Vergleichende Analyse der Effizienz der Stickstoff- und Phosphorentfernung zwischen Bardenpho- und AAO-Prozessen
1 Projektübersicht und Prozessablauf
1.1 Projektübersicht
Die Xi'an-Wasseraufbereitungsanlage Nr. 5 (ehemals „Abwasseraufbereitungsanlage Nr. 5“, im Folgenden als „WuWu“ bezeichnet) hat eine geplante Gesamtkapazität von 400.000 m³/Tag und deckt eine Fläche von 387,57 mu (ca. 258.380 m²) ab. Es umfasst eine Gesamtfläche von etwa 5.330 Hektar und eine Bevölkerung von etwa 900.000 Einwohnern. Die Anlage kann häusliches und industrielles Abwasser entweder mit dem konventionellen AAO-Verfahren oder dem fünfstufigen Bardenpho-Verfahren behandeln. Zu den wichtigsten Abwasseraufbereitungsanlagen gehören Grobsiebe, Hebepumpstationen, Feinsiebe, belüftete Sandkammern, primäre Sedimentationstanks, biologische Reaktionstanks, sekundäre Sedimentationstanks, hocheffiziente Sedimentationstanks, V-Filter und Kontaktdesinfektionstanks, wobei das endgültige Abwasser in den Ba-Fluss eingeleitet wird. Die Abwasserqualität entspricht dem Grad-A-Standard gemäß Tabelle 1 des „Shaanxi Province Yellow River Basin Comprehensive Wastewater Discharge Standard“ (DB61/224-2018). (Hinweis: Der TN-Grenzwert folgt der Anforderung von 12 mg/L, die im „Xi'an Municipal Urban Wastewater Treatment Plant Reclamation Upgrade, Covering, and Desodorization Project Three-Year Action Plan (2018-2020)“ (Municipal Office Document [2018] Nr. . 100) festgelegt ist. Die Auslegungsqualität des Zu- und Abwassers ist in dargestelltTabelle 1.
1.2 Prozessablauf
Flussdiagramme, die den Bardenpho-Prozess mit dem traditionellen AAO-Prozess vergleichen, finden Sie inAbbildungen 1 und 2.
2 Designparameter
2.1 Gestaltung der Qualität des Zu- und Abwassers
2.2 Betriebsparameter
Die am Vergleich teilnehmenden Biobecken weisen identische Abmessungen auf. Jeder biologische Tank ist in drei Kanäle unterteilt, wobei die einzelnen Kanalabmessungen L × B × H=86 m × 15 m × 9 m betragen. Die durchschnittliche MLSS-Konzentration in den biologischen Tanks liegt zwischen 6.500 und 7.000 mg/L. Die hydraulischen Verweilzeiten (HRT) für das herkömmliche AAO-Verfahren betragen: Anaerobe Zone 1,983 h, anoxische Zone 5,534 h, aerobe Zone 9,029 h, insgesamt 16,546 h. Die HRTs für den Bardenpho-Prozess sind: Anaerobe Zone 1,983 Stunden, erste anoxische Zone 4,643 Stunden, erste aerobe Zone 7,163 Stunden, zweite anoxische Zone 1,973 Stunden, zweite aerobe Zone 0,822 Stunden, insgesamt 16,584 Stunden.
3 Projekthintergrund, Forschungsziel und Methodik
3.1 Projekthintergrund und Forschungsziel
Die wichtigsten biologischen Behandlungsverfahren bei WuWu sind das konventionelle AAO-Verfahren und das Bardenpho-Verfahren. Das konventionelle AAO-Verfahren ist eine gängige biologische Behandlungsmethode in Kläranlagen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der chinesischen Abwasserentsorgungsstandards wurde das Bardenpho-Verfahren, das vom herkömmlichen AAO-Verfahren abgeleitet ist und für seine höhere Effizienz bei der Stickstoffentfernung bekannt ist, in häuslichen Abwasseraufbereitungsanlagen weithin übernommen. Um eine bessere Prozessauswahl zu ermöglichen, führte WuWu einen umfassenden Vergleich der herkömmlichen AAO- und Bardenpho-Prozesse im Hinblick auf die Stickstoff- und Phosphorentfernung durch. Dies bildet die Grundlage für die Modernisierung weiterer kommunaler häuslicher Kläranlagen und die Konzeption neuer Projekte.
