Premagovanje bolečih točk procesov A²/O: ključne tehnične poti za sočasno odstranjevanje dušika in fosforja

Postopek A²/O (anaerobni/anoksični/aerobni) s svojimi glavnimi prednostmi enostavnega pretoka, nizke naložbe ter priročnega delovanja in vzdrževanja ima dolgo prevladujoč položaj pri biološkem odstranjevanju dušika in fosforja iz mestne odpadne vode in se pogosto uporablja v različnih mestnih čistilnih napravah. Toda pri dejanskem obratovanju in vzdrževanju so številne naprave za čiščenje odpadne vode padle v isto dilemo: TN (skupni dušik) in TP (skupni fosfor) je težko doseči hkrati, zlasti pri čiščenju odpadne vode s prevladujočim nizkim razmerjem C/N v moji državi. To vodi v začaran krog, v katerem odstranitev dušika vodi v neuspešno odstranjevanje fosforja, odstranitev fosforja pa vodi v neuspešno odstranjevanje dušika, kar ima za posledico pogoste okoljske preglede in popravke ter vztrajno visoke stroške delovanja in vzdrževanja.

Ta članek, ki združuje tri temeljne tehnične dokumente, opušča grobe opise in izhaja iz bistva postopka. Razčlenjuje in podrobno razlaga načela postopka A²/O, njegove tri inherentne napake, osnovni mehanizem odstranjevanja fosforja iz denitrifikacije in optimalno shemo modifikacije za odpadne vode z nizkim C/N. Zaradi ravnotežja med strokovnostjo in praktičnostjo se lahko nanj neposredno sklicujejo in ga uporabljajo oblikovalci, operativno in vzdrževalno osebje ter strokovnjaki za inženirske modifikacije.

1. Standardni tok procesa

Jedro procesa A²/O je hkratna denitrifikacija in odstranitev fosforja s serijskim delovanjem treh reaktorjev v kombinaciji z recirkulacijo blata in notranjo recirkulacijo. Standardni pretok je jasen in sledljiv: Surova voda → Anaerobni rezervoar → Anoksični rezervoar → Aerobni rezervoar → Sekundarni sedimentacijski rezervoar → Iztočna voda. Celoten postopek ne zahteva nobene zapletene opreme, ima majhne težave pri delovanju in vzdrževanju in je primeren za-aplikacije v velikem obsegu.

• Povratek blata: Sekundarni usedalnik → Anaerobni rezervoar

• Notranji povratek: Aerobni rezervoar → Anoksični rezervoar

2. Tri-načelo reakcije jedra (razčlenitev vloge vsakega koraka za razumevanje bistva procesa)

(1) Anaerobna stopnja (brez molekularnega kisika, brez nitratnega dušika)

• Bakterije, ki kopičijo polifosfate (PAO), aktivno sproščajo fosfor, shranjen v njihovih telesih v anaerobnem okolju brez-nitratov, medtem ko absorbirajo lahko razgradljivo KPK (biorazgradljivo organsko snov) iz odpadne vode in jo pretvorijo v PHB (poli- -hidroksimasleno kislino) za shranjevanje, s čimer ohranijo energijo za kasnejšo absorpcijo fosforja;

• Če v anaerobni fazi obstaja majhna količina nitrata (večinoma iz povratnega blata), bodo denitrifikacijske bakterije prednostno uporabile preostali vir ogljika za denitrifikacijo, s čimer bodo posredno porabile vir ogljika, ki ga potrebujejo PAO, kar bo povzročilo potencialno nevarnost odstranitve fosforja;

• Istočasno fermentacijske bakterije razgradijo veliko molekularno organsko snov v odpadni vodi, ki jo je težko razgraditi v hlapne maščobne kisline (VFA), ki jih zlahka absorbirajo PAO, kar zagotavlja zadosten substrat za sintezo PHB s PAO.

(2) Anoksična cona (brez molekularnega kisika, vsebuje nitratni dušik)

• Denitrifikacijske bakterije uporabljajo nitrat iz recirkulacije v aerobnem območju kot sprejemnik elektronov in preostalo KPK v odpadni vodi kot vir ogljika za redukcijo nitrata v dušik (N₂), s čimer se zaključi proces denitrifikacije. To je ključni korak pri odstranjevanju TN.

