Jump to content

Аэробная грануляция

Биологическая очистка сточных вод на очистных сооружениях часто осуществляется с использованием традиционных систем активного ила . Эти системы обычно требуют больших площадей для обработки и разделения биомассы из-за, как правило, плохих свойств осаждения осадка . Аэробные гранулы представляют собой тип осадка, который может самоиммобилизовать хлопья и микроорганизмы в сферические и прочные компактные структуры. Преимуществами аэробного гранулированного ила являются отличная осаждаемость, высокое удержание биомассы, одновременное удаление питательных веществ и устойчивость к токсичности. Недавние исследования показывают, что аэробная обработка гранулированным илом может быть потенциально хорошим методом очистки сточных вод высокой концентрации с питательными и токсичными веществами.

Аэробный гранулированный ил обычно выращивается в SBR ( реактор периодического действия ) и успешно применяется для очистки сточных вод с высокой концентрацией, токсичных сточных вод и бытовых сточных вод. По сравнению с традиционными аэробными гранулированными процессами удаления ХПК, текущие исследования больше фокусируются на одновременном удалении питательных веществ, особенно ХПК, фосфора и азота , в условиях давления, таких как высокая соленость или термофильные условия.

В последние годы были разработаны новые технологии для улучшения оседаемости. Одним из них является использование технологии аэробного гранулированного ила .

Аэробные гранулы, полученные из городских сточных вод с использованием AGS.
Аэробные гранулы

Контекст

[ редактировать ]

Сторонники технологии аэробного гранулированного ила утверждают, что «в ближайшем будущем она будет играть важную роль в качестве инновационной технологии, альтернативной нынешнему процессу с активным илом при очистке промышленных и городских сточных вод». [1] и что его «можно легко внедрить и с прибылью использовать на установках с активным илом». [2] Однако в 2011 году он был охарактеризован как «еще не реализованный как крупномасштабное применение… с ограниченными и неопубликованными полномасштабными применениями для очистки городских сточных вод». [3]

Аэробная гранулированная биомасса

[ редактировать ]

Следующее определение отличает аэробные гранулы от простых хлопьев с относительно хорошими свойствами осаждения и появилось в результате дискуссий, состоявшихся на 1-м семинаре IWA по аэробному гранулированному илу в Мюнхене (2004 г.): [2]

Под гранулами, составляющими аэробный гранулированный активный ил, следует понимать агрегаты микробного происхождения, которые не коагулируют при пониженном гидродинамическом сдвиге и которые оседают значительно быстрее, чем хлопья активного ила.

- де Кройк и др. 2005 г. [4]

Формирование аэробных гранул

[ редактировать ]
Реактор SBR с аэробными гранулами

Биомасса гранулированного ила вырабатывается в реакторах периодического секвенирования (SBR) и без материалов-носителей. Эти системы удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к их формированию, а именно:

Режим праздника – голода: необходимо выбирать короткие периоды кормления, чтобы создать периоды пиршества и голода (Беун и др., 1999 г.). [5] ), характеризующиеся наличием или отсутствием органических веществ в жидких средах соответственно. Благодаря такой стратегии кормления достигается отбор подходящих микроорганизмов для формирования гранул. Когда концентрация субстрата в объемной жидкости высока, гранулеобразующие организмы могут запасать органическое вещество в виде поли- β -гидроксибутирата для потребления в период голода, что дает преимущество перед нитчатыми организмами. При применении анаэробного питания этот фактор усиливается, сводя к минимуму важность короткого времени отстаивания и более высоких гидродинамических сил.
Короткое время стабилизации: такое гидравлическое давление отбора на микробное сообщество позволяет удерживать гранулированную биомассу внутри реактора, в то время как хлопьевидная биомасса вымывается. (Цинь и др., 2004 г.) [6] )
Гидродинамическая сила сдвига : данные показывают, что применение высоких сил сдвига способствует образованию аэробных гранул и физической целостности гранул. Было обнаружено, что аэробные гранулы могут образовываться только выше порогового значения силы сдвига при поверхностной скорости восходящего потока воздуха выше 1,2 см/с в колонне SBR, а при высоком гидродинамическом сдвиге образуются более правильные, круглые и более компактные аэробные гранулы. силы (Тай и др., 2001 [7] ).

