Подолання проблемних моментів процесів A²/O: ключові технічні шляхи одночасного видалення азоту та фосфору

Процес A²/O (анаеробний/аноксичний/аеробний) з його основними перевагами, такими як простий потік, низькі інвестиції та зручна експлуатація та обслуговування, вже давно займає домінуючу позицію в біологічному видаленні азоту та фосфору для міських стічних вод і широко використовується на різних міських очисних спорудах. Однак під час фактичної експлуатації та технічного обслуговування багато очисних установок опинились перед тією ж дилемою: TN (загальний азот) і TP (загальний фосфор) важко досягти одночасно, особливо під час очищення стічних вод із поширеним низьким співвідношенням C/N у моїй країні. Це призводить до замкнутого кола, де видалення азоту призводить до збою видалення фосфору, а видалення фосфору призводить до збою видалення азоту, що призводить до частих перевірок навколишнього середовища та виправлення, а також постійно високих витрат на експлуатацію та обслуговування.

Ця стаття, поєднуючи три основні технічні документи, відмовляється від грубих описів і починає із суті процесу. Він докладно розкриває та пояснює принципи процесу A²/O, три його властиві дефекти, основний механізм видалення фосфору з денітрифікації та оптимальну схему модифікації для стічних вод з низьким вмістом C/N. Завдяки балансу між професіоналізмом і практичністю, його можуть безпосередньо використовувати дизайнери, експлуатаційний і обслуговуючий персонал, а також спеціалісти з інженерних модифікацій.

1. Стандартний процес

Основою процесу A²/O є одночасна денітрифікація та видалення фосфору за допомогою послідовної роботи трьох реакторів у поєднанні з рециркуляцією осаду та внутрішньою рециркуляцією. Стандартний потік прозорий і простежується: необроблена вода → Анаеробний резервуар → Безкисневий резервуар → Аеробний резервуар → Вторинний відстійник → Стічні води. Весь процес не потребує складного обладнання, має низькі труднощі в експлуатації та обслуговуванні та підходить для-великомасштабного застосування.

• Повернення осаду: Вторинний відстійник → Анаеробний резервуар

• Внутрішнє повернення: Аеробний бак → Аноксичний бак

2. Три-основний принцип реакції ядра (поділ ролі кожного кроку для розуміння суті процесу)

(1) Анаеробна стадія (без молекулярного кисню, без нітратного азоту)

• Поліфосфат{0}}акумулюючі бактерії (PAO) активно вивільняють фосфор, що зберігається в їхніх тілах в анаеробному середовищі,-вільному від нітратів, водночас поглинаючи легко розкладану ГПК (біологічно розкладану органічну речовину) зі стічних вод і перетворюючи її на PHB (полі- -гідроксимасляну кислоту) для зберігання, таким чином резервуючи енергію для подальшого поглинання фосфору;

• Якщо невелика кількість нітратів існує на анаеробній стадії (переважно з повернутого осаду), денітрифікуючі бактерії переважно використовуватимуть залишкове джерело вуглецю для денітрифікації, опосередковано споживаючи джерело вуглецю, необхідне PAO, створюючи потенційну небезпеку видалення фосфору;

• Одночасно ферментуючі бактерії розкладають велику молекулярну органічну речовину в стічних водах, яку важко розкласти на леткі жирні кислоти (VFA), які легко поглинаються PAO, створюючи достатній субстрат для синтезу PHB PAO.

(2) Аноксична зона (без молекулярного кисню, містить нітратний азот)

• Денітрифікуючі бактерії використовують нітрат із рециркуляції в аеробній зоні як акцептор електронів, а залишковий ГПК у стічній воді як джерело вуглецю для відновлення нітратів до азоту (N₂), завершуючи процес денітрифікації. Це основний крок у видаленні TN.

• Деякі спеціальні поліфосфат-акумулюючі бактерії (наприклад, денітрифікуючі поліфосфат-акумулюючі бактерії DNPAOs) можуть порушити традиційне розуміння «аеробного поглинання фосфору», використовуючи нітрат замість кисню як акцептор електронів для досягнення надмірного поглинання фосфору під час денітрифікації. Це денітрифікаційне видалення фосфору, на якому ми зосередимося пізніше.

• Швидкість потоку внутрішньої рециркуляції безпосередньо визначає подачу нітратного азоту в безкисневу зону та є ключовим параметром контролю, що впливає на ефективність денітрифікації та ефект видалення фосфору в денітрифікації.