• Nekatere posebne polifosfat-akumulacijske bakterije (tj. denitrifikacijske polifosfat-akumulacijske bakterije DNPAO) lahko presežejo tradicionalno razumevanje "aerobnega privzema fosforja," z uporabo nitrata namesto kisika kot akceptorja elektronov, da dosežejo prekomeren privzem fosforja med denitrifikacijo. To je denitrifikacijska odstranitev fosforja, na katero se bomo osredotočili kasneje.

• Stopnja pretoka notranje recirkulacije neposredno določa oskrbo z nitratnim dušikom v anoksičnem območju in je ključni kontrolni parameter, ki vpliva na učinkovitost denitrifikacije in učinek odstranjevanja fosforja iz denitrifikacije.

(3) Aerobna stopnja (aerobna)

• Nitrifikacijske bakterije (avtotrofne bakterije) v okolju z zadostno količino kisika oksidirajo amonijev dušik (NH₄⁺-N) v odpadni vodi v nitrat (NO₃⁻-N), s čimer dokončajo reakcijo nitrifikacije in zagotovijo dovolj sprejemnikov elektronov za denitrifikacijo in odstranitev fosforja v anoksični fazi;

• Bakterije, ki kopičijo polifosfat- (vključno z DNPAO), v aerobnem okolju absorbirajo velike količine fosforja iz odpadne vode in ga shranijo v svojih telesih, kar povzroči vsebnost fosforja, ki močno presega običajne ravni (tj. pretiran vnos fosforja), kar je osnova za poznejše odstranjevanje fosforja z odvajanjem blata;

• Hkrati mikroorganizmi v aerobni fazi dodatno razgradijo preostalo KPK v odpadni vodi, odstranijo dušik, ki nastane med procesom denitrifikacije, preprečijo plavanje blata in zagotovijo stabilno zmogljivost usedanja blata.

3. Končna pot odstranjevanja dušika in fosforja

• Pot odstranjevanja dušika: Nitrifikacija v aerobnem rezervoarju (amonijakov dušik → nitrat) → Denitrifikacija v anoksičnem rezervoarju (nitrat → dušik) → Dušik naravno uhaja, kar doseže popolno odstranitev dušika;

Številne čistilne naprave verjamejo, da je postopek A²/O težko doseči standarde, in to zmotno pripisujejo neustreznemu delovanju in vzdrževanju. Vendar temu ni tako-glavna težava je inherentni konflikt med tremi vrstami funkcionalnih mikroorganizmov (nitrifikacijske bakterije, denitrifikacijske bakterije in bakterije,-ki kopičijo polifosfat). Njihove zahteve po življenjskem okolju in hranilih so popolnoma različne, zato v istem sistemu blata ne morejo sočasno izpolnjevati optimalnih rastnih pogojev. To je načelno-nasprotje na ravni, ki ga proces A²/O težko premaga.

1. Tekmovanje pri virih ogljika (glavni konflikt)

2. Starostni konflikt blata

• Pot odstranjevanja fosforja: anaerobno sproščanje fosforja iz rezervoarja (polifosfatne-akumulacijske bakterije sproščajo fosfor iz svojih teles) → Aerobno/anoksično kopičenje fosforja iz rezervoarja (polifosfatne-akumulacijske bakterije prekomerno absorbirajo fosfor iz odpadne vode) → izpust odvečnega blata (odstranjevanje s fosforjem-bogatega blata iz sistema), popolna odstranitev fosforja.

3. Vpliv nitratov na anaerobno odstranjevanje fosforja

Pri tradicionalnih postopkih A²/O pride povratno blato iz sekundarnega usedalnika neposredno v anaerobno stopnjo. To povratno blato neizogibno nosi veliko količino nitratov, proizvedenih v aerobni fazi. Ko so enkrat v anaerobni fazi, ti nitrati popolnoma prekinejo proces odstranjevanja fosforja na tri načine:

• Anaerobna stopnja: glavna potreba bakterij, ki kopičijo polifosfat, je, da absorbirajo lahko razgradljivo KPK in sintetizirajo PHB za kasnejše sproščanje in privzem fosforja. To je osnova za odstranjevanje fosforja in je nepogrešljiva.

