Комплексный анализ часто используемых процессов на городских очистных сооружениях

Основной целью очистки городских сточных вод является удаление таких загрязнителей, как ХПК, БПК₅, TN и TP, из сточных вод для обеспечения соответствия стандартам сброса (основное соблюдение стандарта класса А «Стандарта сброса загрязняющих веществ для городских очистных сооружений» GB 18918-2002). Текущие основные процессы сосредоточены на биологической очистке в сочетании с установками предварительной очистки и усовершенствованной очистки, образуя полный процесс «предварительная обработка - основная обработка - расширенная обработка - удаление осадка». Ниже приводится подробное введение в шесть наиболее широко используемых процессов, в которых рассматриваются их принципы, ключевые параметры, преимущества и недостатки, а также применимые сценарии, а также рассматриваются технические детали и инженерная осуществимость.

1. Принцип процесса

Используя активный ил в качестве основы, в аэробных условиях микроорганизмы адсорбируют и разлагают органические загрязнители в сточных водах, обеспечивая очистку сточных вод за счет отделения осадка-воды. Основной процесс: Стержень → Песколовка → Первичный отстойник → Аэротенк → Вторичный отстойник → Дезинфекция и слив; Остаточный ил концентрируется, обезвоживается и затем утилизируется.

2. Ключевые параметры конструкции
* Время гидравлического удержания (HRT): 8–12 часов, при этом HRT больше или равно 6 часам в аэротенке;
* Время удержания осадка (SRT): 3-5 дней (применимо только для удаления органических веществ, без функций удаления азота и фосфора);
* Органическая загрузка (F/M): 0,2-0,4 кг БПК₅/(кгMLSS·сут);
* Концентрация DO в аэротенке: 2-3 мг/л при использовании принудительной или механической аэрации.

3. Преимущества и недостатки
* Преимущества: Отработанная технология, стабильная работа, высокая эффективность очистки органических веществ (степень удаления БПК₅ 85%-90%) и относительно низкие инвестиционные затраты;
* Недостатки: отсутствуют функции удаления азота и фосфора, что затрудняет соответствие действующим стандартам класса А; большое производство ила, склонного к нитевидному набуханию; большая занимаемая площадь и относительно высокое энергопотребление.

4. Применимые сценарии
* Подходит для ранее построенных-очистных сооружений с низкими нормами сброса или в качестве установки предварительной очистки промышленных сточных вод; в настоящее время он редко используется отдельно в новых проектах, а в основном как базовый модуль для улучшения процессов.

1. Принцип процесса
Процесс A²O (анаэробный-бескислородный-аэробный) процесс обеспечивает одновременное удаление азота и фосфора за счет синергетического действия трех зон: фосфорные-бактерии, накапливающие фосфор, выделяют фосфор в анаэробной зоне, денитрифицирующие бактерии удаляют азот в бескислородной зоне, а нитрифицирующие бактерии нитрифицируют, а фосфораккумулирующие бактерии поглощают фосфор в аэробной зоне. Модифицированная версия (с добавлением предварительно-бескислородного резервуара) решает проблему конкуренции источников углерода между денитрификацией и удалением фосфора, усиливая эффект удаления азота и фосфора. Основной процесс: Предварительная обработка → Анаэробный резервуар → Предварительная -бескислородный резервуар → Бескислородный резервуар → Аэробный резервуар → Вторичный отстойник → Расширенная очистка → Слив.

2. Ключевые параметры конструкции

Общая ЗГТ: 10–12 ч, соотношение анаэробная:аноксическая:аэробная ЗГТ=1:3:5;
Время удержания ила (SRT): 10-12 дней при температуре окружающей среды, 15 дней при низкой температуре (для баланса требований по нитрификации и удалению фосфора);
Коэффициент рециркуляции: коэффициент рециркуляции смешанного щелока 200–300% (регулируемая частота), коэффициент рециркуляции осадка 50–80%;
Контроль DO: анаэробная зона менее или равна 0,2 мг/л, бескислородная зона менее или равна 0,5 мг/л, аэробная зона 2–3 мг/л.

3. Преимущества и недостатки

Преимущества: Превосходная эффективность удаления азота и фосфора (степень удаления TN 70%-80%, степень удаления TP 80%-90%), постоянное соответствие стандартам класса А; отработанная технология, умеренные эксплуатационные расходы, подходят для городских сточных вод с большими колебаниями качества воды;
Недостатки: существуют несоответствия параметров удаления азота и фосфора (SRT, конфликт требований к коэффициенту рециркуляции); Сточные воды с низким-источником углерода требуют добавления внешнего источника углерода; занимаемая площадь немного больше.

