Weinabwasserbehandlung mit dem biologischen A²O-Kontaktoxidationsverfahren: Fallstudie zu technischem Design und Anwendung

1 Gefahren, Quellen und Eigenschaften von Weinabwässern

Mit dem Wachstum der chinesischen Wirtschaft und dem Anstieg des Pro-Kopf-Einkommens hat sich das Verbrauchsniveau des chinesischen Weinmarktes rasch verbessert, die Weinindustrie hat sich schnell entwickelt und eine große Anzahl von Weingütern ist entstanden. Gleichzeitig fallen durch die florierende Weinproduktion große Mengen Abwasser an. Da diese Unternehmen meist in abgelegenen Vorstadtgebieten angesiedelt sind und über keine vollständigen Entwässerungsanlagen verfügen, hat die direkte Einleitung hochkonzentrierter organischer Schadstoffe, die Zucker, Alkohole und organische Säureverbindungen enthalten, erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt.

Der allgemeine Prozessablauf der Weinproduktion ist ungefähr:

Sortieren und Abbeeren → Zerkleinern → alkoholische Gärung → Pressen → malolaktische Gärung → Mischen → Reifung → Stabilisierung → Abfüllung → Fertigprodukt. Das eingeleitete Abwasser stammt hauptsächlich aus der Zerkleinerung, Pressung, Vergärung, Reinigung und anderen Verarbeitungsschritten. Das Abwasser aus der Weinproduktion zeichnet sich durch eine hohe Konzentration, ein hohes Chroma, einen hohen SS-Gehalt und eine schwierige Absetzung von Schwebstoffen aus. Die Wasserqualität ist normalerweise sauer, und die Wasserqualität und -menge schwankt während der Verarbeitungssaison stark, was deutliche saisonale Unterschiede zwischen der Presssaison und der Nichtpresssaison zeigt.

2 Prozessablaufdesign

2.1 Projekthintergrund und Prüfung der Zulaufwasserqualität

Ein Weinunternehmen mit Sitz in Ningxia ist ein Weinbauunternehmen. Das bei Produktion und Betrieb anfallende Abwasser stammt hauptsächlich aus der Werkstatt- und Weintankreinigungsentwässerung und enthält eine bestimmte Menge Wein, kein spezielles Industrieabwasser. Das Abwasser gehört zu den biologisch abbaubaren hochkonzentrierten organischen Abwässern und häuslichen Abwässern. Die getesteten Wasserqualitätsparameter sind in aufgeführtTabelle 1.

2.2 Designziele

Dieses Projekt beabsichtigt, einen entsprechenden Prozess zu übernehmen. Das Entwurfsziel besteht darin, dass das erzeugte Abwasser und die häuslichen Abwässer nach der Behandlung dem Wasserqualitätsstandard „Trockenlandwirtschaftsbewässerung“ im „Farmland Irrigation Water Quality Standard“ (GB5084-2005) entsprechen, sodass das Unternehmen Schadstoffe gemäß den gesetzlichen Bestimmungen einleiten und die Einleitungsstandards einhalten kann.

2.3 Prozessauswahl

Aufgrund der Eigenschaften von Weinabwässern wurde das Verfahren „A²O biologische Kontaktoxidation“ mit einer Größenordnung von 5 m³/d und einer Bodenfläche von 100 m² ausgewählt. Die Abwasserfließrichtung der Kläranlage ist in dargestelltAbbildung 1.

2.4 Prozessablaufdesign

2.4.1 Prozessübersicht

Das häusliche Abwasser des Projekts durchläuft eine Klärgrube zur Sedimentation und Filtrationsvorbehandlung und anschließend zusammen mit dem im Lagertank gesammelten Produktionsabwasser ein Stabsieb zur Filtration. Nach der Filtration wird es von einer Hebepumpe zum Ausgleichsbehälter gefördert. Nach der Homogenisierung und Ausgleichung im Ausgleichsbehälter gelangt es in die biologische A²O-Aufbereitungsanlage. Diese Einheit umfasst hauptsächlich einen anaeroben Tank, einen anoxischen Tank und einen aeroben Tank, in denen biologische Reaktionen wie der Abbau organischer Stoffe, Nitrifikation und Denitrifikation sowie die Freisetzung und Aufnahme von Phosphor stattfinden, um die Wasserqualität des Abwassers zu reinigen.

2.4.2 Prozessdesign

(1) Sedimentation und Filtration von Klärgruben: Häusliches Abwasser gelangt über Rohrleitungen in die Klärgrube. Die Klärgrube nutzt die Prinzipien der Sedimentation und der anaeroben Fermentation, um suspendierte organische Stoffe aus dem häuslichen Abwasser zu entfernen.

(2) Lagertank: Produktionsabwasser gelangt zur Lagerung über Rohrleitungen in den Lagertank. Der Lagertank hat ein geschlossenes rechteckiges Design, wodurch die Emission von Geruchsgasen wirksam vermieden werden kann.

(3) Stabsieb: Filtert hauptsächlich große Schwebstoffe im Abwasser, um den reibungslosen Betrieb der Pumpeneinheiten und der nachfolgenden Aufbereitungsstrukturen und -geräte sicherzustellen.

(4) Ausgleichsbecken: Um optimale Bedingungen für die Nachbehandlung zu schaffen, müssen Durchflussmenge und Wasserqualität des Abwassers angepasst werden. Durch die Homogenisierung und Angleichung der Durchflussmenge und der Wasserqualität kann nicht nur die Aufbereitbarkeit des Abwassers verbessert, die Stoßbelastung, die während der biochemischen Behandlungsstufe auftreten kann, reduziert werden, giftige Substanzen für Mikroorganismen verdünnt werden, sondern auch kurzfristig eingeleitetes Wasser mit hoher Temperatur abgekühlt werden. Im Ausgleichsbehälter ist ein Flüssigkeitsstandsregler installiert. Anschließend wird ein Signal über das Flüssigkeitsstandskontrollgerät übertragen und das Abwasser wird von der Hebepumpe zum Anaerobtank geleitet.

