Að sigrast á verkjapunktum A²/O ferla: Tæknilegar lykilleiðir til að fjarlægja köfnunarefni og fosfór samtímis

A²/O (loftfirrt/óoxískt/loftháð) ferlið, með kjarnakosti þess, einfalt flæði, litla fjárfestingu og þægilegan rekstur og viðhald, hefur lengi haft yfirburðastöðu í líffræðilegri losun köfnunarefnis og fosfórs fyrir skólp frá þéttbýli og er mikið notað í ýmsum skólphreinsistöðvum í þéttbýli. Hins vegar, í raunverulegum rekstri og viðhaldi, hafa margar frárennslisstöðvar lent í sama vandamálinu: TN (heildarnitur) og TP (heildarfosfór) er erfitt að ná samtímis, sérstaklega þegar hreinsað er frárennsli með ríkjandi lágt C/N hlutfall í mínu landi. Þetta leiðir til vítahrings þar sem nitureyðing leiðir til bilunar í fosfóreyðingu og fosfóreyðing leiðir til bilunar í nitureyðingu, sem leiðir til tíðra umhverfisskoðana og úrbóta og viðvarandi hás rekstrar- og viðhaldskostnaðar.

Þessi grein, sem sameinar þrjú tæknileg kjarnaskjöl, yfirgefur grófar lýsingar og byrjar á kjarna ferlisins. Það sundurliðar og útskýrir í smáatriðum meginreglur A²/O ferlisins, þrjá innbyggða galla þess, kjarnabúnaðinn til að fjarlægja fosfór títrunar og ákjósanlega breytingaáætlun fyrir lágt C/N frárennslisvatn. Samræmi fagmennsku og hagkvæmni, það er hægt að vísa beint í það og beita því af hönnuðum, rekstrar- og viðhaldsstarfsmönnum og sérfræðingum í verkfræðibreytingum.

1. Staðlað ferliflæði

Kjarninn í A²/O ferlinu er samtímis denitrification og fosfórhreinsun í gegnum raðrekstur þriggja reactors, ásamt seyru- og innri endurrás. Staðlað rennsli er skýrt og rekjanlegt: Hrávatn → Loftfirrtur tankur → Anoxískur tankur → Loftháður tankur → Secondary settank tankur → Frárennsli. Allt ferlið krefst engans flókins búnaðar, er í litlum vinnslu- og viðhaldserfiðleikum og hentar fyrir stóra-notkun.

• Seyruskil: Seinni botnfallstankur → Loftfirrtur tankur

• Innri skil: Loftháður tankur → Anoxic tankur

2. Þriggja- þrepa meginregla viðbragða (sem sundurliðar hlutverk hvers skrefs til að skilja kjarna ferlisins)

(1) Loftfirrt stig (ekkert sameinda súrefni, ekkert nítrat köfnunarefni)

• Pólýfosfat-uppsöfnunarbakteríur (PAOs) losa virkan fosfór sem geymdur er í líkama þeirra í loftfirrtu, nítratfríu- umhverfi, á sama tíma og þeir gleypa auðveldlega niðurbrjótanlegt COD (lífbrjótanlegt lífrænt efni) úr frárennslisvatninu og umbreyta því í PHB (fjölsmjörsýra) til að geyma þar með hýdroxý{2}orku frásog fosfórs;

• Ef lítið magn af nítrati er til staðar á loftfirrtu stigi (aðallega frá skilaðri seyru), munu bakteríur sem eru skilað til baka nýta helst afgangskolefnisgjafann til að neyta kolefnisgjafa, óbeint, neyta kolefnisgjafa sem PAOs krefjast, og skapa hugsanlega hættu á að fjarlægja fosfór;

• Samtímis brjóta gerjunarbakteríur niður stór sameindar lífræn efni í frárennslisvatninu sem erfitt er að brjóta niður í rokgjarnar fitusýrur (VFA) sem frásogast auðveldlega af PAOs, sem gefur nægilegt hvarfefni fyrir PHB nýmyndun með PAOs.

