В современных системах очистки сточных вод сточные воды обычно содержат органические вещества, взвешенные вещества и растворенные питательные вещества. Если эти загрязняющие вещества сбрасываются напрямую без эффективной очистки, они окажут воздействие на принимающие водные объекты и экологическую среду. Процесс с активным илом разлагает загрязняющие вещества посредством микробного метаболизма и в настоящее время является одним из важных процессов вторичной очистки городских сточных вод и различных промышленных сточных вод.

Система активного ила использует микроорганизмы, такие как бактерии, простейшие и грибы, для преобразования биоразлагаемых загрязнителей в сточных водах в новую биомассу, углекислый газ и воду. Эта технология была применена в Манчестере, Великобритания, еще в 1914 году, и сегодня она превратилась в различные конфигурации процессов, включая традиционный активный ил (CAS), секвенирующий реактор периодического действия (SBR), окислительную канаву и мембранный биореактор (MBR).

Для проекта комплексной очистки сточных вод биологическая очистка не является конечной точкой. Большое количество отработанного активного ила необходимо дополнительно сгущать, кондиционировать и обезвоживать, где полиакриламид (ПАМ) играет жизненно важную роль. Для клиентов, которым необходимо одновременно решать проблемы, связанные с химикатами, обработкой осадка и сопряжением оборудования, ECOLINK TECHNOLOGY может предоставить комплексные решения, от химикатов для очистки воды до обезвоживания осадка.

1. Что такое процесс с активным илом?

Процесс с активным илом, по сути, представляет собой контролируемую технологию биологической очистки.

В аэротенке сточные воды полностью контактируют со смешанной жидкостью, содержащей большое количество активных микроорганизмов, при этом кислород непрерывно подается через аэрационное оборудование. Микроорганизмы используют биоразлагаемые органические вещества сточных вод в качестве источников энергии и питательных веществ, образуя биологические хлопья с хорошими характеристиками осаждения.

Эти хлопья представляют собой не простые взвешенные частицы, а скорее трехмерную микробную структуру, способную адсорбировать и улавливать коллоидные и дисперсные органические вещества. По мере увеличения времени работы микробное сообщество в системе постепенно формирует относительно стабильную экологическую систему.

В аэробных условиях гетеротрофные бактерии быстро потребляют биохимическую потребность в кислороде (БПК); по мере увеличения возраста осадка нитрифицирующие бактерии постепенно приживаются и преобразуют аммоний в нитрат. Если система оснащена бескислородной зоной, денитрифицирующие бактерии могут дополнительно восстанавливать нитраты до газообразного азота, тем самым обеспечивая биологическое удаление азота.

Таким образом, типичный процесс с активным илом обычно состоит из нескольких основных этапов: биологическая реакция, разделение твердых-жидких веществ, рециркуляция ила и сброс отработанного ила.

2. Основные компоненты системы активного ила

1. Аэрационный резервуар: завершение основной биологической реакции

Аэротенк является основной зоной биологических реакций системы активного ила.

После поступления в аэротенк сточные воды смешиваются с возвратным активным илом (УЗВ). Оборудование для аэрации выпускает мелкие пузырьки со дна резервуара, чтобы наполнить воду кислородом, создавая при этом достаточную гидравлическую турбулентность, чтобы микробные хлопья оставались во взвешенном состоянии.

Для систем, требующих стабильной нитрификации, содержание растворенного кислорода (РК) в аэробной зоне должно поддерживаться на уровне выше 2,0 мг/л. Если DO остается ниже этого уровня в течение длительного времени, микробное сообщество может претерпеть значительные изменения, и на восстановление могут потребоваться дни или даже недели.

Таким образом, в реальной конструкции процесса активного ила система аэрации не только связана с эффективностью разложения загрязняющих веществ, но также напрямую влияет на потребление энергии и последующую производительность осаждения.

2. Вторичный осветлитель: достижение разделения твердых-жидкостей

Смешанный раствор после биологической реакции поступает во вторичный отстойник.

