Sammenlignende analyse af nitrogen- og fosforfjernelseseffektivitet mellem Bardenpho- og AAO-processer
1 Projektoversigt og procesflow
1.1 Projektoversigt
Xi'an No.5 Reclaimed Water Plant (tidligere "No.5 Wastewater Treatment Plant," i det følgende benævnt "WuWu") har en samlet designkapacitet på 400.000 m³/d, der dækker et areal på 387,57 mu (ca. 258.380 m²). Det betjener et samlet areal på omkring 5.330 hektar og en befolkning på cirka 900.000. Anlægget kan behandle husspildevand og industrispildevand ved hjælp af enten den konventionelle AAO-proces eller Bardenpho-processen i fem-trin. De vigtigste spildevandsbehandlingsstrukturer omfatter grovskærme, elevatorpumpestationer, fine sigter, luftede gruskamre, primære sedimentationstanke, biologiske reaktionstanke, sekundære sedimentationstanke, højeffektive sedimentationstanke, V-filtre og kontaktdesinfektionstanke i Ba-floden, der udledes af det endelige spildevand. Spildevandskvaliteten overholder Grade A-standarden specificeret i tabel 1 i "Shaanxi Province Yellow River Basin Comprehensive Wastewater Discharge Standard" (DB61/224-2018). (Bemærk: TN-grænsen følger kravet på 12 mg/L, der er fastsat i "Xi'an kommunale byspildevandsrensningsanlæg, opgradering, dækning og deodoriseringsprojektets treårige handlingsplan (2018-2020)" (Kommunekontorets dokument [2018] nr.. 100)). Designet af indløbs- og spildevandskvaliteten er vist iTabel 1.
1.2 Procesflow
Flowcharts, der sammenligner Bardenpho-processen med den traditionelle AAO-proces, er vist iFigur 1 og 2.
2 designparametre
2.1 Design Indflydelses- og spildevandskvalitet
2.2 Driftsparametre
De biologiske tanke, der deltager i sammenligningen, deler identiske dimensioner. Hver biologisk tank er opdelt i 3 kanaler med en enkelt kanaldimension på L × B × H=86 m × 15 m × 9 m. Den gennemsnitlige MLSS-koncentration i de biologiske tanke varierer mellem 6.500~7.000 mg/L. De hydrauliske retentionstider (HRT) for den konventionelle AAO-proces er: Anaerob zone 1.983 timer, anoxisk zone 5.534 timer, aerob zone 9.029 timer, i alt 16.546 timer. HRT'erne for Bardenpho-processen er: Anaerob zone 1.983 timer, første anoxisk zone 4.643 timer, første aerob zone 7.163 timer, anden anoksisk zone 1.973 timer, anden aerob zone 0.822 timer, i alt 16.584 timer.
3 Projektbaggrund, forskningsmål og metode
3.1 Projektets baggrund og forskningsmål
De vigtigste biologiske behandlingsprocesser på WuWu er den konventionelle AAO-proces og Bardenpho-processen. Den konventionelle AAO-proces er en almindelig biologisk behandlingsmetode i spildevandsrensningsanlæg. Med den kontinuerlige forbedring af Kinas spildevandsudledningsstandarder er Bardenpho-processen, der er afledt af den konventionelle AAO-proces og kendt for sin højere nitrogenfjernelseseffektivitet, blevet bredt brugt af husholdningsspildevandsrensningsanlæg. For at lette en bedre procesudvælgelse gennemførte WuWu en omfattende sammenligning af de konventionelle AAO- og Bardenpho-processer ud fra et nitrogen- og fosforfjernelsesperspektiv. Dette giver grundlag for opgradering af andre kommunale spildevandsanlæg og projektering af nye projekter.
3.2 Forskningsmetodik
Hver biologisk tank på WuWu har en daglig behandlingskapacitet på 50.000 m³/d. Til dette sammenlignende eksperiment blev de biologiske tanke i serie A1 og B1 udvalgt. A1-serien anvender Bardenpho-processen med dets biologiske system sekventielt opdelt i: Anaerob Zone, First Anoxic Zone, First Aerobic Zone, Second Anoxic Zone og Second Aerobic Zone. B1-serien anvender den konventionelle AAO-proces, med dets biologiske system sekventielt opdelt i: Anaerob zone, Anoxisk zone og Aerob zone. Under eksperimentet fungerede begge serier under identiske forhold, med prøveudtagningspunkter fordelt langs processtrømmen efter behov.
Metoder til måling af forurenende stoffer: TP blev målt ved anvendelse af den ammoniummolybdat-spektrofotometriske metode; TN under anvendelse af den alkaliske kaliumpersulfat-fordøjelses-UV-spektrofotometriske metode; NH₃-N ved hjælp af Nessler's Reagent Spectrophotometric Method; COD ved anvendelse af den spektrofotometriske kaliumdichromatmetode.
