A települési szennyvíztisztító telepeken gyakran használt eljárások átfogó elemzése

A települési szennyvízkezelés alapvető célja a szennyező anyagok, például KOI, BOI₅, TN és TP eltávolítása a szennyvízből, hogy megfeleljenek a kibocsátási szabványoknak (a „Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekre” GB 18918-2002 A osztályú szabvány betartása). A jelenlegi fő folyamatok középpontjában a biológiai kezelés áll, az előkezeléssel és a fejlett kezelőegységekkel kombinálva, ami az „előkezelés - magkezelés - fejlett kezelés – iszapártalmatlanítás” teljes folyamatát alkotja. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk a hat legszélesebb körben használt folyamatot, kitérve azok elveire, főbb paramétereire, előnyeire és hátrányaira, valamint az alkalmazható forgatókönyvekre, figyelembe véve a műszaki részleteket és a műszaki megvalósíthatóságot is.

1. A folyamat elve

Az eleveniszapot magként használva aerob körülmények között a mikroorganizmusok adszorbeálják és lebontják a szennyvízben lévő szerves szennyező anyagokat, így az iszap{0}}vízleválasztással elérik a szennyvíztisztítást. Alapfolyamat: Rúdszita → Szemcsekamra → Elsődleges ülepítő tartály → Levegőztető tartály → Másodlagos ülepítő tartály → Fertőtlenítés és ürítés; a maradék iszapot koncentrálják, víztelenítik, majd ártalmatlanítják.

2. Főbb tervezési paraméterek
* Hidraulikus visszatartási idő (HRT): 8-12 óra, HRT-vel nagyobb vagy egyenlő, mint 6 óra a levegőztető tartályban;
* Iszapvisszatartási idő (SRT): 3-5d (csak szervesanyag-eltávolításra alkalmazható, nitrogén- és foszforeltávolító funkciók nélkül);
* Szerves terhelés (F/M): 0,2-0,4 kgBOD5/(kgMLSS·d);
* DO Koncentráció a levegőztető tartályban: 2-3 mg/L, kényszerszellőztetéssel vagy mechanikus levegőztetéssel.

3. Előnyök és hátrányok
* Előnyök: Érett technológia, stabil működés, nagy hatékonyság a szerves anyagok kezelésében (BOD₅ eltávolítási arány 85%-90%) és viszonylag alacsony beruházási költség;
* Hátrányok: Nincs nitrogén- és foszforeltávolító funkció, ami megnehezíti a jelenlegi A osztályú szabványok teljesítését; nagy iszaptermelés, hajlamos a fonalas ömlesztésre; nagy lábnyom és viszonylag magas energiafogyasztás.

4. Alkalmazható forgatókönyvek
* Alkalmas korai-épült szennyvíztisztító telepekhez, alacsony kibocsátási normákkal, vagy ipari szennyvíz előkezelő egységeként; jelenleg ritkán használják önmagában új projektekben, de leginkább a folyamatfejlesztés alapmoduljaként.

1. A folyamat elve
Az A²O (anaerob-anoxikus-aerob) eljárás három zóna szinergetikus hatására egyidejű nitrogén- és foszforeltávolítást ér el: a foszfor-felhalmozódó baktériumok foszfort szabadítanak fel az anaerob zónában, a denitrifikáló baktériumok pedig eltávolítják az oxinitrogén- és nitrogénzónát. A foszfor-felhalmozódó baktériumok az aerob zónában szívják fel a foszfort. A módosított változat (egy elő-anoxikus tartály hozzáadásával) megoldja a szénforrás versengés problémáját a denitrifikáció és a foszfor eltávolítása között, fokozva a nitrogén- és foszforeltávolító hatást. Alapfolyamat: Előkezelés → Anaerob tartály → Elő-anoxikus tartály → Anoxikus tartály → Aerob tartály → Másodlagos ülepítő tartály → Speciális kezelés → Kibocsátás.