Здесь хлопья активного ила оседают под действием силы тяжести, обеспечивая разделение очищенной воды и биологического ила. Надосадочная жидкость переливается и выводится из отстойника, а осадок, оседающий на дно, поступает в процессы очистки возвратного ила и отработанного осадка соответственно в соответствии с требованиями системы.

Среднее значение БПК₅ и TSS за 30 дней в типичной системе вторичной очистки может достигать 30 мг/л при диапазоне pH от 6,0 до 9,0.

Если хлопья ила не образуют хорошую структуру осаждения, могут возникнуть такие проблемы, как повышенная мутность сточных вод, набухание и всплывание осадка. Таким образом, эффективность флокуляции осадка является одним из важных факторов, определяющих эффективность работы вторичного осветлителя.

3. Возврат активного ила (RAS).

Часть осевшего ила необходимо вернуть в аэротенк для поддержания концентрации микробов в биореакторе; эта часть ила называется возвратным активным илом (RAS).

Скорость потока RAS обычно составляет от 50% до 100% скорости притока, которую необходимо регулировать в сочетании с целевой концентрацией MLSS.

Если скорость обратного потока слишком низкая, концентрация микробов в аэротенке может снизиться; если скорость обратного потока слишком высока, это может привести к увеличению гидравлической нагрузки на вторичный отстойник.

4. Отходы активного ила (ВАС).

Непрерывный рост микроорганизмов означает, что система будет постоянно производить новый клеточный материал. Если отработанный ил не удаляется своевременно, концентрация твердых веществ в системе будет постепенно увеличиваться, а SVI также может повышаться, что в конечном итоге влияет на эффективность осаждения осадка.

Следовательно, WAS необходимо подвергнуть последующей обработке, такой как сгущение, химическое кондиционирование и механическое обезвоживание.

Это также важная точка входа PAM в процесс очистки сточных вод.

3. Распространенные конфигурации процесса с активным илом

Разным технологическим конфигурациям соответствуют различное качество сточных вод, масштабы очистки и требования к сточным водам.

Обычный активный ил (CAS)

Традиционная технология активного ила является отработанной, широко применяется в технике и проверена в масштабных-эксплуатациях.

Его основными проблемами являются относительно большая площадь и ограниченная гибкость процесса.

Реактор периодического секвенирования (SBR)

SBR выполняет такие этапы, как заполнение, реакция, отстаивание, декантация и холостой ход во временной последовательности.

Один реакционный резервуар может выполнять несколько функций очистки, тем самым устраняя необходимость в отдельных вторичных осветлителях непрерывного действия. SBR особенно подходит для проектов по очистке промышленных сточных вод, которым необходимо гибко корректировать рабочие циклы в зависимости от изменений качества воды.

Его недостатки заключаются в более сложной логике управления и определенных колебаниях расхода сточных вод.

Окислительная канава

Окислительные канавы обычно имеют длительный СТО, что способствует нитрификации, при этом эксплуатация и управление относительно просты.

Однако их потребность в энергии выше, а воздействие на них относительно велико.

Мембранный биореактор (МБР)

В MBR используются ультрафильтрационные или микрофильтрационные мембраны вместо обычного гравитационного седиментирования для достижения разделения твердых частиц-жидкости.

Этот процесс предлагает такие преимущества, как превосходное качество сточных вод и небольшую занимаемую площадь, но капитальные вложения и затраты на замену мембран высоки.

В системах MBR MLSS обычно может достигать 8 000–12 000 мг/л, поэтому обращение с осадком также существенно отличается от обычных систем.

4. Ключевые рабочие параметры, которые необходимо контролировать в системах активного ила.

Стабильно работающий процесс с активным илом требует одновременного внимания к множеству взаимосвязанных рабочих параметров.

MLSS: Смешанные твердые взвешенные вещества в спирте

MLSS отражает концентрацию микроорганизмов и взвешенных веществ в биореакторе.

