Celovita analiza pogosto uporabljenih procesov v mestnih čistilnih napravah

Glavni cilj čiščenja mestne odpadne vode je odstraniti onesnaževala, kot so KPK, BPK₅, TN in TP, iz odpadne vode, da se izpolnijo standardi izpustov (glavno spoštovanje standarda razreda A "Standarda za izpuste onesnaževal za mestne čistilne naprave" GB 18918-2002). Trenutni glavni procesi so osredotočeni na biološko čiščenje v kombinaciji z enotami za predobdelavo in napredno obdelavo, ki tvorijo celoten proces "predhodne obdelave - jedrne obdelave - napredne obdelave - odstranjevanje blata." Sledi podroben uvod v šest najpogosteje uporabljenih procesov, ki zajema njihova načela, ključne parametre, prednosti in slabosti ter uporabne scenarije, hkrati pa upošteva tehnične podrobnosti in inženirsko izvedljivost.

1. Načelo postopka

Z uporabo aktivnega blata kot jedra mikroorganizmi v aerobnih pogojih adsorbirajo in razgrajujejo organska onesnaževala v odpadni vodi, s čimer dosežejo čiščenje odpadne vode z ločevanjem blata-vode. Osnovni proces: bar zaslon → komora za pesek → primarni sedimentacijski rezervoar → prezračevalni rezervoar → sekundarni sedimentacijski rezervoar → dezinfekcija in praznjenje; preostalo blato se koncentrira, odstrani voda in nato odstrani.

2. Ključni parametri zasnove
* Hidravlični zadrževalni čas (HRT): 8-12 h, s HRT večjim ali enakim 6 h v prezračevalni posodi;
* Čas zadrževanja blata (SRT): 3-5d (velja samo za odstranjevanje organskih snovi, brez funkcij odstranjevanja dušika in fosforja);
* Organska obremenitev (F/M): 0,2-0,4 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* Koncentracija DO v prezračevalni posodi: 2–3 mg/L z uporabo prisilnega ali mehanskega prezračevanja.

3. Prednosti in slabosti
* Prednosti: Razvita tehnologija, stabilno delovanje, visoka učinkovitost pri obdelavi organskih snovi (stopnja odstranitve BPK₅ 85 %-90 %) in relativno nizki investicijski stroški;
* Slabosti: Brez funkcij odstranjevanja dušika in fosforja, zaradi česar je težko izpolnjevati trenutne standarde razreda A; velika proizvodnja blata, ki je nagnjena k nitastemu nabiranju prostornine; velik odtis in razmeroma visoka poraba energije.

4. Veljavni scenariji
* Primerno za-zgodaj zgrajene čistilne naprave z nizkimi standardi izpusta ali kot enota za predhodno obdelavo industrijske odpadne vode; trenutno se redko uporablja sam v novih projektih, ampak večinoma kot osnovni modul za izboljšanje procesov.

1. Načelo postopka
A²O (anaerobni-anoksični-aerobni) proces doseže sočasno odstranjevanje dušika in fosforja s sinergističnim delovanjem treh območij: fosfor-akumulacijske bakterije sproščajo fosfor v anaerobnem območju, denitrifikacijske bakterije odstranijo dušik v anoksičnem območju, nitrificirajoče bakterije pa nitrificirajo in fosfor-akumulacijske bakterije absorbirajo fosfor v aerobnem območju. Spremenjena različica (z dodatkom pred-anoksičnega rezervoarja) rešuje problem konkurenčnosti vira ogljika med denitrifikacijo in odstranjevanjem fosforja, s čimer se poveča učinek odstranjevanja dušika in fosforja. Osnovni proces: Predobdelava → Anaerobni rezervoar → Pred-anoksični rezervoar → Anoksični rezervoar → Aerobni rezervoar → Sekundarni sedimentacijski rezervoar → Napredna obdelava → Izpust.

