Porovnávacia analýza účinnosti odstraňovania dusíka a fosforu medzi procesmi Bardenpho a AAO
1 Prehľad projektu a tok procesu
1.1 Prehľad projektu
Čistiareň odpadových vôd č. 5 v meste Xi'an (predtým „čistička odpadových vôd č. 5“, ďalej len „WuWu“) má celkovú projektovanú kapacitu 400 000 m³/d, pričom pokrýva plochu 387,57 mu (približne 258 380 m²). Slúži na celkovej ploche asi 5 330 hektárov a má približne 900 000 obyvateľov. Zariadenie môže čistiť domáce odpadové vody a priemyselné odpadové vody buď konvenčným procesom AAO, alebo päťstupňovým procesom Bardenpho. Medzi hlavné štruktúry na čistenie odpadových vôd patria hrubé sitá, zdvižné čerpacie stanice, jemné sitá, prevzdušňovacie komory, primárne sedimentačné nádrže, biologické reakčné nádrže, sekundárne sedimentačné nádrže, vysokoúčinné sedimentačné nádrže, filtre typu V{15}} a kontaktné dezinfekčné nádrže, pričom konečný odpad sa vypúšťa do rieky Ba. Kvalita odpadových vôd je v súlade s normou stupňa A špecifikovanou v tabuľke 1 „Komplexného štandardu vypúšťania odpadových vôd v povodí Žltej rieky provincie Shaanxi“ (DB61/224-2018). (Poznámka: Limit TN sa riadi požiadavkou 12 mg/l stanovenou v „Trojročnom akčnom pláne projektu modernizácie, krytia a deodorizácie projektu mestskej čističky odpadových vôd Xi'an (2018 – 2020)“ (dokument mestského úradu [2018] č.. 100)). Návrhová kvalita prítoku a odpadovej vody je uvedená vTabuľka 1.
1.2 Priebeh procesu
Vývojové diagramy porovnávajúce proces Bardenpho s tradičným procesom AAO sú uvedené vObrázky 1 a 2.
2 Parametre dizajnu
2.1 Návrh kvality prítoku a odpadovej vody
2.2 Prevádzkové parametre
Biologické nádrže, ktoré sa zúčastňujú porovnávania, majú rovnaké rozmery. Každá biologická nádrž je rozdelená na 3 kanály s rozmermi jedného kanála D × Š × V=86 m × 15 m × 9 m. Priemerná koncentrácia MLSS v biologických nádržiach sa pohybuje medzi 6 500 až 7 000 mg/l. Hydraulické retenčné časy (HRT) pre konvenčný proces AAO sú: Anaeróbna zóna 1,983 h, Anoxická zóna 5,534 h, Aeróbna zóna 9,029 h, spolu 16,546 h. HRT pre Bardenpho proces sú: anaeróbna zóna 1,983 h, prvá anoxická zóna 4,643 h, prvá aeróbna zóna 7,163 h, druhá anoxická zóna 1,973 h, druhá aeróbna zóna 0,822 h, spolu 16,584 h.
3 Východiská projektu, cieľ výskumu a metodika
3.1 Východiská projektu a cieľ výskumu
Hlavnými procesmi biologického čistenia vo WuWu sú konvenčný proces AAO a proces Bardenpho. Konvenčný proces AAO je bežnou metódou biologického čistenia v čistiarňach odpadových vôd. Vďaka neustálemu zlepšovaniu noriem vypúšťania odpadových vôd v Číne bol proces Bardenpho, odvodený od konvenčného procesu AAO a známy svojou vyššou účinnosťou odstraňovania dusíka, široko prijatý domácimi čistiarňami odpadových vôd. Na uľahčenie lepšieho výberu procesov vykonal WuWu komplexné porovnanie konvenčných procesov AAO a Bardenpho z pohľadu odstraňovania dusíka a fosforu. To poskytuje základ pre modernizáciu ďalších komunálnych domových čistiarní odpadových vôd a návrh nových projektov.
3.2 Metodika výskumu
Každá biologická nádrž vo WuWu má dennú kapacitu čistenia 50 000 m³/d. Pre tento porovnávací experiment boli vybrané biologické nádrže série A1 a B1. Séria A1 využíva Bardenpho proces, pričom jej biologický systém je postupne rozdelený na: Anaeróbnu zónu, prvú anoxickú zónu, prvú aeróbnu zónu, druhú anoxickú zónu a druhú aeróbnu zónu. Séria B1 využíva konvenčný proces AAO, pričom jeho biologický systém je postupne rozdelený na: Anaeróbnu zónu, Anoxickú zónu a Aeróbnu zónu. Počas experimentu obe série pracovali za rovnakých podmienok, pričom miesta odberu vzoriek boli podľa potreby rozložené pozdĺž toku procesu.
Metódy merania znečisťujúcich látok: TP sa meral pomocou spektrofotometrickej metódy molybdénanu amónneho; TN použitím UV spektrofotometrickej metódy digescie alkalického persíranu draselného; NH₃-N použitím Nesslerovej spektrofotometrickej metódy s činidlami; CHSK použitím spektrofotometrickej metódy dvojchrómanu draselného.
