У сучасних системах очищення стічних вод стічні води зазвичай містять органічні речовини, зважені тверді речовини та розчинені поживні речовини. Якщо ці забруднюючі речовини скидаються безпосередньо без ефективного очищення, вони впливатимуть на водойми, що приймають, і на екологічне середовище. Процес активного мулу розкладає забруднювачі через мікробний метаболізм і в даний час є одним із важливих вторинних процесів очищення міських стічних вод і різних промислових стічних вод.

Система активного мулу використовує мікроорганізми, такі як бактерії, найпростіші та гриби, для перетворення біологічно розкладаних забруднюючих речовин у стічних водах у нову біомасу, вуглекислий газ і воду. Ця технологія була застосована в Манчестері, Великобританія, ще в 1914 році, і сьогодні вона розвинулася в різні конфігурації процесу, включаючи звичайний активований мул (CAS), секвенуючий реактор періодичної дії (SBR), окислювальну канаву та мембранний біореактор (MBR).

Для повного проекту очищення стічних вод біологічне очищення не є кінцевою точкою. Велика кількість відходів активного мулу потребує подальшого згущення, кондиціонування та зневоднення, де поліакриламід (ПАМ) відіграє життєво важливу роль. Для клієнтів, яким потрібно одночасно вирішити проблеми з хімікатами, обробкою осаду та підключенням обладнання, ECOLINK TECHNOLOGY може надати комплексні рішення від хімікатів для обробки води до зневоднення осаду.

1. Що таке процес активного мулу?

Процес активованого мулу – це, по суті, технологія контрольованої біологічної обробки.

В аеротенку стічна вода повністю контактує зі змішаним розчином, що містить велику кількість активних мікроорганізмів, при цьому кисень безперервно забезпечується через обладнання для аерації. Мікроорганізми використовують біологічно розкладану органічну речовину в стічних водах як джерело енергії та поживних речовин, утворюючи біологічні пластівця з хорошою здатністю до осідання.

Ці пластівці — це не прості зважені частки, а скоріше тривимірна мікробна структура, здатна адсорбувати та захоплювати колоїдні та тверді органічні речовини. У міру збільшення часу роботи мікробна спільнота в системі поступово формує відносно стабільну екологічну систему.

В аеробних умовах гетеротрофні бактерії швидко споживають біохімічну потребу в кисні (БПК); у міру збільшення віку мулу нітрифікуючі бактерії поступово приживаються та перетворюють амоній на нітрат. Якщо систему налаштовано з безкисневою зоною, денітрифікуючі бактерії можуть додатково відновлювати нітрати до газоподібного азоту, таким чином досягаючи біологічного видалення азоту.

Тому типовий процес з активним мулом зазвичай складається з кількох основних етапів: біологічна реакція, відокремлення твердої-рідини, рециркуляція мулу та скидання стічного мулу.

2. Основні компоненти системи активного мулу

1. Аеротенк: завершення основної біологічної реакції

Аеротенк є основною зоною біологічної реакції системи активного мулу.

Після надходження в аеротенк стічні води змішуються з зворотним активним мулом (РАС). Обладнання для аерації випускає дрібні бульбашки з дна резервуара, щоб ввести кисень у воду, водночас створюючи достатню гідравлічну турбулентність, щоб підтримувати мікробні пластівці у підвішеному стані.

Для систем, які потребують стабільної нітрифікації, розчинений кисень (РО) в аеробній зоні повинен підтримуватися вище 2,0 мг/л. Якщо DO залишається нижчим за цей рівень протягом тривалого часу, мікробне співтовариство може зазнати значних змін і для відновлення можуть знадобитися дні або навіть тижні.

Таким чином, у фактичному проекті процесу з активним мулом система аерації не лише пов’язана з ефективністю розкладання забруднюючих речовин, але й безпосередньо впливає на споживання енергії та подальшу продуктивність відстоювання.

2. Вторинний очисник: досягнення розділення твердої-рідини

Змішаний розчин після біологічної реакції надходить у вторинний відстійник.

