Aktivovaný kal

Proces tzv. „ Aktivovaného kalu  “ využívá při čištění odpadních vod biologické čištění . Jedná se o metodu čištění volnými kulturami. V sektoru úpravy vody ( tj. Různé fáze čištění pro danou stanici) je proces aktivovaného kalu součástí sekundárních úprav.

Historický

Tento proces vychází ze studie, kterou v Manchesteru provedli Arden a Lockett. Budou rozvíjet techniku ​​nejprve v jednom povodí a poté ji vylepšit přidáním dalších povodí a fází.

Od té doby vědci pracují na zlepšování čistíren aktivovaného kalu, zejména vytvářením modelů reakcí, ke kterým dochází během čištění. Jejich práce (v mezinárodním měřítku) zejména umožnila vydání uživatelské příručky k provozním modelům čistíren aktivovaného kalu a vývoj nových inovací.

Zásada

Principem je degradace organických látek (v suspenzi nebo rozpuštěných v odpadních vodách) hlavně bakteriemi (včetně vláknitých bakterií ), které samy pojí mikroorganismy ( prvoky , hlavně nálevníky , částečně zodpovědné za flokulaci a zdroj postupného čiření vody).

Trvalé míchání média umožňuje lepší přístup bakterií k částicím a významné provzdušňování nezbytné pro udržitelnost systému biodegradace (tímto způsobem lze ošetřit pouze biologicky odbouratelné znečištění). Následuje usazování, ze kterého se kal bohatý na bakterie vrací do provzdušňovací nádrže.

"Vláknité bakterie váží vločky dohromady a zvyšují poměr povrch / objem, což podporuje flotaci." Usazovací kapacita vloček je proto nižší. Tento jev, nazývaný „směsný“, také způsobuje hnědé pěny. " . Pokud jsou tyto pěny přítomny v menším počtu nebo chybí, jsou bakteriální vločky menší a zákal vyšší.

Proces aktivovaného kalu má čtyři cíle:

Doména aplikace

Technika aktivovaného kalu je vhodná pro domácí odpadní vody z aglomerací od přibližně 400 ekvivalentních obyvatel až po největší města. Existuje však pro jednotlivé instalace, i když proces není dostatečně otestován. Průmyslové nebo zemědělsko-potravinářské odpadní vody jsou velmi variabilní a lze je podle tohoto případu zpracovat v závislosti na konkrétním případě, často s přizpůsobením jejich povaze a vlastnostem.

Prvky zařízení na aktivovaný kal

Proces aktivovaného kalu zaměřený na eliminaci organických látek (znečištění uhlíkem, někdy dusík nebo fosfát) zahrnuje následující prvky:

Aktivovaný kal

Kal , vytvořené v první nádrže, usazuje se v přírodě a vrací se z velké části do provzdušňovací nádrže (recirkulace), zatímco přebytek část se vede do dehydratačního obvodu nebo skladování konkrétní.

Působení mikroorganismů

Aktivovaný kal se v zásadě skládá z heterotrofních mikroorganismů, které degradovaly organické materiály, a produktů degradace, včetně dusíkatých materiálů, degradovaných na dusičnany. Zavádění kyslíku provzdušňováním je proto pro jejich působení zásadní. Mikroorganismy jsou udržovány v intimní směsi s vodou, která má být upravována, a tak neustále přicházejí do styku s organickými znečišťujícími látkami z odpadních vod.

Možná degradace dusičnanů (na dinitrogen ), nazývaná denitrifikace , může být způsobena umístěním kalu do anoxických podmínek (přítomnost dusičnanů, nepřítomnost kyslíku) nebo fází v provzdušňovací nádrži (toto je přerušeno) buď v nevětrané nádrži , nazývané anoxická pánev. Tuto degradaci způsobují specifické bakterie.

Reprodukce mikroorganismů probíhá za příznivých podmínek, kdy je důležitý jejich růst a bakterie se začínají dělit. Exopolymery, které vylučují, jim umožňují aglomerovat v usazovacích vločkách (to je flokulace ). Zvolené provozní podmínky jsou takové, které upřednostňují usazování těchto vloček. Za účelem zachování dostatečného množství bakteriální biomasy je kal recyklován čerpáním do sekundární usazovací nádrže (extrahovaný kal je recirkulován do nádrže na aerobní úpravu ). Součástí řízení a dimenzování aktivovaného kalového systému je správa této biomasy. To může být nedostatečné díky příliš malé recirkulaci, otravě bakterií masivním znečištěním, příliš velkému příjmu vody (fenomén oplachování), nebo dokonce při uvedení do provozu nebo při opětovném uvedení do provozu, což zahrnuje jeho postupné nabíjení.