2. Ključni parametri zasnove

Celotno HNZ: 10-12 h, razmerje anaerobno:anoksično:aerobno HNZ=1:3:5;
Čas zadrževanja blata (SRT): 10-12 dni pri sobni temperaturi, 15 dni pri nizki temperaturi (za uravnoteženje zahtev po nitrifikaciji in odstranitvi fosforja);
Razmerje recirkulacije: razmerje recirkulacije mešane tekočine 200%-300% (nastavljiva spremenljiva frekvenca), razmerje recirkulacije blata 50%-80%;
Nadzor DO: anaerobno območje manj kot ali enako 0,2 mg/l, anoksično območje manj kot ali enako 0,5 mg/l, aerobno območje 2–3 mg/l.

3. Prednosti in slabosti

Prednosti: odlična učinkovitost odstranjevanja dušika in fosforja (stopnja odstranjevanja TN 70%-80%, stopnja odstranjevanja TP 80%-90%), dosledno izpolnjevanje standardov razreda A; zrela tehnologija, zmerni obratovalni stroški, primerno za komunalne odpadne vode z velikimi nihanji kakovosti vode;
Slabosti: Obstajajo nedoslednosti parametrov med odstranjevanjem dušika in fosforja (SRT, zahteve glede razmerja recirkulacije so v nasprotju); nizko{0}}odpadna voda iz vira ogljika zahteva dodatek zunanjega vira ogljika; nekoliko večji odtis.

4. Veljavni scenariji

Trenutno najprimernejši postopek za novogradnjo, razširitev in nadgradnjo mestnih čistilnih naprav, še posebej primeren za projekte komunalne odpadne vode, ki zahtevajo hkratni nadzor nad emisijami dušika in fosforja. Prilagodi se lahko tudi za kompleksne odpadne vode, ki vsebujejo majhne količine industrijskih odpadnih voda (potrebna je prilagoditev koeficienta biorazgradljivosti).

1. Načelo postopka

Ta proces združuje tehnologijo membranskega ločevanja z biološko obdelavo in nadomešča sekundarni sedimentacijski rezervoar z membranskimi moduli, da se doseže učinkovito ločevanje blata-vode. Pretok jedra: Predobdelava → Biološki rezervoar (uporabijo se lahko konfiguracije A²O, SBR itd.) → Membranski rezervoar → Dezinfekcija in praznjenje. Membranski moduli lahko zadržijo mikroorganizme, vzdržujejo visoko koncentracijo MLSS v biološkem rezervoarju ter izboljšajo nitrifikacijo in odstranjevanje organskih snovi.

2. Ključni parametri zasnove

Koncentracija MLSS: 6000-8000 mg/L (precej višje od tradicionalnih procesov);
Čas zadrževanja blata (SRT): 20-30 dni (izboljšana nitrifikacija, primerno za odpadne vode z nizko temperaturo in nizkim C/N);
Membranski pretok: 10-20 L/(m²·h), zahteva redno fizično/kemično čiščenje;
Poraba energije: 0,6-1,0 kWh/m³ (vključno s porabo energije prezračevanja in membranskega sesanja).

3. Prednosti in slabosti

Prednosti: Odlična kakovost odplak (TN manj kot ali enako 8 mg/L, TP manj kot ali enako 0,3 mg/L), izpolnjevanje zahtev za nadgradnjo na skoraj -razred IV kakovosti vode; odtis je le 1/3-1/2 odtisa tradicionalnih procesov; ni nevarnosti izgube blata, visoka stabilnost delovanja;
Slabosti: visoki stroški membranskega modula (predstavljajo 30–40 % celotne naložbe); zapleteno vzdrževanje (nagnjeno k zamašitvam), visoki obratovalni stroški; večja poraba energije kot tradicionalni biološki procesi.

4. Veljavni scenariji

Primerno za osrednja mestna območja z omejenimi zemeljskimi viri, projekte nadgradnje s strogimi standardi odplak ali posebne scenarije kakovosti vode, kot sta nizka temperatura in nizko razmerje C/N; uporabno tudi za decentralizirano čiščenje odpadne vode (npr. stanovanjske skupnosti, industrijski parki).