MLSS обычных систем с активным илом обычно поддерживается на уровне 2000–4000 мг/л, тогда как MLSS в конфигурациях MBR обычно выше и достигает 8000–12 000 мг/л.

MLSS не лучше просто потому, что он выше. Если концентрация твердых веществ слишком высока, это может увеличить потребление энергии на аэрацию, повлиять на перенос кислорода и изменить эффективность осаждения.

SRT: Время удержания осадка

SRT, также известный как возраст осадка, относится к среднему времени, в течение которого твердые биологические вещества остаются в системе.

Нитрифицирующие бактерии растут медленно, и для создания стабильной популяции требуется не менее 10-15 дней при температуре 20 градусов. Более короткий SRT может привести к вымыванию нитрифицирующих бактерий из системы, в то время как более длительный SRT, хотя и полезен для стабильности системы, приведет к увеличению производства ила и затрат на его обработку.

Ж/М: соотношение продуктов питания-к-микроорганизмам.

F/M представляет собой соотношение между органической нагрузкой, поступающей в биореактор, и микробной массой.

Высокое соотношение F/M может привести к рассеянному росту микроорганизмов, что приведет к ухудшению эффективности осаждения ила.

Когда F/M составляет 0,4–0,8 кг БПК/кг MLVSS/день, в системе может наблюдаться рассеянный рост и плохое осаждение; традиционные очистные сооружения обычно имеют соотношение F/M 0,05–0,2, что позволяет образовывать более стабильные хлопья.

SVI: Индекс объема осадка

SVI является важным показателем для оценки эффективности осаждения активного ила.

После статического осаждения 1 литра смешанного раствора в течение 30 минут SVI рассчитывается на основе объема осевшего ила и MLSS.

Обычно значение ниже 120 мл/г соответствует хорошей эффективности осаждения; если оно превышает 200 мл/г, это может указывать на набухание осадка, требующее дальнейшего расследования причины.

ДО: Растворенный кислород

Уровень растворенного кислорода в аэробной зоне должен поддерживаться на уровне выше 2,0 мг/л, в то время как бескислородная зона, необходимая для денитрификации, нуждается в растворенном кислороде, близком к-нулевому.

Правильный контроль между аэробными и бескислородными зонами очень важен для биологического удаления азота и фосфора.

Кроме того, температура также влияет на скорость микробных реакций. Перепад температуры на 10 градусов снижает скорость биологической реакции примерно вдвое. Следовательно, при разработке процесса с активным илом также необходимо учитывать сезонные колебания температуры.

5. Почему PAM все еще необходим после обработки активным илом?

Биологическая очистка может эффективно снизить содержание органических загрязнителей в воде, но при этом также образуется большое количество биологических отходов.

В нормальных условиях на каждый 1 кг удаленного БПК образуется примерно 0,3–0,8 кг сухих веществ.

Общее содержание твердых веществ в необработанных WAS обычно составляет всего 0,5-1,5%. Если осуществляют прямое механическое обезвоживание, часто бывает трудно достичь экономически обоснованного эффекта обезвоживания.

Это именно ключевой этап, на котором PAM играет свою роль.

ПАМ, или полиакриламид, — это водо-растворимый полимер. В области очистки сточных вод он в первую очередь способствует образованию мелких частиц ила в более плотных хлопьях за счет действия заряда и образования полимерных цепей.

Для обезвоживания осадкаКатионный полиакриламидобычно находится в центре внимания при выборе продукта.

6. Как катионный полиакриламид улучшает обезвоживание осадка?

Частицы активного ила и поверхности микробных клеток обычно несут определенный отрицательный заряд, который удерживает частицы ила в дисперсном состоянии за счет отталкивания заряда.

После того, как катионный полиакриламид попадает в систему ила, он может уменьшить электростатическое отталкивание между частицами за счет нейтрализации заряда, одновременно используя полимерные цепи для образования мостиков, заставляя мелкие частицы ила агрегироваться в более крупные и плотные хлопья.