4 Prevádzkové výzvy a aktuálny stav
Konvenčný proces AAO je tiež variantom procesu aktivovaného kalu AO. Jeho odstránenie TN úplne závisí od recirkulácie. Vyššie štandardy odpadových vôd a vyššie požadované rýchlosti odstraňovania si vyžadujú väčšie recirkulačné prietoky sprevádzané zvýšenou spotrebou energie a chemikálií. Pre štandardy stupňa A je konvenčný proces AAO stále prijateľný. Pre prísnejšie normy TN však konvenčné procesy už zjavne nie sú vhodné.
Proces Bardenpho je typický päť{0}}fázový proces. Pridaním post-denitrifikačnej zóny po konvenčnom procese AAO sa prelomí obmedzenie odstraňovania TN v závislosti od pomeru recirkulácie, čím sa zvyšuje odstraňovanie dusíka. Keďže čistiarne odpadových vôd čelia čoraz prísnejším normám vypúšťania TN, proces Bardenpho demonštruje významné výhody.
5 Výsledky výskumu a diskusia
5.1 Odstránenie NH₃-N
Hladiny NH₃-N na prítoku anaeróbnych zón a odtoku z biologických nádrží pre A1 a B1 boli monitorované opakovane počas 15 dní. Výsledky sú uvedené vObrázok 3. Priemerné odstránenie NH3-N pre proces Bardenpho bolo 12,7 mg/l, zatiaľ čo pre konvenčný proces AAO to bolo 11,68 mg/l. Výsledky naznačujú, že pri rovnakých sezónnych podmienkach, časovom období, rovnomernej distribúcii prítoku a s pridaním zdroja uhlíka v pre-anoxickej zóne dosiahol Bardenpho proces lepšie odstraňovanie NH3-N ako konvenčný proces AAO.
5.2 Odstránenie TN
Hladiny TN na prítoku anaeróbnych zón a výtoku z biologických nádrží pre A1 a B1 boli monitorované opakovane počas 10 dní. Výsledky sú uvedené vObrázok 4. Priemerné odstránenie TN pre proces Bardenpho bolo 6,23 mg/l, zatiaľ čo pre konvenčný proces AAO to bolo 2,65 mg/l. Výsledky naznačujú, že za rovnakých podmienok Bardenpho proces dosiahol lepšie celkové odstránenie TN ako konvenčný proces AAO.
5.3 Odstránenie TP
Hladiny TP na prítoku anaeróbnych zón a výtoku z biologických nádrží pre A1 a B1 boli monitorované opakovane počas 22 dní. Výsledky sú uvedené vObrázok 5. Priemerné odstránenie TP pre proces Bardenpho bolo 0,561 mg/l, zatiaľ čo pre konvenčný proces AAO to bolo 0,449 mg/l. Výsledky naznačujú, že za rovnakých podmienok Bardenpho proces dosiahol lepšie celkové odstránenie TP ako konvenčný proces AAO.
5.4 Odstránenie COD
Hladiny CHSK na vtoku do anaeróbnych zón a na výtoku z biologických nádrží pre A1 a B1 boli monitorované opakovane počas 9 dní. Výsledky sú uvedené vObrázok 6. Priemerná spotreba CHSK pre proces Bardenpho bola 13 mg/l, zatiaľ čo pre konvenčný proces AAO to bolo 19 mg/l. Výsledky naznačujú, že za rovnakých podmienok mal konvenčný proces AAO vyššiu požiadavku na CHSK ako proces Bardenpho.
6 Záver a výhľad
6.1 Záver
Za rovnakých sezónnych prevádzkových podmienok Bardenpho proces preukázal celkový trend vyššej účinnosti odstraňovania TN, TP a NH₃-N v odpadovej vode v porovnaní s konvenčným procesom AAO.
V súčasnosti je ročná spotreba činidla na odstraňovanie fosforu na čistenie odpadových vôd konvenčným procesom AAO vo WuWu približne 2 961 ton; pre proces Bardenpho je to približne 2 000 ton. To znamená ročnú úsporu nákladov vo výške približne 450 000 RMB, čo predstavuje významné ekonomické výhody.
Prevádzka procesu Bardenpho bude vo veľkej miere spĺňať požiadavky neustále sa sprísňujúcich čínskych noriem vypúšťania odpadových vôd a zníži znečistenie vodného systému rieky Ba po prúde. To povedie k výraznému zlepšeniu kvality vody, a to z hľadiska vnímania aj zníženia úrovne znečistenia, čím sa postupne obnovia environmentálne funkcie. Má osobitný význam pre ochranu ekologického prostredia vodných útvarov po prúde. Čistenie odpadových vôd v zásade kontroluje znečistenie mestských odpadových vôd do zdrojov podzemných vôd. Preto zohráva ochrannú úlohu pre mestské zdroje zásobovania vodou a vodné zdroje po prúde, čím postupne obnovuje znečistené ekologické prostredie. Tým sa výrazne zlepší životné prostredie pre obyvateľov miest a výrobné prostredie pre priemysel a obchod, zlepší sa vonkajší imidž mesta a prispeje sa k zdravému a trvalo udržateľnému rozvoju ekonomiky a spoločnosti.