Wirkung der kombinierten A2O-MBBR + CWs-Technologie zur Behandlung ländlicher häuslicher Abwässer
In den letzten Jahren hat der Staat die Entwicklungsstrategie zur Wiederbelebung des ländlichen Raums stark vorangetrieben, sich dabei auf die Verbesserung des Lebensumfelds konzentriert und höhere Anforderungen an die Abwasserbehandlung ländlicher Haushalte gestellt. Derzeit umfassen die Hauptverfahren für die ländliche häusliche Abwasserbehandlung biologische Methoden, ökologische Methoden und kombinierte Verfahren, von denen die meisten aus der städtischen Abwasserbehandlung stammen. Allerdings zeichnen sich ländliche Gebiete durch eine verstreute Bevölkerung aus, was zu zahlreichen Problemen führt, wie z. B. einer hohen Abwasserverteilung, Schwierigkeiten bei der Sammlung, kleinen Aufbereitungsmaßstäben, geringer Ressourcenauslastung und unzureichenden Aufbereitungsanlagen. Darüber hinaus bestehen erhebliche Unterschiede in der Abwasserqualität und -menge, der geografischen Lage, dem Klima und dem wirtschaftlichen Niveau zwischen den Regionen, was eine Standardisierung der Aufbereitungstechnologien erschwert. Eine einfache Einführung städtischer Abwasserbehandlungstechnologien ist nicht möglich. Die Infrastruktur zur Abwassersammlung, beispielsweise Kanalnetze, ist in ländlichen Gebieten oft unzureichend. Die Abwassersammlung wird leicht durch Mischwasserüberläufe und Grundwasserinfiltration beeinträchtigt, was zu einer geringen organischen Konzentration im Abwasser und erhöhten Schwierigkeiten bei der biologischen Stickstoffentfernung führt. Die großen Schwankungen der Abwasserqualität und -menge in ländlichen Gebieten erschweren die Aufrechterhaltung einer stabilen Biomassekonzentration in Kläranlagen. Darüber hinaus schränken niedrige Wintertemperaturen die biologische Behandlungskapazität ein, was zu einer geringen Effizienz und einer instabilen Abwasserqualität führt, die dazu führt, dass die Standards herkömmlicher Belebtschlammverfahren überschritten werden. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung von Abwasserbehandlungstechnologien, die an die örtlichen Gegebenheiten angepasst sind und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßbelastungen, einen stabilen Langzeitbetrieb, einen niedrigen Energieverbrauch und eine hohe Behandlungseffizienz aufweisen.
Ländliche Gebiete in China bevorzugen tendenziell kostengünstige, einfach-zu-verwaltende häusliche Abwasseraufbereitungstechnologien, wobei kombinierte biologische und ökologische Verfahren eine wichtige Forschungsrichtung darstellen. Derzeit werden in ländlichen Gebieten weit verbreitete integrierte Anlagen zur Abwasserbehandlung hauptsächlich mit Prozessen wie dem anaeroben-anoxischen-oxischen (A2O) und dem Moving-Bed-Biofilm-Reaktor (MBBR) eingesetzt. Studien zeigen, dass der MBBR-Prozess mehr auf dem Anlagendesign als auf einer präzisen Betriebssteuerung beruht und kein professionelles technisches Personal für die Regulierung erfordert, was den Betrieb und die Wartung erleichtert. Dies ist besser für die praktischen Anforderungen der häuslichen Abwasserbehandlung in ländlichen Gebieten geeignet, wo es an technischem Personal mangelt. Zu seinen Vorteilen gehören eine hohe Biomassekonzentration, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastungen, eine hohe Behandlungseffizienz und ein geringer Platzbedarf. Forschung von Luo Jiawen et al. weist darauf hin, dass die Zugabe von MBBR-Medien zum A2O-Prozess die Abwasserbehandlungskapazität erheblich verbessern kann. Zhou Zhengbing et al. haben in einem tatsächlichen ländlichen häuslichen Abwasserprojekt ein zweistufiges anaerobes/anoxisches-biologisches, belüftetes Filter-Kombinationsverfahren entwickelt, das eine stabile Abwasserqualität gemäß der Klasse-A-Norm von GB 18918-2002 „Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants“ erreicht. Darüber hinaus werden Constructed Wetlands (CWs) häufig zur Behandlung ländlicher häuslicher Abwässer genutzt. Beispielsweise haben Zhang Yang et al. verwendeten Biokohle als Füllstoff zur Modifizierung eines bebauten Feuchtgebiets und fanden heraus, dass die Entfernungsraten für TN, TP und COD 99,41 %, 91,40 % bzw. 85,09 % erreichen könnten. Frühere Untersuchungen unserer Gruppe haben auch gezeigt, dass Schlamm-Biokohle-Füller die Stickstoff- und Phosphorentfernungsleistung von bebauten Feuchtgebieten verbessern, die Behandlungseffizienz und -wirksamkeit des gesamten Systems verbessern und das System widerstandsfähiger gegen Stoßbelastungen machen können. Aufbauend auf der oben genannten Forschung hat der Autor einen A2O-MBBR-Prozess vorangetrieben, der mit suspendierten Biofilmträgern gefüllt wird, um eine integrierte Fest-filmaktivschlammumgebung (IFAS) zu schaffen, die die Konzentration des Systemschlamms erhöht und verbessert Behandlungseffizienz. Unter Berücksichtigung der ökologischen Nutzung verfügbarer Brachflächen wie Teiche und Senken in ländlichen Gebieten und der Kombination von bebauten Feuchtgebieten als Aufbereitungsverfahren wurden Methoden wie die Verwendung von Schlamm-Biokohle-Füllstoff, die Rückführung nitrifizierter Flüssigkeit und die Anpflanzung von Unterwasserpflanzen eingesetzt, um die Betriebsstabilität des zusammengesetzten Feuchtgebiets zu verbessern. Daher wurde ein kombinierter A2O-MBBR + CWs-Prozess konstruiert.
In dieser Studie wurde unter Verwendung von Rohabwasser aus einer dörflichen Kläranlage in Hefei als Behandlungsobjekt ein Versuchsaufbau im Pilotmaßstab-für den kombinierten Prozess A2O-MBBR + CWs konstruiert. Der Einfluss saisonaler Wassertemperaturänderungen auf die Aufbereitungsleistung wurde untersucht. Die Schadstoffindikatoren im Zu- und Abwasser wurden während des Betriebs überwacht, um die Effizienz der Entfernung und die Betriebsstabilität zu ermitteln. Gleichzeitig wurde die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens analysiert. Ziel ist es, Datenreferenzen und Grundlagen für die Anwendung der kombinierten Technologie A2O + bebautes Feuchtgebiet in ländlichen häuslichen Abwasseraufbereitungsprojekten in China bereitzustellen und Referenzen für die Förderung der häuslichen Abwasseraufbereitung und den Bau schöner, ökologisch lebenswerter Dörfer in ländlichen Gebieten bereitzustellen.