• Mestna odpadna voda v moji državi ima na splošno nizko razmerje C/N (KPK/TN < 4,5), kar povzroča hudo pomanjkanje virov ogljika. Konkurenca med dvema vrstama mikroorganizmov za vire ogljika neizogibno vodi v situacijo, ko je eden močan in drugi šibak-dobro odstranjevanje dušika povzroči slabo odstranjevanje fosforja; dobro odstranjevanje fosforja povzroči čezmerno odstranjevanje dušika.

• Anoksična stopnja: Osnovna zahteva denitrifikacijskih bakterij je uporaba COD kot donorja elektronov za pretvorbo nitratov v dušikov plin, s čimer se dokonča odstranitev dušika. To je odvisno tudi od COD.

1. Načelo denitrifikacije in odstranjevanja fosforja

Za odpravo inherentnih napak postopka A²/O je najučinkovitejša rešitev "dvojna uporaba ogljika". Bistvo je uporaba posebnih presnovnih značilnosti denitrifikacijskih polifosfat-akumulacijskih bakterij (DNPAO/DPB), da se omogoči, da en sam vir ogljika hkrati zadovolji potrebe po odstranjevanju dušika in fosforja. To bistveno ublaži konkurenco za vire ogljika in konflikt med starostjo blata. Poseben presnovni proces je naslednji:

• Bakterije, ki kopičijo- polifosfat: To so heterotrofne bakterije s hitro rastjo. Bistvo njihovega odstranjevanja fosforja je odstranjevanje fosforja iz sistema z odvajanjem odvečnega blata. Zato je potrebna razmeroma kratka starost blata (5–1). • 0d (0 dni): predolga starost blata povzroči ponovno -sproščanje fosforja iz polifosfat-bakterij, ki kopičijo, kar bistveno zmanjša učinkovitost odstranjevanja fosforja.

• Nitrifikacijske bakterije: To so avtotrofne bakterije z izjemno počasno rastjo in razmnoževanjem. Potrebujejo razmeroma dolgo starost blata (15–25 dni), da stabilno preživijo in dokončajo reakcijo nitrifikacije. Prekratka starost blata povzroči izločanje velike količine nitrifikacijskih bakterij, zaradi česar je učinkovito odstranjevanje dušika iz amoniaka neučinkovito.

• Postopek A²/O uporablja enoten sistem blata, ki omogoča nastavitev samo ene enotne starosti blata. Dolga starost blata za vzdrževanje nitrifikacije bo privedla do izgube fosforja, medtem ko bo kratka starost blata za vzdrževanje odstranjevanja fosforja povzročila kolaps nitrifikacije; obojega ni mogoče doseči hkrati.

2. Ključni parametri za A²/O aktivacijo denitrifikacije in odstranjevanja fosforja

1. Prednostna poraba vira ogljika: Denitrifikacijske bakterije uporabljajo nitrat kot sprejemnik elektronov, pri čemer prednostno porabljajo lahko razgradljivo COD v anaerobni fazi, kar preprečuje bakterijam, ki kopičijo polifosfat (PAB), da bi pridobile dovolj ogljika za sintezo PHB.

2. Zaviranje sproščanja fosforja s PPA: PPA zahtevajo strogo anaerobno okolje brez-nitratov za sproščanje fosforja. Prisotnost nitrata neposredno zavira proces sproščanja fosforja, vodi celo do nenormalnega "anaerobnega privzema fosforja", kar preprečuje kasnejši aerobni/anoksični privzem fosforja in povzroča neuspeh pri odstranjevanju fosforja.

3. Motnje anaerobnega okolja: Nitrat porabi anaerobno okolje v anaerobni fazi med denitrifikacijo in tako posredno zavira presnovno aktivnost PPA.

