O analiză cuprinzătoare a proceselor utilizate în mod obișnuit în stațiile de epurare a apelor uzate urbane

Obiectivul principal al epurării apelor uzate urbane este eliminarea poluanților precum COD, BOD₅, TN și TP din apele uzate pentru a îndeplini standardele de deversare (respectarea standardului de clasă A din „Standardul de evacuare a poluanților pentru stațiile de tratare a apelor uzate urbane” GB 18918-2002). Procesele curente principale sunt centrate pe tratarea biologică, combinată cu unități de pretratare și tratare avansată, formând un proces complet de „pretratare - tratare de bază - tratare avansată - eliminarea nămolului”. Următoarele oferă o introducere detaliată a celor șase procese cele mai utilizate pe scară largă, acoperind principiile acestora, parametrii cheie, avantajele și dezavantajele și scenariile aplicabile, luând în considerare și detaliile tehnice și fezabilitatea inginerească.

1. Principiul procesului

Folosind nămolul activat ca nucleu, în condiții aerobe, microorganismele adsorb și degradează poluanții organici din apele uzate, realizând purificarea apei uzate prin separarea apei-nămolului. Proces de bază: Sită bar → Cameră de nisip → Rezervor de sedimentare primar → Rezervor de aerare → Rezervor de sedimentare secundar → Dezinfectare și descărcare; nămolul rezidual este concentrat, deshidratat și apoi eliminat.

2. Parametrii cheie de proiectare
* Timp de retenție hidraulică (HRT): 8-12h, cu HRT mai mare sau egal cu 6h în rezervorul de aerare;
* Timp de retenție a nămolului (SRT): 3-5d (aplicabil numai pentru îndepărtarea materiei organice, fără funcții de îndepărtare a azotului și fosforului);
* Încărcare organică (F/M): 0,2-0,4kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* Concentrația DO în rezervorul de aerare: 2-3mg/L, folosind aerare forțată sau aerare mecanică.

3. Avantaje și dezavantaje
* Avantaje: Tehnologie matură, funcționare stabilă, eficiență ridicată în tratarea materiei organice (rata de eliminare a DBO₅ 85%-90%) și cost de investiție relativ scăzut;
* Dezavantaje: Nu există funcții de îndepărtare a azotului și fosforului, ceea ce face dificilă îndeplinirea standardelor actuale de clasă A; producție mare de nămol, predispus la înmulțirea filamentoasă; amprentă mare și consum relativ mare de energie.

4. Scenarii aplicabile
* Potrivit pentru stațiile de tratare a apelor uzate construite timpuriu-cu standarde scăzute de deversare sau ca unitate de pretratare a apelor uzate industriale; în prezent, este rareori folosit singur în proiecte noi, dar mai ales ca modul de bază pentru îmbunătățirea procesului.

1. Principiul procesului
Procesul A²O (anaerob-anoxic-aerob) realizează eliminarea simultană a azotului și a fosforului prin acțiunea sinergică a trei zone: bacteriile care acumulează fosfor-eliberează fosfor în zona anaerobă, bacteriile denitrificante elimină azotul din zona anoxică și bacteriile nitrificante{{2}nitrifiante absorbiază; fosfor în zona aerobă. Versiunea modificată (cu adăugarea unui rezervor pre-anoxic) rezolvă problema concurenței surselor de carbon între denitrificare și eliminarea fosforului, sporind efectul de îndepărtare a azotului și a fosforului. Proces de bază: Pretratare → Rezervor anaerob → Rezervor pre-anoxic → Rezervor anoxic → Rezervor aerob → Rezervor de sedimentare secundar → Tratament avansat → Descărcare.

