Aktif çamur - Activated sludge
Aktif çamur işlemi bir tür atık su arıtma ıslah edilmesi için işlem kanalizasyon ya da endüstriyel atıklar kullanarak havalandırma ve bir biyolojik flok bakteri ve oluşan protozoa .
Karbonlu kirliliği gidermek için aktif çamur prosesinin genel düzenlemesi aşağıdaki öğeleri içerir: Karışık sıvıya havanın (veya oksijenin) enjekte edildiği bir havalandırma tankı. Bunu biyolojik yumakların (çamur örtüsü) çökelmesine izin vermek ve böylece biyolojik çamuru temiz arıtılmış sudan ayırmak için bir çöktürme tankı (genellikle "son durultucu" veya "ikincil çöktürme tankı" olarak anılır) takip eder.
Amaç
.jpg)
Bir kanalizasyon (veya endüstriyel atık su) arıtma tesisinde, aktif çamur prosesi, aşağıdaki amaçlardan biri veya birkaçı için kullanılabilen biyolojik bir prosestir: karbonlu biyolojik maddenin oksitlenmesi, azotlu maddenin oksitlenmesi: biyolojik maddedeki esas olarak amonyum ve azotun uzaklaştırılması, besinler (azot ve fosfor).
Süreç açıklaması
İşlem, kanalizasyondaki organik maddeleri sindirebilen ve bunu yaparken bir araya toplanabilen ( flokülasyon yoluyla ) aerobik mikroorganizmalardan yararlanır . Böylece, askıda katı maddelerden ve organik maddeden nispeten arınmış bir sıvı ve kolayca çökecek ve uzaklaştırılabilecek topaklanmış parçacıklar üretir.
Karbonlu kirliliği gidermek için aktif çamur prosesinin genel düzenlemesi aşağıdaki maddeleri içerir:
- Karışık sıvıya havanın (veya oksijenin) enjekte edildiği havalandırma tankı.
- Biyolojik yumakların (çamur örtüsü) çökmesine izin vermek ve böylece biyolojik çamuru temiz arıtılmış sudan ayırmak için çöktürme tankı (genellikle "nihai arıtıcı" veya "ikincil çöktürme tankı" olarak anılır).
Azotlu madde veya fosfatın arıtılması, işlemlerin bir anoksik bölge oluşturacak şekilde yönetildiği ve böylece fosfatların indirgeyici ortamda çözülebilmesi ve nitrojen oksitlerinin amonyum iyonuna indirgenebilmesi için ek adımları içerir .
Biyoreaktör ve son arıtıcı
İşlem havası veya içeren oksijen taranır ve primer tedavi kanalizasyon ve endüstriyel atık sularında (bir karışım ile karşılaşmadan atık su biyolojik geliştirmek organizmalar ile birlikte) , topak azaltan organik içeriğini kanalizasyon . Sağlıklı çamurda kahverengi bir topak olan bu materyal, büyük ölçüde Saprotrofik bakterilerden oluşur, ancak aynı zamanda esas olarak amip , Spirotrichs , Vorticellidler dahil Peritrichs ve bir dizi başka filtre ile beslenen türden oluşan önemli bir protozoon flora bileşenine sahiptir . Diğer önemli bileşenler arasında hareketli ve hareketsiz Rotiferler bulunur . Kötü yönetilen aktif çamurda, Sphaerotilus natans , Gordonia ve diğer mikroorganizmalar dahil olmak üzere bir dizi müsilajlı filamentli bakteri gelişebilir ve bu, çökeltilmesi zor bir çamur üretir ve çökeltme tankındaki bentlerin üzerinden çamur örtüsünün boşaltılmasına neden olabilir. nihai atık kalitesini ciddi şekilde kirletir. Bu malzeme genellikle kanalizasyon mantarı olarak tanımlanır, ancak gerçek mantar toplulukları nispeten nadirdir.
