Bij de anaerobe behandeling van huishoudelijk afvalwater wordt de retentietijd langer dan 2 uur aangehouden, de anoxische retentietijd meer dan 2 uur en de aërobe tankretentietijd 6 uur. Het lijkt erop dat de anaërobe en anoxische retentietijden bedoeld zijn voor een betere verwijdering van organisch materiaal. Moet de verblijftijd worden verkort als het organischestofgehalte laag is? En als het organischestofgehalte hoog is, moet de verblijftijd dan verlengd worden? Wat zou de impact zijn als de bewaartijd te lang of te kort is? Het lijkt erop dat een langere aërobe retentietijd de groei van nitrificerende bacteriën moet vergemakkelijken, zodat ammoniak-stikstof effectiever kan worden verwijderd. Bedankt, experts, voor de (populair-wetenschappelijke uitleg)!
De hydraulische retentietijd (HRT) wordt vaak over het hoofd gezien bij het dagelijkse beheer van de bedrijfsvoering, maar is toch een belangrijk referentiepunt, vooral voor systemen voor de verwijdering van stikstof en fosfor!
1. Wat is hydraulische retentietijd (HRT)?
Hydraulische retentietijd (afgekort als HRT) is een term die wordt gebruikt in waterbehandelingsprocessen. Het betreft de gemiddelde tijd dat het te behandelen afvalwater in de reactor verblijft, dat wil zeggen de gemiddelde reactietijd tussen het afvalwater en de micro-organismen in de biologische reactor.
Voor biologische behandeling moet de HRT voldoen aan de eisen van het specifieke proces. Anders zullen de biochemische reacties onvolledig zijn als de HST onvoldoende is, wat leidt tot een zwakkere behandelingsefficiëntie. Omgekeerd kan een te lange HRT slibveroudering in het systeem veroorzaken.
Tabel: HRT voor verschillende afvalwaterzuiveringsprocessen
Wanneer de behandelingsefficiëntie slecht is, kan de ontwerp-HST-waarde ter verificatie worden gebruikt. Bij het verifiëren van HRT moet het debiet de slibretourstroom omvatten. Als de HRT te klein is, moet het afvalwaterdebiet langzaam worden verlaagd; als deze te groot is, moet het afvalwaterdebiet langzaam worden verhoogd. Houd er rekening mee dat eventuele wijzigingen in het afvalwaterdebiet geleidelijk moeten worden doorgevoerd om te voorkomen dat het systeem een schokbelasting krijgt. Gezien de uitdagende aard van de afvalwaterzuivering mag het verminderen van de inkomende afvalwaterstroom niet lichtvaardig worden gedaan; aanpassingen moeten vooral worden gedaan aan het retourdebiet.
Bij het conventionele actiefslibproces bepaalt de HRT grotendeels de mate van afvalwaterzuivering, omdat deze de slibretentietijd bepaalt. Bij het MBR-proces (Membrane Bioreactor) houdt het scheidingseffect van het membraan de micro-organismen echter volledig in de reactietank vast, waardoor een volledige scheiding van de hydraulische verblijftijd en de slibleeftijd wordt bereikt!
2. Berekening van de hydraulische retentietijd (HRT)
Er zijn eigenlijk twee soorten hydraulische retentietijd bij de behandeling van afvalwater: de ene wordt de nominale hydraulische retentietijd genoemd, en de andere is de werkelijke hydraulische retentietijd!
1. Nominale hydraulische retentietijd
Zoals de naam doet vermoeden is dit de berekening gebaseerd op de definitie: de hydraulische verblijftijd is gelijk aan het effectieve volume van het afvalwaterzuiveringssysteem gedeeld door het influentdebiet.
Als het effectieve volume van het afvalwaterzuiveringssysteem V (m³) is, en Q het influentdebiet per uur (m³/u), dan is de formule voor de hydraulische verblijftijd:
`HRT=V / Q`
2. Werkelijke hydraulische retentietijd
De werkelijke hydraulische retentietijd verwijst naar de realtime afvalwater die daadwerkelijk in het behandelingssysteem achterblijft, en er moet rekening worden gehouden met de slibretourstroom:
Als het effectieve volume van het afvalwaterzuiveringssysteem V (m³) is, Q het influentdebiet per uur (m³/u) en R de slibrecirculatieverhouding is, dan is de formule voor de hydraulische verblijftijd:
`HRT=V / [(1 + R) Q]`
Wordt bij een stikstofverwijderingssysteem de interne recirculatiestroom meegenomen in de berekening van de werkelijke hydraulische verblijftijd voor de anoxische tank? Deze kwestie is besproken. Over het algemeen is de interne recirculatiestroom niet opgenomen in de formule voor de werkelijke HRT van de anoxische tank. Regelgeving voorziet doorgaans alleen in een bereik voor de anoxische HRT-tank. Voor de berekening van de HRT van de anoxische tank wordt zonder twijfel de externe recirculatieverhouding R meegenomen; het is algemeen aanvaard dat het effectieve influentdebiet (1+R)Q is.
