Yhdyskuntajätevesien käsittelyn ydintavoite on poistaa jätevedestä epäpuhtaudet, kuten COD, BOD₅, TN ja TP, jotta ne täyttäisivät päästöstandardit (Yhdyskuntajätevesien käsittelylaitosten epäpuhtauksien poistostandardin GB 18918-2002 luokan A noudattaminen). Nykyiset pääprosessit keskittyvät biologiseen käsittelyyn yhdistettynä esikäsittelyyn ja edistyneisiin käsittelyyksiköihin, jotka muodostavat täydellisen "esikäsittelyn - ydinkäsittelyn - edistyneen käsittelyn - lietteen hävittämisen". Seuraavassa on yksityiskohtainen johdatus kuuteen yleisimmin käytettyyn prosessiin, joka kattaa niiden periaatteet, keskeiset parametrit, edut ja haitat sekä soveltuvat skenaariot, ottaen huomioon myös tekniset yksityiskohdat ja teknisen toteutettavuuden.
I. Klassinen perusprosessi: Perinteinen aktiivilieteprosessi
1. Prosessin periaate
Käyttämällä aktiivilietettä ytimenä aerobisissa olosuhteissa mikro-organismit adsorboivat ja hajottavat orgaanisia epäpuhtauksia jätevedessä, jolloin jätevesi puhdistuu lietteen{0}}veden erottelulla. Ydinprosessi: Tankoseula → Hiekkaammio → Ensisijainen sedimentaatiosäiliö → Ilmastussäiliö → Toissijainen sedimentaatiosäiliö → Desinfiointi ja tyhjennys; jäännösliete väkevöidään, poistetaan vesi ja hävitetään.
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit
* Hydraulinen retentioaika (HRT): 8-12 tuntia, kun HRT on suurempi tai yhtä suuri kuin 6 tuntia ilmastussäiliössä;
* Lietteen retentioaika (SRT): 3-5d (koskee vain orgaanisen aineksen poistoa, ilman typen ja fosforin poistotoimintoja);
* Orgaaninen kuormitus (F/M): 0,2-0,4 kgBOD5/(kgMLSS·d);
* DO Konsentraatio ilmastussäiliössä: 2-3mg/l, käyttämällä pakkoilmastusta tai mekaanista ilmastusta.
3. Edut ja haitat
* Edut: Kypsä tekniikka, vakaa toiminta, korkea tehokkuus orgaanisen aineksen käsittelyssä (BOD₅-poistoaste 85%-90%) ja suhteellisen alhaiset investointikustannukset;
* Haitat: Ei typen ja fosforin poistotoimintoja, mikä vaikeuttaa nykyisten luokan A standardien täyttämistä; suuri lietteen tuotanto, joka on altis filamenttiselle täytteelle; suuri jalanjälki ja suhteellisen korkea energiankulutus.
4. Sovellettavat skenaariot
* Soveltuu varhain{0}}rakennettuihin jätevedenpuhdistamoihin, joiden poistostandardit ovat alhaiset, tai teollisuuden jäteveden esikäsittelyyksiköksi; Tällä hetkellä sitä käytetään harvoin yksinään uusissa projekteissa, mutta enimmäkseen prosessin parantamisen perusmoduulina.
II. Yleiset samanaikaiset typen ja fosforin poistoprosessit: A²O ja modifioidut prosessit
1. Prosessin periaate
A²O (anaerobinen-anoksinen-aerobinen) -prosessi saavuttaa samanaikaisen typen ja fosforin poiston kolmen vyöhykkeen synergistisen vaikutuksen kautta: fosforia-kerääntyvät bakteerit vapauttavat fosforia anaerobisella alueella, bakteerien denitrifioivat bakteerit poistavat oksinitrogeenin vyöhykkeen fosforia-kerääntyvät bakteerit imevät fosforia aerobisella alueella. Muokattu versio (jossa on lisätty esi-anoksinen säiliö) ratkaisee hiilen lähteen kilpailuongelman denitrifikaation ja fosforinpoiston välillä, mikä tehostaa typen ja fosforin poistovaikutusta. Ydinprosessi: Esikäsittely → Anaerobinen säiliö → Esi-anoksinen säiliö → Hapoton säiliö → Aerobinen säiliö → Toissijainen sedimentaatiosäiliö → Kehittynyt käsittely → Purkaus.
