Συγκριτική ανάλυση της αποτελεσματικότητας αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου μεταξύ των διεργασιών Bardenpho και AAO
1 Επισκόπηση έργου και ροή διαδικασίας
1.1 Επισκόπηση έργου
Η Μονάδα Επεξεργασίας Νερού Νο. 5 της Xi'an (πρώην «Νο. 5 Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων», εφεξής «WuWu») έχει συνολική χωρητικότητα σχεδιασμού 400.000 m³/ημέρα, καλύπτοντας μια περιοχή 387,57 mu (περίπου 258.380 m²). Εξυπηρετεί συνολική έκταση περίπου 5.330 εκταρίων και πληθυσμό περίπου 900.000. Η μονάδα μπορεί να επεξεργάζεται οικιακά λύματα και βιομηχανικά λύματα χρησιμοποιώντας είτε τη συμβατική διαδικασία AAO είτε τη διαδικασία πέντε{12}}σταδίων Bardenpho. Οι κύριες δομές επεξεργασίας λυμάτων περιλαμβάνουν χονδρόκοκκα, αντλιοστάσια ανύψωσης, λεπτές σήτες, θαλάμους αεριζόμενης άμμου, δεξαμενές πρωτογενούς καθίζησης, δεξαμενές βιολογικής αντίδρασης, δεξαμενές δευτερεύουσας καθίζησης, δεξαμενές καθίζησης υψηλής απόδοσης, φίλτρα τύπου V{15} και επαφή με τις δεξαμενές απολύμανσης τελικής απολύμανσης. Η ποιότητα των λυμάτων συμμορφώνεται με το πρότυπο Βαθμού Α που καθορίζεται στον Πίνακα 1 του "Πρότυπο Ολοκληρωμένης Εκκένωσης Λυμάτων Λεκάνης Απορροής του Κίτρινου Ποταμού Επαρχία Σαανξί" (DB61/224-2018). (Σημείωση: Το όριο TN ακολουθεί την απαίτηση των 12 mg/L που ορίζεται στο "Σχέδιο Τριετούς Δράσης (2018-2020) για την αναβάθμιση, κάλυψη και απόσμηση της μονάδας επεξεργασίας αστικών αστικών λυμάτων Xi'an Municipal Urban Wastewater Treatment Plant Project (2018-2020)" (Document Δημοτικού Γραφείου 1){0). Η ποιότητα του νερού εισροής και εκροής του σχεδιασμού παρουσιάζονται στοΠίνακας 1.
1.2 Ροή διαδικασίας
Εμφανίζονται διαγράμματα ροής που συγκρίνουν τη διαδικασία Bardenpho με την παραδοσιακή διαδικασία AAOΣχήματα 1 και 2.
2 Παράμετροι σχεδίασης
2.1 Σχεδιασμός Ποιότητα εισερχόμενου και εκροού νερού
2.2 Παράμετροι λειτουργίας
Οι βιολογικές δεξαμενές που συμμετέχουν στη σύγκριση έχουν ίδιες διαστάσεις. Κάθε βιολογική δεξαμενή χωρίζεται σε 3 κανάλια, με διάσταση μονού καναλιού L × W × H=86 m × 15 m × 9 m. Η μέση συγκέντρωση MLSS στις βιολογικές δεξαμενές κυμαίνεται μεταξύ 6.500-7.000 mg/L. Οι χρόνοι υδραυλικής συγκράτησης (HRT) για τη συμβατική διαδικασία AAO είναι: Αναερόβια ζώνη 1.983 h, Ανοξική ζώνη 5.534 h, Αερόβια ζώνη 9.029 h, συνολικά 16.546 h. Οι HRT για τη διαδικασία Bardenpho είναι: Αναερόβια Ζώνη 1.983 h, Πρώτη Ανοξική Ζώνη 4.643 h, Πρώτη Αερόβια Ζώνη 7.163 h, Δεύτερη Ανοξική Ζώνη 1.973 h, Δεύτερη Αερόβια Ζώνη 0.822 h, συνολικά 16.584 h.
3 Ιστορικό Έργου, Στόχος της Έρευνας και Μεθοδολογία
3.1 Ιστορικό και ερευνητικός στόχος του έργου
Οι κύριες διεργασίες βιολογικής επεξεργασίας στο WuWu είναι η συμβατική διαδικασία AAO και η διαδικασία Bardenpho. Η συμβατική διαδικασία AAO είναι μια κοινή μέθοδος βιολογικής επεξεργασίας σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων. Με τη συνεχή βελτίωση των προτύπων απόρριψης λυμάτων της Κίνας, η διαδικασία Bardenpho, που προέρχεται από τη συμβατική διαδικασία AAO και είναι γνωστή για την υψηλότερη απόδοση αφαίρεσης αζώτου, έχει υιοθετηθεί ευρέως από τις οικιακές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Για να διευκολυνθεί η καλύτερη επιλογή διεργασιών, ο WuWu πραγματοποίησε μια ολοκληρωμένη σύγκριση των συμβατικών διεργασιών AAO και Bardenpho από την άποψη της αφαίρεσης αζώτου και φωσφόρου. Αυτό παρέχει τη βάση για την αναβάθμιση άλλων σταθμών επεξεργασίας αστικών οικιακών λυμάτων και το σχεδιασμό νέων έργων.