3.2 Forschungsmethodik
Jedes biologische Becken bei WuWu verfügt über eine tägliche Behandlungskapazität von 50.000 m³/Tag. Für diesen Vergleichsexperiment wurden die Biotanks der Serien A1 und B1 ausgewählt. Die A1-Serie nutzt den Bardenpho-Prozess, dessen biologisches System nacheinander unterteilt ist in: Anaerobe Zone, erste anoxische Zone, erste aerobe Zone, zweite anoxische Zone und zweite aerobe Zone. Die B1-Serie nutzt den herkömmlichen AAO-Prozess, dessen biologisches System nacheinander in die anaerobe Zone, die anoxische Zone und die aerobe Zone unterteilt ist. Während des Experiments liefen beide Serien unter identischen Bedingungen, wobei die Probenahmepunkte je nach Bedarf entlang des Prozessablaufs verteilt waren.
Schadstoffmessmethoden: TP wurde mit der spektrophotometrischen Ammoniummolybdat-Methode gemessen; TN unter Verwendung der alkalischen Kaliumpersulfat-Aufschluss-UV-spektrophotometrischen Methode; NH₃-N unter Verwendung der spektrophotometrischen Methode mit Nessler-Reagenzien; CSB mit der spektrophotometrischen Kaliumdichromat-Methode.
4 Operative Herausforderungen und aktueller Status
Das konventionelle AAO-Verfahren ist auch eine Variante des AO-Belebtschlammverfahrens. Seine TN-Entfernung hängt vollständig von der Rezirkulation ab. Höhere Abwasserstandards und höhere erforderliche Entfernungsraten erfordern größere Rezirkulationsströme, begleitet von einem höheren Energie- und Chemikalienverbrauch. Für Grade-A-Standards ist das herkömmliche AAO-Verfahren immer noch akzeptabel. Für strengere TN-Standards sind herkömmliche Verfahren jedoch offensichtlich nicht mehr geeignet.
Der Bardenpho-Prozess ist ein typischer fünf{0}}stufiger Prozess. Durch das Hinzufügen einer Nach-Denitrifikationszone nach dem herkömmlichen AAO-Prozess wird die Einschränkung der TN-Entfernung durch das Rezirkulationsverhältnis aufgehoben und dadurch die Stickstoffentfernung verbessert. Da Kläranlagen immer strengeren TN-Einleitungsstandards ausgesetzt sind, weist das Bardenpho-Verfahren erhebliche Vorteile auf.
5 Forschungsergebnisse und Diskussion
5.1 NH₃-N-Entfernung
Die NH₃{0}}N-Werte am Zufluss der anaeroben Zonen und am Abfluss der biologischen Tanks für A1 und B1 wurden über 15 Tage wiederholt überwacht. Die Ergebnisse werden in angezeigtAbbildung 3. Die durchschnittliche NH₃-N-Entfernung für das Bardenpho-Verfahren betrug 12,7 mg/L, während sie für das herkömmliche AAO-Verfahren 11,68 mg/L betrug. Die Ergebnisse zeigen, dass der Bardenpho-Prozess unter den gleichen saisonalen Bedingungen, dem gleichen Zeitraum, der gleichen gleichmäßigen Zuflussverteilung und mit der Zugabe von Kohlenstoffquellen in der vor-anoxischen Zone eine bessere NH₃-N-Entfernung erzielte als der herkömmliche AAO-Prozess.