Atık su ve biyolojik kütlenin kombinasyonu yaygın olarak karışık likör olarak bilinir . Tüm aktif çamur tesislerinde, atık su yeterli arıtıldıktan sonra, fazla karışık likör, çökeltme tanklarına boşaltılır ve arıtılmış süpernatant , boşaltılmadan önce daha fazla arıtılmak üzere akıtılır. Çöken malzemenin bir kısmı, çamur , tanka giren yeni atık suyu yeniden tohumlamak için havalandırma sisteminin başına geri gönderilir . Flok'un bu fraksiyonuna geri dönüşlü aktif çamur (RAS) denir .
Bir kanalizasyon arıtma tesisi için gerekli alan, arıtmadan önce karışık likörden bir miktar atık suyun uzaklaştırılması için bir membran biyoreaktör kullanılarak azaltılabilir . Bu, daha sonra aktif çamur işlemi kullanılarak arıtılabilen daha konsantre bir atık ürünle sonuçlanır.
Birçok kanalizasyon arıtma tesisi , denitrifikasyon için havalandırma bölgesinden anoksik bölgeye nitrifiye karışık sıvıyı transfer etmek için eksenel akış pompaları kullanır. Bu pompalara genellikle dahili karışık likör geri dönüşüm pompaları (IMLR pompaları) denir. Ham kanalizasyon, RAS ve nitrifiye edilmiş karışık likör, denitrifikasyon elde etmek için anoksik bölgelerde dalgıç karıştırıcılar ile karıştırılır .
çamur üretimi
Aktif çamur aynı zamanda aktif çamur tesisleri tarafından üretilen aktif biyolojik materyale verilen isimdir. Fazla çamur, "fazla aktif çamur" veya "atık aktif çamur" olarak adlandırılır ve atıksuda sağlanan biyokütlenin gıdaya oranını dengede tutmak için arıtma prosesinden uzaklaştırılır. Bu arıtma çamuru genellikle birincil arıtıcılardan gelen birincil çamur ile karıştırılır ve örneğin anaerobik çürütme , ardından yoğunlaştırma, susuzlaştırma, kompostlaştırma ve arazi uygulaması gibi ilave çamur arıtımına tabi tutulur .
Aktif çamur prosesinden üretilen arıtma çamuru miktarı arıtılan atıksu miktarı ile doğru orantılıdır. Toplam çamur üretimi, birincil çökeltme tanklarından gelen birincil çamurun yanı sıra biyoreaktörlerden gelen atık aktif çamurun toplamından oluşur. Aktif çamur yöntemi 70-100 ilgili kg üretir / atık aktif çamurun ML (arıtılmış suyun ml'si başına üretilen kuru katı kg iken bir mega litre (ML), 10 3 m 3 ). 80 kg/ML'lik bir değer tipik olarak kabul edilir. Ek olarak, aktif çamur proses konfigürasyonlarının tamamının olmasa da çoğunun kullandığı birincil çökeltme tanklarında yaklaşık 110-170 kg/ML birincil çamur üretilir.
Süreç kontrolü
Genel proses kontrol yöntemi, çamur battaniye seviyesi, SVI (Çamur Hacim İndeksi), MCRT (Ortalama Hücre Kalma Süresi), F/M (Gıdadan Mikroorganizma) ve ayrıca aktif çamurun biyotasının ve ana besin maddelerinin DO'sunu izlemektir. ( Çözünmüş oksijen ), nitrojen , fosfat , BOİ ( Biyokimyasal oksijen ihtiyacı ) ve KOİ ( Kimyasal oksijen ihtiyacı ). Reaktör/havalandırıcı ve arıtıcı sisteminde, çamur örtüsü, arıtıcının tabanından arıtıcının su sütunundaki çöken katıların seviyesine kadar ölçülür; bu, büyük tesislerde günde üç defaya kadar yapılabilir.
