Hovedmålet med rensing av urbane avløpsvann er å fjerne forurensninger som COD, BOD₅, TN og TP fra avløpsvannet for å oppfylle utslippsstandarder (vanlig overholdelse av klasse A-standarden for "Discharge Standard of Pollutants for Urban Wastewater Treatment Plants" GB 18918-2002). Nåværende mainstream-prosesser er sentrert om biologisk behandling, kombinert med forbehandling og avanserte behandlingsenheter, og danner en komplett prosess med "forbehandling - kjernebehandling - avansert behandling - slamavhending." Det følgende gir en detaljert introduksjon til de seks mest brukte prosessene, som dekker deres prinsipper, nøkkelparametere, fordeler og ulemper, og aktuelle scenarier, samtidig som tekniske detaljer og teknisk gjennomførbarhet vurderes.
I. Klassisk grunnprosess: Tradisjonell aktivert slamprosess
1. Prosessprinsipp
Ved å bruke aktivert slam som kjerne, under aerobe forhold, adsorberer og bryter mikroorganismer ned organiske forurensninger i avløpsvann, og oppnår rensing av avløpsvann gjennom slam-vannseparering. Kjerneprosess: Stangskjerm → Kornkammer → Primær sedimentasjonstank → Luftetank → Sekundær sedimentasjonstank → Desinfeksjon og tømming; gjenværende slam konsentreres, avvannes og kastes deretter.
2. Nøkkeldesignparametere
* Hydraulisk oppbevaringstid (HRT): 8-12 timer, med HRT større enn eller lik 6 timer i luftetanken;
* Slamretensjonstid (SRT): 3-5d (gjelder kun for fjerning av organisk materiale, uten funksjoner for fjerning av nitrogen og fosfor);
* Organisk belastning (F/M): 0,2-0,4kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO Konsentrasjon i luftetanken: 2-3mg/L, ved bruk av tvungen lufting eller mekanisk lufting.
3. Fordeler og ulemper
* Fordeler: Moden teknologi, stabil drift, høy effektivitet ved behandling av organisk materiale (BOD₅-fjerningsgrad 85%-90%), og relativt lave investeringskostnader;
* Ulemper: Ingen nitrogen- og fosforfjerningsfunksjoner, noe som gjør det vanskelig å oppfylle gjeldende klasse A-standarder; stor slamproduksjon, utsatt for filamentøs bulking; stort fotavtrykk og relativt høyt energiforbruk.
4. Gjeldende scenarier
* Egnet for tidlig-bygde avløpsrenseanlegg med lave utslippsstandarder, eller som en forbehandlingsenhet for industrielt avløpsvann; for tiden brukes den sjelden alene i nye prosjekter, men mest som en grunnleggende modul for prosessforbedring.
II. Mainstream samtidige nitrogen- og fosforfjerningsprosesser: A²O og modifiserte prosesser
1. Prosessprinsipp
A²O-prosessen (anaerob-anoksisk-aerob) oppnår samtidig fjerning av nitrogen og fosfor gjennom den synergistiske virkningen av tre soner: fosfor-akkumulerer bakterier frigjør fosfor i den anaerobe sonen, denitrifiserende og denitrifiserende sonen nitrifiserende bakterier nitrifiserer og fosfor-akkumulerende bakterier absorberer fosfor i den aerobe sonen. Den modifiserte versjonen (med tillegg av en pre-anoksisk tank) løser karbonkildekonkurranseproblemet mellom denitrifikasjon og fosforfjerning, og forbedrer nitrogen- og fosforfjerningseffekten. Kjerneprosess: Forbehandling → Anaerob tank → Pre-anoksisk tank → Anoksisk tank → Aerobic tank → Sekundær sedimentasjonstank → Avansert behandling → Utslipp.
