Procesul A²/O (anaerob/anoxic/aerob), cu avantajele sale principale de curgere simplă, investiții reduse și funcționare și întreținere convenabilă, a deținut de multă vreme o poziție dominantă în îndepărtarea biologică a azotului și a fosforului pentru apele uzate urbane și este utilizat pe scară largă în diferite stații de tratare a apelor uzate urbane. Cu toate acestea, în exploatarea și întreținerea efectivă, multe stații de apă uzată au căzut în aceeași dilemă: TN (azot total) și TP (fosfor total) sunt dificil de realizat simultan, mai ales când se tratează ape uzate cu raportul C/N scăzut predominant în țara mea. Acest lucru duce la un cerc vicios în care îndepărtarea azotului duce la eșecul eliminării fosforului, iar eliminarea fosforului duce la eșecul eliminării azotului, ceea ce duce la inspecții și rectificări frecvente de mediu și costuri de operare și întreținere persistente ridicate.
Acest articol, care combină trei documente tehnice de bază, abandonează descrierile brute și pleacă de la esența procesului. Acesta defalcă și explică în detaliu principiile procesului A²/O, cele trei defecte inerente ale sale, mecanismul de bază al eliminării fosforului de denitrificare și schema optimă de modificare pentru apa uzată cu C/N scăzut. Echilibrând profesionalismul și caracterul practic, acesta poate fi referit și aplicat direct de către proiectanți, personalul de operare și întreținere și practicieni în modificarea ingineriei.
I. În primul rând, înțelegeți principiul complet al procesului A²/O (debit standard + logica de reacție)
1. Fluxul de proces standard
Miezul procesului A²/O este denitrificarea și îndepărtarea simultană a fosforului prin funcționarea în serie a trei reactoare, combinată cu recircularea nămolului și recircularea internă. Debitul standard este clar și urmăribil: Apă brută → Rezervor anaerob → Rezervor anoxic → Rezervor aerob → Rezervor secundar de sedimentare → Efluent. Întregul proces nu necesită echipamente complexe, are dificultăți reduse de operare și întreținere și este potrivit pentru aplicații pe scară largă-.
• Retur nămol: Rezervor secundar de sedimentare → Rezervor anaerob
• Retur intern: Rezervor aerobic → Rezervor anoxic
2. Principiul de reacție central în trei-etape (defalcarea rolului fiecărui pas pentru a înțelege esența procesului)
(1) Etapa anaerobă (fără oxigen molecular, fără azot nitrat)
• Bacteriile care acumulează polifosfat-(PAO) eliberează în mod activ fosforul stocat în corpul lor într-un mediu anaerob, lipsit de azotați-, absorbind în același timp COD (materie organică biodegradabilă) ușor degradabilă din apele uzate și transformându-l în PHB (acid poli{- -hidroxibutiric) pentru stocare, rezervând astfel energia pentru absorbție;
• Dacă în stadiul anaerob există o cantitate mică de nitrat (în mare parte din nămolul returnat), bacteriile denitrificatoare vor utiliza în mod preferenţial sursa de carbon rezidual pentru denitrificare, consumând indirect sursa de carbon cerută de PAO, creând un potenţial pericol de eliminare a fosforului;
• Simultan, bacteriile care fermentează descompun materia organică moleculară mare din apa uzată care este greu de degradat în acizi grași volatili (AGV) care sunt ușor absorbiți de PAO, oferind un substrat suficient pentru sinteza PHB de către PAO.
(2) Zona anoxică (fără oxigen molecular, conține azot nitrat)
• Bacteriile denitrificatoare folosesc azotatul din recirculare în zona aerobă ca acceptor de electroni și COD rezidual în apele uzate ca sursă de carbon pentru a reduce azotatul în azot (N₂), completând procesul de denitrificare. Acesta este pasul de bază în eliminarea TN.
