Išsami dažniausiai naudojamų procesų miesto nuotekų valymo įrenginiuose analizė

Pagrindinis miesto nuotekų valymo tikslas yra pašalinti iš nuotekų teršalus, pvz., ChDS, BDS₅, TN ir TP, kad jie atitiktų išleidimo standartus (pagrindinis „Miesto nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standarto“ GB 18918-2002 A klasės standarto laikymasis). Dabartiniai pagrindiniai procesai yra orientuoti į biologinį apdorojimą, kartu su išankstiniu apdorojimu ir pažangiais apdorojimo įrenginiais, kurie sudaro pilną „išankstinio apdorojimo - pagrindinio apdorojimo - pažangaus apdorojimo – dumblo šalinimo“ procesą. Toliau pateikiamas išsamus šešių plačiausiai naudojamų procesų įvadas, apimantis jų principus, pagrindinius parametrus, privalumus ir trūkumus bei taikomus scenarijus, taip pat atsižvelgiant į technines detales ir inžinerines galimybes.

1. Proceso principas

Naudojant aktyvųjį dumblą kaip pagrindą, aerobinėmis sąlygomis mikroorganizmai adsorbuoja ir skaido organinius teršalus nuotekose, todėl nuotekos išvalomos per dumblą{0}}vandens atskyrimą. Pagrindinis procesas: juostos ekranas → smėlio kamera → pirminis sedimentacijos bakas → aeracijos bakas → antrinis sedimentacijos bakas → dezinfekavimas ir išleidimas; likutinis dumblas koncentruojamas, nusausinamas ir pašalinamas.

2. Pagrindiniai projektavimo parametrai
* Hidraulinės sulaikymo laikas (HRT): 8-12h, kai PHT didesnė arba lygi 6h aeracijos bake;
* Dumblo sulaikymo laikas (SRT): 3-5d (taikoma tik organinių medžiagų šalinimui, be azoto ir fosforo šalinimo funkcijų);
* Organinė apkrova (F/M): 0,2–0,4 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO koncentracija aeracijos bake: 2-3mg/L, naudojant priverstinę aeraciją arba mechaninę aeraciją.

3. Privalumai ir trūkumai
* Privalumai: brandi technologija, stabilus veikimas, didelis organinių medžiagų apdorojimo efektyvumas (BOD₅ pašalinimo greitis 85%-90%) ir santykinai mažos investicijų sąnaudos;
* Trūkumai: nėra azoto ir fosforo šalinimo funkcijų, todėl sunku atitikti dabartinius A klasės standartus; didelė dumblo gamyba, linkusi į gijinį tūrį; didelis plotas ir palyginti didelis energijos suvartojimas.

4. Taikomi scenarijai
* Tinka anksti{0}}pastatytiems nuotekų valymo įrenginiams, kurių išleidimo standartai žemi, arba kaip pramoninių nuotekų pirminio valymo įrenginys; šiuo metu jis retai naudojamas naujuose projektuose, bet dažniausiai kaip pagrindinis procesų tobulinimo modulis.

1. Proceso principas
A²O (anaerobinis-anoksinis-aerobinis) procesas leidžia vienu metu pašalinti azotą ir fosforą, sinergiškai veikiant trims zonoms: fosforą-kaupiančios bakterijos išskiria fosforą anaerobinėje zonoje, denitrifikuojančios bakterijos pašalina oksinitro ir oksinitro zoną. fosforą-kaupiančios bakterijos sugeria fosforą aerobinėje zonoje. Modifikuota versija (su prieš-anoksiniu rezervuaru) išsprendžia anglies šaltinio konkurencijos problemą tarp denitrifikacijos ir fosforo pašalinimo, sustiprindama azoto ir fosforo šalinimo efektą. Pagrindinis procesas: išankstinis apdorojimas → anaerobinis rezervuaras → išankstinis-anoksinis bakas → beanoksinis rezervuaras → aerobinis bakas → antrinis nuosėdų rezervuaras → išplėstinis apdorojimas → išleidimas.