После образования хлопьев связанная вода в осадке легче высвобождается под действием механического давления или центробежной силы.

Таким образом, PAM для обезвоживания осадка — это не просто «увеличение седиментации», а, скорее, улучшение структуры хлопьев осадка, благодаря чему оборудование для механического обезвоживания обеспечивает лучший эффект разделения твердых частиц-жидкости.

После кондиционирования катионным полиакриламидом на ленточных фильтр-прессах и центрифугах можно получить осадок с содержанием сухих веществ 20-30%, тогда как без обработки полимером содержание сухих веществ в океке составляет всего 8-12%.

Для крупных очистных сооружений увеличение содержания твердых частиц в кеке означает, что частота транспортировки осадка, объем конечного удаления и связанные с этим затраты потенциально могут быть снижены.

7. Как выбрать подходящую модель PAM?

Не весь ил подходит для одного и того же ПАМ.

Источник осадка, метод разложения, содержание органических и минеральных веществ, а также оборудование для механического обезвоживания – все это будет влиять на выбор конечного продукта.

1. Катионный ПАМ

Катионный полиакриламид в основном используется для кондиционирования и обезвоживания осадка.

В случае аэробного сбраживания ила, если степень лизиса клеток высока, в иле может содержаться больше растворимых органических веществ, которые поглощают катионные заряды, поэтому обычно необходимо рассматривать продукты с более высокой плотностью заряда.

Для анаэробно сбраживаемого осадка с более высоким содержанием минералов продукты со средней плотностью заряда и более высокой молекулярной массой могут иметь лучшую адаптируемость.

ECOLINK TECHNOLOGY предлагает катионные ПАМ с различными диапазонами молекулярной массы и плотности заряда, которые можно выбирать в зависимости от свойств осадка, а также от такого оборудования, как центрифуги и ленточные фильтр-прессы.

2. Анионный ПАМ

Анионный полиакриламид, помимо некоторых применений для очистки осадка, также может использоваться в предшествующем процессе флокуляции очистки сточных вод.

В условиях ударных нагрузок анионный полиакриламид может помочь улучшить эффективность разделения твердых частиц-жидкости в осветлителях и может использоваться в сочетании с неорганическими коагулянтами.

Таким образом, полиакриламид не ограничивается обезвоживанием осадка; он также имеет широкое применение в промышленных сточных водах и комплексных системах очистки сточных вод.

8. Технические параметры ПАМ: как оценить пригодность продукта для очистки сточных вод?

При фактических закупках PAM сравнение цен само по себе не может определить характеристики продукта.

При обезвоживании осадка внимание следует сосредоточить на следующих технических показателях:

Продукты PAM компании ECOLINK TECHNOLOGY включают катионные, анионные и не-ионные типы, что позволяет выбирать продукцию на основе свойств осадка, процессов очистки и оборудования для обезвоживания.

Особенно важно отметить, что окончательную дозировку ПАМ не следует определять исключительно на основе теоретических значений. Поскольку различия в органических веществах, неорганических веществах, MLSS и характеристиках заряда в разных осадках значительны, практическое применение обычно требует испытаний в стаканах и-испытаний на месте для определения оптимального продукта и дозировки.

Поэтому в проектах катионного полиакриламида для очистки осадка выбор продукта, метод растворения, точка дозирования и рабочие параметры оборудования должны оцениваться вместе.

9. Другие применения ПАМ в системах очистки сточных вод.

Хотя обезвоживание осадка является одним из наиболее важных применений ПАМ, ПАМ также можно использовать для улучшения флокуляции и отделения твердых-жидкостей в комплексных системах очистки сточных вод.

Например, когда качество поступающей воды внезапно меняется, увеличивается содержание взвешенных твердых частиц или снижается эффективность осаждения вторичного осветлителя, в качестве вспомогательного флокулянта можно выбрать соответствующий полиакриламид, исходя из фактического качества воды.

