Osnovni cilj pročišćavanja gradskih otpadnih voda je uklanjanje zagađivača kao što su COD, BPK₅, TN i TP iz otpadnih voda kako bi se zadovoljili standardi ispuštanja (glavno pridržavanje standarda klase A "Standarda ispuštanja zagađivača za urbana postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" GB 18918-2002). Trenutačni glavni procesi usmjereni su na biološku obradu, u kombinaciji s jedinicama za predtretman i naprednu obradu, tvoreći cjeloviti proces "predtretmana - jezgre obrade - napredne obrade - odlaganje mulja." Sljedeće daje detaljan uvod u šest najčešće korištenih procesa, pokrivajući njihove principe, ključne parametre, prednosti i nedostatke te primjenjive scenarije, dok također razmatra tehničke detalje i inženjersku izvedivost.
I. Klasični osnovni postupak: Tradicionalni postupak s aktivnim muljem
1. Princip procesa
Koristeći aktivni mulj kao jezgru, pod aerobnim uvjetima, mikroorganizmi adsorbiraju i razgrađuju organske zagađivače u otpadnoj vodi, postižući pročišćavanje otpadne vode odvajanjem-vode od mulja. Osnovni proces: Bar zaslon → Grit komora → Primarni taložnik → Aeracijski spremnik → Sekundarni taložnik → Dezinfekcija i pražnjenje; zaostali mulj se koncentrira, odvodnjava i zatim odlaže.
2. Ključni parametri dizajna
* Hidrauličko vrijeme zadržavanja (HRT): 8-12h, s HRT većim ili jednakim 6h u spremniku za prozračivanje;
* Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 3-5d (primjenjivo samo za uklanjanje organske tvari, bez funkcija uklanjanja dušika i fosfora);
* Organsko opterećenje (F/M): 0,2-0,4 kgBOD5/(kgMLSS·d);
* Koncentracija DO u spremniku za prozračivanje: 2-3 mg/L, korištenjem prisilne aeracije ili mehaničke aeracije.
3. Prednosti i nedostaci
* Prednosti: Razvijena tehnologija, stabilan rad, visoka učinkovitost u obradi organske tvari (BPK₅ stopa uklanjanja 85%-90%) i relativno niski troškovi ulaganja;
* Nedostaci: Nema funkcija uklanjanja dušika i fosfora, što otežava ispunjavanje trenutnih standarda klase A; velika proizvodnja mulja, sklona filamentnom skupljanju; velik otisak i relativno visoku potrošnju energije.
4. Primjenjivi scenariji
* Prikladno za-rano izgrađena postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda s niskim standardima ispuštanja ili kao jedinica za prethodnu obradu industrijskih otpadnih voda; trenutno se rijetko koristi sam u novim projektima, već uglavnom kao osnovni modul za poboljšanje procesa.
II. Glavni tok simultanih procesa uklanjanja dušika i fosfora: A²O i modificirani procesi
1. Princip procesa
A²O (anaerobni-anoksični-aerobni) proces postiže istovremeno uklanjanje dušika i fosfora sinergističkim djelovanjem triju zona: fosfor-akumulirajuće bakterije oslobađaju fosfor u anaerobnoj zoni, denitrifikacijske bakterije uklanjaju dušik u anoksičnoj zoni, a nitrificirajuće bakterije nitrificiraju i fosfor-bakterije koje nakupljaju apsorbiraju fosfor u aerobnoj zoni. Modificirana verzija (s dodatkom pre-anoksičnog spremnika) rješava problem konkurencije izvora ugljika između denitrifikacije i uklanjanja fosfora, povećavajući učinak uklanjanja dušika i fosfora. Osnovni proces: Predobrada → Anaerobni spremnik → Pre-anoksični spremnik → Anoksični spremnik → Aerobni spremnik → Sekundarni taložnik → Napredna obrada → Pražnjenje.
