En omfattende analyse af almindeligt anvendte processer i byspildevandsrensningsanlæg

Hovedformålet med rensning af byspildevand er at fjerne forurenende stoffer såsom COD, BOD₅, TN og TP fra spildevandet for at opfylde udledningsstandarderne (almindelig overholdelse af klasse A-standarden for "Discharge Standard of Pollutants for Urban Wastewater Treatment Plants" GB 18918-2002). Nuværende mainstream-processer er centreret om biologisk behandling, kombineret med forbehandling og avancerede behandlingsenheder, der danner en komplet proces med "forbehandling - kernebehandling - avanceret behandling - bortskaffelse af slam." Det følgende giver en detaljeret introduktion til de seks mest udbredte processer, der dækker deres principper, nøgleparametre, fordele og ulemper og anvendelige scenarier, samtidig med at der tages hensyn til tekniske detaljer og teknisk gennemførlighed.

1. Procesprincip

Ved at bruge aktiveret slam som kerne under aerobe forhold adsorberer og nedbryder mikroorganismer organiske forurenende stoffer i spildevand, hvilket opnår spildevandsrensning gennem slam-vandseparering. Kerneproces: Barskærm → Kornkammer → Primær sedimentationstank → Beluftningstank → Sekundær sedimentationstank → Desinfektion og udledning; restslam koncentreres, afvandes og bortskaffes derefter.

2. Nøgledesignparametre
* Hydraulisk retentionstid (HRT): 8-12 timer, med HRT større end eller lig med 6 timer i beluftningstanken;
* Slamretentionstid (SRT): 3-5d (kun anvendelig til fjernelse af organisk materiale, uden funktioner til fjernelse af nitrogen og fosfor);
* Organisk belastning (F/M): 0,2-0,4 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO Koncentration i beluftningstanken: 2-3mg/L, ved brug af tvungen beluftning eller mekanisk beluftning.

3. Fordele og ulemper
* Fordele: Moden teknologi, stabil drift, høj effektivitet til behandling af organisk materiale (BOD₅-fjernelsesrate 85%-90%) og relativt lave investeringsomkostninger;
* Ulemper: Ingen nitrogen- og fosforfjernelsesfunktioner, hvilket gør det vanskeligt at opfylde de nuværende klasse A-standarder; stor slamproduktion, tilbøjelig til filamentøs bulking; stort fodaftryk og relativt højt energiforbrug.

4. Gældende scenarier
* Velegnet til tidligt-byggede spildevandsrensningsanlæg med lave udledningsstandarder eller som en forbehandlingsenhed til industrielt spildevand; i øjeblikket bruges det sjældent alene i nye projekter, men mest som et basismodul til procesforbedring.

1. Procesprincip
A²O-processen (anaerob-anoxisk-aerob) opnår samtidig nitrogen- og fosforfjernelse gennem den synergistiske virkning af tre zoner: phosphor-akkumulerende bakterier frigiver fosfor i den anaerobe zone, denitrificerende zone, denitrificerende zone og denitrificerende zone nitrificerende bakterier nitrificerer og phosphor-akkumulerende bakterier absorberer fosfor i den aerobe zone. Den modificerede version (med tilføjelsen af ​​en præ-anoxisk tank) løser konkurrenceproblemet mellem kulstofkilden mellem denitrifikation og fosforfjernelse, hvilket forbedrer nitrogen- og fosforfjernelseseffekten. Kerneproces: Forbehandling → Anaerob tank → Pre-anoksisk tank → Anoxisk tank → Aerob tank → Sekundær sedimentationstank → Avanceret behandling → Udledning.

2. Nøgledesignparametre

Total HRT: 10-12 timer, anaerob:anoksisk:aerob HRT-forhold=1:3:5;
Slamretentionstid (SRT): 10-12 dage ved omgivelsestemperatur, 15 dage ved lav temperatur (for at balancere krav til nitrifikation og fosforfjernelse);
Recirkulationsforhold: Recirkulationsforhold for blandet spiritus 200%-300% (justerbar med variabel frekvens), slamrecirkulationsforhold 50%-80%;
DO-kontrol: Anaerob zone Mindre end eller lig med 0,2mg/L, anoxisk zone Mindre end eller lig med 0,5mg/L, aerob zone 2-3mg/L.

3. Fordele og ulemper

Fordele: Fremragende nitrogen- og fosforfjernelseseffektivitet (TN-fjernelsesgrad 70%-80%, TP-fjernelseshastighed 80%-90%), der konsekvent opfylder klasse A-standarder; moden teknologi, moderate driftsomkostninger, velegnet til kommunalt spildevand med store vandkvalitetsudsving;
Ulemper: Parameteruoverensstemmelser eksisterer mellem nitrogen- og fosforfjernelse (SRT, krav til recirkulationsforhold er i konflikt); spildevand med lav-kulstofkilde kræver ekstern kulstoftilsætning; lidt større fodaftryk.

