Analiza porównawcza efektywności usuwania azotu i fosforu pomiędzy procesami Bardenpho i AAO
1 Przegląd projektu i przebieg procesu
1.1 Przegląd projektu
Oczyszczalnia wody odzyskanej nr 5 w Xi'an (dawniej „Oczyszczalnia ścieków nr 5”, zwana dalej „WuWu”) ma całkowitą projektową przepustowość 400 000 m³/d i zajmuje powierzchnię 387,57 mu (około 258 380 m²). Obsługuje łączną powierzchnię około 5330 hektarów i zamieszkuje około 900 000 mieszkańców. Instalacja może oczyszczać ścieki bytowe i przemysłowe przy użyciu konwencjonalnego procesu AAO lub pięcioetapowego procesu Bardenpho. Do głównych obiektów oczyszczania ścieków zaliczają się sita zgrubne, przepompownie, sita drobne, napowietrzane piaskownice, osadniki pierwotne, reaktory biologiczne, osadniki wtórne, osadniki o wysokiej-wydajności, filtry typu V- i zbiorniki do dezynfekcji kontaktowej, a ścieki końcowe są odprowadzane do rzeki Ba. Jakość ścieków jest zgodna z normą klasy A określoną w tabeli 1 „Kompleksowej normy dotyczącej odprowadzania ścieków do dorzecza rzeki żółtej prowincji Shaanxi” (DB61/224-2018). (Uwaga: Limit TN jest zgodny z wymogiem 12 mg/l określonym w „Trzyletnim planie działania dotyczącym modernizacji, przykrycia i dezodoryzacji miejskiej oczyszczalni ścieków miejskich w Xi'an (2018–2020)” (dokument Urzędu Miejskiego [2018] nr. 100)). Projektowa jakość wody dopływającej i wypływającej jest pokazana wTabela 1.
1.2 Przebieg procesu
Schematy blokowe porównujące proces Bardenpho z tradycyjnym procesem AAO pokazano wRysunki 1 i 2.
2 Parametry projektowe
2.1 Projektowanie jakości wody wpływającej i wypływającej
2.2 Parametry operacyjne
Zbiorniki biologiczne biorące udział w porównaniu mają identyczne wymiary. Każdy zbiornik biologiczny jest podzielony na 3 kanały, z których jeden ma wymiary dł. × szer. × wys.=86 m × 15 m × 9 m. Średnie stężenie MLSS w zbiornikach biologicznych waha się w granicach 6500–7000 mg/l. Hydrauliczne czasy retencji (HRT) dla konwencjonalnego procesu AAO wynoszą: strefa beztlenowa 1,983 godz., strefa beztlenowa 5,534 godz., strefa tlenowa 9,029 godz., łącznie 16,546 godz. HRT dla procesu Bardenpho to: strefa beztlenowa 1,983 godz., pierwsza strefa beztlenowa 4,643 godz., pierwsza strefa tlenowa 7,163 godz., druga strefa beztlenowa 1,973 godz., druga strefa tlenowa 0,822 godz., łącznie 16,584 godz.
3 Tło projektu, cel badań i metodologia
3.1 Tło projektu i cel badań
Główne procesy oczyszczania biologicznego w WuWu to konwencjonalny proces AAO i proces Bardenpho. Konwencjonalny proces AAO jest powszechną metodą oczyszczania biologicznego w oczyszczalniach ścieków. Dzięki ciągłemu doskonaleniu chińskich standardów odprowadzania ścieków, proces Bardenpho, wywodzący się z konwencjonalnego procesu AAO i znany z wyższej wydajności usuwania azotu, został szeroko przyjęty w przydomowych oczyszczalniach ścieków. Aby ułatwić lepszy wybór procesu, firma WuWu przeprowadziła kompleksowe porównanie konwencjonalnych procesów AAO i Bardenpho pod kątem usuwania azotu i fosforu. Stanowi to podstawę do modernizacji pozostałych komunalnych przydomowych oczyszczalni ścieków i projektowania nowych projektów.
3.2 Metodologia badań
Każdy zbiornik biologiczny w WuWu ma dzienną wydajność oczyszczania wynoszącą 50 000 m³/d. Do tego doświadczenia porównawczego wybrano zbiorniki biologiczne serii A1 i B1. Seria A1 wykorzystuje proces Bardenpho, którego system biologiczny jest kolejno podzielony na: strefę beztlenową, pierwszą strefę beztlenową, pierwszą strefę tlenową, drugą strefę beztlenową i drugą strefę tlenową. Seria B1 wykorzystuje konwencjonalny proces AAO, którego system biologiczny jest kolejno podzielony na: strefę beztlenową, strefę beztlenową i strefę tlenową. Podczas eksperymentu obie serie pracowały w identycznych warunkach, z punktami poboru próbek rozmieszczonymi wzdłuż przebiegu procesu zgodnie z wymaganiami.
Metody pomiaru substancji zanieczyszczających: TP mierzono metodą spektrofotometryczną molibdenianu amonu; TN z zastosowaniem metody spektrofotometrycznej UV z alkalicznym rozkładem nadsiarczanu potasu; NH₃-N przy użyciu metody spektrofotometrycznej z odczynnikiem Nesslera; ChZT przy użyciu metody spektrofotometrycznej z dwuchromianem potasu.
