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 культивируется 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 .
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 осадку 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 ]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. При 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 воздействию 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, их 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 нагрузки 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 быть успешно разложены.
- 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, производительностью 59 000 человек и 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.
- 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 ]- Очистка сельскохозяйственных сточных вод
- Рекомендации по сбросу сточных вод
- Очистка промышленных сточных вод
- Перечень технологий очистки сточных вод
- Седиментация (очистка воды)
- Очистка воды
- Реактор периодического секвенирования
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ни, Бин-Цзе (2013). Формирование, характеристика и математическое моделирование аэробного гранулированного ила . Спрингер. ISBN 978-3-642-31280-9 .
- ^ Перейти обратно: 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 .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Перейти обратно: 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ «Технология» . Архивировано из оригинала 28 августа 2015 г. Проверено 3 сентября 2015 г.
- ^ 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.
- ^ «Муниципальная канализация Тубли, ред. 8» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 мая 2015 г. Проверено 3 сентября 2015 г.
- ^ 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.
- ^ 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 , Том. 49, № 11–12, стр. 41–46.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ Фаруки И.Х., Башир Ф. и Ахмад Т. (2008). Исследования биодеградации фенолов и м-крезолов с помощью анаэробного ила с восходящим потоком и аэробного последовательного реактора периодического действия. Журнал Global Nest , 10(1), 39–46.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 , Том. 49, № 11–12, стр. 1–7)
Общие ссылки
[ редактировать ]- Ван дер Роест Х., де Брюин Б., ван Дален Р., Уйтерлинде К. (2012) Оправдывает ли инсталляция Нереды «Эпе» высокие ожидания?, Vakblad H2O, № 23, 2012, стр. 30-стр. 34 .
- Гизен А., ван Лоосдрехт М.К.М., Нирманс Р. (2012) Аэробная гранулированная биомасса: новый стандарт для очистки бытовых и промышленных сточных вод?, Water21, апрель 2012 г., стр. 28-стр. 30 .
- Зильверентант А., де Брюин Б., Гизен А. (2011) Нереда: новый стандарт энергоэффективной и экономически эффективной очистки промышленных и муниципальных сточных вод [ постоянная мертвая ссылка ] , SKIW, Национальный водный симпозиум, май 2011 г.
- Водоотведение и сточные воды (2010) «Водная нимфа» в Гансбаай, Водоотведение и сточные воды, Решения по управлению водными ресурсами для Африки, Том 30, № 2, 2010, стр. 50-стр. 53 .
- Гао Д. Лю Л. Лян Х. Ву ВМ (2010), Аэробный гранулированный ил: характеристика, механизм гранулирования и применение для очистки сточных вод, Критические обзоры в области биотехнологии
- Голландский водный сектор (2012 г.), Ввод в эксплуатацию Nereda на wwtp Epe: чудо-гранулы сдерживают свое обещание
- Колвер (2012), Успех на Гансбаай приводит к строительству еще одного завода в Нереде , Engineeringnews
- Надаба (2009 г.), проект очистки сточных вод в Гансбаай включает в себя технологические инновации , Engineeringnews
- Евроньюс (2012), голландский инвестор очищает водоочистные сооружения
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Роял ХасконингDHV-NEREDA
- ТУДЕЛЬФТ – Делфтский университет