4. Gældende scenarier

I øjeblikket den foretrukne proces til nybyggeri, udvidelse og opgradering af byspildevandsrensningsanlæg, specielt velegnet til kommunale spildevandsprojekter, der kræver samtidig kontrol af kvælstof- og fosforemissioner. Det kan også tilpasses komplekst spildevand, der indeholder små mængder industrispildevand (justering af bionedbrydelighedskoefficienten er påkrævet).

1. Procesprincip

Denne proces kombinerer membranseparationsteknologi med biologisk behandling, og erstatter den sekundære sedimentationstank med membranmoduler for at opnå effektiv slam-vandseparation. Kerneflow: Forbehandling → Biologisk tank (A²O, SBR osv. konfigurationer kan bruges) → Membrantank → Desinfektion og udledning. Membranmodulerne kan tilbageholde mikroorganismer, opretholde en høj MLSS-koncentration i den biologiske tank og forbedre nitrifikation og fjernelse af organisk stof.

2. Nøgledesignparametre

MLSS Koncentration: 6000-8000 mg/L (betydeligt højere end traditionelle processer);
Slamretentionstid (SRT): 20-30 dage (forbedret nitrifikation, velegnet til lavtemperatur, lavt C/N spildevand);
Membranstrøm: 10-20 L/(m²·h), kræver regelmæssig fysisk/kemisk rengøring;
Energiforbrug: 0,6-1,0 kWh/m³ (inklusive energiforbrug til beluftning og membransugning).

3. Fordele og ulemper

Fordele: Fremragende spildevandskvalitet (TN Mindre end eller lig med 8 mg/L, TP Mindre end eller lig med 0,3 mg/L), der opfylder kravene til opgradering til nær-Klasse IV-vandkvalitet; fodaftrykket er kun 1/3-1/2 af traditionelle processer; ingen risiko for slamtab, høj driftsstabilitet;
Ulemper: Høje membranmodulomkostninger (der står for 30%-40% af den samlede investering); kompleks vedligeholdelse (tilbøjelig til tilstopning), høje driftsomkostninger; højere energiforbrug end traditionelle biologiske processer.

4. Gældende scenarier

Velegnet til bykerneområder med begrænsede jordressourcer, opgraderingsprojekter med strenge spildevandsstandarder eller specielle vandkvalitetsscenarier såsom lav temperatur og lavt C/N-forhold; gælder også for decentraliseret spildevandsrensning (f.eks. boligsamfund, industriparker).

1. Procesprincip

Ved at bruge en ringformet-grøftereaktor cirkulerer spildevandet i grøften gennem roterende børster eller skiver til beluftning, hvilket skaber skiftende aerobe og anoxiske zoner for at opnå nedbrydning af organisk materiale og denitrifikation. Almindelige konfigurationer omfatter karruseloxidationsgrøfter, orbaloxidationsgrøfter og integrerede oxidationsgrøfter (inklusive sekundære sedimentationstanke).

2. Nøgledesignparametre

Total HRT: 15-25 timer (lang hydraulisk retentionstid, stærk modstandsdygtighed over for stødbelastninger);
Slamretentionstid (SRT): 10-20d (velegnet til krav til nitrogenfjernelse);
Organisk belastning (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Opløst ilt: Gradvis fordeling i grøften (2-3mg/L i aerob zone, 0,5-1mg/L i anoxisk zone).

3. Fordele og ulemper

Fordele: Ekstremt stærk modstandsdygtighed over for stødbelastninger, velegnet til spildevand med store udsving i vandkvalitet og -mængde; enkel betjening og styring, lave vedligeholdelsesomkostninger; god nitrogenfjernelseseffekt (TN-fjernelsesgrad 70%-75%);
Ulemper: Svag phosphorfjernelseseffekt (kræver hjælpekemisk phosphorfjernelse); stort fodaftryk, højt energiforbrug; utilstrækkelig operationel fleksibilitet.

4. Gældende scenarier
Velegnet til spildevandsrensningsanlæg i små og mellemstore{{0} byer (volumen 50.000-500.000 m³/d), komplekst spildevand med store udsving i vandkvaliteten (inklusive en lille mængde industrispildevand) eller projekter med begrænsede drifts- og styringsmuligheder.

1. Procesprincip

Ved at bruge en intermitterende reaktor gennemføres fem trin i den samme tank: indstrømning, beluftning (aerob), sedimentering, spildevandsudledning og tomgangsperiode. Nedbrydning af organisk stof, fjernelse af kvælstof og fosfor opnås gennem tidsallokering. Modificerede versioner (CAST-, CASS-processer) tilføjer en udvælgelseszone og en for-reaktionszone for at forbedre slamafsætningsydelsen og effektiviteten af ​​fosforfjernelse.

2. Nøgledesignparametre:
Én driftscyklus: 4-6 timer (inklusive 2-3 timers beluftning og 1-1,5 timers sedimentering);
Slamretentionstid (SRT): 10-15 dage;
MLSS Koncentration: 3000-5000 mg/L;
Drænforhold: 1/3-1/2 (hver dræning bør ikke overstige 1/2 af tankvolumenet).