1. Versuchsaufbau und Forschungsmethoden
1.1 Kombinierter Prozessablauf
Das kombinierte Prozessexperiment A2O-MBBR + CWs nutzte einen Serienbetrieb einer A2O-Einheit, eines kohlenstoffbasierten unterirdischen Strömungsfeuchtgebiets und eines ökologischen Teichs. Die A2O-Einheit bestand aus einem anaeroben -anoxischen Kontakttank mit Schikanen und einem aeroben Membrantank (MBBR). Sowohl der mit Prallblechen versehene anaerobe Tank als auch die Belüftungszone des aeroben MBBR-Tanks wurden mit suspendierten Biofilm-Trägermedien gefüllt, um Anlagerungsflächen für Mikroorganismen zur Bildung von Biofilmen bereitzustellen. Der Belebtschlamm und der Biofilm in den Tanks existierten nebeneinander und bildeten ein IFAS-System, das die Biomasse des Systems stabil aufrechterhalten konnte. Der anoxische Tank mit Leitblechen verbesserte den Denitrifikationsprozess durch die Rezirkulation nitrifizierter Flüssigkeit. Der aerobe MBBR-Becken verfügte über ein Belüftungssystem am Boden, um seine Nitrifikationsleistung zu verbessern. Zur zusätzlichen chemischen Phosphorentfernung wurde im Tank eine Dosieröffnung für Polyaluminiumchlorid (PAC) angebracht, die eine effiziente Phosphorentfernung ermöglicht. Die CWs-Einheit umfasste ein kohlenstoffbasiertes unterirdisches Strömungsfeuchtgebiet und einen untergetauchten ökologischen Pflanzenteich. Das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet verfügt über ein dreistufiges Füllfiltersystem. Am Boden der Einfüllzone wurden Belüftungsscheiben installiert, um das Medium zurückzuspülen und so Verstopfungen zu vermeiden. Der ökologische Unterwasserteich hatte eine Kalksteinsubstratschicht am Boden und war mit kältetoleranten Unterwasserpflanzen Vallisneria natans und Potamogeton Crispus bepflanzt. Der Aufbau wurde im Freien platziert. Im ökologischen Teich wurde ein Thermometer installiert, um saisonale Wassertemperaturänderungen zu überwachen. Der detaillierte Prozessablauf des kombinierten Prozesses A2O-MBBR + CWs ist in dargestelltAbbildung 1.
1.2 Setup-Design und Betriebsparameter
Der Versuchsaufbau wurde aus 10 mm dicken Polypropylenplatten aufgebaut. Der mit Prallblechen versehene anaerobe Tank war mit quadratischen Biofilm-Trägermedien gefüllt und enthielt Prallplatten. Das Rückführungsverhältnis der gemischten Flüssigkeit für den anoxischen Tank mit Prallblechen betrug 50 % bis 150 % und er enthielt auch Prallplatten. Der aerobe MBBR-Tank wurde durch eine Trennwand in eine aerobe Belüftungszone und eine Sedimentationszone unterteilt. Die Belüftungszone war mit suspendierten MBBR-Trägermedien mit einem Luft-zu-Wasser-Verhältnis von 6:1 bis 10:1 gefüllt. Die Sedimentationszone verfügte über eine PAC-Dosieröffnung und geneigte Platten zur Sedimentationsunterstützung. Das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet: Die primäre Füllzone wurde mit Kalkstein (~5 cm Durchmesser), die sekundäre Füllzone mit Zeolith (~3 cm Durchmesser) und die tertiäre Füllzone mit Schlamm-Biokohle-Füllstoff (~0,5–1,0 cm Durchmesser) gefüllt. Die Füllhöhe für jede Zone betrug 75 cm. Zwischen der primären und sekundären Füllzone wurde eine etwa 4 cm breite Spaltzone für Funktionen wie das Hinzufügen externer Kohlenstoffquellen, die Beobachtung und die Wartung/Entleerung eingerichtet (während dieses Experiments wurde keine Kohlenstoffquelle hinzugefügt). Der untergetauchte ökologische Pflanzenteich wurde mit Kalksteinfüller (ca. 3 cm Durchmesser) in einer Höhe von 20 cm gefüllt. Untergetauchte Pflanzen wurden in einem Reihenabstand von 10 cm und einem Pflanzabstand von 10 cm gepflanzt. Als Zufluss wurde für das Experiment Rohabwasser aus einer dörflichen Kläranlage in Hefei verwendet. Der Versuchszeitraum erstreckte sich vom 25. Mai 2022 bis zum 17. Januar 2023 und umfasste insgesamt 239 Tage. Untergetauchte Pflanzen wurden einmal am 2. Dezember geerntet, mit einer Häufigkeit von etwa einmal alle 6 Monate. Die geplante Abwasserbehandlungskapazität betrug 50 bis 210 l/Tag. Detaillierte Entwurfsparameter des Aufbaus sind in dargestelltTabelle 1.
1.3 Experimentelle Methoden
1.3.1 Experimentelles Design
1.3.1.1 Test der optimalen Abwasserbehandlungskapazität
Nach erfolgreichem Probebetrieb des Versuchsaufbaus (stabile Abwasserqualität) wurde vom 25. Mai 2022 bis zum 30. Juni 2022 der Test der optimalen Abwasserbehandlungskapazität durchgeführt. Unter den Bedingungen der Aufrechterhaltung eines Luft-{4}}zu--Wasserverhältnisses im aeroben Tank von 6:1, eines nitrifizierten Flüssigkeitsrückführungsverhältnisses von 100 % und einer PAC-Nutzung (Al2O3-Gehalt 28 %) von etwa 3,7 g/Tag wurde die Abwasserbehandlungskapazität der Anlage schrittweise erhöht (50, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 210 L/Tag). Veränderungen in der Abwasserqualität wurden überwacht, um die optimale Abwasserbehandlungskapazität der Anlage zu ermitteln. Während dieser Zeit schwankte die Wassertemperatur zwischen 24,5 und 27,1 Grad. Um eine stabile Abwasserkonformität im Winter zu gewährleisten, wurde als Abwasserstandard der Grade-A-Standard von GB 18918-2002 „Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants“ übernommen.