SVI, 1000 mililitrelik dereceli bir silindirde 30 dakika çöktürüldükten sonra 1 g kuru çamur katısının işgal ettiği mililitre cinsinden çöken çamur hacmidir. MCRT, havalandırıcı ve arıtıcıdaki karışık likör askıda katı maddelerin toplam kütlesinin (lbs), WAS ve nihai atık olarak ayrılan karışık likör askıda katı maddelerin kütle akış hızına (lbs/gün) bölünmesidir. F/M, her gün mikroorganizmalara verilen gıdanın havalandırma altında tutulan mikroorganizma kütlesine oranıdır. Spesifik olarak, havalandırıcıya beslenen BOİ miktarının (lbs/gün), havalandırma altında Karışık Likör Uçucu Askıda Katı Madde (MLVSS) miktarına (libre) bölünmesidir . Not: Bazı referanslar, uygunluk için MLSS'yi (Karışık Sıvı Askıda Katı Maddeler) kullanır, ancak MLVSS'nin mikroorganizmaların ölçümü için daha doğru olduğu kabul edilir. Yine, uygunluk nedeniyle, BOİ sonuçları için beş gün sürdüğünden, BOİ yerine genellikle KOİ kullanılır.
Bu kontrol yöntemlerine dayalı olarak, karışık sıvıdaki çöken katıların miktarı, aktif çamurun boşa harcanması (WAS) veya aktif çamurun geri dönmesi (RAS) ile değiştirilebilir.
Çeşitli aktif çamur tesisleri vardır. Bunlar şunları içerir:
Paket bitkiler
Genellikle küçük topluluklara veya gelen lağımı arıtmak için genellikle aerobik çamur kullanımını içeren hibrit arıtma proseslerini kullanabilen endüstriyel tesislere hizmet veren çok çeşitli paket tesis türleri vardır. Bu tür tesislerde arıtmanın birincil yerleşim aşaması atlanabilir. Bu bitkilerde, gerekli substratı sağlayan bir biyotik flok oluşturulur. Paket tesisler, özel mühendislik firmaları tarafından, kamuya açık karayollarında şantiyeye taşınmasına izin verecek boyutlarda, tipik olarak 12 x 12 fit genişlik ve yükseklikte tasarlanır ve üretilir. Uzunluk, daha büyük tesislerin parçalar halinde üretilmesi ve yerinde kaynak yapılması ile kapasiteye göre değişir. Çelik, dayanıklılığı nedeniyle sentetik malzemelere (örneğin plastik) tercih edilir. Paket tesisler, özel operasyon personeli olmayan küçük topluluklar için gerekli olan "tak ve unut" yaklaşımını teşvik etmek için yaygın olarak genişletilmiş havalandırma çeşitleridir . Tasarımlarına yardımcı olacak çeşitli standartlar vardır.
Daha az alan kullanmak, zor atıkları işlemek ve aralıklı akışlar için, bir dizi hibrit arıtma tesisi tasarımı üretilmiştir. Bu tür bitkiler genellikle üç ana işleme aşamasının en az iki aşamasını tek bir birleşik aşamada birleştirir. Çok sayıda atık su arıtma tesisinin küçük popülasyonlara hizmet verdiği Birleşik Krallık'ta, paket tesisler her bir proses aşaması için büyük bir yapı oluşturmaya uygun bir alternatiftir. ABD'de paket tesisler tipik olarak kırsal alanlarda, otoyol dinlenme duraklarında ve treyler parklarında kullanılmaktadır.
Paket santraller yüksek şarjlı veya düşük şarjlı olarak adlandırılabilir . Bu, biyolojik yükün işlenme şeklini ifade eder. Yüksek yüklü sistemlerde, biyolojik aşama yüksek bir organik yük ile sunulur ve birleşik yumak ve organik malzeme daha sonra yeni bir yükle yeniden yüklenmeden önce birkaç saat oksijenlenir. Düşük yüklü sistemde biyolojik aşama düşük bir organik yük içerir ve daha uzun süre topaklanma ile birleştirilir .
Oksidasyon hendeği
Daha fazla arazinin mevcut olduğu bazı alanlarda, kanalizasyon büyük yuvarlak veya oval hendeklerde, tipik olarak fırça veya disk havalandırıcılar olarak adlandırılan ve karışık sıvıyı hendek çevresinde hareket ettiren ve havalandırma sağlayan bir veya daha fazla yatay havalandırıcı ile arıtılır. Bunlar, genellikle üreticinin Pasveer, Orbal veya Carrousel gibi ticari isimleriyle anılan oksidasyon hendekleridir. Bakımlarının nispeten kolay olması ve daha küçük topluluklarda (örneğin kahvaltı saatinde ve akşamları) sıklıkla meydana gelen şok yüklere karşı dirençli olma avantajına sahiptirler.
