Процесът A²/O (анаеробен/аноксичен/аеробен) с неговите основни предимства на прост поток, ниска инвестиция и удобна работа и поддръжка, отдавна заема доминираща позиция в биологичното отстраняване на азот и фосфор за градски отпадъчни води и се използва широко в различни градски пречиствателни станции за отпадъчни води. Въпреки това, при реална експлоатация и поддръжка, много инсталации за отпадъчни води са изпаднали в същата дилема: TN (общ азот) и TP (общ фосфор) е трудно да се постигнат едновременно, особено при пречистване на отпадъчни води с преобладаващото ниско съотношение C/N в моята страна. Това води до порочен кръг, при който отстраняването на азот води до неуспешно отстраняване на фосфор, а отстраняването на фосфор води до неуспешно отстраняване на азот, което води до чести екологични инспекции и корекции и постоянно високи разходи за експлоатация и поддръжка.
Тази статия, съчетаваща три основни технически документа, изоставя грубите описания и започва от същността на процеса. Той разбива и обяснява в детайли принципите на процеса A²/O, неговите три присъщи дефекта, основния механизъм за отстраняване на фосфора от денитрификация и оптималната схема за модификация за ниско C/N отпадъчни води. Балансирайки професионализъм и практичност, той може да бъде директно препратен и приложен от дизайнери, персонал за експлоатация и поддръжка и практикуващи инженерни модификации.
I. Първо, разберете пълния принцип на процеса A²/O (стандартен поток + реакционна логика)
1. Стандартен поток на процеса
Ядрото на процеса A²/O е едновременната денитрификация и отстраняване на фосфора чрез последователна работа на три реактора, комбинирани с рециркулация на утайки и вътрешна рециркулация. Стандартният поток е ясен и проследим: Сурова вода → Анаеробен резервоар → Аноксичен резервоар → Аеробен резервоар → Резервоар за вторично утаяване → Отпадъчни води. Целият процес не изисква сложно оборудване, има малка трудност при работа и поддръжка и е подходящ за-прилагане в голям мащаб.
• Връщане на утайки: Вторичен резервоар за утаяване → Анаеробен резервоар
• Вътрешно връщане: Аеробен резервоар → Аноксичен резервоар
2. Принцип на три-етапна основна реакция (разбиване на ролята на всяка стъпка, за да се разбере същността на процеса)
(1) Анаеробен етап (без молекулярен кислород, без нитратен азот)
• Полифосфат{0}}акумулиращите бактерии (PAOs) активно освобождават фосфора, съхраняван в телата им в анаеробна среда без-нитрати, като същевременно абсорбират лесно разградим COD (биоразградима органична материя) от отпадъчните води и го превръщат в PHB (поли- -хидроксимаслена киселина) за съхранение, като по този начин запазват енергия за последващо усвояване на фосфор;
• Ако в анаеробния стадий съществува малко количество нитрат (предимно от върната утайка), денитрифициращите бактерии ще използват преференциално остатъчния въглероден източник за денитрификация, индиректно консумирайки въглеродния източник, необходим за PAO, създавайки потенциална опасност от отстраняване на фосфор;
• Едновременно с това, ферментиращите бактерии разграждат голямото молекулярно органично вещество в отпадъчните води, което е трудно да се разгради до летливи мастни киселини (VFA), които лесно се абсорбират от PAOs, осигурявайки достатъчен субстрат за синтез на PHB от PAOs.
(2) Аноксична зона (без молекулярен кислород, съдържа нитратен азот)
• Денитрифициращите бактерии използват нитрата от рециркулацията в аеробната зона като акцептор на електрони и остатъчния COD в отпадъчните води като източник на въглерод, за да редуцират нитрата до азот (N₂), завършвайки процеса на денитрификация. Това е основната стъпка в премахването на TN.