• Unele bacterii speciale care acumulează polifosfat-(de exemplu, bacterii care denitrifică polifosfat-acumulând DNPAO) pot depăși înțelegerea tradițională a „absorbției aerobe de fosfor”, folosind nitrat în loc de oxigen ca acceptor de electroni pentru a obține o absorbție excesivă de fosfor în timpul denitrificării. Aceasta este eliminarea fosforului de denitrificare pe care ne vom concentra mai târziu.
• Debitul recirculării interne determină în mod direct aportul de azot azotat în zona anoxică și este un parametru cheie de control care afectează eficiența denitrificării și efectul de îndepărtare a fosforului de denitrificare.
(3) Etapa aerobă (aerobă)
• Bacteriile nitrificatoare (bacterii autotrofe), într-un mediu cu suficient oxigen, oxidează azotul amoniac (NH₄⁺{-N) din apele reziduale la nitrat (NO₃⁻-N), completând reacția de nitrificare și furnizând suficienți acceptori de electroni pentru denitrificare și îndepărtarea fosforului în stadiul de denitrificare;
• Bacteriile care acumulează-polifosfat-(inclusiv DNPAO), într-un mediu aerob, absorb cantități mari de fosfor din apele uzate și îl stochează în corpurile lor, ceea ce duce la un conținut de fosfor care depășește cu mult nivelurile normale (adică, absorbția excesivă de fosfor), punând bazele pentru îndepărtarea ulterioară a fosforului prin nămol;
• Simultan, microorganismele din stadiul aerob degradează și mai mult COD rămas în apa uzată, îndepărtează azotul generat în timpul procesului de denitrificare, împiedică plutirea nămolului și asigură o performanță stabilă de decantare a nămolului.
3. Calea finală de eliminare a azotului și a fosforului
• Calea de eliminare a azotului: Nitrificare în rezervor aerob (azot amoniac → azotat) → Denitrificare în rezervor anoxic (nitrat → azot) → Azotul scapă în mod natural, realizând eliminarea totală a azotului;
II. Puncte de durere fatale: trei defecte inerente ale procesului A²/O (principiul-contradicție de nivel)
Multe stații de epurare a apelor uzate consideră că procesul A²/O este dificil de atins standard, atribuind în mod eronat acest lucru unei operațiuni și întreținere inadecvate. Cu toate acestea, acesta nu este cazul-problema principală este conflictul inerent dintre cele trei tipuri de microorganisme funcționale (bacteriile nitrificante, bacteriile denitrificatoare și bacteriile care acumulează-polifosfat). Cerințele lor pentru mediul de viață și nutrienți sunt complet diferite, făcându-le imposibil să-și îndeplinească simultan condițiile optime de creștere în cadrul aceluiași sistem de nămol. Aceasta este contradicția-la nivel de principiu pe care procesul A²/O se străduiește să o depășească.
1. Concurența surselor de carbon (conflictul central)
2. Conflict de vârstă a nămolului
• Calea de eliminare a fosforului: eliberarea fosforului din rezervorul anaerob (bacteriile care acumulează polifosfat-eliberează fosfor din corpul lor) → Absorbția fosforului din rezervorul aerob/anoxic (bacteriile care acumulează polifosfat-absorb excesiv fosforul din apele uzate) → Deversarea excesului de nămol din sistemul bogat în fosfor (eliminarea totală a nămolului bogat în fosfor) eliminarea fosforului.
3. Interferența nitraților cu eliminarea anaerobă a fosforului
În procesele tradiționale A²/O, nămolul de retur din rezervorul secundar de sedimentare intră direct în stadiul anaerob. Acest nămol de retur transportă inevitabil o mare cantitate de nitrați produși în stadiul aerob. Odată ajunsi în stadiul anaerob, acești nitrați perturbă complet procesul de îndepărtare a fosforului în trei moduri:
• Etapa anaerobă: nevoia de bază a bacteriilor care acumulează-polifosfat este de a absorbi COD ușor degradabil și de a sintetiza PHB pentru eliberarea și absorbția ulterioară a fosforului. Acesta este fundamentul eliminării fosforului și este indispensabil.
