Analisis Kecekapan Penyingkiran Bahan Pencemaran dalam Air Sisa Menggunakan Sistem AAO yang Diubahsuai
Gambaran keseluruhan
TheAnaerobik-Anoksik-Oksik (AAO atau A²/O)proses ialah teknologi rawatan air sisa biologi yang diterima pakai secara meluas yang direka untuk penyingkiran karbon organik, nitrogen dan fosforus secara serentak. Ia terdiri daripada tiga zon yang saling berkaitan:
- Zon Anaerobik: Kekurangan oksigen dan nitrat, bakteria fakultatif memecahkan sebatian organik, membebaskan fosforus.
- Zon Anoksik: Bakteria pendenitrifikasi menggunakan karbon organik sebagai penderma elektron untuk mengurangkan nitrat/nitrit (dipulangkan dari zon oksik) menjadi gas nitrogen, mencapai penyingkiran nitrogen.
- Zon Oksik: Mikroorganisma aerobik mengoksidakan bahan organik yang tinggal dan memudahkan nitrifikasi (ammonia kepada nitrat), manakala fosforus-organisma terkumpul mengambil fosfat.
Dalam bidang rawatan air sisa, manakala sistem AAO konvensional boleh membuang bahan pencemar daripada kumbahan, komposisi air sisa yang semakin kompleks telah menyebabkan penurunan tertentu dalam kecekapan rawatan proses AAO. Untuk memastikan tahap aplikasi dan keberkesanan proses AAO,adalah perlu untuk menjalankan penyelidikan khusus mengenai sistem yang diubah suai, yang memegang kepentingan praktikal yang signifikan untuk perusahaan dan jabatan yang berkaitan dalam meningkatkan kualiti operasi mereka.
Sistem AAO yang diubah suai
1. Prinsip Asas Sistem AAO
Mengambil sistem rawatan air sisa AAO di loji rawatan air sisa tertentu sebagai contoh, sistem sedia ada ialah aproses AAO konvensional, terutamanya terdiri daripada empat komponen:tangki anaerobik, tangki aerobik, tangki anoksik, dan tangki pemendapan sekunder, seperti yang diperincikan dalamRajah 1.
Dalam sistem AAO konvensional, mikroorganisma tumbuh dan bermetabolisme di bawah pelbagai keadaan persekitaran. Melalui interaksi antara komuniti mikrob yang berbeza, penyingkiran bahan pencemar yang berkesan dicapai melalui tindak balas kimia seperti ammonifikasi, nitrifikasi dan penyahtindahan, yang menghapuskan bahan pencemar organik dengan ketara.
Sistem AAO konvensional menawarkan kelebihan seperti kos teknikal yang rendah, operasi mudah dan masa pengekalan hidraulik (HRT) yang singkat. Walau bagaimanapun, ia juga mengalami kelemahan termasukkecekapan penyingkiran fosforus yang lemahdankeperluan ketat untuk umur enap cemar dan reka bentuk sumber karbon, menjadikannya sukar untuk memenuhi piawaian yang dijangkakan dalam beberapa projek penyingkiran bahan pencemar air sisa.
2. Analisis Reka Bentuk Sistem AAO yang Diubahsuai
Berdasarkan kajian terdahulu, penambahbaikan telah dibuat pada sistem AAO konvensional, terutamanya memfokuskan kepada tangki anaerobik. Thesistem tangki anaerobik yang diubah suaiterdiri daripada tiga bahagian:enapcemar-zon pencampuran air, enapcemar-zon pemisahan air dan zon media, seperti yang ditunjukkan dalamRajah 2.
Dalamsistem AAO yang diubah suai (Rajah 3), zon pencampuran air enapcemar-dan zon media direka bentuk dengan dimensi yang sama (15 cm panjang × 20 cm lebar × 60 cm tinggi), setiap satu dengan isipadu berkesan 9 L. Masa pengekalan hidraulik (HRT) untuk kedua-dua zon enapcemar dan zon media ialah 2 jam.
3. Analisis Kecekapan Penyingkiran COD dalam Sistem AAO yang Diubahsuai
Kecekapan penyingkiran permintaan oksigen kimia (COD) sistem AAO yang diubah suai telah dianalisis. Apabila COD influen ialah 447 mg/L, COD efluen dari peringkat anaerobik adalah lebih kurang 147 mg/L, dan COD efluen akhir ialah 42 mg/L, memenuhi piawaian pelepasan Kelas A. Kecekapan penyingkiran COD pada peringkat anaerobik awal adalah tidak stabil, dengan turun naik yang ketara dan tahap pepejal terampai minuman keras bercampur (MLSS) yang agak rendah. Walau bagaimanapun,selepas 7 hari, kadar penyingkiran stabil pada 94%. Peringkat anaerobik terutamanya menghilangkan bahan pencemar melalui degradasi mikrob dan pencairan oleh refluks, menunjukkan penyingkiran bahan pencemar yang berkesan.
Menggunakan perisian Minitab, prestasi penyingkiran sistem AAO yang diubah suai dan konvensional dibandingkan melalui analisis ujian t-sampel bebas, dengan keputusan ditunjukkan dalamRajah 4.
Pada selang keyakinan 95%, nilai t- ialah 0.26 dan nilai p- ialah 0.605. Analisis data menunjukkan tiada perbezaan yang signifikan dalam kadar penyingkiran min antara kedua-dua sistem. Sistem AAO yang diubah suai menunjukkan kebolehubahan yang agak tinggi dalam kecekapan penyingkiran COD, terutamanya disebabkan oleh perbezaan dalam-data peringkat awal, termasuk fasa penyesuaian.Secara keseluruhannya, sistem AAO yang diubah suai menunjukkan penyingkiran COD yang berkesan.