• Някои специални полифосфат-акумулиращи бактерии (т.е. денитрифициращи полифосфат-акумулиращи бактерии DNPAO) могат да пробият традиционното разбиране за „аеробно усвояване на фосфор“, като използват нитрат вместо кислород като акцептор на електрони, за да постигнат прекомерно усвояване на фосфор по време на денитрификация. Това е отстраняването на фосфор от денитрификация, върху което ще се съсредоточим по-късно.
• Скоростта на потока на вътрешната рециркулация директно определя подаването на нитратен азот в аноксичната зона и е ключов контролен параметър, влияещ върху ефективността на денитрификацията и ефекта на отстраняване на фосфора от денитрификацията.
(3) Аеробен етап (аеробен)
• Нитрифициращи бактерии (автотрофни бактерии), в среда с достатъчно кислород, окисляват амонячен азот (NH₄⁺-N) в отпадъчните води до нитрат (NO₃⁻-N), завършвайки реакцията на нитрификация и осигурявайки достатъчно акцептори на електрони за денитрификация и отстраняване на фосфора в аноксичния етап;
• Бактерии,-акумулиращи полифосфат (включително DNPAO), в аеробна среда абсорбират големи количества фосфор от отпадъчните води и го съхраняват в телата си, което води до съдържание на фосфор, което далеч надвишава нормалните нива (т.е. прекомерно усвояване на фосфор), поставяйки основата за последващо отстраняване на фосфор чрез изхвърляне на утайки;
• Едновременно с това, микроорганизмите в аеробния етап допълнително разграждат останалата ХПК в отпадъчните води, отделят азота, генериран по време на процеса на денитрификация, предотвратяват изплуването на утайката и осигуряват стабилно утаяване на утайката.
3. Окончателен път на отстраняване на азот и фосфор
• Път на отстраняване на азот: Нитрификация в аеробен резервоар (амонячен азот → нитрат) → Денитрификация в аноксичен резервоар (нитрат → азот) → Азотът излиза естествено, като се постига пълно отстраняване на азота;
II. Фатални болезнени точки: Три присъщи дефекта на A²/O процеса (Противоречие на принципа-Ниво)
Много пречиствателни станции за отпадъчни води смятат, че процесът A²/O е труден за постигане на стандарти, като погрешно приписват това на неадекватна работа и поддръжка. Това обаче не е така-основният проблем е присъщият конфликт между трите вида функционални микроорганизми (нитрифициращи бактерии, денитрифициращи бактерии и полифосфат-акумулиращи бактерии). Техните изисквания към жизнената среда и хранителните вещества са напълно различни, което ги прави невъзможно едновременно да отговарят на оптималните си условия за растеж в една и съща система за утайки. Това е принципното-противоречие на ниво, което A²/O процесът се бори да преодолее.
1. Конкуренция при източници на въглерод (основният конфликт)
2. Възрастов конфликт на утайки
• Път на отстраняване на фосфора: Освобождаване на фосфор от анаеробен резервоар (полифосфат-натрупващите се бактерии освобождават фосфор от телата си) → Поглъщане на фосфор от аеробен/аноксичен резервоар (полифосфат-натрупващите бактерии прекомерно абсорбират фосфор от отпадъчните води) → Изхвърляне на излишната утайка (премахване на-богатата на фосфор утайка от системата), завършване на пълното отстраняване на фосфора.
3. Нитратна интерференция с анаеробно отстраняване на фосфор
При традиционните A²/O процеси, върнатата утайка от резервоара за вторично утаяване навлиза директно в анаеробния етап. Тази обратна утайка неизбежно носи голямо количество нитрати, произведени в аеробния етап. Веднъж попаднали в анаеробния стадий, тези нитрати напълно нарушават процеса на отстраняване на фосфора по три начина:
• Анаеробна фаза: Основната необходимост на бактериите,-акумулиращи полифосфат, е да абсорбират лесно разградим COD и да синтезират PHB за последващо освобождаване и усвояване на фосфор. Това е основата за отстраняване на фосфора и е незаменима.