2. Nøkkeldesignparametere
Total HRT: 10-12 timer, anaerob:anoksisk:aerob HRT-forhold=1:3:5;
Slamretensjonstid (SRT): 10-12 dager ved omgivelsestemperatur, 15 dager ved lav temperatur (for å balansere krav til nitrifikasjon og fosforfjerning);
Resirkuleringsforhold: Resirkuleringsforhold for blandet brennevin 200%-300% (justerbar med variabel frekvens), resirkuleringsforhold for slam 50%-80%;
DO-kontroll: Anaerob sone Mindre enn eller lik 0,2mg/L, anoksisk sone Mindre enn eller lik 0,5mg/L, aerob sone 2-3mg/L.
3. Fordeler og ulemper
Fordeler: Utmerket nitrogen- og fosforfjerningseffektivitet (TN-fjerningsgrad 70%-80%, TP-fjerningshastighet 80%-90%), som konsekvent oppfyller klasse A-standarder; moden teknologi, moderate driftskostnader, egnet for kommunalt avløpsvann med store vannkvalitetssvingninger;
Ulemper: Parameterinkonsistens eksisterer mellom nitrogen- og fosforfjerning (SRT, resirkulasjonsforholdskrav konflikt); lav-karbonkilde avløpsvann krever ekstern karbonkildetilsetning; litt større fotavtrykk.
4. Gjeldende scenarier
For tiden den foretrukne prosessen for nybygging, utvidelse og oppgradering av renseanlegg for avløpsvann, spesielt egnet for kommunale avløpsprosjekter som krever samtidig kontroll av nitrogen- og fosforutslipp. Den kan også tilpasses komplekst avløpsvann som inneholder små mengder industrielt avløpsvann (justering av bionedbrytbarhetskoeffisienten er nødvendig).
III. Høy-effektiv og kompakt prosess: MBR-prosess (membranbioreaktor)
1. Prosessprinsipp
Denne prosessen kombinerer membranseparasjonsteknologi med biologisk behandling, og erstatter den sekundære sedimentasjonstanken med membranmoduler for å oppnå effektiv slam-vannseparering. Kjernestrøm: Forbehandling → Biologisk tank (A²O, SBR, etc. konfigurasjoner kan brukes) → Membrantank → Desinfeksjon og tømming. Membranmodulene kan holde på mikroorganismer, opprettholde en høy MLSS-konsentrasjon i den biologiske tanken og forbedre nitrifikasjon og fjerning av organisk materiale.
2. Nøkkeldesignparametere
MLSS-konsentrasjon: 6000-8000 mg/L (betydelig høyere enn tradisjonelle prosesser);
Slamretensjonstid (SRT): 20-30 dager (forbedret nitrifikasjon, egnet for lavtemperatur, lavt C/N avløpsvann);
Membranfluks: 10-20 L/(m²·h), krever regelmessig fysisk/kjemisk rengjøring;
Energiforbruk: 0,6-1,0 kWh/m³ (inkludert energiforbruk for lufting og membransuging).
3. Fordeler og ulemper
Fordeler: Utmerket avløpskvalitet (TN Mindre enn eller lik 8 mg/L, TP Mindre enn eller lik 0,3 mg/L), oppfyller kravene for oppgradering til nær -Klasse IV vannkvalitet; fotavtrykket er bare 1/3-1/2 av tradisjonelle prosesser; ingen risiko for tap av slam, høy driftsstabilitet;
Ulemper: Høye membranmodulkostnader (som står for 30%-40% av total investering); komplekst vedlikehold (utsatt for tilstopping), høye driftskostnader; høyere energiforbruk enn tradisjonelle biologiske prosesser.
4. Gjeldende scenarier
Egnet for urbane kjerneområder med begrensede landressurser, oppgraderingsprosjekter med strenge avløpsstandarder, eller spesielle vannkvalitetsscenarier som lav temperatur og lavt C/N-forhold; gjelder også for desentralisert avløpsvannbehandling (f.eks. boligsamfunn, industriparker).