2. Pagrindiniai projektavimo parametrai

Bendras PHT: 10-12h, anaerobinis:anoksinis:aerobinis PHT santykis=1:3:5;
Dumblo sulaikymo laikas (SRT): 10-12 dienų esant aplinkos temperatūrai, 15 dienų žemoje temperatūroje (siekiant subalansuoti nitrifikacijos ir fosforo šalinimo reikalavimus);
Recirkuliacijos koeficientas: mišraus skysčio recirkuliacijos santykis 200%-300% (reguliuojamas kintamo dažnio), dumblo recirkuliacijos santykis 50%-80%;
DO kontrolė: Anaerobinė zona Mažiau arba lygi 0,2 mg/L, anoksinė zona Mažiau arba lygi 0,5 mg/L, aerobinė zona 2-3 mg/L.

3. Privalumai ir trūkumai

Privalumai: Puikus azoto ir fosforo šalinimo efektyvumas (TN šalinimo greitis 70%-80%, TP šalinimo greitis 80%-90%), nuolat atitinkantis A klasės standartus; brandžios technologijos, vidutinės eksploatacijos sąnaudos, tinka komunalinėms nuotekoms su dideliais vandens kokybės svyravimais;
Trūkumai: tarp azoto ir fosforo pašalinimo yra parametrų neatitikimų (SRT, prieštarauja recirkuliacijos santykio reikalavimai); Mažo-anglies šaltinio nuotekoms reikia pridėti išorinio anglies šaltinio; šiek tiek didesnis pėdsakas.

4. Taikomi scenarijai

Šiuo metu pageidaujamas naujų miesto nuotekų valymo įrenginių statybos, plėtros ir modernizavimo procesas, ypač tinkamas komunalinių nuotekų projektams, reikalaujantiems tuo pačiu metu kontroliuoti azoto ir fosforo emisijas. Jis taip pat gali būti pritaikytas kompleksinėms nuotekoms, kuriose yra nedideli pramoninių nuotekų kiekiai (reikalingas biologinio skaidumo koeficiento koregavimas).

1. Proceso principas

Šiame procese membraninio atskyrimo technologija derinama su biologiniu apdorojimu, antrinis nusodinimo bakas pakeičiamas membraniniais moduliais, kad būtų efektyviai atskirtas dumblas{0}}vanduo. Pagrindinis srautas: išankstinis apdorojimas → Biologinis bakas (galima naudoti A²O, SBR ir kt. konfigūracijas) → Membraninis bakas → Dezinfekavimas ir išleidimas. Membraniniai moduliai gali išlaikyti mikroorganizmus, palaikydami aukštą MLSS koncentraciją biologiniame rezervuare ir sustiprindami nitrifikaciją bei organinių medžiagų pašalinimą.

2. Pagrindiniai projektavimo parametrai

MLSS koncentracija: 6000-8000 mg/L (žymiai didesnė nei tradiciniai procesai);
Dumblo sulaikymo laikas (SRT): 20-30 dienų (sustiprinta nitrifikacija, tinka žemos temperatūros, mažo C/N nuotekoms);
Membranos srautas: 10-20 L/(m²·h), reikalaujantis reguliaraus fizinio/cheminio valymo;
Energijos sąnaudos: 0,6-1,0 kWh/m³ (įskaitant aeracijos ir membranos siurbimo energijos sąnaudas).

3. Privalumai ir trūkumai

Privalumai: puiki nuotekų kokybė (TN Mažiau arba lygi 8 mg/L, TP Mažiau arba lygi 0,3 mg/L), atitinka reikalavimus, keliamus siekiant pagerinti vandens kokybę iki beveik -IV klasės; tradicinių procesų pėdsakas yra tik 1/3–1/2; nėra dumblo praradimo rizikos, didelis eksploatacinis stabilumas;
Trūkumai: Didelė membraninio modulio kaina (sudaro 30%-40% visų investicijų); sudėtinga priežiūra (linkusi užsikimšti), didelės eksploatacijos išlaidos; didesnis energijos suvartojimas nei tradiciniai biologiniai procesai.

4. Taikomi scenarijai

Tinka pagrindinėms miesto vietovėms su ribotais žemės ištekliais, modernizavimo projektams pagal griežtus nuotekų standartus arba specialiems vandens kokybės scenarijams, tokiems kaip žema temperatūra ir mažas C/N santykis; taip pat taikomas decentralizuotam nuotekų valymui (pvz., gyvenamosioms bendruomenėms, pramonės parkams).