1.3.1.2 Kombinierter Prozess-Gesamtbehandlungsleistungstest
Der Testzeitraum erstreckte sich vom 1. Juli 2022 bis zum 17. Januar 2023. Die optimale Abwasserbehandlungskapazität wurde auf 120 L/Tag festgelegt. Das Luft-{6}}zu-Wasser-Verhältnis im Aerobic-Tank betrug 6:1–10:1, und das Mischflüssigkeits-Rezirkulationsverhältnis betrug 50–150 %. Qualitätsindikatoren für Zu- und Abwasser (TN, TP, NO).3--N, NH4+-N und COD) von jeder Prozesseinheit wurden überwacht. Änderungen der Wassertemperatur während des Testzeitraums (beeinflusst durch das saisonale Klima) wurden aufgezeichnet. Die Behandlungsleistung des kombinierten A2O-MBBR + CWs-Verfahrens für ländliches häusliches Abwasser wurde analysiert und der Einfluss saisonaler Wassertemperaturänderungen auf die Leistung des kombinierten Verfahrens untersucht.
1.3.2 Probenahme
Während des Testzeitraums wurden unregelmäßig (ungefähr 1–2 Mal pro Woche) Proben zur Prüfung der Wasserqualität entnommen. Es wurden Proben aus dem Zufluss des Aufbaus, dem Abwasser des anaeroben -anoxischen Tanks mit Leitblechen, dem Abwasser des aeroben MBBR-Tanks, dem Abwasser des kohlenstoffbasierten unterirdischen Feuchtgebiets und dem Abwasser der ökologischen Teichanlage unter Wasser entnommen. Zulaufproben wurden aus dem Einlassrohr der Anlage und Ablaufproben aus dem Auslass jeder Einheit entnommen. Die Prüfung der Wasserqualitätsindikatoren wurde am selben Tag der Probenahme abgeschlossen. Zu den getesteten Indikatoren gehörten TN, TP, NO3--N, NH4+-N und COD. Bei jeder Probenahme wurde die Wassertemperatur vom Thermometer im ökologischen Teich aufgezeichnet (variiert zwischen 0 und 32 Grad). Die Wassertemperatur im ökologischen Teich veränderte sich auf natürliche Weise mit jahreszeitlichen Temperaturunterschieden. Der für den Versuchsaufbau entworfene Abwasserstandard folgte dem Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019 „Discharge Standard of Water Pollutants for Rural Domestic Wastewater Treatment Facilities“. Die geplanten Zuflusskonzentrationen und Abwasserstandards sind in detailliert beschriebenTabelle 2.
1.3.3 Methoden zur Wasserqualitätsanalyse
Die TN-Konzentration in Wasserproben wurde unter Verwendung von HJ 636-2012 „Wasserqualität - Bestimmung des Gesamtstickstoffs – UV-spektrophotometrische Methode zum Aufschluss von alkalischem Kaliumpersulfat“ bestimmt. NEIN3--Die N-Konzentration wurde unter Verwendung von HJ/T 346-2007 „Wasserqualität - Bestimmung von Nitratstickstoff – Ultraviolettspektrophotometrie (Versuch)“ bestimmt. NH4+-Die N-Konzentration wurde unter Verwendung von HJ 535-2009 „Wasserqualität - Bestimmung von Ammoniakstickstoff - Nesslers Reagenzspektrophotometrie“ bestimmt. Der CSB wurde nach HJ 828-2017 „Wasserqualität - Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs - Dichromatmethode“ bestimmt. Die TP-Konzentration wurde unter Verwendung von GB 11893-1989 „Wasserqualität – Bestimmung des gesamten Phosphors – spektrophotometrische Ammoniummolybdat-Methode“ bestimmt.
2. Ergebnisse und Diskussion
2.1 Einfluss der Abwasserbehandlungskapazität auf die kombinierte Prozessleistung
Wie in gezeigtAbbildung 2 (a)(b), da die tägliche Abwasserbehandlungskapazität schrittweise von 50 l/Tag auf 210 l/Tag stieg, stiegen die Entfernungseffizienzen von TN und NH4+-N für jede Einheit des kombinierten Prozesses zeigte einen abnehmenden Trend. Die TN-Entfernungsrate sank von 91,55 % (50 L/Tag) auf 52,17 % (210 L/Tag) und NH4+-N-Entfernungsrate sank von 97,47 % (70 l/Tag) auf 80,68 % (210 l/Tag). Dies liegt daran, dass die Erhöhung der täglichen Abwasserbehandlungskapazität die hydraulische Verweilzeit verkürzt und die Zeit, die Mikroorganismen zum Schadstoffabbau zur Verfügung steht, verkürzt, was zu einer schlechteren Behandlungsleistung führt. Unter ihnen trug die A2O-Einheit am meisten zu TN und NH bei4+-N-Entfernung. Die durchschnittliche TN-Konzentration im Zufluss für diese Einheit betrug 38,68 mg/L, der Abfluss betrug 16,87 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 56,29 %. Der durchschnittliche Zufluss NH4+-Die N-Konzentration betrug 36,29 mg/L, das Abwasser betrug 5,50 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 84,85 %. Für das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet betrug die durchschnittliche TN-Konzentration im Zufluss 16,87 mg/L, im Abwasser 11,96 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 29,10 %. Für den ökologischen Unterwasserteich betrug die durchschnittliche TN-Konzentration im Zufluss 11,96 mg/l, im Abwasser 9,47 mg/l, mit einer Entfernungsrate von 20,82 %. Die Stickstoffentfernungsleistung des kohlenstoffbasierten Feuchtgebiets mit unterirdischer Strömung war besser als die des ökologischen Teichs, da die anaerobe -anoxische Umgebung des Feuchtgebiets mit unterirdischer Strömung besser für die Denitrifizierung geeignet ist. Allerdings ist der NH4+-Die N-Entfernungsleistung des ökologischen Teichs war besser als die des unterirdischen Flussfeuchtgebiets. Der durchschnittliche Zufluss NH4+Die -N-Konzentration für das kohlenstoffbasierte Feuchtgebiet mit unterirdischer Strömung- betrug 5,50 mg/L, das Abwasser betrug 4,04 mg/L, mit einer Entfernungsrate von nur 26,53 %. Für den ökologischen Teich beträgt der durchschnittliche Zufluss NH4+-Die N-Konzentration betrug 4,04 mg/L, das Abwasser 2,38 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 41,07 %. Dies liegt daran, dass die aerobe Umgebung des ökologischen Teichs besser für die Nitrifikation geeignet ist und mehr NH umwandelt4+-N in NO3--N, was zu einem höheren NH führt4+-N-Entfernungsrate. Als die Abwasserbehandlungskapazität 150 l/d erreichte, betrug die TN-Konzentration im Abwasser 15,11 mg/l und übertraf damit den Grad-A-Standard von GB 18918-2002. Um eine stabile TN-Konformität sicherzustellen, betrug die maximale Abwasserbehandlungskapazität daher 120 l/Tag. Als die Abwasserbehandlungskapazität 210 L/Tag erreichte, wurde das abfließende NH4+-Die N-Konzentration betrug 7,07 mg/L und übertraf damit den Grad-A-Standard von GB 18918-2002. Daher ist die maximale Abwasserbehandlungskapazität für NH4+-Die N-Konformität betrug 180 L/Tag.