IV. Støtbestandig prosess: Oksidasjonsgrøfteprosess
1. Prosessprinsipp
Ved å bruke en ringformet-grøftereaktor sirkulerer avløpsvannet i grøften gjennom roterende børster eller skiver for lufting, og skaper alternerende aerobe og anoksiske soner for å oppnå nedbrytning og denitrifisering av organisk materiale. Vanlige konfigurasjoner inkluderer karruselloksidasjonsgrøfter, orbaloksidasjonsgrøfter og integrerte oksidasjonsgrøfter (inkludert sekundære sedimentasjonstanker).
2. Nøkkeldesignparametere
Total HRT: 15-25 timer (lang hydraulisk retensjonstid, sterk motstand mot støtbelastninger);
Slamretensjonstid (SRT): 10-20d (egnet for krav til nitrogenfjerning);
Organisk belastning (F/M): 0,05-0,15 kgBOD5/(kgMLSS·d);
Oppløst oksygen: Gradvis fordeling i grøften (2-3mg/L i aerob sone, 0,5-1mg/L i anoksisk sone).
3. Fordeler og ulemper
Fordeler: Ekstremt sterk motstand mot sjokkbelastninger, egnet for avløpsvann med store svingninger i vannkvalitet og mengde; enkel drift og administrasjon, lave vedlikeholdskostnader; god nitrogenfjerningseffekt (TN-fjerningsgrad 70%-75%);
Ulemper: Svak fosforfjerningseffekt (krever ekstra kjemisk fosforfjerning); stort fotavtrykk, høyt energiforbruk; utilstrekkelig operasjonell fleksibilitet.
4. Gjeldende scenarier
Egnet for renseanlegg i små og mellomstore{0} byer (volum 50 000–500 000 m³/d), komplekst avløpsvann med store svingninger i vannkvaliteten (inkludert en liten mengde industrielt avløpsvann), eller prosjekter med begrensede drifts- og administrasjonsmuligheter.
V. Fleksible intermitterende prosesser: SBR (Sequencing Batch Reactor) og modifiserte prosesser
1. Prosessprinsipp
Ved å bruke en intermitterende reaktor fullføres fem trinn i samme tank: innløp, lufting (aerob), sedimentering, utslipp av avløp og tomgangsperiode. Nedbrytning av organisk materiale, fjerning av nitrogen og fosfor oppnås gjennom tidsallokering. Modifiserte versjoner (CAST, CASS-prosesser) legger til en utvalgssone og en for-reaksjonssone for å forbedre slamavsetningsytelsen og effektiviteten til å fjerne fosfor.
2. Nøkkeldesignparametere:
Én driftssyklus: 4-6 timer (inkludert 2-3 timers lufting og 1-1,5 timers sedimentering);
Slamretensjonstid (SRT): 10-15 dager;
MLSS Konsentrasjon: 3000-5000 mg/L;
Dreneringsforhold: 1/3-1/2 (hver drenering bør ikke overstige 1/2 av tankvolumet).
3. Fordeler og ulemper
Fordeler: Lite fotavtrykk (ikke behov for en separat sekundær sedimentasjonstank); fleksibel drift, med justerbare syklusparametere basert på vannkvalitet; egnet for små til middels vannmengder, noe som muliggjør samtidig nitrogen- og fosforfjerning.
Ulemper: Høye krav til automatisert kontroll (krever presis kontroll av hvert trinns timing); utilstrekkelig avløpskvalitetsstabilitet, lett påvirket av driftsparametere; rask slitasje på utstyret (hyppig start-stopp av ventiler og pumper).
4. Gjeldende scenarier
Egnet for små og mellomstore-byavløpsrenseanlegg (vannvolum mindre enn eller lik 100 000 m³/d), desentraliserte avløpsvannbehandlingsprosjekter (som lokalsamfunn og industriparker), eller scenarier med betydelige vannkvalitetssvingninger som krever fleksibel justering av driftsmoduser.