• Apele uzate urbane din țara mea suferă în general de un raport C/N scăzut (COD/TN < 4,5), ceea ce duce la o penurie severă a surselor de carbon. Concurența dintre cele două tipuri de microorganisme pentru sursele de carbon duce inevitabil la o situație în care unul este puternic, iar celălalt slab-eliminarea bună a azotului are ca rezultat o eliminare slabă a fosforului; eliminarea bună a fosforului are ca rezultat eliminarea excesivă a azotului.
• Etapa anoxică: Cerința de bază a bacteriilor denitrificatoare este utilizarea COD ca donor de electroni pentru a transforma nitrații în azot gazos, completând astfel eliminarea azotului. Acest lucru se bazează și pe COD.
III. Cheia pentru a sparge gâtul de sticlă: denitrificarea și îndepărtarea fosforului - Utilizarea dublă a carbonului pentru a atenua conflictul în principiu
1. Principiul denitrificării și eliminării fosforului
Pentru a aborda defectele inerente ale procesului A²/O, cea mai eficientă soluție este „utilizarea dublă a carbonului”. Miezul este de a utiliza caracteristicile metabolice speciale ale bacteriilor denitrifiante care acumulează-polifosfat (DNPAO/DPB) pentru a permite unei singure surse de carbon să satisfacă simultan nevoile de îndepărtare a azotului și fosforului. Acest lucru atenuează în mod fundamental competiția pentru sursele de carbon și conflictul dintre vârsta nămolului. Procesul metabolic specific este următorul:
• Bacteriile cu-polifosfat: acestea sunt bacterii heterotrofe cu creștere rapidă. Miezul eliminării fosforului lor este eliminarea fosforului din sistem prin evacuarea nămolului în exces. Prin urmare, este necesară o vârstă relativ scurtă a nămolului (5–1). • 0d (0 zile): o vârstă excesiv de lungă a nămolului duce la re-eliberarea de fosfor din bacteriile care acumulează-polifosfat, reducând semnificativ eficiența eliminării fosforului.
• Bacteriile nitrifiante: Acestea sunt bacterii autotrofe cu rate de creștere și reproducere extrem de lente. Ele necesită o vârstă relativ lungă a nămolului (15-25 de zile) pentru a supraviețui stabil și a finaliza reacția de nitrificare. O vârstă prea scurtă a nămolului are ca rezultat evacuarea unei cantități mari de bacterii nitrificatoare, făcând ineficientă îndepărtarea eficientă a azotului amoniac.
• Procesul A²/O utilizează un singur sistem de nămol, permițând setarea unei singure vârste uniforme a nămolului. O vârstă lungă a nămolului pentru a menține nitrificarea va duce la deșeuri de fosfor, în timp ce o vârstă scurtă a nămolului pentru a menține eliminarea fosforului va duce la colapsul nitrificării; ambele nu pot fi realizate simultan.
2. Parametri cheie pentru activarea A²/O a denitrificării și îndepărtarea fosforului
1. Consum preferențial de surse de carbon: bacteriile denitrificatoare utilizează nitrat ca acceptor de electroni, consumând de preferință COD ușor degradabil în stadiul anaerob, împiedicând bacteriile care acumulează polifosfat-(PAB) să obțină suficient carbon pentru a sintetiza PHB.
2. Inhibarea eliberării de fosfor de către PPA: PPA necesită un mediu strict anaerob, lipsit de nitrați-pentru eliberarea de fosfor. Prezența nitratului inhibă direct procesul de eliberare a fosforului, conducând chiar la „absorbție anaerobă de fosfor” anormală, prevenind absorbția ulterioară de fosfor aerob/anoxic și provocând eșecul eliminării fosforului.
3. Perturbarea mediului anaerob: Nitrații consumă mediul anaerob în stadiul anaerob în timpul denitrificării, inhibând indirect activitatea metabolică a PPA.