(3) Аеробна стадія (аеробна)

• Нітрифікуючі бактерії (автотрофні бактерії) у середовищі з достатньою кількістю кисню окислюють аміачний азот (NH₄⁺-N) у стічній воді до нітрату (NO₃⁻-N), завершуючи реакцію нітрифікації та забезпечуючи достатню кількість акцепторів електронів для денітрифікації та видалення фосфору на безкисневій стадії;

• Бактерії, що накопичують поліфосфат- (включаючи DNPAO), в аеробному середовищі поглинають велику кількість фосфору зі стічних вод і зберігають його у своїх тілах, в результаті чого вміст фосфору значно перевищує нормальний рівень (тобто надмірне поглинання фосфору), закладаючи основу для подальшого видалення фосфору через скидання мулу;

• Одночасно мікроорганізми на аеробній стадії ще більше розщеплюють ГПК, що залишився у стічних водах, видаляють азот, що утворюється під час процесу денітрифікації, запобігають спливанню осаду та забезпечують стабільне осідання осаду.

3. Остаточний шлях видалення азоту та фосфору

• Шлях видалення азоту: нітрифікація в аеробному резервуарі (аміачний азот → нітрат) → Денітрифікація в безкисневому резервуарі (нітрат → азот) → Азот виходить природним шляхом, досягаючи повного видалення азоту;

Багато очисних споруд вважають, що процес A²/O важко досягти стандартів, помилково пов’язуючи це з неадекватною експлуатацією та обслуговуванням. Однак це не так-основна проблема полягає в внутрішньому конфлікті між трьома типами функціональних мікроорганізмів (нітрифікуючі бактерії, денітрифікуючі бактерії та бактерії,-акумулюючі поліфосфат). Їх вимоги до життєвого середовища та поживних речовин абсолютно різні, що унеможливлює одночасне забезпечення оптимальних умов росту в одній муловій системі. Це принципова-протиріччя рівня, яку намагається подолати процес A²/O.

1. Конкуренція джерел вуглецю (основний конфлікт)

2. Сладж вікового конфлікту

• Шлях видалення фосфору: вивільнення фосфору з анаеробного резервуару (поліфосфат-акумулюючі бактерії вивільняють фосфор зі своїх тіл) → Поглинання фосфору в аеробному/безкисневому резервуарі (поліфосфат-акумулюючі бактерії надмірно поглинають фосфор зі стічних вод) → Скидання надлишкового осаду (видалення-багатого фосфором осаду із системи), повне видалення фосфору.

3. Вплив нітратів на анаеробне видалення фосфору

У традиційних процесах A²/O зворотний осад із вторинного відстійника безпосередньо надходить на анаеробну стадію. Цей зворотний мул неминуче несе велику кількість нітратів, утворених на аеробній стадії. Перебуваючи на анаеробній стадії, ці нітрати повністю порушують процес видалення фосфору трьома способами:

• Анаеробна стадія: основною потребою поліфосфат-акумулюючих бактерій є поглинання ХПК, що легко розкладається, і синтез PHB для подальшого вивільнення та поглинання фосфору. Це основа видалення фосфору і незамінна.

• Міські стічні води в моїй країні загалом страждають від низького співвідношення C/N (COD/TN < 4,5), що призводить до серйозного дефіциту джерела вуглецю. Конкуренція між двома типами мікроорганізмів за джерела вуглецю неминуче призводить до ситуації, коли один сильний, а інший слабкий-хороше видалення азоту призводить до поганого видалення фосфору; добре видалення фосфору призводить до надмірного видалення азоту.

• Аноксична стадія: основна вимога денітрифікуючих бактерій полягає у використанні COD як донора електронів для перетворення нітратів на газоподібний азот, таким чином завершуючи видалення азоту. Це також залежить від COD.

1. Принцип денітрифікації та видалення фосфору

Щоб усунути властиві дефекти процесу A²/O, найефективнішим рішенням є «подвійне використання вуглецю». Суть полягає у використанні спеціальних метаболічних характеристик денітрифікуючих поліфосфат-акумулюючих бактерій (DNPAOs/DPB), щоб дозволити одному джерелу вуглецю одночасно задовольняти потреби видалення азоту та фосфору. Це принципово зменшує конкуренцію за джерела вуглецю та конфлікт між віком осаду. Специфічний метаболічний процес полягає в наступному:

• Поліфосфат{0}}акумулюючі бактерії: це гетеротрофні бактерії зі швидким ростом. Основою їх видалення фосфору є видалення фосфору із системи шляхом скидання надлишкового мулу. Тому потрібен відносно короткий вік осаду (5–1). • 0d (0 днів): надмірно довгий вік осаду призводить до повторного-вивільнення фосфору з поліфосфат-акумулюючих бактерій, значно знижуючи ефективність видалення фосфору.

