Vergelijkende analyse van de efficiëntie van de verwijdering van stikstof en fosfor tussen Bardenpho- en AAO-processen
1 Projectoverzicht en processtroom
1.1 Projectoverzicht
De Xi'an nr. 5 teruggewonnen waterfabriek (voorheen "nr. 5 afvalwaterzuiveringsinstallatie", hierna "WuWu" genoemd) heeft een totale ontwerpcapaciteit van 400.000 m³ / d, met een oppervlakte van 387,57 mu (ongeveer 258.380 m²). Het bedient een totale oppervlakte van ongeveer 5.330 hectare en een bevolking van ongeveer 900.000. De installatie kan huishoudelijk rioolwater en industrieel afvalwater behandelen met behulp van het conventionele AAO-proces of het vijf-traps Bardenpho-proces. De belangrijkste afvalwaterzuiveringsstructuren omvatten grove zeven, liftpompstations, fijne zeven, beluchte gritkamers, primaire sedimentatietanks, biologische reactietanks, secundaire sedimentatietanks, hoog-efficiënte sedimentatietanks, V--type filters en contactdesinfectietanks, waarbij het uiteindelijke afvalwater in de Ba-rivier wordt geloosd. De kwaliteit van het afvalwater voldoet aan de norm van klasse A, gespecificeerd in tabel 1 van de "Shaanxi Province Yellow River Basin Comprehensive Wastewater Discharge Standard" (DB61/224-2018). (Opmerking: de TN-limiet volgt de vereiste van 12 mg/l zoals vastgelegd in het "Xi'an Municipal Urban Wastewater Treatment Plant Reclamation Upgrade, Covering, and Deodorization Project Three-Year Action Plan (2018-2020)" (gemeentelijk kantoordocument [2018] nr.. 100)). De ontwerpkwaliteit van het influent en effluentwater wordt weergegeven inTabel 1.
1.2 Processtroom
Stroomdiagrammen waarin het Bardenpho-proces wordt vergeleken met het traditionele AAO-proces worden getoond inFiguren 1 en 2.
2 Ontwerpparameters
2.1 Ontwerp van de waterkwaliteit van influent en effluent
2.2 Bedrijfsparameters
De biologische tanks die aan de vergelijking deelnemen, hebben identieke afmetingen. Elke biologische tank is verdeeld in 3 kanalen, met een enkele kanaalafmeting van L × B × H=86 m × 15 m × 9 m. De gemiddelde MLSS-concentratie in de biologische tanks ligt tussen 6.500 en 7.000 mg/l. De hydraulische retentietijden (HRT) voor het conventionele AAO-proces zijn: anaërobe zone 1,983 uur, anoxische zone 5,534 uur, aërobe zone 9,029 uur, in totaal 16,546 uur. De HRT's voor het Bardenpho-proces zijn: anaërobe zone 1,983 uur, eerste anoxische zone 4,643 uur, eerste aërobe zone 7,163 uur, tweede anoxische zone 1,973 uur, tweede aërobe zone 0,822 uur, in totaal 16,584 uur.
3 Projectachtergrond, onderzoeksdoelstelling en methodologie
3.1 Projectachtergrond en onderzoeksdoelstelling
De belangrijkste biologische zuiveringsprocessen bij WuWu zijn het conventionele AAO-proces en het Bardenpho-proces. Het conventionele AAO-proces is een veelgebruikte biologische zuiveringsmethode in afvalwaterzuiveringsinstallaties. Met de voortdurende verbetering van de Chinese afvalwaterlozingsnormen is het Bardenpho-proces, afgeleid van het conventionele AAO-proces en bekend om zijn hogere stikstofverwijderingsefficiëntie, op grote schaal toegepast door huishoudelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties. Om een betere processelectie mogelijk te maken, voerde WuWu een uitgebreide vergelijking uit van de conventionele AAO- en Bardenpho-processen vanuit het perspectief van stikstof- en fosforverwijdering. Dit vormt een basis voor de upgrade van andere gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties en het ontwerp van nieuwe projecten.
3.2 Onderzoeksmethodologie
Elke biologische tank bij WuWu heeft een dagelijkse zuiveringscapaciteit van 50.000 m³/d. Voor dit vergelijkende experiment werden de biologische tanks van de series A1 en B1 geselecteerd. De A1-serie maakt gebruik van het Bardenpho-proces, waarbij het biologische systeem opeenvolgend is onderverdeeld in: anaërobe zone, eerste anoxische zone, eerste aërobe zone, tweede anoxische zone en tweede aërobe zone. De B1-serie maakt gebruik van het conventionele AAO-proces, waarbij het biologische systeem opeenvolgend is onderverdeeld in: anaerobe zone, anoxische zone en aerobe zone. Tijdens het experiment werkten beide series onder identieke omstandigheden, met bemonsteringspunten indien nodig verdeeld over de processtroom.
Meetmethoden voor verontreinigende stoffen: TP werd gemeten met behulp van de ammoniummolybdaatspectrofotometrische methode; TN met behulp van de alkalische kaliumpersulfaatdigestie UV-spectrofotometrische methode; NH3-N met behulp van de Nessler's reagens-spectrofotometrische methode; COD met behulp van de kaliumdichromaatspectrofotometrische methode.