3.2 Μεθοδολογία Έρευνας
Κάθε βιολογική δεξαμενή στο WuWu έχει ημερήσια χωρητικότητα επεξεργασίας 50.000 m³/ημέρα. Για αυτό το συγκριτικό πείραμα επιλέχθηκαν οι βιολογικές δεξαμενές της σειράς Α1 και Β1. Η σειρά A1 χρησιμοποιεί τη διαδικασία Bardenpho, με το βιολογικό της σύστημα να χωρίζεται διαδοχικά σε: Αναερόβια Ζώνη, Πρώτη Ανοξική Ζώνη, Πρώτη Αερόβια Ζώνη, Δεύτερη Ανοξική Ζώνη και Δεύτερη Αερόβια Ζώνη. Η σειρά B1 χρησιμοποιεί τη συμβατική διαδικασία AAO, με το βιολογικό της σύστημα να χωρίζεται διαδοχικά σε: Αναερόβια Ζώνη, Ανοξική Ζώνη και Αερόβια Ζώνη. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, και οι δύο σειρές λειτουργούσαν υπό ίδιες συνθήκες, με σημεία δειγματοληψίας κατανεμημένα κατά μήκος της ροής της διεργασίας όπως απαιτείται.
Μέθοδοι μέτρησης ρύπων: Η TP μετρήθηκε με τη χρήση της φασματοφωτομετρικής μεθόδου μολυβδαινικού αμμωνίου. TN με χρήση της φασματοφωτομετρικής μεθόδου υπερθειικής πέψης αλκαλικού καλίου. NH3-N χρησιμοποιώντας τη φασματοφωτομετρική μέθοδο αντιδραστηρίου Nessler. COD με τη χρήση της φασματοφωτομετρικής μεθόδου διχρωμικού καλίου.
4 Λειτουργικές προκλήσεις και τρέχουσα κατάσταση
Η συμβατική διαδικασία AAO είναι επίσης μια παραλλαγή της διαδικασίας ενεργοποιημένης λάσπης AO. Η αφαίρεση του TN εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ανακυκλοφορία. Τα υψηλότερα πρότυπα εκροής και οι μεγαλύτεροι απαιτούμενοι ρυθμοί απομάκρυνσης απαιτούν μεγαλύτερες ροές ανακυκλοφορίας, συνοδευόμενες από αυξημένη κατανάλωση ενέργειας και χημικών. Για τα πρότυπα βαθμού Α, η συμβατική διαδικασία AAO εξακολουθεί να είναι αποδεκτή. Ωστόσο, για αυστηρότερα πρότυπα TN, οι συμβατικές διαδικασίες σαφώς δεν είναι πλέον κατάλληλες.
Η διαδικασία Bardenpho είναι μια τυπική διαδικασία πέντε-σταδίων. Με την προσθήκη μιας ζώνης μετά-απονιτροποίησης μετά τη συμβατική διαδικασία AAO, σπάει τον περιορισμό της αφαίρεσης TN που εξαρτάται από την αναλογία ανακυκλοφορίας, ενισχύοντας έτσι την απομάκρυνση αζώτου. Καθώς οι μονάδες επεξεργασίας λυμάτων αντιμετωπίζουν ολοένα και πιο αυστηρά πρότυπα απόρριψης TN, η διαδικασία Bardenpho παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα.
5 Αποτελέσματα Έρευνας και Συζήτηση
5.1 NH3-N Αφαίρεση
Τα επίπεδα NH3-N στην εισροή των αναερόβιων ζωνών και τα απόβλητα των βιολογικών δεξαμενών για Α1 και Β1 παρακολουθήθηκαν επανειλημμένα για 15 ημέρες. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΕικόνα 3. Η μέση απομάκρυνση ΝΗ3-Ν για τη διεργασία Bardenpho ήταν 12,7 mg/L, ενώ για τη συμβατική μέθοδο ΑΑΟ ήταν 11,68 mg/L. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι κάτω από τις ίδιες εποχιακές συνθήκες, χρονική περίοδο, ομοιόμορφη κατανομή εισροής και με προσθήκη πηγής άνθρακα στην προ{5}}ανοξική ζώνη, η διαδικασία Bardenpho πέτυχε καλύτερη αφαίρεση NH3-N από τη συμβατική διεργασία AAO.