4 Wyzwania operacyjne i obecny stan
Konwencjonalny proces AAO jest także odmianą procesu osadu czynnego AO. Usuwanie TN zależy całkowicie od recyrkulacji. Wyższe standardy ścieków i większe wymagane współczynniki usuwania wymagają większych przepływów recyrkulacyjnych, czemu towarzyszy zwiększone zużycie energii i środków chemicznych. W przypadku standardów klasy A konwencjonalny proces AAO jest nadal akceptowalny. Jednakże w przypadku bardziej rygorystycznych norm TN konwencjonalne procesy wyraźnie nie są już odpowiednie.
Proces Bardenpho to typowy proces składający się-z pięciu etapów. Dodanie strefy po-denitryfikacji po konwencjonalnym procesie AAO pozwala przełamać ograniczenie usuwania TN zależne od stopnia recyrkulacji, zwiększając w ten sposób usuwanie azotu. Ponieważ oczyszczalnie ścieków muszą sprostać coraz bardziej rygorystycznym normom dotyczącym odprowadzania ścieków TN, proces Bardenpho wykazuje znaczące zalety.
5 Wyniki badań i dyskusja
5.1 Usunięcie NH₃-N
Poziomy NH₃-N na dopływie stref beztlenowych i na wylocie ze zbiorników biologicznych dla A1 i B1 monitorowano wielokrotnie przez 15 dni. Wyniki są pokazane wRysunek 3. Średnie usunięcie NH₃-N w procesie Bardenpho wyniosło 12,7 mg/l, podczas gdy w konwencjonalnym procesie AAO wyniosło 11,68 mg/l. Wyniki wskazują, że w tych samych warunkach sezonowych, okresie, równomiernym rozkładzie dopływu i przy dodatku źródła węgla w-strefie przedbeztlenowej, w procesie Bardenpho uzyskano lepsze usuwanie NH₃-N niż w konwencjonalnym procesie AAO.
5.2 Usunięcie TN
Poziomy TN na dopływie stref beztlenowych i na wylocie ze zbiorników biologicznych dla A1 i B1 monitorowano wielokrotnie przez 10 dni. Wyniki są pokazane wRysunek 4. Średnie usunięcie TN w procesie Bardenpho wyniosło 6,23 mg/l, podczas gdy w konwencjonalnym procesie AAO wyniosło 2,65 mg/l. Wyniki wskazują, że w tych samych warunkach w procesie Bardenpho uzyskano lepsze całkowite usunięcie TN niż w konwencjonalnym procesie AAO.
5.3 Usuwanie TP
Poziomy TP na dopływie stref beztlenowych i na wylocie ze zbiorników biologicznych dla A1 i B1 monitorowano wielokrotnie przez 22 dni. Wyniki są pokazane wRysunek 5. Średnie usunięcie TP dla procesu Bardenpho wyniosło 0,561 mg/l, podczas gdy dla konwencjonalnego procesu AAO wyniosło 0,449 mg/l. Wyniki wskazują, że w tych samych warunkach w procesie Bardenpho uzyskano lepsze całkowite usunięcie TP niż w konwencjonalnym procesie AAO.
5.4 Usuwanie COD
Poziomy ChZT na dopływie stref beztlenowych i na wylocie ze zbiorników biologicznych dla A1 i B1 monitorowano wielokrotnie przez 9 dni. Wyniki są pokazane wRysunek 6. Średnie zużycie ChZT w procesie Bardenpho wyniosło 13 mg/L, podczas gdy w konwencjonalnym procesie AAO było to 19 mg/L. Wyniki wskazują, że w tych samych warunkach konwencjonalny proces AAO charakteryzował się większym zapotrzebowaniem na ChZT niż proces Bardenpho.
6 Wnioski i perspektywy
6.1 Wniosek
W tych samych sezonowych warunkach operacyjnych proces Bardenpho wykazał ogólny trend lepszej wydajności usuwania TN, TP i NH₃-N ze ścieków w porównaniu z konwencjonalnym procesem AAO.
Obecnie roczne zużycie środka usuwającego fosfor do oczyszczania ścieków konwencjonalnym procesem AAO w WuWu wynosi około 2961 ton; w przypadku procesu Bardenpho jest to około 2000 ton. Przekłada się to na roczną oszczędność kosztów w wysokości około 450 000 RMB, co świadczy o znacznych korzyściach ekonomicznych.
Działanie procesu Bardenpho w znacznym stopniu spełni wymagania stale zaostrzających się chińskich norm dotyczących odprowadzania ścieków i zmniejszy zanieczyszczenie w systemie wodnym dolnej rzeki Ba. Doprowadzi to do znacznej poprawy jakości wody, zarówno percepcyjnej, jak i w zakresie zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń, stopniowo przywracając funkcje środowiskowe. Ma to szczególne znaczenie dla ochrony środowiska ekologicznego dolnych jednolitych części wód. Zasadniczo oczyszczanie ścieków kontroluje zanieczyszczenie ścieków komunalnych do źródeł wód gruntowych. Dlatego pełni rolę ochronną dla miejskich źródeł zaopatrzenia w wodę i dalszych źródeł wody, stopniowo przywracając zanieczyszczone środowisko ekologiczne. Znacząco poprawi to środowisko życia mieszkańców miast oraz środowisko produkcyjne dla przemysłu i handlu, poprawi zewnętrzny wizerunek miasta oraz przyczyni się do zdrowego i zrównoważonego rozwoju gospodarki i społeczeństwa.