Prevazilaženje bolnih tačaka A²/O procesa: Ključni tehnički putevi za istovremeno uklanjanje azota i fosfora

A²/O (anaerobni/anoksični/aerobni) proces, sa svojim osnovnim prednostima jednostavnog protoka, malog ulaganja i praktičnog rada i održavanja, dugo je imao dominantnu poziciju u biološkom uklanjanju azota i fosfora iz gradskih otpadnih voda, i široko se koristi u različitim gradskim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda. Međutim, u stvarnom radu i održavanju, mnoga postrojenja za otpadne vode pala su u istu dilemu: TN (ukupni dušik) i TP (ukupni fosfor) je teško postići istovremeno, posebno kada se tretira otpadna voda s preovlađujućim niskim C/N omjerom u mojoj zemlji. Ovo dovodi do začaranog kruga u kojem uklanjanje dušika dovodi do neuspjeha uklanjanja fosfora, a uklanjanje fosfora dovodi do neuspjeha uklanjanja dušika, što rezultira čestim ekološkim inspekcijama i ispravljanjima, te uporno visokim troškovima rada i održavanja.

Ovaj članak, koji kombinuje tri osnovna tehnička dokumenta, napušta grube opise i polazi od suštine procesa. Razlaže i detaljno objašnjava principe A²/O procesa, njegova tri inherentna defekta, osnovni mehanizam uklanjanja denitrifikacionog fosfora i optimalnu šemu modifikacije za otpadnu vodu sa niskim C/N. Balansirajući između profesionalizma i praktičnosti, na njega se mogu direktno pozivati ​​i primjenjivati ​​dizajneri, osoblje za upravljanje i održavanje, te praktičari inženjerskih modifikacija.

1. Standardni tok procesa

Srž A²/O procesa je istovremena denitrifikacija i uklanjanje fosfora kroz serijski rad tri reaktora, u kombinaciji sa recirkulacijom mulja i unutrašnjom recirkulacijom. Standardni protok je čist i sljedljiv: sirova voda → anaerobni rezervoar → anoksični rezervoar → aerobni rezervoar → sekundarni taložnik → efluent. Cijeli proces ne zahtijeva složenu opremu, ima male poteškoće u radu i održavanju i pogodan je za-primenu velikih razmjera.

• Povrat mulja: Sekundarni taložnik → Anaerobni rezervoar

• Unutrašnji povratak: Aerobni rezervoar → Anoksični rezervoar

2. Tri-princip osnovne reakcije (razlaganje uloge svakog koraka kako bi se razumjela suština procesa)

(1) Anaerobna faza (bez molekularnog kiseonika, bez nitratnog azota)

• Bakterije koje akumuliraju polifosfate (PAO) aktivno oslobađaju fosfor pohranjen u njihovim tijelima u anaerobnom okruženju bez nitrata-bez nitrata, dok apsorbiraju lako razgradivu COD (biorazgradivu organsku tvar) iz otpadne vode i pretvaraju je u PHB (polibuksilnu{2}kiselinu za naknadnu pohranu energije za rezervnu kiselinu) apsorpcija fosfora;

• Ako mala količina nitrata postoji u anaerobnoj fazi (uglavnom iz vraćenog mulja), denitrifikujuće bakterije će preferencijalno koristiti preostali izvor ugljika za denitrifikaciju, indirektno trošeći izvor ugljika koji je potreban za PAO, stvarajući potencijalnu opasnost od uklanjanja fosfora;

• Istovremeno, fermentirajuće bakterije razgrađuju veliku molekularnu organsku materiju u otpadnoj vodi koja se teško razgrađuje u hlapljive masne kiseline (VFA) koje se lako apsorbuju od strane PAO, obezbeđujući dovoljan supstrat za sintezu PHB od strane PAO.

(2) Anoksična zona (bez molekularnog kiseonika, sadrži nitratni azot)

• Denitrifikacijske bakterije koriste nitrat iz recirkulacije u aerobnoj zoni kao akceptor elektrona i rezidualni COD u otpadnoj vodi kao izvor ugljika za redukciju nitrata u dušik (N₂), dovršavajući proces denitrifikacije. Ovo je ključni korak u uklanjanju TN-a.

