En omfattande analys av vanliga processer i reningsverk för avloppsvatten

Huvudsyftet med rening av avloppsvatten från tätbebyggelse är att avlägsna föroreningar som COD, BOD₅, TN och TP från avloppsvatten för att uppfylla utsläppsstandarder (vanlig efterlevnad av klass A-standarden för "Discharge Standard of Pollutants for Urban Wastewater Treatment Plants" GB 18918-2002). Nuvarande vanliga processer är centrerade på biologisk rening, kombinerad med förbehandling och avancerade behandlingsenheter, som bildar en komplett process av "förbehandling - kärnbehandling - avancerad behandling - slambortskaffande." Följande ger en detaljerad introduktion till de sex mest använda processerna, som täcker deras principer, nyckelparametrar, fördelar och nackdelar och tillämpliga scenarier, samtidigt som tekniska detaljer och teknisk genomförbarhet beaktas.

1. Processprincip

Genom att använda aktivt slam som kärna, under aeroba förhållanden, adsorberar och bryter mikroorganismer ner organiska föroreningar i avloppsvatten, vilket uppnår avloppsvattenrening genom slam-vattenavskiljning. Kärnprocess: Stångskärm → Kornkammare → Primär sedimentationstank → Luftningstank → Sekundär sedimenteringstank → Desinfektion och utsläpp; restslam koncentreras, avvattnas och kasseras sedan.

2. Nyckeldesignparametrar
* Hydraulisk retentionstid (HRT): 8-12 timmar, med HRT större än eller lika med 6 timmar i luftningstanken;
* Slamretentionstid (SRT): 3-5d (endast tillämpligt för borttagning av organiskt material, utan funktioner för borttagning av kväve och fosfor);
* Organisk belastning (F/M): 0,2-0,4 kgBOD5/(kgMLSS·d);
* DO Koncentration i luftningstanken: 2-3mg/L, med tvångsluftning eller mekanisk luftning.

3. Fördelar och nackdelar
* Fördelar: Mogen teknologi, stabil drift, hög effektivitet vid behandling av organiskt material (BOD₅-avlägsningshastighet 85%-90%) och relativt låg investeringskostnad;
* Nackdelar: Inga funktioner för att avlägsna kväve och fosfor, vilket gör det svårt att uppfylla nuvarande klass A-standarder; stor slamproduktion, benägen till filamentös bulkning; stort fotavtryck och relativt hög energiförbrukning.

4. Tillämpliga scenarier
* Lämplig för tidigt-byggda avloppsreningsverk med låga utsläppsstandarder, eller som en förbehandlingsenhet för industriellt avloppsvatten; för närvarande används den sällan ensam i nya projekt, utan mest som en grundläggande modul för processförbättringar.

1. Processprincip
A²O-processen (anaerob-anoxisk-aerob) uppnår samtidig kväve- och fosforavlägsnande genom den synergistiska verkan av tre zoner: fosfor-ackumulerande bakterier frisätter fosfor i den anaeroba zonen, denitrifierande zonen, denitrifierande och denitrifierande zonen nitrifierande bakterier nitrifierar och fosfor-ackumulerande bakterier absorberar fosfor i den aeroba zonen. Den modifierade versionen (med tillägg av en pre-anoxisk tank) löser konkurrensproblemet mellan kolkällor mellan denitrifikation och fosforavlägsnande, vilket förstärker effekten av kväve- och fosforavlägsnande. Kärnprocess: Förbehandling → Anaerob tank → Pre-anoxisk tank → Anoxisk tank → Aerob tank → Sekundär sedimentationstank → Avancerad behandling → Utsläpp.

2. Nyckeldesignparametrar

Total HRT: 10-12 timmar, anaerob:anoxisk:aerob HRT-förhållande=1:3:5;
Slamretentionstid (SRT): 10-12 dagar vid rumstemperatur, 15 dagar vid låg temperatur (för att balansera kraven på nitrifikation och fosforavskiljning);
Återcirkulationsförhållande: Återcirkulationsförhållande för blandad lut 200%-300% (justerbar med variabel frekvens), återcirkulationsförhållande för slam 50%-80%;
DO-kontroll: Anaerob zon Mindre än eller lika med 0,2mg/L, anoxisk zon Mindre än eller lika med 0,5mg/L, aerob zon 2-3mg/L.

3. Fördelar och nackdelar

Fördelar: Utmärkt kväve- och fosforavlägsnande effektivitet (TN-avlägsnandegrad 70%-80%, TP-avlägsnandehastighet 80%-90%), uppfyller konsekvent klass A-standarder; mogen teknik, måttlig driftskostnad, lämplig för kommunalt avloppsvatten med stora vattenkvalitetsfluktuationer;
Nackdelar: Parameterinkonsekvenser finns mellan kväve- och fosforavlägsnande (SRT, krav på recirkulationsförhållande konflikter); avloppsvatten med låg-kolhalt kräver extern kolkälla. något större fotavtryck.

