Præ-Anaerob Micro-Pore Aeration Oxidation Ditch: Advanced Nutrient Removal Technology

Spildevandsbehandlingsteknologi for præ-anaerob mikro-porebeluftning Oxidationsgrøft

Indledning

Analyse afkonventionel oxidationsgrøfteprocesafslører, at ved at justere og optimere beluftningsintensitet og strømningsmønstre behandles spildevand sekventielt gennem anaerobe, anoxiske og aerobe reaktionstanke, hvilket sikrer effektiv fjernelse af organisk materiale. Dog problemstillinger som f.ekshøj samlet investeringoglav iltoverførselseffektiviteter almindelige, hvilket fører tilsuboptimal nitrogen- og fosforfjernelse. For at imødegå disse begrænsninger er der blevet udført-dybdegående forskning i den præ-anoxiske mikroporøse beluftningsoxidationsgrøftens spildevandsbehandlingsteknologi med det formål at forbedre driftseffektiviteten af ​​byspildevandsrensningsanlæg og forbedre vandressourceudnyttelsen.

1. Projektoversigt

Spildevandsrensningsanlægget i X City renser primært husspildevand og industrispildevand med en betydelig mængde industrispildevand.Den beregnede behandlingskapacitet er 10×10⁴ m³/d. Kvalitetsstandarderne for tilløb og spildevand er vist iTabel 1. I øjeblikket genbruges 30 % af det rensede spildevand som genvundet vand til termiske kraftværker, mens de resterende 70 % udledes i floder. Baseret på overfladevandsfunktionsklassifikationer og forureningsudledningsstandarderne for byspildevandsrensningsanlæg skal anlægget opfylde udledningsstandarden Grad 1B. Med igangværende byøkonomisk udvikling og stigende spildevandsudledning har anlægget implementeret aflytning af spildevandsrensning til husholdningsspildevand, udvidet kloaknettet og vedtaget den præ-anoksiske mikroporøse beluftningsoxidationsgrøftproces for at reducere forurening af byoverfladevandskilder.

2. Procesflow af den præ-anoksiske mikroporøse beluftningsoxidationsgrøft

Kernen i denne proces er kombinationen af ​​en præ-anoxisk tank og en mikroporøs beluftningsoxidationsgrøft. Behandlingsforløbet er som følger:spildevand → grovsigte → indløbspumpehus → finskærm → hvirvelkornskammer → anaerobe tank → anoxiske/aerobe zoner → sekundær sedimentationstank → desinfektionstank → spildevand. En del af slammet fra den sekundære sedimentationstank udledes til slamafvandingsanlægget inden endelig bortskaffelse. Processen fokuserer på fosforfrigivelse, biologisk nitrogenfjernelse og fosforfjernelse.

2.1 Fosforfrigivelse

I den anaerobe tank omdanner fermentative bakterier bionedbrydelige makromolekyler til mindre molekylære mellemprodukter, primært flygtige fedtsyrer (VFA'er). Under langvarige anaerobe forhold vokser polyphosphat-akkumulerende organismer (PAO'er) langsomt og frigiver fosfat fra deres celler til opløsningen ved at nedbryde polyphosphater. Denne proces giver energi til optagelse og omdannelse af lav-molekylære fedtsyrer til granulat af polyhydroxybutyrat (PHB).

2.2 Biologisk nitrogenfjernelse

Ammoniak nitrogen omdannes til nitrit og nitrat ved at nitrificere bakterier under aerobe forhold. I den anoxiske zone reducerer denitrificerende bakterier nitrat til nitrogengas, som frigives til atmosfæren. Denne proces reducerer effektivt nitrogenniveauet i spildevandet.

2.3 Fosforfjernelse

Under aerobe forhold bruger PAO'er kulstofkilder og PHB til at absorbere orthophosphat, der syntetiserer polyphosphater i deres celler. Det ophobede fosfor fjernes efterfølgende fra systemet med affaldsslammet, hvorved der opnås en effektiv fosforfjernelse.

Sammenlignet med konventionelle processer,den præ-anoksiske mikroporøse beluftningsoxidationsgrøft forenkler driften ved at eliminere primær sedimentation eller reducere dens varighed. Dette tillader større organiske partikler fra gruskammeret at trænge ind i det biologiske system, hvilket afhjælper kulstofkildemangler. De vekslende anaerobe-anoksiske-aerobe forhold hæmmer filamentøs bakterievækst, forbedrer slammets bundfældning og integrerer nitrogenfjernelse, fosforfjernelse og organisk nedbrydning. De anaerobe og anoxiske zoner skaber gunstige miljøer for nitrogen- og fosforfjernelse, mens den aerobe zone understøtter samtidig fosforfrigivelse og nitrifikation. Volumenet af den aerobe zone skal beregnes omhyggeligt for at sikre effektivitet:

Hvor:

• X: Mikrobiel slamkoncentration (mg/L)
• Y: Slamudbyttekoefficient (kgMLSS/kgBOD)
• S_e: Spildevandskoncentration (mg/L)
• S₀: Indflydelseskoncentration (mg/L)
• θ_C0: Hydraulisk retentionstid (r)
• Q: Indflydende flowhastighed (L/s)
• V₀: Effektivt volumen af ​​aerob reaktor (L)

3. Nøgleaspekter af den præ-anoxiske mikroporøse beluftningsoxidationsgrøfteteknologi

3.1 Præ-Anoxic Tank-teknologi

Den præ-anoksiske tank er vært for anaerobe mikroorganismer, der foreløbigt nedbryder og transformerer organisk materiale, hvilket reducerer slamproduktionen og letter belastningen på efterfølgende behandlingsstadier.

3.1.1 Procesflow

3.1.1.1 Influent forbehandling

Screening fjerner suspenderede stoffer som plastik, hår og køkkenaffald ved hjælp af avancerede biologiske skærme. Flow- og kvalitetsregulering sikrer homogenitet, mens sedimentering (naturlig eller kemisk-assisteret) fjerner suspenderede faste stoffer og organisk/uorganisk materiale.

3.1.1.2 Anaerob reaktion

Kontrolleret temperatur, pH og retentionstid letter grundig blanding af anaerobt slam og spildevand, hvilket forbedrer fjernelse af organisk materiale. Anaerobe reaktorer anvender blanding eller cirkulation for at fremme fermentering, der producerer CO₂, CH4 og spor af H₂S. Gas-væske-separation af faste stoffer og behandling af restgas følger.

3.1.1.3 Efter-behandling og spildevand

Resistente uorganiske og organiske forurenende stoffer behandles via aerobe processer eller adsorption af aktivt kul. Online overvågning sporer mikrobiel aktivitet og vandkvalitetsindikatorer (f.eks. F/M-forhold, opløst ilt). F/M-forholdet skal i gennemsnit være 0,06; opløst ilt i anaerobe zoner bør være 0,5-1 mg/L.

3.1.2 Proceskontrol

Nøgleforanstaltninger omfatter:

Dyrkning af anaerobt slam med høj nedbrydningsevne og opretholdelse af optimale næringsstofforhold (C:N:P ≈ 100:5:1).

Styring af organisk belastning, temperatur (30-35 grader) og pH (6,5-7,5). Den organiske belastning skal være 3–6 kgBOD₅/(m³·d).

Implementering af slamgenanvendelse for at opretholde mikrobiel koncentration og aktivitet. Afvandet slam kan genanvendes som gødning eller foder.

3.2 Mikroporøs beluftningsoxidationsgrøfteteknologi

Slamudbulning, ofte forårsaget af filamentøse bakterier eller zoogloea-ekspansion, forringer bundfældningen. Følgende ligninger beskriver mikrobiel vækst:

Hvor:

• K_d: Mikrobiel henfaldskoefficient (d^-1)
• S: Substratkoncentration (mg/L)
• K_s​: Halv-mætningskoefficient (mg/L)
• Y: Udbyttekoefficient (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Maksimal specifik væksthastighed (d^-1)
• μ: Mikrobiel væksthastighed (d^-1)
•  

Hvor:

• S_min: Minimum substratkoncentration ved steady state (mg/L)
• K_d: Mikrobiel henfaldskoefficient (d^-1)
• Ks: Halv-mætningskoefficient, dvs. substratkoncentrationen når μ=μmax/2μ=μmax​/2 (mg/L)
• Y: Udbyttekoefficient (kgMLSS/kgCOD)
• μ_max: Maksimal specifik væksthastighed (d^-1)

3.2.1 Procesdesignparametre

Spildevand passerer gennem sigte, gruskamre og anaerobe tanke (med blandere), før det kommer ind i oxidationsgrøften. Mikroporøse beluftere og nedsænkede propeller skaber vekslende aerobe/anoxiske forhold. Systemet omfatter to anaerobe tanke (2,8 timer HRT) og fire oxidationsgrøfter (8,64 timer HRT). Slamalderen er 11,3 dage.

3.2.2 Pilot-Skalenhedsdesign

Pilotsystemet omfatter et beluftet gruskammer, pumper, anaerob vælger, oxidationsgrøft, slamtilbageløbspumpe, sekundær bundfælder og spildevandspumpe. Den anaerobe vælger (2,35 m³) har tre rum med blandere og monitorer (ORP, pH). Oxidationsgrøften (26,3 m³) har flere ind-/udløb og mikroporøse diffusorer. Testning viste influentgennemsnit: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.

Konklusion

Integrationen af ​​præ-anoxiske og mikroporøse beluftningsoxidationsgrøfteteknologier forbedrer nitrogen- og fosforfjernelsen markant. Fremtidige bestræbelser bør fokusere på at optimere slamalderen, opløst ilt og slamtilbageløbsforhold for yderligere at forbedre behandlingseffektiviteten.