2. Főbb tervezési paraméterek

Teljes HRT: 10-12 óra, anaerob:anoxikus:aerob HRT arány=1:3:5;
Iszaptartási idő (SRT): 10-12 nap környezeti hőmérsékleten, 15 nap alacsony hőmérsékleten (a nitrifikációs és foszforeltávolítási követelmények kiegyensúlyozása érdekében);
Recirkulációs arány: Vegyes liquor recirkulációs arány 200%-300% (változtatható frekvencia), iszap recirkulációs arány 50%-80%;
DO Control: Anaerob zóna 0,2 mg/L vagy annál kisebb, anoxikus zóna 0,5 mg/L vagy annál kisebb, aerob zóna 2-3 mg/L.

3. Előnyök és hátrányok

Előnyök: Kiváló nitrogén- és foszforeltávolítási hatékonyság (TN eltávolítási arány 70%-80%, TP eltávolítási arány 80%-90%), következetesen megfelel az A osztályú szabványoknak; kiforrott technológia, mérsékelt üzemeltetési költség, alkalmas nagy vízminőségi ingadozású kommunális szennyvízre;
Hátrányok: A paraméterek inkonzisztenciái vannak a nitrogén és a foszfor eltávolítása között (SRT, a recirkulációs arány követelményei ütköznek); az alacsony szén-dioxid-kibocsátású szennyvízhez külső szénforrás hozzáadása szükséges; valamivel nagyobb lábnyom.

4. Alkalmazható forgatókönyvek

Jelenleg a városi szennyvíztisztító telepek új építésének, bővítésének és korszerűsítésének előnyben részesített eljárása, különösen alkalmas a nitrogén- és foszforkibocsátás egyidejű szabályozását igénylő települési szennyvízprojektekhez. Kis mennyiségű ipari szennyvizet tartalmazó komplex szennyvízhez is adaptálható (a biológiai lebonthatósági együttható módosítása szükséges).

1. A folyamat elve

Ez az eljárás a membránleválasztó technológiát a biológiai kezeléssel ötvözi, és a másodlagos ülepítő tartályt membránmodulokkal helyettesíti a hatékony iszap{0}}vízleválasztás érdekében. Magáram: Előkezelés → Biológiai tartály (A²O, SBR stb. konfigurációk használhatók) → Membrántartály → Fertőtlenítés és ürítés. A membránmodulok képesek megtartani a mikroorganizmusokat, fenntartva a magas MLSS-koncentrációt a biológiai tartályban, és fokozzák a nitrifikációt és a szervesanyag-eltávolítást.

2. Főbb tervezési paraméterek

MLSS koncentráció: 6000-8000 mg/L (jelentősen magasabb, mint a hagyományos eljárásoknál);
Iszapvisszatartási idő (SRT): 20-30 nap (fokozott nitrifikáció, alkalmas alacsony hőmérsékletű, alacsony C/N szennyvízhez);
Membránfluxus: 10-20 L/(m²·h), rendszeres fizikai/kémiai tisztítást igényel;
Energiafogyasztás: 0,6-1,0 kWh/m³ (beleértve a levegőztetés és a membránszívás energiafogyasztását).

3. Előnyök és hátrányok

Előnyök: Kiváló szennyvízminőség (TN legfeljebb 8 mg/L, TP legfeljebb 0,3 mg/L), megfelel a közel -IV. osztályú vízminőségre való feljavítás követelményeinek; A lábnyom csak 1/3-1/2-e a hagyományos eljárásoknak; nincs iszapveszteség veszélye, magas üzemi stabilitás;
Hátrányok: Magas membránmodul költség (a teljes beruházás 30-40%-át teszi ki); komplex karbantartás (eltömődésre hajlamos), magas üzemeltetési költségek; nagyobb energiafelhasználás, mint a hagyományos biológiai eljárásoknál.

4. Alkalmazható forgatókönyvek

Alkalmas városi központi területeken korlátozott földkészlettel, szigorú szennyvíz-előírásokkal rendelkező korszerűsítési projektekhez vagy speciális vízminőségi forgatókönyvekhez, mint például alacsony hőmérséklet és alacsony C/N arány; decentralizált szennyvízkezelésre is alkalmazható (pl. lakóközösségek, ipari parkok).

