Ο βασικός στόχος της επεξεργασίας αστικών λυμάτων είναι η απομάκρυνση ρύπων όπως COD, BOD₅, TN και TP από τα λύματα για την τήρηση των προτύπων απόρριψης (κύρια τήρηση του προτύπου Κλάσης Α του "Πρότυπου Απόρριψης Ρύπων για Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Αστικών Λυμάτων" GB 18918{2}). Οι τρέχουσες κύριες διαδικασίες επικεντρώνονται στη βιολογική επεξεργασία, σε συνδυασμό με μονάδες προεπεξεργασίας και προηγμένης επεξεργασίας, διαμορφώνοντας μια πλήρη διαδικασία "προεπεξεργασίας - βασικής επεξεργασίας - προηγμένης επεξεργασίας - απόρριψης ιλύος". Ακολουθεί μια λεπτομερής εισαγωγή στις έξι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες διεργασίες, καλύπτοντας τις αρχές τους, τις βασικές παραμέτρους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα και τα εφαρμόσιμα σενάρια, ενώ παράλληλα εξετάζονται οι τεχνικές λεπτομέρειες και η μηχανική σκοπιμότητα.
I. Κλασική Βασική Διαδικασία: Παραδοσιακή Διεργασία Ενεργού Λάσματος
1. Αρχή διαδικασίας
Χρησιμοποιώντας ενεργή ιλύ ως πυρήνα, υπό αερόβιες συνθήκες, οι μικροοργανισμοί προσροφούν και αποδομούν οργανικούς ρύπους στα λύματα, επιτυγχάνοντας τον καθαρισμό των λυμάτων μέσω του διαχωρισμού της ιλύος-του νερού. Διαδικασία πυρήνα: Οθόνη ράβδου → Θάλαμος κόκκων → Πρωτεύουσα δεξαμενή καθίζησης → Δεξαμενή αερισμού → Δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης → Απολύμανση και εκκένωση. Η υπολειμματική ιλύς συμπυκνώνεται, αφυδατώνεται και στη συνέχεια απορρίπτεται.
2. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού
* Υδραυλικός χρόνος συγκράτησης (HRT): 8-12h, με HRT μεγαλύτερο ή ίσο με 6h στη δεξαμενή αερισμού.
* Χρόνος κατακράτησης λάσπης (SRT): 3-5d (ισχύει μόνο για την αφαίρεση οργανικής ύλης, χωρίς λειτουργίες αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου).
* Οργανική Φόρτωση (F/M): 0,2-0,4kgBOD5/(kgMLSS·d);
* DO Συγκέντρωση στη δεξαμενή αερισμού: 2-3mg/L, με χρήση εξαναγκασμένου αερισμού ή μηχανικού αερισμού.
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
* Πλεονεκτήματα: Ώριμη τεχνολογία, σταθερή λειτουργία, υψηλή απόδοση στην επεξεργασία οργανικής ύλης (ποσοστό αφαίρεσης BOD₅ 85%-90%) και σχετικά χαμηλό κόστος επένδυσης.
* Μειονεκτήματα: Χωρίς λειτουργίες αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου, γεγονός που καθιστά δύσκολη την τήρηση των τρεχόντων προτύπων Κατηγορίας Α. μεγάλη παραγωγή λάσπης, επιρρεπής σε νηματοειδές διόγκωση. μεγάλο αποτύπωμα και σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας.
4. Ισχύοντα σενάρια
* Κατάλληλο για πρώιμες-κατασκευασμένες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων με χαμηλά πρότυπα απόρριψης ή ως μονάδα προεπεξεργασίας βιομηχανικών λυμάτων. Επί του παρόντος, σπάνια χρησιμοποιείται μόνο του σε νέα έργα, αλλά κυρίως ως βασική ενότητα για τη βελτίωση της διαδικασίας.
