Kloakkbehandlingsteknologi for pre-anaerob mikro-porelufting oksidasjonsgrøft
Introduksjon
Analyse avkonvensjonell oksidasjonsgrøfteprosessavslører at ved å justere og optimalisere luftingsintensitet og strømningsmønstre, blir avløpsvann behandlet sekvensielt gjennom anaerobe, anoksiske og aerobe reaksjonstanker, noe som sikrer effektiv fjerning av organisk materiale. Imidlertid problemstillinger som f.ekshøy samlet investeringoglav oksygenoverføringseffektiviteter vanlige, fører tilsuboptimal fjerning av nitrogen og fosfor. For å møte disse begrensningene har det blitt utført-dypende forskning på den pre-anoksiske mikroporøse luftingsoksidasjonsgrøftens avløpsvannbehandlingsteknologi, med sikte på å forbedre driftseffektiviteten til renseanlegg for avløpsvann i byer og forbedre utnyttelsen av vannressursene.
1. Prosjektoversikt
Renseanlegget i X City behandler primært husholdningskloakk og industriavløpsvann, med et betydelig volum industriavløp.Den konstruerte behandlingskapasiteten er 10×10⁴ m³/d. Kvalitetsstandardene for innløp og avløp er vist iTabell 1. For tiden blir 30 % av det rensede avløpet gjenbrukt som gjenvunnet vann til termiske kraftverk, mens de resterende 70 % slippes ut i elver. Basert på funksjonsklassifiseringer av overflatevann og forurensningsutslippsstandardene for renseanlegg for urbane avløpsvann, må anlegget oppfylle utslippsstandarden Grad 1B. Med pågående urban økonomisk utvikling og økende utslipp av avløpsvann, har anlegget implementert avskjærende kloakkbehandling for husholdningsavløpsvann, utvidet kloakknettverket og tatt i bruk den pre-anoksiske mikroporøse luftingsoksidasjonsgrøftingsprosessen for å redusere forurensning av urbane overflatevannkilder.
2. Prosessflyt av den pre-anoksiske mikroporøse luftingsoksidasjonsgrøften
Kjernen i denne prosessen er kombinasjonen av en pre-anoksisk tank og en mikroporøs oksidasjonsgrøft for lufting. Behandlingssekvensen er som følger:avløpsvann → grovsil → innløpspumpehus → finsil → virvelkornkammer → anaerob tank → anoksiske/aerobe soner → sekundær sedimentasjonstank → desinfeksjonstank → avløp. En del av slammet fra den sekundære sedimentasjonstanken slippes ut til slamavvanningsanlegget før endelig deponering. Prosessen fokuserer på fosforfrigjøring, biologisk nitrogenfjerning og fosforfjerning.
2.1 Fosforfrigjøring
I den anaerobe tanken omdanner fermentative bakterier biologisk nedbrytbare makromolekyler til mindre molekylære mellomprodukter, først og fremst flyktige fettsyrer (VFA). Under langvarige anaerobe forhold vokser polyfosfat-akkumulerende organismer (PAO) sakte og frigjør fosfat fra cellene sine til løsningen ved å bryte ned polyfosfater. Denne prosessen gir energi for opptak og konvertering av lav-molekylære fettsyrer til granuler av polyhydroksybutyrat (PHB).
2.2 Biologisk nitrogenfjerning
Ammoniakknitrogen omdannes til nitritt og nitrat ved å nitrifisere bakterier under aerobe forhold. I den anoksiske sonen reduserer denitrifiserende bakterier nitrat til nitrogengass, som slippes ut i atmosfæren. Denne prosessen reduserer effektivt nitrogennivået i avløpsvannet.
2.3 Fosforfjerning
Under aerobe forhold bruker PAO-er karbonkilder og PHB for å absorbere ortofosfat, og syntetiserer polyfosfater i cellene deres. Den akkumulerte fosforen fjernes deretter fra systemet med avfallsslammet, og oppnår effektiv fosforfjerning.
Sammenlignet med konvensjonelle prosesser,den pre-anoksiske mikroporøse luftingsoksidasjonsgrøften forenkler operasjoner ved å eliminere primær sedimentasjon eller redusere dens varighet. Dette gjør at større organiske partikler fra gruskammeret kan komme inn i det biologiske systemet, og adressere mangler ved karbonkilder. De vekslende anaerobe-anoksiske-aerobe forholdene hemmer filamentøs bakterievekst, forbedrer slamavsetninger og integrerer nitrogenfjerning, fosforfjerning og organisk nedbrytning. De anaerobe og anoksiske sonene skaper gunstige miljøer for nitrogen- og fosforfjerning, mens den aerobe sonen støtter samtidig fosforfrigjøring og nitrifikasjon. Volumet av den aerobe sonen må beregnes nøye for å sikre effektivitet:
Hvor:
- X: Mikrobiell slamkonsentrasjon (mg/L)
- Y: Slamavkastningskoeffisient (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Avløpskonsentrasjon (mg/L)
- S0: Innflytelseskonsentrasjon (mg/L)
- θC0: Hydraulisk retensjonstid (r)
- Q: Innflytende strømningshastighet (L/s)
- V0: Effektivt volum av aerob reaktor (L)
3. Nøkkelaspekter ved den pre-anoksiske mikroporøse luftingsoksidasjonsgrøft-teknologien
3.1 Pre-Anoxic Tank Technology
Den pre-anoksiske tanken er vert for anaerobe mikroorganismer som foreløpig dekomponerer og transformerer organisk materiale, reduserer slamproduksjonen og lindrer belastningen på påfølgende behandlingstrinn.
