Overvindelse af smertepunkterne ved A²/O-processer: Nøgle tekniske ruter til samtidig nitrogen- og fosforfjernelse

A²/O-processen (anaerob/anoxisk/aerob) har med dens kernefordele som simpelt flow, lav investering og bekvem drift og vedligeholdelse længe haft en dominerende stilling inden for biologisk nitrogen- og fosforfjernelse til byspildevand og er meget udbredt i forskellige byspildevandsrensningsanlæg. Men i den faktiske drift og vedligeholdelse er mange spildevandsanlæg havnet i det samme dilemma: TN (total nitrogen) og TP (total fosfor) er svære at opnå samtidigt, især når man renser spildevand med det fremherskende lave C/N-forhold i mit land. Dette fører til en ond cirkel, hvor nitrogenfjernelse fører til fosforfjernelsesfejl, og fosforfjernelse fører til nitrogenfjernelsessvigt, hvilket resulterer i hyppige miljøinspektioner og udbedringer og vedvarende høje drifts- og vedligeholdelsesomkostninger.

Denne artikel, der kombinerer tre centrale tekniske dokumenter, opgiver grove beskrivelser og tager udgangspunkt i essensen af ​​processen. Den nedbryder og forklarer i detaljer principperne for A²/O-processen, dens tre iboende defekter, kernemekanismen for fjernelse af denitrifikationsfosfor og den optimale modifikationsordning for spildevand med lavt C/N. Den balancerer professionalisme og praktisk, og kan refereres direkte til og anvendes af designere, drifts- og vedligeholdelsespersonale og ingeniører, der udfører ændringer.

1. Standard procesflow

Kernen i A²/O-processen er den samtidige denitrifikation og fosforfjernelse gennem seriedrift af tre reaktorer, kombineret med slamrecirkulation og intern recirkulation. Standardflowet er klart og sporbart: Råvand → Anaerob tank → Anoxisk tank → Aerob tank → Sekundær sedimentationstank → Spildevand. Hele processen kræver intet komplekst udstyr, har lav drift og vedligeholdelsesproblemer og er velegnet til stor-anvendelse.

• Slamretur: Sedimentationstank → Anaerob tank

• Intern retur: Aerob tank → Anoxisk tank

2. Tre-trins kernereaktionsprincip (nedbryder hvert trins rolle for at forstå essensen af ​​processen)

(1) Anaerobt stadium (ingen molekylær oxygen, ingen nitratnitrogen)

• Polyphosphat-akkumulerende bakterier (PAO'er) frigiver aktivt fosfor, der er lagret i deres kroppe i et anaerobt, nitrat-frit miljø, mens de absorberer let nedbrydeligt COD (bionedbrydeligt organisk stof) fra spildevandet og omdanner det til PHB (subsmør-{2}reserver energi til lagring af hydroxyl{2}). phosphor absorption;

• Hvis der findes en lille mængde nitrat i det anaerobe stadie (for det meste fra returneret slam), vil denitrificerende bakterier fortrinsvis udnytte den resterende kulstofkilde til denitrifikation, indirekte forbruge den kulstofkilde, der kræves af PAO'er, hvilket skaber en potentiel fare for fosforfjernelse;

• Samtidig nedbryder gærende bakterier det store molekylære organiske stof i spildevandet, som er svært at nedbryde til flygtige fedtsyrer (VFA), som let absorberes af PAO'er, hvilket giver tilstrækkeligt substrat til PHB-syntese af PAO'er.

(2) Anoxisk zone (ingen molekylær ilt, indeholder nitratnitrogen)

• Denitrificerende bakterier bruger nitrat fra recirkulationen i den aerobe zone som elektronacceptor og resterende COD i spildevandet som kulstofkilde til at reducere nitrat til nitrogen (N₂), hvilket fuldender denitrifikationsprocessen. Dette er kernetrinet i fjernelse af TN.