II. Κύρια διεργασίες ταυτόχρονης αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου: A²O και τροποποιημένες διεργασίες
1. Αρχή διαδικασίας
Η διαδικασία A²O (Αναερόβια-Ανοξική-Αερόβια) επιτυγχάνει την ταυτόχρονη απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου μέσω της συνεργιστικής δράσης τριών ζωνών: ο φώσφορος-συσσωρεύονται βακτήρια απελευθερώνουν φώσφορο στην αναερόβια ζώνη, απονιτροποιούν τα βακτήρια και απομακρύνουν το νιτρικό άζωτο και τα βακτήρια. Τα βακτήρια που συσσωρεύουν-φώσφορο απορροφούν τον φώσφορο στην αερόβια ζώνη. Η τροποποιημένη έκδοση (με την προσθήκη μιας προ-ανοξικής δεξαμενής) λύνει το πρόβλημα ανταγωνισμού των πηγών άνθρακα μεταξύ της απονιτροποίησης και της απομάκρυνσης του φωσφόρου, ενισχύοντας το αποτέλεσμα αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου. Διαδικασία πυρήνα: Προεπεξεργασία → Αναερόβια δεξαμενή → Προ-ανοξική δεξαμενή → Ανοξική δεξαμενή → Αερόβια δεξαμενή → Δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης → Προηγμένη επεξεργασία → Εκκένωση.
2. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού
Ολική HRT: 10-12 ώρες, αναερόβια:ανοξική:αερόβια αναλογία HRT=1:3:5;
Χρόνος κατακράτησης λάσπης (SRT): 10-12 ημέρες σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, 15 ημέρες σε χαμηλή θερμοκρασία (για εξισορρόπηση των απαιτήσεων νιτροποίησης και αφαίρεσης φωσφόρου).
Αναλογία ανακυκλοφορίας: Αναλογία ανακύκλωσης μικτού υγρού 200%-300% (ρυθμιζόμενη μεταβλητή συχνότητα), αναλογία ανακυκλοφορίας λάσπης 50%-80%;
Έλεγχος DO: Αναερόβια ζώνη μικρότερη ή ίση με 0,2 mg/L, ανοξική ζώνη μικρότερη ή ίση με 0,5 mg/L, αερόβια ζώνη 2-3 mg/L.
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα: Εξαιρετική απόδοση απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου (ποσοστό απομάκρυνσης TN 70%-80%, ποσοστό αφαίρεσης TP 80%-90%), με συνέπεια να πληροί τα πρότυπα Κλάσης Α. ώριμη τεχνολογία, μέτριο λειτουργικό κόστος, κατάλληλο για αστικά λύματα με μεγάλες διακυμάνσεις στην ποιότητα του νερού.
Μειονεκτήματα: Υπάρχουν ασυνέπειες στις παραμέτρους μεταξύ της αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου (SRT, σύγκρουση απαιτήσεων αναλογίας ανακύκλωσης). Τα λύματα χαμηλής-πηγής άνθρακα απαιτούν προσθήκη εξωτερικής πηγής άνθρακα. ελαφρώς μεγαλύτερο αποτύπωμα.
4. Ισχύοντα σενάρια
Επί του παρόντος, η προτιμώμενη διαδικασία για νέες κατασκευές, επέκταση και αναβάθμιση σταθμών επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ιδιαίτερα κατάλληλες για έργα αστικών λυμάτων που απαιτούν ταυτόχρονο έλεγχο των εκπομπών αζώτου και φωσφόρου. Μπορεί επίσης να προσαρμοστεί σε σύνθετα λύματα που περιέχουν μικρές ποσότητες βιομηχανικών λυμάτων (απαιτείται προσαρμογή του συντελεστή βιοδιασπασιμότητας).
III. Υψηλή-Αποτελεσματικότητα και Συμπαγής Διαδικασία: Διαδικασία MBR (Membrane Bioreactor)
1. Αρχή διαδικασίας
Αυτή η διαδικασία συνδυάζει την τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης με τη βιολογική επεξεργασία, αντικαθιστώντας τη δευτερεύουσα δεξαμενή καθίζησης με μονάδες μεμβράνης για να επιτευχθεί αποτελεσματικός διαχωρισμός της λάσπης-του νερού. Ροή πυρήνα: Προεπεξεργασία → Βιολογική δεξαμενή (μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαμορφώσεις A²O, SBR κ.λπ.) → Δεξαμενή μεμβράνης → Απολύμανση και εκκένωση. Οι μονάδες μεμβράνης μπορούν να συγκρατούν μικροοργανισμούς, διατηρώντας υψηλή συγκέντρωση MLSS στη βιολογική δεξαμενή και ενισχύοντας τη νιτροποίηση και την απομάκρυνση της οργανικής ύλης.
2. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού
Συγκέντρωση MLSS: 6000-8000 mg/L (σημαντικά υψηλότερη από τις παραδοσιακές διαδικασίες).
Χρόνος κατακράτησης λάσπης (SRT): 20-30 ημέρες (βελτιωμένη νιτροποίηση, κατάλληλος για λύματα χαμηλής θερμοκρασίας, χαμηλού C/N).
