Комплексний аналіз процесів, які зазвичай використовуються на міських очисних спорудах

Основною метою очищення міських стічних вод є видалення забруднюючих речовин, таких як COD, BOD₅, TN і TP, зі стічних вод, щоб відповідати стандартам скиду (основне дотримання стандарту класу A "Стандарту скиду забруднюючих речовин для міських очисних споруд" GB 18918-2002). Сучасні основні процеси зосереджені на біологічному очищенні в поєднанні з установками попередньої та вдосконаленої очистки, утворюючи повний процес «попередньої обробки - основної обробки - вдосконаленої обробки – утилізації мулу». Нижче наведено детальний вступ до шести найбільш широко використовуваних процесів, охоплюючи їхні принципи, ключові параметри, переваги та недоліки, а також застосовні сценарії, а також враховуючи технічні деталі та інженерну здійсненність.

1. Принцип процесу

Використовуючи активний мул як ядро, в аеробних умовах мікроорганізми адсорбують і розкладають органічні забруднювачі у стічних водах, досягаючи очищення стічних вод шляхом відокремлення мулу-води. Основний процес: Барний екран → Піскокамера → Первинний відстійник → Аеротенк → Вторинний відстійник → Дезінфекція та скидання; залишковий осад концентрують, зневоднюють і потім утилізують.

2. Основні параметри конструкції
* Час гідравлічного утримування (HRT): 8-12 годин, з HRT більше або дорівнює 6 годинам в аеротенку;
* Час утримування мулу (SRT): 3-5 днів (застосовується лише для видалення органічних речовин, без функцій видалення азоту та фосфору);
* Органічне навантаження (F/M): 0,2-0,4 кг BOD₅/(кгMLSS·d);
* Концентрація DO в аеротенку: 2-3 мг/л за допомогою примусової або механічної аерації.

3. Переваги та недоліки
* Переваги: ​​розвинена технологія, стабільна робота, висока ефективність обробки органічних речовин (BOD₅ швидкість видалення 85%-90%) і відносно низька інвестиційна вартість;
* Недоліки: відсутність функцій видалення азоту та фосфору, що ускладнює відповідність поточним стандартам класу А; велике утворення шламу, схильне до ниткоподібного утворення; великий розмір і відносно високе енергоспоживання.

4. Застосовні сценарії
* Підходить для раніше-збудованих очисних споруд з низькими стандартами скиду або як установка попередньої обробки промислових стічних вод; наразі він рідко використовується окремо в нових проектах, але переважно як базовий модуль для вдосконалення процесу.

1. Принцип процесу
Процес A²O (анаеробний-безкисневий-аеробний) забезпечує одночасне видалення азоту та фосфору завдяки синергічній дії трьох зон: фосфор-акумулюючі бактерії вивільняють фосфор в анаеробній зоні, денітрифікуючі бактерії видаляють азот у безкисневій зоні, а нітрифікуючі бактерії нітрифікують і фосфор-акумулюючі бактерії поглинають фосфор в аеробній зоні. Модифікована версія (з додаванням перед-аноксидного бака) вирішує проблему конкуренції джерела вуглецю між денітрифікацією та видаленням фосфору, посилюючи ефект видалення азоту та фосфору. Основний процес: попередня обробка → Анаеробний резервуар → Попередній-аноксильний резервуар → Аноксидний резервуар → Аеробний резервуар → Вторинний відстійник → Поглиблене очищення → Скидання.

2. Основні параметри конструкції

Загальна ЗГТ: 10-12 год, співвідношення анаеробна:аноксична:аеробна ЗГТ=1:3:5;
Час утримання осаду (SRT): 10-12 днів при температурі навколишнього середовища, 15 днів при низькій температурі (для збалансування вимог нітрифікації та видалення фосфору);
Коефіцієнт рециркуляції: коефіцієнт рециркуляції змішаного розчину 200%-300% (регульована частота), коефіцієнт рециркуляції осаду 50%-80%;
Контроль DO: анаеробна зона менше або дорівнює 0,2 мг/л, безкиснева зона менше або дорівнює 0,5 мг/л, аеробна зона 2-3 мг/л.

3. Переваги та недоліки

Переваги: ​​чудова ефективність видалення азоту та фосфору (ступінь видалення TN 70%-80%, швидкість видалення TP 80%-90%), постійна відповідність стандартам класу A; зріла технологія, помірні експлуатаційні витрати, підходить для міських стічних вод із великими коливаннями якості води;
Недоліки: Існують невідповідності параметрів між видаленням азоту та фосфору (конфлікт вимог SRT, коефіцієнта рециркуляції); стічні води з низьким-вуглецевим джерелом потребують зовнішнього джерела вуглецю; трохи більший розмір.

