Anoksinen vyöhyke jätevedenpuhdistuksessa

Esipuhe:

"Anoksinen vyöhyke" viittaa alueeseen jätevedenkäsittelylaitoksessa/järjestelmässä, josta puuttuu liuennutta happea (DO). Tyypillisesti vettä, jonka DO-pitoisuus on alle 0,5 ppm, pidetään "hapettomaksi". Anoksiset olosuhteet syntyvät, kun mikro-organismit (bakteerit) hapettavat orgaanista ainetta nopeammin kuin DO:n syöttönopeus.

On huomattava, että sanaa "anaerobinen" käytetään usein väärin "anoksisen" sijasta. "Anoksinen" tarkoittaa erityisesti hapen puuttumista, kun taas "anaerobinen" tarkoittaa elektronien vastaanottajien, kuten hapen, nitraattien ja sulfaattien, puuttumista.

Jäteveden käsittely on kriittinen prosessi, joka varmistaa jäteveden turvallisen hävittämisen tai uudelleenkäytön sekä suojelee ihmisten terveyttä ja ympäristöä. Yksi jätevesien käsittelyn keskeinen osa on anoksinen vyöhyke, jolla on ratkaiseva rooli typpikuormituksen vähentämisessä ja käsittelyn tehokkuuden parantamisessa .

Mikä on anoksinen vyöhyke?

Anoksinen vyöhyke on jäteveden käsittelyprosessin osa, jossa happipitoisuudet pidetään tarkoituksella alhaisina sellaisten mikro-organismien kasvun edistämiseksi, jotka eivät tarvitse happea aineenvaihduntaan.

Anoksiset vyöhykkeet sijaitsevat tyypillisesti ensisijaisen sedimentointisäiliön jälkeen ja ennen aerobista käsittelyprosessia. Denitrifikaation aikana mikro-organismit käyttävät nitraattia ja nitriittiä elektronien vastaanottajina, jolloin ne voivat hajottaa jäteveden orgaanista ainetta ilman happea. Tämä prosessi ei ainoastaan ​​vähennä typen määrää jätevedessä, vaan tuottaa myös typpikaasua, joka on vaaraton sivutuote, joka vapautuu ilmakehään.

Miksi anoksinen vyöhyke on tärkeä?

Ylimääräinen typpi jätevedessä voi aiheuttaa ympäristöongelmia, kuten rehevöitymistä, jossa liialliset ravinnepitoisuudet johtavat liialliseen kasvien ja levien kasvuun sekä vesistöjen happipitoisuuden heikkenemiseen, mikä voi vahingoittaa vesieliöitä. Vähentämällä typpikuormitusta ennen aerobista käsittelyä, kokonaiskäsittelyn tehokkuus paranee ja puhdistetun jäteveden ympäristövaikutukset vähenevät.

Tämä voi olla erityisen tärkeää alueilla, joilla käsitelty jätevesi johdetaan herkkiin vesiekosysteemeihin.

Anoksisten vyöhykkeiden suunnittelu ja toiminta:

Anoksisten vyöhykkeiden suunnittelu ja toiminta ovat kriittisiä niiden tehokkuuden kannalta typpikuormituksen vähentämisessä. Anoksisen vyöhykkeen koko ja muoto, jäteveden virtausnopeus sekä hiililähteen tyyppi ja määrä vaikuttavat kaikki denitrifikaationopeuden määrittämiseen. Asianmukaisten valvonta- ja ohjausjärjestelmien käytöllä voidaan myös varmistaa, että hapeton vyöhyke toimii tehokkaasti.

Suurempi hapeton vyöhyke tarjoaa enemmän tilaa denitrifioiville bakteereille kasvaa ja hajottaa orgaanista ainetta, kun taas pienempi hapeton vyöhyke voi johtaa epätäydelliseen denitrifikaatioon. Myös hapettomien vyöhykkeiden muoto voi vaikuttaa sen tehokkuuteen, sillä jotkut mallit edistävät jäteveden ja mikro-organismien parempaa sekoittumista ja jakautumista.

