Преимущества интегрированного фиксированного фильма Активированный шлам (если) Системы контроля питательных веществ

Исследования показали, что системы IFAS могут достичь общей эффективности удаления азота (TN), превышающей 80%, не требуя выделенных аноксичных зон, хотя большинство конструкций по-прежнему включают аноксичный отсек для оптимальной производительности. Длинная SRT биопленки также защищает нитрифицирующие бактерии от токсических шоков и низкой температуры, обеспечивая надежное круглогодичное удаление аммиака. Даже в зимние месяцы, когда часто рушится нитрификация с приостановленным ростом, биопленки IFAS поддерживают 70-90% их скорости нитрификации в теплую погоду.

Улучшенное удаление биологического фосфора

Удаление фосфора в системах IFAS выигрывает от общего увеличения биомассы и способности способствовать накоплению фосфора (PAOs). PAO требуют чередующихся анаэробных и аэробных условий для хранения полифосфата - процесса, который зависит от летучих жирных кислот (VFAs), производимых в анаэробной зоне. В стандартном активированном иле PAO часто конкурируют с гликоген-аккумулирующими организмами (GAOs) или ограничены коротким SRT. Более высокий запас биомассы IFAS помогает сохранить устойчивую популяцию PAO даже при умеренных температурах. Кроме того, некоторые среды IFAS обеспечивают аноксические зоны, которые поддерживают денитрификацию PAOs (DPAOs), которые могут одновременно удалять нитраты и фосфор с использованием накопленного углерода, уменьшая общую потребность в кислороде и производство осадка.

Исследования на полномасштабных установках, модернизированных с помощью средств IFAS, документально подтвердили концентрации сточных вод фосфора ниже 0,5 мг / л без химических осадков, хотя большинство объектов по-прежнему используют небольшую дозу металлической соли в качестве шага полировки. Ключевое преимущество заключается в том, что IFAS снижает потребление химических веществ и связанные с этим затраты на обработку осадков при одновременном повышении стабильности процесса.

Сравнительные преимущества перед обычными системами

При оценке IFAS по сравнению с традиционным активированным илом, реакторами на биопленке с движущимися слоями (MBBR) или мембранными биореакторами (MBR) возникает несколько различных преимуществ.

Более высокая способность к лечению без расширения следа

Одним из наиболее убедительных факторов для принятия IFAS является его способность удвоить или утроить мощность обработки существующего резервуара без увеличения его площади. Добавляя среду в аэрационный бассейн, концентрация биомассы резко возрастает, позволяя заводу принимать более высокие потоки или более высокие органические нагрузки. Это особенно ценно для растений, сталкивающихся с ограничениями согласия на питательные вещества, но ограниченными пространством площадки или бюджетом для строительства нового резервуара. Модернизация существующего завода с IFAS может увеличить мощность на 50-150% при доле стоимости строительства нового завода.

Улучшенная устойчивость к ударным нагрузкам

Слой биопленки действует как буфер против гидравлических и органических ударных нагрузок. Если в систему попадает слизь токсичного соединения или высокого содержания аммиака, взвешенная биомасса может быть ингибирована, но биопленка обеспечивает «защищенную» популяцию, которая может быстро перезапустить процесс нитрификации. Эта устойчивость приводит к меньшему количеству нарушений разрешений и более последовательному качеству стоков, что имеет решающее значение для растений, выгружающихся в чувствительные воды.

Гибкая эксплуатация и модернизация совместимости

Системы IFAS являются высокоадаптируемыми. Они могут быть разработаны как автономные процессы, так и модернизированы к существующим обычным установкам. Медиа могут быть добавлены к аэробным зонам существующих активированных осадочных бассейнов с минимальными модификациями - обычно только установка экранов удержания на сточных концах и настройка диффузоров аэрации для поддержания движения носителей. Поскольку процесс может быть включен и выключен простым добавлением или удалением среды, растения могут постепенно увеличивать емкость по мере необходимости. Эта модульность привлекательна для поэтапных обновлений.

Снижение энергетических и химических затрат по сравнению с МБР

По сравнению с мембранными биореакторами (МБР), которые также достигают высоких концентраций биомассы, МФСА работает при более низких затратах энергии, потому что она не требует высоких скоростей перекрестного потока, необходимых для очистки мембран. Спрос на воздух для МФСА сопоставим с обычным активированным илом для того же уровня обработки. Кроме того, МФСА избегает регулярных затрат на химическую очистку и замену мембран, связанных с МБР. Результатом является более низкая общая стоимость жизненного цикла для многих муниципальных применений, особенно для удаления питательных веществ, где МБР может потребовать существенного химического дозирования для контроля фосфора.

Рассмотрение вопросов осуществления и проблемы

Хотя МФСА предлагает многочисленные преимущества, успешное осуществление требует тщательного изучения нескольких конструктивных и эксплуатационных факторов.

Выбор и удержание средств массовой информации

Геометрия, плотность и площадь поверхности среды непосредственно влияют на массу биопленки и перенос кислорода. Среда с высокой поверхностью (800-1000 м2/м3) может поддерживать больше биопленки, но также может сохранять мертвые зоны, если не правильно подвешена. Плотность среды должна быть немного легче, чем вода (~0,95 г/см3), чтобы обеспечить подвеску воздухом, но не выходить через прояснители. Удерживающие экраны на выходе из бассейна должны быть спроектированы для предотвращения потери среды, что может вызвать засорение вниз по течению и потерю способности к обработке. Периодический осмотр и замена экранов необходимы.