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit
Kokonaiskorvaushoito: 10-12 tuntia, anaerobinen:anoksinen:aerobinen HRT-suhde=1:3:5;
Lietteen retentioaika (SRT): 10-12 päivää ympäristön lämpötilassa, 15 päivää matalassa lämpötilassa (nitrifikaatio- ja fosforinpoistovaatimusten tasapainottamiseksi);
Kierrätyssuhde: Sekalipeän kierrätyssuhde 200%-300% (säädettävä taajuus), lietteen kierrätyssuhde 50%-80%;
DO-kontrolli: Anaerobinen vyöhyke Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,2 mg/l, hapeton vyöhyke Vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,5 mg/L, aerobinen vyöhyke 2-3 mg/l.
3. Edut ja haitat
Edut: Erinomainen typen ja fosforin poistoteho (TN:n poistonopeus 70%-80%, TP:n poistonopeus 80%-90%), joka täyttää jatkuvasti luokan A standardit; kypsä tekniikka, kohtuulliset käyttökustannukset, soveltuu kunnalliseen jäteveteen, jossa veden laatu vaihtelee suuresti;
Haitat: Parametrit ovat ristiriidassa typen ja fosforin poiston välillä (SRT, kierrätyssuhdevaatimukset ristiriidassa); vähähiilisen -hiililähteen jätevesi vaatii ulkoisen hiililähteen lisäyksen; hieman suurempi jalanjälki.
4. Sovellettavat skenaariot
Tällä hetkellä suosituin prosessi yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden uudisrakentamiseen, laajentamiseen ja parantamiseen, soveltuu erityisesti kunnallisiin jätevesiprojekteihin, jotka edellyttävät samanaikaista typpi- ja fosforipäästöjen hallintaa. Se voidaan myös sovittaa monimutkaisiin jätevesiin, jotka sisältävät pieniä määriä teollisuusjätevettä (vaatii biohajoavuuskertoimen säätöä).
III. Korkea-tehokas ja kompakti prosessi: MBR (Membrane Bioreactor) -prosessi
1. Prosessin periaate
Tässä prosessissa kalvoerotustekniikka yhdistetään biologiseen käsittelyyn ja korvataan toissijainen sedimentointisäiliö kalvomoduuleilla tehokkaan lietteen{0}}veden erotuksen saavuttamiseksi. Ydinvirtaus: Esikäsittely → Biologinen säiliö (A²O, SBR jne. kokoonpanoja voidaan käyttää) → Kalvosäiliö → Desinfiointi ja tyhjennys. Kalvomoduulit voivat pidättää mikro-organismeja säilyttäen korkean MLSS-pitoisuuden biologisessa säiliössä ja tehostaen nitrifikaatiota ja orgaanisen aineksen poistoa.
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit
MLSS-pitoisuus: 6000-8000 mg/l (merkittävästi korkeampi kuin perinteiset prosessit);
Lietteen retentioaika (SRT): 20-30 päivää (tehostettu nitrifikaatio, sopii matalan lämpötilan, alhaisen C/N-jäteveden käsittelyyn);
Kalvovirtaus: 10-20 L/(m²·h), vaatii säännöllistä fyysistä/kemiallista puhdistusta;
Energiankulutus: 0,6-1,0 kWh/m³ (sisältäen ilmastus- ja kalvoimuenergiankulutuksen).
3. Edut ja haitat
Edut: Erinomainen jäteveden laatu (TN alle tai yhtä suuri kuin 8 mg/L, TP pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 mg/L), täyttää vaatimukset nostamiseksi lähes -luokan IV vedenlaatuun; jalanjälki on vain 1/3-1/2 perinteisistä prosesseista; ei lietehäviön riskiä, korkea toiminnan vakaus;
Haitat: Korkeat kalvomoduulikustannukset (30–40 % kokonaisinvestoinneista); monimutkainen huolto (altis tukkeutuminen), korkeat käyttökustannukset; suurempi energiankulutus kuin perinteiset biologiset prosessit.
4. Sovellettavat skenaariot
Soveltuu kaupunkien ydinalueille, joilla on rajalliset maavarat, kunnostusprojekteihin, joissa on tiukat jätevesistandardit, tai erityisiin vedenlaatuskenaarioihin, kuten alhainen lämpötila ja alhainen C/N-suhde; pätee myös hajautettuun jätevesien käsittelyyn (esim. asuinyhteisöt, teollisuuspuistot).