Правильное образование полимерных мостиков может помочь мелким частицам образовывать более крупные хлопья, тем самым улучшая скорость осаждения, снижая мутность сточных вод и дополнительно помогая контролировать взвешенные твердые частицы в системе.

Для проектов по очистке промышленных сточных вод, требующих химической коагуляции, ПАМ также можно использовать в сочетании с неорганическими коагулянтами, такими как ПАК.

Следует подчеркнуть, что выбор ПАМ нельзя отделить от конкретного качества воды. Масла, минеральные частицы, органические вещества и ионы металлов в различных промышленных сточных водах влияют на фактическую производительность полимера, поэтому экспериментальный скрининг остается важным шагом для определения оптимального продукта.

10. Распространенные проблемы эксплуатации систем активного ила

1. Накопление осадка

Чрезмерный рост нитчатых микроорганизмов является одной из важных причин аномального оседания во вторичных отстойниках.

Нитчатые микроорганизмы, такие какМикротрикс парвицеллаиТиотрикссп. могут расти в больших количествах при низком DO, низком питательных веществах или неподходящих условиях F/M, в результате чего SVI превышает 200 мл/г.

Улучшить эту проблему можно за счет увеличения DO, регулировки расхода WAS, оптимизации F/M и установки селекторных баков.

2. Биологическая пена и накипь

Серо--коричневая устойчивая пена на поверхности аэротенков обычно связана с нитчатыми микроорганизмами, тогда как белая пена, сопровождаемая большим количеством пузырьков, может быть связана со стоками, содержащими моющие средства и поверхностно-активные вещества.

Если это биологическая пена, ее можно контролировать, регулируя SRT и принимая необходимые меры по физическому уничтожению ила.

3. Подъем осадка во вторичных отстойниках

Если внутри вторичного отстойника происходит неожиданная денитрификация, образующиеся пузырьки азота могут переносить осевший ил на поверхность воды.

Эту проблему можно решить, увеличив скорость откачки УЗВ, сократив время пребывания осветлителя до менее 1,5 часов или нарушив застойный слой ила посредством соответствующей рециркуляции.

4. Повышенная мутность сточных вод и образование хлопьев.

Если в стоках появляется большое количество мелких, не-осаждающихся хлопьев, это может быть связано с слишком коротким СТО, вызванным чрезмерным сбросом ОВ, недостаточным количеством питательных веществ или попаданием токсичных веществ в биологическую систему.

В настоящее время необходимо пере-переоценить SRT, действующие ингибирующие вещества и соотношение питательных веществ и подтвердить, соответствует ли БПК:N широко используемому соотношению 100:5:1.

11. Почему при обезвоживании осадка не следует ориентироваться исключительно на цену PAM?

В реальных проектах по очистке сточных вод стоимость приобретения PAM составляет лишь часть общих эксплуатационных затрат.

Если продукт PAM дешевле, но обладает недостаточным эффектом флокуляции, это может привести к:

Снижение содержания твердых веществ в кеке;

Снижение производительности обезвоживающего оборудования;

Увеличение частоты транспортировки осадка;

Повышенное содержание взвешенных веществ в фильтрате;

Увеличение последующих затрат на утилизацию;

Снижение стабильности работы оборудования.

И наоборот, хотя закупочная цена за единицу подходящего продукта PAM может отличаться, если это может повысить эффективность обезвоживания осадка, это может снизить совокупную стоимость всей цепочки обработки осадка.

Таким образом, PAM для обезвоживания осадка должен перейти от оценки «цены за тонну продукта» к «комплексной стоимости обработки за тонну сухого осадка».

ECOLINK TECHNOLOGY не только поставляет продукцию PAM, но также может помочь в проверке продукции на основе процессов очистки сточных вод клиента, свойств осадка и состояния оборудования, тем самым снижая риски, связанные с зависимостью исключительно от цены закупок.

12. ТЕХНОЛОГИЯ ECOLINK: от химикатов для очистки воды к комплексным решениям

На станциях очистки сточных вод химикаты, оборудование и управление технологическими процессами часто не являются независимыми друг от друга.