• Градските отпадъчни води в моята страна обикновено страдат от ниско съотношение C/N (COD/TN < 4,5), което води до сериозен недостиг на източници на въглерод. Конкуренцията между двата вида микроорганизми за източници на въглерод неизбежно води до ситуация, при която единият е силен, а другият слаб-доброто отстраняване на азот води до лошо отстраняване на фосфор; доброто отстраняване на фосфор води до прекомерно отстраняване на азот.
• Аноксичен стадий: Основното изискване на денитрифициращите бактерии е да използват COD като донор на електрони за превръщане на нитратите в азотен газ, като по този начин завършват отстраняването на азота. Това също разчита на COD.
III. Ключ към преодоляване на пречките: денитрификация и отстраняване на фосфор – двойно използване на въглерод за облекчаване на принципен конфликт
1. Принцип на денитрификация и отстраняване на фосфор
За справяне с присъщите дефекти на процеса A²/O, най-ефективното решение е „двойната употреба на въглерод“. Ядрото е да се използват специалните метаболитни характеристики на денитрифициращите полифосфат-акумулиращи бактерии (DNPAOs/DPB), за да се позволи на един източник на въглерод да посрещне едновременно нуждите от отстраняване на азот и фосфор. Това основно облекчава конкуренцията за източници на въглерод и конфликта между възрастта на утайката. Специфичният метаболитен процес е както следва:
• Полифосфат{0}}акумулиращи бактерии: Това са хетеротрофни бактерии с бърз растеж. Същността на тяхното отстраняване на фосфор е да отстранят фосфора от системата чрез изхвърляне на излишната утайка. Следователно е необходима относително кратка възраст на утайката (5–1). • 0d (0 дни): Прекомерно дългата възраст на утайката води до повторно-освобождаване на фосфор от полифосфат-акумулиращи бактерии, което значително намалява ефективността на отстраняване на фосфора.
• Нитрифициращи бактерии: Това са автотрофни бактерии с изключително бавен растеж и скорост на размножаване. Те изискват относително дълга възраст на утайката (15–25 дни), за да оцелеят стабилно и да завършат реакцията на нитрификация. Твърде кратката възраст на утайката води до отделяне на голямо количество нитрифициращи бактерии, което прави ефективното отстраняване на амонячен азот неефективно.
• Процесът A²/O използва единична система за утайка, позволяваща да се зададе само една еднаква възраст на утайката. Дългата възраст на утайката за поддържане на нитрификацията ще доведе до фосфорни отпадъци, докато кратката възраст на утайката за поддържане на отстраняването на фосфора ще доведе до колапс на нитрификацията; и двете не могат да бъдат постигнати едновременно.
2. Ключови параметри за A²/O активиране на денитрификация и отстраняване на фосфор
1. Преференциална консумация на източник на въглерод: Денитрифициращите бактерии използват нитрат като акцептор на електрони, преференциално консумирайки лесно разградим COD в анаеробния стадий, предотвратявайки полифосфат{1}}акумулиращите бактерии (PABs) да получат достатъчно въглерод, за да синтезират PHB.
2. Инхибиране на освобождаването на фосфор от PPAs: PPAs изискват строго анаеробна среда без -нитрати за освобождаване на фосфор. Наличието на нитрат директно инхибира процеса на освобождаване на фосфор, дори води до необичайно "анаеробно усвояване на фосфор", предотвратявайки последващо аеробно/аноксично усвояване на фосфор и причинявайки неуспешно отстраняване на фосфора.
3. Разрушаване на анаеробната среда: Нитратите поглъщат анаеробната среда в анаеробния стадий по време на денитрификация, индиректно инхибирайки метаболитната активност на PPA.