2. Parametrii cheie de proiectare

HRT total: 10-12 ore, raport HRT anaerob:anoxic:aerob=1:3:5;
Timp de retenție a nămolului (SRT): 10-12 zile la temperatura ambiantă, 15 zile la temperatură scăzută (pentru a echilibra cerințele de nitrificare și eliminarea fosforului);
Raport de recirculare: raport de recirculare a lichidului mixt 200%-300% (frecvență variabilă reglabilă), raport de recirculare a nămolului 50%-80%;
Control DO: zonă anaerobă mai mică sau egală cu 0,2 mg/l, zonă anoxică mai mică sau egală cu 0,5 mg/l, zonă aerobă 2-3 mg/l.

3. Avantaje și dezavantaje

Avantaje: Eficiență excelentă de îndepărtare a azotului și fosforului (rata de îndepărtare a TN 70%-80%, rata de îndepărtare a TP 80%-90%), îndeplinind în mod constant standardele de clasă A; tehnologie matură, cost de operare moderat, potrivită pentru apele uzate municipale cu fluctuații mari de calitate a apei;
Dezavantaje: Există inconsecvențe de parametri între îndepărtarea azotului și fosforului (SRT, cerințele raportului de recirculare conflict); apele reziduale cu surse scăzute de carbon-necesită adăugarea unei surse externe de carbon; amprenta la sol ceva mai mare.

4. Scenarii aplicabile

În prezent, procesul preferat pentru construcția nouă, extinderea și modernizarea stațiilor de tratare a apelor uzate urbane, potrivit în special pentru proiectele de apă uzată municipală care necesită controlul simultan al emisiilor de azot și fosfor. De asemenea, poate fi adaptat la ape uzate complexe care conțin cantități mici de ape uzate industriale (este necesară ajustarea coeficientului de biodegradabilitate).

1. Principiul procesului

Acest proces combină tehnologia de separare prin membrană cu tratamentul biologic, înlocuind rezervorul de sedimentare secundar cu module cu membrană pentru a obține o separare eficientă a nămolului-apei. Flux de miez: Pretratare → Rezervor biologic (pot fi utilizate configurații A²O, SBR, etc.) → Rezervor cu membrană → Dezinfecție și descărcare. Modulele membranare pot reține microorganismele, menținând o concentrație mare de MLSS în rezervorul biologic și îmbunătățind nitrificarea și îndepărtarea materiei organice.

2. Parametrii cheie de proiectare

Concentrație MLSS: 6000-8000 mg/L (semnificativ mai mare decât procesele tradiționale);
Timp de retenție a nămolului (SRT): 20-30 de zile (nitrificare îmbunătățită, potrivită pentru ape uzate la temperatură joasă, C/N scăzut);
Flux de membrană: 10-20 L/(m²·h), care necesită curățare fizică/chimică regulată;
Consum de energie: 0,6-1,0 kWh/m³ (inclusiv consumul de energie de aerare și aspirare cu membrană).

3. Avantaje și dezavantaje

Avantaje: calitate excelentă a efluentului (TN mai mică sau egală cu 8 mg/L, TP mai mică sau egală cu 0,3 mg/L), îndeplinind cerințele pentru îmbunătățirea calității apei la -clasa IV; amprenta la sol este doar 1/3-1/2 fata de procesele traditionale; fără risc de pierdere a nămolului, stabilitate operațională ridicată;
Dezavantaje: Costul ridicat al modulelor cu membrană (reprezentând 30%-40% din investiția totală); întreținere complexă (predispusă la înfundare), costuri de operare ridicate; consum de energie mai mare decât procesele biologice tradiționale.

4. Scenarii aplicabile

Potrivit pentru zonele centrale urbane cu resurse de teren limitate, proiecte de modernizare cu standarde stricte de efluent sau scenarii speciale de calitate a apei, cum ar fi temperatura scăzută și raportul C/N scăzut; aplicabil și epurării descentralizate a apelor uzate (de exemplu, comunități rezidențiale, parcuri industriale).