• Nogle specielle polyphosphat-akkumulerende bakterier (dvs. denitrificerende polyphosphat-akkumulerende bakterier DNPAO'er) kan bryde igennem den traditionelle forståelse af "aerob fosforoptagelse", ved at bruge nitrat i stedet for oxygen som en elektronacceptor for at opnå overdreven fosforoptagelse, mens denitoptager. Dette er denitrifikationsfosforfjernelsen, vi vil fokusere på senere.

• Strømningshastigheden af ​​den interne recirkulation bestemmer direkte nitratnitrogentilførslen i den iltfattige zone og er en vigtig kontrolparameter, der påvirker denitrifikationseffektiviteten og denitrifikationsfosforfjernelseseffekten.

(3) Aerobic Stage (Aerobic)

• Nitrificerende bakterier (autotrofe bakterier), i et miljø med tilstrækkelig ilt, oxiderer ammoniaknitrogen (NH₄⁺-N) i spildevand til nitrat (NO₃⁻-N), fuldender nitrifikationsreaktionen og tilvejebringer tilstrækkelige elektronacceptorer til denitrifikation og fjernelse af denitrifikation og fosfos;

• Polyphosphat-akkumulerende bakterier (inklusive DNPAO'er) i et aerobt miljø absorberer store mængder fosfor fra spildevand og lagrer det i deres kroppe, hvilket resulterer i, at fosforindholdet langt overstiger de normale niveauer (dvs. overdreven fosforoptagelse), hvilket lægger grunden til genudledning af slumphorus;

• Samtidig nedbryder mikroorganismerne i den aerobe fase yderligere den resterende COD i spildevandet, fjerner nitrogen, der dannes under denitrifikationsprocessen, forhindrer slam i at flyde og sikrer stabil slamafsætning.

3. Endelig nitrogen- og fosforfjernelsesvej

• Nitrogenfjernelsesvej: Nitrifikation i aerob tank (ammoniaknitrogen → nitrat) → Denitrifikation i anoxisk tank (nitrat → nitrogen) → Nitrogen undslipper naturligt, hvilket opnår total nitrogenfjernelse;

Mange spildevandsrensningsanlæg mener, at A²/O-processen er svær at opnå standarder, idet de fejlagtigt tilskriver dette utilstrækkelig drift og vedligeholdelse. Dette er dog ikke tilfældet-kerneproblemet er den iboende konflikt mellem de tre typer af funktionelle mikroorganismer (nitrificerende bakterier, denitrificerende bakterier og polyphosphat-akkumulerende bakterier). Deres krav til levemiljø og næringsstoffer er helt forskellige, hvilket gør det umuligt for dem samtidig at opfylde deres optimale vækstbetingelser inden for samme slamsystem. Dette er den principielle -niveaumodsigelse, som A²/O-processen kæmper for at overvinde.

1. Kulstofkildekonkurrence (kernekonflikten)

2. Slam alderskonflikt

• Fosforfjernelsesvej: Anaerob tankfosforfrigivelse (polyphosphat-akkumulerende bakterier frigiver fosfor fra deres kroppe) → Aerob/anoksisk tankfosforoptagelse (polyfosfat-akkumulerer bakterier i overdreven grad fra udledning af fosfor) slud absorberer for meget fosfor (fjernelse af fosfor-rigt slam fra systemet), fuldender total fosforfjernelse.

3. Nitratinterferens med anaerob fosforfjernelse

I traditionelle A²/O-processer går returslammet fra den sekundære sedimentationstank direkte ind i det anaerobe stadie. Dette returslam bærer uundgåeligt en stor mængde nitrater produceret i den aerobe fase. Når de først er i det anaerobe stadium, forstyrrer disse nitrater fuldstændig fosforfjernelsesprocessen på tre måder:

• Anaerobt stadie: Det centrale behov for polyphosphat-akkumulerende bakterier er at absorbere let nedbrydelig COD og syntetisere PHB til efterfølgende fosforfrigivelse og -optagelse. Dette er grundlaget for fjernelse af fosfor og er uundværligt.