2. Ključni parametri dizajna
Ukupno HRT: 10-12h, omjer anaerobno:anoksično:aerobno HRT=1:3:5;
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-12 dana na sobnoj temperaturi, 15 dana na niskoj temperaturi (kako bi se uravnotežili zahtjevi nitrifikacije i uklanjanja fosfora);
Omjer recirkulacije: omjer recirkulacije miješane tekućine 200%-300% (varijabilna frekvencija podesiva), omjer recirkulacije mulja 50%-80%;
Kontrola DO: Anaerobna zona Manja ili jednaka 0,2 mg/L, anoksična zona Manja ili jednaka 0,5 mg/L, aerobna zona 2-3 mg/L.
3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Izvrsna učinkovitost uklanjanja dušika i fosfora (stopa uklanjanja TN 70%-80%, stopa uklanjanja TP 80%-90%), dosljedno ispunjavanje standarda klase A; zrela tehnologija, umjereni operativni troškovi, pogodno za komunalne otpadne vode s velikim oscilacijama kvalitete vode;
Nedostaci: Postoje nedosljednosti parametara između uklanjanja dušika i fosfora (SRT, sukob zahtjeva o omjeru recirkulacije); otpadne vode s niskim-ugljikom zahtijevaju dodatak vanjskog izvora ugljika; nešto veći otisak.
4. Primjenjivi scenariji
Trenutačno preferirani proces za novu izgradnju, proširenje i nadogradnju urbanih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, posebno prikladan za komunalne projekte otpadnih voda koji zahtijevaju istovremenu kontrolu emisija dušika i fosfora. Također se može prilagoditi složenim otpadnim vodama koje sadrže male količine industrijskih otpadnih voda (potrebna je prilagodba koeficijenta biorazgradivosti).
III. Visoko{1}}učinkovit i kompaktan proces: MBR (membranski bioreaktor) proces
1. Princip procesa
Ovaj proces kombinira tehnologiju membranskog odvajanja s biološkom obradom, zamjenjujući sekundarni sedimentacijski spremnik membranskim modulima kako bi se postiglo učinkovito odvajanje mulja-vode. Protok jezgre: Predtretman → Biološki spremnik (mogu se koristiti A²O, SBR itd. konfiguracije) → Membranski spremnik → Dezinfekcija i pražnjenje. Membranski moduli mogu zadržati mikroorganizme, održavajući visoku koncentraciju MLSS u biološkom spremniku i poboljšavajući nitrifikaciju i uklanjanje organskih tvari.
2. Ključni parametri dizajna
Koncentracija MLSS: 6000-8000 mg/L (značajno više od tradicionalnih procesa);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 20-30 dana (poboljšana nitrifikacija, pogodno za otpadne vode s niskom temperaturom i niskim C/N);
Membranski protok: 10-20 L/(m²·h), zahtijeva redovito fizičko/kemijsko čišćenje;
Potrošnja energije: 0,6-1,0 kWh/m³ (uključujući potrošnju energije za prozračivanje i usisnu membranu).
3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Izvrsna kvaliteta otpadnih voda (TN manje od ili jednako 8 mg/L, TP manje od ili jednako 0,3 mg/L), ispunjavanje zahtjeva za nadogradnju na kvalitetu vode blizu-Klase IV; otisak je samo 1/3-1/2 otiska tradicionalnih procesa; nema rizika od gubitka mulja, visoka radna stabilnost;
Nedostaci: Visoka cijena membranskog modula (koja čini 30%-40% ukupne investicije); složeno održavanje (sklono začepljenju), visoki operativni troškovi; veća potrošnja energije od tradicionalnih bioloških procesa.
4. Primjenjivi scenariji
Prikladno za središnja urbana područja s ograničenim zemljišnim resursima, projekte nadogradnje sa strogim standardima otpadnih voda ili posebne scenarije kvalitete vode poput niske temperature i niskog omjera C/N; također primjenjivo na decentraliziranu obradu otpadnih voda (npr. stambene zajednice, industrijski parkovi).