1. Principiul procesului

Folosind un reactor de șanț în formă de inel-, apa uzată circulă în șanț prin perii sau discuri rotative pentru aerare, creând zone aerobe și anoxice alternative pentru a obține degradarea și denitrificarea materiei organice. Configurațiile comune includ șanțuri de oxidare Carrousel, șanțuri de oxidare Orbal și șanțuri de oxidare integrate (inclusiv rezervoare secundare de sedimentare).

2. Parametrii cheie de proiectare

HRT total: 15-25h (timp mare de retenție hidraulică, rezistență puternică la sarcini de șoc);
Timp de retenție a nămolului (SRT): 10-20d (potrivit pentru cerințele de îndepărtare a azotului);
Încărcare organică (F/M): 0,05-0,15 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
Oxigen dizolvat: Distribuție graduală în șanț (2-3mg/L în zona aerobă, 0.5-1mg/L în zona anoxică).

3. Avantaje și dezavantaje

Avantaje: Rezistență extrem de puternică la sarcini de șoc, potrivită pentru apele uzate cu fluctuații mari ale calității și cantității apei; operare si gestionare simpla, costuri reduse de intretinere; efect bun de îndepărtare a azotului (rata de îndepărtare a TN 70%-75%);
Dezavantaje: Efect slab de îndepărtare a fosforului (necesită îndepărtarea chimică auxiliară a fosforului); amprentă mare, consum mare de energie; flexibilitate operațională insuficientă.

4. Scenarii aplicabile
Potrivit pentru stațiile de tratare a apelor uzate din orașele mici și mijlocii{0}}(volum 50.000-500.000 m³/zi), ape uzate complexe cu fluctuații mari ale calității apei (inclusiv o cantitate mică de ape uzate industriale) sau proiecte cu capacități limitate de operare și management.

1. Principiul procesului

Folosind un reactor intermitent, în cadrul aceluiași rezervor sunt parcurse cinci etape: influent, aerare (aerobă), sedimentare, evacuare a efluentului și perioada de inactivitate. Degradarea materiei organice, eliminarea azotului și fosforului se realizează prin alocare de timp. Versiunile modificate (procesele CAST, CASS) adaugă o zonă de selecție și o zonă de pre-reacție pentru a îmbunătăți performanța de decantare a nămolului și eficiența de îndepărtare a fosforului.

2. Parametri cheie de proiectare:
Un ciclu de funcționare: 4-6 ore (inclusiv 2-3 ore de aerare și 1-1,5 ore de sedimentare);
Timp de retenție a nămolului (SRT): 10-15 zile;
Concentrație MLSS: 3000-5000 mg/L;
Raport de drenaj: 1/3-1/2 (fiecare drenaj nu trebuie să depășească 1/2 din volumul rezervorului).

3. Avantaje și dezavantaje

Avantaje: Amprentă mică (nu este nevoie de un rezervor de sedimentare secundar separat); funcționare flexibilă, cu parametri de ciclu reglabili în funcție de calitatea apei; potrivit pentru volume mici sau medii de apă, permițând eliminarea simultană a azotului și fosforului.
Dezavantaje: Cerințe ridicate pentru control automat (necesită un control precis al cronometrajului fiecărei etape); stabilitate insuficientă a calității efluentului, ușor de afectat de parametrii de funcționare; uzura rapidă a echipamentului (pornire{0}}frecventă a supapelor și pompelor).

4. Scenarii aplicabile
Potrivit pentru stațiile de epurare a apelor uzate din orașele mici și mijlocii-(volum de apă mai mic sau egal cu 100.000 m³/zi), proiecte descentralizate de tratare a apelor uzate (cum ar fi comunități și parcuri industriale) sau scenarii cu fluctuații semnificative ale calității apei care necesită o ajustare flexibilă a modurilor de funcționare.

