Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Биологическая очистка сточных вод на очистных сооружениях часто осуществляется с использованием обычных систем активного ила . Эти системы обычно требуют больших площадей для обработки и отделения биомассы из-за, как правило, плохих осаждающих свойств ила . Аэробные гранулы - это 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 гранулированного ила может быть потенциально хорошим методом очистки высокопрочных сточных вод питательными и токсичными веществами.

Аэробный гранулированный ил обычно культивируется в SBR (реакторе периодического действия) и успешно применяется в качестве очистки сточных вод для высокопрочных сточных вод, токсичных сточных вод и бытовых сточных вод. По сравнению с обычными аэробными гранулированными процессами для удаления ХПК, текущие исследования больше сосредоточены 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, позволяющие улучшить отстаиваемость. Одним из них является использование технологии аэробного гранулированного ила .

Аэробные гранулы, полученные из городских сточных вод с применением AGS
Аэробные гранулы

Контекст [ править ]

Сторонники технологии аэробного гранулированного ила заявляют, что «в ближайшем будущем она будет играть важную роль в качестве инновационной технологии, альтернативной нынешнему процессу обработки активного ила при очистке промышленных и муниципальных сточных вод» [1], и что она «может быть легко внедрена и выгодно использована. на заводах по производству активного ила ». [2] Однако в 2011 году он был охарактеризован как «еще не установленное как крупномасштабное приложение ... с ограниченными и неопубликованными полномасштабными приложениями для очистки городских сточных вод». [3]

Аэробная гранулированная биомасса [ править ]

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

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

-  де Кройк и др. 2005 [4]

Формирование аэробных гранул [ править ]

Реактор SBR с аэробными гранулами

Биомасса гранулированного ила разрабатывается в секвенирующих реакторах периодического действия (SBR) и без материалов-носителей. Эти системы удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к их формированию:

Режим пиршества - голод: необходимо выбирать короткие периоды кормления, чтобы создать периоды праздника и голода (Beun et al. 1999 [5] ), характеризующиеся присутствием или отсутствием органических веществ в жидкой среде, соответственно. С помощью этой стратегии кормления достигается отбор подходящих микроорганизмов для образования гранул. Когда концентрация субстрата в основной массе жидкости высока, организмы, образующие гранулы, могут накапливать органическое вещество в форме поли- β- гидроксибутирата для потребления в период голода, что дает преимущество перед нитчатыми организмами. Когда применяется анаэробное кормление, этот фактор увеличивается, сводя к минимуму важность короткого времени оседания и более высоких гидродинамических сил.
Короткое время осаждения: это гидравлическое давление отбора на микробное сообщество позволяет удерживать гранулированную биомассу внутри реактора, в то время как хлопьевидная биомасса вымывается. (Цинь и др. 2004 [6] )
Гидродинамическая сила сдвига : данные показывают, что приложение высоких сил сдвига способствует образованию аэробных гранул и физической целостности гранул. Было обнаружено, что аэробные гранулы могут образовываться только выше порогового значения силы сдвига с точки зрения приведенной скорости восходящего потока воздуха выше 1,2 см / с в колонке SBR, а более правильные, округлые и более компактные аэробные гранулы были получены при высоком гидродинамическом сдвиге. сил (Tay et al., 2001 [7] ).

Гранулированный активный ил также разрабатывается в проточных реакторах с использованием процесса гибридного активированного ила (HYBACS) [8], включающего присоединенный реактор для выращивания с коротким временем удерживания перед реактором взвешенного роста. Присоединенные бактерии в первом реакторе, известном как блок SMART, подвергаются постоянному высокому ХПК, вызывая экспрессию высоких концентраций гидролитических ферментов в слое EPS вокруг бактерий (необходима цитата). Ускоренный гидролиз высвобождает растворимый, легко разлагаемый ХПК, который способствует образованию гранулированного активного ила.