(2) Anoxic svæði (ekkert sameindasúrefni, inniheldur nítrat köfnunarefni)

• Denitrifying bakteríur nota nítrat frá endurhringrásinni á loftháða svæðinu sem rafeindaviðtaka og afgangs COD í frárennslisvatninu sem kolefnisgjafa til að minnka nítrat í köfnunarefni (N₂) og klára afneitrunarferlið. Þetta er kjarnaskrefið í að fjarlægja TN.

• Sumar sérstakar fjölfosfat-uppsöfnunarbakteríur (þ.e. afoxandi fjölfosfat-söfnunarbakteríur DNPAOs) geta brotist í gegnum hefðbundinn skilning á "loftháðri fosfórupptöku," með því að nota nítrat í stað súrefnis sem rafeindaviðtaka til að ná of ​​miklum fosfórupptöku. Þetta er fosfóreyðingin sem við munum einbeita okkur að síðar.

• Rennslishraði innri endurrásarinnar ákvarðar beint framboð nítratköfnunarefnis á súrefnislausu svæði og er lykilstýringarstærð sem hefur áhrif á skilvirkni denitrification og denitrification fosfór flutningsáhrif.

(3) Loftháð stig (loftháð)

• Nitrunarbakteríur (sjálfvirkar bakteríur), í umhverfi með nægilegt súrefni, oxa ammoníak köfnunarefni (NH₄⁺-N) í frárennslisvatni í nítrat (NO₃⁻-N), klára nítrunarhvarfið og veita nægjanlega rafeindaviðtöku fyrir denitrox-fjarlægingu og fosfótrunarstig;

• Pólýfosfat-söfnunarbakteríur (þar á meðal DNPAOs), í loftháðu umhverfi, gleypa mikið magn af fosfór úr frárennslisvatni og geyma það í líkama þeirra, sem leiðir til þess að fosfórinnihald fer langt yfir eðlilegt magn (þ.e. óhófleg upptaka fosfórs), sem leggur grunninn fyrir slmfós í kjölfarið;

• Á sama tíma brjóta örverurnar á loftháða stigi enn frekar niður COD sem eftir er í frárennslisvatninu, fjarlægja köfnunarefni sem myndast við nítrunarferlið, koma í veg fyrir að seyru fljóti og tryggja stöðugan seyði.

3. Lokaleið til að fjarlægja köfnunarefni og fosfór

• Niturhreinsunarleið: Nitröfnun í loftháðum tanki (ammoníak köfnunarefni → nítrat) → Denitrification í súrefnislausu geymi (nítrat → köfnunarefni) → Köfnunarefni sleppur náttúrulega og nær heildar nitur flutningi;

Margar skólphreinsistöðvar telja að erfitt sé að ná stöðlum A²/O ferlinu og rekja það ranglega til ófullnægjandi rekstrar og viðhalds. Hins vegar er þetta ekki raunin-kjarni málsins er eðlislægur áreksturinn á milli þriggja tegunda virkra örvera (nítrunarbakteríur, denitrifying bakteríur og fjölfosfat-söfnunarbakteríur). Kröfur þeirra til lífsumhverfis og næringarefna eru gjörólíkar, sem gerir þeim ómögulegt að uppfylla samtímis ákjósanleg vaxtarskilyrði innan sama seyrukerfisins. Þetta er meginreglan-stigsmótsögn sem A²/O ferlið á erfitt með að sigrast á.

1. Samkeppni um kolefnisgjafa (kjarnaátökin)

2. Seyrualdursátök

• Fjarlægingarferill fosfórs: Loftfirrt fosfórlosun í tanki (fjölfosfat-söfnunarbakteríur losa fosfór úr líkama sínum) → Loftháð/óoxandi fosfórupptaka í tanki (fjölfosfat-söfnun bakteríur óhóflega frá sér fosfór) → losar of mikið af fosfór. (fjarlægir fosfór-ríka seyru úr kerfinu), fullkomnar fosfórhreinsun.

3. Nítrattruflanir við fjarlægingu loftfirrðs fosfórs

Í hefðbundnum A²/O ferlum fer afturleðjan frá seinni botnfallstankinum beint inn í loftfirrt stig. Þessi skilaeðja ber óhjákvæmilega mikið magn af nítrötum sem framleitt er á loftháðu stigi. Einu sinni á loftfirrtu stigi trufla þessi nítröt algjörlega fosfórfjarlægingarferlið á þrjá vegu:

• Loftfirrt stig: Kjarnaþörf fjölfosfats-söfnunarbaktería er að gleypa auðveldlega niðurbrjótanlegt COD og búa til PHB fyrir síðari fosfórlosun og upptöku. Þetta er grunnurinn að fosfóreyðingu og er ómissandi.