Ροή μεμβράνης: 10-20 L/(m²·h), που απαιτεί τακτικό φυσικό/χημικό καθαρισμό.
Κατανάλωση ενέργειας: 0,6-1,0 kWh/m³ (συμπεριλαμβανομένης της κατανάλωσης ενέργειας αερισμού και αναρρόφησης μεμβράνης).
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα: Εξαιρετική ποιότητα εκροής (TN μικρότερο ή ίσο με 8 mg/L, TP μικρότερο ή ίσο με 0,3 mg/L), που πληροί τις απαιτήσεις για αναβάθμιση σε σχεδόν-Ποιότητα νερού κατηγορίας IV. Το αποτύπωμα είναι μόνο 1/3-1/2 εκείνο των παραδοσιακών διεργασιών. χωρίς κίνδυνο απώλειας λάσπης, υψηλή λειτουργική σταθερότητα.
Μειονεκτήματα: Υψηλό κόστος μονάδας μεμβράνης (που αντιστοιχεί στο 30%-40% της συνολικής επένδυσης). σύνθετη συντήρηση (επιρρεπής σε απόφραξη), υψηλό κόστος λειτουργίας. υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας από τις παραδοσιακές βιολογικές διεργασίες.
4. Ισχύοντα σενάρια
Κατάλληλο για περιοχές αστικού πυρήνα με περιορισμένους πόρους γης, έργα αναβάθμισης με αυστηρά πρότυπα εκροής ή ειδικά σενάρια ποιότητας νερού όπως χαμηλή θερμοκρασία και χαμηλός λόγος C/N. ισχύει επίσης για την αποκεντρωμένη επεξεργασία λυμάτων (π.χ. οικιστικές κοινότητες, βιομηχανικά πάρκα).
IV. Διαδικασία αντοχής σε κρουστικό φορτίο: Διαδικασία αυλάκωσης οξείδωσης
1. Αρχή διαδικασίας
Χρησιμοποιώντας έναν αντιδραστήρα τάφρου σε σχήμα δακτυλίου-, τα λύματα κυκλοφορούν εντός της τάφρου μέσω περιστρεφόμενων βουρτσών ή δίσκων για αερισμό, δημιουργώντας εναλλασσόμενες αερόβιες και ανοξικές ζώνες για την επίτευξη αποικοδόμησης και απονιτροποίησης της οργανικής ύλης. Οι κοινές διαμορφώσεις περιλαμβάνουν τις τάφρους οξείδωσης Carrousel, τις τάφρους οξείδωσης στοματικής κοιλότητας και τις ενσωματωμένες τάφρους οξείδωσης (συμπεριλαμβανομένων των δεξαμενών δευτερεύουσας καθίζησης).
2. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού
Συνολική HRT: 15-25 ώρες (μεγάλος χρόνος υδραυλικής συγκράτησης, ισχυρή αντίσταση σε φορτία κρούσης).
Χρόνος κατακράτησης λάσπης (SRT): 10-20d (κατάλληλος για απαιτήσεις αφαίρεσης αζώτου).
Οργανική Φόρτωση (F/M): 0,05-0,15kgBOD5/(kgMLSS·d);
Διαλυμένο Οξυγόνο: Σταδιακή κατανομή εντός της τάφρου (2-3mg/L στην αερόβια ζώνη, 0,5-1mg/L στην ανοξική ζώνη).
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα: Εξαιρετικά ισχυρή αντοχή σε κρουστικά φορτία, κατάλληλο για λύματα με μεγάλες διακυμάνσεις στην ποιότητα και την ποσότητα του νερού. απλή λειτουργία και διαχείριση, χαμηλό κόστος συντήρησης. καλό αποτέλεσμα αφαίρεσης αζώτου (ποσοστό αφαίρεσης TN 70%-75%).
Μειονεκτήματα: Ασθενές αποτέλεσμα αφαίρεσης φωσφόρου (απαιτείται βοηθητική χημική αφαίρεση του φωσφόρου). μεγάλο αποτύπωμα, υψηλή κατανάλωση ενέργειας. ανεπαρκής λειτουργική ευελιξία.
4. Ισχύοντα σενάρια
Κατάλληλο για εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων σε πόλεις μικρού και μεσαίου-μεγέθους (όγκος 50.000-500.000 m³/ημέρα), σύνθετα λύματα με μεγάλες διακυμάνσεις στην ποιότητα του νερού (συμπεριλαμβανομένης μικρής ποσότητας βιομηχανικών λυμάτων) ή έργα με περιορισμένες δυνατότητες λειτουργίας και διαχείρισης.
