Основни циљ пречишћавања градских отпадних вода је уклањање загађивача као што су ЦОД, БОД₅, ТН и ТП из отпадних вода како би се испунили стандарди за испуштање (уобичајено придржавање стандарда класе А „Стандарда за испуштање загађивача за постројења за пречишћавање урбаних отпадних вода“ ГБ 18918{2}}2002). Тренутни главни процеси су усредсређени на биолошки третман, комбинован са јединицама за предтретман и напредни третман, формирајући комплетан процес „предтретман - третман језгра - напредни третман – одлагање муља. У наставку је дат детаљан увод у шест најчешће коришћених процеса, покривајући њихове принципе, кључне параметре, предности и недостатке, и применљиве сценарије, уз разматрање техничких детаља и инжењерске изводљивости.
И. Класични основни процес: традиционални процес активног муља
1. Принцип процеса
Користећи активни муљ као језгро, у аеробним условима, микроорганизми адсорбују и разграђују органске загађиваче у отпадним водама, постижући пречишћавање отпадних вода кроз сепарацију муљеве{0}}воде. Основни процес: Сито са шипкама → Комора за песка → Примарни резервоар за таложницу → Аерациони резервоар → Секундарни таложник → Дезинфекција и пражњење; заостали муљ се концентрише, дехидрира, а затим одлаже.
2. Кључни параметри дизајна
* Време хидрауличног задржавања (ХРТ): 8-12х, са ХРТ већим или једнаким 6х у резервоару за аерацију;
* Време задржавања муља (СРТ): 3-5д (примењиво само за уклањање органских материја, без функција уклањања азота и фосфора);
* Органско оптерећење (Ф/М): 0,2-0,4 кг БОД₅/(кгМЛСС·д);
* Концентрација ДО у резервоару за аерацију: 2-3мг/Л, коришћењем принудне или механичке аерације.
3. Предности и недостаци
* Предности: Зрела технологија, стабилан рад, висока ефикасност у третирању органске материје (стопа уклањања БОД₅ 85%-90%) и релативно ниски трошкови улагања;
* Недостаци: Нема функција уклањања азота и фосфора, што отежава испуњавање тренутних стандарда класе А; велика производња муља, склона филаментозном нагомилавању; велики отисак и релативно велика потрошња енергије.
4. Применљиви сценарији
* Погодно за рано{0}}изграђена постројења за пречишћавање отпадних вода са ниским стандардима испуштања или као јединица за предтретман индустријских отпадних вода; тренутно се ретко користи сам у новим пројектима, већ углавном као основни модул за унапређење процеса.
ИИ. Главни симултани процеси уклањања азота и фосфора: А²О и модификовани процеси
1. Принцип процеса
А²О (анаеробни-аноксични-аеробни) процес постиже истовремено уклањање азота и фосфора синергистичким деловањем три зоне: фосфор-акумулирајуће бактерије ослобађају фосфор у анаеробној зони, денитрогенирају бактерије у зони уклањања нитрокса у зони нитрификују и бактерије{3}}које акумулирају фосфор апсорбују фосфор у аеробној зони. Модификована верзија (са додатком пре-аноксичног резервоара) решава проблем конкуренције извора угљеника између денитрификације и уклањања фосфора, побољшавајући ефекат уклањања азота и фосфора. Основни процес: Предтретман → Анаеробни резервоар → Пре-аноксични резервоар → Аноксични резервоар → Аеробни резервоар → Секундарни таложник → Напредни третман → Пражњење.
2. Кључни параметри дизајна
Укупна ХСТ: 10-12 х, анаеробни:аноксични:аеробни ХСТ однос=1:3:5;
Време задржавања муља (СРТ): 10-12 дана на собној температури, 15 дана на ниској температури (да би се уравнотежили захтеви за нитрификацију и уклањање фосфора);
Однос рециркулације: Однос рециркулације мешане течности 200%-300% (подесива променљива фреквенција), однос рециркулације муља 50%-80%;
ДО контрола: анаеробна зона мања или једнака 0,2 мг/л, аноксична зона мања или једнака 0,5 мг/л, аеробна зона 2-3 мг/л.
3. Предности и недостаци
Предности: Одлична ефикасност уклањања азота и фосфора (стопа уклањања ТН 70%-80%, стопа уклањања ТП 80%-90%), доследно испуњавајући стандарде класе А; зрела технологија, умерени оперативни трошкови, погодна за комуналне отпадне воде са великим флуктуацијама квалитета воде;
Недостаци: Постоје недоследности параметара између уклањања азота и фосфора (СРТ, конфликт захтева за однос рециркулације); Отпадна вода са ниским-извором угљеника захтева додавање спољног извора угљеника; нешто већи отисак.
4. Применљиви сценарији
Тренутно преферирани процес за нову изградњу, проширење и надоградњу постројења за пречишћавање градских отпадних вода, посебно погодан за пројекте комуналних отпадних вода који захтевају истовремену контролу емисија азота и фосфора. Такође се може прилагодити сложеним отпадним водама које садрже мале количине индустријских отпадних вода (потребно је подешавање коефицијента биоразградљивости).
