Srovnávací analýza účinnosti odstraňování dusíku a fosforu mezi procesy Bardenpho a AAO
1 Přehled projektu a tok procesu
1.1 Přehled projektu
Zařízení na regenerovanou vodu Xi'an č. 5 (dříve „Čistička odpadních vod č. 5“, dále jen „WuWu“) má celkovou projektovanou kapacitu 400 000 m³/d, pokrývá plochu 387,57 mu (přibližně 258 380 m²). Obsluhuje celkovou plochu asi 5 330 hektarů a žije zde přibližně 900 000 obyvatel. Zařízení může čistit domovní odpadní a průmyslové odpadní vody pomocí konvenčního procesu AAO nebo pětistupňového Bardenpho procesu. Mezi hlavní struktury čištění odpadních vod patří hrubá síta, zdvižné čerpací stanice, jemná síta, provzdušňované komory na písek, primární usazovací nádrže, biologické reakční nádrže, sekundární usazovací nádrže, vysokoúčinné usazovací nádrže, filtry typu V{15}} a kontaktní dezinfekční nádrže, přičemž konečný odpad je vypouštěn do řeky Ba. Kvalita odpadních vod odpovídá standardu stupně A uvedenému v tabulce 1 „Comprehensive Wastewater Discharge Standard pro provincii Shaanxi“ (DB61/224-2018). (Poznámka: Limit TN se řídí požadavkem 12 mg/l stanoveným v „Tříletém akčním plánu projektu obnovy, zakrytí a deodorizace městské čistírny odpadních vod Xi'an (2018–2020)“ (dokument městského úřadu [2018] č.. 100)). Návrhová kvalita přítoku a odpadní vody je uvedena vTabulka 1.
1.2 Průběh procesu
Vývojové diagramy porovnávající proces Bardenpho s tradičním procesem AAO jsou uvedeny vObrázky 1 a 2.
2 Parametry návrhu
2.1 Návrh kvality přítokové a odpadní vody
2.2 Provozní parametry
Biologické nádrže účastnící se srovnání mají stejné rozměry. Každá biologická nádrž je rozdělena do 3 kanálů s rozměrem jednoho kanálu D × Š × V=86 m × 15 m × 9 m. Průměrná koncentrace MLSS v biologických nádržích se pohybuje mezi 6 500 až 7 000 mg/l. Hydraulické retenční časy (HRT) pro konvenční proces AAO jsou: anaerobní zóna 1,983 h, anoxická zóna 5,534 h, aerobní zóna 9,029 h, celkem 16,546 h. HRT pro Bardenpho proces jsou: anaerobní zóna 1,983 h, první anoxická zóna 4,643 h, první aerobní zóna 7,163 h, druhá anoxická zóna 1,973 h, druhá aerobní zóna 0,822 h, celkem 16,584 h.
3 Pozadí projektu, cíl výzkumu a metodika
3.1 Pozadí projektu a cíl výzkumu
Hlavními procesy biologického čištění ve WuWu jsou konvenční proces AAO a proces Bardenpho. Konvenční proces AAO je běžnou metodou biologického čištění v čistírnách odpadních vod. S neustálým zlepšováním norem vypouštění odpadních vod v Číně byl proces Bardenpho, odvozený od konvenčního procesu AAO a známý pro svou vyšší účinnost odstraňování dusíku, široce přijat domácími čistírnami odpadních vod. Pro usnadnění lepšího výběru procesů provedl WuWu komplexní srovnání konvenčních procesů AAO a Bardenpho z pohledu odstraňování dusíku a fosforu. To poskytuje základ pro modernizaci dalších komunálních domovních čistíren odpadních vod a návrh nových projektů.
3.2 Metodika výzkumu
Každá biologická nádrž ve WuWu má denní kapacitu čištění 50 000 m³/d. Pro tento srovnávací experiment byly vybrány biologické nádrže řady A1 a B1. Řada A1 využívá Bardenpho proces s biologickým systémem sekvenčně rozděleným na: anaerobní zónu, první anoxickou zónu, první aerobní zónu, druhou anoxickou zónu a druhou aerobní zónu. Řada B1 využívá konvenční proces AAO se svým biologickým systémem sekvenčně rozděleným na: anaerobní zónu, anoxickou zónu a aerobní zónu. Během experimentu pracovaly obě série za identických podmínek s odběrnými místy rozmístěnými podél procesního toku podle potřeby.
Metody měření znečišťujících látek: TP byl měřen pomocí spektrofotometrické metody s molybdenanem amonným; TN za použití UV spektrofotometrického způsobu digesce alkalického persíranu draselného; NH₃-N za použití Nesslerovy spektrofotometrické metody činidel; CHSK pomocí spektrofotometrické metody dvojchromanu draselného.