Гранулированный активный ил также вырабатывается в проточных реакторах с использованием процесса гибридного активного ила (HYBACS). [8] включающий присоединенный реактор роста с коротким временем удерживания перед подвесным реактором роста. Прикрепленные бактерии в первом реакторе, известном как блок SMART, подвергаются постоянно высокому ХПК, вызывая экспрессию высоких концентраций гидролитических ферментов в слое EPS вокруг бактерий. [ нужна ссылка ] Ускоренный гидролиз высвобождает растворимый, легко разлагаемый ХПК, что способствует образованию гранулированного активного ила. [ нужна ссылка ]

Преимущества

[ редактировать ]

Изучается разработка биомассы в виде аэробных гранул для ее применения при удалении органических веществ , азота и фосфора соединений из сточных вод. Аэробные гранулы в аэробном SBR имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционным процессом с активным илом, такие как:

Стабильность и гибкость: система SBR может быть адаптирована к меняющимся условиям и способна выдерживать ударные и токсичные нагрузки.
Низкие требования к энергии: процесс аэробного гранулированного ила имеет более высокую эффективность аэрации благодаря работе на увеличенной высоте, при этом отсутствуют потоки возвратного ила или рециркуляции нитратов, а также требования к смешиванию и движению.
Уменьшение занимаемой площади: увеличение концентрации биомассы, которое возможно из-за высокой скорости осаждения гранул аэробного ила и отсутствия окончательного отстойника, приводит к значительному сокращению требуемой занимаемой площади.
Хорошее удержание биомассы: можно достичь более высоких концентраций биомассы внутри реактора и обеспечить более высокие скорости загрузки субстрата.
Наличие аэробной и бескислородной зон внутри гранул: для одновременного осуществления различных биологических процессов в одной и той же системе (Беун и др., 1999). [5] )
Снижение инвестиционных и эксплуатационных затрат: стоимость эксплуатации станции очистки сточных вод, работающей с аэробным гранулированным илом, может быть снижена как минимум на 20%, а занимаемая площадь может быть снижена на целых 75% (де Кройк и др., 2004). [9] ).

Процесс HYBACS имеет дополнительное преимущество, поскольку является сквозным процессом, что позволяет избежать сложностей систем SBR. Его также легко применять для модернизации существующих проточных процессов с активным илом путем установки присоединенных реакторов роста перед аэротенком. Переход на процесс гранулированного активного ила позволяет удвоить мощность существующей станции очистки сточных вод. [10]

Очистка промышленных сточных вод

[ редактировать ]

В большинстве работ, проведенных с аэробными гранулами, использовались синтетические сточные воды. Эти работы были в основном сосредоточены на изучении формирования гранул, стабильности и эффективности удаления питательных веществ в различных условиях эксплуатации, а также на их потенциальном использовании для удаления токсичных соединений. Потенциал этой технологии для очистки промышленных сточных вод находится в стадии изучения, некоторые результаты:

  • Аррохо и др. (2004) [11] эксплуатировались два реактора, в которые подавались промышленные сточные воды, полученные в лаборатории для анализа молочных продуктов (общее ХПК : 1500–3000 мг/л; растворимое ХПК: 300–1500 мг/л; общее содержание азота: 50–200 мг/л). Эти авторы применяли нормы загрузки органических веществ и азота до 7 г ХПК/(л·сут) и 0,7 г N/(л·сут), получая эффективность удаления 80%.
  • Шварценбек и др. (2004) [12] очищенные сточные воды пивоваренного производства с высоким содержанием взвешенных органических веществ (0,9 г TSS/л). Они обнаружили, что частицы со средним диаметром менее 25–50 мкм удалялись с эффективностью 80%, тогда как частицы размером более 50 мкм удалялись только с эффективностью 40%. Эти авторы заметили, что способность аэробного гранулированного ила удалять твердые органические вещества из сточных вод обусловлена ​​как включением в матрикс биопленки , так и метаболической активностью популяции простейших, покрывающих поверхность гранул.
  • Кэссиди и молодежь (2005) [13] получили эффективность удаления ХПК и Р 98% и N и VSS более 97% при работе гранулированного реактора, питаемого сточными водами скотобойни (общее ХПК: 7685 мг/л; растворимое ХПК: 5163 мг/л; TKN : 1057 мг/л и ВСС: 1520 мг/л). Чтобы получить такой высокий процент удаления, они эксплуатировали реактор при уровне насыщения DO 40%, что является оптимальным значением, предсказанным Beun et al. (2001) для удаления N и с периодом анаэробного кормления, который помогал поддерживать стабильность гранул при ограничении концентрации DO.
  • Инизан и др. (2005) [14] обрабатывали промышленные сточные воды фармацевтической промышленности и наблюдали, что взвешенные вещества во входных сточных водах не удалялись в реакторе.
  • Цунэда и др. (2006), [15] при очистке сточных вод металлургического производства (1,0–1,5 г NH 4 + -Н/л и до 22 г/л сульфата натрия), устранили норму нагрузки азота 1,0 кг-Н/м. 3 ·d с эффективностью 95% в системе, содержащей автотрофные гранулы.
  • Усмани и др. (2008) [16] Высокая приведенная скорость воздуха, относительно короткое время отстаивания 5–30 мин, высокое соотношение высоты к диаметру (H/D=20) реактора и оптимальная загрузка органических веществ способствуют выращиванию регулярных компактных и круглых гранул.
  • Фигероа и др. (2008), [17] очищенные сточные воды рыбоконсервного производства. Применяемые OLR составляли до 1,72 кг ХПК/(м 3 ·г) с полным обеднением органических веществ. Аммиачный азот удалялся путем нитрификации-денитрификации до 40% при нормах загрузки азота 0,18 кг N/(м3). 3 ·г). Формирование зрелых аэробных гранул произошло через 75 дней эксплуатации с диаметром 3,4 мм, SVI 30 мл/г VSS и плотностью около 60 г VSS/L-гранулы.
  • Фаруки и др. (2008), [18] Сточные воды от переработки ископаемого топлива, фармацевтических препаратов и пестицидов являются основными источниками фенольных соединений. Те, у кого более сложная структура, часто более токсичны, чем простой фенол . Целью данного исследования была оценка эффективности гранулированного ила в УАСБ и СБР для очистки смесей фенольных соединений. Результаты показывают, что анаэробная обработка UASB и аэробная обработка SBR могут быть успешно использованы для смеси фенол/крезол, представляющей основные субстраты в химических и нефтехимических сточных водах, и результаты показывают, что правильный период акклиматизации необходим для разложения м-крезола и фенола. . Более того, SBR оказался лучшей альтернативой, чем реактор UASB, поскольку он более эффективен и более высокие концентрации м-крезолов могут успешно разлагаться.
  • Лопес-Палау и др. (2009), [19] очищенные сточные воды винодельческих предприятий. Формирование гранул осуществлялось с использованием синтетического субстрата, и через 120 дней эксплуатации синтетические среды были заменены настоящими сточными водами винодельни с содержанием ХПК 6 кг ХПК/(м2). 3 ·г).
  • Доббелирс «и др.». (2017), [20] очищенные сточные воды картофельного производства. Грануляция была успешно достигнута, и одновременная нитрификация/денитрификация стала возможной за счет сокращения азотного цикла.
  • Калуве «и др.». (2017), [21] Сравнивали стратегию аэробного пиршества/голода и анаэробного пиршества, стратегию аэробного голодания для образования аэробного гранулированного ила во время очистки промышленных нефтехимических сточных вод. Обе стратегии оказались успешными.

Пилотные исследования аэробного гранулированного ила

[ редактировать ]

Технология аэробной грануляции для применения в очистке сточных вод широко разрабатывается в лабораторных масштабах. Масштабный опыт быстро растет, и многие учреждения прилагают усилия для улучшения этой технологии:

  • С 1999 года Royal HaskoningDHV (ранее DHV Water), Делфтский технологический университет (TUD), STW (Голландский фонд прикладных технологий) и STOWA (Голландский фонд прикладных исследований в области воды) тесно сотрудничают в разработке технологии аэробного гранулированного ила ( Нереда ). В сентябре 2003 года в STP Ede, Нидерланды, было проведено первое обширное исследование пилотной установки с упором на получение стабильной грануляции и биологического удаления питательных веществ. После положительного результата совместно с шестью голландскими советами по водным ресурсам стороны решили создать государственно-частное партнерство (ГЧП) – Национальную исследовательскую программу Нереда (NNOP) – для развития, дальнейшего расширения и внедрения нескольких полномасштабных установок. В рамках этого ГЧП в период с 2003 по 2010 год были проведены обширные пилотные испытания на нескольких очистных сооружениях. В настоящее время на 3 континентах действуют или строятся более 20 заводов.
  • На основе аэробного гранулированного ила, но с использованием системы конкуренции за гранулы, создан гранулированный реактор с биофильтром периодического действия (SBBGR) объемом 3,1 м. 3 был разработан IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque, Италия). На этой установке по очистке сточных вод итальянской станции очистки сточных вод были проведены различные исследования.
  • Использование аэробных гранул, приготовленных в лаборатории, в качестве стартовой культуры перед добавлением в основную систему, лежит в основе технологии ARGUS ( Система обновления аэробных гранул ), разработанной ООО «ЭкоИнжиниринг». Гранулы выращиваются на месте в небольших биореакторах, называемых пропагаторы и заполняют только 2–3% мощности основного биореактора или ферментера (варочного котла). Данная система используется на пилотной установке объемом 2,7 м. 3 расположена на территории одной венгерской фармацевтической промышленности.
  • Группа экологической инженерии и биопроцессов Университета Сантьяго-де-Компостела в настоящее время эксплуатирует пилотный реактор емкостью 100 л.