4. Застосовні сценарії

Наразі це переважний процес для нового будівництва, розширення та модернізації міських очисних споруд, особливо підходить для муніципальних проектів з очищення стічних вод, що вимагають одночасного контролю викидів азоту та фосфору. Його також можна адаптувати до складних стічних вод, що містять невелику кількість промислових стічних вод (необхідне коригування коефіцієнта біорозкладаності).

1. Принцип процесу

Цей процес поєднує технологію мембранного розділення з біологічним очищенням, замінюючи вторинний відстійник мембранними модулями для досягнення ефективного відокремлення мулу-води. Основний потік: Попередня обробка → Біологічний резервуар (можна використовувати конфігурації A²O, SBR тощо) → Мембранний резервуар → Дезінфекція та злив. Мембранні модулі можуть утримувати мікроорганізми, підтримуючи високу концентрацію MLSS у біологічному резервуарі та покращуючи нітрифікацію та видалення органічних речовин.

2. Основні параметри конструкції

Концентрація MLSS: 6000-8000 мг/л (значно вище, ніж традиційні процеси);
Час утримування осаду (SRT): 20-30 днів (покращена нітрифікація, підходить для низькотемпературних стічних вод із низьким вмістом C/N);
Мембранний потік: 10-20 л/(м²·год), потребує регулярного фізичного/хімічного очищення;
Споживання енергії: 0,6-1,0 кВт-год/м³ (включаючи енергоспоживання аерації та мембранного всмоктування).

3. Переваги та недоліки

Переваги: ​​відмінна якість стоків (TN менше або дорівнює 8 мг/л, TP менше або дорівнює 0,3 мг/л), що відповідає вимогам для підвищення якості води майже до -класу IV; слід лише 1/3-1/2 від традиційних процесів; відсутність ризику випадання осаду, висока стабільність роботи;
Недоліки: висока вартість мембранного модуля (30-40% від загальної суми інвестицій); складне обслуговування (схильність до засмічення), великі експлуатаційні витрати; більше споживання енергії, ніж традиційні біологічні процеси.

4. Застосовні сценарії

Підходить для центральних міських районів з обмеженими земельними ресурсами, проектів модернізації з суворими стандартами стоків або спеціальних сценаріїв якості води, таких як низька температура та низьке співвідношення C/N; також застосовується до децентралізованого очищення стічних вод (наприклад, житлові будинки, промислові парки).

1. Принцип процесу

Використовуючи кільцеподібний канавний реактор, стічна вода циркулює в канаві через обертові щітки або диски для аерації, створюючи чергування аеробних і безкисневих зон для досягнення деградації органічної речовини та денітрифікації. Загальні конфігурації включають канави окислення Carrousel, канави окислення Orbal та інтегровані канави окислення (включаючи вторинні відстійники).

2. Основні параметри конструкції

Загальна ЗГТ: 15-25 год (тривалий гідравлічний час утримання, сильна стійкість до ударних навантажень);
Час утримування мулу (SRT): 10-20 д (відповідає вимогам щодо видалення азоту);
Органічне навантаження (F/M): 0,05-0,15 кг БПК₅/(кгMLSS·d);
Розчинений кисень: поступовий розподіл у канаві (2-3 мг/л в аеробній зоні, 0,5-1 мг/л в безкисневій зоні).

3. Переваги та недоліки

Переваги: ​​Надзвичайно сильна стійкість до ударних навантажень, підходить для стічних вод із великими коливаннями якості та кількості води; проста експлуатація та управління, низькі витрати на обслуговування; хороший ефект видалення азоту (ступінь видалення TN 70%-75%);
Недоліки: Слабкий ефект видалення фосфору (потрібне допоміжне хімічне видалення фосфору); велика площа, високе енергоспоживання; недостатня операційна гнучкість.

4. Застосовні сценарії
Підходить для очисних споруд у малих і середніх -містах (об’єм 50 000–500 000 м³/добу), складних стічних вод із великими коливаннями якості води (включаючи невелику кількість промислових стічних вод) або проектів з обмеженими можливостями експлуатації та управління.

1. Принцип процесу

Використовуючи реактор періодичної дії, п’ять етапів завершуються в одному резервуарі: приплив, аерація (аеробний), осадження, скидання стоків і період простою. Деградація органічної речовини, видалення азоту та фосфору досягаються шляхом розподілу часу. Модифіковані версії (процеси CAST, CASS) додають зону відбору та зону попередньої-реакції для покращення продуктивності осідання осаду та ефективності видалення фосфору.