• Byspildevand i mit land lider generelt af et lavt C/N-forhold (COD/TN < 4,5), hvilket resulterer i en alvorlig mangel på kulstofkilder. Konkurrencen mellem de to typer mikroorganismer om kulstofkilder fører uundgåeligt til en situation, hvor den ene er stærk, og den anden svag -god nitrogenfjernelse resulterer i dårlig fosforfjernelse; god fosforfjernelse resulterer i overdreven nitrogenfjernelse.

• Anoxisk stadie: Kernekravet for denitrificerende bakterier er at bruge COD som elektrondonor til at omdanne nitrater til nitrogengas og dermed fuldende nitrogenfjernelsen. Dette afhænger også af COD.

1. Princippet om denitrifikation og fosforfjernelse

For at løse de iboende defekter i A²/O-processen er den mest effektive løsning "dobbelt brug af kulstof." Kernen er at udnytte de særlige metaboliske egenskaber ved denitrificerende polyphosphat-akkumulerende bakterier (DNPAO'er/DPB) for at tillade en enkelt kulstofkilde samtidig at opfylde behovene for nitrogen- og fosforfjernelse. Dette afhjælper fundamentalt konkurrencen om kulstofkilder og konflikten mellem slamalderen. Den specifikke metaboliske proces er som følger:

• Polyphosphat-akkumulerende bakterier: Disse er heterotrofe bakterier med hurtig vækst. Kernen i deres fosforfjernelse er at fjerne fosfor fra systemet ved at udlede overskydende slam. Derfor kræves en relativt kort slamalder (5–1). • 0d (0 dage): En alt for lang slamalder fører til-frigivelse af fosfor fra polyphosphat-akkumulerende bakterier, hvilket reducerer effektiviteten af ​​fosforfjernelsen betydeligt.

• Nitrificerende bakterier: Disse er autotrofe bakterier med ekstremt langsom vækst og reproduktionshastighed. De kræver en relativt lang slamalder (15-25 dage) for at overleve stabilt og fuldføre nitrifikationsreaktionen. En slamalder, der er for kort, resulterer i, at en stor mængde nitrificerende bakterier udledes, hvilket gør effektiv ammoniak-nitrogenfjernelse ineffektiv.

• A²/O-processen anvender et enkelt slamsystem, så der kun kan indstilles én ensartet slamalder. En lang slamalder for at opretholde nitrifikation vil føre til fosforaffald, mens en kort slamalder for at opretholde fosforfjernelse vil føre til nitrifikationskollaps; begge dele kan ikke opnås samtidigt.

2. Nøgleparametre for A²/O-aktivering af denitrifikation og fosforfjernelse

1. Foretrukken kulstofkildeforbrug: Denitrificerende bakterier bruger nitrat som en elektronacceptor og forbruger fortrinsvis let nedbrydelig COD i det anaerobe stadie, hvilket forhindrer polyphosphat-akkumulerende bakterier (PAB'er) i at opnå tilstrækkelig kulstof til at syntetisere PHB.

2. Hæmning af fosforfrigivelse ved PPA'er: PPA'er kræver et strengt anaerobt, nitrat-frit miljø for fosforfrigivelse. Tilstedeværelsen af ​​nitrat hæmmer direkte fosforfrigivelsesprocessen, hvilket endda fører til unormal "anaerob fosforoptagelse", hvilket forhindrer efterfølgende aerob/anoksisk fosforoptagelse og forårsager, at fosforfjernelsen mislykkes.

3. Afbrydelse af det anaerobe miljø: Nitrat forbruger det anaerobe miljø i det anaerobe stadie under denitrifikation, hvilket indirekte hæmmer PPA'ernes metaboliske aktivitet.