ИИИ. Висока-ефикасност и компактан процес: МБР (мембрански биореактор) процес
1. Принцип процеса
Овај процес комбинује технологију мембранског одвајања са биолошким третманом, замењујући секундарни таложник мембранским модулима да би се постигло ефикасно одвајање муља{0}}воде. Проток у језгру: Предтретман → Биолошки резервоар (могу се користити А²О, СБР, итд. конфигурације) → Мембрански резервоар → Дезинфекција и пражњење. Мембрански модули могу задржати микроорганизме, одржавајући високу концентрацију МЛСС у биолошком резервоару и побољшавајући нитрификацију и уклањање органске материје.
2. Кључни параметри дизајна
Концентрација МЛСС: 6000-8000 мг/Л (значајно више од традиционалних процеса);
Време задржавања муља (СРТ): 20-30 дана (појачана нитрификација, погодна за отпадне воде ниске температуре, ниске Ц/Н);
Мембрански флукс: 10-20 Л/(м²·х), захтева редовно физичко/хемијско чишћење;
Потрошња енергије: 0,6-1,0 кВх/м³ (укључујући потрошњу енергије за аерацију и мембранско усисавање).
3. Предности и недостаци
Предности: Одличан квалитет ефлуента (ТН мањи од или једнак 8 мг/Л, ТП мањи или једнак 0,3 мг/Л), испуњавање услова за надоградњу на приближно- квалитет воде класе ИВ; отисак је само 1/3-1/2 од традиционалних процеса; нема ризика од губитка муља, висока оперативна стабилност;
Недостаци: Висока цена мембранског модула (који чини 30%-40% укупне инвестиције); сложено одржавање (склоно зачепљењу), високи оперативни трошкови; већа потрошња енергије од традиционалних биолошких процеса.
4. Применљиви сценарији
Погодно за урбана средишта са ограниченим земљишним ресурсима, пројекте надоградње са строгим стандардима за отпадне воде, или посебне сценарије квалитета воде као што су ниске температуре и низак однос Ц/Н; такође применљиво на децентрализовани третман отпадних вода (нпр. стамбене заједнице, индустријски паркови).
ИВ. Процес отпоран на ударно оптерећење: процес оксидационог јарка
1. Принцип процеса
Користећи реактор у облику прстена{0}}, отпадна вода циркулише унутар канала кроз ротирајуће четке или дискове за аерацију, стварајући наизменичне аеробне и аноксичне зоне да би се постигла деградација и денитрификација органске материје. Уобичајене конфигурације укључују оксидационе канале Царроусел, орбалне оксидационе канале и интегрисане оксидационе канале (укључујући секундарне резервоаре за таложење).
2. Кључни параметри дизајна
Укупно ХРТ: 15-25х (дуго хидрауличко време задржавања, јака отпорност на ударна оптерећења);
Време задржавања муља (СРТ): 10-20д (погодно за потребе уклањања азота);
Органско оптерећење (Ф/М): 0,05-0,15 кг БОД₅/(кгМЛСС·д);
Растворени кисеоник: Постепена дистрибуција унутар јарка (2-3мг/Л у аеробној зони, 0,5-1мг/Л у аноксичној зони).
3. Предности и недостаци
Предности: Изузетно јака отпорност на ударна оптерећења, погодна за отпадне воде са великим флуктуацијама квалитета и количине воде; једноставно руковање и управљање, ниски трошкови одржавања; добар ефекат уклањања азота (стопа уклањања ТН 70%-75%);
Недостаци: Слаб ефекат уклањања фосфора (захтева помоћно хемијско уклањање фосфора); велики отисак, велика потрошња енергије; недовољна оперативна флексибилност.
4. Применљиви сценарији
Погодно за постројења за пречишћавање отпадних вода у малим и средњим{0}}градовима (запремина 50.000-500.000 м³/д), сложене отпадне воде са великим флуктуацијама квалитета воде (укључујући малу количину индустријских отпадних вода) или пројекте са ограниченим могућностима рада и управљања.
В. Флексибилни повремени процеси: СБР (Секуенцинг Батцх Реацтор) и модификовани процеси
1. Принцип процеса
Користећи интермитентни реактор, пет фаза се завршава у истом резервоару: довод, аерација (аеробна), таложење, испуштање ефлуента и период мировања. Разградња органске материје, уклањање азота и фосфора се постижу алокацијом времена. Модификоване верзије (ЦАСТ, ЦАСС процеси) додају зону селекције и пред-зону реакције да би се побољшале перформансе таложења муља и ефикасност уклањања фосфора.
2. Кључни параметри дизајна:
Један радни циклус: 4-6 сати (укључујући 2-3 сата аерације и 1-1,5 сати таложења);
Време задржавања муља (СРТ): 10-15 дана;
Концентрација МЛСС: 3000-5000 мг/Л;
Однос дренаже: 1/3-1/2 (свака дренажа не би требало да прелази 1/2 запремине резервоара).
