Hoe lost deze technologie, van laboratorium tot grootschalige toepassing bij 300.000 m³/d, het probleem op van denitrificatie in afvalwater met een lage koolstof-tot-stikstofverhouding?
Voor degenen die werkzaam zijn in de afvalwaterzuiveringsindustrie is er momenteel een dubbele uitdaging: aan de ene kant worden de lozingsnormen voor stedelijk afvalwater voortdurend aangescherpt, met steeds-hogere eisen voor de verwijdering van totaal stikstof en totaal fosfor, waardoor extreme denitrificatie een noodzaak wordt voor de industrie; aan de andere kant komt de lage koolstof-tot-stikstofverhouding veel voor in stedelijk afvalwater in China. Traditionele processen zijn afhankelijk van externe koolstofbronnen om de denitrificatie-efficiëntie te garanderen, wat niet alleen de bedrijfskosten aanzienlijk verhoogt, maar ook extra druk op de koolstofemissies met zich meebrengt, wat in tegenspraak is met het strategische doel van 'dual{4}}koolstof'.
Bij traditionele AAO-processen worden de meeste organische koolstofbronnen in afvalwater verspild door beluchting en oxidatie in de aerobe fase, waardoor er onvoldoende koolstofbronnen overblijven voor denitrificatie, waardoor het moeilijk wordt om te voldoen aan de transformatiebehoeften van de industrie: "het verbeteren van de kwaliteit en efficiëntie + het verminderen van vervuiling en koolstofemissies." Het snel opkomende anaërobe-Oxische-Anoxische (AOA)-proces, met als kernkracht het bereiken van een diepgaande verwijdering van stikstof en fosfor zonder externe koolstofbronnen, is geleidelijk overgegaan van laboratoriumonderzoek naar grootschalige technische praktijk-, en is een fenomenaal 'donker paard' geworden in de afvalwaterzuiveringsindustrie.
Kerndecodering: slechts een verandering in de reactievolgorde, wat is de magie van AOA?
Veel mensen vragen zich af waarom AOA, vergeleken met het traditionele AAO-proces, alleen de reactievolgorde van 'aeroob' en 'anoxisch' omkeert, waardoor een kwalitatieve doorbraak wordt bereikt. Het antwoord ligt in het unieke 'eerst opslaan en dan gebruiken' interne koolstofbron-aangedreven mechanisme voor de verwijdering van stikstof en fosfor.
Traditionele AAO-processen (anaerobe-anaerobe-aerobe) processen maken gebruik van een anaerobe-anoxische-aerobe stroming. De meeste van de gemakkelijk biologisch afbreekbare organische koolstofbronnen in afvalwater worden zonder onderscheid geoxideerd en afgebroken tijdens beluchting in de aërobe fase. Er is feitelijk heel weinig koolstof beschikbaar voor denitrificatie in de anoxische fase, waardoor de toevoeging van externe koolstofbronnen zoals natriumacetaat wordt gedwongen om het gat op te vullen, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat van 'hoe meer koolstofbronnen schaars zijn, hoe meer ze worden toegevoegd; hoe hoger de kosten, hoe hoger de koolstofemissies.'
Het AAO-proces daarentegen, met zijn drie--fasen anaërobe-aërobe-anoxische indeling, herstructureert het benuttingstraject van koolstofbronnen volledig, waardoor elke koolstofbron effectief wordt gebruikt:
1. Anaerobe fase: op bron-gebaseerde koolstofvergrendeling
Het gemakkelijk biologisch afbreekbare CZV in het influent wordt bij voorkeur omgezet in interne koolstofbronnen zoals PHA en opgeslagen in de micro-organismen. Hierdoor wordt in wezen vooraf "denitrificatiemunitie" voor de micro-organismen voorbereid, waardoor koolstofafval uit de bron wordt voorkomen.
2. Aërobe fase: precisienitrificatie
Deze fase voltooit het gehele nitrificatieproces voor ammoniakstikstof. Tegelijkertijd voorkomt het, door de beluchtingstijd en de concentratie opgeloste zuurstof nauwkeurig te controleren, overmatige oxidatie van de interne koolstofbron die in de micro-organismen is opgeslagen, waardoor er voldoende reserves zijn voor daaropvolgende denitrificatie.
3. Post-Anoxische fase: endogene denitrificatie
De micro-organismen gebruiken hun vooraf-opgeslagen interne koolstofbron om de denitrificatie van nitraatstikstof te voltooien. Het hele proces is niet afhankelijk van externe koolstofbronnen, waardoor het pijnpunt in de industrie van onvoldoende koolstofbronnen in afvalwater met een lage-koolstof--stikstofverhouding fundamenteel wordt opgelost.
Harde verificatie: Van 100.000 tot 300.000 m³/d zijn deze projecten geïmplementeerd en laten resultaten zien.
De effectiviteit van technologie wordt bewezen door de ingenieurspraktijk. Momenteel wordt het AOA-proces op grote schaal toegepast in afvalwaterzuiveringsinstallaties in meerdere steden in China, waarbij verschillende scenario's worden bestreken, zoals nieuwe projecten, upgrades, gevolgen van het regenseizoen en werking bij lage- temperaturen, wat zeer overtuigende operationele resultaten oplevert.