Praktiske verifikationsresultater: Under kontrol af ovenstående parametre kan fosforoptagelseshastigheden i det anoxiske stadie nå 69%, hvilket ikke kræver yderligere kulstofkilde. Kvælstof- og fosforfjernelseseffektiviteten forbedres samtidig, mens beluftningshastigheden i det aerobe stadie kan reduceres med ca. 20 %, hvilket sparer det operationelle energiforbrug betydeligt.

Lave C/N-forhold er almindelige i byspildevand i mit land, med målte værdier, der ofte spænder fra 3,1 til 5,9, langt under de 4,5, der kræves for stabil overholdelse af A²/O-standarder. Selv med optimerede driftsparametre er det usandsynligt, at en enkelt A²/O-proces konsekvent opfylder klasse A-udledningsstandarden på lang sigt. Derfor er en kombineret proces nødvendig for grundlæggende at løse denne iboende mangel.

• Anaerobt stadie: DNPAO'er, som almindelige polyphosphat-akkumulerende bakterier, frigiver fosfor fra deres celler, mens de absorberer let bionedbrydelig COD fra spildevand, syntetiserer PHB og lagrer det i deres celler, hvorved fosforfrigivelse og kulstofkildereserver fuldendes.

Motorpraksis har bevist, at A²/O + BAF (Biological Aerated Filter) i øjeblikket er den mest modne, let implementerede og omkostningseffektive opgraderingsrute. Kerneideen er "separat drift af nitrifikation og fosforfjernelse", hvilket giver begge typer mikroorganismer mulighed for at vokse i deres optimale miljøer, hvilket fuldstændigt løser konflikter med slamalderen og konkurrence om kulstofkilder.

• Kernefordele: Opnår 1 del kulstofkilde (PHB)=denitrifikation + fosforfjernelse, hvilket direkte fordobler kulstofkildeudnyttelsen. Ingen yderligere kulstofkilde er nødvendig for samtidig at forbedre effektiviteten af ​​denitrifikation og fosforfjernelse, perfekt egnet til spildevand med lave C/N-forhold.

• Anoxisk stadie: DNPAO'er er ikke længere afhængige af ilt, men bruger nitrat som elektronacceptor og reducerer samtidig nitrat til nitrogen (fuldførelse af denitrifikation) og udnytter deres lagrede PHB som energikilde til at absorbere overskydende fosfor fra spildevand (fuldendte fosforfjernelse).

1. Kerneprincip: Adskillelse af nitrifikation og fosforfjernelse

2. Faktiske resultater (C/N=4.2)

• Slamretentionstid (SRT): Kontrolleres til omkring 15 dage. Denne slamalder opfylder vækstkravene for nitrificerende bakterier (som sikrer nitrifikationseffektivitet), samtidig med at den balancerer berigelsen og aktiviteten af ​​DNPAO'er, og undgår alt for lange eller korte slamalder, der kan have en negativ indvirkning på behandlingseffektiviteten.

• Internt recirkulationsforhold: Styres til 3,0–3,5. Ved dette forhold holdes nitratkoncentrationen i den anoxiske tankspildevand på 1-3 mg/L, hvilket giver tilstrækkelige elektronacceptorer til DNPAO'er uden at forårsage for meget nitrat til at trænge ind i den anaerobe zone og interferere med fosforfrigivelsen.

• Anoxisk/anaerob volumenforhold: En passende forøgelse af volumenforholdet i den anoxiske zone forlænger opholdstiden for DNPAO'er i den anoxiske zone, hvilket øger denitrifikation og fosforfjernelse.

• Streng nitratkontrol i den anaerobe sektion: Ved at optimere refluksmetoden styres nitratkoncentrationen i den anaerobe sektion kl.<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.

3. Optimale driftsparametre

• A²/O-sektion (kort slamalder 5-10 dage): Nitrifikation er opgivet, med fokus på "anaerob fosforfrigivelse + anoxisk denitrifikationsfosforfjernelse." Den korte slamalderindstilling sikrer effektiv fosforfjernelse ved at polyphosphat-akkumulerer bakterier gennem slamudledning, mens DNPAO'er udnytter deres interne PHB til denitrifikation, hvilket maksimerer udnyttelsen af ​​begrænsede kulstofkilder.