4. Применимые сценарии

В настоящее время предпочтительный процесс для нового строительства, расширения и модернизации городских очистных сооружений, особенно подходит для проектов муниципальных сточных вод, требующих одновременного контроля выбросов азота и фосфора. Также его можно адаптировать для сложных сточных вод, содержащих небольшое количество промышленных сточных вод (требуется корректировка коэффициента биоразлагаемости).

1. Принцип процесса

Этот процесс сочетает в себе технологию мембранного разделения с биологической очисткой, заменяя вторичный отстойник мембранными модулями для достижения эффективного отделения осадка-воды. Поток активной зоны: Предварительная обработка → Биологический резервуар (можно использовать конфигурации A²O, SBR и т. д.) → Мембранный резервуар → Дезинфекция и слив. Мембранные модули могут удерживать микроорганизмы, поддерживая высокую концентрацию MLSS в биологическом резервуаре и усиливая нитрификацию и удаление органических веществ.

2. Ключевые параметры конструкции

Концентрация MLSS: 6000-8000 мг/л (значительно выше, чем в традиционных процессах);
Время удержания осадка (SRT): 20-30 дней (усиленная нитрификация, подходит для низкотемпературных сточных вод с низким содержанием C/N);
Мембранный поток: 10–20 л/(м²·ч), требует регулярной физической/химической очистки;
Энергопотребление: 0,6-1,0 кВтч/м³ (включая расход энергии на аэрацию и мембранную аспирацию).

3. Преимущества и недостатки

Преимущества: Превосходное качество сточных вод (TN менее или равно 8 мг/л, TP менее или равно 0,3 мг/л), отвечающее требованиям для повышения качества воды почти до -класса IV; занимаемая площадь составляет лишь 1/3-1/2 от площади традиционных процессов; отсутствие риска потери осадка, высокая эксплуатационная стабильность;
Недостатки: Высокая стоимость мембранного модуля (30-40% от общего объема инвестиций); сложное обслуживание (склонность к засорению), высокие эксплуатационные расходы; более высокое энергопотребление, чем традиционные биологические процессы.

4. Применимые сценарии

Подходит для городских районов с ограниченными земельными ресурсами, проектов модернизации со строгими стандартами очистки сточных вод или особых сценариев качества воды, таких как низкая температура и низкое соотношение C/N; также применимо к децентрализованной очистке сточных вод (например, в жилых комплексах, промышленных парках).

1. Принцип процесса

С помощью кольцевого-канального реактора сточные воды циркулируют внутри канавы через вращающиеся щетки или диски для аэрации, создавая чередующиеся аэробные и бескислородные зоны для достижения деградации и денитрификации органических веществ. Общие конфигурации включают окислительные канавы Карусель, окислительные канавы Орбал и интегрированные окислительные канавы (включая вторичные отстойники).

2. Ключевые параметры конструкции

Общая HRT: 15-25 часов (длительное время гидравлического удержания, высокая устойчивость к ударным нагрузкам);
Время удержания осадка (SRT): 10-20 дней (подходит для требований по удалению азота);
Органическая нагрузка (F/M): 0,05-0,15 кгBOD₅/(кгMLSS·сут);
Растворенный кислород: постепенное распределение внутри канавы (2–3 мг/л в аэробной зоне, 0,5–1 мг/л в бескислородной зоне).

3. Преимущества и недостатки

Преимущества: Чрезвычайно высокая устойчивость к ударным нагрузкам, подходит для сточных вод с большими колебаниями качества и количества воды; простота эксплуатации и управления, низкие затраты на обслуживание; хороший эффект удаления азота (степень удаления TN 70%-75%);
Недостатки: Слабый эффект удаления фосфора (требуется вспомогательное химическое удаление фосфора); большая занимаемая площадь, высокое энергопотребление; недостаточная операционная гибкость.

4. Применимые сценарии
Подходит для очистных сооружений в малых и средних-городах (объем 50 000–500 000 м³/сут), сложных сточных вод с большими колебаниями качества воды (включая небольшое количество промышленных сточных вод) или проектов с ограниченными возможностями эксплуатации и управления.

1. Принцип процесса

При использовании реактора периодического действия в одном резервуаре выполняются пять стадий: приток, аэрация (аэробная), осаждение, сброс сточных вод и период простоя. Разложение органических веществ, удаление азота и фосфора достигается за счет распределения времени. В модифицированных версиях (процессы CAST, CASS) добавлена ​​зона выбора и зона предварительной-реакции для повышения эффективности осаждения осадка и эффективности удаления фосфора.

2. Ключевые параметры конструкции:
Один рабочий цикл: 4-6 часов (из них 2-3 часа аэрации и 1-1,5 часа отстаивания);
Время удержания осадка (SRT): 10-15 дней;
Концентрация MLSS: 3000-5000 мг/л;
Коэффициент дренажа: 1/3-1/2 (каждый дренаж не должен превышать 1/2 объема резервуара).

