjla tam olarak yeniden kullanılmasını gerektiren giderek daha sıkı hale gelen çevre politikaları altında, süreçlerin yüksek ve istikrarlı atık su kalitesi sağlaması gerekir.
Şu anda, belediye atık su arıtımında AAO (Anaerobik-Anoksik-Oxik) işlemi tercih edilen seçimdir. Bu makale, Modifiye AAO Prosesinin (AAO + Askıdaki Taşıyıcı Proses) kömür madeni evsel atık suyuna yönelik uygulama etkinliğini, benzersiz özelliklerine dayanarak analiz etmektedir.
1. Değiştirilmiş AAO Süreci
AAO prosesi eş zamanlı nitrojen ve fosfor giderimi için en basit akış konfigürasyonudur. Filamentli bakteriler, alternatif anaerobik, anoksik ve aerobik koşullar altında geniş ölçüde çoğalamaz ve çamur birikmesini önler. Hiçbir kimyasal ilavesi gerektirmez, yalnızca anaerobik ve anoksik tanklarda hafif karıştırma gerektirir, bu da düşük işletme maliyetleri sağlar. Çamurun yüksek fosfor içeriği, ona iyi bir gübre değeri sağlar.
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, bu dahili geri dönüşüm önemli miktarda enerji tüketir. İkincil arıtıcıya giren atık su, anaerobik koşulları ve fosfor salınımını önlemek için belirli bir çözünmüş oksijen (DO) seviyesini korumalı, ancak geri dönüştürülmüş karışık sıvı yoluyla anoksik tanktaki denitrifikasyona müdahale etmekten kaçınmak için çok yüksek olmamalıdır.
Modifiye AAO Süreci (AAO + Askıya Alınmış Taşıyıcı Süreci) bu dezavantajları etkili bir şekilde azaltır. Biyolojik tanklardaki mikrobiyal kütleyi arttırır, hacimsel yüklemeyi artırır, hidrolik tutma süresi (HRT) ile çamur tutma süresinin (SRT) tamamen ayrılmasını sağlar, hidrolik ve organik şok yüklere karşı dayanıklılığı güçlendirir, düşük karbon kaynaklarıyla bile iyi atık su kalitesi sunar, daha az ve daha stabil çamur üretir (aşağı yöndeki çamur taşıma kapasitesi gereksinimlerini azaltır). Atık su, kömür yıkama için "Kentsel Geri Dönüşüm Suyunun Yeniden Kullanımı-Kentsel Çeşitli Sular için Su Kalitesi Standardı" (GB/T 18920-2020) ve "Kömür Hazırlama Mühendisliği Tasarım Kodu" (GB 50359-2016) su kalitesi standartlarını karşılayabilir. Hou Feng ve diğerleri. bir yer altı atık su arıtma tesisinde AAO+askıda taşıyıcı prosesi uygulayarak "Belediye Atıksu Arıtma Tesisleri için Kirleticilerin Deşarj Standardı" (GB 18918-2002) uyarınca Sınıf 1A standartlarını elde etti ve temel göstergeler (COD, BOD5, NH3-N, TP) "Yüzey Suyu için Çevresel Kalite Standartları" (GB 3838-2002) uyarınca Sınıf IV standartlarına ulaştı. Hao Ruigang ve diğerleri. Bir kömür madeni evsel atık su tesisinin genişletilmesinde "A/O Biyo-temaslı Oksidasyon + Delikli Girdaplı Flokülasyon + Eğimli Boru Sedimantasyonu + Aktif Kum Filtrasyonu" kullanılarak, Sınıf 1A'dan daha iyi atık su kalitesi elde edildi. Yan Ziyu ve ark. ayrıca mevcut kömür madeni evsel atıksu arıtımını yenilemek için biyofilm süreçlerini kullanarak iyi sonuçlar elde etti. Modifiye AAO Prosesi, minimum değişiklikle mevcut tesislerde kapasite artışına ve atık su kalitesinin iyileştirilmesine olanak tanır.
Bu süreç, aktif çamur ve biyofilm proseslerinin avantajlarını birleştirerek anoksik ve aerobik tanklara askıda kalan taşıyıcıların eklenmesini içerir. Yüksek hacimsel yükleme, büyük biyokütle, yüksek arıtma verimliliği, arıtma tesislerine güçlü uyum, gelişmiş proses stabilitesi ve iyi besin giderimi özelliklerine sahiptir. Oldukça özel aktif biyofilmler oluşturarak reaktör hacmi başına verimliliği ve stabiliteyi artırarak daha küçük reaktörlere olanak tanır. Dökülen biyofilm çamuru daha fazla protozoa/metazoa içerir, daha yüksek yoğunluğa ve daha büyük parçacık boyutuna sahiptir, bu da iyi bir çökelebilirlik ve kolay katı-sıvı ayrımı sağlar. Tam SRT-HRT ayrımı sağlar, çamur birikmesini ortadan kaldırır ve çözünür organik maddeler açısından zengin atık sular için uygundur.