Praktični rezultati preverjanja: Pod nadzorom zgornjih parametrov lahko stopnja privzema fosforja v anoksični fazi doseže 69 %, pri čemer ni potreben dodaten vir ogljika. Učinkovitost odstranjevanja dušika in fosforja se hkrati izboljša, medtem ko se lahko stopnja prezračevanja v aerobni fazi zmanjša za približno 20 %, kar bistveno prihrani porabo energije pri obratovanju.

Nizka razmerja C/N so pogosta v komunalni odpadni vodi v moji državi, pri čemer so izmerjene vrednosti pogosto v razponu od 3,1 do 5,9, kar je daleč pod 4,5, potrebnim za stabilno skladnost s standardi A²/O. Tudi z optimiziranimi delovnimi parametri je malo verjetno, da bo en sam postopek A²/O dolgoročno dosledno izpolnjeval standard praznjenja razreda A. Zato je potreben kombiniran postopek za temeljno odpravo te inherentne pomanjkljivosti.

• Anaerobna stopnja: DNPAO, tako kot običajne bakterije, ki kopičijo- polifosfate, sproščajo fosfor iz svojih celic, medtem ko absorbirajo lahko biološko razgradljivo KPK iz odpadne vode, sintetizirajo PHB in ga shranjujejo v svojih celicah, s čimer dopolnjujejo sproščanje fosforja in zaloge virov ogljika.

Praksa motorjev je dokazala, da je A²/O + BAF (Biološki zračni filter) trenutno najbolj zrela, enostavno implementirana in stroškovno{1}}učinkovita pot nadgradnje. Osrednja ideja je "ločeno delovanje nitrifikacije in odstranjevanja fosforja", kar omogoča obema vrstama mikroorganizmov, da rastejo v svojih optimalnih okoljih, s čimer se popolnoma razrešijo spori glede starosti blata in konkurenca virov ogljika.

• Glavne prednosti: Doseže enodelni vir ogljika (PHB)=denitrifikacijo + odstranitev fosforja, kar neposredno podvoji uporabo vira ogljika. Za hkratno izboljšanje denitrifikacije in učinkovitosti odstranjevanja fosforja ni potreben dodaten vir ogljika, kar je popolnoma primerno za odpadne vode z nizkimi razmerji C/N.

• Anoksična stopnja: DNPAO se ne zanašajo več na kisik, temveč uporabljajo nitrat kot akceptor elektronov, hkrati reducirajo nitrat v dušik (dokončanje denitrifikacije) in uporabljajo svoj shranjeni PHB kot vir energije za absorpcijo odvečnega fosforja iz odpadne vode (dokončanje odstranitve fosforja).

1. Osnovno načelo: ločevanje nitrifikacije in odstranjevanja fosforja

2. Dejanski rezultati (C/N=4.2)

• Čas zadrževanja blata (SRT): nadzorovan na približno 15 dni. Ta starost blata izpolnjuje zahteve po rasti nitrifikacijskih bakterij (zagotavlja učinkovitost nitrifikacije), hkrati pa uravnoteži obogatitev in aktivnost DNPAO, s čimer se izogne ​​predolgi ali kratki starosti blata, ki bi lahko negativno vplivala na učinkovitost obdelave.

• Notranje recirkulacijsko razmerje: nadzorovano na 3,0–3,5. Pri tem razmerju se koncentracija nitrata v iztoku iz anoksičnega rezervoarja vzdržuje pri 1–3 mg/L, kar zagotavlja zadostne akceptorje elektronov za DNPAO, ne da bi povzročil vstop prekomernega nitrata v anaerobno cono in motil sproščanje fosforja.

• Razmerje med anoksičnim/anaerobnim volumnom: Ustrezno povečanje razmerja volumna anoksičnega območja podaljša čas zadrževanja DNPAO v anoksičnem območju, kar izboljša denitrifikacijo in odstranitev fosforja.

• Stroga kontrola nitratov v anaerobnem delu: Z optimizacijo refluksne metode je koncentracija nitratov v anaerobnem delu nadzorovana pri<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.