Резултати от практическа проверка: Под контрола на горните параметри степента на усвояване на фосфор в аноксичния етап може да достигне 69%, без да се изисква допълнителен източник на въглерод. Ефективността на отстраняване на азот и фосфор е едновременно подобрена, докато скоростта на аериране в аеробния етап може да бъде намалена с приблизително 20%, спестявайки значително оперативна консумация на енергия.
IV. Опустошително решение за отпадъчни води с ниско C/N: Комбиниран процес A²/O + BAF
Ниските съотношения C/N са често срещани в градските отпадъчни води в моята страна, като измерените стойности често варират от 3,1 до 5,9, далеч под 4,5, необходими за стабилно съответствие със стандартите A²/O. Дори и с оптимизирани работни параметри, единичен A²/O процес е малко вероятно да отговаря последователно на стандарта за разреждане от клас А в дългосрочен план. Следователно е необходим комбиниран процес за основно справяне с този присъщ недостатък.
• Анаеробна фаза: DNPAO, подобно на обикновените бактерии,-натрупващи полифосфат, освобождават фосфор от клетките си, като същевременно абсорбират лесно биоразградим COD от отпадъчните води, синтезират PHB и го съхраняват в клетките си, като по този начин допълват освобождаването на фосфор и запасите от източници на въглерод.
Практиката на двигателя е доказала, че A²/O + BAF (Биологичен аериран филтър) в момента е най-зрелият, лесен за изпълнение и-рентабилен път за надграждане. Основната идея е "отделна операция на нитрификация и отстраняване на фосфор", което позволява на двата вида микроорганизми да растат в техните оптимални среди, напълно разрешавайки конфликтите на възрастта на утайката и конкуренцията при източници на въглерод.
• Основни предимства: Постига 1 част от въглероден източник (PHB)=денитрификация + отстраняване на фосфор, директно удвояване на използването на въглероден източник. Не е необходим допълнителен източник на въглерод, за да се подобри едновременно денитрификацията и ефективността на отстраняване на фосфора, идеално подходящ за отпадъчни води с ниско съотношение C/N.
• Аноксичен стадий: DNPAO вече не разчитат на кислород, а използват нитрат като акцептор на електрони, като едновременно редуцират нитрата до азот (завършване на денитрификацията) и използват техния съхранен PHB като източник на енергия за абсорбиране на излишния фосфор от отпадъчните води (завършване на отстраняването на фосфора).
1. Основен принцип: Разделяне на нитрификацията и отстраняването на фосфора
2. Действителни резултати (C/N=4.2)
• Време на задържане на утайката (SRT): Контролирано на около 15 дни. Тази възраст на утайката удовлетворява изискванията за растеж на нитрифициращите бактерии (осигурявайки ефективност на нитрификацията), като същевременно балансира обогатяването и активността на DNPAO, избягвайки прекалено дългите или къси възрасти на утайките, които биха могли да повлияят отрицателно на ефективността на обработката.
• Коефициент на вътрешна рециркулация: Контролиран на 3,0–3,5. При това съотношение концентрацията на нитрати в отпадъчните води на аноксичния резервоар се поддържа на 1–3 mg/L, осигурявайки достатъчно акцептори на електрони за DNPAO, без да причинява прекомерно навлизане на нитрати в анаеробната зона и да пречи на освобождаването на фосфор.
• Аноксично/анаеробно обемно съотношение: Подходящото увеличаване на обемното съотношение на аноксичната зона удължава времето на престой на DNPAO в аноксичната зона, подобрявайки денитрификацията и отстраняването на фосфора.
• Стриктен контрол на нитратите в анаеробната секция: Чрез оптимизиране на метода на обратен хладник концентрацията на нитрати в анаеробната секция се контролира при<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.