Provzdušňovací nádrže

K provzdušňování odpadních vod dochází v povodích obsahujících aktivovaný kal, které mají vhodný tvar v závislosti na provzdušňovacím systému, způsobu zavádění vody a aktivovaném kalu. Říkáme jim povodí, provzdušňovací nádrže , nádrže s aktivovaným kalem nebo oxidace povodí . Provzdušňování může být prováděno na povrchu pomalými provzdušňovacími turbínami nebo na dně metodami rampy distribuce vzduchových bublin dodávanými posilovačem nebo vzduchovým kompresorem . Distribuční rampy jsou doplněny vzduchovými difuzory známými jako velké bubliny nebo jemné bubliny, v závislosti na požadované účinnosti . Účinnost přenosu vzduchu ve vodě lze zlepšit zvýšením výšky vody (pouze u distribučních ramp).

Denní požadavky na kyslík souvisejí s denní organickou zátěží a jejím způsobem degradace a také s množstvím dusíku, které má být nitrifikováno . I když se degradace uhlíkového znečištění zastaví během Krebsova cyklu , je nutné reoxidovat molekuly transportu vodíku tohoto cyklu dýcháním (tato dráha zachytí jeho elektron reoxidací těchto molekul). Dýchání však vyžaduje akceptor elektronů, tj. Oxidovaný prodyšný substrát, jako je kyslík. Nakonec se dodávaný kyslík používá v dýchací cestě k výrobě energie, což je cesta, která doplní Krebsův cyklus, což umožní kontinuální degradaci organické hmoty. Během denitrifikace se používá kyslík z dusičnanů. Požadavky na kyslík se tedy počítají z požadavků bakteriálních dýchacích řetězců a požadavků na nitrifikaci. Množství dodávaného kyslíku pak odpovídá těmto potřebám mínus úspory dosažené během dýchání dusičnanů. Požadavky na kyslík se proto liší od dodávaného množství.

Pro dýchání existují dva typy:

a a b jsou koeficienty, které jsou funkcí hmotnostního zatížení.

Požadavky na kyslík pro dýchání jsou tedy: a × tok BSK 5 + b × množství biomasy.

Volba provzdušňovacího systému je důležitá, protože tato položka představuje mezi 60-80% spotřeby energie čistírny odpadních vod. Ventilační systémy lze rozdělit do dvou hlavních tříd. Existují systémy, které provzdušňují na povrchu, a systémy, které provzdušňují vodu probubláváním, a proto jsou instalovány pod hladinu vody. V povrchových systémech existují pomalé mechanické systémy a rychlé mechanické systémy. Rychlé mechanické systémy se v městských stanicích používají jen zřídka, protože z hlediska energetické účinnosti nejsou příliš účinné. Pomalé systémy zahrnují vertikální provzdušňovače (také nazývané pomalé turbíny) a horizontální provzdušňovače (nazývané kartáč). U velmi malých bazénů mají tyto kartáče tu výhodu, že pohánějí vodu dobře, na druhé straně je jejich účinnost o +/- 10% nižší než u pomalých turbín s velkým průměrem.

Ze všech povrchových provzdušňovacích systémů jsou nejpoužívanější pomalé provzdušňovací šachty, protože mají nejlepší účinnost okysličování, nejvyšší okysličovací kapacitu na jednotku a nejlepší směšovací kapacitu pro velké jezírka.

Ponořené systémy zahrnují mnoho systémů, ale nejpoužívanější jsou jemné bubliny. Je zajímavé si povšimnout, že nové systémy difúze vzduchu (na rozdíl od konvenčních bublin) slibují vynikající energetické výnosy.