1. Proceso principas

Naudojant žiedo{0}} formos griovio reaktorių, nuotekos griovyje cirkuliuoja besisukančiais šepečiais arba diskais aeracijai, sukuriant kintamas aerobines ir anoksines zonas, kad būtų skaidomos ir denitrifikuotos organinės medžiagos. Įprastos konfigūracijos apima „Carrousel“ oksidacijos griovius, „Orbal“ oksidacijos griovius ir integruotus oksidacijos griovius (įskaitant antrinius nuosėdų rezervuarus).

2. Pagrindiniai projektavimo parametrai

Bendras PHT: 15-25h (ilgas hidraulinės sulaikymo laikas, stiprus atsparumas smūgiinėms apkrovoms);
Dumblo sulaikymo laikas (SRT): 10-20d (tinka azoto šalinimo reikalavimams);
Organinė apkrova (F/M): 0,05–0,15 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
Ištirpęs deguonis: laipsniškas pasiskirstymas griovyje (2-3mg/l aerobinėje zonoje, 0,5-1mg/l beanoksinėje zonoje).

3. Privalumai ir trūkumai

Privalumai: Itin stiprus atsparumas smūginėms apkrovoms, tinka nuotekoms su dideliais vandens kokybės ir kiekio svyravimais; paprastas valdymas ir valdymas, mažos priežiūros išlaidos; geras azoto šalinimo efektas (TN šalinimo greitis 70%-75%);
Trūkumai: Silpnas fosforo šalinimo efektas (reikalingas pagalbinis cheminis fosforo šalinimas); didelis plotas, didelis energijos suvartojimas; nepakankamas veiklos lankstumas.

4. Taikomi scenarijai
Tinka nuotekų valymo įrenginiams mažuose ir vidutinio dydžio miestuose (tūris 50 000–500 000 m³/d), sudėtingoms nuotekoms su dideliais vandens kokybės svyravimais (įskaitant nedidelį kiekį pramoninių nuotekų) arba projektams su ribotomis eksploatavimo ir valdymo galimybėmis.

1. Proceso principas

Naudojant pertraukiamą reaktorių, tame pačiame rezervuare atliekami penki etapai: įtekėjimo, aeracijos (aerobinio), sedimentacijos, nuotekų išleidimo ir tuščiosios eigos periodo. Organinių medžiagų skaidymas, azoto ir fosforo pašalinimas pasiekiamas paskirstant laiką. Modifikuotose versijose (CAST, CASS procesai) pridedama atrankos zona ir išankstinės reakcijos zona, kad padidėtų dumblo nusėdimo ir fosforo šalinimo efektyvumas.

2. Pagrindiniai dizaino parametrai:
Vienas darbo ciklas: 4-6 valandos (įskaitant 2-3 valandas vėdinimo ir 1-1,5 valandos sedimentacijos);
Dumblo sulaikymo laikas (SRT): 10-15 dienų;
MLSS koncentracija: 3000-5000 mg/L;
Drenažo santykis: 1/3-1/2 (kiekvienas drenažas neturi viršyti 1/2 rezervuaro tūrio).

3. Privalumai ir trūkumai

Privalumai: Mažas plotas (nereikia atskiro antrinio nusodinimo rezervuaro); lankstus veikimas su reguliuojamais ciklo parametrais pagal vandens kokybę; tinka mažiems ir vidutiniams vandens kiekiams, leidžiantiems vienu metu pašalinti azotą ir fosforą.
Trūkumai: Aukšti reikalavimai automatizuotam valdymui (reikia tiksliai kontroliuoti kiekvieno etapo laiką); nepakankamas nuotekų kokybės stabilumas, lengvai veikiamas eksploatacinių parametrų; greitas įrangos nusidėvėjimas (dažnas vožtuvų ir siurblių paleidimas{0}}).

4. Taikomi scenarijai
Tinka mažiems ir vidutiniams{0}}miesto nuotekų valymo įrenginiams (vandens tūris Mažiau arba lygus 100 000 m³/d), decentralizuotiems nuotekų valymo projektams (pvz., bendruomenėms ir pramoniniams parkams) arba scenarijams su dideliais vandens kokybės svyravimais, kuriems reikia lanksčiai koreguoti darbo režimus.

