Jämförande analys av kväve- och fosforavskiljningseffektivitet mellan Bardenpho- och AAO-processer
1 Projektöversikt och processflöde
1.1 Projektöversikt
Xi'an No.5 Reclaimed Water Plant (tidigare "No.5 Wastewater Treatment Plant", nedan kallad "WuWu") har en total designkapacitet på 400 000 m³/d, som täcker en yta på 387,57 mu (ungefär 258 380 m²). Den betjänar en total yta på cirka 5 330 hektar och en befolkning på cirka 900 000. Anläggningen kan behandla hushållsavlopp och industriavloppsvatten med antingen den konventionella AAO-processen eller Bardenpho-processen i fem-steg. De huvudsakliga reningsstrukturerna för avloppsvatten inkluderar grovsilar, hisspumpstationer, finsilar, luftade gruskammare, primära sedimenteringstankar, biologiska reaktionstankar, sekundära sedimentationstankar, högeffektiva sedimenteringstankar, V-typfilter och kontaktdesinfektionstankar i Ba-floden som släpps ut i slutavloppet. Avloppsvattnets kvalitet överensstämmer med klass A-standarden som anges i tabell 1 i "Shaanxi Province Yellow River Basin Comprehensive Wastewater Discharge Standard" (DB61/224-2018). (Obs: TN-gränsen följer kravet på 12 mg/L som anges i "Xi'ans kommunala reningsverk för reningsverk för reningsverk för uppgradering, täckning och luktborttagningsprojekt för treåriga projekt (2018-2020)" (kommunalkontorsdokument [2018] nr. 100)). Utformningen av influens- och avloppsvattenkvaliteten visas iTabell 1.
1.2 Processflöde
Flödesscheman som jämför Bardenpho-processen med den traditionella AAO-processen visas iFigurerna 1 och 2.
2 Designparametrar
2.1 Design Inflytande och avloppsvattenkvalitet
2.2 Driftparametrar
De biologiska tankarna som deltar i jämförelsen delar identiska dimensioner. Varje biologisk tank är uppdelad i 3 kanaler, med en enda kanaldimension på L × B × H=86 m × 15 m × 9 m. Den genomsnittliga MLSS-koncentrationen i de biologiska tankarna varierar mellan 6 500 ~ 7 000 mg/L. De hydrauliska retentionstiderna (HRT) för den konventionella AAO-processen är: Anaerob zon 1.983 timmar, anoxisk zon 5.534 timmar, aerob zon 9.029 timmar, totalt 16.546 timmar. HRT för Bardenpho-processen är: Anaerob zon 1.983 h, första anoxiska zonen 4.643 h, första aerobiska zonen 7.163 h, andra anoxiska zonen 1.973 h, andra aerobiska zonen 0.822 h, totalt 16.584 timmar.
3 Projektets bakgrund, forskningsmål och metodik
3.1 Projektets bakgrund och forskningsmål
De huvudsakliga biologiska reningsprocesserna vid WuWu är den konventionella AAO-processen och Bardenpho-processen. Den konventionella AAO-processen är en vanlig biologisk reningsmetod i avloppsreningsverk. Med den kontinuerliga förbättringen av Kinas utsläppsstandarder för avloppsvatten, har Bardenpho-processen, som härrör från den konventionella AAO-processen och känd för sin högre effektivitet för kväveavskiljning, blivit allmänt antagen av reningsverk för hushållsavlopp. För att underlätta ett bättre val av processer genomförde WuWu en omfattande jämförelse av de konventionella AAO- och Bardenpho-processerna ur kväve- och fosforavskiljningens perspektiv. Detta ger underlag för uppgradering av andra kommunala reningsverk för hushållsreningsverk och utformning av nya projekt.
3.2 Forskningsmetodik
Varje biologisk tank vid WuWu har en daglig behandlingskapacitet på 50 000 m³/d. För detta jämförande experiment valdes de biologiska tankarna i serie A1 och B1 ut. A1-serien använder Bardenpho-processen, med dess biologiska system sekventiellt uppdelat i: Anaerobic Zone, First Anoxic Zone, First Aerobic Zone, Second Anoxic Zone och Second Aerobic Zone. B1-serien använder den konventionella AAO-processen, med dess biologiska system sekventiellt uppdelat i: Anaerobic Zone, Anoxic Zone och Aerobic Zone. Under experimentet opererade båda serierna under identiska förhållanden, med provtagningspunkter fördelade längs processflödet efter behov.
Metoder för mätning av föroreningar: TP mättes med ammoniummolybdatspektrofotometrisk metod; TN med användning av den alkaliska kaliumpersulfatdigestionen UV-spektrofotometriska metoden; NH₃-N med hjälp av Nessler's Reagent Spectrophotometric Method; COD med användning av den spektrofotometriska kaliumdikromatmetoden.