Технико-экономическое обоснование показало, что технология аэробного гранулированного ила кажется очень перспективной (de Bruin et al., 2004. [22] Судя по общим годовым затратам, GSBR ( реакторы периодического действия для секвенирования гранулированного ила ) с предварительной обработкой и GSBR с последующей обработкой оказываются более привлекательными, чем эталонные альтернативы с активированным илом (6–16%). Анализ чувствительности показывает, что технология GSBR менее чувствительна к цене земли и более чувствительна к потоку дождевой воды. Из-за высокой допустимой объемной нагрузки занимаемая площадь вариантов GSBR составляет всего 25% по сравнению с эталонными моделями. Однако ГСБР, имеющий только первичную очистку, не может соответствовать действующим нормам сброса городских сточных вод, главным образом из-за превышения норматива сброса взвешенных веществ, вызванного смывом плохо осаждаемой биомассы.

Полномасштабное применение

[ редактировать ]

Технология аэробной грануляции уже успешно применяется для очистки сточных вод.

  • С 2005 года компания RoyalHaskoningDHV внедрила более 20 полномасштабных технологических систем аэробного гранулированного ила (Nereda) для очистки промышленных и городских сточных вод на 3 континентах. Одним из примеров является STP Epe, Нидерланды, мощностью 59 000 человек и производительностью 1 500 м3.ч-1, являющаяся первой полномасштабной муниципальной станцией Нереда в Нидерландах. Примеры новейших очистных сооружений Нереда (2012–2013 гг.) включают Wemmershoek – Южная Африка, Dinxperlo, Vroomshoop, Garmerwolde – Нидерланды.
Полномасштабное применение системы Nereda для городских сточных вод (4000 м3.д-1) на СТП Гансбаай в Южной Африке
Полномасштабная система муниципальной канализации Nereda Epe Нидерланды
Полномасштабная промышленная канализация Приложение Nereda Vika Нидерланды
  • Компания EcoEngineering применила процесс аэробной грануляции в трех фармацевтических отраслях: Крка д.д. Ново место Словения, Лек д.д. Лендава, Словения и Gedeon Richter Rt. Дорог, Венгрия. Очистные сооружения работают уже более пяти лет.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Ни, Бин-Цзе (2013). Формирование, характеристика и математическое моделирование аэробного гранулированного ила . Спрингер. ISBN  978-3-642-31280-9 .
  2. ^ Jump up to: а б Бат, Стефан (2005). Аэробный гранулированный ил: избранные материалы 1-го семинара IWA по аэробному гранулированному илу, организованного Институтом контроля качества воды и управления отходами Мюнхенского технического университета (TUM) в сотрудничестве с Институтом перспективных исследований по устойчивому развитию Европейской академии науки и искусства (EASA) и Международная водная ассоциация (IWA) (1-е изд.). Лондон: издательство IWA. ISBN  978-1843395096 .
  3. ^ Гао, Давен; Лю, Лин; Лян, Хун; Ву, Вэй-Мин (1 июня 2011 г.). «Аэробный гранулированный ил: характеристика, механизм гранулирования и применение для очистки сточных вод» (PDF) . Критические обзоры по биотехнологии . 31 (2): 137–152. дои : 10.3109/07388551.2010.497961 . ПМИД   20919817 . S2CID   6503481 . Проверено 11 декабря 2012 г.
  4. ^ де Кройк М.К., МакСуэйн Б.С., Бат С., Тэй СТЛ, Шварценбек и Вильдерер П.А. (2005). «Итоги обсуждения». Эде. В: Аэробный гранулированный ил . Серия «Управление водными ресурсами и окружающей средой». Издательство ИВА. Мюнхен, стр. 165–169.
  5. ^ Jump up to: а б Бён Дж., Хендрикс А., Ван Лоосдрехт М.К.М., Моргенрот Э., Вильдерер П.А. и Хейнен Дж.Дж. (1999). Аэробная грануляция в секвенирующем реакторе периодического действия. Исследования воды, Vol. 33, нет. 10, с. 2283–2290.
  6. ^ Цинь Л. Лю Ю. и Тай Дж. Х. (2004). Влияние времени отстаивания на аэробную грануляцию в реакторе периодического действия . Журнал биохимической инженерии , Vol. 21, № 1, стр. 47–52.