Resultaten van productietests tonen aan dat zelfs onder extreme omstandigheden met een waterbelasting van meer dan 202% de kwaliteit van het effluent van het AOA-proces niet significant verslechterde: de verwijderingssnelheden van ammoniakstikstof, totaal stikstof en totaal fosfor ondervonden slechts kleine, controleerbare fluctuaties, en de effluentconcentraties bleven consistent binnen de normen. Door simpelweg de primaire slibretourverhouding, de lucht{2}}tot- waterverhouding en de slibconcentratie aan te passen, kan het systeem snel terugkeren naar een stabiele werking en zich perfect aanpassen aan de complexe omstandigheden van aanzienlijke schommelingen in het watervolume tijdens het regenseizoen.
Volledig-Scenario-aanpassingsvermogen: compatibel met retrofits, geschikt voor gebruik bij lage- temperaturen
Naast nieuwe projecten vertoont het AOA-proces ook een sterke compatibiliteit bij het upgraden van bestaande afvalwaterzuiveringsinstallaties. Na het voltooien van een ORBAL-oxidatiesloot van 1500 m³/d-AOA-procesretrofit bij een afvalwaterzuiveringsinstallatie in Chongqing, steeg de totale stikstofverwijderingssnelheid van 71,52% van het oorspronkelijke AAO-proces naar 83,01% zonder de noodzaak van een externe koolstofbron, en waren de verwijderingseffecten van CZV, ammoniakstikstof en totaal fosfor verreweg superieur aan die van traditionele processen.
Om het pijnpunt van de sector van verminderde denitrificatie-activiteit als gevolg van lage wintertemperaturen in noordelijke/plateaugebieden aan te pakken, behaalde een AOA-procesafvalwaterzuiveringsinstallatie van 40.000 m³/d in Guiyang, die 430 dagen in bedrijf was bij watertemperaturen zo laag als 11 graden, nog steeds een bijdrage van 40% aan stikstofverwijdering in de post-anoxische zone, waarbij de totale hoeveelheid stikstof in het effluent stabiel bleef op 4,13 mg/l. Vergeleken met AAO-proceswaterzuiveringsinstallaties met dezelfde influentbron, werd de totale hoeveelheid stikstof in het effluent met 54,62% verminderd, het energieverbruik van biologische tanks met 24%, het chemicaliënverbruik met 39% en de slibproductie met 7%.
Voorbij het voldoen aan de normen: toekomstig upgradepotentieel van het AOA-proces
Momenteel vormt het AOA-proces een relatief compleet technisch systeem, maar het potentieel ervan reikt veel verder. Om tegemoet te komen aan de ontwikkelingsbehoeften van de afvalwaterzuiveringsindustrie voor een lager energieverbruik en een lagere CO2-uitstoot, is de industrie begonnen met het verkennen van de integratie van het AOA-proces met nieuwe stikstofverwijderingstechnologieën om het technologische upgradepotentieel verder te onderzoeken.
Meerdere onderzoeken hebben aangetoond dat het gekoppelde systeem van AOA-technologie (automatische beluchting), met korte-nitrificatie- en anaërobe ammoniumoxidatie (ANAO)-technologieën een uitzonderlijke efficiëntie van stikstofverwijdering vertoont bij de behandeling van stedelijk afvalwater met lage CZV/TN-verhoudingen: een kort-ANAO-geïntegreerd nitrificatie-ANAO-geïntegreerd systeem op basis van het AOA-proces bereikt, na stabiele werking, een totale stikstofconcentratie in het effluent van slechts 2,3 mg/l, met een totaal stikstofverwijderingspercentage wel 95,8%; een aangepast AOA-systeem met continue stroom, onder omstandigheden waarin de influent CZV/TN-verhouding zo laag is als 3,2, bereikt geavanceerde behandelingseffecten met effluent TN (4,6±1,5) mg/l en totaal fosfor (0,2±0,2) mg/l, waarbij ANAO-gekoppelde stikstofverwijdering verantwoordelijk is voor meer dan 86%.
Deze verkenningen bieden onbeperkte mogelijkheden voor de toekomstige realisatie van een bijna-koolstofneutrale bron en bijna-waterzuivering met een bijna-energieneutraal gebruik van afvalwater met behulp van het AOA-proces, en bieden ook fundamentele technologische ondersteuning voor de-koolstofarme transformatie van de afvalwaterzuiveringsindustrie in mijn land.
Conclusie
Van het oplossen van het knelpuntprobleem van de verwijdering van stikstof uit afvalwater met een lage koolstof-tot- stikstofverhouding tot het aanpassen aan de transformatiebehoeften van de industrie van "synergetische efficiëntieverbetering door vermindering van vervuiling en koolstofreductie", heeft het AOA-proces zijn kernwaarde op het gebied van afvalwaterzuivering aangetoond door middel van tastbare technische resultaten. Met voortdurende technologische iteratie en grootschalige promotie op- schaal wordt het AOA-proces de voorkeursoplossing voor de bouw en modernisering van stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties in mijn land, waardoor de industrie gestaag overgaat van 'het voldoen aan de emissienormen' naar een hoogwaardige ontwikkelingsfase van 'groen,- koolstofarm en verbeterde efficiëntie.'