Тут пластівці активного мулу осідають самопливом, досягаючи розділення очищеної води та біологічного мулу. Надосадова рідина переливається та викидається з відстійника, тоді як осад, що осідає на дно, потрапляє в процеси обробки зворотного осаду та стічного осаду відповідно до вимог системи.

30-денний середній БПК₅ і TSS типової вторинної системи очищення може досягати 30 мг/л з діапазоном pH від 6,0 до 9,0.

Якщо пластівцям мулу не вдається сформувати належну осідаючу структуру, можуть виникнути такі проблеми, як підвищення каламутності стічних вод, збільшення об’єму та спливання мулу. Тому продуктивність флокуляції осаду є одним із важливих факторів, що визначають ефективність роботи вторинного відстійника.

3. Повернення активного мулу (RAS)

Частину осілого осаду необхідно повертати в аеротенк для підтримки мікробної концентрації в біореакторі; ця частина осаду називається поверненням активованого мулу (RAS).

Швидкість потоку RAS зазвичай становить від 50% до 100% швидкості потоку вхідного потоку, який потрібно регулювати в поєднанні з цільовою концентрацією MLSS.

Якщо швидкість зворотного потоку занадто мала, концентрація мікробів в аеротенку може знизитися; якщо швидкість зворотного потоку занадто висока, це може спричинити збільшення гідравлічного навантаження на вторинний відстійник.

4. Відходи активного мулу (WAS)

Безперервний мікробний ріст означає, що система постійно вироблятиме новий клітинний матеріал. Якщо відпрацьований осад не скидається вчасно, концентрація твердих речовин у системі поступово збільшуватиметься, а SVI також може підвищуватися, що в кінцевому підсумку вплине на продуктивність осідання осаду.

Тому WAS необхідно пройти наступну обробку, таку як згущення, хімічне кондиціонування та механічне зневоднення.

Це також важлива точка входу для PAM у процес очищення стічних вод.

3. Загальні конфігурації процесу активного мулу

Різним конфігураціям процесу відповідають різні якості стічних вод, масштаби очищення та вимоги до стічних вод.

Звичайний активний мул (CAS)

Звичайна технологія активного мулу є зрілою, широко застосовуваною в техніці та підтвердженою-великомасштабною роботою.

Основними проблемами є відносно велика площа та обмежена гнучкість процесу.

Реактор періодичного секвенування (SBR)

SBR завершує такі стадії, як заповнення, реакція, відстоювання, декантація та холостий хід у часовій послідовності.

Один реакційний резервуар може виконувати кілька функцій очищення, таким чином усуваючи потребу в окремих безперервних вторинних відстійниках. SBR особливо підходить для проектів промислових стічних вод, які потребують гнучкого регулювання робочих циклів на основі змін якості води.

Його недоліки полягають у більш складній логіці управління та певних коливаннях витрати стоків.

Окислювальна канава

Окислювальні канави зазвичай мають тривалий SRT, що сприяє нітрифікації, тоді як експлуатація та керування є відносно простими.

Однак їх потреба в енергії вища, а площа займає відносно велику площу.

Мембранний біореактор (MBR)

MBR використовує ультрафільтраційні або мікрофільтраційні мембрани замість звичайного гравітаційного осадження для досягнення розділення твердої-рідинної речовини.

Цей процес пропонує такі переваги, як чудова якість стічної води та невелика площа, але капітальні інвестиції та витрати на заміну мембран є високими.

У системах MBR MLSS зазвичай може досягати 8 000–12 000 мг/л, тому його управління мулом також суттєво відрізняється від звичайних систем.

4. Основні робочі параметри, які необхідно контролювати в системах з активним мулом

Стабільно працюючий процес з активним мулом вимагає одночасної уваги до багатьох взаємопов’язаних робочих параметрів.

MLSS: Завислі тверді речовини змішаної рідини

MLSS відображає концентрацію мікроорганізмів і завислих речовин в біореакторі.