2.1 Örnek Olay İncelemesi
Zichang Şehrine yaklaşık 16 km uzaklıktaki Yenan Şehrindeki bir kömür madeni, 1200 m³/gün tasarım kapasiteli bir evsel atık su arıtma tesisine sahiptir. İşlem şu şekildedir: "Elek + Dengeleme Tankı + Askıdaki Taşıyıcılarla AAO + İleri Arıtma (Pıhtılaşma-Sedimantasyon-Filtrasyon) + Dezenfeksiyon". Çamur, "Yerçekimi Yoğunlaştırma + Vidalı Pres Susuzlaştırma" yöntemiyle arıtılmaktadır. Atık su, kömür yıkama suyuna yönelik *GB/T 18920-2020* ve GB 50359-2016'nın daha katı sınırlarını karşılamaktadır. Arıtılan su, maden yeşilliği ve kömür hazırlama tesisinde tamamlama suyu olarak yeniden kullanılıyor. Tasarım giriş/çıkış kalitesiTablo 1. Süreç akışı şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 1.
Atık su bir elekten (5 mm boşluk, 75 derece montaj açısı) geçerek GB 50810-2012 gerekliliklerini karşılayan bir dengeleme tankına (L×B×H=14.0 m×6,0 m×6,0 m, etkili derinlik 2,95 m, hacim 247,8 m³, HRT 4,13 saat) geçer. İki karıştırıcı çökelmeyi önler. Üç dalgıç pompa (2 görev +1 yedek, Q=32.5 m³/sa, H=17 m, N=4 kW) suyu biyolojik tanklara kaldırır.
Biyolojik sistem iki paralel trenden oluşur. Tren başına:
- Anaerobik Tank: U×B×Y=2.0 m×5,0 m×5,0 m, etkili derinlik 4,5 m, HRT 1,5 sa.
- Anoksik Tank: U×B×Y=4.0 m×5,0 m×5,0 m, etkili derinlik 4,25 m, HRT 2,83 sa.
- Aerobik Tank: U×G×Y=15.0 m×5,0 m×5,0 m, etkili derinlik 4,0 m, HRT 10,0 sa.Toplam sistem HRT'si 15,75 sa. Aerobik tankın içine askıdaki taşıyıcılar (doldurma oranı %80, spesifik yüzey alanı 600 m²/m³) monte edilir. Tasarım Hava-Su-Oranı 13,7:1'dir. Üç Roots üfleyici (2 görev +1 yedek, Q=6.84 m³/dak, N=11 kW, P=44.1 kPa) kullanılır. Çamur Geri Dönüşüm Oranı %100, Karışık Sıvı Geri Dönüşüm Oranı ise %200'dür.
İki dikdörtgen çevresel-giriş/çıkış ikincil arıtıcı (her biri U×B×Y=5.0 m×5,0 m×3,5 m) 1,2 m³/(m²·saat) yüzey yükleme hızına ve 2,5 saat HRT'ye sahiptir.
Entegre bir su arıtıcı (pıhtılaşma, çökeltme ve filtrelemeyi birleştiren), SS ve fosforun daha fazla giderilmesi için gelişmiş arıtma sağlar.
Çamur arıtma, yer çekimiyle yoğunlaştırmayı (Φ2,5 m×5,0 m karbon çelik tank) ve ardından vidalı presle susuzlaştırmayı içerir. Poliakrilamid (PAM), susuzlaştırmadan önce 3,0–5,0 kg/t kuru katı madde dozunda dozajlanır. Günlük susuzlaştırılmış çamur keki 150 kg'dan az veya buna eşittir ve nem içeriği %80'den az veya buna eşittir, saha dışına taşınır-.
Dezenfeksiyon, -tesisteki temiz kuyu girişine dozlanan bir ClO2 jeneratörü (etkili klor dozajı 120 g/saat) kullanır. Şeffaf kuyunun etkin hacmi 250 m³'tür ve 4,2 saatlik bir temas süresi sağlar.
Tesis, kapsamlı çevrimiçi izleme (akış ölçerler, artık klor, pH, DO, KOİ, bulanıklık, çamur seviyesi/konsantrasyonu) ve pompalar, fanlar, geri yıkama, kimyasal dozajlama ve karıştırma için otomatik kontrol sistemleriyle donatılmış olup akıllı, gözetimsiz çalışmayı garanti eder.
2.2 Performans Analizi
Tesis 2021 yılında işletmeye almayı tamamladı ve iki yıldan fazla bir süredir faaliyet gösteriyor. Gerçek 2024 giriş/çıkış kalitesi şu şekilde gösterilmiştir:Tablo 2.
Girişteki BOD5/N oranı 5,5'tir; bu, düşük karbon-nitrojen (C/N) oranına sahip atık suyu gösterir; bu oran, yağış sızması ve alışkanlık değişiklikleri nedeniyle yaz aylarında daha da azalır. Yenan'da aşırı kış sıcaklıkları -21 dereceye ulaşabiliyor. Gerçek atık su kalitesi tasarımdan daha iyidir ve giderme oranları şu değerlere ulaşır: COD %97,8, BOD5 99.7, SS %99,7, NH3-N %93,5, TP %87,10, temizleme ve kömür yıkama standartlarını karşılıyor.