Преимущества [ править ]

Разработка биомассы в форме аэробных гранул изучается для ее применения для удаления органических веществ , соединений азота и фосфора из сточных вод. Аэробные гранулы в аэробном SBR обладают рядом преимуществ по сравнению с обычным процессом с активным илом, например:

Стабильность и гибкость: система SBR может быть адаптирована к изменяющимся условиям благодаря способности выдерживать удары и токсические нагрузки.
Низкие требования к энергии: процесс аэробного гранулированного ила имеет более высокую эффективность аэрации из-за работы на увеличенной высоте, при этом нет ни возвратного ила или потоков рециркуляции нитратов, ни требований к перемешиванию и движению.
Уменьшение занимаемой площади: увеличение концентрации биомассы, которое возможно из-за высокой скорости осаждения гранул аэробного ила и отсутствия последнего отстойника, приводит к значительному сокращению требуемой площади.
Хорошее удержание биомассы: можно достичь более высоких концентраций биомассы внутри реактора и можно обрабатывать более высокие скорости загрузки субстрата.
Наличие аэробных и аноксических зон внутри гранул: для одновременного выполнения различных биологических процессов в одной и той же системе (Beun et al. 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 требования к пространству могут быть уменьшены на 75% (de Kreuk et al., 2004 [9]) ).

У процесса HYBACS есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он является сквозным процессом, что позволяет избежать сложностей систем SBR. Его также легко применять для модернизации существующих процессов проточного действия активного ила путем установки прикрепленных реакторов роста перед аэротенком. Переход на гранулированный активный ил позволяет удвоить мощность существующей установки по очистке сточных вод. [10]

Очистка промышленных сточных вод [ править ]

Синтетические сточные воды использовались в большинстве работ, проводимых с аэробными гранулами. Эти работы были в основном сосредоточены на изучении образования гранул, стабильности и эффективности удаления питательных веществ в различных рабочих условиях и их потенциального использования для удаления токсичных соединений. Возможности этой технологии для очистки промышленных сточных вод изучаются, некоторые из результатов:

  • Arrojo et al. (2004) [11] эксплуатировали два реактора, которые питались промышленными сточными водами, полученными в лаборатории для анализа молочных продуктов (общий ХПК  : 1500–3000 мг / л; растворимый ХПК: 300–1500 мг / л; общий азот: 50– 200 мг / л). Эти авторы применили нормы загрузки органических веществ и азота до 7 г ХПК / (л · сутки) и 0,7 г N / (л · сутки), получив эффективность удаления 80%.
  • Schwarzenbeck et al. (2004) [12] очищали сточные воды соложеного производства с высоким содержанием твердых частиц органического вещества (0,9 г TSS / л). Они обнаружили, что частицы со средним диаметром менее 25–50 мкм удалялись с эффективностью 80%, тогда как частицы больше 50 мкм удалялись только с эффективностью 40%. Эти авторы заметили, что способность аэробного гранулированного ила удалять твердые органические вещества из сточных вод была обусловлена ​​как включением в матрицу биопленки, так и метаболической активностью популяции простейших, покрывающих поверхность гранул.
  • Кэссиди и Белиа (2005) [13] получили эффективность удаления ХПК и P 98%, а N и VSS - более 97%, работая в гранулированном реакторе, питаемом сточными водами бойни (общий ХПК: 7685 мг / л; растворимый ХПК: 5163 мг / л. L; TKN : 1057 мг / л и VSS: 1520 мг / л). Чтобы получить эти высокие проценты удаления, они эксплуатировали реактор при уровне насыщения DO 40%, что является оптимальным значением, предсказанным Beun et al. (2001) для удаления азота и с анаэробным периодом кормления, который помог сохранить стабильность гранул, когда концентрация DO была ограничена.
  • Инизан и др. (2005) [14] обрабатывали промышленные сточные воды фармацевтической промышленности и наблюдали, что взвешенные твердые частицы во входных сточных водах не удалялись в реакторе.
  • Цунеда и др. (2006), [15] при очистке сточных вод от процесса рафинирования металлов (1,0–1,5 г NH 4 + -N / л и до 22 г / л сульфата натрия), была удалена норма загрузки азота 1,0 кг-N / м 3 · д с эффективностью 95% в системе, содержащей автотрофные гранулы.
  • Усмани и др. (2008) [16] высокая приведенная скорость воздуха, относительно короткое время осаждения (5–30 мин), высокое отношение высоты к диаметру (H / D = 20) реактора и оптимальная органическая нагрузка облегчают выращивание обычных компактных и круглые гранулы.
  • Фигероа и др. (2008), [17] очищали сточные воды консервной промышленности. Применяемые OLR составляли до 1,72 кг ХПК / (м 3 · сут) с полным истощением органических веществ. Аммиачный азот удаляли нитрификацией-денитрификацией до 40%, когда скорость загрузки азота составляла 0,18 кг N / (м 3 · сут). Формирование зрелых аэробных гранул произошло через 75 дней работы с диаметром 3,4 мм, SVI 30 мл / г VSS и плотностью около 60 г VSS / L-гранулы.
  • Farooqi et al. (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. Это исследование было направлено на оценку эффективности гранулированного ила в UASB и SBR для обработки смесей фенольных соединений. Результаты показывают, что анаэробная обработка UASB и аэробная обработка SBR могут быть успешно использованы для смеси фенол / крезол, представляющих основные субстраты в химических и нефтехимических сточных водах, и результаты показывают, что надлежащий период акклиматизации важен для разложения м-крезола и фенола. . Более того, SBR был признан лучшей альтернативой, чем реактор UASB, поскольку он более эффективен и более высокая концентрация м-крезолов может быть успешно разложена.
  • Лопес-Палау и др. (2009), [19] очищали сточные воды винодельческой промышленности. Формирование гранул осуществляли с использованием синтетического субстрата, и после 120 дней работы синтетические среды были заменены реальными сточными водами винодельни с нагрузкой на ХПК 6 кг / (м 3 · сут).
  • Доббелеерс "и др." (2017), [20] очищали сточные воды картофельной промышленности. Гранулирование было успешным, и одновременная нитрификация / денитрификация стала возможной за счет сокращения цикла азота.
  • Caluwé "et al." (2017), [21] Сравнили стратегию аэробного пира / голодания и анаэробного пира, стратегию аэробного голодания для образования аэробного гранулированного ила во время очистки промышленных нефтехимических сточных вод. Обе стратегии оказались успешными.