• Нітрифікуючі бактерії: це автотрофні бактерії з надзвичайно повільним ростом і розмноженням. Їм потрібен відносно тривалий вік мулу (15–25 днів), щоб стабільно вижити та завершити реакцію нітрифікації. Занадто короткий вік осаду призводить до викиду великої кількості нітрифікуючих бактерій, що робить ефективне видалення аміачного азоту неефективним.

• У процесі A²/O використовується єдина система мулу, що дозволяє встановити лише один однорідний вік мулу. Довгий вік осаду для підтримки нітрифікації призведе до фосфорних відходів, тоді як короткий вік осаду для підтримки видалення фосфору призведе до згортання нітрифікації; обидва не можуть бути досягнуті одночасно.

2. Ключові параметри для A²/O активації денітрифікації та видалення фосфору

1. Переважне споживання вуглецю: Денітрифікуючі бактерії використовують нітрат як акцептор електронів, переважно споживаючи легкорозкладану ГПК на анаеробній стадії, запобігаючи поліфосфат-акумулюючим бактеріям (PAB) отримати достатню кількість вуглецю для синтезу PHB.

2. Інгібування вивільнення фосфору за допомогою PPA: для вивільнення фосфору для PPA потрібне суто анаеробне середовище без -нітратів. Присутність нітратів безпосередньо гальмує процес вивільнення фосфору, навіть призводячи до аномального «анаеробного поглинання фосфору», запобігаючи подальшому аеробному/безкисневому поглинанню фосфору та спричиняючи збій видалення фосфору.

3. Порушення анаеробного середовища: нітрати споживають анаеробне середовище на анаеробній стадії під час денітрифікації, опосередковано пригнічуючи метаболічну активність PPA.

Результати практичної перевірки: під контролем наведених вище параметрів швидкість поглинання фосфору на безкисневій стадії може досягати 69%, не вимагаючи додаткового джерела вуглецю. Одночасно покращується ефективність видалення азоту та фосфору, тоді як швидкість аерації на аеробній стадії може бути зменшена приблизно на 20%, значно заощаджуючи споживання енергії.

Низьке співвідношення C/N є звичайним явищем для міських стічних вод у моїй країні, виміряні значення часто коливаються від 3,1 до 5,9, що набагато нижче 4,5, необхідного для стабільної відповідності стандартам A²/O. Навіть з оптимізованими робочими параметрами один процес A²/O навряд чи буде стабільно відповідати стандарту розряду класу А в довгостроковій перспективі. Тому потрібен комбінований процес, щоб фундаментально усунути цей властивий недолік.

• Анаеробна стадія: DNPAO, як і звичайні поліфосфат{0}}акумулюючі бактерії, вивільняють фосфор зі своїх клітин, водночас поглинаючи ГПК, що легко розкладається зі стічних вод, синтезують PHB і зберігають його у своїх клітинах, таким чином завершуючи вивільнення фосфору та запаси джерела вуглецю.

Практика двигуна довела, що A²/O + BAF (біологічний аерований фільтр) наразі є найбільш зрілим, простим у впровадженні та-рентабельним шляхом оновлення. Основною ідеєю є «окрема операція нітрифікації та видалення фосфору», що дозволяє обом типам мікроорганізмів рости в їх оптимальному середовищі, повністю вирішуючи конфлікти віку мулу та конкуренцію джерел вуглецю.

• Основні переваги: ​​забезпечує 1 частину джерела вуглецю (PHB)=денітрифікації + видалення фосфору, безпосередньо подвоюючи використання джерела вуглецю. Для одночасного покращення денітрифікації та ефективності видалення фосфору не потрібне додаткове джерело вуглецю, ідеально підходить для стічних вод із низьким співвідношенням C/N.

• Аноксична стадія: DNPAO більше не покладаються на кисень, а використовують нітрат як акцептор електронів, одночасно відновлюючи нітрат до азоту (завершуючи денітрифікацію) і використовуючи накопичений PHB як джерело енергії для поглинання надлишку фосфору зі стічних вод (завершення видалення фосфору).

