W beztlenowym oczyszczaniu ścieków bytowych czas retencji utrzymuje się przez ponad 2 godziny, czas beztlenowy przez ponad 2 godziny, a tlenowy czas retencji w zbiorniku przez 6 godzin. Wydaje się, że czasy retencji beztlenowej i beztlenowej służą lepszemu usuwaniu materii organicznej. Czy w przypadku niskiej zawartości materii organicznej należy skrócić czas retencji? A jeśli zawartość materii organicznej jest wysoka, czy należy wydłużyć czas retencji? Jaki byłby wpływ, gdyby czas przechowywania był za długi lub za krótki? Wydaje się, że dłuższy czas retencji tlenowej ma sprzyjać rozwojowi bakterii nitryfikacyjnych w celu skuteczniejszego usuwania azotu amonowego. Dziękuję, eksperci, za (popularnonaukowe wyjaśnienie)!
Czas retencji hydraulicznej (HRT) jest często pomijany w codziennym zarządzaniu eksploatacją, a mimo to jest ważnym punktem odniesienia, szczególnie w przypadku systemów usuwania azotu i fosforu!
1. Co to jest czas retencji hydraulicznej (HRT)?
Hydrauliczny czas retencji (w skrócie HRT) to termin stosowany w procesach uzdatniania wody. Odnosi się do średniego czasu przebywania ścieków do oczyszczenia w reaktorze, tj. średniego czasu reakcji pomiędzy ściekami a mikroorganizmami w reaktorze biologicznym.
W przypadku obróbki biologicznej HTZ musi spełniać wymagania konkretnego procesu. W przeciwnym razie, jeśli HTZ będzie niewystarczająca, reakcje biochemiczne będą niekompletne, co doprowadzi do słabszej skuteczności leczenia. I odwrotnie, zbyt długi HRT może powodować starzenie się osadu w systemie.
Tabela: HRT dla różnych procesów oczyszczania ścieków
Gdy skuteczność leczenia jest niska, do weryfikacji można zastosować projektową wartość HRT. Podczas weryfikacji HRT natężenie przepływu powinno uwzględniać przepływ powrotny osadu. Jeżeli HRT jest za mały, należy powoli zmniejszać natężenie przepływu ścieków; jeżeli jest zbyt duża, należy powoli zwiększać natężenie przepływu ścieków. Należy pamiętać, że wszelkie zmiany w natężeniu przepływu ścieków należy wprowadzać stopniowo, aby uniknąć narażenia systemu na obciążenie udarowe. Biorąc pod uwagę trudny charakter oczyszczania ścieków, zmniejszania natężenia przepływu napływających ścieków nie należy podejmować pochopnie; regulacji należy dokonać przede wszystkim w zakresie natężenia przepływu powrotnego.
W konwencjonalnym procesie osadu czynnego HRT w dużej mierze determinuje stopień oczyszczenia ścieków, ponieważ determinuje czas retencji osadu. Jednakże w procesie MBR (bioreaktor membranowy) efekt separacji membrany całkowicie zatrzymuje mikroorganizmy w zbiorniku reakcyjnym, osiągając w ten sposób całkowite oddzielenie hydraulicznego czasu retencji i wieku osadu!
2. Obliczanie czasu retencji hydraulicznej (HRT)
W rzeczywistości istnieją dwa rodzaje czasu retencji hydraulicznej w oczyszczaniu ścieków: jeden nazywany jest nominalnym czasem retencji hydraulicznej, a drugi to rzeczywisty czas retencji hydraulicznej!
1. Nominalny czas retencji hydraulicznej
Jak sama nazwa wskazuje, jest to obliczenie oparte na definicji: hydrauliczny czas retencji jest równy efektywnej objętości oczyszczalni ścieków podzielonej przez natężenie przepływu na dopływie.
Jeżeli efektywna objętość systemu oczyszczania ścieków wynosi V (m³), a Q jest godzinowym natężeniem przepływu dopływu (m³/h), wówczas wzór na hydrauliczny czas retencji jest następujący:
`HRT=V / Q`
2. Rzeczywisty czas retencji hydraulicznej
Rzeczywisty hydrauliczny czas retencji odnosi się do rzeczywistego czasu przebywania ścieków w systemie oczyszczania i musi uwzględniać przepływ powrotny osadu:
Jeżeli efektywna objętość systemu oczyszczania ścieków wynosi V (m3), Q jest godzinowym natężeniem przepływu dopływu (m3/h), a R jest współczynnikiem recyrkulacji osadu, wówczas wzór na czas retencji hydraulicznej jest następujący:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Czy zatem w systemie usuwania azotu wewnętrzny przepływ recyrkulacyjny jest uwzględniany w obliczeniach rzeczywistego czasu retencji hydraulicznej zbiornika beztlenowego? Kwestia ta była przedmiotem dyskusji. Ogólnie rzecz biorąc, wewnętrzny przepływ recyrkulacyjny nie jest uwzględniany we wzorze na rzeczywistą HRT zbiornika beztlenowego. Przepisy zazwyczaj podają zakres jedynie dla zbiornika beztlenowego HRT. Do obliczenia zbiornika beztlenowego HRT bezspornie uwzględnia się współczynnik recyrkulacji zewnętrznej R; ogólnie przyjmuje się, że efektywne natężenie przepływu napływu wynosi (1+R)Q.