• Neke specijalne bakterije koje akumuliraju polifosfat- (tj. bakterije DNPAO koje akumuliraju denitrifikujući polifosfat-) mogu probiti tradicionalno razumijevanje "aerobnog unosa fosfora", koristeći nitrat umjesto kisika kao akceptor elektrona za postizanje prekomjernog preuzimanja fosfora dok denitrifikuju. Ovo je uklanjanje denitrifikacionog fosfora na koje ćemo se fokusirati kasnije.

• Brzina protoka unutrašnje recirkulacije direktno određuje snabdevanje nitratnog azota u anoksičnoj zoni i ključni je kontrolni parametar koji utiče na efikasnost denitrifikacije i efekat uklanjanja denitrifikacionog fosfora.

(3) Aerobna faza (aerobna)

• Nitrifikacijske bakterije (autotrofne bakterije), u okruženju s dovoljno kisika, oksidiraju amonijačni dušik (NH₄⁺-N) u otpadnoj vodi do nitrata (NO₃⁻-N), dovršavajući reakciju nitrifikacije i obezbjeđujući dovoljno akceptora elektrona za denitrifikaciju i uklanjanje fosfora u fazi fosfora;

• Bakterije koje akumuliraju polifosfate- (uključujući DNPAO), u aerobnom okruženju, apsorbiraju velike količine fosfora iz otpadnih voda i pohranjuju ga u svojim tijelima, što rezultira sadržajem fosfora koji daleko prelazi normalne nivoe (tj. prekomjerno upijanje fosfora), postavljajući osnovu za naknadno uklanjanje mulja;

• Istovremeno, mikroorganizmi u aerobnoj fazi dalje razgrađuju preostali COD u otpadnoj vodi, uklanjaju azot koji nastaje tokom procesa denitrifikacije, sprečavaju plutanje mulja i osiguravaju stabilan učinak taloženja mulja.

3. Konačni put uklanjanja dušika i fosfora

• Put uklanjanja azota: Nitrifikacija u aerobnom rezervoaru (amonijačni azot → nitrat) → Denitrifikacija u anoksičnom rezervoaru (nitrat → azot) → Azot izlazi prirodnim putem, postižući potpuno uklanjanje azota;

Mnoga postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda vjeruju da je A²/O proces teško dostići standarde, pogrešno pripisujući to neadekvatnom radu i održavanju. Međutim, ovo nije slučaj-suštinski problem je inherentni sukob između tri tipa funkcionalnih mikroorganizama (nitrificirajuće bakterije, denitrifikujuće bakterije i bakterije koje akumuliraju polifosfat-). Njihovi zahtjevi za životnom sredinom i nutrijentima su potpuno različiti, što ih čini nemogućim da istovremeno zadovolje svoje optimalne uslove rasta unutar istog sistema mulja. Ovo je princip{5}}kontradikcija nivoa koju se A²/O proces bori da prevaziđe.

1. Konkurencija izvora ugljika (ključni sukob)

2. Sukob starosti mulja

• Put uklanjanja fosfora: Oslobađanje fosfora u anaerobnom rezervoaru (bakterije koje nakupljaju polifosfat-oslobađaju fosfor iz svojih tijela) → Aerobni/anoksični rezervoar unos fosfora (polifosfat-bakterije koje nakupljaju bakterije prekomjerno apsorbiraju wastegemo water) talog → dischargeremo water mulj mulj bogat- fosforom iz sistema), dovršavajući potpuno uklanjanje fosfora.

3. Interferencija nitrata sa anaerobnim uklanjanjem fosfora

U tradicionalnim A²/O procesima, povratni mulj iz sekundarnog taložnika direktno ulazi u anaerobnu fazu. Ovaj povratni mulj neizbježno nosi veliku količinu nitrata proizvedenih u aerobnoj fazi. Kada uđu u anaerobnu fazu, ovi nitrati potpuno remete proces uklanjanja fosfora na tri načina:

• Anaerobna faza: Osnovna potreba bakterija koje akumuliraju polifosfat{0}} je da apsorbuju lako razgradivu COD i sintetiziraju PHB za naknadno oslobađanje i unos fosfora. Ovo je temelj uklanjanja fosfora i neophodno je.