• Internt tilbagesvalingsdesign: Den nitrificerede væske (rig på nitrat), der produceres i BAF-sektionen, tilbagesvales til den anoxiske A²/O-sektion, hvilket giver tilstrækkelige elektronacceptorer til DNPAO'er, og danner en lukket sløjfe af "BAF-nitrifikation → A²/O-denitrifikationsfosforfjernelse", hvilket opnår samtidig standardnitrogenfjernelse af nitrogen og fosfor.

• BAF Stage (Long Sludge Age 30d+): Dedikeret til nitrifikation. BAF-tankpakningsmaterialet danner en biofilm, der tillader nitrificerende bakterier at vokse stabilt på membranen. Den lange slamalder sikrer optimal nitrifikation, der opnår næsten 100 % ammoniak-nitrogenfjernelse, hvilket fuldstændig løser utilstrækkelig nitrifikation.

1. UCT/MUCT-proces (Løs nitratinterferens)

• Spildevandskvalitet: COD=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, som alle opfylder "Udledningsstandarden for forurenende stoffer til kommunale spildevandsrensningsanlæg" (GB (18918-2002) Klasse A-standard;

• Indfluent vandkvalitet (simulerer lavt C/N-forhold, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;

• Mikrobiel aktivitet: Andelen af ​​denitrificerende polyphosphat-akkumulerende bakterier (DNPAO'er) i systemet når 40,5 %, hvilket forbedrer udnyttelsen af ​​kulstofkilden betydeligt, hvilket eliminerer behovet for yderligere ekstern kulstofkildetilsætning.

• Fjernelseseffektivitet: COD-fjernelsesgrad 85,8%, TN-fjernelsesgrad 76,9%, TP-fjernelsesgrad 98%, stabile nitrogen- og fosforfjernelseseffekter uden udsving;

2. Inverteret A²/O-proces (kulstofkilde prioriteret til nitrogenfjernelse)

Kernemodifikation: Justering af rækkefølgen af ​​de tre tanksektioner til anoxisk → anaerob → aerob, kræver intet nyt udstyr, kun justering af vandstrømningsretningen, egnet til lav-omkostning eftermontering af eksisterende anlæg.

• Slamreturforhold: 100 %, hvilket sikrer stabil slamkoncentration i A²/O-sektionen og giver tilstrækkelig biomasse til DNPAO'er og polyphosphat-akkumulerende organismer (PAO'er).

• Internt afkastforhold: Styres til 250 %. Dette forhold giver tilstrækkeligt med nitrater til den anoxiske A²/O-sektion, samtidig med at man undgår for stort energiforbrug på grund af for stort afkast, hvilket giver den bedste omkostningseffektivitet.-

• Mikrobiel kontrol: Ved at optimere driftsparametrene stabiliseres andelen af ​​denitrificerende PAO'er i systemet på 40,5 %, hvilket maksimerer denitrifikation og fosforfjernelse.

• Opløst oxygen (DO) kontrol: A²/O aerob sektion DO=1–2 mg/L (opfylder kravene til fosforoptagelse af PAO'er og undgår overdreven energispild på grund af høj DO); BAF sektion DO=4–5 mg/L (opfylder nitrifikationskravene for nitrificerende bakterier og sikrer fuldstændig ammoniaknitrogenfjernelse).

3. JHB-proces

Kernemodifikation: En anoxisk præ-denitrifikationstank tilføjes langs vejen for det returnerede slam ind i det anaerobe stadium. Det returnerede slam kommer først ind i denne tank, hvor det gennemgår præ-denitrifikation ved hjælp af en del af den indstrømmende COD, hvilket yderligere reducerer nitratindholdet i slammet.