1. Основний принцип: розділення нітрифікації та видалення фосфору

2. Фактичні результати (C/N=4.2)

• Час утримування осаду (SRT): контрольований приблизно на 15 днях. Цей вік осаду задовольняє потреби росту нітрифікуючих бактерій (забезпечуючи ефективність нітрифікації), а також збалансовує збагачення та активність DNPAO, уникаючи надмірно тривалого або короткого віку осаду, який може негативно вплинути на ефективність очищення.

• Коефіцієнт внутрішньої рециркуляції: контрольований на рівні 3,0–3,5. При цьому співвідношенні концентрація нітратів у стоках безкисневого резервуару підтримується на рівні 1–3 мг/л, забезпечуючи достатню кількість акцепторів електронів для DNPAO, не спричиняючи надмірного потрапляння нітратів у анаеробну зону та перешкоджаючи вивільненню фосфору.

• Співвідношення аноксичного/анаеробного об’єму: відповідне збільшення співвідношення об’єму безкисневої зони подовжує час перебування DNPAO в безкисневій зоні, посилюючи денітрифікацію та видалення фосфору.

• Суворий контроль нітратів в анаеробній секції: завдяки оптимізації методу рефлюксу концентрація нітратів в анаеробній секції контролюється на<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.

3. Оптимальні робочі параметри

• Секція A²/O (короткий вік мулу 5–10 днів): нітрифікація припинена, зосереджуючись на «анаеробному вивільненні фосфору + видаленні фосфору безкисневої денітрифікації». Налаштування короткого віку осаду забезпечує ефективне видалення фосфору поліфосфат-акумулюючими бактеріями через скидання осаду, тоді як DNPAO використовують свій внутрішній PHB для денітрифікації, максимізуючи використання обмежених джерел вуглецю.

• Внутрішня конструкція рефлюксу: нітрифікований розчин (збагачений нітратами), отриманий у секції BAF, кип’ятять із зворотним холодильником до безкисневої секції A²/O, забезпечуючи достатню кількість акцепторів електронів для DNPAO, утворюючи замкнутий цикл «нітрифікація BAF → видалення фосфору денітрифікацією A²/O», досягаючи стандартів одночасного видалення азоту та фосфору.

• Стадія BAF (довгий вік осаду 30 днів+): призначений для нітрифікації. Пакувальний матеріал бака BAF утворює біоплівку, що дозволяє нітрифікуючим бактеріям стабільно розвиватися на мембрані. Довгий вік осаду забезпечує оптимальну нітрифікацію, досягаючи майже 100% видалення азоту аміаку, повністю усуваючи недостатню нітрифікацію.

1. Процес UCT/MUCT (вирішити інтерференцію нітратів)

• Якість стічних вод: COD=34мг/л, TN=13.3мг/л, TP=0.1мг/л, усі відповідають «Стандарту скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд» (Стандарт GB (18918-2002) клас A;

• Впливова якість води (імітація умов низького співвідношення C/N, C/N=4.2): COD=240мг/л, TN=57мг/л, TP=5.1мг/л;

• Мікробна активність: частка бактерій, що накопичують денітрифікуючий поліфосфат- (DNPAO), у системі досягає 40,5%, що значно покращує використання джерела вуглецю, усуваючи потребу в додаванні додаткового зовнішнього джерела вуглецю.

• Ефективність видалення: швидкість видалення COD 85,8%, швидкість видалення TN 76,9%, швидкість видалення TP 98%, стабільний ефект видалення азоту та фосфору без коливань;

2. Інвертований процес A²/O (пріоритет джерела вуглецю для видалення азоту)

Основна модифікація: налаштування послідовності трьох секцій резервуару на безкисневий → анаеробний → аеробний, не потребує нового обладнання, лише регулює напрямок потоку води, підходить для-здешевої модернізації існуючих установок.

• Коефіцієнт повернення мулу: 100%, що забезпечує стабільну концентрацію мулу в секції A²/O та забезпечує достатню біомасу для DNPAO та поліфосфат-акумулюючих організмів (PAO).

• Внутрішній коефіцієнт повернення: контролюється на 250%. Це співвідношення забезпечує достатню кількість нітратів для безкисневої секції A²/O, уникаючи надмірного споживання енергії через надмірне повернення, забезпечуючи найкращу -ефективність витрат.

• Мікробний контроль: завдяки оптимізації робочих параметрів частка денітрифікуючих ПАО в системі стабілізується на рівні 40,5%, максимізуючи денітрифікацію та видалення фосфору.