1. Načelo postopka

Z uporabo obročastega -reaktorja v jarku odpadna voda kroži v jarku skozi vrteče se krtače ali diske za prezračevanje, pri čemer se ustvarjajo izmenična aerobna in anoksična območja, da se doseže razgradnja organske snovi in ​​denitrifikacija. Običajne konfiguracije vključujejo oksidacijske jarke Carrousel, oksidacijske jarke Orbal in integrirane oksidacijske jarke (vključno s sekundarnimi sedimentacijskimi rezervoarji).

2. Ključni parametri zasnove

Skupno HRT: 15-25h (dolg hidravlični retencijski čas, močna odpornost na udarne obremenitve);
Čas zadrževanja blata (SRT): 10-20d (primeren za zahteve po odstranitvi dušika);
Organska obremenitev (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Raztopljeni kisik: postopna porazdelitev znotraj jarka (2-3 mg/L v aerobnem območju, 0,5-1 mg/L v anoksičnem območju).

3. Prednosti in slabosti

Prednosti: Izjemno močna odpornost na udarne obremenitve, primerna za odpadne vode z velikimi nihanji kakovosti in količine vode; enostavno delovanje in upravljanje, nizki stroški vzdrževanja; dober učinek odstranjevanja dušika (stopnja odstranjevanja TN 70%-75%);
Slabosti: Šibek učinek odstranjevanja fosforja (zahteva pomožno kemično odstranjevanje fosforja); velik odtis, velika poraba energije; nezadostna operativna fleksibilnost.

4. Veljavni scenariji
Primerno za čistilne naprave v majhnih in srednje-velikih mestih (prostornina 50.000–500.000 m³/d), kompleksne odpadne vode z velikimi nihanji v kakovosti vode (vključno z majhno količino industrijske odpadne vode) ali projekte z omejenimi zmogljivostmi delovanja in upravljanja.

1. Načelo postopka

Z uporabo intermitentnega reaktorja se v istem rezervoarju izvede pet stopenj: dotok, prezračevanje (aerobno), usedanje, izpust iztoka in obdobje mirovanja. Razgradnja organske snovi, odstranjevanje dušika in fosforja se dosežejo z razporeditvijo časa. Spremenjene različice (postopki CAST, CASS) dodajo izbirno cono in pred-reakcijsko cono za izboljšanje zmogljivosti usedanja blata in učinkovitosti odstranjevanja fosforja.

2. Ključni parametri zasnove:
En delovni cikel: 4-6 ur (vključno z 2-3 urami prezračevanja in 1-1,5 ure usedanja);
Čas zadrževanja blata (SRT): 10-15 dni;
Koncentracija MLSS: 3000-5000 mg/L;
Razmerje drenaže: 1/3-1/2 (vsaka drenaža ne sme presegati 1/2 prostornine rezervoarja).

3. Prednosti in slabosti

Prednosti: Majhen odtis (ni potrebe po ločenem sekundarnem usedalniku); prilagodljivo delovanje, s prilagodljivimi parametri cikla glede na kakovost vode; primeren za majhne do srednje količine vode, ki omogoča hkratno odstranjevanje dušika in fosforja.
Slabosti: Visoke zahteve za avtomatsko krmiljenje (zahteva natančno kontrolo časovnega razporeda vsake stopnje); nezadostna stabilnost kakovosti odplak, na katero zlahka vplivajo delovni parametri; hitra obraba opreme (pogost zagon-ustavitev ventilov in črpalk).

4. Veljavni scenariji
Primerno za majhne in srednje-mestne čistilne naprave (prostornina vode manj kot ali enaka 100.000 m³/d), decentralizirane projekte čiščenja odpadne vode (kot so skupnosti in industrijski parki) ali scenarije z velikimi nihanji kakovosti vode, ki zahtevajo prilagodljivo prilagajanje načinov delovanja.