• Urbana otpadna voda u mojoj zemlji općenito pati od niskog C/N omjera (COD/TN < 4,5), što rezultira ozbiljnim nedostatkom izvora ugljika. Konkurencija između dvije vrste mikroorganizama za izvore ugljika neizbježno dovodi do situacije u kojoj je jedan jak, a drugi slab-dobro uklanjanje dušika rezultira lošim uklanjanjem fosfora; dobro uklanjanje fosfora rezultira prekomjernim uklanjanjem dušika.

• Anoksični stadijum: Osnovni zahtev denitrifikujućih bakterija je korišćenje COD-a kao donora elektrona za pretvaranje nitrata u gas azota, čime se završava uklanjanje azota. Ovo se također oslanja na COD.

1. Princip denitrifikacije i uklanjanja fosfora

Za rješavanje inherentnih nedostataka A²/O procesa, najefikasnije rješenje je "dvostruka upotreba ugljika". Suština je da se koriste posebne metaboličke karakteristike bakterija koje akumuliraju denitrifikujući polifosfat- (DNPAO/DPB) kako bi se omogućilo da jedan izvor ugljika istovremeno zadovolji potrebe uklanjanja dušika i fosfora. Ovo u osnovi ublažava konkurenciju za izvore ugljika i sukob između starosti mulja. Specifičan metabolički proces je sljedeći:

• Bakterije koje akumuliraju polifosfat{0}: To su heterotrofne bakterije sa brzim rastom. Srž njihovog uklanjanja fosfora je uklanjanje fosfora iz sistema ispuštanjem viška mulja. Stoga je potrebna relativno kratka starost mulja (5–1). • 0d (0 dana): Preduga starost mulja dovodi do ponovnog -oslobađanja fosfora iz bakterija koje akumuliraju polifosfat-, značajno smanjujući efikasnost uklanjanja fosfora.

• Nitrifikujuće bakterije: To su autotrofne bakterije sa izuzetno sporim rastom i stopama reprodukcije. Potrebna im je relativno duga starost mulja (15-25 dana) da stabilno prežive i završe reakciju nitrifikacije. Starost mulja koja je prekratka rezultira izbacivanjem velike količine nitrifikujućih bakterija, čineći efikasno uklanjanje amonijačnog azota neefikasnim.

• A²/O proces koristi jedan sistem mulja, omogućavajući samo jedno ujednačenu starost mulja. Duga starost mulja za održavanje nitrifikacije će dovesti do otpada fosfora, dok će kratko doba mulja za održavanje uklanjanja fosfora dovesti do kolapsa nitrifikacije; oboje se ne mogu postići istovremeno.

2. Ključni parametri za A²/O aktivaciju denitrifikacije i uklanjanja fosfora

1. Preferencijalna potrošnja izvora ugljika: Denitrificirajuće bakterije koriste nitrat kao akceptor elektrona, prvenstveno trošeći lako razgradivu COD u anaerobnoj fazi, sprječavajući bakterije koje akumuliraju polifosfat- (PAB) da dobiju dovoljno ugljika za sintezu PHB.

2. Inhibicija oslobađanja fosfora od strane PPA: PPA zahtijevaju striktno anaerobno okruženje bez nitrata-za oslobađanje fosfora. Prisutnost nitrata direktno inhibira proces oslobađanja fosfora, čak dovodi do abnormalnog "anaerobnog unosa fosfora", sprečavajući naknadno aerobno/anoksično uzimanje fosfora i uzrokujući neuspjeh uklanjanja fosfora.

3. Poremećaj anaerobnog okruženja: Nitrati troše anaerobno okruženje u anaerobnoj fazi tokom denitrifikacije, indirektno inhibirajući metaboličku aktivnost PPA.