1. A folyamat elve

Gyűrűs{0}}árokreaktor segítségével a szennyvíz az árokban forgó kefék vagy tárcsák révén kering a levegőztetés érdekében, váltakozó aerob és anoxikus zónákat hozva létre a szerves anyagok lebontása és denitrifikációja érdekében. A gyakori konfigurációk közé tartoznak a Carrousel oxidációs árkok, az Orbal oxidációs árkok és az integrált oxidációs árkok (beleértve a másodlagos ülepítő tartályokat is).

2. Főbb tervezési paraméterek

Teljes HRT: 15-25h (hosszú hidraulikus visszatartási idő, erős ütésállóság);
Iszapvisszatartási idő (SRT): 10-20d (alkalmas a nitrogéneltávolítási követelményekhez);
Szerves terhelés (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Oldott oxigén: Fokozatos eloszlás az árkon belül (2-3mg/L aerob zónában, 0,5-1mg/L anoxikus zónában).

3. Előnyök és hátrányok

Előnyök: Rendkívül erős ütésállóság, alkalmas nagy vízminőség- és mennyiségi ingadozású szennyvízhez; egyszerű kezelés és kezelés, alacsony karbantartási költségek; jó nitrogéneltávolító hatás (TN eltávolítási arány 70%-75%);
Hátrányok: Gyenge foszforeltávolító hatás (kiegészítő kémiai foszforeltávolítást igényel); nagy lábnyom, magas energiafogyasztás; elégtelen működési rugalmasság.

4. Alkalmazható forgatókönyvek
Alkalmas kis- és közepes méretű{0}}városok szennyvíztisztító telepeihez (50 000-500 000 m³/nap), komplex szennyvízhez, nagy vízminőség-ingadozásokkal (beleértve kis mennyiségű ipari szennyvizet is), vagy korlátozott üzemeltetési és kezelési lehetőségekkel rendelkező projektekhez.

1. A folyamat elve

Egy szakaszos reaktor használatával ugyanazon a tartályon belül öt szakaszt hajtanak végre: befolyó, levegőztetés (aerob), ülepítés, szennyvíz kibocsátás és üresjárat. A szerves anyagok lebontása, a nitrogén és a foszfor eltávolítása időbeosztással valósul meg. A módosított változatok (CAST, CASS folyamatok) egy kiválasztási zónát és egy előreakciózónát adnak- az iszap ülepítési teljesítményének és a foszfor eltávolításának hatékonyságának javítása érdekében.

2. Főbb tervezési paraméterek:
Egy működési ciklus: 4-6 óra (ebből 2-3 óra levegőztetés és 1-1,5 óra ülepítés);
Iszapvisszatartási idő (SRT): 10-15 nap;
MLSS koncentráció: 3000-5000 mg/L;
Vízelvezetési arány: 1/3-1/2 (egy vízelvezetés nem haladhatja meg a tartály térfogatának 1/2-ét).

3. Előnyök és hátrányok

Előnyök: Kis helyigény (nincs szükség külön másodlagos ülepítő tartályra); rugalmas működés, a vízminőség alapján állítható ciklusparaméterekkel; alkalmas kis és közepes vízmennyiségekhez, lehetővé téve a nitrogén és foszfor egyidejű eltávolítását.
Hátrányok: Magas követelmények az automatizált vezérléssel szemben (az egyes szakaszok időzítésének pontos szabályozását igényli); a szennyvíz nem megfelelő minőségi stabilitása, amelyet könnyen befolyásolnak az üzemi paraméterek; a berendezés gyors kopása (a szelepek és szivattyúk gyakori indítása{0}}leállása).

4. Alkalmazható forgatókönyvek
Alkalmas kis és közepes méretű{0}}városi szennyvíztisztító telepekhez (vízmennyiség 100 000 m³/nap vagy annál kisebb), decentralizált szennyvízkezelési projektekhez (például közösségekhez és ipari parkokhoz), vagy jelentős vízminőség-ingadozásokkal járó, az üzemmódok rugalmas beállítását igénylő forgatókönyvekhez.

1. A folyamat elve
Az összes biológiai kezelési lépést (KOI lebontás, nitrogén eltávolítás, foszfor eltávolítás, iszap stabilizálás) egyetlen biológiai tartályba integrálja. A zónás kialakítás és a nagy hatékonyságú{1}}levegőztető rendszer egyidejű nitrogén- és foszforeltávolítást, valamint iszapcsökkentést tesz lehetővé. A fő csúcspont a BioDopp levegőztető rendszer (nagy-felületű, finom habos levegőztetés), amely magas oxigénátviteli hatékonysággal rendelkezik, és könnyen karbantartható.