1. Načelo postopka
Združuje vse korake biološkega čiščenja (razgradnja COD, odstranjevanje dušika, odstranjevanje fosforja, stabilizacija blata) v en sam biološki rezervoar. S consko zasnovo in visoko{1}}učinkovitim prezračevalnim sistemom se doseže hkratno odstranjevanje dušika in fosforja ter zmanjšanje blata. Osrednji poudarek je prezračevalni sistem BioDopp (veliko-površinsko prezračevanje s fino peno), ki ima visoko učinkovitost prenosa kisika in je enostaven za vzdrževanje.

2. Ključni parametri zasnove
Poraba energije: 0,075 kWh/m³ (precej nižja od tradicionalnih procesov, kar kaže znatne-prednosti pri varčevanju z energijo);
Koncentracija MLSS: 8 g/L (visoka koncentracija blata, izboljšanje učinkovitosti obdelave);
Učinkovitost prenosa kisika: 5 kgO₂/kWh, povpraševanje po kisiku 0,2-0,3 mg/L;
Skupno HRT: 8-12 ur, primerno za rutinske potrebe po čiščenju komunalne odpadne vode.

3. Prednosti in slabosti
Prednosti: Izjemen učinek-varčevanja z energijo (poraba energije je le 1/5-1/8 tradicionalnih procesov); visoka integracija, majhen odtis; nizka proizvodnja blata, ki odpravlja potrebo po kompleksnem odstranjevanju blata; enostavno vzdrževanje prezračevalnega sistema (lahko se očisti na spletu, brez izpadov); Slabosti: visok tehnični prag, osnovna oprema je odvisna od uvoza; primerna za posebne kakovosti vode, je treba dodatno preveriti prilagodljivost na odpadne vode z visoko vsebnostjo soli in odporne vode.

4. Veljavni scenariji
Primerno za novozgrajene komunalne čistilne naprave (ki si prizadevajo za varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe) in projekte čiščenja odpadne vode v industrijskih parkih. Uspešno se uporablja v Nemčiji, na Češkem ter v provincah Šanghaj in Hebei v moji državi.

Izbira postopkov za komunalne čistilne naprave zahteva celovito obravnavo petih ključnih dejavnikov: lastnosti kakovosti vode, standardov izpustov, količine vode, zemljiških virov in obratovalnih stroškov. Osnovna logika je naslednja:

• Kakovost vode in standardi izpusta: Za hkratno odstranjevanje dušika in fosforja, ki ustreza standardom razreda A, sta prednostna modificirana postopka A²O in MBR; za nadgradnjo na kakovost vode blizu razreda IV so prednostni postopki MBR; za kakovost vode z velikimi nihanji so prednostni oksidacijski jarek in modificirani postopki SBR.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) dati prednost modificiranemu A²O in procesom oksidacijskega jarka; male in srednje-čistilne naprave (10.000–500.000 m³/d) lahko izberejo postopke A²O, modificiranega SBR ali BioDopp; decentralizirani projekti (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Zemljišče in stroški: V urbanih središčih, kjer je zemlje malo, so prednostni postopki MBR, SBR in BioDopp; za omejene proračune so prednostni modificirani A²O in procesi z oksidacijskim jarkom; za dolgoročne-prihranke energije je mogoče razmisliti o postopkih BioDopp.
• Delovanje in upravljanje: Za naprave z omejenimi operativnimi in upravljavskimi zmogljivostmi so prednostni oksidacijski jarek in modificirani postopki A²O (enostavni za upravljanje); za tiste z višjo stopnjo avtomatizacije sta primerna modificirana procesa MBR in SBR.

Če povzamemo, modificiran postopek A²O s svojimi prednostmi stabilnega odstranjevanja dušika in fosforja, zmernimi stroški in široko prilagodljivostjo ostaja glavna izbira za mestne čistilne naprave; postopek MBR je primeren za zahteve nadgradnje in kompaktne postavitve; in novejši procesi, kot je BioDopp, ponujajo nove smernice za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij, njihovi scenariji uporabe pa se bodo v prihodnosti postopoma širili.