MLSS звичайних систем з активним мулом зазвичай підтримується на рівні 2000–4000 мг/л, тоді як MLSS у конфігураціях MBR зазвичай вище, досягаючи 8000–12 000 мг/л.

MLSS не кращий просто тим, що він вищий. Якщо концентрація твердих частинок занадто висока, це може збільшити споживання енергії на аерацію, вплинути на перенесення кисню та змінити ефективність осідання.

SRT: Час утримання осаду

SRT, також відомий як вік мулу, відноситься до середнього часу, протягом якого тверді біологічні речовини залишаються в системі.

Нітрифікуючі бактерії ростуть повільно, вимагаючи щонайменше 10-15 днів при температурі 20 градусів, щоб створити стабільну популяцію. Коротша SRT може призвести до вимивання нітрифікуючих бактерій із системи, тоді як довша SRT, хоча й корисна для стабільності системи, збільшить утворення осаду та витрати на очищення.

F/M: Співвідношення їжі-до-мікроорганізмів

F/M представляє співвідношення між органічним навантаженням, що надходить у біореактор, і мікробною масою.

Високе співвідношення F/M може призвести до диспергованого росту мікроорганізмів, тим самим спричиняючи погану продуктивність осідання мулу.

Коли F/M становить 0,4–0,8 кг БПК/кг MLVSS/день, система може спостерігати дисперсне зростання та погане осідання; традиційні очисні споруди зазвичай мають F/M 0,05–0,2 для утворення більш стабільних пластівців.

SVI: Індекс об’єму мулу

SVI є важливим показником для оцінки ефективності осідання активного мулу.

Після того, як 1 літр змішаного розчину статично відстоюється протягом 30 хвилин, SVI розраховується на основі об’єму осілого осаду та MLSS.

Як правило, значення нижче 120 мл/г означає хорошу ефективність осідання; якщо він перевищує 200 мл/г, це може свідчити про накопичення осаду, що вимагає подальшого дослідження причини.

DO: розчинений кисень

РВ в аеробній зоні має підтримуватися вище 2,0 мг/л, тоді як безкиснева зона, необхідна для денітрифікації, потребує майже{1}}нульового розчиненого кисню.

Належний контроль між аеробною та безкисневою зонами дуже важливий для біологічного видалення азоту та фосфору.

Крім того, температура також впливає на швидкість мікробної реакції. Зниження температури на 10 градусів зменшує швидкість біологічної реакції приблизно вдвічі. Таким чином, при розробці процесу з активним мулом необхідно також враховувати сезонні коливання температури.

5. Чому PAM все ще необхідний після обробки активного мулу?

Біологічне очищення може ефективно зменшити органічні забруднювачі у воді, але воно також створює велику кількість відходів біологічного мулу.

За нормальних обставин на кожний 1 кг видаленої БПК утворюється приблизно 0,3-0,8 кг сухих твердих речовин.

Загальний вміст твердих речовин у необроблених WAS зазвичай становить лише 0,5-1,5%. Якщо виконується пряме механічне зневоднення, часто важко досягти економічно обґрунтованого ефекту зневоднення.

Це саме той ключовий етап, де PAM відіграє свою роль.

ПАМ, або поліакриламід, є водо-розчинним полімером. У сфері очищення стічних вод це в першу чергу сприяє утворенню дрібних частинок мулу для утворення більш щільних пластівців завдяки дії заряду та з’єднанню полімерних ланцюгів.

Для зневоднення осаду,Катіонний поліакриламідзазвичай є центром вибору продукту.

6. Як катіонний поліакриламід покращує зневоднення осаду?

Частинки активного мулу та поверхні мікробних клітин зазвичай несуть певний негативний заряд, який утримує частинки мулу в дисперсному стані завдяки відштовхуванню зарядів.

Після того, як катіонний поліакриламід потрапляє в систему мулу, він може зменшити електростатичне відштовхування між частинками шляхом нейтралізації заряду, одночасно використовуючи полімерні ланцюги для утворення містків, змушуючи дрібні частинки мулу агрегувати у більші та щільніші пластівці.

