Sammenlignende analyse av nitrogen- og fosforfjerningseffektivitet mellom Bardenpho- og AAO-prosesser
1 Prosjektoversikt og prosessflyt
1.1 Prosjektoversikt
Xi'an No.5 Reclaimed Water Plant (tidligere "No.5 Wastewater Treatment Plant," heretter referert til som "WuWu") har en total designkapasitet på 400 000 m³/d, som dekker et område på 387,57 mu (omtrent 258 380 m²). Det betjener et samlet areal på rundt 5.330 hektar og en befolkning på omtrent 900.000. Anlegget kan behandle husholdningskloakk og industrielt avløpsvann ved å bruke enten den konvensjonelle AAO-prosessen eller fem-Bardenpho-prosessen. De viktigste avløpsvannbehandlingsstrukturene inkluderer grovsiler, løftepumpestasjoner, finsikter, luftede gritkamre, primære sedimentasjonstanker, biologiske reaksjonstanker, sekundære sedimentasjonstanker, høyeffektive sedimentasjonstanker, V-filtre og kontaktdesinfeksjonstanker i elven som slippes ut i Ba-avløpet. Avløpskvaliteten er i samsvar med klasse A-standarden spesifisert i tabell 1 i "Shaanxi Province Yellow River Basin Comprehensive Wastewater Discharge Standard" (DB61/224-2018). (Merk: TN-grensen følger kravet på 12 mg/L fastsatt i "Xi'an Municipal Urban Wastewater Treatment Plant Reclamation Upgrade, Covering, and Deodorization Project Three-Year Action Plan (2018-2020)" (kommunalkontordokument [2018] nr.. 100)). Utformingen av innflytende og avløpsvannkvalitet er vist iTabell 1.
1.2 Prosessflyt
Flytskjemaer som sammenligner Bardenpho-prosessen med den tradisjonelle AAO-prosessen er vist iFigur 1 og 2.
2 designparametre
2.1 Design Innflytende og avløpsvannkvalitet
2.2 Driftsparametre
De biologiske tankene som deltar i sammenligningen deler identiske dimensjoner. Hver biologisk tank er delt inn i 3 kanaler, med en enkelt kanaldimensjon på L × B × H=86 m × 15 m × 9 m. Den gjennomsnittlige MLSS-konsentrasjonen i de biologiske tankene varierer mellom 6500~7000 mg/L. De hydrauliske retensjonstidene (HRT) for den konvensjonelle AAO-prosessen er: Anaerob sone 1.983 timer, anoksisk sone 5.534 timer, aerob sone 9.029 timer, totalt 16.546 timer. HRTene for Bardenpho-prosessen er: Anaerob sone 1.983 t, første anoksisk sone 4.643 timer, første aerobisk sone 7.163 timer, andre anoksisk sone 1.973 timer, andre aerob sone 0.822 timer, totalt 16.584 timer.
3 Prosjektbakgrunn, forskningsmål og metodikk
3.1 Prosjektbakgrunn og forskningsmål
De viktigste biologiske behandlingsprosessene ved WuWu er den konvensjonelle AAO-prosessen og Bardenpho-prosessen. Den konvensjonelle AAO-prosessen er en vanlig biologisk rensemetode i avløpsrenseanlegg. Med den kontinuerlige forbedringen av Kinas utslippsstandarder for avløpsvann, har Bardenpho-prosessen, avledet fra den konvensjonelle AAO-prosessen og kjent for sin høyere nitrogenfjerningseffektivitet, blitt bredt tatt i bruk av renseanlegg for avløpsvann. For å legge til rette for bedre prosessvalg, gjennomførte WuWu en omfattende sammenligning av de konvensjonelle AAO- og Bardenpho-prosessene med tanke på nitrogen- og fosforfjerning. Dette gir grunnlag for oppgradering av andre kommunale husrenseanlegg og utforming av nye prosjekter.
3.2 Forskningsmetodikk
Hver biologisk tank ved WuWu har en daglig behandlingskapasitet på 50 000 m³/d. For dette komparative eksperimentet ble de biologiske tankene i A1- og B1-serien valgt. A1-serien bruker Bardenpho-prosessen, med dets biologiske system sekvensielt delt inn i: Anaerobic Zone, First Anoxic Zone, First Aerobic Zone, Second Anoxic Zone og Second Aerobic Zone. B1-serien bruker den konvensjonelle AAO-prosessen, med dets biologiske system sekvensielt delt inn i: Anaerobic Zone, Anoxic Zone og Aerobic Zone. Under eksperimentet opererte begge seriene under identiske forhold, med prøvetakingspunkter fordelt langs prosessflyten etter behov.
Metoder for måling av forurensning: TP ble målt ved bruk av Ammonium Molybdate Spectrophotometric Method; TN ved bruk av alkalisk kaliumpersulfat-fordøyelse UV-spektrofotometrisk metode; NH₃-N ved bruk av Nessler's Reagent Spectrophotometric Method; COD ved bruk av kaliumdikromatspektrofotometrisk metode.
