Een uitgebreide analyse van veelgebruikte processen in stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties

Het kerndoel van de behandeling van stedelijk afvalwater is het verwijderen van verontreinigende stoffen zoals CZV, BZV₅, TN en TP uit afvalwater om te voldoen aan de lozingsnormen (mainstream naleving van de klasse A-norm van de "Losingsnorm voor verontreinigende stoffen voor stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties" GB 18918-2002). De huidige reguliere processen zijn gericht op biologische behandeling, gecombineerd met voorbehandeling en geavanceerde behandelingseenheden, en vormen een compleet proces van "voorbehandeling - kernbehandeling - geavanceerde behandeling - slibverwijdering." Het volgende biedt een gedetailleerde inleiding tot de zes meest gebruikte processen, waarbij hun principes, belangrijkste parameters, voor- en nadelen en toepasselijke scenario's worden behandeld, terwijl ook technische details en technische haalbaarheid in aanmerking worden genomen.

1. Procesprincipe

Door actief slib als kern te gebruiken, adsorberen en breken micro-organismen onder aerobe omstandigheden organische verontreinigende stoffen in afvalwater af, waardoor afvalwaterzuivering wordt bereikt door middel van slib-waterscheiding. Kernproces: Stavenzeef → Gritkamer → Primaire bezinktank → Beluchtingstank → Secundaire bezinktank → Desinfectie en afvoer; Het resterende slib wordt geconcentreerd, ontwaterd en vervolgens afgevoerd.

2. Belangrijke ontwerpparameters
* Hydraulische retentietijd (HRT): 8-12 uur, met HRT groter dan of gelijk aan 6 uur in de beluchtingstank;
* Slibretentietijd (SRT): 3-5d (alleen van toepassing op verwijdering van organisch materiaal, zonder functies voor stikstof- en fosforverwijdering);
* Organische belasting (F/M): 0,2-0,4 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO-concentratie in de beluchtingstank: 2-3 mg/l, met behulp van geforceerde beluchting of mechanische beluchting.

3. Voordelen en nadelen
* Voordelen: volwassen technologie, stabiele werking, hoog rendement bij de behandeling van organisch materiaal (BOD₅-verwijderingspercentage 85%-90%) en relatief lage investeringskosten;
* Nadelen: Geen functies voor het verwijderen van stikstof en fosfor, waardoor het moeilijk is om aan de huidige Klasse A-normen te voldoen; grote slibproductie, gevoelig voor filamenteuze ophoping; grote footprint en relatief hoog energieverbruik.

4. Toepasbare scenario's
* Geschikt voor vroeg-gebouwde afvalwaterzuiveringsinstallaties met lage lozingsnormen, of als voorbehandelingsunit voor industrieel afvalwater; momenteel wordt het zelden alleen gebruikt in nieuwe projecten, maar meestal als basismodule voor procesverbetering.

1. Procesprincipe
Het A²O-proces (Anaërobe-Anoxische-Aërobe) proces bereikt gelijktijdige stikstof- en fosforverwijdering door de synergetische werking van drie zones: fosfor-accumulerende bacteriën geven fosfor vrij in de anaërobe zone, denitrificerende bacteriën verwijderen stikstof in de anoxische zone, en nitrificerende bacteriën nitrificeren en fosfor-accumulerende bacteriën absorberen fosfor in de aërobe zone zone. De aangepaste versie (met de toevoeging van een pre-anoxische tank) lost het probleem van de koolstofbronconcurrentie op tussen denitrificatie en fosforverwijdering, waardoor het stikstof- en fosforverwijderingseffect wordt versterkt. Kernproces: Voorbehandeling → Anaërobe tank → Pre-anoxische tank → Anoxische tank → Aërobe tank → Secundaire sedimentatietank → Geavanceerde behandeling → Lozing.