5.2 Αφαίρεση TN
Τα επίπεδα ΤΝ στην εισροή των αναερόβιων ζωνών και τα απόβλητα των βιολογικών δεξαμενών για Α1 και Β1 παρακολουθήθηκαν επανειλημμένα σε διάστημα 10 ημερών. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΕικόνα 4. Η μέση αφαίρεση TN για τη διαδικασία Bardenpho ήταν 6,23 mg/L, ενώ για τη συμβατική διεργασία AAO ήταν 2,65 mg/L. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι κάτω από τις ίδιες συνθήκες, η διαδικασία Bardenpho πέτυχε καλύτερη συνολική απομάκρυνση ΤΝ από τη συμβατική διαδικασία AAO.
5.3 Αφαίρεση TP
Τα επίπεδα TP στην εισροή των αναερόβιων ζωνών και τα απόβλητα των βιολογικών δεξαμενών για Α1 και Β1 παρακολουθήθηκαν επανειλημμένα για 22 ημέρες. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΕικόνα 5. Η μέση αφαίρεση TP για τη διαδικασία Bardenpho ήταν 0,561 mg/L, ενώ για τη συμβατική διαδικασία AAO ήταν 0,449 mg/L. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι υπό τις ίδιες συνθήκες, η διαδικασία Bardenpho πέτυχε καλύτερη συνολική αφαίρεση TP από τη συμβατική διαδικασία AAO.
5.4 Αφαίρεση αντικαταβολής
Τα επίπεδα COD στην εισροή των αναερόβιων ζωνών και τα απόβλητα των βιολογικών δεξαμενών για Α1 και Β1 παρακολουθήθηκαν επανειλημμένα σε διάστημα 9 ημερών. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΕικόνα 6. Η μέση κατανάλωση COD για τη διαδικασία Bardenpho ήταν 13 mg/L, ενώ για τη συμβατική διαδικασία AAO ήταν 19 mg/L. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπό τις ίδιες συνθήκες, η συμβατική διαδικασία AAO είχε υψηλότερη ζήτηση COD από τη διαδικασία Bardenpho.
6 Συμπέρασμα και Outlook
6.1 Συμπέρασμα
Κάτω από τις ίδιες εποχιακές συνθήκες λειτουργίας, η διαδικασία Bardenpho έδειξε μια συνολική τάση ανώτερης απόδοσης αφαίρεσης για TN, TP και NH3-N στα λύματα σε σύγκριση με τη συμβατική διαδικασία AAO.
Επί του παρόντος, η ετήσια χρήση παράγοντα απομάκρυνσης φωσφόρου για την επεξεργασία λυμάτων με τη συμβατική διαδικασία AAO στο WuWu είναι περίπου 2.961 τόνοι. για τη διαδικασία Bardenpho, είναι περίπου 2.000 τόνοι. Αυτό μεταφράζεται σε ετήσια εξοικονόμηση κόστους περίπου 450.000 RMB, αποδεικνύοντας σημαντικά οικονομικά οφέλη.
Η λειτουργία της διαδικασίας Bardenpho θα ικανοποιήσει σε μεγάλο βαθμό τις απαιτήσεις των συνεχώς αυστηρότερων προτύπων απόρριψης λυμάτων της Κίνας και θα μειώσει τη ρύπανση στο κατάντη υδάτινο σύστημα του ποταμού Ba. Αυτό θα οδηγήσει σε σημαντικές βελτιώσεις στην ποιότητα του νερού, τόσο αντιληπτικά όσο και από πλευράς μειωμένων επιπέδων ρύπανσης, αποκαθιστώντας σταδιακά τις περιβαλλοντικές λειτουργίες. Έχει ιδιαίτερη σημασία για την προστασία του οικολογικού περιβάλλοντος των κατάντη υδάτινων σωμάτων. Ουσιαστικά, η επεξεργασία των λυμάτων ελέγχει τη ρύπανση των αστικών λυμάτων προς τις υπόγειες πηγές. Ως εκ τούτου, παίζει προστατευτικό ρόλο για τις αστικές πηγές ύδρευσης και τις κατάντη πηγές νερού, αποκαθιστώντας σταδιακά τα μολυσμένα οικολογικά περιβάλλοντα. Αυτό θα βελτιώσει σημαντικά το περιβάλλον διαβίωσης για τους κατοίκους των πόλεων και το περιβάλλον παραγωγής για τη βιομηχανία και το εμπόριο, θα ενισχύσει την εξωτερική εικόνα της πόλης και θα συμβάλει στην υγιή και βιώσιμη ανάπτυξη της οικονομίας και της κοινωνίας.