4 Operationelle udfordringer og nuværende status
Den konventionelle AAO-proces er også en variant af AO-aktiveret slamproces. Dets TN-fjernelse afhænger helt af recirkulation. Højere spildevandsstandarder og større påkrævede fjernelseshastigheder nødvendiggør større recirkulationsstrømme, ledsaget af øget energi- og kemikalieforbrug. For Grade A-standarder er den konventionelle AAO-proces stadig acceptabel. Men for strengere TN-standarder er konventionelle processer tydeligvis ikke længere egnede.
Bardenpho-processen er en typisk fem-trinsproces. Ved at tilføje en efter--denitrifikationszone efter den konventionelle AAO-proces, bryder den begrænsningen af, at TN-fjernelse er afhængig af recirkulationsforholdet, og derved forbedrer nitrogenfjernelsen. Da spildevandsrensningsanlæg står over for stadig strengere TN-udledningsstandarder, viser Bardenpho-processen betydelige fordele.
5 Forskningsresultater og diskussion
5,1 NH₃-N Fjernelse
NH₃-N-niveauer ved indløbet af de anaerobe zoner og spildevandet fra de biologiske tanke for A1 og B1 blev overvåget gentagne gange over 15 dage. Resultater er vist iFigur 3. Den gennemsnitlige NH₃-N-fjernelse for Bardenpho-processen var 12,7 mg/L, mens den for den konventionelle AAO-proces var 11,68 mg/L. Resultaterne indikerer, at Bardenpho-processen under de samme sæsonbestemte forhold, tidsperiode, ensartet indstrømningsfordeling og med kulstofkildetilsætning i den præ-anoxiske zone opnåede bedre NH₃-N-fjernelse end den konventionelle AAO-proces.
5.2 TN Fjernelse
TN-niveauer ved indløbet af de anaerobe zoner og spildevandet fra de biologiske tanke for A1 og B1 blev overvåget gentagne gange over 10 dage. Resultater er vist iFigur 4. Den gennemsnitlige TN-fjernelse for Bardenpho-processen var 6,23 mg/L, mens den for den konventionelle AAO-proces var 2,65 mg/L. Resultaterne indikerer, at Bardenpho-processen under de samme betingelser opnåede bedre samlet TN-fjernelse end den konventionelle AAO-proces.
5.3 Fjernelse af TP
TP-niveauer ved indløbet af de anaerobe zoner og spildevandet fra de biologiske tanke for A1 og B1 blev overvåget gentagne gange over 22 dage. Resultater er vist iFigur 5. Den gennemsnitlige TP-fjernelse for Bardenpho-processen var 0,561 mg/L, mens den for den konventionelle AAO-proces var 0,449 mg/L. Resultaterne indikerer, at Bardenpho-processen under de samme betingelser opnåede bedre samlet TP-fjernelse end den konventionelle AAO-proces.
5.4 COD Fjernelse
COD-niveauer ved indløbet af de anaerobe zoner og spildevandet fra de biologiske tanke for A1 og B1 blev overvåget gentagne gange over 9 dage. Resultater er vist iFigur 6. Det gennemsnitlige COD-forbrug for Bardenpho-processen var 13 mg/L, mens det for den konventionelle AAO-proces var 19 mg/L. Resultaterne indikerer, at den konventionelle AAO-proces under de samme forhold havde et højere COD-behov end Bardenpho-processen.
6 Konklusion og udsigter
6.1 Konklusion
Under de samme sæsonbestemte driftsforhold viste Bardenpho-processen en overordnet tendens med overlegen fjernelseseffektivitet for TN, TP og NH₃-N i spildevand sammenlignet med den konventionelle AAO-proces.
I øjeblikket er det årlige forbrug af fosforfjernende middel til behandling af spildevand med den konventionelle AAO-proces ved WuWu ca. 2.961 tons; for Bardenpho-processen er det cirka 2.000 tons. Dette oversættes til en årlig omkostningsbesparelse på omkring 450.000 RMB, hvilket viser betydelige økonomiske fordele.
Driften af Bardenpho-processen vil i høj grad opfylde kravene i Kinas løbende skærpede spildevandsudledningsstandarder og reducere forureningen i Ba River-vandsystemet nedstrøms. Dette vil føre til betydelige forbedringer i vandkvaliteten, både perceptuelt og i form af reducerede forureningsniveauer, og gradvist genoprette miljøfunktioner. Det har særlig betydning for at beskytte det økologiske miljø i nedstrøms vandområder. Grundlæggende kontrollerer spildevandsrensning forureningen af byspildevand til grundvandskilder. Derfor spiller det en beskyttende rolle for byernes vandforsyningskilder og nedstrøms vandkilder, og genopretter gradvist forurenede økologiske miljøer. Dette vil markant forbedre livsmiljøet for byboere og produktionsmiljøet for industri og handel, styrke byens image udadtil og bidrage til en sund og bæredygtig udvikling af økonomien og samfundet.