Abwasserbehandlungstechnologie des vor-anaeroben Mikro-porenbelüftungs-Oxidationsgrabens
Einführung
Analyse derkonventionelles Oxidationsgrabenverfahrenzeigt, dass durch die Anpassung und Optimierung der Belüftungsintensität und der Strömungsmuster das Abwasser nacheinander durch anaerobe, anoxische und aerobe Reaktionstanks behandelt wird, wodurch eine effektive Entfernung organischer Stoffe gewährleistet wird. Allerdings sind Probleme wiehohe GesamtinvestitionUndgeringe Effizienz der Sauerstoffübertragungsind häufig und führen zusuboptimale Stickstoff- und Phosphorentfernung. Um diese Einschränkungen zu beseitigen, wurden eingehende -tiefgreifende Untersuchungen zur vor-Anoxischen mikroporösen Belüftungs-Oxidationsgraben-Abwasserbehandlungstechnologie durchgeführt, mit dem Ziel, die betriebliche Effizienz städtischer Abwasserbehandlungsanlagen zu verbessern und die Nutzung der Wasserressourcen zu verbessern.
1. Projektübersicht
Die Kläranlage in X City behandelt hauptsächlich häusliches und industrielles Abwasser, wobei ein erheblicher Anteil an Industrieabwässern anfällt.Die ausgelegte Behandlungskapazität beträgt 10×10⁴ m³/Tag. Die Qualitätsstandards für Zu- und Ablauf sind in dargestelltTabelle 1. Derzeit werden 30 % des gereinigten Abwassers als aufbereitetes Wasser für Wärmekraftwerke wiederverwendet, während die restlichen 70 % in Flüsse eingeleitet werden. Basierend auf den Funktionsklassifizierungen von Oberflächengewässern und den Schadstoffeinleitungsstandards für städtische Abwasserbehandlungsanlagen muss die Anlage den Einleitungsstandard der Klasse 1B erfüllen. Im Zuge der fortschreitenden städtischen wirtschaftlichen Entwicklung und der zunehmenden Abwasserentsorgung hat das Werk eine interzeptive Abwasserbehandlung für häusliches Abwasser eingeführt, das Abwassernetz erweitert und das voranoxische mikroporöse Belüftungs-Oxidationsgrabenverfahren eingeführt, um die Verschmutzung städtischer Oberflächenwasserquellen zu reduzieren.
2. Prozessablauf des vor-anoxischen mikroporösen Belüftungs-Oxidationsgrabens
Der Kern dieses Prozesses ist die Kombination eines vor-anoxischen Tanks und eines mikroporösen Belüftungs-Oxidationsgrabens. Der Behandlungsablauf ist wie folgt:Abwasser → Grobsieb → Einlasspumpenhaus → Feinsieb → Wirbelsandkammer → anaerober Tank → anoxische/aerobe Zonen → sekundärer Sedimentationstank → Desinfektionstank → Abwasser. Ein Teil des Schlamms aus dem Nachklärbecken wird vor der endgültigen Entsorgung in die Schlammentwässerungsanlage eingeleitet. Der Schwerpunkt des Prozesses liegt auf der Phosphorfreisetzung, der biologischen Stickstoffentfernung und der Phosphorentfernung.
2.1 Phosphorfreisetzung
Im anaeroben Tank wandeln fermentative Bakterien biologisch abbaubare Makromoleküle in kleinere molekulare Zwischenprodukte um, hauptsächlich flüchtige Fettsäuren (VFAs). Unter längeren anaeroben Bedingungen wachsen Polyphosphat-akkumulierende Organismen (PAOs) langsam und geben Phosphat aus ihren Zellen in die Lösung ab, indem sie Polyphosphate abbauen. Dieser Prozess liefert Energie für die Aufnahme und Umwandlung niedermolekularer Fettsäuren in Polyhydroxybutyrat (PHB)-Granulat.
2.2 Biologische Stickstoffentfernung
Ammoniakstickstoff wird durch nitrifizierende Bakterien unter aeroben Bedingungen in Nitrit und Nitrat umgewandelt. In der anoxischen Zone reduzieren denitrifizierende Bakterien Nitrat zu Stickstoffgas, das in die Atmosphäre abgegeben wird. Durch diesen Prozess wird der Stickstoffgehalt im Abwasser wirksam reduziert.
2.3 Phosphorentfernung
Unter aeroben Bedingungen nutzen PAOs Kohlenstoffquellen und PHB, um Orthophosphat zu absorbieren und Polyphosphate in ihren Zellen zu synthetisieren. Der angesammelte Phosphor wird anschließend mit dem Abfallschlamm aus dem System entfernt, wodurch eine effiziente Phosphorentfernung erreicht wird.
Im Vergleich zu herkömmlichen VerfahrenDer prä-anoxische mikroporöse Belüftungs-Oxidationsgraben vereinfacht den Betrieb, indem er die primäre Sedimentation verhindert oder deren Dauer verkürzt. Dadurch können größere organische Partikel aus der Sandkammer in das biologische System gelangen, wodurch Kohlenstoffquellendefizite behoben werden. Die abwechselnden anaeroben-anoxischen-aeroben Bedingungen hemmen das Wachstum filamentöser Bakterien, verbessern die Absetzbarkeit des Schlamms und integrieren Stickstoffentfernung, Phosphorentfernung und organischen Abbau. Die anaeroben und anoxischen Zonen schaffen günstige Umgebungen für die Entfernung von Stickstoff und Phosphor, während die aerobe Zone die gleichzeitige Freisetzung und Nitrifikation von Phosphor unterstützt. Das Volumen der aeroben Zone muss sorgfältig berechnet werden, um die Effizienz sicherzustellen:
Wo:
- X: Mikrobenschlammkonzentration (mg/L)
- Y: Schlammertragskoeffizient (kgMLSS/kgBSB)
- Se: Abwasserkonzentration (mg/L)
- S0: Zuflusskonzentration (mg/L)
- θC0: Hydraulische Verweilzeit (s)
- Q: Zuflussrate (L/s)
- V0: Effektives Volumen des aeroben Reaktors (L)
3. Schlüsselaspekte der vor-anoxischen mikroporösen Belüftungs-Oxidationsgraben-Technologie
3.1 Pre-Anoxic Tank-Technologie
Der vor-anoxische Tank beherbergt anaerobe Mikroorganismen, die organische Stoffe vorab zersetzen und umwandeln, wodurch die Schlammproduktion reduziert und die Belastung der nachfolgenden Behandlungsstufen verringert wird.