3. Optimalni parametri delovanja

• Odsek A²/O (kratka starost blata 5–10 dni): Nitrifikacija je opuščena, osredotočanje na "anaerobno sproščanje fosforja + odstranitev fosforja z anoksično denitrifikacijo." Nastavitev kratke starosti blata zagotavlja učinkovito odstranjevanje fosforja z bakterijami, ki kopičijo polifosfat-, z odvajanjem blata, medtem ko DNPAO uporabljajo svoj notranji PHB za denitrifikacijo, s čimer povečajo uporabo omejenih virov ogljika.

• Zasnova notranjega povratnega toka: Nitrificirana tekočina (bogata z nitrati), proizvedena v BAF sekciji, se refluktira v A²/O anoksični del, kar zagotavlja dovolj akceptorjev elektronov za DNPAO, s čimer se tvori zaprta zanka "BAF nitrifikacija → A²/O denitrifikacijska odstranitev fosforja," s čimer se dosežejo hkratni standardi za odstranjevanje dušika in fosforja.

• Stopnja BAF (dolga starost blata 30d+): namenjena nitrifikaciji. Tesnilni material rezervoarja BAF tvori biofilm, ki omogoča stabilno rast nitrificirajočih bakterij na membrani. Dolga starost blata zagotavlja optimalno nitrifikacijo, s čimer se doseže skoraj 100-odstotna odstranitev dušika iz amoniaka, kar popolnoma odpravi nezadostno nitrifikacijo.

1. Postopek UCT/MUCT (Rešite motnje nitratov)

• Kakovost odpadne vode: KPK=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, vsi izpolnjujejo "Standard izpusta onesnaževal za komunalne čistilne naprave" (GB (18918-2002) standard razreda A;

• Vplivna kakovost vode (simulacija pogojev nizkega razmerja C/N, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;

• Mikrobna aktivnost: Delež bakterij, ki kopičijo denitrifikacijske polifosfate- (DNPAO), v sistemu doseže 40,5 %, kar bistveno izboljša izkoriščanje vira ogljika, kar odpravlja potrebo po dodatnem dodajanju zunanjega vira ogljika.

• Učinkovitost odstranjevanja: stopnja odstranjevanja KPK 85,8 %, stopnja odstranjevanja TN 76,9 %, stopnja odstranjevanja TP 98 %, stabilni učinki odstranjevanja dušika in fosforja brez nihanj;

2. Obrnjen A²/O proces (vir ogljika ima prednost za odstranjevanje dušika)

Modifikacija jedra: Prilagoditev zaporedja treh odsekov rezervoarja na anoksično → anaerobno → aerobno, ne zahteva nove opreme, le prilagoditev smeri pretoka vode, primerno za nizko-cenovno naknadno opremljanje obstoječih naprav.

• Razmerje vračanja blata: 100 %, kar zagotavlja stabilno koncentracijo blata v A²/O delu in zagotavlja zadostno biomaso za DNPAO in organizme, ki akumulirajo-polifosfate (PAO).

• Notranje razmerje vračanja: nadzorovano pri 250 %. To razmerje zagotavlja zadostne količine nitratov v anoksičnem delu A²/O, hkrati pa se izogiba čezmerni porabi energije zaradi čezmernega vračanja, kar zagotavlja najboljšo stroškovno-učinkovitost.

• Mikrobni nadzor: z optimizacijo delovnih parametrov se delež denitrifikacijskih PAO v sistemu stabilizira pri 40,5 %, kar poveča denitrifikacijo in odstranitev fosforja.

• Nadzor raztopljenega kisika (DO): A²/O aerobni oddelek DO=1–2 mg/L (izpolnjevanje zahtev glede vnosa fosforja za PAO in izogibanje pretirani porabi energije zaradi visokega DO); Oddelek BAF DO=4–5 mg/L (izpolnjevanje zahtev nitrifikacijskih bakterij za nitrifikacijo in zagotavljanje popolne odstranitve dušika iz amoniaka).

3. Postopek JHB

Modifikacija jedra: anoksični pred{0}}denitrifikacijski rezervoar je dodan vzdolž poti vrnjenega blata v anaerobno stopnjo. Vrnjeno blato najprej vstopi v ta rezervoar, kjer je podvrženo pred-denitrifikaciji z delom vtočne KPK, kar dodatno zmanjša vsebnost nitratov v blatu.