• Frárennsli þéttbýlis í mínu landi þjáist almennt af lágu C/N hlutfalli (COD/TN < 4,5), sem leiðir til alvarlegs kolefnisskorts. Samkeppnin milli þessara tveggja tegunda örvera um kolefnisuppsprettur leiðir óhjákvæmilega til þess að önnur er sterk og hin veik -góð köfnunarefnishreinsun leiðir til lélegrar fosfórfjarlægingar; góð fosfóreyðing hefur í för með sér of mikla nitureyðingu.

• Anoxic Stage: Kjarnakrafa bakteríanna sem dregur úr þeim er að nota COD sem rafeindagjafa til að umbreyta nítrötum í köfnunarefnisgas og ljúka þannig niturfjarlægingu. Þetta byggir líka á COD.

1. Meginreglan um denitrification og fosfórfjarlægingu

Til að bregðast við eðlislægum göllum A²/O ferlisins er áhrifaríkasta lausnin "tvínotkun á kolefni." Kjarninn er að nýta sérstaka efnaskiptaeiginleika bakteríanna sem safnar fjölfosfati -söfnun (DNPAOs/DPB) til að gera einum kolefnisgjafa kleift að mæta þörfum köfnunarefnis og fosfórs í senn. Þetta dregur í grundvallaratriðum úr samkeppni um kolefnisuppsprettur og átök milli seyrualdurs. Sértæka efnaskiptaferlið er sem hér segir:

• Pólýfosfat-söfnunarbakteríur: Þetta eru misleitar bakteríur með hraðan vöxt. Kjarninn í að fjarlægja fosfór þeirra er að fjarlægja fosfór úr kerfinu með því að losa umfram seyru. Þess vegna þarf tiltölulega stuttan seyrualdur (5–1). • 0d (0 dagar): Of langur seyrualdur leiðir til endur-losunar fosfórs úr fjölfosfat-söfnunarbakteríum, sem dregur verulega úr skilvirkni fosfórs.

• Nitrandi bakteríur: Þetta eru sjálfvirkar bakteríur með afar hægan vöxt og æxlunarhraða. Þeir þurfa tiltölulega langan seyrualdur (15–25 dagar) til að lifa stöðugt af og ljúka nítrunarviðbrögðum. Of stuttur seyrualdur leiðir til þess að mikið magn af nítrandi bakteríum losnar, sem gerir árangursríka ammoníak köfnunarefnisfjarlægingu árangurslausa.

• A²/O ferlið notar eitt seyrukerfi, sem gerir aðeins kleift að stilla eina einsleita seyrualdur. Langur seyrualdur til að viðhalda nitrification mun leiða til fosfórúrgangs, en stuttur seyrualdur til að viðhalda fosfóreyðingu mun leiða til nitrification hruns; hvoru tveggja er ekki hægt að ná samtímis.

2. Lykilfæribreytur fyrir A²/O virkjun á denitrification og fosfórfjarlægingu

1. Ívilnandi neysla á kolefnisuppsprettu: Afoxandi bakteríur nýta nítrat sem rafeindaviðtaka, helst neyta auðveldlega niðurbrjótans COD á loftfirrtu stigi, sem kemur í veg fyrir að fjölfosfat-söfnunarbakteríur (PAB) fái nægilegt kolefni til að mynda PHB.

2. Hindrun á fosfórlosun með PPA: PPA krefjast stranglega loftfirrt, nítratfrítt umhverfi fyrir fosfórlosun. Tilvist nítrats hindrar beint fosfórlosunarferlið, sem leiðir jafnvel til óeðlilegrar „loftfirrrar fosfórupptöku,“ kemur í veg fyrir síðari loftháða/anoxískan fosfórupptöku og veldur því að fosfórfjarlæging mistekst.

3. Truflun á loftfirrtu umhverfinu: Nítrat eyðir loftfirrtu umhverfinu á loftfirrtu stigi við denitrification, sem hindrar óbeint efnaskiptavirkni PPAs.