Після утворення пластівців зв’язана вода в мулі легше виділяється під дією механічного тиску або відцентрової сили.

Таким чином, PAM для зневоднення осаду — це не просто «збільшення седиментації», а радше покращення структури пластівців осаду, щоб обладнання для механічного зневоднення досягало кращих ефектів розділення твердої-рідини.

Після кондиціонування катіонним поліакриламідом на стрічкових фільтр-пресах і центрифугах можна отримати осад з 20-30% сухої речовини, тоді як без полімерної обробки вміст сухої речовини становить лише 8-12%.

Для великих очисних споруд збільшення вмісту твердих частинок осаду означає, що потенційно можна зменшити частоту транспортування осаду, кінцевий об’єм утилізації та пов’язані з цим витрати.

7. Як вибрати відповідну модель PAM?

Не весь осад підходить для одного і того ж PAM.

Джерело осаду, метод зброджування, органічний вміст, мінеральний вміст і обладнання для механічного зневоднення впливатимуть на кінцевий вибір продукту.

1. Катіонний ПАМ

Катіонний поліакриламід в основному використовується для кондиціонування осаду та зневоднення осаду.

Для аеробно розщепленого мулу, якщо ступінь лізису клітин високий, у мулі може бути більше розчинної органічної речовини, яка споживає катіонні заряди, тому зазвичай потрібно розглядати продукти з більшою щільністю заряду.

Для анаеробного зброджування осаду з вищим вмістом мінеральних речовин продукти із середньою щільністю заряду та більшою молекулярною масою можуть мати кращу адаптивність.

ТЕХНОЛОГІЯ ECOLINK забезпечує катіонний ПАМ у різних діапазонах молекулярної маси та щільності заряду, які можна вибрати відповідно до властивостей осаду, а також обладнання, наприклад центрифуги та стрічкові фільтр-преси.

2. Аніонний ПАМ

Аніонний поліакриламід, окрім деяких застосувань для обробки осаду, також може використовуватися в попередньому процесі флокуляції очищення стічних вод.

В умовах ударного навантаження аніонний поліакриламід може допомогти покращити ефективність відокремлення твердої-рідини в освітлювачах і може використовуватися в поєднанні з неорганічними коагулянтами.

Таким чином, поліакриламід не обмежується зневодненням осаду; він також має широке застосування в промислових стічних водах і комплексних системах очищення стічних вод.

8. Технічні параметри PAM: як оцінити придатність продукту для очищення стічних вод?

У реальних закупівлях PAM лише порівняння ціни не може визначити продуктивність продукту.

Для зневоднення осаду слід звернути увагу на такі технічні показники:

Продукти PAM від ECOLINK TECHNOLOGY охоплюють катіонні, аніонні та не{0}}іонні типи, дозволяючи вибирати продукт на основі властивостей осаду, процесів обробки та обладнання для зневоднення.

Особливо важливо відзначити, що остаточну дозу PAM не слід визначати виключно на основі теоретичних значень. Оскільки відмінності в органічній речовині, неорганічній речовині, MLSS і характеристиках заряду між різними осадами є суттєвими, практичне застосування зазвичай вимагає випробувань у склянці та -випробувань на місці, щоб визначити оптимальний продукт і дозування.

Таким чином, у проектах катіонного поліакриламіду для обробки шламу вибір продукту, метод розчинення, точка дозування та робочі параметри обладнання слід оцінювати разом.

9. Інші застосування PAM в системах очищення стічних вод

Хоча зневоднення осаду є одним із найважливіших застосувань PAM, PAM також можна використовувати для покращення флокуляції та відділення твердої-рідини в повних системах очищення стічних вод.

Наприклад, коли якість води, що надходить, раптово змінюється, навантаження зважених твердих речовин збільшується або продуктивність вторинного відстійника знижується, відповідний поліакриламід можна вибрати як допоміжний флокулянт на основі фактичної якості води.

Належне полімерне покриття може допомогти дрібним частинкам утворити більші пластівці, тим самим підвищуючи швидкість осідання, зменшуючи каламутність стоків і додатково допомагаючи контролювати зважені тверді речовини в системі.