Rezultate practice de verificare: Sub controlul parametrilor de mai sus, rata de absorbție a fosforului în stadiul anoxic poate ajunge la 69%, nefiind necesară nicio sursă suplimentară de carbon. Eficiența eliminării azotului și fosforului este simultan îmbunătățită, în timp ce rata de aerare în stadiul aerob poate fi redusă cu aproximativ 20%, economisind semnificativ consumul de energie operațional.
IV. O soluție devastatoare pentru ape uzate cu C/N scăzut: proces combinat A²/O + BAF
Rapoartele scăzute C/N sunt frecvente în apele uzate urbane din țara mea, cu valori măsurate deseori variind de la 3,1 la 5,9, mult sub cele 4,5 necesare pentru conformitatea stabilă cu standardele A²/O. Chiar și cu parametrii de funcționare optimizați, este puțin probabil ca un singur proces A²/O să îndeplinească în mod constant standardul de descărcare de clasă A pe termen lung. Prin urmare, este necesar un proces combinat pentru a aborda în mod fundamental această deficiență inerentă.
• Etapa anaerobă: DNPAO, ca bacteriile obișnuite care acumulează-polifosfat, eliberează fosfor din celulele lor în timp ce absorb COD ușor biodegradabil din apele uzate, sintetizând PHB și depozitându-l în celulele lor, completând astfel eliberarea de fosfor și rezervele de surse de carbon.
Practica motorului a dovedit că A²/O + BAF (filtru biologic aerat) este în prezent cea mai matură, ușor de implementat și mai eficientă rută de upgrade-. Ideea de bază este „operarea separată de nitrificare și îndepărtare a fosforului”, permițând ambelor tipuri de microorganisme să se dezvolte în mediile lor optime, rezolvând complet conflictele de vârstă a nămolului și competiția surselor de carbon.
• Avantaje principale: Realizează denitrificarea 1 parte sursă de carbon (PHB)=+ îndepărtarea fosforului, dublând direct utilizarea sursei de carbon. Nu este necesară nicio sursă suplimentară de carbon pentru a îmbunătăți simultan eficiența denitrificării și a eliminării fosforului, perfect potrivită pentru apele uzate cu raporturi C/N scăzute.
• Etapa anoxică: DNPAO nu se mai bazează pe oxigen, ci folosesc nitratul ca acceptor de electroni, reducând simultan azotatul la azot (finalizarea denitrificării) și utilizând PHB-ul lor stocat ca sursă de energie pentru a absorbi excesul de fosfor din apele uzate (finalizarea eliminării fosforului).
1. Principiul de bază: Separarea nitrificării și îndepărtarea fosforului
2. Rezultate reale (C/N=4.2)
• Sludge Retention Time (SRT): Controlat la aproximativ 15 zile. Această vârstă a nămolului satisface cerințele de creștere ale bacteriilor nitrificatoare (asigurând eficiența nitrificării), în același timp echilibrând îmbogățirea și activitatea DNPAO-urilor, evitând vârsta excesivă de lungă sau scurtă a nămolului care ar putea avea un impact negativ asupra eficienței tratamentului.
• Raportul de recirculare internă: controlat la 3,0–3,5. La acest raport, concentrația de nitrați din efluentul rezervorului anoxic este menținută la 1–3 mg/L, oferind suficienți acceptori de electroni pentru DNPAO, fără a provoca intrarea excesivă a nitraților în zona anaerobă și a interfera cu eliberarea de fosfor.
• Raportul de volum anoxic/anaerob: Creșterea corespunzătoare a raportului de volum al zonei anoxice prelungește timpul de rezidență al DNPAO în zona anoxică, îmbunătățind denitrificarea și eliminarea fosforului.
• Control strict al nitraților în secțiunea anaerobă: prin optimizarea metodei de reflux, concentrația de nitrați în secțiunea anaerobă este controlată la<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.