3. Оптимални работни параметри
• Секция A²/O (Кратка възраст на утайката 5–10 дни): Нитрификацията е изоставена, като се фокусира върху „анаеробно освобождаване на фосфор + отстраняване на фосфор от аноксична денитрификация“. Кратката настройка на възрастта на утайката осигурява ефективно отстраняване на фосфора чрез полифосфат-акумулиращи бактерии чрез изхвърляне на утайка, докато DNPAO използват своя вътрешен PHB за денитрификация, увеличавайки максимално използването на ограничени въглеродни източници.
• Вътрешен обратен хладник: Нитрифицираната течност (богата на нитрати), произведена в BAF секцията, се нагрява с обратен хладник към A²/O аноксичната секция, осигурявайки достатъчно акцептори на електрони за DNPAOs, образувайки затворен цикъл на "BAF нитрификация → A²/O денитрификация отстраняване на фосфор," постигайки едновременно стандарти за отстраняване на азот и фосфор.
• Етап BAF (Дълга възраст на утайката 30d+): Посветен на нитрификация. Опаковъчният материал на резервоара BAF образува биофилм, позволяващ на нитрифициращите бактерии да растат стабилно върху мембраната. Дългата възраст на утайката осигурява оптимална нитрификация, постигайки почти 100% отстраняване на амонячен азот, напълно разрешавайки недостатъчната нитрификация.
V. Инженерни преки пътища за модернизация: 3 зрели подобрени A²/O процеса (директно приложение, внедряване с ниски-разходи)
1. UCT/MUCT процес (разрешаване на нитратна интерференция)
• Качество на отпадъчните води: COD=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, всички отговарящи на „Стандарт за заустване на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“ (GB (18918-2002) стандарт клас A;
• Влиятелно качество на водата (симулиране на условия на ниско съотношение C/N, C/N=4.2): COD=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;
• Микробна активност: Делът на денитрифициращите полифосфат-акумулиращи бактерии (DNPAOs) в системата достига 40,5%, което значително подобрява оползотворяването на въглеродния източник, елиминирайки необходимостта от допълнително добавяне на външен въглероден източник.
• Ефективност на отстраняване: степен на отстраняване на COD 85,8%, степен на отстраняване на TN 76,9%, степен на отстраняване на TP 98%, стабилни ефекти на отстраняване на азот и фосфор без колебания;
2. Обърнат A²/O процес (източник на въглерод с приоритет за отстраняване на азот)
Основна модификация: Регулиране на последователността на трите резервоарни секции на аноксична → анаеробна → аеробна, не изискваща ново оборудване, само регулиране на посоката на водния поток, подходяща за -евтино преоборудване на съществуващи инсталации.
• Коефициент на връщане на утайките: 100%, осигурявайки стабилна концентрация на утайки в секцията A²/O и осигурявайки достатъчна биомаса за DNPAO и полифосфат-акумулиращи организми (PAO).
• Коефициент на вътрешна възвръщаемост: Контролиран на 250%. Това съотношение осигурява достатъчно нитрати в аноксичната секция A²/O, като същевременно избягва прекомерната консумация на енергия поради прекомерно връщане, предлагайки най-добрата разход-ефективност.
• Микробен контрол: Чрез оптимизиране на работните параметри, делът на денитрифициращите PAOs в системата се стабилизира на 40,5%, максимизирайки денитрификацията и отстраняването на фосфора.
• Контрол на разтворения кислород (DO): A²/O аеробна секция DO=1–2 mg/L (посрещане на изискванията за усвояване на фосфор от PAOs и избягване на прекомерна загуба на енергия поради високия DO); Раздел BAF DO=4–5 mg/L (отговаря на изискванията за нитрификация на нитрифициращи бактерии и осигурява пълно отстраняване на амонячен азот).
3. Процес JHB
Модификация на ядрото: По пътя на върнатата утайка към анаеробния етап се добавя аноксичен резервоар за пред{0}}денитрификация. Върнатата утайка първо влиза в този резервоар, където претърпява пред-денитрификация с помощта на част от входящия ХПК, като допълнително намалява съдържанието на нитрати в утайката.