Ve srovnání s nejčastěji používanými systémy, jmenovitě s pomalými a jemnými bublinovými turbínami, mají vertikální povrchové provzdušňovače s pomalým typem (pomalé turbíny) několik výhod. Jejich údržba je zanedbatelná, zatímco jemné bublinkové provzdušňovače musí být vyčištěny. Životnost pomalých turbín je mnohem delší a jejich spolehlivost je mnohem vyšší. Na druhé straně jejich výkon měřený podle normy EN 12255-15 poskytuje lepší výsledky pro jemné bubliny. Tato norma umožňuje měřit, a proto porovnávat účinnost systémů za standardních podmínek, tedy při 20 ° C, 1013 mbar a čisté (pitné) vodě. Chcete-li získat dobrý obrázek o účtu za energii, musíte integrovat alfa faktor. Tento faktor je poměr mezi Kla (koeficient přenosu kyslíku) v odpadní vodě a Kla v čisté vodě. Tento alfa-faktor závislý na vodě se při provzdušňování na hladině nebo pod vodou velmi liší. Je jednoznačně příznivý pro povrchové provzdušňovače (řádově 0,9 pro povrchové provzdušňovače), zatímco pro systémy s jemnými bublinami je pouze ± 0,6 (hodnota pro městské odpadní vody). Kromě toho povrchové provzdušňovače obecně nevyžadují směšovač, zatímco energetická účinnost provzdušňovacího systému musí zahrnovat veškeré příslušenství používané k provzdušňování. Během daných provozních období je vidět, že spotřeba energie u pomalých povrchových provzdušňovačů (velký průměr) je podobná jemným bublinám, všechny ostatní věci jsou stejné. To bylo prokázáno zejména v Nizozemsku, kde jsou tyto dva systémy systematicky instalovány na elektroměry. Je třeba vzít v úvahu i další kritéria, jako je hluk, aerosoly a základní příslušenství pro ventilační systém. Pomalé povrchové provzdušňovače mohou být zcela zakryty, aby se vyloučilo obtěžování. U jemných bublin musí být potlačovač zakryt a umístěn v budově s případně vzduchovými filtry. Povrchová ventilace vyžaduje méně stavby a podstatně méně práce na staveništi, což omezuje vtělenou energii . Je třeba také poznamenat, že společnosti prodávají solární provzdušňovače bez připojení k elektrické síti a bez baterie. Tyto stroje jsou určeny pro laguny a právě laguna působí jako krátkodobé úložiště energie ve formě rozpuštěného kyslíku.

Souhrnné návrhové prvky

Údaje o odpadních vodách

Dimenzování

Poznámky a odkazy

  1. (in) MR Beychok, Vodné odpady z ropy a petrochemických rostlin. ,1967
  2. http://www.irstea.fr/lespace-jeunesse/approfondir/lepuration-des-eaux-usees-les-avancees/des-maths-pour-des-stations
  3. Přístup k příručce: http://www.iwapublishing.com/template.cfm?name=isbn9781843391746
  4. Dostupné příklady inovací
  5. NICOLAU, A., LIMA, N., MOTA, M., MADONI, P. (1997) Os Protozoários como Indicadores da Qualidade das Lamas Activadas , Boletim de Biotecnologia, 56
  6. CURDS, CR, COCKBURN, A., VANDIKE, JM (1968) Experimental Study of the Role of the Ciliated Protozoa in the Activated-Sludge Process , Wat. Znečištění. Control, 67: 312-329
  7. Duchene, P., COTTEUX, E. (1998) problematiky biologických dysfunkcí: Plnidlo a biologická pěnění aktivovaného kalu , tribuna de l ‚voda, 55: 59-66.
  8. M. Da Motta, MN Pons, N. Roche, L. Amara, E. Ferreira, M. Mota (1999) „Analýza bakteriálních vloček a mikrofauny aktivovaného kalu analýzou obrazu“ , Proc. 3. Intern. Výzkum Conf. On Water Reuse, Toulouse (sv. 321, s. 326).
  9. SEZGIN, M., JENKINS, D. (1978) Sjednocená teorie objemových vláken s aktivovaným kalem , J.-Water Pollut. Control Fed., 50: 362-381
  10. Degrémont, Memento Technique de l'Eau , deváté vydání, 1989 ( ISBN  2-9503984-0-5 )

3. Kinetika aktivovaného kalu (Y. Heymann, 2010)

Podívejte se také

externí odkazy

Bibliografie