تجزیه و تحلیل جامع فرآیندهای رایج در تصفیه خانه های فاضلاب شهری

هدف اصلی تصفیه فاضلاب شهری حذف آلاینده‌هایی مانند COD، BOD₅، TN، و TP از فاضلاب برای برآورده کردن استانداردهای تخلیه است (پیروی اصلی از استاندارد کلاس A "استاندارد تخلیه آلاینده‌ها برای تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری" GB 18918{2}. فرآیندهای جریان اصلی کنونی بر روی تصفیه بیولوژیکی متمرکز شده‌اند که با واحدهای پیش تصفیه و تصفیه پیشرفته ترکیب می‌شوند و فرآیند کاملی از "پیش تصفیه - تصفیه اصلی - تصفیه پیشرفته - دفع لجن را تشکیل می‌دهند." در ادامه، معرفی مفصلی از شش فرآیند پرکاربرد ارائه می‌شود که اصول، پارامترهای کلیدی، مزایا و معایب و سناریوهای قابل اجرا را پوشش می‌دهد، در حالی که جزئیات فنی و امکان‌سنجی مهندسی را نیز در نظر می‌گیرد.

1. اصل فرآیند

با استفاده از لجن فعال به عنوان هسته، در شرایط هوازی، میکروارگانیسم‌ها آلاینده‌های آلی در فاضلاب را جذب و تجزیه می‌کنند و از طریق جداسازی لجن{0}}آب، به تصفیه فاضلاب دست می‌یابند. فرآیند هسته: صفحه میله ← محفظه شن ← مخزن ته نشینی اولیه ← مخزن هوادهی ← مخزن ته نشینی ثانویه ← گندزدایی و تخلیه. لجن باقی مانده غلیظ، آبگیری و سپس دفع می شود.

2. پارامترهای طراحی کلیدی
* زمان نگهداری هیدرولیک (HRT): 8-12 ساعت، با HRT بیشتر یا مساوی 6 ساعت در مخزن هوادهی.
* زمان نگهداری لجن (SRT): 3-5 روز (فقط برای حذف مواد آلی، بدون عملکرد حذف نیتروژن و فسفر قابل استفاده است).
* بارگیری آلی (F/M): 0.2-0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)؛
* غلظت DO در مخزن هوادهی: 2-3 میلی گرم در لیتر، با استفاده از هوادهی اجباری یا هوادهی مکانیکی.

3. مزایا و معایب
* مزایا: فناوری بالغ، عملکرد پایدار، راندمان بالا در تصفیه مواد آلی (نرخ حذف BOD5 85٪ -90٪)، و هزینه سرمایه گذاری نسبتا کم.
* معایب: عدم عملکرد حذف نیتروژن و فسفر، که رعایت استانداردهای کلاس A فعلی را دشوار می کند. تولید لجن بزرگ، مستعد حجیم شدن رشته ای؛ ردپای بزرگ و مصرف انرژی نسبتاً بالا.

4. سناریوهای قابل اجرا
* مناسب برای-تصفیه خانه های اولیه فاضلاب با استانداردهای تخلیه کم، یا به عنوان یک واحد پیش تصفیه برای فاضلاب صنعتی؛ در حال حاضر، به ندرت در پروژه های جدید به تنهایی استفاده می شود، اما بیشتر به عنوان یک ماژول اساسی برای بهبود فرآیند استفاده می شود.

1. اصل فرآیند
فرآیند A²O (بی هوازی-آنوکسیک-هوازی) به حذف همزمان نیتروژن و فسفر از طریق عملکرد هم افزایی سه ناحیه انجام می‌شود: فسفر{2}}باکتری‌های انباشته‌شده، فسفر را در منطقه بی‌هوازی آزاد می‌کنند، نیترات زدایی کردن باکتری‌ها، نیتروژن را حذف می‌کنند و نیتروژن را حذف می‌کنند. باکتری های انباشته کننده فسفر{3}}فسفر را در ناحیه هوازی جذب می کنند. نسخه اصلاح شده (با افزودن یک مخزن پیش{5}آنوکسیک) مشکل رقابت منبع کربن بین نیترات زدایی و حذف فسفر را حل می کند و اثر حذف نیتروژن و فسفر را افزایش می دهد. فرآیند هسته: پیش تصفیه → مخزن بی هوازی → پیش-مخزن بدون اکسیژن → مخزن هوازی → مخزن هوازی → مخزن ته نشینی ثانویه → تصفیه پیشرفته → تخلیه.