1. Principiul procesului
Integrează toate etapele de tratare biologică (degradarea COD, îndepărtarea azotului, îndepărtarea fosforului, stabilizarea nămolului) într-un singur rezervor biologic. Prin proiectarea în zone și un sistem de aerare cu-eficiență ridicată, se realizează eliminarea simultană a azotului și fosforului și reducerea nămolului. Punctul principal este sistemul de aerare BioDopp (aerare cu spumă fină cu suprafață mare-), care are o eficiență ridicată a transferului de oxigen și este ușor de întreținut.

2. Parametrii cheie de proiectare
Consum de energie: 0,075 kWh/m³ (semnificativ mai mic decât procesele tradiționale, demonstrând avantaje substanțiale de economisire a energiei-);
Concentrație MLSS: 8 g/L (concentrație mare de nămol, sporind eficiența tratamentului);
Eficiența transferului de oxigen: 5 kgO₂/kWh, cererea de oxigen 0,2-0,3 mg/L;
HRT total: 8-12 ore, potrivit pentru nevoile de rutină de tratare a apelor uzate municipale.

3. Avantaje și dezavantaje
Avantaje: efect remarcabil de economisire a energiei-(consumul de energie este doar 1/5-1/8 din procesele tradiționale); integrare ridicată, amprentă mică; producție scăzută de nămol, eliminând necesitatea eliminării complexe a nămolului; întreținere ușoară a sistemului de aerare (poate fi curățat online, fără timp de nefuncționare); Dezavantaje: prag tehnic ridicat, echipamentele de bază se bazează pe importuri; potrivite pentru calitățile specifice ale apei, adaptabilitatea la ape uzate cu conținut ridicat de sare și recalcitrante necesită o verificare suplimentară.

4. Scenarii aplicabile
Potrivit pentru stațiile municipale de tratare a apelor uzate nou construite (care urmăresc conservarea energiei și reducerea consumului) și proiectele de tratare a apelor uzate din parcuri industriale. A fost aplicat cu succes în Germania, Republica Cehă și provinciile Shanghai și Hebei din țara mea.

Selecția proceselor pentru stațiile de epurare a apelor uzate urbane necesită luarea în considerare cuprinzătoare a cinci factori cheie: caracteristicile de calitate a apei, standardele de deversare, volumul de apă, resursele de teren și costurile de operare. Logica de bază este următoarea:

• Standarde de calitate și evacuare a apei: Pentru îndepărtarea simultană a azotului și fosforului pentru a îndeplini standardele de clasă A, sunt preferate procesele modificate A²O și MBR; pentru îmbunătățirea calității apei la clasa a IV-a, se preferă procesele MBR; pentru calitatea apei cu fluctuații mari se preferă șanțul de oxidare și procesele SBR modificate.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) prioritizează procesele A²O modificate și șanțurile de oxidare; Stațiile de epurare a apelor uzate mici și mijlocii-(10.000-500.000 m³/zi) pot alege procese A²O, SBR modificat sau BioDopp; proiecte descentralizate (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Teren și costuri: în zonele centrale urbane unde terenul este limitat, sunt preferate procesele MBR, SBR și BioDopp; pentru bugete limitate, sunt preferate procesele A²O modificate și șanțuri de oxidare; pentru economii de energie-pe termen lung, procesele BioDopp pot fi luate în considerare.
• Operare și management: Pentru instalațiile cu capacități operaționale și de management limitate, sunt preferate procesele de șanț de oxidare și A²O modificate (simple de operat); pentru cei cu niveluri mai ridicate de automatizare, procesele MBR și SBR modificate sunt potrivite.

În rezumat, procesul A²O modificat, cu avantajele sale de îndepărtare stabilă a azotului și fosforului, cost moderat și adaptabilitate largă, rămâne alegerea principală pentru stațiile de tratare a apelor uzate urbane; procesul MBR este potrivit pentru cerințele de modernizare și de aspect compact; și procese mai noi, cum ar fi BioDopp, oferă noi direcții pentru conservarea energiei și reducerea emisiilor, iar scenariile lor de aplicare se vor extinde treptat în viitor.