Пилотные исследования аэробного гранулированного ила [ править ]

Технология аэробного гранулирования для применения при очистке сточных вод широко разрабатывается в лабораторных масштабах. Масштабный опыт быстро растет, и несколько организаций 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 воды) тесно сотрудничают в разработке технологии аэробного гранулированного ила ( Нереда ). В сентябре 2003 года в STP Ede, Нидерланды, было проведено первое обширное экспериментальное исследование с акцентом на получение стабильной грануляции и биологического удаления питательных веществ. После положительного результата вместе с шестью голландскими советами по водным ресурсам стороны решили создать государственно-частное партнерство (ГЧП) - Национальную исследовательскую программу Nereda (NNOP).- созреть, продолжить масштабирование и реализовать несколько полномасштабных единиц. В рамках этого ГЧП в период с 2003 по 2010 год были проведены обширные пилотные испытания на нескольких очистных сооружениях. В настоящее время более 20 заводов работают или строятся на 3 континентах.
  • На основе аэробного гранулированного ила, но с использованием конкурентной системы для гранул, IRSA (Istituto di Ricerca Sulle Acque, Италия) разработала секвенирующий гранулированный реактор с биофильтром периодического действия (SBBGR) объемом 3,1 м 3 . На этой установке по очистке сточных вод итальянской станции очистки сточных вод проводились различные исследования.
  • Использование аэробных гранул, приготовленных в лаборатории, в качестве закваски перед добавлением в основную систему, является основой технологии ARGUS ( система улучшения аэробных гранул ), разработанной EcoEngineering Ltd. Гранулы выращиваются на месте в небольших биореакторах, называемых размножителей и заполняют только 2-3% емкости основного биореактора или ферментера (дигестора). Эта система используется на пилотной установке объемом 2,7 м 3, расположенной в одной венгерской фармацевтической промышленности.
  • Группа экологической инженерии и биопроцессов Университета Сантьяго-де-Компостела в настоящее время эксплуатирует 100-литровый пилотный реактор.

Технико-экономическое обоснование показало, что технология аэробного гранулированного ила кажется очень многообещающей (de Bruin et al., 2004. [22] На основе общих годовых затрат GSBR ( реакторы периодического действия для секвенирования гранулированного ила)) с предварительной обработкой и GSBR с последующей обработкой оказались более привлекательными, чем эталонные альтернативы активному илу (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 площадь основания вариантов GSBR составляет всего 25% по сравнению с эталонными. Тем не менее, GSBR с только первичной очисткой не может соответствовать существующим нормам для сточных вод для городских сточных вод, в основном из-за превышения нормативов для сточных вод по взвешенным твердым частицам, вызванного вымыванием плохо осаждаемой биомассы.

Полномасштабное приложение [ править ]

Технология аэробного гранулирования уже успешно применяется для очистки сточных вод.