Oksidasyon hendekleri, genellikle 24 – 48 saatlik hidrolik tutma süresi ve 12 – 20 günlük çamur yaşı gibi tipik tasarım parametreleriyle ' tak ve unut' teknolojisi olarak kurulur . Bu, 8 saatlik bir tutma süresine ve 8 – 12 günlük bir çamur yaşına sahip nitrifikasyon aktif çamur tesisleri ile karşılaştırılır.
Derin şaft / Dikey işlem
Arazinin yetersiz olduğu durumlarda kanalizasyon, toprağa gömülü derin bir sütunlu tankın tabanına enjekte edilen basınçlı geri dönüş çamuru akışına oksijen enjeksiyonu ile arıtılabilir. Bu tür şaftlar 100 metre derinliğe kadar olabilir ve kanalizasyon sıvısı ile doldurulur. Kanalizasyon yükselirken, şaftın tabanındaki basınç tarafından çözeltiye zorlanan oksijen, aktif çamur biyotası için yüksek verimli bir oksijen kaynağı sağlayan moleküler oksijen olarak dağılır. Yükselen oksijen ve enjekte edilen geri dönüş çamuru, kanalizasyon ve çamurun karıştırılması için fiziksel mekanizma sağlar. Karışık çamur ve kanalizasyon, yüzeyde boşaltılır ve süpernatant ve çamur bileşenlerine ayrılır. Derin şaft tedavisinin verimliliği yüksek olabilir.
Yüzey havalandırıcılar yaygın olarak 0.5 bir havalandırma verimliliğe sahip olarak verilmiştir - 1,5 kg O 2 / kWh dağınık havalandırma 1.5 olarak - 2.5 kg O 2 / KWs. 8 kg O - Derin Şaft 5 iddia 2 / kWh.
Ancak inşaat maliyetleri yüksektir. Deep Shaft, arazi sorunları nedeniyle Japonya'da en büyük alımı gördü. Deep Shaft, ICI tarafından Pruteen sürecinden bir yan ürün olarak geliştirildi . Birleşik Krallık'ta üç bölgede bulunur: Tilbury, Anglian suyu, yüksek endüstriyel katkıya sahip bir atık suyun arıtılması; Southport, United Utilities, arazi alanı sorunları nedeniyle; ve Billingham, ICI, yine endüstriyel atıksu arıtıyor ve acentenin daha fazla satmasına yardımcı olmak için ICI tarafından (Tilbury şaftlarından sonra) inşa ediliyor.
DeepShaft patentli, lisanslı bir süreçtir. Lisans sahibi birkaç kez değişti ve şu anda (2015) Noram Engineering bunu satıyor.
Yüzey havalandırmalı lavabolar
Endüstriyel atık suların arıtılması için çoğu biyolojik oksidasyon prosesi, ortak olarak oksijen (veya hava) kullanımına ve mikrobiyal etkiye sahiptir. Yüzey havalandırmalı havuzlar , 1 ila 10 günlük tutma süreleriyle BOİ'nin %80 ila 90 oranında giderilmesini sağlar . Havuzların derinliği 1,5 ila 5,0 metre arasında değişebilir ve atık suyun yüzeyinde yüzen motorlu havalandırıcılar kullanır.
Havalandırmalı bir havuz sisteminde, havalandırıcılar iki işlev sağlar: havayı biyolojik oksidasyon reaksiyonlarının gerektirdiği havuzlara aktarırlar ve havayı dağıtmak ve reaktanlarla (yani oksijen, atık su ve mikroplar) temas etmek için gerekli karışımı sağlarlar. . Tipik haliyle, yüzer yüzey havalandırıcılar 2.7 kg, 1.8 hava eşdeğer bir miktar vermek için derecelendirilir O 2 / kWh . Ancak, normalde aktif çamur sistemlerinde elde edilen kadar iyi bir karışım sağlamazlar ve bu nedenle havalandırmalı havuzlar, aktif çamur üniteleri ile aynı performans seviyesine ulaşmaz.