3. Parametrii optimi de funcționare
• Secțiunea A²/O (Vârsta scurtă a nămolului 5–10 zile): Nitrificarea este abandonată, concentrându-se pe „eliberarea anaerobă a fosforului + îndepărtarea fosforului prin denitrificare anoxică”. Setarea de vârstă scurtă a nămolului asigură îndepărtarea eficientă a fosforului de către bacteriile care acumulează polifosfat-prin evacuarea nămolului, în timp ce DNPAO utilizează PHB-ul lor intern pentru denitrificare, maximizând utilizarea surselor limitate de carbon.
• Design intern de reflux: lichidul nitrificat (bogat în nitrat) produs în secțiunea BAF este refluxat în secțiunea anoxică A²/O, oferind suficienți acceptori de electroni pentru DNPAO, formând o buclă închisă de „nitrificare BAF → îndepărtarea fosforului prin denitrificare A²/O”, realizând standarde simultane de eliminare a azotului și a fosforului.
• Etapa BAF (Long Sludge Age 30d+): Dedicat nitrificării. Materialul de ambalare al rezervorului BAF formează un biofilm, permițând bacteriilor nitrificatoare să crească stabil pe membrană. Vârsta lungă a nămolului asigură nitrificarea optimă, realizând eliminarea aproape 100% a azotului amoniac, rezolvând complet nitrificarea insuficientă.
V. Comenzi rapide pentru modernizarea tehnică: 3 procese mature îmbunătățite A²/O (aplicare directă, implementare cu costuri reduse-)
1. Procesul UCT/MUCT (rezolvarea interferenței nitraților)
• Calitatea efluenților: COD=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, toate îndeplinesc „Standardul de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate municipale” (GB (18918-2002) Clasa A Standard;
• Calitatea apei influente (simulând condiții de raport C/N scăzut, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;
• Activitate microbiană: proporția de bacterii denitrifiante care acumulează-polifosfat (DNPAO) în sistem atinge 40,5%, îmbunătățind semnificativ utilizarea sursei de carbon, eliminând nevoia de adăugare suplimentară a sursei externe de carbon.
• Eficiență de îndepărtare: rata de eliminare a COD 85,8%, rata de eliminare a TN 76,9%, rata de îndepărtare a TP 98%, efecte stabile de îndepărtare a azotului și fosforului fără fluctuații;
2. Proces inversat A²/O (sursa de carbon prioritizată pentru eliminarea azotului)
Modificare centrală: ajustarea secvenței celor trei secțiuni ale rezervorului la anoxic → anaerob → aerob, care nu necesită echipament nou, doar reglarea direcției de curgere a apei, potrivită pentru modernizarea cu costuri reduse-a instalațiilor existente.
• Raportul de returnare a nămolului: 100%, asigurând o concentrație stabilă a nămolului în secțiunea A²/O și oferind suficientă biomasă pentru DNPAO și organismele care-acumulează polifosfat (PAO).
• Raportul intern de rentabilitate: Controlat la 250%. Acest raport oferă suficienți nitrați secțiunii anoxice A²/O evitând în același timp consumul excesiv de energie din cauza returului excesiv, oferind cea mai bună rentabilitate-costurilor.
• Controlul microbian: Prin optimizarea parametrilor de funcționare, proporția PAO denitrificatoare din sistem este stabilizată la 40,5%, maximizând denitrificarea și eliminarea fosforului.
• Controlul oxigenului dizolvat (DO): secțiunea aerobă A²/O DO=1–2 mg/L (îndeplinește cerințele de absorbție a fosforului ale PAO și evitând risipa excesivă de energie din cauza DO ridicată); Secțiunea BAF DO=4–5 mg/L (îndeplinește cerințele de nitrificare ale bacteriilor de nitrificare și asigură eliminarea completă a azotului amoniac).
3. Procesul JHB
Modificarea miezului: se adaugă un rezervor anoxic de pre-denitrificare de-a lungul traseului nămolului returnat în stadiul anaerob. Nămolul returnat intră mai întâi în acest rezervor, unde este supus pre-denitrificarea folosind o parte din COD influent, reducând și mai mult conținutul de nitrați din nămol.