IV. Iskukuormitusta kestävä prosessi: hapetus-ojaprosessi
1. Prosessin periaate
Rengas{0}}muotoista ojareaktoria hyödyntäen jätevesi kiertää ojassa pyörivien harjojen tai kiekkojen kautta ilmastusta varten, jolloin syntyy vuorotellen aerobisia ja hapettomia vyöhykkeitä orgaanisen aineksen hajoamisen ja denitrifikaation aikaansaamiseksi. Yleisiä kokoonpanoja ovat Carrousel-hapetusovet, Orbal-hapetusovet ja integroidut hapetusovet (mukaan lukien toissijaiset sedimentaatiosäiliöt).
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit
HRT yhteensä: 15-25h (pitkä hydraulinen retentioaika, vahva iskunkesto);
Lietteen retentioaika (SRT): 10-20d (sopii typenpoistovaatimuksiin);
Orgaaninen kuormitus (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Liuennut happi: Asteittainen jakautuminen ojassa (2-3mg/l aerobisella vyöhykkeellä, 0,5-1mg/l hapettomalla alueella).
3. Edut ja haitat
Edut: Erittäin vahva iskunkesto, sopii jätevesille, joissa veden laatu ja määrä vaihtelevat suuria; yksinkertainen käyttö ja hallinta, alhaiset ylläpitokustannukset; hyvä typenpoistovaikutus (TN-poistonopeus 70%-75%);
Haitat: Heikko fosforinpoistovaikutus (vaatii apukemiallisen fosforinpoiston); suuri jalanjälki, korkea energiankulutus; riittämätön toiminnallinen joustavuus.
4. Sovellettavat skenaariot
Soveltuu jätevedenpuhdistamoihin pienissä ja keskikokoisissa{0}}kaupungeissa (tilavuus 50 000–500 000 m³/d), monimutkaisiin jätevesien, joissa veden laatu vaihtelee suuresti (mukaan lukien pieni määrä teollisuusjätevettä), tai projekteihin, joissa käyttö- ja hallintaominaisuudet ovat rajalliset.
V. Joustavat ajoittaiset prosessit: SBR (Sequencing Batch Reactor) ja modifioidut prosessit
1. Prosessin periaate
Jaksottaista reaktoria käyttämällä samassa säiliössä suoritetaan viisi vaihetta: sisäänvirtaus, ilmastus (aerobinen), sedimentaatio, jätevesien poisto ja tyhjäkäynti. Orgaanisen aineen hajoaminen, typen ja fosforin poisto saavutetaan aikaallokoimalla. Muokatut versiot (CAST, CASS-prosessit) lisäävät valintavyöhykkeen ja esireaktiovyöhykkeen- parantaakseen lietteen laskeutumista ja fosforinpoistotehokkuutta.
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit:
Yksi käyttöjakso: 4-6 tuntia (sisältäen 2-3 tuntia ilmastusta ja 1-1,5 tuntia sedimentaatiota);
Lietteen retentioaika (SRT): 10-15 päivää;
MLSS-pitoisuus: 3000-5000 mg/l;
Tyhjennyssuhde: 1/3-1/2 (kukin tyhjennys ei saa ylittää 1/2 säiliön tilavuudesta).
3. Edut ja haitat
Edut: Pieni jalanjälki (ei tarvitse erillistä toissijaista sedimentaatiosäiliötä); joustava toiminta säädettävillä kiertoparametreilla veden laadun perusteella; soveltuu pienille ja keskisuurille vesimäärille mahdollistaen samanaikaisen typen ja fosforin poiston.
Haitat: Korkeat vaatimukset automatisoidulle ohjaukselle (edellyttää jokaisen vaiheen ajoituksen tarkkaa ohjausta); riittämätön jäteveden laadun vakaus, johon toimintaparametrit vaikuttavat helposti; laitteiden nopea kuluminen (venttiilien ja pumppujen toistuva käynnistys{0}}pysähtyminen).
4. Sovellettavat skenaariot
Soveltuu pieniin ja keskikokoisiin{0}}kaupunkien jätevedenpuhdistamoihin (vesimäärä enintään 100 000 m³/d), hajautettuihin jätevedenkäsittelyprojekteihin (kuten yhteisöihin ja teollisuuspuistoihin) tai skenaarioihin, joissa veden laadun vaihtelut edellyttävät joustavaa toimintatapojen säätöä.