Biyolojik oksidasyon süreçleri sıcaklığa duyarlıdır ve 0 °C ile 40 °C arasında biyolojik reaksiyonların hızı sıcaklıkla artar. Çoğu yüzey havalandırmalı kaplar 4 °C ile 32 °C arasında çalışır.
Sıralı kesikli reaktörler (SBR'ler)
Sıralı kesikli reaktörler (SBR'ler), atık suyu aynı kap içinde partiler halinde arıtır. Bu, biyoreaktör ve son arıtıcının uzayda değil, zamanlanmış bir sırayla ayrıldığı anlamına gelir. Kurulum, aralarında değiştirilebilen ortak bir girişe sahip, aynı şekilde donatılmış en az iki tanktan oluşur. Tanklardan biri çökeltme/ boşaltma modundayken diğeri havalandırıyor ve dolduruyor.
Havalandırma yöntemleri
dağınık havalandırma
Kanalizasyon sıvısı, zemine bağlı difüzör ızgaralı havalandırma sistemleri ile derin tanklara akıtılır . Bunlar tropikal balık tanklarında kullanılan dağınık hava taşı gibidir, ancak çok daha büyük ölçekte. Bloklardan hava pompalanır ve oluşan baloncuk perdesi hem likörü oksijenlendirir hem de gerekli karıştırma işlemini sağlar. Kapasitenin sınırlı olduğu veya kanalizasyonun olağandışı derecede güçlü veya arıtılmasının zor olduğu durumlarda, hava yerine oksijen kullanılabilir. Tipik olarak hava, bir tür hava üfleyici tarafından üretilir.
Yüzey havalandırıcılar (koniler)
Derin bir beton tankın tabanının hemen üstünden kanalizasyon sıvısının yüzeyinin hemen altına uzanan 1 metreye kadar çapa sahip dikey olarak monte edilmiş borular. Tipik bir şaft 10 metre yüksekliğinde olabilir. Yüzey ucunda, boru, iç yüzeye bağlı sarmal kanatlarla bir koni şeklinde oluşturulur. Tüp döndürüldüğünde, kanatlar sıvıyı yukarı ve konilerden dışarı doğru döndürür ve tankın tabanından yeni kanalizasyon sıvısı çeker. Birçok çalışmada, her bir koni, bakım için gerekirse kalan hücrelerden izole edilebilen ayrı bir hücrede bulunur. Bazı işlerde hücre başına iki koni olabilir ve bazı büyük işlerde hücre başına 4 koni olabilir.
Saf oksijen havalandırma
Saf oksijenle aktifleştirilmiş çamur havalandırma sistemleri, oksijen karbon likörü yüzey arayüzünde tankların içine monte edilmiş yüzey havalandırıcı tipi çarklara sahip sızdırmaz tank reaktör kaplarıdır. Oksijen sürüklenme miktarı veya DO (Çözünmüş Oksijen), savak ayarlı seviye kontrolü ve havalandırma gazı oksijen kontrollü oksijen besleme valfi ile kontrol edilebilir. Oksijen, havanın kriyojenik damıtılması, basınç salınımlı adsorpsiyon veya diğer yöntemlerle sahada üretilir . Bu sistemler, atık su tesisi alanının yüksek olduğu ve oksijenin saflaştırılmasında yüksek enerji maliyetleri söz konusu olduğu için yüksek kanalizasyon veriminin gerekli olduğu yerlerde kullanılır.
Son gelişmeler
Aktif çamur prosesinin yeni bir gelişimi, çok iyi çöken granüler bir çamur üreten Nereda prosesidir (çamur hacim indeksi 200-300'den 40 mL/g'ye düşürülür). Bu hızlı çöken çamurdan yararlanmak için yeni bir proses reaktör sistemi oluşturulmuş ve dışarıda ayrı bir ünite yerine havalandırma tankına entegre edilmiştir. Dünya çapında yaklaşık 30 Nereda atık su arıtma tesisi, büyüklükleri 5.000 ila 858.000 kişi eşdeğeri arasında değişen, yapım aşamasında veya tasarım aşamasındadır.