4. Tillämpliga scenarier

För närvarande den föredragna processen för nybyggnation, expansion och uppgradering av reningsverk för avloppsvatten från tätbebyggelse, speciellt lämplig för kommunala avloppsvattenprojekt som kräver samtidig kontroll av kväve- och fosforutsläpp. Den kan också anpassas till komplext avloppsvatten som innehåller små mängder industriavloppsvatten (justering av den biologiska nedbrytbarhetskoefficienten krävs).

1. Processprincip

Denna process kombinerar membranseparationsteknik med biologisk behandling, och ersätter den sekundära sedimenteringstanken med membranmoduler för att uppnå effektiv slam-vattenavskiljning. Kärnflöde: Förbehandling → Biologisk tank (A²O, SBR, etc. konfigurationer kan användas) → Membrantank → Desinfektion och tömning. Membranmodulerna kan hålla kvar mikroorganismer, bibehålla en hög MLSS-koncentration i den biologiska tanken och förbättra nitrifikation och avlägsnande av organiskt material.

2. Nyckeldesignparametrar

MLSS-koncentration: 6000-8000 mg/L (betydligt högre än traditionella processer);
Slamretentionstid (SRT): 20-30 dagar (förbättrad nitrifikation, lämplig för avloppsvatten med låg temperatur och låg C/N);
Membranflöde: 10-20 L/(m²·h), kräver regelbunden fysisk/kemisk rengöring;
Energiförbrukning: 0,6-1,0 kWh/m³ (inklusive energiförbrukning för luftning och membransug).

3. Fördelar och nackdelar

Fördelar: Utmärkt avloppskvalitet (TN Mindre än eller lika med 8 mg/L, TP Mindre än eller lika med 0,3 mg/L), uppfyller kraven för uppgradering till nära-klass IV vattenkvalitet; fotavtrycket är bara 1/3-1/2 av traditionella processer; ingen risk för slamförlust, hög driftstabilitet;
Nackdelar: Hög membranmodulkostnad (motsvarande 30%-40% av den totala investeringen); komplext underhåll (benägen att sätta igen), höga driftskostnader; högre energiförbrukning än traditionella biologiska processer.

4. Tillämpliga scenarier

Lämplig för stadskärnområden med begränsade markresurser, uppgraderingsprojekt med stränga avloppsstandarder eller speciella vattenkvalitetsscenarier som låg temperatur och lågt C/N-förhållande; även tillämpligt på decentraliserad rening av avloppsvatten (t.ex. bostadsområden, industriparker).

1. Processprincip

Med hjälp av en-ringformad dikesreaktor cirkulerar avloppsvatten i diket genom roterande borstar eller skivor för luftning, vilket skapar omväxlande aeroba och anoxiska zoner för att uppnå nedbrytning och denitrifiering av organiskt material. Vanliga konfigurationer inkluderar karruselloxidationsdiken, orbaloxidationsdiken och integrerade oxidationsdiken (inklusive sekundära sedimentationstankar).

2. Nyckeldesignparametrar

Total HRT: 15-25h (lång hydraulisk retentionstid, stark motståndskraft mot stötbelastningar);
Slamretentionstid (SRT): 10-20d (lämplig för krav på kväveavskiljning);
Organisk belastning (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Upplöst syre: Gradvis fördelning i diket (2-3mg/L i aerob zon, 0,5-1mg/L i anoxisk zon).

3. Fördelar och nackdelar

Fördelar: Extremt stark motståndskraft mot stötbelastningar, lämplig för avloppsvatten med stora fluktuationer i vattenkvalitet och kvantitet; enkel drift och hantering, låga underhållskostnader; bra kväveavlägsnande effekt (TN-avlägsningsgrad 70%-75%);
Nackdelar: Svag fosforavlägsnande effekt (kräver extra kemisk fosforborttagning); stort fotavtryck, hög energiförbrukning; otillräcklig operativ flexibilitet.

4. Tillämpliga scenarier
Lämplig för avloppsreningsverk i små och medelstora{{0} städer (volym 50 000-500 000 m³/d), komplext avloppsvatten med stora fluktuationer i vattenkvalitet (inklusive en liten mängd industriavloppsvatten) eller projekt med begränsad drift- och ledningskapacitet.

1. Processprincip

Med användning av en intermittent reaktor genomförs fem steg i samma tank: inflöde, luftning (aerob), sedimentering, utsläpp av avloppsvatten och tomgångsperiod. Nedbrytning av organiskt material, avlägsnande av kväve och fosfor uppnås genom tidsfördelning. Modifierade versioner (CAST, CASS-processer) lägger till en urvalszon och en för-reaktionszon för att förbättra slamavsättningsprestanda och fosforavskiljningseffektivitet.

2. Nyckeldesignparametrar:
En driftscykel: 4-6 timmar (inklusive 2-3 timmars luftning och 1-1,5 timmars sedimentering);
Slamretentionstid (SRT): 10-15 dagar;
MLSS-koncentration: 3000-5000 mg/L;
Dräneringsförhållande: 1/3-1/2 (varje dränering bör inte överstiga 1/2 av tankens volym).