2. Belangrijke ontwerpparameters

Totale HST: 10-12 uur, anaerobe:anoxische:aerobe HST-ratio=1:3:5;
Slibretentietijd (SRT): 10-12 dagen bij omgevingstemperatuur, 15 dagen bij lage temperatuur (om de vereisten voor nitrificatie en fosforverwijdering in evenwicht te brengen);
Recirculatieverhouding: Recirculatieverhouding van gemengde vloeistoffen 200% -300% (variabele frequentie instelbaar), slibrecirculatieverhouding 50% -80%;
DO-controle: Anaërobe zone kleiner dan of gelijk aan 0,2 mg/l, anoxische zone kleiner dan of gelijk aan 0,5 mg/l, aërobe zone 2-3 mg/l.

3. Voordelen en nadelen

Voordelen: Uitstekende stikstof- en fosforverwijderingsefficiëntie (TN-verwijderingspercentage 70%-80%, TP-verwijderingspercentage 80%-90%), en voldoet consistent aan de Klasse A-normen; volwassen technologie, gematigde bedrijfskosten, geschikt voor gemeentelijk afvalwater met grote schommelingen in de waterkwaliteit;
Nadelen: Er bestaan ​​inconsistenties in parameters tussen de verwijdering van stikstof en fosfor (SRT, conflicterende vereisten voor recirculatieverhoudingen); Afvalwater met een lage-koolstofbron vereist toevoeging van externe koolstofbronnen; iets grotere voetafdruk.

4. Toepasbare scenario's

Momenteel het voorkeursproces voor nieuwbouw, uitbreiding en modernisering van stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties, vooral geschikt voor gemeentelijke afvalwaterprojecten die gelijktijdige controle van stikstof- en fosforemissies vereisen. Het kan ook worden aangepast aan complex afvalwater dat kleine hoeveelheden industrieel afvalwater bevat (aanpassing van de biologische afbreekbaarheidscoëfficiënt is vereist).

1. Procesprincipe

Dit proces combineert membraanscheidingstechnologie met biologische behandeling, waarbij de secundaire sedimentatietank wordt vervangen door membraanmodules om een ​​efficiënte slib-waterscheiding te bereiken. Kernstroom: Voorbehandeling → Biologische tank (configuraties A²O, SBR, etc. kunnen worden gebruikt) → Membraantank → Desinfectie en afvoer. De membraanmodules kunnen micro-organismen vasthouden, waardoor een hoge MLSS-concentratie in de biologische tank wordt gehandhaafd en de nitrificatie en verwijdering van organisch materiaal worden verbeterd.

2. Belangrijke ontwerpparameters

MLSS-concentratie: 6000-8000 mg/L (aanzienlijk hoger dan traditionele processen);
Slibretentietijd (SRT): 20-30 dagen (verbeterde nitrificatie, geschikt voor afvalwater met lage temperatuur en lage C/N);
Membraanstroom: 10-20 l/(m²·u), waarvoor regelmatige fysisch/chemische reiniging vereist is;
Energieverbruik: 0,6-1,0 kWh/m³ (inclusief energieverbruik voor beluchting en membraanaanzuiging).

3. Voordelen en nadelen

Voordelen: Uitstekende effluentkwaliteit (TN kleiner dan of gelijk aan 8 mg/l, TP kleiner dan of gelijk aan 0,3 mg/l), voldoend aan de eisen voor het upgraden naar bijna-Klasse IV waterkwaliteit; de voetafdruk is slechts 1/3-1/2 van die van traditionele processen; geen risico op slibverlies, hoge operationele stabiliteit;
Nadelen: Hoge membraanmodulekosten (goed voor 30%-40% van de totale investering); complex onderhoud (gevoelig voor verstopping), hoge bedrijfskosten; hoger energieverbruik dan traditionele biologische processen.

4. Toepasbare scenario's

Geschikt voor stedelijke kerngebieden met beperkte landvoorraden, moderniseringsprojecten met strenge effluentnormen of speciale waterkwaliteitsscenario's zoals lage temperaturen en lage C/N-verhouding; ook van toepassing op gedecentraliseerde afvalwaterzuivering (bijv. woongemeenschappen, industrieparken).