Sorunlar
Aktif çamur tesisleri, çöken katıları havalandırma tankı girişine geri aktarmak ve çoğu durumda atık çamuru ve nihai atık suyu pompalamak için havalandırıcılara güç sağlamak için tamamen bir elektrik kaynağına bağlıdır. Bazı işlerde, arıtılmamış atık su, nihai atık su için tatmin edici bir deşarj yüksekliği sağlamak üzere işlerin içinden yeterli düşüşü sağlamak üzere pompalar tarafından üst kısımlara kaldırılır. Damlatmalı filtre işlemi gibi alternatif teknolojiler çok daha az güç gerektirir ve yalnızca yerçekimi ile çalışabilir.
Aktif çamurun yerleşmesini zorlaştıran ve sıklıkla nihai atık su kalitesi üzerinde olumsuz bir etkisi olan çamur kabarması meydana gelebilir. Çamur kabarmasını tedavi etmek ve bir tekrarı önlemek için tesisi yönetmek, yetenekli bir yönetim gerektirir ve anında müdahaleye izin vermek için bir işte tam zamanlı personel gerektirebilir.
Zehirli endüstriyel kirliliğin öncelikle evsel atık suları arıtmak için tasarlanmış arıtma tesislerine deşarjı, proses rahatsızlıklarına neden olabilir.
Tarih
Aktif çamur süreci 1913 yılında Birleşik Krallık'ta Davyhulme Sewage Works'te Manchester Corporation Rivers Departmanı için araştırma yürüten Edward Ardern ve WT Lockett adlı iki mühendis tarafından keşfedildi . 1912'de, Manchester Üniversitesi'nden bir bilim adamı olan Dr. Gilbert Fowler , Massachusetts'teki Lawrence Deney İstasyonunda, alglerle kaplı bir şişede kanalizasyonun havalandırılmasını içeren deneyler yapıldığını gözlemledi . Fowler'ın mühendislik meslektaşları Ardern ve Lockett, yüksek oranda arıtılmış atık üreten bir çek ve doldur reaktöründe kanalizasyonun arıtılması üzerinde deneyler yaptılar . Yaklaşık bir ay boyunca atık suyu sürekli olarak havalandırdılar ve numune materyalinde tam bir nitrifikasyon elde etmeyi başardılar. Çamurun aktif hale getirildiğine inanılarak ( aktif karbona benzer şekilde ) sürece aktif çamur adı verildi . Çok sonrasına kadar, gerçekte meydana gelen şeyin, sıvı alıkonma süresini (ideal olarak, kompakt bir arıtma sistemi için düşük) katı alıkonma süresinden (ideal olarak, oldukça yüksek, bir atık su için) ayırarak biyolojik organizmaları konsantre etmenin bir yolu olduğu fark edildi. BOİ 5 ve amonyak bakımından düşük .)
Sonuçları çığır açıcı 1914 makalelerinde yayınlandı ve iki yıl sonra Worcester'da ilk tam ölçekli sürekli akış sistemi kuruldu . Sonrasında Birinci Dünya Savaşı yeni tedavi yöntemi, özellikle ABD, için, hızla yayılan Danimarka , Almanya ve Kanada'da . 1930'ların sonlarında, aktif çamur arıtma, kanalizasyon sistemlerinin ve arıtma tesislerinin yaygın olduğu ülkelerde iyi bilinen bir biyolojik atıksu arıtma prosesi haline geldi .
Ayrıca bakınız
- Aktif çamur modeli
- Havalandırılmış lagün
- aerobik granülasyon
- Aerobik granüler reaktör
- Aerobik arıtma sistemi
- Endüstriyel atık su arıtma
- Atık su arıtma teknolojilerinin listesi
- membran biyoreaktör
- Dönen biyolojik kontaktör
- çamur şişirme
- termal hidroliz
Referanslar
Dış bağlantılar
- Havalandırılmış, Kısmi Karışık Lagünler ( ABD Çevre Koruma Ajansı tarafından hazırlanan Atık Su Teknolojisi Bilgi Formu )
- Aerated Lagoon Technology (Linvil G. Rich, Fahri Profesör, Çevre Mühendisliği ve Bilimi Bölümü, Clemson Üniversitesi )