V. Ευέλικτες διαλείπουσες διεργασίες: SBR (αλληλουχικός αντιδραστήρας παρτίδας) και τροποποιημένες διεργασίες
1. Αρχή διαδικασίας
Χρησιμοποιώντας έναν διακοπτόμενο αντιδραστήρα, ολοκληρώνονται πέντε στάδια μέσα στην ίδια δεξαμενή: εισροή, αερισμός (αερόβιο), καθίζηση, εκκένωση λυμάτων και περίοδος αδράνειας. Η αποικοδόμηση της οργανικής ύλης, η απομάκρυνση του αζώτου και του φωσφόρου επιτυγχάνονται μέσω της κατανομής χρόνου. Οι τροποποιημένες εκδόσεις (διαδικασίες CAST, CASS) προσθέτουν μια ζώνη επιλογής και μια ζώνη προ-αντίδρασης για να βελτιώσουν την απόδοση καθίζησης λάσπης και την αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης φωσφόρου.
2. Βασικές παράμετροι σχεδίασης:
Ένας κύκλος λειτουργίας: 4-6 ώρες (συμπεριλαμβανομένων 2-3 ωρών αερισμού και 1-1,5 ωρών καθίζησης).
Χρόνος κατακράτησης λάσπης (SRT): 10-15 ημέρες.
Συγκέντρωση MLSS: 3000-5000 mg/L;
Αναλογία αποστράγγισης: 1/3-1/2 (κάθε αποστράγγιση δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/2 του όγκου της δεξαμενής).
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα: Μικρό αποτύπωμα (δεν χρειάζεται ξεχωριστή δευτερεύουσα δεξαμενή καθίζησης). ευέλικτη λειτουργία, με ρυθμιζόμενες παραμέτρους κύκλου με βάση την ποιότητα του νερού. κατάλληλο για μικρούς έως μεσαίους όγκους νερού, επιτρέποντας την ταυτόχρονη απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου.
Μειονεκτήματα: Υψηλές απαιτήσεις για αυτοματοποιημένο έλεγχο (απαιτεί ακριβή έλεγχο του χρονισμού κάθε σταδίου). ανεπαρκής σταθερότητα ποιότητας εκροών, που επηρεάζεται εύκολα από τις παραμέτρους λειτουργίας. γρήγορη φθορά του εξοπλισμού (συχνή εκκίνηση-διακοπή βαλβίδων και αντλιών).
4. Ισχύοντα σενάρια
Κατάλληλο για μικρούς και μεσαίους{0}}σταθμούς επεξεργασίας αστικών λυμάτων (όγκος νερού μικρότερος ή ίσος με 100.000 m³/d), αποκεντρωμένα έργα επεξεργασίας λυμάτων (όπως κοινότητες και βιομηχανικά πάρκα) ή σενάρια με σημαντικές διακυμάνσεις στην ποιότητα του νερού που απαιτούν ευέλικτες προσαρμογές του τρόπου λειτουργίας.
VI. Νέα διαδικασία-Εξοικονόμησης και υψηλής απόδοσης-Νέα διαδικασία: BioDopp βιολογικός πολλαπλασιασμός
1. Αρχή διαδικασίας
Ενσωματώνει όλα τα στάδια βιολογικής επεξεργασίας (αποδόμηση COD, αφαίρεση αζώτου, αφαίρεση φωσφόρου, σταθεροποίηση λάσπης) σε μια ενιαία βιολογική δεξαμενή. Μέσω του σχεδιασμού ζωνών και ενός συστήματος αερισμού υψηλής απόδοσης, επιτυγχάνεται ταυτόχρονη απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου και μείωση της λάσπης. Το βασικό χαρακτηριστικό είναι το σύστημα αερισμού BioDopp (μεγάλος-αερισμός λεπτού αφρού μεγάλης περιοχής), το οποίο έχει υψηλή απόδοση μεταφοράς οξυγόνου και είναι εύκολο στη συντήρηση.
2. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού
Κατανάλωση ενέργειας: 0,075 kWh/m³ (σημαντικά χαμηλότερη από τις παραδοσιακές διεργασίες, επιδεικνύοντας σημαντικά πλεονεκτήματα εξοικονόμησης ενέργειας)-.
Συγκέντρωση MLSS: 8 g/L (υψηλή συγκέντρωση ιλύος, ενίσχυση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας).