• Modifikacija jedra: Tradicionalni postopek A²/O "blato, vrnjeno v anaerobno stopnjo" je prilagojeno "blatu, vrnjenemu v anoksični rezervoar," kar omogoča, da se vrnjeno blato najprej podvrže denitrifikaciji v anoksični fazi, pri čemer se porabijo nitrati, ki jih prenaša.

• Učinek modifikacije: po denitrifikaciji v anoksični stopnji je blato, ki vstopa v anaerobno stopnjo, skoraj -brez nitratov, učinkovitost sproščanja fosforja v anaerobni stopnji pa se poveča za 50 %+, s čimer se bistveno reši problem motenj nitratov pri odstranjevanju fosforja. Postopek MUCT zlasti dodaja dva anoksična rezervoarja za nadaljnje ločevanje denitrifikacije blata od denitrifikacije mešane tekočine, kar ima za posledico stabilnejšo učinkovitost in primernost za čistilne naprave z resnimi motnjami nitratov.

• Prednostna dodelitev virov ogljika: Surova voda najprej vstopi v anoksično območje, kjer denitrifikacijske bakterije prednostno pridobivajo vire ogljika, kar znatno izboljša učinkovitost denitrifikacije in reši problem nezadostne denitrifikacije pri nizkih razmerjih C/N.

• Prednosti delovanja in vzdrževanja: poenostavljen postopek, ni potrebe po dodatni opremi ali stroških delovanja in vzdrževanja, kratek modifikacijski cikel in nizke težave pri implementaciji, zaradi česar je ena od prednostnih rešitev za nadgradnjo obstoječih naprav.

• Bolj stabilno odstranjevanje fosforja: bakterije,-ki kopičijo polifosfat, so v anoksičnem območju v "izstradanem stanju". Po vstopu v anaerobno cono absorbirajo vire ogljika in učinkoviteje sproščajo fosfor, kar ima za posledico temeljitejšo aerobno absorpcijo fosforja in stabilnejše odstranjevanje fosforja.

Optimiziran članek je rešil težavo s hrapavostjo s podrobnejšimi informacijami in bolj skladno logiko. Ali želite, da ga sestavim v eno-stransko načelo A²/O + parameter + hiter referenčni priročnik za odpravljanje težav, da ga natisnete in prilepite v nadzorno sobo ali nosite s seboj?

Dodatne opombe: ta postopek posebej obravnava problem pretirano visoke vsebnosti nitratov v vrnjenem blatu, z boljšo učinkovitostjo denitrifikacije kot postopek UCT, vendar zahteva dodaten rezervoar. Primeren je za čistilne naprave z visokimi zahtevami po denitrifikaciji in prostorom za modifikacije.

1. Temeljno načelo

Anaerobno sproščanje fosforja → anoksična odstranitev dušika + denitrifikacijska odstranitev fosforja → aerobna nitrifikacija + prevzem fosforja, tri stopnje, ki delujejo sinergistično, temeljijo na blatu in notranji recirkulaciji v zaprti zanki;

2. Inherentne ovire

Konkurenca virov ogljika, odstopanja v starosti blata in motnje nitratov{0}}teh treh ni mogoče rešiti z običajnim delovanjem in vzdrževanjem in so ključne ovire za doseganje skladnosti;

3. Osnovna rešitev

Uporaba denitrifikacijskih polifosfat-akumulacijskih bakterij (DNPAO) za "dvojno uporabo ogljika": To ublaži pomanjkanje virov ogljika, hkrati pa doseže odstranitev dušika in fosforja.

4. Bistvenega pomena za nizka razmerja C/N

Kombinirani postopek A²/O + BAF ločuje nitrifikacijo in odstranjevanje fosforja, kar vsakemu omogoča doseganje optimalne učinkovitosti in dosledno doseganje standardov razreda A.

5. Prednost za naknadno vgradnjo

UCT in invertni A²/O procesi ponujajo nizke stroške, enostavnost izvedbe in ne zahtevajo večjega rušenja ali rekonstrukcije, zaradi česar so primerni za hitro nadgradnjo obstoječih naprav.