2. Főbb tervezési paraméterek
Energiafogyasztás: 0,075 kWh/m³ (jelentősen alacsonyabb, mint a hagyományos eljárásoknál, ami jelentős energiamegtakarítási előnyökkel jár);
MLSS koncentráció: 8 g/L (magas iszapkoncentráció, javítja a kezelés hatékonyságát);
Oxigénátviteli hatékonyság: 5 kgO₂/kWh, Oxigénigény 0,2-0,3 mg/L;
Teljes HRT: 8-12 óra, alkalmas a rutin kommunális szennyvízkezelési igényekre.

3. Előnyök és hátrányok
Előnyök: Kiemelkedő energiatakarékos-hatás (az energiafogyasztás mindössze 1/5-1/8-a a hagyományos eljárásoknak); magas integráció, kis helyigény; alacsony iszaptermelés, kiküszöbölve az összetett iszapkezelés szükségességét; a levegőztető rendszer egyszerű karbantartása (online, leállás nélkül tisztítható); Hátrányok: Magas műszaki küszöb, a törzsberendezések importra támaszkodnak; specifikus vízminőségekre alkalmas, a magas sótartalmú és viszkető szennyvízhez való alkalmazkodóképesség további ellenőrzést igényel.

4. Alkalmazható forgatókönyvek
Alkalmas új építésű települési szennyvíztisztító telepekhez (energiatakarékosságra és fogyasztáscsökkentésre törekvő) és ipari park szennyvíztisztító projektjére. Sikeresen alkalmazták Németországban, a Cseh Köztársaságban, valamint hazám Sanghaj és Hebei tartományaiban.

A települési szennyvíztisztító telepek folyamatainak kiválasztása öt kulcsfontosságú tényező átfogó mérlegelését igényli: vízminőségi jellemzők, kibocsátási szabványok, vízmennyiség, földkészletek és működési költségek. Az alapvető logika a következő:

• Vízminőségi és vízkibocsátási szabványok: A nitrogén és foszfor egyidejű eltávolításához, hogy megfeleljen az A osztályú szabványoknak, a módosított A²O és MBR eljárások előnyben részesítendők; a közel IV. osztályú vízminőség javításához az MBR-eljárásokat részesítik előnyben; a nagy ingadozású vízminőség esetén az oxidációs árok és a módosított SBR eljárások előnyben részesítendők.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) előnyben részesíti a módosított A²O és oxidációs árkos folyamatokat; kis és közepes méretű szennyvíztisztító telepek (10 000-500 000 m³/nap) választhatnak A²O, módosított SBR vagy BioDopp eljárásokat; decentralizált projektek (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Terület és költségek: A városi központi területeken, ahol szűkös a föld, az MBR, SBR és BioDopp eljárásokat részesítik előnyben; korlátozott költségvetés esetén előnyben részesítik a módosított A²O-t és az oxidációs árkos eljárásokat; a hosszú távú energiamegtakarítás érdekében a BioDopp-eljárások jöhetnek szóba.
• Üzemeltetés és kezelés: A korlátozott működési és irányítási képességekkel rendelkező üzemek esetében az oxidációs árok és a módosított A²O folyamatok (egyszerű működtetés) előnyben részesítendők; a magasabb automatizáltsági szinttel rendelkezők számára a módosított MBR és SBR folyamatok megfelelőek.

Összefoglalva, a módosított A²O eljárás a stabil nitrogén- és foszforeltávolítás előnyeivel, mérsékelt költségével és széleskörű alkalmazkodóképességével továbbra is a fő választás a városi szennyvíztisztító telepek számára; az MBR folyamat alkalmas a frissítésre és a kompakt elrendezési követelményekre; és az olyan újabb eljárások, mint a BioDopp, új irányokat kínálnak az energiatakarékosság és a károsanyag-kibocsátás csökkentése terén, és alkalmazási forgatókönyveik a jövőben fokozatosan bővülni fognak.