Sveobuhvatna analiza najčešće korištenih procesa u gradskim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda

Osnovni cilj prečišćavanja gradskih otpadnih voda je uklanjanje zagađivača kao što su COD, BOD₅, TN i TP iz otpadnih voda kako bi se ispunili standardi za ispuštanje (uobičajeno pridržavanje standarda klase A "Standarda za ispuštanje zagađivača za gradska postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" GB 18918{2}}2002). Trenutni mainstream procesi su usredsređeni na biološki tretman, u kombinaciji sa jedinicama za predtretman i napredni tretman, formirajući kompletan proces "predtretman - tretman jezgre - napredni tretman - odlaganje mulja." U nastavku je dat detaljan uvod u šest najčešće korištenih procesa, pokrivajući njihove principe, ključne parametre, prednosti i nedostatke, te primjenjive scenarije, uz razmatranje tehničkih detalja i inženjerske izvodljivosti.

1. Princip procesa

Koristeći aktivni mulj kao jezgro, u aerobnim uslovima, mikroorganizmi adsorbuju i razgrađuju organske zagađivače u otpadnoj vodi, postižući prečišćavanje otpadnih voda kroz separaciju mulj{0}}voda. Osnovni proces: Sito od šipki → Komora za pijesak → Primarni taložnik → Rezervoar za aeraciju → Sekundarni taložnik → Dezinfekcija i pražnjenje; zaostali mulj se koncentriše, dehidrira i zatim odlaže.

2. Ključni parametri dizajna
* Vreme hidrauličkog zadržavanja (HRT): 8-12h, sa HRT većim ili jednakim 6h u rezervoaru za aeraciju;
* Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 3-5d (primjenjivo samo za uklanjanje organskih materija, bez funkcija uklanjanja dušika i fosfora);
* Organsko opterećenje (F/M): 0,2-0,4 kg BOD₅/(kgMLSS·d);
* Koncentracija DO u rezervoaru za aeraciju: 2-3mg/L, koristeći prinudnu aeraciju ili mehaničku aeraciju.

3. Prednosti i nedostaci
* Prednosti: Zrela tehnologija, stabilan rad, visoka efikasnost u tretiranju organske materije (brzina uklanjanja BOD₅ 85%-90%) i relativno niski troškovi ulaganja;
* Nedostaci: Nema funkcija uklanjanja azota i fosfora, što otežava ispunjavanje trenutnih standarda klase A; velika proizvodnja mulja, sklona filamentoznom nagomilavanju; veliki otisak i relativno visoka potrošnja energije.

4. Primjenjivi scenariji
* Pogodno za rano{0}}izgrađena postrojenja za tretman otpadnih voda sa niskim standardima ispuštanja, ili kao jedinica za predtretman industrijskih otpadnih voda; trenutno se rijetko koristi samostalno u novim projektima, već uglavnom kao osnovni modul za unapređenje procesa.

1. Princip procesa
A²O (anaerobni-anoksični-aerobni) proces postiže istovremeno uklanjanje dušika i fosfora sinergističkim djelovanjem tri zone: fosfor-akumulirajuće bakterije oslobađaju fosfor u anaerobnoj zoni, denitrogeniraju bakterije u zoni uklanjanja nitroksina, denitrogeniraju u zoni. nitrifikuju i akumuliraju fosfor-bakterije apsorbuju fosfor u aerobnoj zoni. Modificirana verzija (sa dodatkom pre-anoksičnog rezervoara) rješava problem konkurencije izvora ugljika između denitrifikacije i uklanjanja fosfora, poboljšavajući efekat uklanjanja dušika i fosfora. Osnovni proces: Predtretman → Anaerobni rezervoar → Pred-anoksični rezervoar → Anoksični rezervoar → Aerobni rezervoar → Sekundarni taložnik → Napredni tretman → Pražnjenje.