  • С 2005 года RoyalHaskoningDHV внедрила более 20 полномасштабных систем аэробной технологии гранулированного ила (Nereda) для очистки промышленных и муниципальных сточных вод на 3 континентах. Одним из примеров является STP Epe, Нидерланды, мощностью 59 000 пэ и 1 500 м3 / ч, первый полномасштабный муниципальный город Нереда в Нидерландах. Примеры новейших очистных сооружений Nereda (2012–2013 гг.) Включают Wemmershoek - Южная Африка, Dinxperlo, Vroomshoop, Garmerwolde - Нидерланды.
Полномасштабная установка муниципальных сточных вод Nereda (4000 м3 / сут) на Гансбаайской ТЭЦ в Южной Африке
Полномасштабное применение муниципальной канализации Nereda Epe Нидерланды
Полномасштабное применение промышленных сточных вод Nereda Vika Нидерланды
  • EcoEngineering применил процесс аэробного гранулирования в трех фармацевтических отраслях: Krka dd Novo mesto Slovenia, Lek dd Lendava, Slovenia и Gedeon Richter Rt. Дорог, Венгрия. Очистные сооружения сточных вод эксплуатируются уже более пяти лет.

См. Также [ править ]

  • Очистка сельскохозяйственных сточных вод
  • Рекомендации по сбросу
  • Очистка промышленных сточных вод
  • Перечень технологий очистки сточных вод
  • Седиментация (водоподготовка)
  • Очистка воды
  • Последовательный реактор периодического действия

Ссылки [ править ]