Hagnýtar sannprófunarniðurstöður: Undir stjórn ofangreindra breytu getur upptökuhraði fosfórs á anoxískum stigum náð 69%, sem þarfnast ekki viðbótar kolefnisgjafa. Skilvirkni köfnunarefnis og fosfórs er bætt samtímis, en hægt er að draga úr loftræstingu á loftháðu stigi um það bil 20%, sem sparar verulega orkunotkun í rekstri.

Lágt C/N hlutfall er algengt í frárennsli þéttbýlis í mínu landi, þar sem mæld gildi eru oft á bilinu 3,1 til 5,9, langt undir þeim 4,5 sem þarf til að uppfylla stöðugt samræmi við A²/O staðla. Jafnvel með fínstilltum rekstrarbreytum er ólíklegt að eitt A²/O ferli uppfylli stöðugt A-flokks útskriftarstaðalinn til lengri tíma litið. Þess vegna er sameinað ferli nauðsynlegt til að takast á við þennan eðlislæga annmarka.

• Loftfirrt stig: DNPAOs, eins og venjulegar fjölfosfat-söfnunarbakteríur, losa fosfór úr frumum sínum á meðan þær gleypa auðveldlega niðurbrjótanlegt COD úr frárennslisvatni, búa til PHB og geyma það í frumum þeirra og klára þannig fosfórlosun og kolefnisforða.

Vélaræfingar hafa sannað að A²/O + BAF (Biological Aerated Filter) er eins og er þroskaðasta, auðveldasta og -hagkvæmasta uppfærsluleiðin. Kjarnahugmyndin er "aðskilin rekstur nítrunar og fjarlægingar fosfórs," sem gerir báðar tegundir örvera kleift að vaxa í ákjósanlegu umhverfi sínu, sem leysir algjörlega seyrualdursárekstra og samkeppni um kolefnisgjafa.

• Kjarnakostir: Nær 1 hluta kolefnisgjafa (PHB)=denitrification + fosfórfjarlægingu, sem beinlínis tvöfaldar nýtingu kolefnisgjafa. Enginn viðbótar kolefnisgjafi er nauðsynlegur til að bæta samtímis afoxun og fosfórfjarlægingu skilvirkni, sem hentar fullkomlega fyrir skólpvatn með lágt C/N hlutfall.

• Anoxic Stage: DNPAOs reiða sig ekki lengur á súrefni heldur nota nítrat sem rafeindaviðtaka, samtímis minnka nítrat í köfnunarefni (klára denitrification) og nýta geymt PHB þeirra sem orkugjafa til að gleypa umfram fosfór úr frárennslisvatni (loka fosfórfjarlægingu).

1. Kjarnaregla: Aðskilnaður nítrunar og fjarlægingar fosfórs

2. Raunverulegar niðurstöður (C/N=4.2)

• Retention Time (SRT): Stjórnað á um það bil 15 daga. Þessi seyrualdur uppfyllir vaxtarkröfur nítrunargerla (sem tryggir nítrunarnýtingu) á sama tíma og jafnvægi er á milli auðgunar og virkni DNPAOs, forðast óhóflega langan eða stuttan seyrualdur sem gæti haft neikvæð áhrif á skilvirkni meðferðar.

• Innra endurrásarhlutfall: Stýrt við 3,0–3,5. Við þetta hlutfall er styrkur nítrats í frárennsli í súrefnislausu tankinum haldið við 1–3 mg/L, sem gefur nægjanlega rafeindaviðtaka fyrir DNPAOs án þess að of mikið nítrat fari inn í loftfirrt svæði og truflar losun fosfórs.

• Anoxískt/loftfirrt rúmmálshlutfall: Hækkað rúmmálshlutfall anoxíska svæðisins á viðeigandi hátt lengir dvalartíma DNPAOs á anoxíska svæðinu, eykur denitrification og fosfórfjarlægingu.

• Strangt nítrateftirlit í loftfirrta hlutanum: Með því að hagræða bakflæðisaðferðinni er nítratstyrknum í loftfirrta hlutanum stjórnað kl.<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.