2. Ključni parametri dizajna

Ukupna HST: 10-12h, anaerobna:anoksična:aerobna HST odnos=1:3:5;
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-12 dana na sobnoj temperaturi, 15 dana na niskoj temperaturi (da bi se uravnotežili zahtjevi za nitrifikacijom i uklanjanjem fosfora);
Omjer recirkulacije: omjer recirkulacije miješane tekućine 200%-300% (podesiva varijabilna frekvencija), omjer recirkulacije mulja 50%-80%;
DO kontrola: Anaerobna zona Manja ili jednaka 0,2 mg/L, anoksična zona Manja ili jednaka 0,5 mg/L, aerobna zona 2-3 mg/L.

3. Prednosti i nedostaci

Prednosti: Odlična efikasnost uklanjanja azota i fosfora (stopa uklanjanja TN 70%-80%, stopa uklanjanja TP 80%-90%), dosledno ispunjava standarde klase A; zrela tehnologija, umjereni operativni troškovi, pogodna za komunalne otpadne vode sa velikim oscilacijama kvaliteta vode;
Nedostaci: Postoje nedosljednosti parametara između uklanjanja azota i fosfora (SRT, konflikt zahtjeva za omjerom recirkulacije); Otpadna voda sa niskim-izvorom ugljenika zahtijeva dodavanje vanjskog izvora ugljika; malo veći otisak.

4. Primjenjivi scenariji

Trenutno preferirani proces za novu izgradnju, proširenje i nadogradnju postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda, posebno pogodan za projekte komunalne otpadne vode koji zahtijevaju istovremenu kontrolu emisija dušika i fosfora. Također se može prilagoditi složenim otpadnim vodama koje sadrže male količine industrijskih otpadnih voda (potrebno je podešavanje koeficijenta biorazgradljivosti).

1. Princip procesa

Ovaj proces kombinuje tehnologiju membranske separacije sa biološkim tretmanom, zamjenjujući sekundarni taložnik membranskim modulima kako bi se postigla efikasna separacija mulja-vode. Protok u jezgru: Predtretman → Biološki rezervoar (mogu se koristiti A²O, SBR, itd. konfiguracije) → Membranski rezervoar → Dezinfekcija i pražnjenje. Membranski moduli mogu zadržati mikroorganizme, održavajući visoku koncentraciju MLSS u biološkom spremniku i poboljšavajući nitrifikaciju i uklanjanje organske tvari.

2. Ključni parametri dizajna

Koncentracija MLSS: 6000-8000 mg/L (značajno više od tradicionalnih procesa);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 20-30 dana (pojačana nitrifikacija, pogodno za niskotemperaturne otpadne vode s niskim C/N);
Membranski fluks: 10-20 L/(m²·h), zahteva redovno fizičko/hemijsko čišćenje;
Potrošnja energije: 0,6-1,0 kWh/m³ (uključujući potrošnju energije za aeraciju i membransko usisavanje).

3. Prednosti i nedostaci

Prednosti: Odličan kvalitet efluenta (TN manji od ili jednak 8 mg/L, TP manji ili jednak 0,3 mg/L), ispunjavanje zahtjeva za nadogradnju na približno-Klasu IV kvaliteta vode; otisak je samo 1/3-1/2 od tradicionalnih procesa; nema rizika od gubitka mulja, visoka radna stabilnost;
Nedostaci: Visoka cijena membranskog modula (koji čini 30%-40% ukupne investicije); složeno održavanje (sklono začepljenju), visoki operativni troškovi; veća potrošnja energije od tradicionalnih bioloških procesa.

4. Primjenjivi scenariji

Pogodno za urbana središta sa ograničenim zemljišnim resursima, projekte nadogradnje sa strogim standardima za otpadne vode ili posebne scenarije kvaliteta vode kao što su niske temperature i nizak odnos C/N; također primjenjiv na decentralizirani tretman otpadnih voda (npr. stambene zajednice, industrijski parkovi).