Hitaampi virtausnopeus voi antaa enemmän aikaa denitrifikaatiolle, kun taas nopeampi virtausnopeus ei välttämättä tarjoa riittävästi aikaa täydelliseen denitrifikaatioon. Hydraulinen retentioaika (HRT) on avainparametri, jota käytetään sopivan virtausnopeuden määrittämiseen hapettomille vyöhykkeille, ja pidemmät HRT-ajat liittyvät yleensä korkeampiin denitrifikaationopeuksiin.

Denitrifikaatiobakteerit tarvitsevat orgaanisen hiilen lähteen denitrifikaatioon, ja hiililähteen saatavuus ja tyyppi voivat vaikuttaa denitrifikaatiotehokkuuteen. Joitakin yleisiä hiilen lähteitä ovat metanoli, etanoli ja asetaatti, ja sopiva hiililähteen määrä ja tyyppi riippuvat tekijöistä, kuten typpikuormasta ja käsiteltävän jäteveden tyypistä.

Haasteet ja rajoitukset:

Vaikka hapettomat vyöhykkeet voivat olla tehokkaita typpikuormituksen vähentämisessä, ne voivat myös kohdata useita haasteita ja rajoituksia. Yksi haaste on hiililähteen saatavuus, mikä on olennaista denitrifikaation edistämisessä. Joissakin tapauksissa hiilen lähteen määrä voi olla riittämätön tukemaan tarvittavaa mikrobiaktiivisuutta, mikä voi rajoittaa hapettomien vyöhykkeiden tehokkuutta. Muita haasteita voivat olla muiden epäpuhtauksien läsnäolo jätevedessä, mikä voi estää denitrifikaatiota ja heikentää käsittelyprosessin kokonaistehokkuutta.

Orgaanisen hiilen rajoitettu saatavuus: Yksi hapettomien vyöhykkeiden tärkeimmistä rajoituksista on orgaanisen hiilen rajallinen saatavuus jätevedessä. Denitrifikaatio vaatii orgaanisen hiilen lähteen, jota denitrifikaatiobakteerit voivat käyttää energialähteenä, ja jos hiililähde on rajallinen, denitrifikaatiotehokkuutta voidaan vähentää.

Kilpailu muiden mikrobiprosessien kanssa: Anoksiset vyöhykkeet voivat myös kilpailla muiden jätevedenpuhdistusjärjestelmän mikrobiprosessien, kuten nitrifikaation tai fosforinpoiston, kanssa. Nämä prosessit voivat kuluttaa käytettävissä olevan hiilen lähteen ja rajoittaa orgaanisen hiilen saatavuutta denitrifikaatiota varten.

Herkkyys ympäristötekijöille: Anoksiset vyöhykkeet voivat olla herkkiä ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan, pH:n ja hapen saatavuuden, muutoksille. Muutokset näissä tekijöissä voivat vaikuttaa denitrifioivien bakteerien toimintaan ja heikentää denitrifikaatiotehokkuutta.

Korkeat energiavaatimukset: Joissakin tapauksissa hapettomat vyöhykkeet voivat vaatia merkittäviä energiapanoksia haluttujen ympäristöolosuhteiden ylläpitämiseksi. Esimerkiksi kierrätysjärjestelmiä tai ilmastusta voidaan tarvita riittävän sekoituksen ja happipitoisuuden ylläpitämiseksi jätevedessä.

Rajoitettu sovellettavuus tiettyihin jätevesityyppeihin: Anoksiset vyöhykkeet eivät välttämättä ole tehokkaita tietyntyyppisten jätevesien, kuten sellaisten, joissa on alhainen orgaaninen pitoisuus tai joissa on paljon typpeä sellaisessa muodossa, jota ei voida helposti muuttaa nitraatiksi tai nitriitiksi, käsittelyssä.

Huollon haasteet: Anoksiset vyöhykkeet vaativat säännöllistä huoltoa ja valvontaa oikean toiminnan varmistamiseksi ja ongelmien, kuten tukkeutumisen tai bakteerikontaminaation, estämiseksi.