3. Bestu rekstrarfæribreytur

• A²/O hluti (stuttur seyrualdur 5–10 dagar): Nitrification er hætt, með áherslu á "loftfirrt fosfórlosun + anoxískt denitrification fosfórfjarlægingu." Stuttur seyrualdursstillingin tryggir skilvirka fjarlægingu fosfórs með því að fjölfosfat-safnar bakteríur í gegnum losun seyru, á meðan DNPAOs nýta innri PHB þeirra til afrennslis, sem hámarkar nýtingu takmarkaðra kolefnisgjafa.

• Innra bakflæðishönnun: Nítruðu vökvinn (ríkur af nítrati) sem framleiddur er í BAF hlutanum er bakflæðisaður í A²/O anoxíska hlutann, sem gefur nægjanlega rafeindaviðtaka fyrir DNPAOs, sem myndar lokaða lykkju af "BAF nitrification → A²/O denitrification fosfór flutningur," sem nær samtímis stöðluðum nitrogen og fosfórfóstri.

• BAF Stage (Long Sludge Age 30d+): Tileinkað nitrification. BAF tankpökkunarefnið myndar líffilmu sem gerir nítrunargerlum kleift að vaxa stöðugt á himnunni. Langur seyrualdur tryggir ákjósanlega nítrification, nær 100% ammoníak köfnunarefnisfjarlægingu, sem leysir algjörlega ófullnægjandi nítrification.

1. UCT/MUCT ferli (leystu nítrattruflunum)

• Frárennslisgæði: COD=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, allt uppfyllir "Losunarstaðall mengunarefna fyrir fráveituhreinsistöðvar sveitarfélaga" (GB (18918-2002) Class A staðall;

• Áhrif vatnsgæði (líkir eftir lágu C/N hlutfalli, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;

• Örveruvirkni: Hlutfall neytandi fjölfosfats-uppsöfnunarbaktería (DNPAOs) í kerfinu nær 40,5%, sem bætir verulega nýtingu kolefnisgjafa og útilokar þörfina fyrir frekari utanaðkomandi kolefnisgjafa.

• Fjarlægingarvirkni: Hlutfall COD-fjarlægingar 85,8%, TN-fjarlægingarhlutfall 76,9%, TP-fjarlægingarhlutfall 98%, stöðug köfnunarefnis- og fosfóreyðandi áhrif án sveiflna;

2. Umsnúið A²/O ferli (kolefnisuppspretta forgangsraðað til að fjarlægja nitur)

Kjarnabreyting: Aðlögun röð þriggja geymihlutanna í súrefnislaus → loftfirrð → loftháð, engin þörf á nýjum búnaði, aðeins að stilla stefnu vatnsrennslis, hentugur fyrir lítil-endurbætur á núverandi verksmiðjum.

• Skilahlutfall seyru: 100%, sem tryggir stöðugan seyrustyrk í A²/O hlutanum og veitir nægan lífmassa fyrir DNPAO og fjölfosfat-uppsöfnunarlífverur (PAO).

• Innra ávöxtunarhlutfall: Stýrt með 250%. Þetta hlutfall veitir nægilegu magni af nítrötum í A²/O anoxíska hlutann á sama tíma og það forðast óhóflega orkunotkun vegna óhóflegrar ávöxtunar, sem býður upp á bestu kostnaðar-hagkvæmni.

• Örverustjórnun: Með því að hámarka rekstrarbreytur er hlutfall denitrifying PAOs í kerfinu stöðugt við 40,5%, sem hámarkar denitrification og fosfórfjarlægingu.

• Stýring á uppleystu súrefni (DO): A²/O loftháð hluti DO=1–2 mg/L (uppfyllir kröfur um fosfórupptöku PAOs og forðast óhóflega orkusóun vegna mikillar DO); BAF hluti DO=4–5 mg/L (uppfyllir nítrunarkröfur nítrunargerla og tryggir að ammoníak köfnunarefni sé fjarlægt að fullu).

3. JHB ferli

Kjarnabreyting: Anoxic for-denitrification tankur er bætt við eftir leiðinni sem skilað er inn í loftfirrt stigið. Seyrjan sem skilað er fer fyrst inn í þennan tank, þar sem hún gengst undir for-denitrification með því að nota hluta af innstreymi COD, sem dregur enn frekar úr nítratinnihaldi seyru.