VI. Energibesparende-og høy-ny prosess: BioDopp biologisk multiplikasjonsprosess
1. Prosessprinsipp
Integrerer alle biologiske behandlingstrinn (COD-nedbrytning, nitrogenfjerning, fosforfjerning, slamstabilisering) i en enkelt biologisk tank. Gjennom sonedesign og et høyeffektivt luftesystem oppnås samtidig nitrogen- og fosforfjerning og slamreduksjon. Kjernehøydepunktet er BioDopp-luftesystemet (finskumlufting med stort-område), som har høy oksygenoverføringseffektivitet og er lett å vedlikeholde.
2. Nøkkeldesignparametere
Energiforbruk: 0,075 kWh/m³ (betydelig lavere enn tradisjonelle prosesser, noe som viser betydelige energisparende fordeler);
MLSS-konsentrasjon: 8 g/L (høy slamkonsentrasjon, forbedrer behandlingseffektiviteten);
Oksygenoverføringseffektivitet: 5 kgO₂/kWh, oksygenbehov 0,2-0,3 mg/L;
Total HRT: 8-12 timer, egnet for rutinemessig kommunalt avløpsrensebehov.
3. Fordeler og ulemper
Fordeler: Enestående energi-besparende effekt (energiforbruket er bare 1/5-1/8 av tradisjonelle prosesser); høy integrering, lite fotavtrykk; lav slamproduksjon, eliminerer behovet for kompleks slamavhending; enkelt vedlikehold av luftesystemet (kan rengjøres online, uten nedetid); Ulemper: Høy teknisk terskel, kjerneutstyr er avhengig av import; egnet for spesifikke vannkvaliteter, tilpasningsevne til høysalt og gjenstridig avløpsvann trenger ytterligere verifisering.
4. Gjeldende scenarier
Egnet for nybygde kommunale renseanlegg (for å spare energi og redusere forbruket) og prosjekter for behandling av avløpsvann i industriparker. Det har blitt brukt i Tyskland, Tsjekkia og Shanghai og Hebei-provinsene i mitt land.
VII. Kjernelogikk for prosessvalg
Valget av prosesser for renseanlegg for avløpsvann krever omfattende vurdering av fem nøkkelfaktorer: vannkvalitetsegenskaper, utslippsstandarder, vannvolum, arealressurser og driftskostnader. Kjernelogikken er som følger:
- Vannkvalitets- og utslippsstandarder: For samtidig fjerning av nitrogen og fosfor for å oppfylle klasse A-standarder, er modifiserte A²O- og MBR-prosesser foretrukket; for oppgradering til nær klasse IV vannkvalitet, foretrekkes MBR-prosesser; for vannkvalitet med store svingninger foretrekkes oksidasjonsgrøft og modifiserte SBR-prosesser.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) prioritere modifisert A²O og oksidasjonsgrøfteprosesser; små og mellomstore-avløpsrenseanlegg (10 000-500 000 m³/d) kan velge A²O-, modifisert SBR- eller BioDopp-prosesser; desentraliserte prosjekter (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Tomter og kostnader: I urbane kjerneområder hvor det er lite areal, foretrekkes MBR-, SBR- og BioDopp-prosesser; for begrensede budsjetter er modifisert A²O og oksidasjonsgrøft-prosesser foretrukket; for langsiktige-energibesparelser kan BioDopp-prosesser vurderes.
- Drift og styring: For anlegg med begrenset drifts- og administrasjonsevne er oksidasjonsgrøft og modifiserte A²O-prosesser (enkle å betjene) foretrukket; for de med høyere nivåer av automatisering er modifiserte MBR- og SBR-prosesser egnet.
Oppsummert forblir den modifiserte A²O-prosessen, med fordelene med stabil nitrogen- og fosforfjerning, moderate kostnader og bred tilpasningsevne, hovedvalget for renseanlegg for avløpsvann i byer; MBR-prosessen er egnet for oppgradering og krav til kompakt layout; og nyere prosesser som BioDopp tilbyr nye retninger for energisparing og utslippsreduksjon, og deres anvendelsesscenarier vil gradvis utvides i fremtiden.