1. Princip procesa

Koristeći reaktor u obliku prstena-, otpadna voda cirkuliše unutar jarka kroz rotirajuće četke ili diskove za aeraciju, stvarajući naizmjenično aerobne i anoksične zone kako bi se postigla degradacija i denitrifikacija organske tvari. Uobičajene konfiguracije uključuju Carrousel oksidacijske kanale, Orbalne oksidacijske kanale i integrirane oksidacijske kanale (uključujući sekundarne taložnice).

2. Ključni parametri dizajna

Ukupno HRT: 15-25h (dugo hidrauličko vrijeme zadržavanja, jaka otpornost na udarna opterećenja);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-20d (pogodno za zahtjeve uklanjanja azota);
Organsko opterećenje (F/M): 0,05-0,15 kg BOD₅/(kgMLSS·d);
Otopljeni kiseonik: Postepena distribucija unutar jarka (2-3mg/L u aerobnoj zoni, 0,5-1mg/L u anoksičnoj zoni).

3. Prednosti i nedostaci

Prednosti: Izuzetno jaka otpornost na udarna opterećenja, pogodna za otpadne vode sa velikim fluktuacijama kvaliteta i količine vode; jednostavno rukovanje i upravljanje, niski troškovi održavanja; dobar efekat uklanjanja azota (stopa uklanjanja TN 70%-75%);
Nedostaci: Slab efekat uklanjanja fosfora (zahteva pomoćno hemijsko uklanjanje fosfora); veliki otisak, velika potrošnja energije; nedovoljna operativna fleksibilnost.

4. Primjenjivi scenariji
Pogodno za postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u malim i srednjim-gradovima (volumen 50.000-500.000 m³/d), složene otpadne vode sa velikim oscilacijama u kvalitetu vode (uključujući malu količinu industrijskih otpadnih voda) ili projekte sa ograničenim mogućnostima rada i upravljanja.

1. Princip procesa

Koristeći intermitentni reaktor, pet faza se završava unutar istog rezervoara: dovod, aeracija (aerobna), sedimentacija, ispuštanje efluenta i period mirovanja. Razgradnja organske materije, uklanjanje dušika i fosfora postižu se raspodjelom vremena. Modificirane verzije (CAST, CASS procesi) dodaju zonu selekcije i pred-zonu reakcije kako bi se poboljšale performanse taloženja mulja i efikasnost uklanjanja fosfora.

2. Ključni parametri dizajna:
Jedan radni ciklus: 4-6 sati (uključujući 2-3 sata aeracije i 1-1,5 sati taloženja);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-15 dana;
Koncentracija MLSS: 3000-5000 mg/L;
Odnos drenaže: 1/3-1/2 (svaka drenaža ne bi trebalo da prelazi 1/2 zapremine rezervoara).

3. Prednosti i nedostaci

Prednosti: Mali otisak (nema potrebe za posebnim sekundarnim taložnikom); fleksibilan rad, sa podesivim parametrima ciklusa na osnovu kvaliteta vode; pogodan za male do srednje količine vode, omogućavajući istovremeno uklanjanje dušika i fosfora.
Nedostaci: Visoki zahtevi za automatizovano upravljanje (zahteva preciznu kontrolu vremena svake faze); nedovoljna stabilnost kvaliteta efluenta, na koju lako utiču radni parametri; brzo habanje opreme (često pokretanje-zaustavljanje ventila i pumpi).

4. Primjenjivi scenariji
Pogodno za mala i srednja-postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda (zapremina vode manja ili jednaka 100.000 m³/d), decentralizovane projekte prečišćavanja otpadnih voda (kao što su zajednice i industrijski parkovi) ili scenarije sa značajnim fluktuacijama kvaliteta vode koji zahtijevaju fleksibilno prilagođavanje načina rada.