Для проектів промислових стічних вод, які вимагають хімічної коагуляції, PAM також можна використовувати в поєднанні з неорганічними коагулянтами, такими як PAC.

Слід підкреслити, що вибір PAM не можна відокремити від конкретної якості води. Масла, мінеральні частинки, органічні речовини та іони металів у різних промислових стічних водах впливатимуть на фактичні характеристики полімеру, тому експериментальний скринінг залишається важливим кроком для визначення оптимального продукту.

10. Поширені проблеми з роботою систем з активним мулом

1. Наповнення мулу

Надмірний ріст нитчастих мікроорганізмів є однією з важливих причин ненормального осідання у вторинних відстійниках.

Нитчасті мікроорганізми, такі якMicrothrix parvicellaіТіотріксзр. може рости у великих кількостях за низького DO, низьких поживних речовин або невідповідних умов F/M, спричиняючи перевищення SVI 200 мл/г.

Покращення цієї проблеми можна зробити шляхом збільшення DO, регулювання викиду WAS, оптимізації F/M та встановлення резервуарів-відбірників.

2. Біологічна піна та накип

Сіро-коричнева стійка піна на поверхні аеротенків, як правило, пов’язана з ниткоподібними мікроорганізмами, тоді як біла піна, що супроводжується великою кількістю бульбашок, може бути пов’язана з миючими засобами та поверхнево-активними речовинами.

Якщо це біологічна піна, її можна контролювати, регулюючи SRT і вживаючи необхідних фізичних заходів щодо утилізації мулу.

3. Підйом шламу у вторинних відстійниках

Якщо всередині вторинного відстійника відбувається неочікувана денітрифікація, утворені бульбашки азоту можуть винести осілий мул на поверхню води.

Цю проблему можна вирішити шляхом збільшення швидкості закачування RAS, скорочення часу утримування освітлювача до 1,5 годин або порушення шару застояного мулу за допомогою відповідної рециркуляції.

4. Підвищена каламутність стічних вод і хлопья

Якщо у стічних водах з’являється велика кількість дрібних не{0}}осідаючих пластівців, це може бути пов’язано з надто коротким періодом SRT, спричиненим надмірним викидом WAS, недостатньою кількістю поживних речовин або токсичними речовинами, які потрапляють у біологічну систему.

У цей час необхідно повторно -оцінити SRT, вплив інгібіторів і співвідношення поживних речовин, а також підтвердити, чи БПК:N відповідає загальновживаному співвідношенню 100:5:1.

11. Чому зневоднення осаду не повинно зосереджуватися виключно на ціні PAM?

У реальних проектах очищення стічних вод вартість закупівлі ПАМ становить лише частину загальних експлуатаційних витрат.

Якщо PAM-продукт нижчий за ціною, але недостатній ефект флокуляції, це може призвести до:

Зменшення вмісту твердих частинок осаду;

Зменшення технологічної потужності обладнання для зневоднення;

Збільшення частоти транспортування мулу;

Підвищений вміст завислих речовин у фільтраті;

Збільшення подальших витрат на утилізацію;

Знижена стабільність роботи обладнання.

І навпаки, хоча закупівельна ціна за одиницю відповідного продукту PAM може відрізнятися, якщо це може покращити ефективність зневоднення осаду, це може знизити повну вартість усього ланцюга обробки осаду.

Таким чином, PAM для зневоднення осаду має перейти від оцінки «ціни за тонну продукту» до «комплексної вартості обробки за тонну сухого осаду».

ECOLINK TECHNOLOGY не лише надає продукцію PAM, але також може допомогти у перевірці продукції на основі процесів очищення стічних вод клієнтів, властивостей осаду та стану обладнання, тим самим зменшуючи ризики, пов’язані з покладенням виключно на ціну для закупівлі.

12. ТЕХНОЛОГІЯ ECOLINK: від хімікатів для очищення води до загальних рішень

Для очисних споруд хімічні речовини, обладнання та контроль процесу часто не є незалежними один від одного.