  • Ван дер Руст Х., де Брюин Б., ван Дален Р., Уйтерлинде С. (2012) Maakt Nereda-installatie Epe hooggespannen verwachtingen waar ?, Vakblad H2O, № 23, 2012, стр. 30–34 .
  • Гизен А., ван Лосдрехт MCM, Ниерманс Р. (2012) Аэробная гранулированная биомасса: новый стандарт для очистки бытовых и промышленных сточных вод ?, Water21, апрель 2012 г., стр. 28–30 .
  • Zilverentant А. де Bruin Б., Giesen А. (2011) Nereda: новый стандарт для энергетики и экономически эффективной промышленной и муниципальной очистки сточных вод [ постоянная ссылка мертвых ] , SKIW, Het Национальный симпозиум по водным ресурсам, май 2011 года .
  • Водные стоки и сточные воды (2010) «Водяная нимфа» в Гансбаай, Водные стоки и сточные воды, Решения по управлению водными ресурсами для Африки, Том 30, №2, 2010 г., стр. 50-стр . 53 .
  • Гао Д. Лю Л. Лян Х. Ву WM (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 ВВТП Epe: Wonder granule сдерживает свое обещание
  • Колвер (2012), Успех на Гансбааи привел к строительству еще одного завода Nereda , engineeringnews
  • Надаба (2009 г.), Проект сточных вод Гансбаай включает технологические инновации , инженерные новости
  • Euronews (2012), голландский инвестор улучшает очистку воды
  1. Перейти ↑ Ni, Bing-Jie (2013). Образование, характеристика и математическое моделирование аэробного гранулированного ила . Springer. ISBN 978-3-642-31280-9.
  2. ^ a b 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 устойчивости Европейской академии наук. науки и искусства (EASA) и Международной водной ассоциации (IWA) (1-е изд.). Лонден: Издательство IWA. ISBN 978-1843395096.
  3. ^ Гао, Давен; Лю, Линь; Лян, Хонг; У Вэй-Минь (1 июня 2011 г.). «Аэробный гранулированный ил: характеристика, механизм гранулирования и применение для очистки сточных вод» (PDF) . Критические обзоры в биотехнологии . 31 (2): 137–152. DOI : 10.3109 / 07388551.2010.497961 . PMID 20919817 . S2CID 6503481 . Проверено 11 декабря 2012 года .    CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ Де Кройк М.К., McSwain Б.С., Bathe С., Tay СТЛ, Schwarzenbeck и Wilderer PA (2005). «Итоги обсуждения». Эде. В: Аэробный гранулированный ил . Серия «Управление водными ресурсами и окружающей средой». Издательство IWA. Мюнхен, стр. 165–169.
  5. ↑ a b Beun JJ, Hendriks A., Van Loosdrecht MCM, Morgenroth E., Wilderer PA и Heijnen JJ (1999). Аэробная грануляция в реакторе периодического действия секвенирования. Water Research, Vol. 33, № 10, с. 2283–2290.
  6. Перейти ↑ Qin L. Liu Y. и Tay JH (2004). Влияние времени осаждения на аэробную грануляцию в реакторе периодического действия секвенирования . Журнал биохимической инженерии , Vol. 21, № 1. С. 47–52.
  7. ^ Tay J.-H., Лю Q.-S. и Лю Ю. (2001). Влияние силы сдвига на образование, структуру и метаболизм аэробных гранул. Прикладная микробиология и биотехнология , Vol. 57, №№ 1–2, с. 227–233.
  8. ^ «Технология» . Архивировано из оригинала на 2015-08-28 . Проверено 3 сентября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  9. ^ де Кройк, МК, Брюин LMM и ван Лосдрехт MCM (2004). Аэробный гранулированный ил: от идеи до экспериментальной установки. В Уайлдерере, Пенсильвания (ред.), Гранулы 2004. Семинар IWA Аэробный гранулированный ил, Технический университет Мюнхена, 26–28 сентября 2004 г. (стр. 1–12). Лондон: IWA.
  10. ^ "Муниципальная канализация Тубли Ред. 8" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 14 мая 2015 года . Проверено 3 сентября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  11. ^ Arrojo Б., Москуэра-Коррал А., Гарридо JM и Мендес Р. (2004) Аэробные грануляции с промышленных сточных вод в последовательности реакторов периодического. Water Research , Vol. 38, № 14–15, с. 3389 - 3399
  12. ^ Schwarzenbeck Н., Erley Р. и Wilderer PA (2004). Аэробный гранулированный ил в SBR-системе очистки сточных вод, богатых твердыми частицами. Наука о воде и технологиях , Vol. 49, № 11–12, с. 41–46.
  13. Перейти ↑ Cassidy DP и Belia E. (2005). Удаление азота и фосфора из сточных вод скотобойни в SBR с аэробным гранулированным илом. Water Research , Vol. 39, № 19, с. 4817–4823.
  14. ^ Inizan М., Freval А., Cigana Дж и Meinhold Дж (2005). Аэробное гранулирование в реакторе периодического действия (SBR) для очистки промышленных сточных вод. Наука о воде и технологиях , Vol. 52, № 10–11, с. 335–343.
  15. ^ Tsuneda С., Ogiwara М., Ejiri Ю. и Хирата A. (2006). Высокоскоростная нитрификация с использованием аэробного гранулированного ила. Наука о воде и технологиях , 53 (3), 147–154.
  16. ^ Shams Камар Усмань, Suhail Сабир, Izharul Хак Фарука и Анис Ахмад (2008) биодеградации фенолов и п-крезол путем последовательным Batch Reactor прока. Международная конференция по экологическим исследованиям и технологиям (ICERT 2008), объем 10, стр. 906–910, ISBN 978-983-3986-29-3 . 
  17. ↑ Фигероа М., Москера-Корраль А., Кампос Дж. Л. и Мендес Р. (2008). Очистка соленых сточных вод в аэробных гранулированных реакторах SBR. Наука о воде и технология , 58 (2), 479–485.
  18. ^ Фарука IH, Башир Ф. и Ахмад Т. (2008). Исследования биодеградации фенолов и м-крезолов с помощью анаэробного осадка и аэробного реактора периодического действия с восходящим потоком. Global Nest Journal , 10 (1), 39–46.
  19. ↑ Лопес-Палау С., Доста Дж. И Мата-Альварес Дж. (2009). Запуск реактора периодического действия с аэробным секвенированием гранул для очистки сточных вод винодельни. Наука о воде и технология , 60 (4), 1049–1054.
  20. ^ Dobbeleers, T., Daens, D., Miele, S., D'aes, J., Caluwé, M., Geuens, L., Dries, J., 2017. Эффективность аэробных нитритных гранул при обработке анаэробных пре- очищенные сточные воды картофельной промышленности. Биоресурсы. Technol. 226, 211–219.
  21. ^ Caluwe, М., Dobbeleers, Т., D'äes J., Miele, С., Аккерманс, В., Daens Д., Geuens, Л., Кикенс Ф., Blust, Р., Драйс, J., 2017. Образование аэробных гранулированных осадков при очистке нефтехимических сточных вод. Биоресурсы. Technol. 238, 559–567.
  22. ↑ de Bruin LMM, de Kreuk MK, van der Roest HFR, Uijterlinde C. и van Loosdrecht MCM (2004). Технология аэробного гранулированного ила: альтернатива активному илу. Наука о воде и технологиях , Vol. 49, № 11–12, стр. 1–7).

Внешние ссылки [ править ]

  • Роял Хасконинг
  • TUDELFT - Делфтский университет