VI. Rezumat: Logica realizării procesului A²/O (Rețineți acest lucru într-o singură propoziție pentru a evita ocolirile)
• Modificarea miezului: Procesul tradițional A²/O de „nămol reîntors în stadiul anaerob” este ajustat la „nămol reîntors în rezervorul anoxic”, permițând nămolului returnat să sufere mai întâi denitrificare în stadiul anoxic, consumând nitrații pe care îi transportă.
• Efect de modificare: după denitrificare în stadiul anoxic, nămolul care intră în stadiul anaerob este aproape lipsit de nitrați-, iar eficiența de eliberare a fosforului în etapa anaerobă este crescută cu 50%+, rezolvând în mod fundamental problema interferenței nitraților cu eliminarea fosforului. Procesul MUCT, în special, adaugă două rezervoare anoxice pentru a separa în continuare denitrificarea nămolului de denitrificarea lichidului mixt, rezultând o performanță mai stabilă și o adecvare pentru stațiile de tratare a apelor uzate cu interferențe severe ale nitraților.
• Alocarea cu prioritate a surselor de carbon: Apa brută intră mai întâi în zona anoxică, unde bacteriile denitrificatoare obțin, de preferință, surse de carbon, îmbunătățind semnificativ eficiența denitrificării și rezolvând problema denitrificării insuficiente în raporturi C/N scăzute.
• Avantaje de exploatare și întreținere: Proces simplificat, fără nevoie de echipamente suplimentare sau costuri de operare și întreținere, ciclu scurt de modificare și dificultate redusă de implementare, ceea ce îl face una dintre soluțiile preferate pentru modernizarea instalațiilor existente.
• Eliminare mai stabilă a fosforului: bacteriile care acumulează-polifosfat sunt într-o „stare de foame” în zona anoxică. După ce intră în zona anaerobă, ele absorb sursele de carbon și eliberează fosfor mai eficient, rezultând o absorbție aerobă mai aprofundată a fosforului și o îndepărtare mai stabilă a fosforului.
Articolul optimizat a rezolvat problema rugozității, cu informații mai detaliate și o logică mai coerentă. Doriți să îl compilez într-un -principiu A²/O de o pagină + parametru + manual de referință rapidă pentru depanare, pe care să îl imprimați și să îl păstrați în camera de control sau să îl purtați cu dvs.?
Note suplimentare: Acest proces abordează în mod specific problema conținutului excesiv de nitrați în nămolul returnat, cu performanțe de denitrificare mai bune decât procesul UCT, dar necesită un rezervor suplimentar. Este potrivit pentru stațiile de tratare a apelor uzate cu cerințe ridicate de denitrificare și spațiu de modificare.
1. Principiul de bază
Eliberarea anaerobă a fosforului → Eliminarea azotului anoxic + Eliminarea fosforului prin denitrificare → Nitrificarea aerobă + Absorbția fosforului, trei etape care funcționează sinergic, bazându-se pe nămol și recirculare internă într-o buclă închisă;
2. Obstacole inerente
Concurența surselor de carbon, discrepanțele de vârstă a nămolului și interferența cu nitrații-aceste trei nu pot fi rezolvate prin operarea și întreținerea convenționale și reprezintă obstacole cheie în atingerea conformității;
3. Soluția de bază
Utilizarea bacteriilor denitrifiante care acumulează-polifosfat (DNPAO) pentru „utilizarea dublă a carbonului”: aceasta atenuează deficitul de surse de carbon, realizând simultan eliminarea azotului și a fosforului.
4. Esențial pentru rapoarte scăzute C/N
Procesul combinat A²/O + BAF separă nitrificarea și îndepărtarea fosforului, permițând fiecăruia să atingă performanțe optime și să atingă în mod constant standardele de gradul A.
5. Prioritate pentru modernizare
Procesele UCT și A²/O inversate oferă costuri reduse, ușurință de implementare și nu necesită demolare sau reconstrucție majoră, făcându-le potrivite pentru modernizarea rapidă a instalațiilor existente.