1. Procesprincipe

Met behulp van een ring-vormige slootreactor circuleert afvalwater in de sloot door roterende borstels of schijven voor beluchting, waardoor afwisselend aërobe en anoxische zones worden gecreëerd om afbraak en denitrificatie van organisch materiaal te bewerkstelligen. Veel voorkomende configuraties zijn onder meer Carrousel-oxidatiesloten, Orbal-oxidatiesloten en geïntegreerde oxidatiesloten (inclusief secundaire sedimentatietanks).

2. Belangrijke ontwerpparameters

Totale HRT: 15-25 uur (lange hydraulische retentietijd, sterke weerstand tegen schokbelastingen);
Slibretentietijd (SRT): 10-20d (geschikt voor vereisten voor stikstofverwijdering);
Organische belasting (F/M): 0,05-0,15 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
Opgeloste zuurstof: geleidelijke verdeling binnen de sloot (2-3 mg/l in de aerobe zone, 0,5-1 mg/l in de anoxische zone).

3. Voordelen en nadelen

Voordelen: Extreem sterke bestendigheid tegen schokbelastingen, geschikt voor afvalwater met grote schommelingen in waterkwaliteit en -kwantiteit; eenvoudige bediening en beheer, lage onderhoudskosten; goed stikstofverwijderingseffect (TN-verwijderingspercentage 70% -75%);
Nadelen: Zwak fosforverwijderend effect (vereist aanvullende chemische fosforverwijdering); grote voetafdruk, hoog energieverbruik; onvoldoende operationele flexibiliteit.

4. Toepasbare scenario's
Geschikt voor afvalwaterzuiveringsinstallaties in kleine en middelgrote- steden (volume 50.000-500.000 m³/d), complex afvalwater met grote schommelingen in de waterkwaliteit (inclusief een kleine hoeveelheid industrieel afvalwater), of projecten met beperkte exploitatie- en beheermogelijkheden.

1. Procesprincipe

Met behulp van een intermitterende reactor worden vijf fasen binnen dezelfde tank voltooid: influent, beluchting (aëroob), sedimentatie, lozing van effluent en inactieve periode. Afbraak van organische stof en verwijdering van stikstof en fosfor worden bereikt door tijdsbesteding. Gemodificeerde versies (CAST-, CASS-processen) voegen een selectiezone en een voor-reactiezone toe om de slibbezinkingsprestaties en de efficiëntie van de fosforverwijdering te verbeteren.

2. Belangrijke ontwerpparameters:
Eén bedrijfscyclus: 4-6 uur (inclusief 2-3 uur beluchting en 1-1,5 uur bezinking);
Slibretentietijd (SRT): 10-15 dagen;
MLSS-concentratie: 3000-5000 mg/l;
Drainageverhouding: 1/3-1/2 (elke drainage mag niet groter zijn dan 1/2 van het tankvolume).

3. Voordelen en nadelen

Voordelen: Kleine footprint (geen aparte secundaire bezinktank nodig); flexibele werking, met instelbare cyclusparameters op basis van de waterkwaliteit; geschikt voor kleine tot middelgrote watervolumes, waardoor gelijktijdige stikstof- en fosforverwijdering mogelijk is.
Nadelen: Hoge eisen aan geautomatiseerde controle (vereist nauwkeurige controle van de timing van elke fase); onvoldoende stabiliteit van de effluentkwaliteit, gemakkelijk beïnvloed door bedrijfsparameters; snelle slijtage van apparatuur (frequent starten-stoppen van kleppen en pompen).

4. Toepasbare scenario's
Geschikt voor kleine en middelgrote-stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties (watervolume kleiner dan of gelijk aan 100.000 m³/d), gedecentraliseerde afvalwaterzuiveringsprojecten (zoals gemeenschappen en industrieparken), of scenario's met aanzienlijke schommelingen in de waterkwaliteit die een flexibele aanpassing van de bedrijfsmodi vereisen.

1. Procesprincipe
Integreert alle biologische zuiveringsstappen (CZV-afbraak, stikstofverwijdering, fosforverwijdering, slibstabilisatie) in één biologische tank. Door een gezoneerd ontwerp en een hoog{1}}efficiënt beluchtingssysteem worden gelijktijdige stikstof- en fosforverwijdering en slibreductie bereikt. Het belangrijkste hoogtepunt is het BioDopp-beluchtingssysteem (beluchting van fijn schuim met een groot- oppervlak), dat een hoge zuurstofoverdrachtsefficiëntie heeft en gemakkelijk te onderhouden is.