3.1.1 Prozessablauf
3.1.1.1 Vorbehandlung des Zuflusses
Beim Sieben werden Schwebstoffe wie Kunststoffe, Haare und Küchenabfälle mithilfe fortschrittlicher biologischer Siebe entfernt. Durchfluss- und Qualitätsregulierung sorgen für Homogenität, während die Sedimentation (natürlich oder chemisch-unterstützt) suspendierte Feststoffe und organische/anorganische Stoffe entfernt.
3.1.1.2 Anaerobe Reaktion
Kontrollierte Temperatur, pH-Wert und Verweilzeit erleichtern die gründliche Durchmischung von anaerobem Schlamm und Abwasser und verbessern so die Entfernung organischer Stoffe. Anaerobe Reaktoren nutzen Mischen oder Zirkulation, um die Fermentation zu fördern, wodurch CO₂, CH₄ und Spuren von H₂S entstehen. Es folgen die Gas--Flüssigkeits--Feststoffabtrennung und die Restgasbehandlung.
3.1.1.3 Nach-Behandlung und Abwasser
Resistente anorganische und organische Schadstoffe werden durch aerobe Prozesse oder Aktivkohleadsorption behandelt. Die Online-Überwachung verfolgt die mikrobielle Aktivität und Wasserqualitätsindikatoren (z. B. F/M-Verhältnis, gelöster Sauerstoff). Das F/M-Verhältnis sollte durchschnittlich 0,06 betragen; Der gelöste Sauerstoff in anaeroben Zonen sollte 0,5–1 mg/L betragen.
3.1.2 Prozesskontrolle
Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören:
Anaerobe Schlammkultivierung mit hoher Abbaukapazität und Aufrechterhaltung optimaler Nährstoffverhältnisse (C:N:P ≈ 100:5:1).
Kontrolle der organischen Belastung, der Temperatur (30–35 Grad) und des pH-Werts (6,5–7,5). Die organische Belastung sollte 3–6 kgBSB₅/(m³·d) betragen.
Implementierung von Schlammrecycling zur Aufrechterhaltung der mikrobiellen Konzentration und Aktivität. Entwässerter Schlamm kann als Dünger oder Futtermittel weiterverwendet werden.
3.2 Mikroporöse Belüftungs-Oxidationsgraben-Technologie
Schlammausbeulungen, die oft durch Fadenbakterien oder Zoogloea-Expansion verursacht werden, beeinträchtigen die Absetzbarkeit. Die folgenden Gleichungen beschreiben das mikrobielle Wachstum:
Wo:
- Kd: Mikrobieller Zerfallskoeffizient (d-1)
- S: Substratkonzentration (mg/L)
- Ks: Halb-Sättigungskoeffizient (mg/L)
- Y: Ertragskoeffizient (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maximale spezifische Wachstumsrate (d-1)
- μ: Mikrobielle Wachstumsrate (d-1)
Wo:
- Smin: Minimale Substratkonzentration im Steady State (mg/L)
- Kd: Mikrobieller Zerfallskoeffizient (d-1)
- Ks: Halb-Sättigungskoeffizient, d. h. die Substratkonzentration bei μ=μmax/2μ=μmax/2 (mg/L)
- Y: Ertragskoeffizient (kgMLSS/kgCOD)
- μmax: Maximale spezifische Wachstumsrate (d-1)
3.2.1 Prozessdesignparameter
Das Abwasser durchläuft Siebe, Sandkammern und anaerobe Tanks (mit Mischern), bevor es in den Oxidationsgraben gelangt. Mikroporöse Belüfter und Unterwasserpropeller erzeugen abwechselnd aerobe/anoxische Bedingungen. Das System umfasst zwei anaerobe Tanks (2,8 h HRT) und vier Oxidationsgräben (8,64 h HRT). Das Schlammalter beträgt 11,3 Tage.
3.2.2 Pilot--Gerätedesign im Maßstab
Das Pilotsystem umfasst eine belüftete Sandkammer, Pumpen, einen anaeroben Selektor, einen Oxidationsgraben, eine Schlammrückflusspumpe, einen Sekundärabscheider und eine Abwasserpumpe. Der anaerobe Selektor (2,35 m³) verfügt über drei Kammern mit Mischern und Monitoren (ORP, pH). Der Oxidationsgraben (26,3 m³) verfügt über mehrere Ein-/Auslässe und mikroporöse Diffusoren. Tests ergaben einflussreiche Durchschnittswerte: SS 160 mg/L, CSB 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Abschluss
Die Integration vor-anoxischer und mikroporöser Belüftungs-Oxidationsgrabentechnologien verbessert die Stickstoff- und Phosphorentfernung erheblich. Zukünftige Bemühungen sollten sich auf die Optimierung des Schlammalters, des gelösten Sauerstoffs und des Schlammrückflussverhältnisses konzentrieren, um die Behandlungseffizienz weiter zu verbessern.