(5) Anaerober Tank: Der anaerobe Prozess nutzt eine Reihe vertikal installierter Leitbleche, um das behandelte Abwasser entlang der Leitbleche im Reaktor auf und ab fließen zu lassen. Mit Hilfe des im Reaktor während des Aufbereitungsprozesses erzeugten Biogases unterliegen die mikrobiellen Feststoffe im Reaktor in jedem durch die Leitbleche gebildeten Kompartiment einer Expansions- und Sedimentationsbewegung auf und ab. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Wasserstrom im gesamten Reaktor horizontal mit relativ geringer Geschwindigkeit. Dadurch, dass das Abwasser unter der Wirkung der Schikanen die Schikanen umströmt, erhöht sich die Gesamtlänge des Strömungsweges im Reaktor. Darüber hinaus werden durch die Sperrwirkung der Schikanen und die Sedimentation des Schlamms die biologischen Feststoffe effektiv im Reaktor zurückgehalten. Auch dieser Prozess erfordert eine Umwälzheizung. Das Abwasser bleibt zur Behandlung 4 Stunden lang in diesem Tank.

(6) Anoxische und aerobe Tanks: Bei diesem Verfahren werden biologisch induzierte modifizierte Füllstoffe als Kern verwendet. Durch die Veränderung der Mikroumgebung werden die Bakterienstämme dazu veranlasst, in eine bestimmte Richtung zu mutieren, sodass sich die anaeroben Ammoniak oxidierenden Bakterien kontinuierlich vermehren und eine stabile anaerobe Ammoniakoxidation erreicht wird. Dieser Prozess erfordert keine chemische Zugabe und führt hauptsächlich zu einer genetischen Variation von Mikroorganismen. Der aerobe biochemische Tank ist mit einer hohlen biologischen Doppelkugelfüllung gefüllt, so dass aerobe und anaerobe Prozesse gleichzeitig ablaufen. Das Abwasser bleibt 4 Stunden im anoxischen Tank und gelangt dann zur Behandlung in den aeroben Tank, wobei die Behandlungszeit etwa 8 Stunden beträgt.

(7) Nachklärbecken: Nach der anoxischen und aeroben Behandlung fließt das Abwasser von selbst in dieses Becken. In diesem Becken setzt sich eine große Menge verlorener Belebtschlamm und abgefallener Bakterienfilm ab. Das Sediment wird regelmäßig von einer Rückförderpumpe abgepumpt und zur weiteren anaeroben Vergärungsbehandlung in den anaeroben Tank zurückgeführt, wodurch der Gehalt an organischen Stoffen und Schwebstoffen im abgeleiteten Abwasser reduziert wird. Nach der Sedimentation wird der Schlamm zur Wiederverwendung in den anoxischen Tank zurückgeführt und das Abwasser gelangt dann über Rohrleitungen in den Reinwassertank. Das Abwasser bleibt 2 Stunden in diesem Tank.

(8) Reinwassertank: Nach der Behandlung gelangt das Abwasser zur UV-Desinfektion in den Reinwassertank. Dieser Tank dient zur Speicherung des gereinigten Abwassers, das den Standards entspricht. Das Abwasser kann zur Tropfbewässerung von Waldbäumen verwendet werden.

Der Prozessablauf und die Schadstoffentstehungspunkte der Kläranlage sind in dargestelltAbbildung 2.

3 Ergebnisse und Analyse

Der Umfang der Abwasseraufbereitungsanlage des Projekts beträgt 5 m³/Tag, und der Aufbereitungsprozess ist der „A²O-biologische Kontaktoxidationsprozess“. Durch die Überwachung der Betriebsergebnisse des Prozesses werden die wichtigsten Wasserqualitätsparameter angezeigtTabelle 2. Die Qualität des Abwassers entspricht dem Trockenlandwirtschaftsstandard im „Farmland Irrigation Water Quality Standard“ (GB5084-2005). Das Abwasser wird zur Tropfbewässerung von Waldbäumen verwendet, um sicherzustellen, dass das Unternehmen Schadstoffe gesetzeskonform einleitet und die Einleitungsstandards einhält, was hohe wirtschaftliche Vorteile und Aussichten bietet.

4 Fazit

In diesem Artikel wurde entsprechend den Eigenschaften von Weinabwasser der A²O-biologische Kontaktoxidationsprozess flexibel als Kernprozess für das relevante technische Design ausgewählt. Betriebsüberwachungsdaten zeigen, dass das hochkonzentrierte organische Abwasser, das Wein enthält, durch dieses Verfahren effektiv behandelt werden kann und die Qualität des Abwassers erheblich verbessert wird. Der biologische A²O-Kontaktoxidationsprozess bietet die Vorteile einer hohen Entfernungseffizienz für CSB und Ammoniakstickstoff, eines stabilen Betriebs, einer starken Stoßbelastungsbeständigkeit, einer bequemen Bedienung und Verwaltung sowie niedriger Betriebskosten. Dies ist der Entwicklungstrend der Abwasserbehandlungstechnologie für die Weinproduktion. Dieses Papier bietet eine praktikable Lösung und eine stabile und zuverlässige Prozessreferenz für die Behandlung von Weinabwässern und hat einen gewissen Anwendungswert und technische Orientierungsbedeutung.