Anoksik/aerobik tanklardaki aktif biyofilm kütlesi 125 g/m² taşıyıcı kadar yüksektir; bu, geleneksel aktif çamurun dört katı olan 13 g/L-MLSS'ye eşdeğerdir. Mikroorganizmalar endojen solunum aşamasındadır, bu da geleneksel yöntemlerin yaklaşık 1/3'ü kadar günlük çamur üretimiyle sonuçlanır, daha iyi çökelebilirlik sağlar ve daha küçük çamur arıtma ekipmanlarına olanak tanır.
Biyo-kontak oksidasyonu çamurun geri dönüşümü olmadan çalışabilmesine rağmen, Xiong Ren ve ark. geri dönüşümlü sistemlerin COD, TN, NH3-N, SS için daha yüksek uzaklaştırma oranları elde ettiğini ve çamur verimini %29,6 oranında azalttığını göstermektedir. Bu tasarım, atık su kalitesine dayalı operasyonel esneklikle karışık sıvı geri dönüşümünü içerir.
Tesis (1200 m³/d), 20 milyon CNY sermaye yatırımı ve 1,05 CNY/m³ işletme maliyetiyle 1350,3 m²'lik bir alanı kaplar.
Etkili düşük sıcaklıkta çalışma için uzatılmış SRT gerektiren geleneksel AAO ile karşılaştırıldığında bu değiştirilmiş işlem, biyolojik topluluğu taşıyıcılarla zenginleştirirken aynı anda besin maddesinin çıkarılmasının basitliğini korur{0}. SRT-HRT ayrımı biyolojik-kararlılığı artırarak düşük C/N ve düşük-sıcaklık koşulları altında güvenilir çalışma sağlar. Çok az çamur geri dönüşümüyle veya hiç çamur geri dönüşümü olmadan stabil atık su elde edilebilir, bu da çamurun yerinde azaltılmasına ve çamur işleme maliyetlerinin azaltılmasına olanak tanır. Basitliği ve hacim oluşturmaması, onu kömür madeni evsel atıksu arıtımı için son derece uygun kılmaktadır.
3. AAO Süreci İçin Optimizasyon Araştırması
Değiştirilmiş AAO işlemleri genellikle "Dış Mekan Atık Su Mühendisliği Tasarım Standardı" (GB 50014-2021) kapsamındaki parametrelere göre tasarlanır. Bununla birlikte, gelecekteki tasarım ve işletme için en uygun koşulları belirlemek amacıyla kömür madeni atık suyuna özgü işletme parametrelerinin (HRT, SRT, havalandırma, geri dönüşüm oranları, MLSS) optimizasyonuna ihtiyaç vardır.
Geleneksel AAO'da çamur, aerobik tanktan anaerobik tanka geri dönüştürülür ve biyolojik fosfor giderimini bozabilecek nitrat ve yüksek DO'yu taşır. Çamurun anoksik tanka, nitrifiye sıvının anoksik tanka geri dönüştürüldüğü ve biyo-P giderimini geliştirmek için anoksikten anaerobik tanka ilave bir geri dönüşümün eklendiği Cape Town Üniversitesi (UCT) süreci düşünülebilir.
Çamur arıtma, bir tesisin işletme maliyetinin %50-60'ını oluşturabilir. Yerinde-çamur azaltma teknolojileri benimsenmelidir. Modifiye edilmiş AAO biyo-tanklarındaki yüksek MLSS, yüksek bir F/M oranına yol açar; burada ayırma metabolizması meydana gelebilir, çamur azaltımı teşvik edilir ve çamur işleme maliyetleri düşer. Gelecekte odak noktası, mikro-lizis yoluyla şifreli büyüme, Oksik-Çökeltme-Anaerobik (OSA) işlemi ve kömür madeni atıksu arıtımında metabolizmanın ayrılması gibi yerinde azaltma teknolojilerinin uygulanması olmalıdır.
Bu süreç, kömür madenlerindeki mevcut AAO tesislerinin yenilenmesi için uygundur. Anoksik/aerobik tanklara taşıyıcıların eklenmesi atık su kalitesini iyileştirebilir, kapasiteyi artırabilir ve sistem stabilitesini geliştirebilir. Daha sıkı atık su gereksinimleri olan tesisler için ikincil arıtıcının MBR sistemiyle değiştirilmesi su kalitesini daha da artırabilir.
4. Sonuç
- Modifiye AAO Süreci, kararlılığı geliştirmek, kapasiteyi artırmak veya daha katı standartları karşılamak amacıyla kömür madenlerindeki mevcut AAO sistemlerini yükseltmek için uygundur.
- Kömür madeni evsel atık suyunu arıtırken, atık su aynı anda yol sulama/yeşillik için *GB/T 18920-2002* standartlarını ve kömür yıkama suyu için GB 50359-2016 standartlarını karşılayabilir ve su kalitesi ve miktarındaki değişikliklere güçlü bir uyum sağlayabilir.
- Proses, iyi çökelebilirliğe ve kolay ayrılmaya sahip stabil çamur üretir, daha az çamur üretir ve çamur arıtma maliyetlerini azaltır.