Wie in gezeigtAbbildung 2 (c)Der durchschnittliche CSB-Wert des Zuflusses lag unter 100 mg/L, was auf einen geringen organischen Gehalt hinweist. Die Erhöhung der Abwasserbehandlungskapazität hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die CSB-Entfernung, wobei die CSB-Entfernungsraten zwischen 75 % und 90 % lagen. Als die Abwasserbehandlungskapazität von 50 l/d auf 210 l/d anstieg, betrug der durchschnittliche CSB im Abwasser 19,16 mg/l, mit einem maximalen CSB im Abwasser von 26,07 mg/l, was immer noch weit unter dem 50 mg/l-Standard von GB 18918-2002 Grade A liegt. Die A2O-Einheit trug aufgrund der Belüftungsvorrichtung im aeroben MBBR-Tank am meisten zur CSB-Entfernung bei schuf eine aerobe Umgebung, steigerte die biochemische Kapazität aerober Mikroorganismen und stärkte die CSB-Entfernung. Darüber hinaus ermöglichte die Rezirkulation der nitrifizierten Flüssigkeit in der A2O-Einheit dem anoxischen Tank mit Leitblechen die weitere Nutzung organischer Stoffe im Abwasser als Kohlenstoffquelle, wodurch ein Teil des CSB entfernt und gleichzeitig die Denitrifikation verbessert wurde. Das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet trug am zweitgrößten zur CSB-Entfernung bei. Seine anaerob-anoxische Umgebung begünstigt die Nutzung organischer Stoffe im Abwasser als Kohlenstoffquelle, indem ein Teil der organischen Stoffe abgebaut und gleichzeitig die Denitrifikation gefördert wird, was auch der Grund für die bessere TN-Entfernung ist. Darüber hinaus kann die Substratschicht des unterirdischen Strömungsfeuchtgebiets einige organische Stoffe adsorbieren. Der ökologische Teich hatte nur begrenzte Auswirkungen auf den CSB-Abbau. Der durchschnittliche CSB-Zufluss für den ökologischen Teich betrug 22,21 mg/L, und die meisten leicht biologisch abbaubaren organischen Stoffe waren bereits abgebaut, so dass organische Stoffe zurückblieben, die schwieriger abbaubar sind.
Wie in gezeigtAbbildung 2 (d)Mit zunehmender Abwasserbehandlungskapazität blieb die TP-Konzentration im Abwasser stabil. Die Erhöhung der Abwasserbehandlungskapazität hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die TP-Entfernung. Die durchschnittliche TP-Konzentration im Zufluss betrug 3,7 mg/L und die durchschnittliche Abwasserkonzentration 0,18 mg/L, mit einer durchschnittlichen Entfernungsrate von 95,14 %, was auf eine gute TP-Entfernung hinweist. TP wurde hauptsächlich in der A2O-Einheit entfernt. Die TP-Konzentration des Zuflusses für die A2O-Einheit betrug 3,7 mg/L und der Abfluss betrug nur 0,29 mg/L, besser als der 0,5 mg/L-Standard von GB 18918-2002 Grade A. Dies liegt daran, dass die A2O-Einheit nicht nur über eine biologische Phosphorentfernung durch phosphorakkumulierende Organismen (PAOs) verfügte, sondern auch durch eine chemische Phosphorentfernung durch Dosierung von 3,7 ergänzt wurde g/d PAC. Die Kombination aus biologischer und chemischer Phosphorentfernung führte dazu, dass über 90 % des Phosphors in der A2O-Einheit entfernt wurden. Das unterirdische Flussfeuchtgebiet und der ökologische Teich stützten sich zur Phosphorentfernung hauptsächlich auf Mechanismen wie Substratadsorption, Sedimentation, Pflanzenaufnahme und mikrobiellen Abbau. Darüber hinaus betrug die TP-Konzentration, die in das Feuchtgebiet gelangte, bereits nur 0,29 mg/L, was eine weitere Entfernung erschwerte. Diese kombinierten Gründe führten zur allgemeinen TP-Entfernungsleistung des Feuchtgebiets und des ökologischen Teichs.
Um eine stabile Übereinstimmung aller Abwasserindikatoren mit dem Grad-A-Standard GB 18918-2002 sicherzustellen, wurde die optimale Abwasserbehandlungskapazität für diesen Prozess auf 120 l/Tag festgelegt.