Стабільний проект очищення стічних вод повинен підключити:

Впливальна якість води → Біологічне очищення → Відокремлення твердої- рідини → Кондиціонування осаду → Механічне зневоднення → Утилізація осаду

у повний ланцюг лікування.

ECOLINK TECHNOLOGY зосереджується на хімікатах для очищення води та обладнанні для очищення води, пропонуючи такі продукти та рішення, як PAM, PAC та обладнання для очищення стічних вод.

З точки зору застосування PAM, катіонний поліакриламід або аніонний поліакриламід можна вибрати відповідно до типу мулу замовника та обладнання для обробки з відповідною молекулярною масою, щільністю заряду та умовами дозування, визначеними шляхом експериментального тестування.

Для клієнтів, яким потрібно побудувати чи модернізувати очисні споруди, хімікати та обладнання для очищення стічних вод також можна розглядати разом, щоб забезпечити комплексне{0}}обслуговування від хімікатів до обладнання.

13. Як визначити правильний продукт PAM для вас?

Властивості осаду сильно відрізняються на різних установках очищення стічних вод, тому жоден PAM не може бути застосовний до всіх проектів.

У реальних проектах рекомендується дотримуватися наведеного нижче процесу.

Крок 1: Зрозумійте джерело мулу

Перевірте, чи походить осад із муніципальних стічних вод, промислових стічних вод, харчової промисловості, виробництва паперу, текстилю, гірничої промисловості чи інших систем очищення.

Крок 2: Підтвердьте властивості мулу

Зосередьтеся на розумінні MLSS, твердого вмісту, SVI, органічного вмісту та того, чи пройшов осад аеробного чи анаеробного зброджування.

Крок 3: Підтвердьте обладнання для зневоднення

Уточніть, чи використовуються центрифуги, стрічкові фільтр-преси чи інше механічне обладнання для зневоднення.

Крок 4: Проведіть скринінг PAM

Виконайте експериментальні порівняння продуктів із різною молекулярною масою та іонним ступенем, спостерігаючи за розміром пластівців, швидкістю осідання, прозорістю фільтрату та станом кеку після зневоднення.

Крок 5: Визначте-умови роботи на місці

Нарешті, визначте робочі параметри, об’єднавши потужність обробки обладнання, концентрацію хімічного препарату, положення дозування та фактичне утворення осаду.

Цей процес надійніший, ніж просто закупівля на основі моделі PAM або ціни однієї-тонни.

Для проектів з катіонного поліакриламіду для обробки осаду ECOLINK TECHNOLOGY може надати вибір продукції та технічну підтримку відповідно до фактичних умов процесу клієнтів.

14. Висновок: Стабільна біологічна очистка так само важлива, як і ефективне управління мулом

Процес активованого мулу забезпечує видалення органічних речовин і часткове перетворення поживних речовин за допомогою мікробного метаболізму, що є важливим технічним шляхом у сучасній обробці стічних вод.

Однак справді ефективна система очищення стічних вод не може зосереджуватися лише на ефективності видалення забруднюючих речовин в аеротенку. Робочі параметри, такі як MLSS, SRT, F/M, SVI та DO, спільно визначають, чи стабільна біологічна система, тоді як ефективність розділення твердої-рідини вторинного відстійника безпосередньо впливає на кінцеву якість стоків.

Одночасно відпрацьований активний мул повинен пройти ефективну обробку згущення, кондиціонування та зневоднення.

PAM, особливо катіонний поліакриламід, може покращити структуру пластівців шламу за рахунок нейтралізації заряду та полімерних містків, тим самим допомагаючи механічному зневоднювальному обладнанню отримати більш високий вміст твердого осаду.

Для підприємств, які прагнуть оптимізувати витрати на зневоднення осаду, покращити стабільність системи очищення стічних вод або придбати хімікати та обладнання для очищення води, ECOLINK TECHNOLOGY може надати цільові продукти та рішення на основі конкретної якості води та умов процесу.