2. Основні параметри конструкції:
Один робочий цикл: 4-6 годин (включаючи 2-3 години аерації та 1-1,5 години відстоювання);
Час утримання осаду (SRT): 10-15 днів;
Концентрація MLSS: 3000-5000 мг/л;
Коефіцієнт дренажу: 1/3-1/2 (кожен дренаж не повинен перевищувати 1/2 об'єму резервуара).

3. Переваги та недоліки

Переваги: ​​Невелика площа (не потребує окремого вторинного відстійника); гнучка робота з регульованими параметрами циклу залежно від якості води; підходить для малих і середніх об'ємів води, забезпечуючи одночасне видалення азоту та фосфору.
Недоліки: Високі вимоги до автоматизованого контролю (потрібно точний контроль часу кожного етапу); недостатня стабільність якості стоків, що легко піддається впливу робочих параметрів; швидкий знос обладнання (часті пуск-зупинки клапанів і насосів).

4. Застосовні сценарії
Підходить для малих і середніх-міських очисних споруд (об’єм води менше або дорівнює 100 000 м³/день), проектів децентралізованої очистки стічних вод (таких як громади та індустріальні парки) або сценаріїв із значними коливаннями якості води, що потребують гнучкого налаштування режимів роботи.

1. Принцип процесу
Інтегрує всі етапи біологічної обробки (деградація ГПК, видалення азоту, видалення фосфору, стабілізація осаду) в одному біологічному резервуарі. Завдяки зональному дизайну та високо-ефективній системі аерації досягається одночасне видалення азоту та фосфору та зменшення мулу. Основною особливістю є система аерації BioDopp (аерація тонкою піною великої-площі), яка має високу ефективність передачі кисню та проста в обслуговуванні.

2. Основні параметри конструкції
Споживання енергії: 0,075 кВт-год/м³ (значно нижче, ніж у традиційних процесів, демонструючи значні-переваги в енергозбереженні);
Концентрація MLSS: 8 г/л (висока концентрація мулу, підвищення ефективності очищення);
Ефективність передачі кисню: 5 кгО₂/кВт-год, споживання кисню 0,2-0,3 мг/л;
Загальна ЗГТ: 8-12 годин, придатна для звичайних потреб очищення міських стічних вод.

3. Переваги та недоліки
Переваги: ​​Видатний-ефект енергозбереження (споживання енергії становить лише 1/5-1/8 традиційних процесів); висока інтеграція, невелика площа; низьке утворення осаду, що виключає необхідність комплексної утилізації осаду; просте обслуговування системи аерації (може бути очищено онлайн, без простоїв); Недоліки: високий технічний поріг, основне обладнання покладається на імпорт; підходить для певної якості води, адаптованість до стічних вод з високим вмістом солі та стійких стічних вод потребує подальшої перевірки.

4. Застосовні сценарії
Підходить для новозбудованих муніципальних очисних споруд (з метою енергозбереження та скорочення споживання) та проектів очищення стічних вод промислових парків. Його успішно застосували в Німеччині, Чехії, а також у провінціях Шанхай і Хебей у моїй країні.

Вибір процесів для міських очисних споруд вимагає комплексного розгляду п’яти ключових факторів: характеристик якості води, стандартів скидів, об’єму води, земельних ресурсів та експлуатаційних витрат. Основна логіка полягає в наступному:

• Стандарти якості води та скидання: для одночасного видалення азоту та фосфору відповідно до стандартів класу A перевагу надають модифікованим процесам A²O та MBR; для підвищення якості води майже до IV класу краще використовувати процеси MBR; для якості води з великими коливаннями перевагу надають окислювальній канаві та модифікованому процесу SBR.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 м³/день) віддати пріоритет модифікованому A²O та процесам окислення; малі та середні -станції очищення стічних вод (10 000-500 000 м³/день) можуть вибрати процеси A²O, модифікований SBR або BioDopp; децентралізовані проекти (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Земля та витрати: у міських районах, де землі мало, перевагу надають процесам MBR, SBR та BioDopp; для обмежених бюджетів перевагу надають модифікованому A²O та процесам окислення; для довгострокової-економії енергії можна розглянути процеси BioDopp.
• Експлуатація та управління: для установок з обмеженими експлуатаційними та управлінськими можливостями перевагу надають окислювальній канаві та модифікованим процесам A²O (прості в експлуатації); для тих, хто має вищий рівень автоматизації, підходять модифіковані процеси MBR і SBR.

Таким чином, модифікований процес A²O з його перевагами стабільного видалення азоту та фосфору, помірної вартості та широких можливостей адаптації залишається основним вибором для міських очисних споруд; процес MBR підходить для модернізації та вимог до компактного макета; а новіші процеси, такі як BioDopp, пропонують нові напрямки енергозбереження та скорочення викидів, а сценарії їх застосування поступово розширюватимуться в майбутньому.