2.2 Schadstoffentfernungsleistung des kombinierten Prozesses
2.2.1 Leistung der CSB-Entfernung
Wie in gezeigtAbbildung 3Während des gesamten Testzeitraums für die Aufbereitungsleistung (1. Juli 2022 bis 17. Januar 2023, Abwasseraufbereitungskapazität 120 l/Tag) zeigte die Wassertemperatur einen schwankenden Abwärtstrend und sank von 32 Grad auf 0 Grad. Die CSB-Entfernungsrate schwankte und der Rückgang der Wassertemperatur hatte keinen offensichtlichen Einfluss auf die CSB-Entfernung. Kombiniert mitAbbildung 4Die CSB-Entfernungsrate schwankte zwischen 66,16 % und 82,51 %, hauptsächlich beeinflusst durch die CSB-Konzentration im Zufluss. Studien zeigen, dass die CSB-Entfernung unter anaeroben/anoxischen Bedingungen hauptsächlich auf mikrobieller Wirkung beruht. Der A2O-MBBR+CWs-Prozess wechselt zwischen anaeroben -anoxischen-oxischen-anoxischen-oxischen Bedingungen und verbessert so die CSB-Entfernung. Während des Betriebs sank die Wassertemperatur, obwohl der CSB-Wert des Zulaufs zwischen 80 und 136 mg/L lag, der CSB-Wert des Abflusses blieb stabil unter 50 mg/L und erfüllte damit den Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019, was auf einen guten organischen Abbau hinweist. Der A2O-Bereich trug am meisten zur CSB-Entfernung bei. Der anaerobe -anoxische Kontakttank mit Leitblechen hatte eine durchschnittliche CSB-Entfernungsrate von 43,38 %, was 65,43 % der gesamten CSB-Entfernung ausmachte. Der aerobe MBBR-Tank hatte eine durchschnittliche Entfernungsrate von 14,69 %, was 19,87 % der Gesamtmenge ausmacht. Der A2O-Abschnitt trug über 85 % zur CSB-Entfernung bei und profitierte von der großen spezifischen Oberfläche der Medien im anaeroben Becken mit Leitblechen und im aeroben MBBR-Becken, der hohen Schlammkonzentration und der Bildung einer Nahrungskette aus Bakterien → Protozoen → Metazoen, wodurch organische Stoffe im Wasser effektiv abgebaut wurden. Die hohe Artenvielfalt des IFAS-Systems gewährleistete auch bei Temperaturschwankungen eine gute organische Entfernung. Darüber hinaus würde ein Teil der löslichen organischen Substanz im Abwasser im anaerob-anoxischen Kontakttank mit Leitblechen von denitrifizierenden Bakterien als Kohlenstoffquelle genutzt. Unterdessen erhöhte die rezirkulierte Mischlauge den NO-Gehalt3--N-Konzentration im anoxischen Tank mit Leitblechen, wodurch die Nutzung von Kohlenstoffquellen durch denitrifizierende Bakterien zur Umwandlung von NO gefördert wird3--N/NEIN2--N in Stickstoffgas. Die hohe CSB-Entfernungsrate im anaeroben -anoxischen Kontakttank mit Leitblechen bestätigt weiter, dass dieser Prozess organische Stoffe im Abwasser effizient als Denitrifikationskohlenstoffquelle nutzen kann. Das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet wies eine durchschnittliche CSB-Entfernungsrate von 7,18 % auf, was 9,18 % der gesamten CSB-Entfernung ausmacht. Die anaerobe/anoxische Umgebung des unterirdischen Strömungsfeuchtgebiets begünstigt Mikroorganismen, die organisches Material als Kohlenstoffquelle nutzen, um eine CSB-Entfernung zu erreichen und gleichzeitig die Denitrifikation zu verbessern. Verwandte Untersuchungen deuten auch darauf hin, dass Biokohle-Füllstoffe organische Stoffe durch elektrostatische Anziehung und intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen adsorbieren können. Daher würde der Schlamm-Biokohle-Füllstoff im unterirdischen Flussfeuchtgebiet auch einen Teil der organischen Substanz adsorbieren. Der ökologische Unterwasserteich mit Pflanzen hatte eine durchschnittliche CSB-Entfernungsrate von nur 3,68 %, da der in den Teich gelangende CSB mit durchschnittlich 30,59 mg/L bereits niedrig war und größtenteils aus feuerfesten organischen Stoffen bestand, die hauptsächlich durch Adsorption und Pflanzenaufnahme mit begrenzter Wirkung entfernt wurden.
2.2.2 Stickstoffentfernungsleistung
Wie in gezeigtAbbildung 3, als die Wassertemperatur allmählich von 32 Grad auf 12 Grad sank, TN und NH4+-N-Entfernungsraten schwankten. Die durchschnittliche TN-Entfernungsrate erreichte 75,61 % und die durchschnittliche NH-Entfernungsrate4+-N-Entfernungsrate erreichte 95,70 %. Wenn die Wassertemperatur unter 12 Grad fiel, TN und NH4+-N-Entfernungsraten zeigten einen rasch abnehmenden Trend, aber die durchschnittlichen Entfernungsraten erreichten immer noch 58,56 % bzw. 80,40 %. Dies liegt daran, dass ein saisonaler Rückgang der Wassertemperatur die mikrobielle Aktivität hemmt und die Denitrifikationsleistung schwächt. Gemäß den statistischen Ergebnissen der Schadstoffkonzentrationen im Zu- und Ablauf während des kombinierten Prozessbetriebszeitraums (1. Juli 2022 bis 17. Januar 2023), dargestellt inTabelle 3, der durchschnittliche Zufluss TN und NH4+-Die N-Konzentrationen betrugen 36,56 mg/L bzw. 32,47 mg/L. NH4+-N machte 88,81 % von TN aus. Einfluss NEIN3--N (0,01 mg/L) war nahezu vernachlässigbar. Durchschnittliche Abwasser-TN und NH4+-Die N-Konzentrationen betrugen 11,69 mg/L bzw. 3,5 mg/L und erfüllten beide den Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019. Das durchschnittliche Abwasser-NO3--Die N-Konzentration betrug 6,03 mg/L, was auf eine gute Nitrifikationskapazität dieses Prozesses bei der Umwandlung von NH hinweist4+-N bis NEIN3--N. Allerdings ist die Anreicherung von NO3--N im Abwasser deutet darauf hin, dass noch Raum für eine weitere Denitrifikation besteht. Wie in gezeigtAbbildung 5 (a)Die TN-Entfernung war im A2O-Bereich am höchsten. Der anaerobe -anoxische Kontakttank mit Schikanen hatte eine durchschnittliche TN-Entfernungsrate von 44,25 %, und der aerobe MBBR-Tank hatte eine durchschnittliche TN-Entfernungsrate von 9,55 %. Dies ist das Ergebnis der kombinierten Wirkung von nitrifizierenden Bakterien in der aeroben Zone und denitrifizierenden Bakterien in der anoxischen Zone. Das kohlenstoffbasierte bebaute Feuchtgebiet wies eine durchschnittliche TN-Entfernungsrate von 11,07 % auf, da seine Fähigkeit zur Freisetzung von Kohlenstoffquellen und seine anaerobe/anoxische Umgebung die Denitrifikation begünstigen und eine gewisse Stickstoffentfernungskapazität aufrechterhalten. Der ökologische Unterwasserteich wies bei allgemeiner Entfernungsleistung eine durchschnittliche TN-Entfernungsrate von nur 3,54 % auf, da seine aerobe Umgebung der Denitrifikation nicht förderlich ist. Wie in gezeigtAbbildung 5 (b), NH4+-Die N-Entfernung wurde hauptsächlich im A2O-Bereich abgeschlossen. Der anaerobe -anoxische Kontakttank mit Prallblech hatte ein NH4+-N-Entfernungsrate von 59,46 %, und der aerobe MBBR-Tank hatte einen NH-Wert4+-N-Entfernungsrate von 24,24 %. Der A2O-Abschnitt machte 93,57 % des gesamten NH aus4+-N-Entfernung. Das hohe NH4+-Die N-Entfernung im A2O-Abschnitt ist auf die kontinuierliche Belüftung im aeroben MBBR-Tank zurückzuführen, wodurch nitrifizierende Bakterien DO vollständig nutzen können, um NH umzuwandeln4+-N bis NEIN3--N. Dieses wird dann in den anoxischen Tank zurückgeführt, wo denitrifizierende Bakterien NO umwandeln3--N bis N2 zum Entfernen. Während des Testzeitraums betrug die durchschnittliche TN-Entfernungsrate 68,40 % und die durchschnittliche NH-Entfernungsrate4+-Die N-Entfernungsrate betrug 89,45 %, was auf eine gute Stickstoffentfernungsleistung hinweist.