2. Belangrijke ontwerpparameters
Energieverbruik: 0,075 kWh/m³ (aanzienlijk lager dan traditionele processen, wat aanzienlijke energie-besparende voordelen aantoont);
MLSS-concentratie: 8 g/l (hoge slibconcentratie, verbetering van de behandelingsefficiëntie);
Efficiëntie van zuurstofoverdracht: 5 kgO₂/kWh, zuurstofverbruik 0,2-0,3 mg/l;
Totale HRT: 8-12 uur, geschikt voor routinematige gemeentelijke afvalwaterzuiveringsbehoeften.

3. Voordelen en nadelen
Voordelen: Uitstekend energiebesparend-effect (energieverbruik bedraagt ​​slechts 1/5-1/8 van traditionele processen); hoge integratie, kleine voetafdruk; lage slibproductie, waardoor de noodzaak voor complexe slibafvoer overbodig wordt; eenvoudig onderhoud van het beluchtingssysteem (online te reinigen, zonder stilstand); Nadelen: Hoge technische drempel, kernapparatuur is afhankelijk van import; geschikt voor specifieke waterkwaliteiten, moet het aanpassingsvermogen aan zoutrijk en recalcitrant afvalwater verder worden geverifieerd.

4. Toepasbare scenario's
Geschikt voor nieuw gebouwde gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties (strevend naar energiebesparing en verbruiksreductie) en afvalwaterzuiveringsprojecten op industrieparken. Het is met succes toegepast in Duitsland, Tsjechië en de provincies Shanghai en Hebei in mijn land.

De selectie van processen voor stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties vereist een uitgebreide overweging van vijf sleutelfactoren: kenmerken van de waterkwaliteit, lozingsnormen, watervolume, landvoorraden en bedrijfskosten. De kernlogica is als volgt:

• Waterkwaliteit en lozingsnormen: Voor gelijktijdige verwijdering van stikstof en fosfor om te voldoen aan de Klasse A-normen, wordt de voorkeur gegeven aan aangepaste A²O- en MBR-processen; voor het upgraden naar een waterkwaliteit van bijna klasse IV wordt de voorkeur gegeven aan MBR-processen; voor waterkwaliteit met grote fluctuaties wordt de voorkeur gegeven aan oxidatiesloot en gemodificeerde SBR-processen.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) prioriteit geven aan aangepaste A²O- en oxidatieslootprocessen; kleine en middelgrote-waterzuiveringsinstallaties (10.000-500.000 m³/d) kunnen kiezen voor A²O-, gemodificeerde SBR- of BioDopp-processen; gedecentraliseerde projecten (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Land en kosten: In stedelijke kerngebieden waar land schaars is, wordt de voorkeur gegeven aan MBR-, SBR- en BioDopp-processen; bij beperkte budgetten wordt de voorkeur gegeven aan aangepaste A²O- en oxidatieslootprocessen; voor energiebesparing op de lange- termijn kunnen BioDopp-processen worden overwogen.
• Exploitatie en beheer: Voor installaties met beperkte operationele en beheermogelijkheden wordt de voorkeur gegeven aan oxidatiesloot en aangepaste A²O-processen (eenvoudig te bedienen); voor mensen met een hoger automatiseringsniveau zijn aangepaste MBR- en SBR-processen geschikt.

Samenvattend blijft het gemodificeerde A²O-proces, met zijn voordelen van stabiele stikstof- en fosforverwijdering, gematigde kosten en brede aanpassingsmogelijkheden, de reguliere keuze voor stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties; het MBR-proces is geschikt voor upgrades en compacte lay-outvereisten; en nieuwere processen zoals BioDopp bieden nieuwe richtingen voor energiebesparing en emissiereductie, en hun toepassingsscenario's zullen in de toekomst geleidelijk uitbreiden.