IV. Proces otporan na udarno opterećenje: proces oksidacije
1. Princip procesa
Pomoću reaktora u obliku prstena -otpadna voda cirkulira unutar jarka kroz rotirajuće četke ili diskove za prozračivanje, stvarajući izmjenične aerobne i anoksične zone kako bi se postigla razgradnja organske tvari i denitrifikacija. Uobičajene konfiguracije uključuju Carrousel oksidacijske jarke, Orbal oksidacijske jarke i integrirane oksidacijske jarke (uključujući sekundarne sedimentacijske spremnike).
2. Ključni parametri dizajna
Ukupno HRT: 15-25h (dugo vrijeme hidrauličkog zadržavanja, jaka otpornost na udarna opterećenja);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-20d (pogodno za potrebe uklanjanja dušika);
Organsko opterećenje (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Otopljeni kisik: postupna raspodjela unutar jarka (2-3 mg/L u aerobnoj zoni, 0,5-1 mg/L u anoksičnoj zoni).
3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Iznimno jaka otpornost na udarna opterećenja, pogodna za otpadne vode s velikim oscilacijama u kvaliteti i količini vode; jednostavan rad i upravljanje, niski troškovi održavanja; dobar učinak uklanjanja dušika (stopa uklanjanja TN 70%-75%);
Nedostaci: Slab učinak uklanjanja fosfora (zahtijeva pomoćno kemijsko uklanjanje fosfora); veliki otisak, velika potrošnja energije; nedovoljna operativna fleksibilnost.
4. Primjenjivi scenariji
Prikladno za postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u malim i-gradovima (volumen 50 000-500 000 m³/d), složene otpadne vode s velikim oscilacijama u kvaliteti vode (uključujući male količine industrijskih otpadnih voda) ili projekte s ograničenim mogućnostima rada i upravljanja.
V. Fleksibilni povremeni procesi: SBR (Sequencing Batch Reactor) i modificirani procesi
1. Princip procesa
Korištenjem povremenog reaktora, pet stupnjeva se dovršava unutar istog spremnika: dovod, prozračivanje (aerobno), taloženje, ispuštanje efluenta i razdoblje mirovanja. Razgradnja organske tvari, uklanjanje dušika i fosfora postiže se raspodjelom vremena. Modificirane verzije (CAST, CASS procesi) dodaju zonu selekcije i pred{2}}reakcijsku zonu kako bi se poboljšala učinkovitost taloženja mulja i učinkovitost uklanjanja fosfora.
2. Ključni parametri dizajna:
Jedan radni ciklus: 4-6 sati (uključujući 2-3 sata prozračivanja i 1-1,5 sati taloženja);
Vrijeme zadržavanja mulja (SRT): 10-15 dana;
MLSS Koncentracija: 3000-5000 mg/L;
Omjer drenaže: 1/3-1/2 (svaka drenaža ne smije prelaziti 1/2 volumena spremnika).
3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Mali otisak (nema potrebe za zasebnim sekundarnim taložnikom); fleksibilan rad, s podesivim parametrima ciklusa na temelju kvalitete vode; pogodan za male do srednje količine vode, omogućujući istovremeno uklanjanje dušika i fosfora.
Nedostaci: Visoki zahtjevi za automatiziranu kontrolu (zahtijeva preciznu kontrolu vremena svake faze); nedovoljna stabilnost kvalitete otpadnih voda, na koju lako utječu radni parametri; brzo trošenje opreme (često pokretanje-zaustavljanje ventila i pumpi).
4. Primjenjivi scenariji
Prikladno za mala i-gradska postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda (volumen vode manji ili jednak 100 000 m³/d), decentralizirane projekte pročišćavanja otpadnih voda (kao što su zajednice i industrijski parkovi) ili scenarije sa značajnim fluktuacijama kvalitete vode koji zahtijevaju fleksibilnu prilagodbu načina rada.