4 Provozní výzvy a aktuální stav
Konvenční proces AAO je také variantou procesu AO aktivovaného kalu. Jeho odstranění TN zcela závisí na recirkulaci. Vyšší standardy odpadních vod a vyšší požadované rychlosti odstraňování vyžadují větší recirkulační průtoky doprovázené zvýšenou spotřebou energie a chemikálií. Pro standardy stupně A je stále přijatelný konvenční proces AAO. Pro přísnější normy TN však konvenční procesy zjevně již nevyhovují.
Proces Bardenpho je typický pěti{0}}fázový proces. Přidáním post-denitrifikační zóny po konvenčním procesu AAO se prolomí omezení odstraňování TN, které je závislé na recirkulačním poměru, čímž se zvyšuje odstraňování dusíku. Protože čistírny odpadních vod čelí stále přísnějším normám vypouštění TN, proces Bardenpho vykazuje významné výhody.
5 Výsledky výzkumu a diskuse
5.1 Odstranění NH₃-N
Hladiny NH₃-N na přítoku do anaerobních zón a na výtoku z biologických nádrží pro A1 a B1 byly monitorovány opakovaně po dobu 15 dnů. Výsledky jsou uvedeny vObrázek 3. Průměrné odstranění NH3-N pro proces Bardenpho bylo 12,7 mg/l, zatímco pro konvenční proces AAO to bylo 11,68 mg/l. Výsledky naznačují, že za stejných sezónních podmínek, časového období, jednotné distribuce přítoku a s přidáním zdroje uhlíku v pre-anoxické zóně dosáhl Bardenpho proces lepšího odstranění NH3-N než konvenční proces AAO.
5.2 Odstranění TN
Hladiny TN na vtoku do anaerobních zón a na odtoku biologických nádrží pro A1 a B1 byly monitorovány opakovaně po dobu 10 dnů. Výsledky jsou uvedeny vObrázek 4. Průměrné odstranění TN pro proces Bardenpho bylo 6,23 mg/l, zatímco pro konvenční proces AAO to bylo 2,65 mg/l. Výsledky ukazují, že za stejných podmínek Bardenpho proces dosáhl lepšího celkového odstranění TN než konvenční AAO proces.
5.3 Odstranění TP
Hladiny TP na vtoku do anaerobních zón a na odtoku biologických nádrží pro A1 a B1 byly monitorovány opakovaně po dobu 22 dnů. Výsledky jsou uvedeny vObrázek 5. Průměrné odstranění TP pro proces Bardenpho bylo 0,561 mg/l, zatímco pro konvenční proces AAO to bylo 0,449 mg/l. Výsledky ukazují, že za stejných podmínek Bardenpho proces dosáhl lepšího celkového odstranění TP než konvenční AAO proces.
5.4 Odstranění COD
Hladiny CHSK na vtoku do anaerobních zón a na odtoku biologických nádrží pro A1 a B1 byly monitorovány opakovaně po dobu 9 dnů. Výsledky jsou uvedeny vObrázek 6. Průměrná spotřeba CHSK pro proces Bardenpho byla 13 mg/l, zatímco pro konvenční proces AAO to bylo 19 mg/l. Výsledky naznačují, že za stejných podmínek měl konvenční proces AAO vyšší požadavky na CHSK než proces Bardenpho.
6 Závěr a výhled
6.1 Závěr
Za stejných sezónních provozních podmínek prokázal proces Bardenpho celkový trend vynikající účinnosti odstraňování TN, TP a NH₃-N v odpadních vodách ve srovnání s konvenčním procesem AAO.
V současné době je roční spotřeba činidla pro odstraňování fosforu pro čištění odpadních vod konvenčním procesem AAO ve WuWu přibližně 2 961 tun; pro proces Bardenpho je to přibližně 2 000 tun. To znamená roční úsporu nákladů ve výši asi 450 000 RMB, což prokazuje významné ekonomické výhody.
Provoz procesu Bardenpho výrazně splní požadavky neustále se zpřísňujících čínských norem pro vypouštění odpadních vod a sníží znečištění vodního systému po proudu řeky Ba. To povede k výraznému zlepšení kvality vody, a to jak z hlediska vnímání, tak z hlediska snížení úrovně znečištění a postupné obnovy funkcí životního prostředí. Má zvláštní význam pro ochranu ekologického prostředí vodních útvarů po proudu. Čištění odpadních vod v zásadě kontroluje znečištění městských odpadních vod do zdrojů podzemních vod. Proto hraje ochrannou roli pro městské zdroje zásobování vodou a vodní zdroje po proudu a postupně obnovuje znečištěné ekologické prostředí. To výrazně zlepší životní prostředí pro obyvatele měst a produkční prostředí pro průmysl a obchod, posílí vnější image města a přispěje ke zdravému a udržitelnému rozvoji ekonomiky a společnosti.