Daarom wordt de HRT in een anoxische tank over het algemeen beschouwd als HRT=V / [(1 + R) Q].
Met betrekking tot de vraag of de interne recirculatiestroom moet worden geteld voor de anoxische HRT-tank, vanuit macroscopisch perspectief, als de interne recirculatieverhouding r=4 of N, gaan we ervan uit dat het water 4 of N keer wordt gerecirculeerd. Dus hoewel de retentietijd per doorgang kort is, is de totale tijd over 4 of N doorgangen opgeteld gelijkwaardig, waardoor de invloed van de interne recirculatie effectief wordt gecompenseerd.
Daarom is de interne recirculatiestroom niet opgenomen in de formule.
3. De rol van hydraulische retentietijd (HRT)
Effect van HST op de verwijdering van stikstof
In het A²/O-proces is er, onder omstandigheden van een voldoende lange HRT, een goede verwijderingsefficiëntie voor NH₃-N. Als de HRT te kort is, hebben de verschillende microbiële populaties in de reactietank niet genoeg tijd om te groeien, wordt het slib te snel weggespoeld en verlopen zowel de nitrificatie- als de denitrificatiereacties niet volledig. Wanneer de HRT een bepaalde waarde bereikt, voldoende om de reacties in elke reactor volledig te laten verlopen, voegt het verder verhogen van de HRT alleen maar een economische last toe zonder een significantere verbetering in de stikstofverwijdering te bieden.
Onderzoek naar hybride MBR-processen heeft echter uitgewezen dat binnen het geteste HRT-bereik (4,97 uur - 8.70 uur) de efficiëntie van de TN-verwijdering van het systeem toenam naarmate de HRT afnam. Dit komt doordat onder lange HRT-omstandigheden de organische belasting van het systeem afneemt, wat de endogene ademhaling van biomassa kan intensiveren, de slibactiviteit kan beïnvloeden en uiteindelijk de efficiëntie van de verwijdering van verontreinigende stoffen van het systeem kan verminderen. Het verlagen van de HRT kan de organische belasting van het systeem verhogen, waardoor de denitrificatiecapaciteit van het systeem wordt vergroot en uiteindelijk de stikstofverwijderingsprestaties worden verbeterd.
Effect van HST op de verwijdering van fosfor
In het SBR-proces heeft HRT een relatief kleine invloed op de efficiëntie van de verwijdering van PO₄³⁻-P; dit proces laat geen significante verwijdering zien voor PO₄³⁻-P. Dit kan komen doordat denitrificerende bacteriën en polyfosfaat-accumulerende organismen (PAO's) beide heterotroof zijn. Denitrificerende bacteriën kunnen VFA's opnemen en gebruiken vóór PAO's voor denitrificatie, en PAO's stellen strengere eisen aan koolstofbronnen dan denitrificerende bacteriën - gemakkelijk biologisch afbreekbaar organisch materiaal wordt bij voorkeur gebruikt door denitrificerende bacteriën. Dit leidt ertoe dat er minder koolstofbron wordt geadsorbeerd door PAO's, en dienovereenkomstig minder VFA, wat resulteert in minder PHB (poly- -hydroxybutyraat) dat wordt gegenereerd onder anaërobe omstandigheden. Bijgevolg wordt de energie die nodig is voor het vrijkomen van fosfor relatief verminderd.
Uit onderzoek naar het A²/O-proces blijkt dat naarmate de HRT toeneemt, de efficiëntie van de TP-verwijdering niet noodzakelijkerwijs continu toeneemt, maar eerder een trend vertoont van eerst stijgen en dan afnemen. Wanneer de HRT 8 uur is, is de TP-verwijderingsefficiëntie het hoogst, wat de beste verwijderingsprestaties aangeeft. Wanneer de HRT toeneemt tot 12 uur, vertoont de efficiëntie van de TP-verwijdering een dalende trend en verslechtert de prestatie van de fosforverwijdering. Dit geeft aan dat een voldoende lange HST gunstig is voor de verwijdering van TP. Naarmate de HST echter verder toeneemt, neemt de snelheid waarmee TP wordt verwijderd geleidelijk af, wat een negatief effect kan hebben op de fosforverwijdering. Dit kan zijn omdat een te grote HRT tot sludge kan leiden