5.2 TN-Entfernung
Die TN-Werte am Zufluss der anaeroben Zonen und am Abfluss der biologischen Tanks für A1 und B1 wurden über einen Zeitraum von 10 Tagen wiederholt überwacht. Die Ergebnisse werden in angezeigtAbbildung 4. Die durchschnittliche TN-Entfernung für das Bardenpho-Verfahren betrug 6,23 mg/L, während sie für das herkömmliche AAO-Verfahren 2,65 mg/L betrug. Die Ergebnisse zeigen, dass das Bardenpho-Verfahren unter den gleichen Bedingungen insgesamt eine bessere TN-Entfernung erzielte als das herkömmliche AAO-Verfahren.
5.3 TP-Entfernung
Die TP-Werte am Zufluss der anaeroben Zonen und am Abfluss der biologischen Tanks für A1 und B1 wurden über 22 Tage wiederholt überwacht. Die Ergebnisse werden in angezeigtAbbildung 5. Die durchschnittliche TP-Entfernung für das Bardenpho-Verfahren betrug 0,561 mg/L, während sie für das herkömmliche AAO-Verfahren 0,449 mg/L betrug. Die Ergebnisse zeigen, dass das Bardenpho-Verfahren unter den gleichen Bedingungen insgesamt eine bessere TP-Entfernung erzielte als das herkömmliche AAO-Verfahren.
5.4 CSB-Entfernung
Die CSB-Werte am Zufluss der anaeroben Zonen und am Abfluss der biologischen Becken für A1 und B1 wurden über 9 Tage hinweg wiederholt überwacht. Die Ergebnisse werden in angezeigtAbbildung 6. Der durchschnittliche CSB-Verbrauch lag beim Bardenpho-Verfahren bei 13 mg/L, während er beim herkömmlichen AAO-Verfahren bei 19 mg/L lag. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das herkömmliche AAO-Verfahren unter den gleichen Bedingungen einen höheren CSB-Bedarf hatte als das Bardenpho-Verfahren.
6 Fazit und Ausblick
6.1 Fazit
Unter den gleichen saisonalen Betriebsbedingungen zeigte das Bardenpho-Verfahren im Vergleich zum herkömmlichen AAO-Verfahren einen Gesamttrend einer überlegenen Entfernungseffizienz für TN, TP und NH₃-N im Abwasser.
Derzeit beträgt der jährliche Phosphorentfernungsmittelverbrauch für die Abwasserbehandlung mit dem herkömmlichen AAO-Verfahren bei WuWu etwa 2.961 Tonnen; beim Bardenpho-Verfahren sind es etwa 2.000 Tonnen. Dies führt zu einer jährlichen Kosteneinsparung von etwa 450.000 RMB, was erhebliche wirtschaftliche Vorteile darstellt.
Der Betrieb des Bardenpho-Verfahrens wird den Anforderungen der ständig strengeren Abwasserentsorgungsnormen Chinas in hohem Maße gerecht und die Verschmutzung des flussabwärts gelegenen Wassersystems des Ba-Flusses verringern. Dies wird zu einer erheblichen Verbesserung der Wasserqualität führen, sowohl gefühlsmäßig als auch im Hinblick auf eine geringere Verschmutzung, wodurch die Umweltfunktionen schrittweise wiederhergestellt werden. Es ist von besonderer Bedeutung für den Schutz der ökologischen Umwelt der flussabwärts gelegenen Gewässer. Grundsätzlich kontrolliert die Abwasserbehandlung die Belastung der Grundwasserquellen durch städtisches Abwasser. Daher spielt es eine schützende Rolle für städtische Wasserversorgungsquellen und nachgelagerte Wasserquellen und stellt verschmutzte ökologische Umgebungen schrittweise wieder her. Dies wird das Lebensumfeld der Stadtbewohner und das Produktionsumfeld für Industrie und Handel erheblich verbessern, das Außenimage der Stadt verbessern und zu einer gesunden und nachhaltigen Entwicklung von Wirtschaft und Gesellschaft beitragen.