VI. Резюме: Логиката на постиженията на процеса A²/O (Запомнете това с едно изречение, за да избегнете отклонения)
• Модификация на сърцевината: Традиционният A²/O процес на „утайка, върната в анаеробния етап“ е коригиран на „утайка, върната в аноксичния резервоар“, позволявайки на върнатата утайка първо да претърпи денитрификация в аноксичния етап, консумирайки нитратите, които носи.
• Модифициращ ефект: След денитрификация в аноксичен етап, утайката, навлизаща в анаеробния етап, е почти без нитрати-, а ефективността на освобождаване на фосфор в анаеробния етап се увеличава с 50%+, решавайки фундаментално проблема с нитратната интерференция с отстраняването на фосфора. Процесът MUCT, по-специално, добавя два аноксични резервоара за по-нататъшно отделяне на денитрификацията на утайки от денитрификацията на смесена течност, което води до по-стабилна производителност и пригодност за пречиствателни станции за отпадъчни води със сериозни нитратни намеси.
• Приоритетно разпределение на източниците на въглерод: Суровата вода първо навлиза в аноксичната зона, където денитрифициращите бактерии преференциално получават източници на въглерод, като значително подобряват ефективността на денитрификацията и решават проблема с недостатъчната денитрификация при ниски съотношения C/N.
• Предимства при работа и поддръжка: Опростен процес, липса на необходимост от допълнително оборудване или разходи за експлоатация и поддръжка, кратък цикъл на модификация и ниска трудност при внедряване, което го прави едно от предпочитаните решения за надграждане на съществуващи инсталации.
• По-стабилно отстраняване на фосфор: Бактериите,-акумулиращи полифосфат, са в „състояние на глад“ в аноксичната зона. След като навлязат в анаеробната зона, те абсорбират източници на въглерод и освобождават фосфор по-ефективно, което води до по-пълно аеробно усвояване на фосфор и по-стабилно отстраняване на фосфор.
Оптимизираната статия разреши проблема с грапавостта с по-подробна информация и по-последователна логика. Искате ли да го компилирам в една-страница A²/O принцип + параметър + бърз справочен наръчник за отстраняване на неизправности, който да отпечатате и залепите в контролната зала или да носите със себе си?
Допълнителни бележки: Този процес конкретно адресира проблема с прекалено високото съдържание на нитрати във върнатата утайка, с по-добра производителност на денитрификация от UCT процеса, но изисква допълнителен резервоар. Подходящ е за пречиствателни станции за отпадъчни води с високи изисквания за денитрификация и възможност за модификация.
1. Основен принцип
Анаеробно освобождаване на фосфор → Отстраняване на аноксичен азот + Отстраняване на фосфор от денитрификация → Аеробна нитрификация + Поемане на фосфор, три етапа, работещи синергично, разчитайки на утайка и вътрешна рециркулация в затворен цикъл;
2. Присъщи препятствия
Конкуренция при източници на въглерод, несъответствия във възрастта на утайката и намеса на нитрати{0}}тези три не могат да бъдат решени чрез конвенционална експлоатация и поддръжка и са ключови пречки за постигане на съответствие;
3. Основно решение
Използване на денитрифициращи полифосфат-акумулиращи бактерии (DNPAOs) за „двойно оползотворяване на въглерод“: Това облекчава недостига на източник на въглерод, като същевременно постига премахване на азот и фосфор.
4. От съществено значение за ниски съотношения C/N
Комбинираният процес A²/O + BAF разделя нитрификацията и отстраняването на фосфора, позволявайки на всеки от тях да постигне оптимална производителност и постоянно да достига стандартите за клас А.
5. Приоритет за дооборудване
UCT и обърнатите A²/O процеси предлагат ниска цена, лекота на внедряване и не изискват сериозно разрушаване или реконструкция, което ги прави подходящи за бързи надстройки на съществуващи инсталации.