VI. Energiaa-säästävä ja tehokas-uusi prosessi: BioDopp biologinen kertolaskuprosessi
1. Prosessin periaate
Integroi kaikki biologiset käsittelyvaiheet (COD:n hajottaminen, typen poisto, fosforin poisto, lietteen stabilointi) yhteen biologiseen säiliöön. Kaavoitetun suunnittelun ja tehokkaan-ilmastusjärjestelmän avulla saavutetaan samanaikaisesti typen ja fosforin poisto ja lietteen vähentäminen. Ydinkohokohta on BioDopp-ilmastusjärjestelmä (laaja-alue hienovaahtoilmastus), jolla on korkea hapensiirtotehokkuus ja helppo huoltaa.
2. Tärkeimmät suunnitteluparametrit
Energiankulutus: 0,075 kWh/m³ (huomattavasti pienempi kuin perinteiset prosessit, mikä osoittaa merkittäviä energiansäästöetuja);
MLSS-pitoisuus: 8 g/L (korkea lietepitoisuus, parantaa käsittelyn tehokkuutta);
Hapensiirtoteho: 5 kgO2/kWh, hapentarve 0,2-0,3 mg/l;
Kokonaishormonikorvaus: 8-12 h, sopii kunnallisiin jätevesien rutiinikäsittelytarpeisiin.
3. Edut ja haitat
Edut: Erinomainen energiansäästö-vaikutus (energiankulutus on vain 1/5-1/8 perinteisistä prosesseista); korkea integraatio, pieni jalanjälki; vähäinen lietteen tuotanto, mikä eliminoi tarpeen monimutkaiselle lietteen hävittämiselle; ilmastusjärjestelmän helppo huoltaa (voidaan puhdistaa verkossa ilman seisokkeja); Haitat: Korkea tekninen kynnys, ydinlaitteet riippuvat tuonnista; soveltuu tiettyihin vesiominaisuuksiin, sopeutumiskyky runsaasti suolaa sisältäviin ja tyytymättömiin jätevesiin vaatii lisätarkastuksia.
4. Sovellettavat skenaariot
Soveltuu uusiin kunnallisiin jätevedenpuhdistamoihin (energiansäästöön ja kulutuksen vähentämiseen tähtääviin) ja teollisuuspuistojen jätevedenkäsittelyprojekteihin. Sitä on käytetty menestyksekkäästi Saksassa, Tšekin tasavallassa sekä kotimaani Shanghain ja Hebein maakunnissa.
VII. Prosessin valinnan ydinlogiikka
Yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden prosessien valinta edellyttää viiden keskeisen tekijän kokonaisvaltaista huomioimista: veden laatuominaisuudet, päästönormit, vesimäärä, maavarat ja käyttökustannukset. Peruslogiikka on seuraava:
- Veden laatu- ja poistostandardit: Jotta typen ja fosforin samanaikainen poisto täyttää luokan A standardit, modifioidut A²O- ja MBR-prosessit ovat suositeltavia; MBR-prosessit ovat suositeltavia vedenlaadun parantamiseksi lähellä luokkaa IV; Vedenlaadussa, jossa vaihtelut ovat suuret, hapetusojat ja modifioidut SBR-prosessit ovat suositeltavia.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) priorisoi muunnetut A²O- ja hapettumisprosessit; pienet ja keskikokoiset -jätevedenpuhdistamot (10 000-500 000 m³/d) voivat valita A²O-, modifioidun SBR- tai BioDopp-prosessin; hajautetut hankkeet (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Maa ja kustannukset: Kaupunkien ydinalueilla, joilla maata on niukasti, MBR-, SBR- ja BioDopp-prosessit ovat suositeltavia; rajoitetuilla budjeteilla modifioidut A²O- ja hapettumisprosessit ovat edullisia; BioDopp-prosesseja voidaan harkita pitkän aikavälin energiansäästön kannalta.
- Käyttö ja hallinta: Laitteissa, joiden toiminta- ja hallintaominaisuudet ovat rajalliset, hapetusojat ja modifioidut A²O-prosessit (yksinkertaiset käyttää) ovat suositeltavia. niille, joilla on korkeampi automaatiotaso, modifioidut MBR- ja SBR-prosessit sopivat.
Yhteenvetona voidaan todeta, että muunneltu A²O-prosessi, jonka edut ovat vakaa typen ja fosforin poisto, kohtuulliset kustannukset ja laaja sopeutuvuus, on edelleen yleisin valinta kaupunkien jätevedenpuhdistamoissa; MBR-prosessi soveltuu päivittämiseen ja kompakteihin asetteluvaatimuksiin; ja uudemmat prosessit, kuten BioDopp, tarjoavat uusia suuntauksia energiansäästöön ja päästöjen vähentämiseen, ja niiden sovellusskenaariot laajenevat vähitellen tulevaisuudessa.