3.1.1 Prosessflyt
3.1.1.1 Innflytende forbehandling
Siling fjerner suspenderte stoffer som plast, hår og kjøkkenavfall ved hjelp av avanserte biologiske skjermer. Strømnings- og kvalitetsregulering sikrer homogenitet, mens sedimentering (naturlig eller kjemisk-assistert) fjerner suspenderte faste stoffer og organisk/uorganisk materiale.
3.1.1.2 Anaerob reaksjon
Kontrollert temperatur, pH og retensjonstid letter grundig blanding av anaerobt slam og avløpsvann, noe som forbedrer fjerning av organisk materiale. Anaerobe reaktorer bruker blanding eller sirkulasjon for å fremme gjæring, og produserer CO₂, CH4 og spor av H₂S. Gass-væske-faststoffseparasjon og avgassbehandling følger.
3.1.1.3 Etter-behandling og avløp
Resistente uorganiske og organiske forurensninger behandles via aerobe prosesser eller aktivert karbonadsorpsjon. Online overvåking sporer mikrobiell aktivitet og vannkvalitetsindikatorer (f.eks. F/M-forhold, oppløst oksygen). F/M-forholdet skal i gjennomsnitt være 0,06; løst oksygen i anaerobe soner bør være 0,5–1 mg/L.
3.1.2 Prosesskontroll
Viktige tiltak inkluderer:
Dyrking av anaerobt slam med høy nedbrytningskapasitet og opprettholdelse av optimale næringsforhold (C:N:P ≈ 100:5:1).
Kontrollerer organisk belastning, temperatur (30–35 grader) og pH (6,5–7,5). Den organiske belastningen bør være 3–6 kgBOD₅/(m³·d).
Implementere slamresirkulering for å opprettholde mikrobiell konsentrasjon og aktivitet. Avvannet slam kan gjenbrukes som gjødsel eller fôr.
3.2 Mikroporøs lufting oksidasjonsgrøfteteknologi
Slambuler, ofte forårsaket av filamentøse bakterier eller zoogloea-ekspansjon, svekker sedimentasjonen. Følgende ligninger beskriver mikrobiell vekst:
Hvor:
- Kd: Mikrobiell henfallskoeffisient (d-1)
- S: Substratkonsentrasjon (mg/L)
- Ks: Halv-metningskoeffisient (mg/L)
- Y: Avlingskoeffisient (kgMLSS/kgCOD)
- μmaks: Maksimal spesifikk veksthastighet (d-1)
- μ: Mikrobiell veksthastighet (d-1)
Hvor:
- Smin: Minimum substratkonsentrasjon ved steady state (mg/L)
- Kd: Mikrobiell henfallskoeffisient (d-1)
- Ks: Halv-metningskoeffisient, dvs. substratkonsentrasjonen når μ=μmaks/2μ=μmaks/2 (mg/L)
- Y: Avlingskoeffisient (kgMLSS/kgCOD)
- μmaks: Maksimal spesifikk veksthastighet (d-1)
3.2.1 Prosessdesignparametre
Avløpsvann passerer gjennom sikter, gruskamre og anaerobe tanker (med blandere) før det kommer inn i oksidasjonsgrøften. Mikroporøse luftere og nedsenkede propeller skaper vekslende aerobe/anoksiske forhold. Systemet inkluderer to anaerobe tanker (2,8 timer HRT) og fire oksidasjonsgrøfter (8,64 timer HRT). Slamalderen er 11,3 dager.
3.2.2 Pilot-Skala enhetsdesign
Pilotsystemet inkluderer et luftet gruskammer, pumper, anaerob velger, oksidasjonsgrøft, slamreflukspumpe, sekundær settler og avløpspumpe. Den anaerobe velgeren (2,35 m³) har tre rom med blandere og monitorer (ORP, pH). Oksydasjonsgrøften (26,3 m³) har flere innløp/utløp og mikroporøse diffusorer. Testing viste innflytende gjennomsnitt: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Konklusjon
Integreringen av pre-anoksisk og mikroporøs oksidasjonsgrøfteteknologi for lufting forbedrer nitrogen- og fosforfjerningen betydelig. Fremtidig innsats bør fokusere på å optimalisere slamalder, oppløst oksygen og slamtilbakeløpsforhold for ytterligere å forbedre behandlingseffektiviteten.