4 Operasjonelle utfordringer og nåværende status
Den konvensjonelle AAO-prosessen er også en variant av AO-aktivert slamprosessen. Fjerningen av TN avhenger helt av resirkulering. Høyere avløpsstandarder og større nødvendige fjerningshastigheter nødvendiggjør større resirkulasjonsstrømmer, ledsaget av økt energi- og kjemikalieforbruk. For klasse A-standarder er den konvensjonelle AAO-prosessen fortsatt akseptabel. Men for strengere TN-standarder er konvensjonelle prosesser tydeligvis ikke lenger egnet.
Bardenpho-prosessen er en typisk fem-trinnsprosess. Ved å legge til en etter--denitrifikasjonssone etter den konvensjonelle AAO-prosessen, bryter den begrensningen for at TN-fjerning er avhengig av resirkulasjonsforholdet, og forbedrer dermed nitrogenfjerning. Ettersom avløpsrenseanlegg møter stadig strengere TN-utslippsstandarder, viser Bardenpho-prosessen betydelige fordeler.
5 Forskningsresultater og diskusjon
5,1 NH₃-N fjerning
NH₃-N-nivåer ved innløpet av de anaerobe sonene og avløpet fra de biologiske tankene for A1 og B1 ble overvåket gjentatte ganger i løpet av 15 dager. Resultatene vises iFigur 3. Gjennomsnittlig fjerning av NH₃-N for Bardenpho-prosessen var 12,7 mg/L, mens den for den konvensjonelle AAO-prosessen var 11,68 mg/L. Resultatene indikerer at under samme sesongmessige forhold, tidsperiode, jevn innflytelsesfordeling og med karbonkildetilsetning i den pre-anoksiske sonen, oppnådde Bardenpho-prosessen bedre NH₃-N-fjerning enn den konvensjonelle AAO-prosessen.
5.2 TN Fjerning
TN-nivåer ved innløpet av de anaerobe sonene og avløpet fra de biologiske tankene for A1 og B1 ble overvåket gjentatte ganger over 10 dager. Resultatene vises iFigur 4. Gjennomsnittlig TN-fjerning for Bardenpho-prosessen var 6,23 mg/L, mens den for den konvensjonelle AAO-prosessen var 2,65 mg/L. Resultatene indikerer at under de samme forholdene oppnådde Bardenpho-prosessen bedre total TN-fjerning enn den konvensjonelle AAO-prosessen.
5.3 TP-fjerning
TP-nivåer ved innløpet av de anaerobe sonene og avløpet fra de biologiske tankene for A1 og B1 ble overvåket gjentatte ganger over 22 dager. Resultatene vises iFigur 5. Gjennomsnittlig TP-fjerning for Bardenpho-prosessen var 0,561 mg/L, mens den for den konvensjonelle AAO-prosessen var 0,449 mg/L. Resultatene indikerer at under de samme forholdene oppnådde Bardenpho-prosessen bedre total TP-fjerning enn den konvensjonelle AAO-prosessen.
5.4 COD-fjerning
COD-nivåer ved innløpet av de anaerobe sonene og avløpet fra de biologiske tankene for A1 og B1 ble overvåket gjentatte ganger over 9 dager. Resultatene vises iFigur 6. Gjennomsnittlig COD-forbruk for Bardenpho-prosessen var 13 mg/L, mens det for den konvensjonelle AAO-prosessen var 19 mg/L. Resultatene indikerer at under samme forhold hadde den konvensjonelle AAO-prosessen et høyere COD-behov enn Bardenpho-prosessen.
6 Konklusjon og utsikter
6.1 Konklusjon
Under de samme sesongmessige driftsforholdene viste Bardenpho-prosessen en generell trend med overlegen fjerningseffektivitet for TN, TP og NH₃-N i avløpsvann sammenlignet med den konvensjonelle AAO-prosessen.
For tiden er den årlige bruken av fosforfjerningsmiddel for behandling av avløpsvann med den konvensjonelle AAO-prosessen ved WuWu omtrent 2 961 tonn; for Bardenpho-prosessen er det omtrent 2000 tonn. Dette gir en årlig kostnadsbesparelse på rundt 450 000 RMB, noe som viser betydelige økonomiske fordeler.
Driften av Bardenpho-prosessen vil i stor grad oppfylle kravene til Kinas kontinuerlige skjerpende utslippsstandarder for avløpsvann og redusere forurensning i vannsystemet nedstrøms Ba River. Dette vil føre til betydelige forbedringer i vannkvaliteten, både perseptuelt og i form av reduserte forurensningsnivåer, og gradvis gjenopprette miljøfunksjoner. Det er spesielt viktig for å beskytte det økologiske miljøet i nedstrøms vannforekomster. I utgangspunktet kontrollerer behandling av avløpsvann forurensning av urbant avløpsvann til grunnvannskilder. Derfor spiller den en beskyttende rolle for urbane vannforsyningskilder og nedstrøms vannkilder, og gjenoppretter gradvis forurensede økologiske miljøer. Dette vil i betydelig grad forbedre bomiljøet for byboere og produksjonsmiljøet for industri og handel, styrke byens image utad og bidra til en sunn og bærekraftig utvikling av økonomien og samfunnet.