1. Proceso principas
Sujungia visus biologinio apdorojimo etapus (CDS skaidymas, azoto šalinimas, fosforo šalinimas, dumblo stabilizavimas) į vieną biologinį rezervuarą. Dėl zoninės konstrukcijos ir didelio-efektyvumo aeravimo sistemos pasiekiamas tuo pačiu metu azoto ir fosforo pašalinimas bei dumblo mažinimas. Pagrindinis akcentas yra „BioDopp“ aeravimo sistema (didelio-ploto smulkių putų aeracija), kuri pasižymi dideliu deguonies perdavimo efektyvumu ir kurią lengva prižiūrėti.

2. Pagrindiniai projektavimo parametrai
Energijos sąnaudos: 0,075 kWh/m³ (žymiai mažesnė nei tradicinių procesų, o tai rodo didelius energijos taupymo pranašumus);
MLSS koncentracija: 8 g/L (didelė dumblo koncentracija, didinanti valymo efektyvumą);
Deguonies perdavimo efektyvumas: 5 kgO₂/kWh, deguonies poreikis 0,2-0,3 mg/L;
Bendra PHT: 8-12 val., tinka įprastiniams komunalinių nuotekų valymo poreikiams.

3. Privalumai ir trūkumai
Privalumai: išskirtinis energijos{0}taupymo efektas (energijos suvartojimas sudaro tik 1/5-1/8 tradicinių procesų); didelė integracija, mažas plotas; maža dumblo gamyba, todėl nereikia sudėtingo dumblo šalinimo; lengva aeracijos sistemos priežiūra (galima valyti internetu, be prastovų); Trūkumai: aukšta techninė riba, pagrindinė įranga priklausoma nuo importo; tinka tam tikroms vandens kokybei, pritaikomumą daug druskingoms ir nepatvarioms nuotekoms reikia toliau tikrinti.

4. Taikomi scenarijai
Tinka naujai statomiems komunalinių nuotekų valymo įrenginiams (siekiant taupyti energiją ir mažinti suvartojimą) bei pramonės parko nuotekų valymo projektams. Jis sėkmingai taikomas Vokietijoje, Čekijoje ir mano šalies Šanchajaus bei Hebei provincijose.

Renkantis miesto nuotekų valymo įrenginių procesus reikia visapusiškai atsižvelgti į penkis pagrindinius veiksnius: vandens kokybės charakteristikas, išleidimo standartus, vandens kiekį, žemės išteklius ir eksploatavimo išlaidas. Pagrindinė logika yra tokia:

• Vandens kokybės ir išleidimo standartai: kad tuo pačiu metu būtų pašalintas azotas ir fosforas, kad atitiktų A klasės standartus, pirmenybė teikiama modifikuotiems A²O ir MBR procesams; siekiant pagerinti vandens kokybę iki beveik IV klasės, pirmenybė teikiama MBR procesams; vandens kokybei su dideliais svyravimais pirmenybė teikiama oksidacijos grioviui ir modifikuotiems SBR procesams.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) teikti pirmenybę modifikuoto A²O ir oksidacijos griovio procesams; maži ir vidutinio dydžio nuotekų valymo įrenginiai (10 000–500 000 m³/d) gali pasirinkti A²O, modifikuoto SBR arba BioDopp procesus; decentralizuoti projektai (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Žemė ir išlaidos: pagrindinėse miesto vietose, kur žemės yra nedaug, pirmenybė teikiama MBR, SBR ir BioDopp procesams; esant ribotam biudžetui, pirmenybė teikiama modifikuoto A²O ir oksidacijos griovio procesams; Ilgalaikiam{0}} energijos taupymui galima apsvarstyti „BioDopp“ procesus.
• Eksploatavimas ir valdymas: Įrenginiams, kurių eksploatavimo ir valdymo galimybės yra ribotos, pirmenybė teikiama oksidacijos grioviui ir modifikuotiems A²O procesams (paprastai valdyti); turintiems aukštesnį automatizavimo lygį tinka modifikuoti MBR ir SBR procesai.

Apibendrinant galima pasakyti, kad modifikuotas A²O procesas, pasižymintis stabilaus azoto ir fosforo šalinimo privalumais, nedidelėmis sąnaudomis ir plačiu pritaikomumu, išlieka pagrindiniu miesto nuotekų valymo įrenginių pasirinkimu; MBR procesas tinka atnaujinimo ir kompaktiško išdėstymo reikalavimams; ir naujesni procesai, tokie kaip BioDopp, siūlo naujas energijos taupymo ir emisijų mažinimo kryptis, o jų taikymo scenarijai ateityje palaipsniui plėsis.