Αποδοτικότητα μεταφοράς οξυγόνου: 5 kgO2/kWh, Απαίτηση οξυγόνου 0,2-0,3 mg/L;
Συνολική HRT: 8-12 ώρες, κατάλληλη για τις συνήθεις ανάγκες επεξεργασίας αστικών λυμάτων.
3. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Πλεονεκτήματα: Εξαιρετικό αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας- (η κατανάλωση ενέργειας είναι μόνο το 1/5-1/8 των παραδοσιακών διαδικασιών). Υψηλή ενοποίηση, μικρό αποτύπωμα. χαμηλή παραγωγή ιλύος, εξαλείφοντας την ανάγκη για σύνθετη διάθεση ιλύος. εύκολη συντήρηση του συστήματος αερισμού (μπορεί να καθαριστεί online, χωρίς διακοπές). Μειονεκτήματα: Υψηλό τεχνικό όριο, ο βασικός εξοπλισμός βασίζεται στις εισαγωγές. κατάλληλο για συγκεκριμένες ποιότητες νερού, η προσαρμοστικότητα σε λύματα υψηλής περιεκτικότητας σε αλάτι και ανθεκτικά λύματα χρειάζεται περαιτέρω επαλήθευση.
4. Ισχύοντα σενάρια
Κατάλληλο για νεόδμητες εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων (με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση της κατανάλωσης) και έργα επεξεργασίας λυμάτων βιομηχανικού πάρκου. Εφαρμόστηκε με επιτυχία στη Γερμανία, την Τσεχική Δημοκρατία και τις επαρχίες της Σαγκάης και του Χεμπέι στη χώρα μου.
VII. Core Logic of Process Selection
Η επιλογή διεργασιών για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων απαιτεί πλήρη εξέταση πέντε βασικών παραγόντων: χαρακτηριστικά ποιότητας νερού, πρότυπα απόρριψης, όγκος νερού, πόρους γης και λειτουργικό κόστος. Η βασική λογική είναι η εξής:
- Πρότυπα ποιότητας και απόρριψης νερού: Για την ταυτόχρονη απομάκρυνση αζώτου και φωσφόρου ώστε να πληρούνται τα πρότυπα Κατηγορίας Α, προτιμώνται οι τροποποιημένες διεργασίες A²O και MBR. Για αναβάθμιση σε ποιότητα νερού κοντά στην κατηγορία IV, προτιμώνται οι διαδικασίες MBR. Για την ποιότητα του νερού με μεγάλες διακυμάνσεις, προτιμώνται οι διεργασίες οξείδωσης και τροποποιημένες διαδικασίες SBR.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) δίνουν προτεραιότητα στις τροποποιημένες διεργασίες A²O και οξείδωσης. Μικρές και μεσαίες-μονάδες επεξεργασίας λυμάτων (10.000-500.000 m³/d) μπορούν να επιλέξουν διαδικασίες A²O, τροποποιημένο SBR ή BioDopp. αποκεντρωμένα έργα (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Γη και Κόστος: Σε περιοχές του αστικού πυρήνα όπου η γη είναι σπάνια, προτιμώνται οι διαδικασίες MBR, SBR και BioDopp. Για περιορισμένους προϋπολογισμούς, προτιμώνται οι τροποποιημένες διεργασίες A2O και οξείδωσης. Για μακροπρόθεσμη-εξοικονόμηση ενέργειας, μπορούν να ληφθούν υπόψη οι διαδικασίες BioDopp.
- Λειτουργία και διαχείριση: Για εγκαταστάσεις με περιορισμένες επιχειρησιακές και διαχειριστικές δυνατότητες, προτιμώνται οι διεργασίες οξείδωσης και τροποποιημένες διεργασίες A²O (απλές στη λειτουργία). Για όσους έχουν υψηλότερα επίπεδα αυτοματισμού, οι τροποποιημένες διαδικασίες MBR και SBR είναι κατάλληλες.
Συνοπτικά, η τροποποιημένη διεργασία A²O, με τα πλεονεκτήματα της σταθερής αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου, το μέτριο κόστος και την ευρεία προσαρμοστικότητα, παραμένει η κύρια επιλογή για τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων. η διαδικασία MBR είναι κατάλληλη για αναβάθμιση και απαιτήσεις συμπαγούς διάταξης. και νεότερες διαδικασίες όπως το BioDopp προσφέρουν νέες κατευθύνσεις για εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση των εκπομπών και τα σενάρια εφαρμογής τους θα επεκταθούν σταδιακά στο μέλλον.