Проектирование системы аэрации

IFAS требует более высокого расхода воздуха, чем обычный активированный ил, чтобы держать носители в суспензии, особенно в глубоких бассейнах. Типичными являются диффузоры с грубым пузырем, но диффузоры с тонким пузырем могут использоваться в промежутках между носителями для повышения эффективности переноса кислорода. Дополнительная энергия для суспензии среды может увеличить затраты на аэрацию на 10-20% по сравнению с работой без ИФАС, хотя это часто компенсируется устранением химической дозировки для питательных веществ. Конструкция системы аэрации должна сбалансировать поступление кислорода с энергией смешивания.

Урегулирование шлама и загрузка кларификатора

Наличие частиц биопленки может изменять характеристики осадка. В МФСА подвесной флок имеет тенденцию иметь более низкий индекс объема осадка (SVI), поскольку носитель обеспечивает поверхность для нитевидного роста, что может улучшить осаждение. Однако, если среда слаживает фрагменты биопленки, осветитель может испытывать более высокую нагрузку на твердые вещества. Необходима правильная конструкция осветителя или включение отдельной зоны осаждения. Многие растения МФСА включают тонкие экраны перед осветителем для захвата любых фрагментов отсоединенных сред.

Мониторинг и контроль процессов

Поскольку IFAS включает в себя как подвесную, так и присоединенную биомассу, традиционные параметры управления, такие как смешанные взвешенные твердые вещества (MLSS), становятся более сложными. Эффективная биомасса в системе включает как подвесные, так и присоединенные фракции, поэтому операторы должны контролировать толщину биофильма и периодически измерять присоединенную биомассу через пробоотбор носителя. Растворимый контроль кислорода должен учитывать градиент кислорода в биопленке. Автоматизированные системы управления, которые регулируют аэрацию на основе уровней аммиака и нитратов, могут оптимизировать производительность и уменьшить потребление энергии.

Реальные приложения и тематические исследования

Технология IFAS была внедрена на тысячах заводов по всему миру, начиная от небольших заводов по производству упаковки и заканчивая крупными муниципальными объектами.

Муниципальный вывод питательных веществ

Завод по очистке сточных вод Seneca в Нью-Йорке (США) модернизировал свою обычную установку по осадку с активированным осадком до IFAS, чтобы удовлетворить общий предел азота 8 мг / л. Добавив взвешенные среды в аэробные зоны, завод увеличил мощность нитрификации без строительства новых резервуаров. Средний аммиак упал с 5 мг / л до менее 1 мг / л сразу после запуска. Стоимость проекта составила около 2,5 млн долларов США, что намного меньше, чем 8 млн долларов США, оцененных для нового завода MBR, с ежегодной химической экономией в 120 000 долларов США.

Промышленная обработка сточных вод

На заводе по переработке пищевых продуктов в Нидерландах IFAS применялась для обработки высоких нагрузок аммиака из богатых белком сточных вод. Биопленка позволяла стабильную нитрификацию при температуре 12°C, что было невозможно при предыдущей традиционной системе. Модернизация IFAS также снижала производство осадка на 15% из-за лучшего выхода биомассы из биопленки.

Холодный климат

Несколько заводов в Канаде и Скандинавии продемонстрировали эффективность IFAS при температурах до 8 ° C. Биопленка защищала нитрифиры от вымывания, сохраняя удаление аммиака на 85% даже в зимний период. Эта способность делает IFAS особенно привлекательной для регионов с длительными холодными зимами, где обычные системы часто не соответствуют пределам питательных веществ.

Экологическое и экономическое воздействие

С экологической точки зрения, IFAS непосредственно способствует более чистой поверхностной воде за счет снижения нагрузки на питательные вещества. Предотвращение эвтрофикации сохраняет водное биоразнообразие, уменьшает вредное цветение водорослей и снижает стоимость очистки питьевой воды. Сокращение химического использования для удаления фосфора также снижает углеродный след очистной установки, поскольку производство металлических солей (алюм или железо) является энергоемким.

В экономическом плане заводы, которые модернизируются до IFAS, обычно получают отдачу от инвестиций в течение 2-4 лет за счет избегаемых капитальных затрат, сокращения закупок химических веществ и снижения потребления энергии по сравнению с передовыми технологиями обработки. Более длительная СТО биопленки также снижает производство биотвердых веществ на 10-20% на массовой основе, сокращая затраты на перевозку и удаление. Для расширения завода способность использовать существующие объемы резервуаров без нового строительства может сэкономить миллионы в бетоне и стали.

Оценка жизненного цикла 2019 года, сравнивающая IFAS, MBBR и MBR для муниципального завода в 10 МГД, показала, что IFAS имеет самые низкие чистые текущие затраты за 20 лет из-за его более низких требований к энергии и техническому обслуживанию. В исследовании также подчеркивается, что IFAS имеет самые низкие выбросы парниковых газов среди трех технологий, в первую очередь из-за более низкого потребления электроэнергии и сокращения использования метанола для денитрификации.

Будущие направления и инновации

Технологические разработки IFAS продолжают развиваться. Текущие исследования сосредоточены на передовых медиапокрытиях , которые способствуют специфическому прикреплению бактерий, таких как носители, легированные железом или магнитами, для повышения роста PAO. Еще одной перспективной разработкой является использование датчиков мониторинга биопленки в реальном времени, встроенных в носители, что позволяет операторам отслеживать толщину и активность биопленки без ручной выборки.