Dlatego też HRT w zbiorniku beztlenowym jest ogólnie uważane za HRT=V / [(1 + R) Q].
Jeśli chodzi o to, czy wewnętrzny przepływ recyrkulacji powinien być liczony dla beztlenowego zbiornika HRT, z makroskopowego punktu widzenia, jeśli współczynnik recyrkulacji wewnętrznej r=4 lub N, uważamy, że woda jest recyrkulowana 4 lub N razy. Tak więc, chociaż czas retencji na przejście jest krótki, całkowity czas wynoszący 4 lub N przejść jest równoważny, skutecznie równoważąc wpływ wewnętrznej recyrkulacji.
Dlatego też wewnętrzny przepływ recyrkulacyjny nie jest uwzględniony we wzorze.
3. Rola czasu retencji hydraulicznej (HRT)
Wpływ HTZ na usuwanie azotu
W procesie A²/O, w warunkach odpowiednio długiego HRT, występuje dobra skuteczność usuwania NH₃-N. Jeśli HRT jest zbyt krótki, różne populacje drobnoustrojów w reaktorze nie mają wystarczająco dużo czasu na wzrost, osad jest wypłukiwany zbyt szybko, a reakcje nitryfikacji i denitryfikacji nie przebiegają w pełni. Kiedy HRT osiągnie pewną wartość, wystarczającą do pełnego przebiegu reakcji w każdym reaktorze, dalsze zwiększanie HRT jedynie zwiększa obciążenie ekonomiczne, nie zapewniając bardziej znaczącej poprawy usuwania azotu.
Jednakże badania nad hybrydowymi procesami MBR wykazały, że w badanym zakresie HRT (4,97h - 8.70h) skuteczność usuwania TN w systemie wzrastała wraz ze spadkiem HRT. Dzieje się tak dlatego, że w warunkach długotrwałej HTZ zmniejsza się stopień obciążenia organicznego układu, co może zintensyfikować endogenne oddychanie biomasy, wpływać na aktywność osadu i ostatecznie zmniejszyć skuteczność usuwania zanieczyszczeń z układu. Zmniejszenie HRT może zwiększyć stopień obciążenia organicznego systemu, zwiększając w ten sposób zdolność systemu do denitryfikacji i ostatecznie poprawiając wydajność usuwania azotu.
Wpływ HTZ na usuwanie fosforu
W procesie SBR HRT ma stosunkowo niewielki wpływ na skuteczność usuwania PO₄³⁻-P; proces ten nie wykazuje znaczącego usunięcia效果 dla PO₄³⁻-P. Może to wynikać z faktu, że zarówno bakterie denitryfikacyjne, jak i organizmy-akumulujące polifosforany (PAO) są heterotroficzne. Bakterie denitryfikacyjne mogą pobierać i wykorzystywać LKT przed PAO do denitryfikacji, a PAO mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące źródeł węgla niż bakterie denitryfikacyjne – bakterie denitryfikacyjne preferują łatwo biodegradowalną materię organiczną. Prowadzi to do tego, że PAO absorbuje mniej źródeł węgla i odpowiednio mniej LKT, co skutkuje mniejszą ilością PHB (poli- -hydroksymaślanu) generowanego w warunkach beztlenowych. W rezultacie energia potrzebna do uwolnienia fosforu jest stosunkowo zmniejszona.
Badania nad procesem A²/O pokazują, że wraz ze wzrostem HRT skuteczność usuwania TP niekoniecznie wzrasta w sposób ciągły, ale raczej wykazuje tendencję najpierw rosnącą, a następnie malejącą. Gdy HRT wynosi 8 godzin, skuteczność usuwania TP jest najwyższa, co wskazuje na najlepszą skuteczność usuwania. Gdy HTZ wzrasta do 12 godzin, skuteczność usuwania TP wykazuje tendencję spadkową, a skuteczność usuwania fosforu pogarsza się. Wskazuje to, że wystarczająco długa HTZ jest korzystna w usuwaniu TP. Jednakże w miarę dalszego zwiększania HTZ stopień usuwania TP stopniowo maleje, co może mieć niekorzystny wpływ na usuwanie fosforu. Może to wynikać z tego, że zbyt duży HRT może prowadzić do powstawania osadu