3. Fördelar och nackdelar

Fördelar: Litet fotavtryck (inget behov av en separat sekundär sedimentationstank); flexibel drift, med justerbara cykelparametrar baserade på vattenkvalitet; lämplig för små till medelstora vattenvolymer, vilket möjliggör samtidig borttagning av kväve och fosfor.
Nackdelar: Höga krav på automatiserad styrning (kräver exakt kontroll av varje stegs timing); otillräcklig stabilitet i avloppsvattnet, lätt påverkad av driftsparametrar; snabbt slitage på utrustningen (frekvent start-stopp av ventiler och pumpar).

4. Tillämpliga scenarier
Lämplig för små och medelstora -städer för reningsverk för avloppsvatten (vattenvolym mindre än eller lika med 100 000 m³/d), decentraliserade reningsprojekt för avloppsvatten (som samhällen och industriparker) eller scenarier med betydande vattenkvalitetsfluktuationer som kräver flexibel justering av driftsätten.

1. Processprincip
Integrerar alla biologiska reningssteg (COD-nedbrytning, kvävereduktion, fosforavskiljning, slamstabilisering) i en enda biologisk tank. Genom zonutformning och ett högeffektivt luftningssystem uppnås samtidigt kväve- och fosforavskiljning och slamreduktion. Huvudhöjdpunkten är BioDopp-luftningssystemet (finskumluftning med stort-område), som har hög syreöverföringseffektivitet och är lätt att underhålla.

2. Nyckeldesignparametrar
Energiförbrukning: 0,075 kWh/m³ (betydligt lägre än traditionella processer, vilket visar på betydande energibesparingsfördelar);
MLSS-koncentration: 8 g/L (hög slamkoncentration, förbättrad behandlingseffektivitet);
Syreöverföringseffektivitet: 5 kgO₂/kWh, syrebehov 0,2-0,3 mg/L;
Total HRT: 8-12 timmar, lämplig för rutinmässiga kommunala avloppsreningsbehov.

3. Fördelar och nackdelar
Fördelar: Enastående energibesparande-effekt (energiförbrukningen är bara 1/5-1/8 av traditionella processer); hög integration, litet fotavtryck; låg slamproduktion, vilket eliminerar behovet av komplex slamhantering; enkelt underhåll av luftningssystemet (kan rengöras online, utan stillestånd); Nackdelar: Hög teknisk tröskel, kärnutrustning är beroende av import; lämplig för specifika vattenkvaliteter, anpassningsförmåga till högsalt och motstridigt avloppsvatten behöver ytterligare verifiering.

4. Tillämpliga scenarier
Lämplig för nybyggda kommunala avloppsreningsverk (strävar efter energibesparing och förbrukningsminskning) och industriparks avloppsvattenreningsprojekt. Det har tillämpats framgångsrikt i Tyskland, Tjeckien och Shanghai och Hebei-provinserna i mitt land.

Valet av processer för reningsverk för avloppsvatten från tätbebyggelse kräver omfattande övervägande av fem nyckelfaktorer: vattenkvalitetsegenskaper, utsläppsstandarder, vattenvolym, markresurser och driftskostnader. Kärnlogiken är som följer:

• Vattenkvalitets- och utsläppsstandarder: För samtidig borttagning av kväve och fosfor för att uppfylla klass A-standarder är modifierade A²O- och MBR-processer att föredra; för uppgradering till nära klass IV vattenkvalitet föredras MBR-processer; för vattenkvalitet med stora fluktuationer är oxidationsdike och modifierade SBR-processer att föredra.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) prioritera modifierade A²O- och oxidationsdikeprocesser; små och medelstora-reningsverk (10 000-500 000 m³/d) kan välja A²O, modifierad SBR eller BioDopp-processer; decentraliserade projekt (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Mark och kostnader: I stadskärnområden där det är ont om mark är MBR-, SBR- och BioDopp-processer att föredra; för begränsade budgetar föredras modifierade A²O- och oxidationsdikeprocesser; för långsiktiga-energibesparingar kan BioDopp-processer övervägas.
• Drift och förvaltning: För anläggningar med begränsad drift- och förvaltningskapacitet är oxidationsdike och modifierade A²O-processer (enkla att använda) att föredra; för dem med högre nivåer av automatisering är modifierade MBR- och SBR-processer lämpliga.

Sammanfattningsvis förblir den modifierade A²O-processen, med sina fördelar av stabil kväve- och fosforavskiljning, måttlig kostnad och bred anpassningsförmåga, det vanliga valet för reningsverk för avloppsvatten från tätorter; MBR-processen är lämplig för uppgradering och krav på kompakt layout; och nyare processer som BioDopp erbjuder nya vägar för energibesparing och utsläppsminskning, och deras tillämpningsscenarier kommer gradvis att expandera i framtiden.