Praktični rezultati verifikacije: Pod kontrolom gore navedenih parametara, stopa uzimanja fosfora u anoksičnom stadijumu može dostići 69%, ne zahtevajući dodatni izvor ugljenika. Efikasnost uklanjanja dušika i fosfora je istovremeno poboljšana, dok se brzina aeracije u aerobnoj fazi može smanjiti za približno 20%, čime se značajno štedi operativna potrošnja energije.

Niski C/N omjeri su uobičajeni u gradskim otpadnim vodama u mojoj zemlji, s izmjerenim vrijednostima često u rasponu od 3,1 do 5,9, daleko ispod 4,5 potrebnih za stabilnu usklađenost sa A²/O standardima. Čak i sa optimizovanim radnim parametrima, malo je verovatno da će jedan A²/O proces dugoročno dosledno ispunjavati standard pražnjenja klase A. Stoga je potreban kombinovani proces kako bi se u osnovi riješio ovaj inherentan nedostatak.

• Anaerobna faza: DNPAO, poput običnih bakterija koje akumuliraju polifosfat{0}}, oslobađaju fosfor iz svojih ćelija dok apsorbuju lako biorazgradivu COD iz otpadne vode, sintetiziraju PHB i pohranjuju ga u svojim ćelijama, čime dovršavaju oslobađanje fosfora i rezerve izvora ugljika.

Praksa motora je dokazala da je A²/O + BAF (Biološki aerirani filter) trenutno najzreliji, najlakše implementiran i najisplativiji put{1}}nadogradnje. Osnovna ideja je "odvojena operacija nitrifikacije i uklanjanja fosfora", omogućavajući objema vrstama mikroorganizama da rastu u svom optimalnom okruženju, u potpunosti rješavajući sukobe starosti mulja i konkurenciju izvora ugljika.

• Osnovne prednosti: Postiže 1 dio izvora ugljika (PHB)=denitrifikaciju + uklanjanje fosfora, direktno udvostručavajući korištenje izvora ugljika. Nije potreban dodatni izvor ugljika da bi se istovremeno poboljšala efikasnost denitrifikacije i uklanjanja fosfora, savršeno pogodno za otpadne vode s niskim C/N omjerima.

• Anoksični stadijum: DNPAO se više ne oslanjaju na kiseonik, već koriste nitrate kao akceptor elektrona, istovremeno redukujući nitrat u azot (završavajući denitrifikaciju) i koristeći svoj uskladišteni PHB kao izvor energije za apsorpciju viška fosfora iz otpadne vode (završavanje uklanjanja fosfora).

1. Osnovni princip: Odvajanje nitrifikacije i uklanjanja fosfora

2. Stvarni rezultati (C/N=4.2)

• Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): Kontrolisano oko 15 dana. Ova starost mulja zadovoljava potrebe rasta nitrifikacionih bakterija (obezbeđujući efikasnost nitrifikacije), a istovremeno balansira obogaćivanje i aktivnost DNPAO, izbegavajući preterano duge ili kratke starosti mulja koje bi mogle negativno uticati na efikasnost tretmana.

• Interni odnos recirkulacije: Kontrolisan na 3,0–3,5. U ovom omjeru, koncentracija nitrata u efluentu anoksičnog rezervoara održava se na 1-3 mg/L, obezbjeđujući dovoljno akceptora elektrona za DNPAO bez izazivanja prekomjernog ulaska nitrata u anaerobnu zonu i ometanja oslobađanja fosfora.

• Anoksični/anaerobni volumni odnos: Odgovarajuće povećanje zapreminskog odnosa anoksične zone produžava vreme boravka DNPAO u anoksičnoj zoni, poboljšavajući denitrifikaciju i uklanjanje fosfora.

• Stroga kontrola nitrata u anaerobnoj sekciji: optimizacijom metode refluksa, koncentracija nitrata u anaerobnoj sekciji se kontroliše na<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.