4 Operationele uitdagingen en huidige status
Ook het conventionele AAO-proces is een variant van het AO-actiefslibproces. De TN-verwijdering is volledig afhankelijk van recirculatie. Hogere effluentnormen en grotere vereiste verwijderingssnelheden maken grotere recirculatiestromen noodzakelijk, gepaard gaande met een verhoogd energie- en chemicaliënverbruik. Voor klasse A-normen is het conventionele AAO-proces nog steeds acceptabel. Voor strengere TN-normen zijn conventionele processen echter duidelijk niet langer geschikt.
Het Bardenpho-proces is een typisch proces uit vijf- fasen. Door na het conventionele AAO-proces een post{2}}denitrificatiezone toe te voegen, wordt de beperking van de TN-verwijdering die afhankelijk is van de recirculatieverhouding doorbroken, waardoor de stikstofverwijdering wordt verbeterd. Omdat afvalwaterzuiveringsinstallaties te maken krijgen met steeds strengere TN-lozingsnormen, vertoont het Bardenpho-proces aanzienlijke voordelen.
5 Onderzoeksresultaten en discussie
5.1 NH₃-N Verwijdering
NH₃-N-niveaus aan het influent van de anaërobe zones en het effluent van de biologische tanks voor A1 en B1 werden herhaaldelijk gedurende 15 dagen gecontroleerd. Resultaten worden getoond inFiguur 3. De gemiddelde NH₃-N-verwijdering voor het Bardenpho-proces was 12,7 mg/L, terwijl deze voor het conventionele AAO-proces 11,68 mg/L bedroeg. De resultaten geven aan dat onder dezelfde seizoensomstandigheden, tijdsperiode, uniforme verdeling van het influent en met toevoeging van koolstofbronnen in de pre-anoxische zone, het Bardenpho-proces een betere NH₃-N-verwijdering bereikte dan het conventionele AAO-proces.
5.2 TN-verwijdering
De TN-niveaus aan het influent van de anaërobe zones en het effluent van de biologische tanks voor A1 en B1 werden herhaaldelijk gedurende 10 dagen gecontroleerd. Resultaten worden getoond inFiguur 4. De gemiddelde TN-verwijdering voor het Bardenpho-proces was 6,23 mg/l, terwijl deze voor het conventionele AAO-proces 2,65 mg/l was. De resultaten geven aan dat onder dezelfde omstandigheden het Bardenpho-proces een betere algehele TN-verwijdering bereikte dan het conventionele AAO-proces.
5.3 TP-verwijdering
De TP-niveaus aan het influent van de anaërobe zones en het effluent van de biologische tanks voor A1 en B1 werden herhaaldelijk gedurende 22 dagen gecontroleerd. Resultaten worden getoond inFiguur 5. De gemiddelde TP-verwijdering voor het Bardenpho-proces was 0,561 mg/l, terwijl deze voor het conventionele AAO-proces 0,449 mg/l was. De resultaten geven aan dat onder dezelfde omstandigheden het Bardenpho-proces een betere algehele TP-verwijdering bereikte dan het conventionele AAO-proces.
5.4 Remboursverwijdering
De CZV-niveaus aan het influent van de anaerobe zones en het effluent van de biologische tanks voor A1 en B1 werden herhaaldelijk gedurende 9 dagen gecontroleerd. Resultaten worden getoond inFiguur 6. Het gemiddelde CZV-verbruik voor het Bardenpho-proces was 13 mg/l, terwijl dit voor het conventionele AAO-proces 19 mg/l was. De resultaten geven aan dat onder dezelfde omstandigheden het conventionele AAO-proces een hogere CZV-vraag had dan het Bardenpho-proces.
6 Conclusie en vooruitzichten
6.1 Conclusie
Onder dezelfde seizoensgebonden bedrijfsomstandigheden vertoonde het Bardenpho-proces een algemene trend van superieure verwijderingsefficiëntie voor TN, TP en NH₃-N in afvalwater vergeleken met het conventionele AAO-proces.
Momenteel bedraagt het jaarlijkse gebruik van fosforverwijderingsmiddelen voor de behandeling van afvalwater met het conventionele AAO-proces in WuWu ongeveer 2.961 ton; voor het Bardenpho-proces is dit ongeveer 2.000 ton. Dit vertaalt zich in een jaarlijkse kostenbesparing van ongeveer 450.000 RMB, wat aanzienlijke economische voordelen aantoont.
De werking van het Bardenpho-proces zal ruimschoots voldoen aan de eisen van China's voortdurend strengere afvalwaterlozingsnormen en de vervuiling in het stroomafwaartse watersysteem van de Ba-rivier verminderen. Dit zal leiden tot aanzienlijke verbeteringen in de waterkwaliteit, zowel perceptueel als in termen van verminderde vervuilingsniveaus, waardoor de milieufuncties geleidelijk worden hersteld. Het is van bijzonder belang voor de bescherming van het ecologische milieu van stroomafwaartse waterlichamen. In wezen controleert afvalwaterzuivering de vervuiling van stedelijk afvalwater naar grondwaterbronnen. Daarom speelt het een beschermende rol voor stedelijke watervoorzieningsbronnen en stroomafwaartse waterbronnen, waardoor vervuilde ecologische omgevingen geleidelijk worden hersteld. Dit zal de leefomgeving voor stadsbewoners en de productieomgeving voor Industrie en Handel aanzienlijk verbeteren, het externe imago van de stad versterken en bijdragen aan de gezonde en duurzame ontwikkeling van de economie en de samenleving.