Wie in gezeigtAbbildung 3Als die Wassertemperatur von 32 Grad auf 0 Grad sank, verringerte sich die TN-Entfernungsrate von maximal 79,19 % auf 51,38 %. Kombiniert mitAbbildung 5 (a), when water temperature was >Bei Temperaturen um 20 Grad überstieg die durchschnittliche TN-Entfernungsrate 75 %, mit einer durchschnittlichen Abwasserkonzentration von 8,41 mg/L, da die mikrobielle Aktivität im Bereich von 20 bis 32 Grad höher ist, was zu einer besseren Denitrifikation führt, was mit Untersuchungen von Zhang Na et al. übereinstimmt. Als die Wassertemperatur von 20 auf 5 Grad sank, verringerte sich die durchschnittliche TN-Entfernungsrate auf 65,44 % und die durchschnittliche Abwasserkonzentration stieg auf 12,70 mg/l. Bei einer Wassertemperatur von 0 bis 5 Grad sank die durchschnittliche TN-Entfernungsrate auf 52,75 % und die durchschnittliche Abwasserkonzentration stieg auf 17,62 mg/L, was auf einen gewissen Einfluss auf die TN-Entfernung hinweist. Studien zeigen, dass mit sinkender Wassertemperatur die mikrobielle Aktivität gehemmt wird. Bei Wassertemperatur<5.6°C, microorganisms are basically dormant, and population numbers sharply decrease, limiting pollutant degradation. When water temperature <4°C, microorganisms begin to die. However, in this process, even when water temperature dropped to 0°C, the TN removal rate still reached 51.52%, and effluent always met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. This is because the IFAS system in the A2O section maintained high biomass concentration. During the test period, MLSS concentration in the baffled anaerobic-anoxic contact tank and aerobic MBBR tank reached 6,000~8,000 mg/L. Additionally, recirculation of nitrified liquid further enhanced denitrification. Furthermore, wastewater passed sequentially through the limestone, zeolite, and sludge biochar filler zones of the subsurface flow wetland, where anaerobic and aerobic reactions occurred simultaneously. Various organics adsorbed on filler surfaces and the slow-release of carbon sources from biochar filler promoted denitrification, further enhancing nitrogen removal. Research indicates that biochar can increase the abundance and diversity of denitrifying microorganisms in wetlands. Also, due to its structure, subsurface flow wetlands have some thermal insulation effect, helping maintain internal microbial activity. Under the influence of multiple factors, the combined process exhibited strong resistance to low-temperature shock, maintaining over 50% TN removal even at 0°C. In summary, when water temperature is >Bei einer Temperatur von ca. 5 Grad ist die TN-Entfernungsleistung gut, wobei der Abwasserwert stabil unter 15 mg/l liegt. An dieser Stelle kann unter Berücksichtigung anderer Schadstoffentfernungen die Abwasserbehandlungskapazität entsprechend erhöht werden.
Wie in gezeigtAbbildung 3, als die Wassertemperatur allmählich abnahm, stieg der NH4+-Die N-Entfernungsrate sank von einem Maximum von 99,52 % auf ein Minimum von 74,77 % und das abfließende NH4+-Die N-Konzentration stieg von einem Minimum von 0,17 mg/L auf 8,40 mg/L. Eine sinkende Wassertemperatur hemmt die Aktivität nitrifizierender und nitritifizierender Bakterien und reduziert so NH4+-N removal. However, when water temperature >12 Grad, das durchschnittliche abfließende NH4+-Die N-Konzentration betrug 1,58 mg/L. Wenn die Wassertemperatur kleiner oder gleich 12 Grad ist, beträgt der durchschnittliche NH-Abfluss4+-Die N-Konzentration stieg auf 6,58 mg/L, aber das Abwasser enthielt NH4+-N erfüllte immer den Grade-A-Standard von DB 34/3527-2019. Bei einer Wassertemperatur von 20 bis 32 Grad betrug der durchschnittliche NH4+-N-Entfernungsrate über 96 %. Kombiniert mitAbbildung 5 (b), das abfließende NH4+-Die N-Konzentration lag in diesem Bereich unter 2 mg/L, was auf eine hohe Aktivität der nitrifizierenden Bakterien und eine ausgezeichnete Gesamt-NH-Konzentration hinweist4+-N-Entfernung. Als die Wassertemperatur allmählich von 20 Grad auf 12 Grad sank, betrug der durchschnittliche NH4+-N removal rate still exceeded 90%, showing good removal, as research indicates water temperature >12 Grad sind für das Wachstum nitrifizierender Bakterien geeignet und fördern die Nitrifikation. Daher NH4+-N behielt hohe Entfernungsraten im Bereich von 12–20 Grad bei. Als die Wassertemperatur allmählich von 12 Grad auf 0 Grad sank, betrug der durchschnittliche NH4+-N-Entfernungsrate erreichte immer noch 80 %. Vorhandene Forschungsergebnisse zeigen, dass nitrifizierende Bakterien bei 0 Grad nahezu ihre Nitrifikationskapazität verlieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch, dass selbst bei 0 Grad die NH4+-Die N-Entfernungsrate überstieg 75 %, was auf eine gute Nitrifikationsleistung dieses Prozesses bei niedrigen Temperaturen hinweist. Dies liegt daran, dass das IFAS-System im A2O-MBBR-Abschnitt dieser Studie ein langes Biofilmschlammalter von bis zu etwa einem Monat aufweist, wodurch die Nitrifikationsrate im biochemischen Tank weitaus weniger von der Temperatur beeinflusst wird als bei herkömmlichen Belebtschlammverfahren, was die Nitrifikationsleistung bei niedrigen Wintertemperaturen deutlich verbessert. Forschung von Wei Xiaohan et al. weist auch darauf hin, dass dies der Hauptgrund für die Nicht-Konformität von NH ist4+-N-Abwasser bei niedrigen Wassertemperaturen reicht für das Alter des Belebtschlamms nicht aus, wobei der Einfluss der Temperatur auf die Nitrifikatoraktivität zweitrangig ist. Obwohl die sinkende Wassertemperatur die Nitrifikatoraktivität in gewissem Maße beeinflusste, sorgte das ausreichende Schlammalter in diesem Prozess für NH4+-N-Entfernung bei niedrigen Temperaturen. Während des Testzeitraums betrug der durchschnittliche NH-Abfluss4+-Die N-Konzentration betrug 3,50 mg/L und der kombinierte Prozess zeigte eine gute und stabile Nitrifikationsleistung.