3. Optimalni radni parametri

• A²/O odjeljak (kratko doba mulja 5-10 dana): Nitrifikacija je napuštena, fokusirajući se na "anaerobno oslobađanje fosfora + uklanjanje anoksičnog denitrifikacionog fosfora." Kratka postavka starosti mulja osigurava efikasno uklanjanje fosfora bakterijama koje akumuliraju polifosfat- kroz ispuštanje mulja, dok DNPAO koriste svoj interni PHB za denitrifikaciju, maksimizirajući korištenje ograničenih izvora ugljika.

• Dizajn unutrašnjeg refluksa: Nitrifikovana tečnost (bogata nitratima) proizvedena u BAF sekciji refluksuje se u A²/O anoksičnu sekciju, obezbeđujući dovoljno akceptora elektrona za DNPAO, formirajući zatvorenu petlju "BAF nitrifikacija → A²/O denitrifikacija fosfora, uklanjanje fosfora," postižući standardno uklanjanje azota i sphorusa.

• BAF faza (duga dob mulja 30d+): Posvećena nitrifikaciji. BAF materijal za pakovanje rezervoara formira biofilm, omogućavajući nitrifikujućim bakterijama da stabilno rastu na membrani. Duga starost mulja osigurava optimalnu nitrifikaciju, postižući skoro 100% uklanjanje amonijačnog azota, potpuno rješavajući nedovoljnu nitrifikaciju.

1. UCT/MUCT proces (Rješavanje interferencije nitrata)

• Kvalitet otpadnih voda: COD=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, svi ispunjavaju "Standard za ispuštanje zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (GB (18918-2002) Standard klase A);

• Kvalitet ulazne vode (simulacija uslova niskog C/N omjera, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;

• Mikrobna aktivnost: Udio bakterija koje akumuliraju denitrifikujući polifosfat- (DNPAO) u sistemu dostiže 40,5%, značajno poboljšavajući korištenje izvora ugljika, eliminirajući potrebu za dodatnim vanjskim dodatkom izvora ugljika.

• Efikasnost uklanjanja: stopa uklanjanja COD-a 85,8%, stopa uklanjanja TN-a 76,9%, stopa uklanjanja TP-a 98%, stabilni efekti uklanjanja azota i fosfora bez fluktuacija;

2. Obrnuti A²/O proces (izvor ugljika prioritetan za uklanjanje dušika)

Osnovna modifikacija: Podešavanje redosleda tri sekcije rezervoara na anoksični → anaerobni → aerobni, ne zahteva novu opremu, samo podešavanje smera protoka vode, pogodno za jeftino{0}}nadogradnju postojećih postrojenja.

• Omjer povrata mulja: 100%, osiguravajući stabilnu koncentraciju mulja u A²/O sekciji i obezbjeđujući dovoljnu biomasu za DNPAO i organizme koji akumuliraju polifosfat{1}} (PAO).

• Interni odnos povrata: Kontrolisan na 250%. Ovaj omjer obezbjeđuje dovoljno nitrata u A²/O anoksičnom dijelu uz izbjegavanje prekomjerne potrošnje energije zbog prevelikog povrata, nudeći najbolju isplativost-.

• Kontrola mikroba: Optimizacijom radnih parametara, udio denitrifikujućih PAO u sistemu se stabilizuje na 40,5%, maksimizirajući denitrifikaciju i uklanjanje fosfora.

• Kontrola rastvorenog kiseonika (DO): A²/O aerobna sekcija DO=1–2 mg/L (ispunjavanje zahteva za unos fosfora za PAO i izbegavanje prekomernog rasipanja energije zbog visokog DO); BAF odjeljak DO=4–5 mg/L (ispunjavanje zahtjeva za nitrifikaciju nitrifikacijskih bakterija i osiguravanje potpunog uklanjanja amonijačnog azota).

3. JHB proces

Modifikacija jezgre: Anoksični rezervoar za pred-denitrifikaciju se dodaje duž puta vraćenog mulja u anaerobnu fazu. Vraćeni mulj prvo ulazi u ovaj rezervoar, gdje se podvrgava pre-denitrifikaciji korištenjem dijela ulaznog COD-a, čime se dodatno smanjuje sadržaj nitrata u mulju.