3. Предности и недостаци
Предности: Мали отисак (нема потребе за посебним секундарним таложником); флексибилан рад, са подесивим параметрима циклуса на основу квалитета воде; погодан за мале до средње количине воде, омогућавајући истовремено уклањање азота и фосфора.
Недостаци: Високи захтеви за аутоматизовано управљање (захтева прецизну контролу времена сваке фазе); недовољна стабилност квалитета ефлуента, на коју лако утичу радни параметри; брзо хабање опреме (често покретање{0}}заустављања вентила и пумпи).
4. Применљиви сценарији
Погодно за мала и средња-постројења за пречишћавање градских отпадних вода (запремина воде мања или једнака 100.000 м³/д), децентрализоване пројекте за пречишћавање отпадних вода (као што су заједнице и индустријски паркови) или сценарије са значајним флуктуацијама квалитета воде који захтевају флексибилно прилагођавање режима рада.
ВИ. -Уштеда енергије и висока{2}}ефикасност Нови процес: БиоДопп процес биолошког умножавања
1. Принцип процеса
Интегрише све кораке биолошког третмана (разградња ЦОД, уклањање азота, уклањање фосфора, стабилизација муља) у један биолошки резервоар. Преко зонског дизајна и високо{1}}ефикасног система за аерацију, постиже се истовремено уклањање азота и фосфора и смањење муља. Главна карактеристика је БиоДопп систем аерације (велика-аерација са фином пеном), који има високу ефикасност преноса кисеоника и лак је за одржавање.
2. Кључни параметри дизајна
Потрошња енергије: 0,075 кВх/м³ (значајно ниже од традиционалних процеса, што показује значајне предности{1}}уштеде енергије);
Концентрација МЛСС: 8 г/Л (висока концентрација муља, побољшава ефикасност третмана);
Ефикасност преноса кисеоника: 5 кгО₂/кВх, Потреба за кисеоником 0,2-0,3 мг/Л;
Укупно ХРТ: 8-12 х, погодно за потребе рутинског третмана комуналних отпадних вода.
3. Предности и недостаци
Предности: Изванредан ефекат{0}}штеде енергије (потрошња енергије је само 1/5-1/8 традиционалних процеса); висока интеграција, мали отисак; ниска производња муља, елиминишући потребу за сложеним одлагањем муља; лако одржавање система за аерацију (може се чистити на мрежи, без застоја); Недостаци: Висок технички праг, основна опрема се ослања на увоз; погодан за специфичне квалитете воде, прилагодљивост на високо слане и непостојане отпадне воде захтева даљу проверу.
4. Применљиви сценарији
Погодно за новоизграђена комунална постројења за пречишћавање отпадних вода (у циљу очувања енергије и смањења потрошње) и пројекте пречишћавања отпадних вода индустријског парка. Успешно је примењен у Немачкој, Чешкој и провинцијама Шангај и Хебеј у мојој земљи.
ВИИ. Основна логика избора процеса
Избор процеса за постројења за пречишћавање градских отпадних вода захтева свеобухватно разматрање пет кључних фактора: карактеристике квалитета воде, стандарди испуштања, запремина воде, земљишни ресурси и оперативни трошкови. Основна логика је следећа:
- Стандарди квалитета и испуштања воде: За истовремено уклањање азота и фосфора како би се испунили стандарди класе А, пожељни су модификовани А²О и МБР процеси; за побољшање квалитета воде близу класе ИВ, пожељни су МБР процеси; за квалитет воде са великим флуктуацијама, пожељни су оксидациони јарак и модификовани СБР процеси.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500.000 м³/д) дати приоритет модификованом А²О и процесима оксидационог јарка; мала и средња-постројења за пречишћавање отпадних вода (10.000-500.000 м³/д) могу изабрати А²О, модификовани СБР или БиоДопп процесе; децентрализовани пројекти (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Земљиште и трошкови: У урбаним срединама где је земљиште мало, преферирају се МБР, СБР и БиоДопп процеси; за ограничене буџете, пожељни су модификовани А²О и процеси оксидационог јарка; за дугорочну{0}}уштеду енергије могу се узети у обзир БиоДопп процеси.
- Рад и управљање: За постројења са ограниченим оперативним и управљачким могућностима, пожељни су оксидациони јарак и модификовани А²О процеси (једноставни за руковање); за оне са вишим нивоима аутоматизације, модификовани МБР и СБР процеси су погодни.
Укратко, модификовани А²О процес, са својим предностима стабилног уклањања азота и фосфора, умереним трошковима и широком прилагодљивошћу, остаје главни избор за градска постројења за пречишћавање отпадних вода; МБР процес је погодан за надоградњу и захтеве компактног распореда; и новији процеси као што је БиоДопп нуде нове правце за очување енергије и смањење емисија, а њихови сценарији примене ће се постепено ширити у будућности.