4 Operativa utmaningar och aktuell status
Den konventionella AAO-processen är också en variant av AO-aktiverat slamprocess. Dess TN-borttagning beror helt på recirkulation. Högre standarder för avloppsvatten och högre nödvändiga avloppshastigheter kräver större återcirkulationsflöden, åtföljt av ökad energi- och kemikalieförbrukning. För klass A-standarder är den konventionella AAO-processen fortfarande acceptabel. Men för strängare TN-standarder är konventionella processer uppenbarligen inte längre lämpliga.
Bardenpho-processen är en typisk fem-stegsprocess. Genom att lägga till en efter-denitrifikationszon efter den konventionella AAO-processen bryter den begränsningen av att TN-avlägsnande är beroende av recirkulationsförhållandet, vilket förbättrar kväveavskiljningen. Eftersom avloppsreningsverk möter allt strängare TN-utsläppsstandarder, visar Bardenpho-processen betydande fördelar.
5 Forskningsresultat och diskussion
5,1 NH₃-N-borttagning
NH₃-N-nivåer vid inflödet av de anaeroba zonerna och utflödet från de biologiska tankarna för A1 och B1 övervakades upprepade gånger under 15 dagar. Resultaten visas iFigur 3. Det genomsnittliga NH₃-N-avtaget för Bardenpho-processen var 12,7 mg/L, medan det för den konventionella AAO-processen var 11,68 mg/L. Resultaten indikerar att under samma säsongsbetonade förhållanden, tidsperiod, enhetlig influensfördelning och med tillsats av kolkällor i den pre-anoxiska zonen, uppnådde Bardenpho-processen ett bättre avlägsnande av NH₃-N än den konventionella AAO-processen.
5.2 TN-borttagning
TN-nivåer vid inflödet av de anaeroba zonerna och utflödet från de biologiska tankarna för A1 och B1 övervakades upprepade gånger under 10 dagar. Resultaten visas iFigur 4. Den genomsnittliga TN-borttagningen för Bardenpho-processen var 6,23 mg/L, medan den för den konventionella AAO-processen var 2,65 mg/L. Resultaten indikerar att under samma förhållanden uppnådde Bardenpho-processen bättre total TN-borttagning än den konventionella AAO-processen.
5.3 TP-borttagning
TP-nivåer vid inflödet av de anaeroba zonerna och utflödet från de biologiska tankarna för A1 och B1 övervakades upprepade gånger under 22 dagar. Resultaten visas iFigur 5. Det genomsnittliga TP-avlägsnandet för Bardenpho-processen var 0,561 mg/L, medan det för den konventionella AAO-processen var 0,449 mg/L. Resultaten indikerar att under samma förhållanden uppnådde Bardenpho-processen bättre totalt TP-avlägsnande än den konventionella AAO-processen.
5.4 Torskborttagning
COD-nivåer vid inflödet av de anaeroba zonerna och utflödet från de biologiska tankarna för A1 och B1 övervakades upprepade gånger under 9 dagar. Resultaten visas iBild 6. Den genomsnittliga COD-förbrukningen för Bardenpho-processen var 13 mg/L, medan den för den konventionella AAO-processen var 19 mg/L. Resultaten indikerar att under samma förhållanden hade den konventionella AAO-processen ett högre COD-behov än Bardenpho-processen.
6 Slutsats och framtidsutsikter
6.1 Slutsats
Under samma säsongsbetonade driftsförhållanden visade Bardenpho-processen en övergripande trend med överlägsen reningseffektivitet för TN, TP och NH₃-N i avloppsvatten jämfört med den konventionella AAO-processen.
För närvarande är den årliga användningen av fosforborttagningsmedel för behandling av avloppsvatten med den konventionella AAO-processen vid WuWu cirka 2 961 ton; för Bardenpho-processen är det cirka 2 000 ton. Detta innebär en årlig kostnadsbesparing på cirka 450 000 RMB, vilket visar på betydande ekonomiska fördelar.
Driften av Bardenpho-processen kommer i hög grad att uppfylla kraven i Kinas ständigt skärpta standarder för utsläpp av avloppsvatten och minska föroreningarna i vattensystemet nedströms Ba River. Detta kommer att leda till betydande förbättringar av vattenkvaliteten, både perceptuellt och i form av minskade föroreningsnivåer, vilket gradvis återställer miljöfunktionerna. Det är särskilt viktigt för att skydda den ekologiska miljön i nedströms vattenförekomster. I grunden kontrollerar rening av avloppsvatten föroreningen av stadsavloppsvatten till grundvattenkällor. Därför spelar den en skyddande roll för stadsvattenförsörjningskällor och nedströms vattenkällor, och återställer gradvis förorenade ekologiska miljöer. Detta kommer att avsevärt förbättra livsmiljön för stadsbor och produktionsmiljön för industri och handel, stärka stadens yttre image och bidra till en sund och hållbar utveckling av ekonomin och samhället.