3. Fordele og ulemper

Fordele: Lille fodaftryk (intet behov for en separat sekundær sedimentationstank); fleksibel drift med justerbare cyklusparametre baseret på vandkvalitet; velegnet til små til mellemstore vandmængder, hvilket muliggør samtidig nitrogen- og fosforfjernelse.
Ulemper: Høje krav til automatiseret kontrol (kræver præcis kontrol af hvert trins timing); utilstrækkelig stabilitet af spildevandskvalitet, let påvirket af driftsparametre; hurtig slid på udstyr (hyppig start-stop af ventiler og pumper).

4. Gældende scenarier
Velegnet til små og mellemstore byspildevandsrensningsanlæg (vandvolumen mindre end eller lig med 100.000 m³/d), decentraliserede spildevandsrensningsprojekter (såsom samfund og industriparker) eller scenarier med betydelige vandkvalitetsudsving, der kræver fleksibel justering af driftstilstande.

1. Procesprincip
Integrerer alle biologiske behandlingstrin (COD-nedbrydning, nitrogenfjernelse, fosforfjernelse, slamstabilisering) i en enkelt biologisk tank. Gennem zoneinddelt design og et højeffektivt beluftningssystem opnås samtidig nitrogen- og fosforfjernelse og slamreduktion. Det centrale højdepunkt er BioDopp-beluftningssystemet (stort-område med fint skumbeluftning), som har høj iltoverførselseffektivitet og er let at vedligeholde.

2. Nøgledesignparametre
Energiforbrug: 0,075 kWh/m³ (betydeligt lavere end traditionelle processer, hvilket viser betydelige energibesparende fordele)-
MLSS Koncentration: 8 g/L (høj slamkoncentration, forbedrer behandlingseffektiviteten);
Oxygenoverførselseffektivitet: 5 kgO₂/kWh, iltbehov 0,2-0,3 mg/L;
Samlet HRT: 8-12 timer, velegnet til rutinemæssige kommunale spildevandsbehandlingsbehov.

3. Fordele og ulemper
Fordele: Enestående energi-besparende effekt (energiforbruget er kun 1/5-1/8 af traditionelle processer); høj integration, lille fodaftryk; lav slamproduktion, hvilket eliminerer behovet for kompleks slambortskaffelse; nem vedligeholdelse af beluftningssystemet (kan rengøres online, uden nedetid); Ulemper: Høj teknisk tærskel, kerneudstyr er afhængig af import; egnet til specifikke vandkvaliteter, tilpasningsevne til højsalt og genstridigt spildevand kræver yderligere verifikation.

4. Gældende scenarier
Velegnet til nybyggede kommunale spildevandsrensningsanlæg (forfølger energibesparelser og forbrugsreduktion) og industriparks spildevandsrensningsprojekter. Det er blevet anvendt med succes i Tyskland, Tjekkiet og Shanghai og Hebei-provinserne i mit land.

Udvælgelsen af ​​processer til byspildevandsrensningsanlæg kræver omfattende overvejelser om fem nøglefaktorer: vandkvalitetskarakteristika, udledningsstandarder, vandmængde, jordressourcer og driftsomkostninger. Kernelogikken er som følger:

• Vandkvalitets- og udledningsstandarder: For samtidig nitrogen- og fosforfjernelse for at opfylde klasse A-standarder foretrækkes modificerede A²O- og MBR-processer; til opgradering til tæt på klasse IV-vandkvalitet foretrækkes MBR-processer; til vandkvalitet med store udsving foretrækkes oxidationsgrøft og modificerede SBR-processer.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) prioritere modificerede A²O- og oxidationsgrøftprocesser; små og mellemstore-spildevandsrensningsanlæg (10.000-500.000 m³/d) kan vælge A²O, modificeret SBR eller BioDopp processer; decentrale projekter (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Jord og omkostninger: I bykerneområder, hvor der er knaphed på jord, foretrækkes MBR-, SBR- og BioDopp-processer; for begrænsede budgetter foretrækkes modificerede A²O- og oxidationsgrøftprocesser; for langsigtede-energibesparelser kan BioDopp-processer overvejes.
• Drift og ledelse: For anlæg med begrænsede drifts- og styringskapaciteter foretrækkes oxidationsgrøft og modificerede A²O-processer (enkle at betjene); for dem med højere niveauer af automatisering er modificerede MBR- og SBR-processer velegnede.

Sammenfattende er den modificerede A²O-proces, med dens fordele ved stabil nitrogen- og fosforfjernelse, moderate omkostninger og bred tilpasningsevne, fortsat det almindelige valg for byspildevandsrensningsanlæg; MBR-processen er velegnet til opgradering og krav til kompakt layout; og nyere processer som BioDopp tilbyder nye retninger for energibesparelse og emissionsreduktion, og deres anvendelsesscenarier vil gradvist udvides i fremtiden.