2.2.3 Leistung der Phosphorentfernung
Wie in gezeigtAbbildung 3Die TP-Entfernungsrate variierte kaum mit Änderungen der Wassertemperatur und blieb stabil über 94 %. Kombiniert mitAbbildung 6Die TP-Konzentration im Zufluss lag zwischen 3,03 und 4,14 mg/l und die TP-Konzentration im Abfluss zwischen 0,14 und 0,28 mg/l und erfüllte damit den Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019. Dieser Prozess beruht auf der kombinierten Wirkung der biologischen Phosphorentfernung (durch PAOs) und der chemischen Phosphorentfernung (durch PAC). Wenn die Wassertemperatur sinkt, wird die PAO-Aktivität gehemmt, was sich auf die biologische Phosphorentfernung auswirkt. Dieser Prozess ergänzt jedoch die chemische Phosphorentfernung durch die Dosierung von 3,7 g/Tag PAC, wodurch eine stabile TP-Entfernungsrate aufrechterhalten und die Auswirkungen von Wassertemperaturänderungen auf die Phosphorentfernung im kombinierten Prozess verringert werden. Die A2O-Einheit hatte die beste TP-Entfernungsleistung. Die durchschnittliche TP-Konzentration im Abwasser der anaeroben -anoxischen Einheit betrug 2,48 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 32,61 %. Die durchschnittliche TP-Konzentration im Abfluss der aeroben Einheit betrug 0,29 mg/L, mit einer Entfernungsrate von 59,51 %. Die gesamte TP-Entfernungsrate für die A2O-Einheit betrug 92,12 %. Durch das Leitblechdesign des A2O-MBBR-Abschnitts kann der in der rezirkulierten Mischlauge enthaltene Nitratstickstoff weitgehend entfernt werden, sodass anaerobe PAOs Phosphor im anaeroben Abschnitt gründlicher freisetzen und Phosphor im aeroben Abschnitt vollständiger absorbieren können, wodurch die biologische Phosphorentfernung verbessert wird. Darüber hinaus sorgte die chemische Phosphorentfernung durch Dosierung auf einer Seite des aeroben MBBR-Tanks für eine stabile TP-Entfernungsrate, wobei die Abwasserqualität stabil über dem Grade-A-Standard von DB 34/3527-2019 lag. Die biologische Phosphorentfernung im A2O-MBBR-Abschnitt erfolgt hauptsächlich, wenn PAOs im anaeroben Becken mit Leitblechen Kohlenstoffquellen nutzen, um einen Teil der organischen Substanz und flüchtigen Fettsäuren in Polyhydroxyalkanoate (PHAs) umzuwandeln. Wenn das Abwasser vom anaeroben Becken mit Leitblechen zum aeroben MBBR-Tank fließt, verwenden PAOs PHAs als Elektronendonoren, um die Phosphoraufnahme abzuschließen. Die Leistung der biologischen Phosphorentfernung wird jedoch leicht durch die PAO-Aktivität beeinträchtigt, und eine niedrige Wassertemperatur begrenzt die PAO-Aktivität. Um eine stabile Phosphorentfernung zu erreichen, wurde daher die chemische Phosphorentfernung in das Prozessdesign integriert. Darüber hinaus absorbieren die Adsorption durch die Substratschicht im kohlenstoffbasierten unterirdischen Flussfeuchtgebiet und das Wachstum von Unterwasserpflanzen im ökologischen Teich auch etwas Phosphor.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anlage während des Testzeitraums stabil funktionierte und insgesamt eine gute Schadstoffentfernungsleistung aufwies. Der kombinierte A2O-MBBR + CWs-Prozess erreichte durchschnittliche Entfernungsraten von 68,40 %, 89,45 %, 73,94 % und 94,04 % für TN, NH4+-N, COD bzw. TP. Die durchschnittlichen Abwasserkonzentrationen betrugen 11,69 mg/L, 3,50 mg/L, 26,9 mg/L bzw. 0,22 mg/L und erfüllten alle den Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019. Forschung von Wu Qiong et al. weist darauf hin, dass es sich bei A2O-MBBR um einen Verbundprozess aus Belebtschlamm und Biofilm handelt, der sich durch eine große mikrobielle Menge, ein langes Schlammalter, eine hohe volumetrische Belastung, ein kleines Volumen und einen geringen Platzbedarf, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßbelastungen, eine gute Abwasserqualität und einen stabilen Betrieb auszeichnet. Darüber hinaus ist die Denitrifikationsleistung von Biofilmprozessen im Winter besser als die von Belebtschlammprozessen, wodurch sie sich besser für die Behandlung von Abwasser mit niedrigen Temperaturen im Winter eignen. Dies ist auch der Hauptgrund für die gute Schadstoffentfernungsleistung des A2O-MBBR-Abschnitts in dieser Studie. Der kombinierte A2O-MBBR + CWs-Prozess in dieser Studie fügt eine CWs-Polierbehandlungszone auf der Grundlage des A2O-MBBR-Prozesses hinzu, wodurch die Gesamtreinigungsleistung und die Betriebsstabilität des Prozesses weiter verbessert werden. Die Entfernung von TN und NH4+-N wurde von saisonalen Wassertemperaturänderungen weniger beeinflusst, während die Entfernung von CSB und TP nahezu unbeeinflusst von saisonalen Wassertemperaturen blieb. Während des Testzeitraums zeigte es eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßbelastungen und eignete sich daher für den Einsatz in ländlichen Gebieten mit großen Schwankungen in der Qualität und Menge des häuslichen Abwassers.