  7. ^ Тай Дж.-Х., Лю К.-С. и Лю Ю. (2001). Влияние силы сдвига на образование, структуру и метаболизм аэробных гранул. Прикладная микробиология и биотехнология , Vol. 57, № 1–2, стр. 227–233.
  8. ^ «Технология» . Архивировано из оригинала 28 августа 2015 г. Проверено 3 сентября 2015 г.
  9. ^ де Кройк, МК, Брюин ЛММ и ван Лоосдрехт MCM (2004). Аэробный гранулированный ил: от идеи до пилотной установки. В Вильдерере, Пенсильвания (ред.), Гранулы, 2004 г. Семинар IWA по аэробному гранулированному илу, Мюнхенский технический университет, 26–28 сентября 2004 г. (стр. 1–12). Лондон: IWA.
  10. ^ «Муниципальная канализация Тубли, ред. 8» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 мая 2015 г. Проверено 3 сентября 2015 г.
  11. ^ Аррохо Б., Москера-Коррал А., Гарридо Х.М. и Мендес Р. (2004)Аэробная грануляция с промышленными сточными водами в реакторах периодического секвенирования. Исследования воды , Vol. 38, № 14–15, стр. 3389 – 3399.
  12. ^ Шварценбек Н., Эрли Р. и Вильдерер, Пенсильвания (2004). Аэробный гранулированный ил в системе SBR для очистки сточных вод, богатых твердыми частицами. Водные науки и технологии , Vol. 49, № 11–12, стр. 41–46.
  13. ^ Кэссиди Д.П. и Белия Э. (2005). Удаление азота и фосфора из сточных вод скотобойни в SBR с аэробным гранулированным илом. Исследования воды , Vol. 39, № 19, стр. 4817–4823.
  14. ^ Инизан М., Фреваль А., Цигана Дж. и Мейнхольд Дж. (2005). Аэробная грануляция в реакторе периодического действия (SBR) для очистки промышленных сточных вод. Водные науки и технологии , Vol. 52, № 10–11, стр. 335–343.
  15. ^ Цунэда С., Огивара М., Эдзири Ю. и Хирата А. (2006). Высокоскоростная нитрификация с использованием аэробного гранулированного ила. Водные науки и технологии , 53 (3), 147–154.
  16. ^ Шамс Камар Усмани, Сухаил Сабир, Ижарул Хак Фаруки и Анис Ахмад (2008) Биодеградация фенолов и п-крезола с помощью последовательного реактора периодического действия, процесс. Международная конференция по экологическим исследованиям и технологиям (ICERT 2008), объем 10, стр. 906–910, ISBN   978-983-3986-29-3 .
  17. ^ Фигероа М., Москера-Коррал А., Кампос Х.Л. и Мендес Р. (2008). Очистка соленых сточных вод в аэробных гранулированных реакторах SBR. Водные науки и технологии , 58 (2), 479–485.
  18. ^ Фаруки И.Х., Башир Ф. и Ахмад Т. (2008). Исследования биоразложения фенолов и м-крезолов с помощью анаэробного илового покрытия с восходящим потоком и аэробного последовательного реактора периодического действия. Журнал Global Nest , 10(1), 39–46.
  19. ^ Лопес-Палау С., Доста Х. и Мата-Альварес Х. (2009). Запуск аэробного гранулированного секвенирующего реактора периодического действия для очистки сточных вод винодельческого завода. Водные науки и технологии , 60 (4), 1049–1054.
  20. ^ Доббелерс, Т., Даенс, Д., Миле, С., Даес, Дж., Калуве, М., Геуэнс, Л., Дрис, Дж., 2017. Эффективность аэробных нитритных гранул для обработки анаэробной предварительной обработки очищенные сточные воды, образующиеся в картофельной промышленности. Биоресурс. Технол. 226, 211–219.
  21. ^ Калуве, М., Доббелирс, Т., Даес, Дж., Миле, С., Аккерманс, В., Даенс, Д., Геуэнс, Л., Кикенс, Ф., Бласт, Р., Дрис, Ж., 2017. Образование аэробного гранулированного ила при очистке нефтехимических сточных вод. Биоресурс. Технол. 238, 559–567.
  22. ^ де Брюин ЛММ, де Кройк М.К., ван дер Руст ХФР, Уйтерлинде К. и ван Лоосдрехт MCM (2004). Технология аэробного гранулированного ила: альтернатива активному илу. Водные науки и технологии , Vol. 49, № 11–12, стр. 1–7)

Общие ссылки

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 90c326f0ab199587a9206d800a81eca2__1684024740
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/90/a2/90c326f0ab199587a9206d800a81eca2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Aerobic granulation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)