• Kernemodifikation: Den traditionelle A²/O-proces med "slam returneret til det anaerobe trin" justeres til "slam, der returneres til den iltfattige tank", hvilket gør det muligt for det returnerede slam at gennemgå denitrifikation i det iltfattige trin først og forbruge de nitrater, det bærer.

• Modifikationseffekt: Efter denitrifikation i det anoxiske trin er slammet, der kommer ind i det anaerobe trin, næsten nitrat-frit, og fosforfrigivelseseffektiviteten i det anaerobe trin øges med 50 %+, hvilket fundamentalt løser problemet med nitratinterferens med fosforfjernelse. Især MUCT-processen tilføjer to anoxiske tanke for yderligere at adskille slamdenitrifikation fra denitrifikation af blandet væske, hvilket resulterer i mere stabil ydeevne og egnethed til spildevandsrensningsanlæg med alvorlig nitratinterferens.

• Prioriteret kulstofkildeallokering: Råvand kommer først ind i den anoxiske zone, hvor denitrificerende bakterier fortrinsvis opnår kulstofkilder, hvilket væsentligt forbedrer denitrifikationseffektiviteten og løser problemet med utilstrækkelig denitrifikation under lave C/N-forhold.

• Drifts- og vedligeholdelsesfordele: Forenklet proces, intet behov for ekstra udstyr eller drifts- og vedligeholdelsesomkostninger, kort modifikationscyklus og lav implementeringssværhed, hvilket gør det til en af ​​de foretrukne løsninger til opgradering af eksisterende anlæg.

• Mere stabil fjernelse af fosfor: Polyfosfat-akkumulerende bakterier er i en "udsultet tilstand" i den anoxiske zone. Efter at de er kommet ind i den anaerobe zone, absorberer de kulstofkilder og frigiver fosfor mere effektivt, hvilket resulterer i mere grundig aerob fosforoptagelse og mere stabil fosforfjernelse.

Den optimerede artikel har løst ruhedsproblemet med mere detaljerede oplysninger og mere sammenhængende logik. Vil du have, at jeg kompilerer den til en én-sides A²/O-princip + parameter + hurtig referencemanual til fejlfinding, som du kan udskrive og stikke i kontrolrummet eller have med dig?

Yderligere noter: Denne proces adresserer specifikt problemet med for højt nitratindhold i returneret slam, med bedre denitrifikationsydelse end UCT-processen, men kræver en ekstra tank. Den er velegnet til spildevandsrensningsanlæg med høje denitrifikationskrav og plads til modifikation.

1. Kerneprincip

Anaerob fosforfrigivelse → Anoxisk nitrogenfjernelse + Denitrifikation fosforfjernelse → Aerob nitrifikation + Fosforoptagelse, tre trin, der arbejder synergistisk, afhængig af slam og intern recirkulation i et lukket kredsløb;

2. Iboende hindringer

Konkurrence fra kulstofkilder, uoverensstemmelser i slamalderen og nitratinterferens-disse tre kan ikke løses gennem konventionel drift og vedligeholdelse og er vigtige hindringer for at opnå overholdelse;

3. Kerneløsning

Brug af denitrificerende polyphosphat-akkumulerende bakterier (DNPAO'er) til "dobbelt kulstofudnyttelse": Dette afhjælper mangel på kulstofkilder, samtidig med at der opnås nitrogen- og fosforfjernelse.

4. Vigtigt for lave C/N-forhold

Den kombinerede A²/O + BAF proces adskiller nitrifikation og fosforfjernelse, hvilket gør det muligt for hver enkelt at opnå optimal ydeevne og konsekvent nå Grad A-standarder.

5. Prioritet for eftermontering

UCT og inverterede A²/O-processer tilbyder lave omkostninger, nem implementering og kræver ingen større nedrivning eller rekonstruktion, hvilket gør dem velegnede til hurtige opgraderinger af eksisterende anlæg.