VI. Novi-ušteda energije i visoka{2}}učinkovitost: BioDopp biološki proces umnožavanja
1. Princip procesa
Integrira sve korake biološke obrade (razgradnja KPK, uklanjanje dušika, uklanjanje fosfora, stabilizacija mulja) u jedan biološki spremnik. Kroz zonski dizajn i visoko{1}}učinkovit sustav prozračivanja, postiže se istovremeno uklanjanje dušika i fosfora i smanjenje mulja. Glavni naglasak je BioDopp sustav prozračivanja (prozračivanje velike-površine finom pjenom), koji ima visoku učinkovitost prijenosa kisika i jednostavan je za održavanje.
2. Ključni parametri dizajna
Potrošnja energije: 0,075 kWh/m³ (značajno niža od tradicionalnih procesa, pokazujući značajne-prednosti uštede energije);
Koncentracija MLSS: 8 g/L (visoka koncentracija mulja, povećava učinkovitost tretmana);
Učinkovitost prijenosa kisika: 5 kgO₂/kWh, potreba za kisikom 0,2-0,3 mg/L;
Ukupno HRT: 8-12 h, pogodno za rutinske potrebe pročišćavanja komunalnih otpadnih voda.
3. Prednosti i nedostaci
Prednosti: Izvanredan učinak -štede energije (potrošnja energije je samo 1/5-1/8 tradicionalnih procesa); visoka integracija, mali otisak; niska proizvodnja mulja, eliminirajući potrebu za složenim odlaganjem mulja; jednostavno održavanje sustava prozračivanja (može se čistiti online, bez zastoja); Nedostaci: Visoki tehnički prag, osnovna oprema se oslanja na uvoz; prikladno za specifične kvalitete vode, prilagodljivost otpadnim vodama s visokim sadržajem soli i otpornim vodama zahtijeva dodatnu provjeru.
4. Primjenjivi scenariji
Prikladno za novoizgrađene komunalne pročišćivače otpadnih voda (s ciljem očuvanja energije i smanjenja potrošnje) i projekte pročišćavanja otpadnih voda industrijskih parkova. Uspješno je primijenjen u Njemačkoj, Češkoj, te provincijama Shanghai i Hebei u mojoj zemlji.
VII. Temeljna logika odabira procesa
Odabir procesa za urbane uređaje za pročišćavanje otpadnih voda zahtijeva sveobuhvatno razmatranje pet ključnih čimbenika: karakteristike kvalitete vode, standardi ispuštanja, količina vode, zemljišni resursi i operativni troškovi. Osnovna logika je sljedeća:
- Kvaliteta vode i standardi ispuštanja: Za istovremeno uklanjanje dušika i fosfora kako bi se zadovoljili standardi klase A, poželjni su modificirani A²O i MBR procesi; za nadogradnju na kvalitetu vode blizu klase IV, poželjni su MBR procesi; za kvalitetu vode s velikim fluktuacijama prednost se daje oksidacijskom kanalu i modificiranom SBR postupku.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 m³/d) dati prioritet modificiranom A²O i procesima oksidacijskog jarka; mala i srednja-postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda (10 000-500 000 m³/d) mogu odabrati A²O, modificirani SBR ili BioDopp procese; decentralizirani projekti (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Zemljište i troškovi: U urbanim središtima gdje je zemljište malo, preferiraju se procesi MBR, SBR i BioDopp; za ograničene proračune preferiraju se modificirani A²O i procesi oksidacije; za dugoročne-uštede energije mogu se razmotriti BioDopp procesi.
- Rad i upravljanje: Za postrojenja s ograničenim operativnim i upravljačkim sposobnostima preferiraju se oksidacijski jarak i modificirani A²O procesi (jednostavni za rukovanje); za one s višom razinom automatizacije prikladni su modificirani MBR i SBR procesi.
Ukratko, modificirani A²O proces, sa svojim prednostima stabilnog uklanjanja dušika i fosfora, umjerenim troškovima i širokom prilagodljivošću, ostaje glavni izbor za urbana postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda; MBR proces prikladan je za zahtjeve nadogradnje i kompaktnog izgleda; a noviji procesi kao što je BioDopp nude nove smjerove za očuvanje energije i smanjenje emisija, a scenariji njihove primjene postupno će se proširivati u budućnosti.