• Контроль розчиненого кисню (РК): A²/O аеробної секції DO=1–2 мг/л (задовольняє вимоги щодо поглинання фосфору PAO та уникає надмірних витрат енергії через високий рівень DO); Розділ BAF DO=4–5 мг/л (відповідає вимогам нітрифікації нітрифікуючих бактерій і забезпечує повне видалення аміачного азоту).

3. Процес JHB

Модифікація ядра: на шляху зворотного осаду до анаеробної стадії додається безкислородний резервуар для попередньої -денітрифікації. Повернений мул спочатку надходить у цей резервуар, де він проходить попередню -денітрифікацію з використанням частини ГПК, що надходить, що ще більше знижує вміст нітратів у мулі.

• Модифікація ядра: традиційний процес A²/O «осад, що повертається на анаеробну стадію» налаштований на «осад, що повертається в безкисневий резервуар», що дозволяє повернутому мулу спочатку пройти денітрифікацію на безкисневому етапі, споживаючи нітрати, які він несе.

• Ефект модифікації: після денітрифікації на безкисневій стадії осад, який надходить на анаеробну стадію, майже не містить-нітратів, а ефективність вивільнення фосфору на анаеробній стадії збільшується на 50%+, що принципово вирішує проблему впливу нітратів на видалення фосфору. Процес MUCT, зокрема, додає два безкислородні резервуари для подальшого відділення денітрифікації осаду від денітрифікації змішаного розчину, що призводить до більш стабільної роботи та придатності для очисних споруд із сильним впливом нітратів.

• Пріоритетний розподіл джерел вуглецю: необроблена вода спочатку потрапляє в безкисневу зону, де бактерії-денітрифікатори переважно отримують джерела вуглецю, значно покращуючи ефективність денітрифікації та вирішуючи проблему недостатньої денітрифікації за низьких відношень C/N.

• Переваги експлуатації та технічного обслуговування: спрощений процес, відсутність потреби в додатковому обладнанні чи витратах на експлуатацію та технічне обслуговування, короткий цикл модифікації та низькі труднощі впровадження, що робить його одним із кращих рішень для модернізації існуючих установок.

• Більш стабільне видалення фосфору: бактерії,-акумулюючі поліфосфат, перебувають у «голодному стані» в безкисневій зоні. Після входу в анаеробну зону вони поглинають джерела вуглецю та вивільняють фосфор більш ефективно, що призводить до більш ретельного аеробного поглинання фосфору та більш стабільного видалення фосфору.

Оптимізована стаття вирішила проблему шорсткості, надавши більш детальну інформацію та зрозумілішу логіку. Чи бажаєте ви, щоб я зібрав це на одній-сторінці принцип A²/O + параметр + короткий довідковий посібник з усунення несправностей, щоб ви його роздрукували та прикріпили в диспетчерській або носили з собою?

Додаткові примітки: цей процес спеціально вирішує проблему надмірно високого вмісту нітратів у поверненому мулі з кращими показниками денітрифікації, ніж процес UCT, але вимагає додаткового резервуара. Він підходить для очисних споруд з високими вимогами до денітрифікації та можливістю модифікації.

1. Основний принцип

Анаеробне виділення фосфору → Видалення безкисневого азоту + Видалення фосфору денітрифікацією → Аеробна нітрифікація + Поглинання фосфору, три стадії, що працюють синергетично, покладаючись на мул і внутрішню рециркуляцію в замкнутому циклі;

2. Внутрішні перешкоди

Конкуренція джерел вуглецю, розбіжності у віці осаду та втручання нітратів-ці три не можна вирішити за допомогою традиційної експлуатації та технічного обслуговування, і вони є ключовими перешкодами для досягнення відповідності;

3. Основне рішення

Використання денітрифікуючих поліфосфат-акумулюючих бактерій (DNPAO) для «подвійного використання вуглецю»: це зменшує дефіцит джерела вуглецю, одночасно досягаючи видалення азоту та фосфору.

4. Необхідний для низьких відношень C/N

Комбінований процес A²/O + BAF розділяє нітрифікацію та видалення фосфору, що дозволяє кожному досягти оптимальної продуктивності та постійно досягати стандартів класу A.

5. Пріоритет дообладнання

Процеси UCT та інвертований A²/O пропонують низьку вартість, легкість впровадження та не вимагають значного руйнування чи реконструкції, що робить їх придатними для швидкої модернізації існуючих установок.