• Kjarnabreyting: Hefðbundið A²/O ferli „leðju sem er skilað á loftfirrt stig“ er stillt á „eðju sem skilað er í súrefnislausa tankinn,“ sem gerir seyru sem skilað er til að gangast undir denitrification á anoxísku stigi fyrst og neyta nítrötanna sem hún ber með sér.

• Breytingaráhrif: Eftir denitrification á loftfirrtu stigi er eðjan sem fer inn í loftfirrt stig næstum nítrat-laus og losunarvirkni fosfórs á loftfirrtu stigi eykst um 50%+, sem leysir í grundvallaratriðum vandamálið með truflun nítrats við fosfórfjarlægingu. Sérstaklega MUCT ferlið bætir við tveimur súrefnislausum tönkum til að aðgreina seyruhreinsun enn frekar frá blönduðu áfengishreinsun, sem leiðir til stöðugri frammistöðu og hæfis fyrir skólphreinsistöðvar með alvarlega nítrattruflun.

• Forgangsúthlutun kolefnisgjafa: Hrávatn fer fyrst inn í súrefnislausa svæðið, þar sem afoxandi bakteríur fá helst kolefnisgjafa, sem bætir verulega skilvirkni denitrification og leysir vandamálið með ófullnægjandi denitrification við lágt C/N hlutfall.

• Rekstrar- og viðhaldskostir: Einfaldað ferli, engin þörf á viðbótarbúnaði eða rekstrar- og viðhaldskostnaði, stutt breytingaferli og lítil innleiðingarerfiðleikar, sem gerir það að einni af ákjósanlegustu lausnunum til að uppfæra núverandi verksmiðjur.

• Stöðugari fosfórfjarlæging: Pólýfosfat-söfnunarbakteríur eru í „svelti“ á súrefnislausu svæði. Eftir að þeir hafa farið inn í loftfirrt svæði gleypa þeir kolefnisgjafa og losa fosfór á skilvirkari hátt, sem leiðir til ítarlegra loftháðs fosfórs frásogs og stöðugra fosfórfjarlægingar.

Bjartsýni greinin hefur leyst grófleikamálið, með ítarlegri upplýsingum og samfelldri rökfræði. Viltu að ég setji það saman í einnar-síðu A²/O meginreglu + færibreytu + skyndihandbók fyrir bilanaleit sem þú getur prentað út og fest í stjórnklefanum eða haft með þér?

Viðbótarathugasemdir: Þetta ferli fjallar sérstaklega um vandamálið með of hátt nítratinnihald í skilaðri seyru, með betri afköstum afnítrunar en UCT ferlið, en krefst viðbótartanks. Það er hentugur fyrir skólphreinsistöðvar með miklar kröfur um denitrification og pláss fyrir breytingar.

1. Kjarnaregla

Loftfirrt fosfórlosun → Anoxískt nitureyðing + Denitrification fosfórfjarlæging → Loftháð nitrification + Fosfórupptaka, þrjú þrep vinna samverkandi, treysta á seyru og innri endurrás í lokaðri lykkju;

2. Innbyggðar hindranir

Samkeppni um kolefnisuppsprettu, misræmi við aldur seyru og nítrattruflun-þetta þrennt er ekki hægt að leysa með hefðbundnum rekstri og viðhaldi, og eru lykilhindranir í því að uppfylla kröfur;

3. Kjarnalausn

Notkun afnítrandi fjölfosfats-uppsöfnunarbaktería (DNPAOs) fyrir „tvífalda kolefnisnýtingu“: Þetta dregur úr skorti á kolefnisgjafa á sama tíma og fjarlægir nitur og fosfór.

4. Nauðsynlegt fyrir lágt C/N hlutfall

A²/O + BAF sameinað ferlið aðskilur nítrunar- og fosfórfjarlægingu, sem gerir hvert um sig kleift að ná hámarksframmistöðu og ná stöðugt A-gráðu.

5. Forgangur til endurbóta

UCT og öfug A²/O ferlar bjóða upp á lágan kostnað, auðvelda útfærslu og krefjast ekki meiriháttar niðurrifs eða endurbyggingar, sem gerir þau hentug fyrir hraðar uppfærslur á núverandi verksmiðjum.