2.3 Wirtschaftliche Analyse des kombinierten Prozesses
Die Kosten dieses kombinierten Prozesses umfassen hauptsächlich Baukosten und Betriebskosten für die Abwasserbehandlung. Die Baukosten für den Aufbau des Versuchsaufbaus, einschließlich der Anschaffung von Tankkörpern, elektrischer Zusatzausrüstung, Medien, Unterwasseranlagen und Rohrverbindungen, beliefen sich auf insgesamt etwa 3.000 CNY. Basierend auf der maximalen Abwasserbehandlungskapazität während des Experiments von 0,18 m³/Tag betragen die Baukosten pro m³ behandeltem Abwasser etwa 16.700 CNY. Die Betriebskosten entstehen hauptsächlich durch den Einrichtungsbetrieb, einschließlich des Energieverbrauchs der Ausrüstung, der Kosten für Chemikalien, der Kosten für die Schlammentsorgung und der Arbeitskosten. Zu den elektrischen Geräten gehören: Förderpumpe (Leistung 2 W, Q=2.8 m³/d), Umwälzpumpe (Leistung 2 W, Q=2.8 m³/d), Belüfter (Leistung 5 W, Belüftungsrate =5 L/min) und peristaltische Dosierpumpe (Leistung 2 W). Berechnet auf der Grundlage der tatsächlichen maximalen Nutzungsleistung: Förderpumpe 0,13 W, Umwälzpumpe 0,19 W, Belüfter 1,25 W, Dosierpumpe 2 W. Die gesamte tatsächliche Nutzungsleistung beträgt 0,00357 kW, der tägliche Stromverbrauch 0,086 kWh. Der Stromverbrauch pro m³ behandeltem Abwasser beträgt 0,48 kWh. Bei einem Industriestrompreis von 0,7 CNY/kWh betragen die Stromkosten 0,33 CNY/m³. Die Kosten für PAC-Chemikalien betragen etwa 2,4 CNY/kg, der Verbrauch 3,7 g/Tag. Der benötigte PAC pro m³ Abwasser beträgt 20,56 g, die Kosten betragen 0,05 CNY/m³. Schlammentsorgungskosten=Schlammmenge × Einheitsvolumen Schlammentsorgungskosten. Die Trockenschlammproduktion pro Tonne Wasser beträgt 0,09 kg. Basierend auf einem Einheitspreis für den Transport und die Entsorgung von Klärschlamm in kommunalen Kläranlagen von 60 CNY/Tonne betragen die Schlammentsorgungskosten pro Tonne Wasser=0.09 kg × 0,06 CNY/kg=0.054 CNY. Da die Pilotanlage nur eine regelmäßige Inspektion nach dem Betrieb erforderte, wurden die Arbeitskosten auf der Grundlage tatsächlicher technischer Erfahrungen geschätzt. Eine Anlage mit einer Kapazität von 10.000 Tonnen pro Tag wird von 1–2 Personen betrieben. Unter der Annahme, dass das Gehalt einer einzelnen Person 3.000 CNY/Monat beträgt, beträgt der Arbeitskostenindikator für 2 Personen etwa 0,02 CNY/Tonne Wasser. Kostendetails finden Sie inTabelle 4. Zusammenfassend belaufen sich die Operationsbehandlungskosten auf etwa 0,46 CNY/m³. Mit zunehmender Abwasseraufbereitungskapazität würden jedoch die Bau- und Betriebskosten pro Tonne Wasser sinken. Die Bau- und Betriebskosten während des Pilottests dienen nur als Referenz.
3. Schlussfolgerungen
Das kombinierte Verfahren A2O-MBBR + CWs zeigte eine gute Leistung für die ländliche häusliche Abwasserbehandlung. Die Entfernung von TP und CSB blieb von Änderungen der Wassertemperatur weitgehend unbeeinflusst. Die durchschnittlichen Entfernungsraten für TN, NH4+-N, TP, and COD reached 68.4%, 89.45%, 94.02%, and 73.94%, respectively. When water temperature ≤5°C, effluent quality stably met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. When water temperature >5 Grad könnte die Abwasserqualität dem Grad-A-Standard von GB 18918-2002 „Einleitungsstandard für Schadstoffe für kommunale Abwasserbehandlungsanlagen“ entsprechen. Dieser Prozess kann organisches Material im System effizient als Kohlenstoffquelle nutzen, um die Denitrifikation zu verbessern und eine TN-Entfernung von über 50 % selbst bei Wassertemperaturen von nur 0 Grad aufrechtzuerhalten.
Die optimale Abwasserbehandlungskapazität für den kombinierten Prozess A2O-MBBR + CWs betrug im Winter 120 l/Tag und in der Nicht--Wintersaison 180 l/Tag. Saisonale Wassertemperaturänderungen (allmähliche Abnahme von 32 Grad auf 0 Grad) hatten nur einen gewissen Einfluss auf die Stickstoffentfernung durch den kombinierten Prozess. Die TN-Entfernungsrate sank von 79,19 % auf 51,38 % und die NH4+-N-Entfernungsrate sank von 99,52 % auf 74,77 %. Selbst bei 0 Grad entsprach die Abwasserqualität stabil dem Grad-A-Standard von DB 34/3527-2019 und dem NH4+-N-Entfernungsrate erreichte immer noch 74,77 %. Davon profitiert das IFAS-System, bei dem ein Schlammalter von bis zu einem Monat die Nitrifikation bei niedrigen Temperaturen gewährleistet. Der Prozess lief während des Testzeitraums stabil und zeigte eine hohe Beständigkeit gegenüber Änderungen der Wassertemperatur.
Der vorgeschaltete A2O-MBBR-Prozess nutzte zwei Arten suspendierter Biofilmträger zur mikrobiellen Anlagerung und bildete ein IFAS-System. Das kohlenstoffbasierte unterirdische Flussfeuchtgebiet nutzte mehrere Medienfüllstoffe, darunter Schlamm-Biokohle, Kalkstein und Zeolith, wodurch die Filtrationsleistung verbessert wurde und gleichzeitig ausreichend Angriffsfläche für Mikroorganismen bereitgestellt wurde, wodurch die biologische Behandlungskapazität verbessert wurde. Der vorgeschaltete A2O-MBBR-Prozess mit IFAS weist eine hohe Biomassekonzentration auf. Das hintere CW-Komposit-Feuchtgebiet dient als Reinigungsstufe, die das Abwasser weiter aufbereitet und das Gesamtsystem widerstandsfähiger gegen Stoßbelastungen macht.
Das kombinierte Verfahren A2O-MBBR + CWs eignet sich zur Behandlung von häuslichem Abwasser in ländlichen Gebieten mit großen Qualitäts- und Quantitätsschwankungen. Es arbeitet stabil und effizient mit Behandlungskosten von ca. 0,46 CNY/m³. Darüber hinaus können die A2O-MBBR+CWs-Prozessabschnitte flexibel an unterschiedliche Abwasserstandards, Szenarien und Zwecke angepasst werden. Dieser kombinierte Prozess kann Datenreferenz und Grundlage für ländliche häusliche Abwasseraufbereitungsprojekte in China liefern, einen Ressourcennutzungsweg für ungenutztes Brachland in ländlichen Gebieten bieten und verfügt über ein breites Marktanwendungspotenzial im Rahmen des nationalen Trends (wobei die Verbesserung der ländlichen Umweltqualität stark im Vordergrund steht).