Стабильный проект очистки сточных вод должен соединить:

Качество поступающей воды → Биологическая очистка → Разделение твердых-жидкостей → Кондиционирование осадка → Механическое обезвоживание → Удаление осадка

в полную цепочку лечения.

ECOLINK TECHNOLOGY специализируется на химикатах для очистки воды и оборудовании для очистки воды, предлагая такие продукты и решения, как PAM, PAC и оборудование для очистки сточных вод.

Что касается применения ПАМ, катионный полиакриламид или анионный полиакриламид можно выбрать в соответствии с типом осадка и оборудованием для обработки клиента, с соответствующей молекулярной массой, плотностью заряда и условиями дозирования, определенными посредством экспериментальных испытаний.

Для клиентов, которым необходимо построить или модернизировать очистные сооружения, химикаты и оборудование для очистки сточных вод также можно рассмотреть вместе, чтобы обеспечить-единое обслуживание от химикатов до оборудования.

13. Как выбрать подходящий для вас продукт PAM?

Свойства осадка сильно различаются на разных станциях очистки сточных вод, поэтому ни один PAM не применим ко всем проектам.

В реальных проектах рекомендуется следовать следующему процессу:

Шаг 1: Узнайте источник осадка

Подтвердите, поступает ли осадок из городских сточных вод, промышленных сточных вод, пищевой промышленности, производства бумаги, текстиля, горнодобывающей промышленности или других систем очистки.

Шаг 2: Подтвердите свойства осадка

Сосредоточьтесь на понимании MLSS, содержания твердых веществ, SVI, содержания органических веществ, а также того, подвергся ли осадок аэробному или анаэробному сбраживанию.

Шаг 3: Подтвердите оборудование для обезвоживания

Уточните, используются ли центрифуги, ленточные фильтр-прессы или другое механическое обезвоживающее оборудование.

Шаг 4. Проведите скрининг PAM

Выполните экспериментальные сравнения продуктов с различной молекулярной массой и ионной степенью, наблюдая за размером хлопьев, скоростью осаждения, прозрачностью фильтрата и состоянием осадка после обезвоживания.

Шаг 5. Определите условия эксплуатации на-объекте

Наконец, определите рабочие параметры путем объединения технологической мощности оборудования, концентрации химического препарата, положения дозирования и фактического производства осадка.

Этот процесс более надежен, чем просто закупки по модели PAM или по цене за-тонну.

Для проектов катионного полиакриламида для очистки осадка ECOLINK TECHNOLOGY может обеспечить выбор продукции и техническую поддержку с учетом реальных условий технологического процесса клиентов.

14. Заключение: Стабильная биологическая очистка так же важна, как и эффективное управление осадком.

Процесс с активным илом обеспечивает удаление органических веществ и частичное преобразование питательных веществ посредством микробного метаболизма, что является важным технологическим путем в современной очистке сточных вод.

Однако по-настоящему эффективная система очистки сточных вод не может фокусироваться только на эффективности удаления загрязняющих веществ в аэротенке. Рабочие параметры, такие как MLSS, SRT, F/M, SVI и DO, совместно определяют, является ли биологическая система стабильной, в то время как производительность отделения твердых-жидкостей вторичного осветлителя напрямую влияет на конечное качество сточных вод.

Одновременно с этим отработанный активный ил должен пройти эффективную обработку сгущением, кондиционированием и обезвоживанием.

ПАМ, особенно катионный полиакриламид, может улучшить структуру хлопьев осадка за счет нейтрализации заряда и образования полимерных мостиков, тем самым помогая оборудованию механического обезвоживания получить более высокое содержание твердых частиц в кеке.

Для предприятий, стремящихся оптимизировать затраты на обезвоживание осадка, улучшить стабильность системы очистки сточных вод или закупить химикаты и оборудование для очистки воды, ECOLINK TECHNOLOGY может предоставить целевые продукты и решения, основанные на конкретном качестве воды и условиях процесса.