4. Analisis Kecekapan Penyingkiran Nitrogen Ammonia dalam Sistem AAO yang Diubahsuai
Kecekapan penyingkiran nitrogen ammonia (NH₃-N) telah dianalisis. Apabila kepekatan influen NH₃-N ialah 36 mg/L, efluen NH₃-N daripada peringkat anaerobik ialah lebih kurang 19 mg/L. Pada peringkat awal, kepekatan efluen agak tinggi, dan kecekapan penyingkiran berubah-ubah dengan ketara. Walau bagaimanapun,selepas 12 hari penyesuaian, kadar penyingkiran meningkat kepada sekitar 81%, dengan bakteria nitrifikasi dalam fasa pertumbuhan logaritma.Selepas itu, kadar penyingkiran stabil, mencapai purata 93%, dengan kepekatan efluen NH₃-N sebanyak 4 mg/L, memenuhi piawaian pelepasan Kelas A.
Pada selang keyakinan 95%, nilai t- ialah 3.41 dan nilai p- ialah 0.998. Analisis data menunjukkan tiada perbezaan yang signifikan dalam kadar penyingkiran min antara kedua-dua sistem. Sistem AAO yang diubah suai menunjukkan kebolehubahan yang agak tinggi dalam kecekapan penyingkiran NH₃-N, terutamanya disebabkan oleh perbezaan dalam-data peringkat awal, termasuk fasa penyesuaian.Secara keseluruhannya, sistem AAO yang diubah suai menunjukkan penyingkiran NH₃-N yang berkesan.
5. Analisis Jumlah Fosforus dan Kecekapan Penyingkiran Jumlah Nitrogen dalam Sistem AAO yang Diubahsuai
5.1 Jumlah Kecekapan Penyingkiran Fosforus
Jumlah kecekapan penyingkiran fosforus (TP) telah dianalisis. Apabila kepekatan TP influen ialah 3.6 mg/L, tempoh penyesuaian 11 hari diperlukan. Kepekatan TP efluen daripada keseluruhan sistem mencapai 2.8 mg/L, manakala kepekatan TP efluen peringkat anaerobik ialah 4.2 mg/L, menunjukkan pembebasan fosforus yang ketara. Selepas penyesuaian, prestasi penyingkiran TP bertambah baik dengan ketara, dengan kepekatan TP efluen peringkat anaerobik menurun kepada 2.7 mg/L dan kecekapan penyingkiran mencapai 17%.Pada peringkat seterusnya, kadar penyingkiran TP stabil melebihi 60%, dan kepekatan TP efluen menghampiri 0.5 mg/L, memenuhi piawaian pelepasan Kelas B.
Perbandingan kedua-dua sistem menunjukkan bahawa sistem AAO yang diubah suai memerlukan tempoh penyesuaian awal dengan kecekapan penyingkiran yang agak rendah. Walau bagaimanapun, selepas penyesuaian,prestasi penyingkiran TPnya meningkat dengan ketara, menunjukkan kecekapan yang dipertingkatkan berbanding sistem AAO konvensional.
5.2 Jumlah Kecekapan Penyingkiran Nitrogen
Jumlah kecekapan penyingkiran nitrogen (TN) telah dianalisis. Apabila kepekatan TN influen ialah 34 mg/L, kepekatan TN efluen peringkat anaerobik adalah lebih kurang 18 mg/L. Pada peringkat awal, kepekatan efluen agak tinggi, dan kecekapan penyingkiran berubah-ubah dengan ketara.Selepas 10 hari penyesuaian, kadar penyingkiran TN meningkat kepada 68%, dengan kepekatan efluen 9 mg/L, memenuhi piawaian pelepasan Kelas A.
Pada selang keyakinan 95%, nilai t- ialah 0.72 dan nilai p- ialah 0.753. Analisis data menunjukkan tiada perbezaan yang signifikan dalam kadar penyingkiran min antara kedua-dua sistem. Sistem AAO yang diubah suai menunjukkan kebolehubahan yang agak tinggi dalam kecekapan penyingkiran TN, terutamanya disebabkan oleh perbezaan-data peringkat awal, termasuk fasa penyesuaian.Secara keseluruhannya, sistem AAO yang diubah suai menunjukkan penyingkiran TN yang berkesan.
Kesimpulan
Ringkasnya, sistem AAO yang diubah suai menunjukkan prestasi teguh dalam mengalih keluar bahan pencemar air sisa utama-COD, nitrogen ammonia, jumlah nitrogen dan jumlah fosforus-memenuhi piawaian nyahcas Kelas A atau B selepas tempoh penyesuaian yang singkat.
Walaupun analisis statistik (ujian t-, nilai p-) tidak menunjukkan perbezaan ketara dalam kecekapan penyingkiran min berbanding sistem konvensional, reka bentuk yang diubah suai mempamerkan kestabilan yang lebih tinggi dan hasil rawatan yang lebih baik dari semasa ke semasa, walaupun kebolehubahan data yang lebih besar semasa operasi awal. Penambahbaikan, terutamanya dalam zon anaerobik dengan zon pencampuran, pengasingan dan media yang optimum, menyumbang kepada peningkatan daya tahan dan kecekapan proses.
Penemuan ini menggariskanpotensi sistem AAO yang diubah suai untuk menangani komposisi air sisa yang kompleks dengan berkesan, menyokong aplikasi praktikal mereka untuk menaik taraf infrastruktur rawatan sedia ada.