3. Преимущества и недостатки

Преимущества: Небольшая занимаемая площадь (нет необходимости в отдельном вторичном отстойнике); гибкая работа с регулируемыми параметрами цикла в зависимости от качества воды; подходит для малых и средних объемов воды, обеспечивая одновременное удаление азота и фосфора.
Недостатки: Высокие требования к автоматизированному управлению (требуется точный контроль сроков выполнения каждого этапа); недостаточная стабильность качества стоков, легко подверженная влиянию рабочих параметров; быстрый износ оборудования (частые запуски-остановки клапанов и насосов).

4. Применимые сценарии
Подходит для небольших и средних-городских очистных сооружений (объем воды не менее 100 000 м³/сут), проектов децентрализованной очистки сточных вод (например, населенных пунктов и промышленных парков) или сценариев со значительными колебаниями качества воды, требующими гибкой настройки режимов работы.

1. Принцип процесса
Объединяет все этапы биологической очистки (разложение ХПК, удаление азота, удаление фосфора, стабилизация осадка) в одном биологическом резервуаре. За счет зональной конструкции и высокоэффективной-системы аэрации достигается одновременное удаление азота и фосфора, а также уменьшение количества осадка. Главной особенностью является система аэрации BioDopp (аэрация мелкой пеной-большой площади), которая обладает высокой эффективностью переноса кислорода и проста в обслуживании.

2. Ключевые параметры конструкции
Потребление энергии: 0,075 кВтч/м³ (значительно ниже, чем у традиционных процессов, демонстрируя существенные преимущества-сбережения энергии);
Концентрация MLSS: 8 г/л (высокая концентрация ила, повышающая эффективность очистки);
Эффективность переноса кислорода: 5 кгO₂/кВтч, потребность в кислороде 0,2–0,3 мг/л;
Общая длительность воздействия: 8–12 часов, подходит для повседневной очистки городских сточных вод.

3. Преимущества и недостатки
Преимущества: Выдающийся энергосберегающий-эффект (потребление энергии составляет всего 1/5-1/8 от традиционных процессов); высокая интеграция, небольшая занимаемая площадь; низкое образование осадка, исключающее необходимость сложной утилизации осадка; простота обслуживания системы аэрации (можно чистить онлайн, без простоев); Недостатки: Высокий технический порог, основное оборудование зависит от импорта; подходит для воды определенного качества, адаптируемость к высокосоленым и стойким сточным водам требует дальнейшей проверки.

4. Применимые сценарии
Подходит для недавно построенных муниципальных очистных сооружений (с целью энергосбережения и сокращения потребления) и проектов очистки сточных вод промышленных парков. Он успешно применяется в Германии, Чехии, а также в провинциях Шанхай и Хэбэй в моей стране.

Выбор процессов для городских очистных сооружений требует всестороннего учета пяти ключевых факторов: характеристик качества воды, норм сброса, объема воды, земельных ресурсов и эксплуатационных затрат. Основная логика заключается в следующем:

• Стандарты качества воды и сбросов: для одновременного удаления азота и фосфора в соответствии со стандартами класса А предпочтительны модифицированные процессы A²O и MBR; для повышения качества воды до уровня, близкого к IV классу, предпочтительны процессы MBR; для качества воды с большими колебаниями предпочтительны процессы окисления и модифицированные процессы SBR.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 м³/сут) приоритет отдается модифицированным процессам A²O и окислительным канавам; малые и средние-установки по очистке сточных вод (10 000–500 000 м³/сутки) могут использовать процессы A²O, модифицированный SBR или BioDopp; децентрализованные проекты (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• Земля и затраты. В городских районах, где земли не хватает, предпочтительными являются процессы MBR, SBR и BioDopp; при ограниченном бюджете предпочтительны модифицированные процессы A²O и окислительные канавы; для долгосрочной-экономии энергии можно рассмотреть процессы BioDopp.
• Эксплуатация и управление: для предприятий с ограниченными эксплуатационными и управленческими возможностями предпочтительны окислительные канавы и модифицированные процессы A²O (простые в эксплуатации); для тех, у кого более высокий уровень автоматизации, подходят модифицированные процессы MBR и SBR.

Таким образом, модифицированный процесс A²O, с его преимуществами стабильного удаления азота и фосфора, умеренной стоимостью и широкой адаптируемостью, остается основным выбором для городских очистных сооружений; процесс MBR подходит для модернизации и требований к компактной компоновке; а новые процессы, такие как BioDopp, открывают новые направления энергосбережения и сокращения выбросов, а сценарии их применения в будущем будут постепенно расширяться.