1. Princip procesa
Integriše sve korake biološkog tretmana (razgradnja COD, uklanjanje azota, uklanjanje fosfora, stabilizacija mulja) u jedan biološki rezervoar. Kroz zonski dizajn i visoko{1}}efikasni sistem aeracije, postiže se istovremeno uklanjanje azota i fosfora i smanjenje mulja. Glavna karakteristika je BioDopp sistem aeracije (velika-aeracija finom pjenom), koji ima visoku efikasnost prijenosa kisika i jednostavan je za održavanje.

2. Ključni parametri dizajna
Potrošnja energije: 0,075 kWh/m³ (značajno niža od tradicionalnih procesa, što pokazuje značajne prednosti{1}}uštede energije);
Koncentracija MLSS: 8 g/L (visoka koncentracija mulja, poboljšava efikasnost tretmana);
Efikasnost prenosa kiseonika: 5 kgO₂/kWh, Potreba za kiseonikom 0,2-0,3 mg/L;
Ukupno HRT: 8-12 h, pogodno za rutinske potrebe pročišćavanja komunalnih otpadnih voda.

3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Izvanredan efekat{0}}štede energije (potrošnja energije je samo 1/5-1/8 tradicionalnih procesa); visoka integracija, mali otisak; niska proizvodnja mulja, eliminišući potrebu za složenim odlaganjem mulja; jednostavno održavanje sistema za aeraciju (može se čistiti online, bez zastoja); Nedostaci: Visok tehnički prag, osnovna oprema se oslanja na uvoz; pogodan za specifične kvalitete vode, prilagodljivost na visoko slane i neposlušne otpadne vode zahtijeva dodatnu provjeru.

4. Primjenjivi scenariji
Pogodno za novoizgrađena komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda (u cilju očuvanja energije i smanjenja potrošnje) i projekte prečišćavanja otpadnih voda industrijskog parka. Uspješno je primijenjen u Njemačkoj, Češkoj, te u provincijama Šangaj i Hebei u mojoj zemlji.

Odabir procesa za postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda zahtijeva sveobuhvatno razmatranje pet ključnih faktora: karakteristike kvaliteta vode, standardi ispuštanja, zapremina vode, zemljišni resursi i operativni troškovi. Osnovna logika je sljedeća:

• Standardi kvaliteta i ispuštanja vode: Za istovremeno uklanjanje dušika i fosfora kako bi se zadovoljili standardi klase A, poželjni su modificirani A²O i MBR procesi; za poboljšanje kvaliteta vode blizu klase IV, poželjni su MBR procesi; za kvalitetu vode sa velikim fluktuacijama, poželjni su oksidacioni jarak i modifikovani SBR procesi.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) dati prioritet modifikovanom A²O i procesima oksidacionog jarka; mala i srednja-postrojenja za tretman otpadnih voda (10.000-500.000 m³/d) mogu odabrati A²O, modificirani SBR ili BioDopp procese; decentralizovani projekti (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Zemljište i troškovi: U urbanim sredinama gdje je zemljište malo, preferiraju se MBR, SBR i BioDopp procesi; za ograničene budžete, modifikovani A²O i procesi oksidacionog jarka su poželjni; za dugoročnu-uštedu energije mogu se uzeti u obzir BioDopp procesi.
• Rad i upravljanje: Za postrojenja sa ograničenim operativnim i upravljačkim mogućnostima, poželjni su oksidacijski jarak i modificirani A²O procesi (jednostavni za rad); za one sa višim nivoima automatizacije, modifikovani MBR i SBR procesi su prikladni.

Ukratko, modificirani A²O proces, sa svojim prednostima stabilnog uklanjanja dušika i fosfora, umjerenim troškovima i širokom prilagodljivošću, ostaje glavni izbor za gradska postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda; MBR proces je pogodan za nadogradnju i zahtjeve kompaktnog izgleda; i noviji procesi kao što je BioDopp nude nove smjernice za očuvanje energije i smanjenje emisija, a scenariji njihove primjene će se postepeno širiti u budućnosti.