• Modifikacija jezgra: Tradicionalni A²/O proces "mulja vraćen u anaerobnu fazu" je prilagođen na "mulj vraćen u anoksični rezervoar", omogućavajući da se vraćeni mulj prvo podvrgne denitrifikaciji u anoksičnom stadiju, trošeći nitrate koje nosi.

• Efekat modifikacije: Nakon denitrifikacije u anoksičnom stadiju, mulj koji ulazi u anaerobnu fazu je gotovo bez nitrata-, a efikasnost oslobađanja fosfora u anaerobnoj fazi je povećana za 50%+, čime se fundamentalno rješava problem smetnji nitrata sa uklanjanjem fosfora. MUCT proces, posebno, dodaje dva anoksična rezervoara za dalje odvajanje denitrifikacije mulja od denitrifikacije miješane tekućine, što rezultira stabilnijim performansama i prikladnošću za postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda sa ozbiljnim smetnjama nitrata.

• Prioritetna raspodjela izvora ugljika: sirova voda prvo ulazi u anoksičnu zonu, gdje bakterije koje denitrifikuju prvenstveno dobijaju izvore ugljika, značajno poboljšavajući efikasnost denitrifikacije i rješavajući problem nedovoljne denitrifikacije pod niskim C/N omjerima.

• Prednosti rada i održavanja: Pojednostavljen proces, nema potrebe za dodatnom opremom ili troškovima rada i održavanja, kratak ciklus modifikacije i niske poteškoće u implementaciji, što ga čini jednim od poželjnih rješenja za nadogradnju postojećih postrojenja.

• Stabilnije uklanjanje fosfora: bakterije koje akumuliraju polifosfate- su u "izgladnjelom stanju" u anoksičnoj zoni. Nakon ulaska u anaerobnu zonu, apsorbiraju izvore ugljika i efikasnije oslobađaju fosfor, što rezultira temeljitijom aerobnom apsorpcijom fosfora i stabilnijim uklanjanjem fosfora.

Optimizirani članak je riješio problem grubosti, s detaljnijim informacijama i koherentnijom logikom. Želite li da ga sastavim u jednu-stranicu A²/O princip + parametar + brzi referentni priručnik za rješavanje problema da ga odštampate i zalijepite u kontrolnu sobu ili nosite sa sobom?

Dodatne napomene: Ovaj proces se posebno bavi problemom pretjerano visokog sadržaja nitrata u vraćenom mulju, s boljim performansama denitrifikacije od UCT procesa, ali zahtijeva dodatni rezervoar. Pogodan je za postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda sa visokim zahtjevima za denitrifikaciju i prostorom za modifikacije.

1. Osnovni princip

Anaerobno oslobađanje fosfora → Anoksično uklanjanje azota + uklanjanje fosfora denitrifikacijom → Aerobna nitrifikacija + unos fosfora, tri faze rade sinergijski, oslanjajući se na mulj i unutrašnju recirkulaciju u zatvorenoj petlji;

2. Inherentne prepreke

Konkurencija izvora ugljika, razlike u starosti mulja i smetnje nitrata-ovo troje se ne može riješiti konvencionalnim radom i održavanjem i predstavljaju ključne prepreke za postizanje usklađenosti;

3. Osnovno rješenje

Korištenje bakterija koje akumuliraju denitrifikujući polifosfat- (DNPAO) za "dvostruko korištenje ugljika": Ovo ublažava nedostatak izvora ugljika dok se istovremeno postiže uklanjanje dušika i fosfora.

4. Neophodan za niske C/N omjere

Kombinovani proces A²/O + BAF razdvaja nitrifikaciju i uklanjanje fosfora, omogućavajući svakom da postigne optimalne performanse i dosledno dostiže standarde A razreda.

5. Prioritet za naknadnu ugradnju

UCT i invertirani A²/O procesi nude niske troškove, lakoću implementacije i ne zahtijevaju veliko rušenje ili rekonstrukciju, što ih čini pogodnim za brzu nadogradnju postojećih postrojenja.