2. پارامترهای طراحی کلیدی

HRT کل: 10-12 ساعت، نسبت HRT بی هوازی:بی اکسیژن:هوازی=1:3:5;
زمان نگهداری لجن (SRT): 10-12 روز در دمای محیط، 15 روز در دمای پایین (برای متعادل کردن نیازهای نیتریفیکاسیون و حذف فسفر).
نسبت گردش مجدد: نسبت گردش مجدد مشروب مخلوط 200٪ -300٪ (فرکانس متغیر قابل تنظیم)، نسبت گردش مجدد لجن 50٪ -80٪.
کنترل DO: منطقه بی هوازی کمتر یا مساوی 0.2 میلی گرم در لیتر، منطقه بی هوازی کمتر یا مساوی 0.5 میلی گرم در لیتر، منطقه هوازی 2-3 میلی گرم در لیتر.

3. مزایا و معایب

مزایا: راندمان حذف نیتروژن و فسفر عالی (نرخ حذف TN 70٪ - 80٪، نرخ حذف TP 80 - 90٪)، به طور مداوم مطابق با استانداردهای کلاس A. تکنولوژی بالغ، هزینه عملیاتی متوسط، مناسب برای فاضلاب شهری با نوسانات زیاد کیفیت آب؛
معایب: ناسازگاری پارامترها بین حذف نیتروژن و فسفر وجود دارد (SRT، تضاد الزامات نسبت گردش مجدد). فاضلاب کم{0}}کربن نیاز به افزودن منبع کربن خارجی دارد. ردپای کمی بزرگتر

4. سناریوهای قابل اجرا

در حال حاضر فرآیند ارجح برای ساخت و ساز جدید، گسترش و ارتقاء تصفیه خانه های فاضلاب شهری، به ویژه مناسب برای پروژه های فاضلاب شهری که نیاز به کنترل همزمان انتشار نیتروژن و فسفر دارند. همچنین می توان آن را با پساب های پیچیده حاوی مقادیر کمی پساب صنعتی تطبیق داد (تنظیم ضریب تجزیه پذیری زیستی مورد نیاز است).

1. اصل فرآیند

این فرآیند فناوری جداسازی غشایی را با تصفیه بیولوژیکی ترکیب می‌کند و مخزن ته‌نشینی ثانویه را با ماژول‌های غشایی جایگزین می‌کند تا لجن-جداسازی کارآمد آب حاصل شود. جریان هسته: پیش تصفیه → مخزن بیولوژیکی (می توان از تنظیمات A²O، SBR و غیره استفاده کرد) → مخزن غشایی → ضد عفونی و تخلیه. ماژول های غشایی می توانند میکروارگانیسم ها را حفظ کنند، غلظت MLSS بالا را در مخزن بیولوژیکی حفظ کنند و نیتریفیکاسیون و حذف مواد آلی را افزایش دهند.

2. پارامترهای طراحی کلیدی

غلظت MLSS: 6000-8000 میلی گرم در لیتر (به طور قابل توجهی بالاتر از فرآیندهای سنتی).
زمان نگهداری لجن (SRT): 20-30 روز (نیتریفیکاسیون پیشرفته، مناسب برای فاضلاب با دمای پایین و C/N کم).
شار غشاء: 10-20 L/(m²·h)، نیاز به تمیز کردن منظم فیزیکی/شیمیایی دارد.
مصرف انرژی: 0.6-1.0 kWh/m³ (شامل مصرف انرژی هوادهی و مکش غشا).

3. مزایا و معایب

مزایا: کیفیت عالی پساب (TN کمتر یا مساوی 8 میلی گرم در لیتر، TP کمتر یا مساوی 0.3 میلی گرم در لیتر)، مطابق با شرایط لازم برای ارتقاء به کیفیت آب نزدیک به-کلاس IV. رد پای فرآیندهای سنتی تنها 1/3-1/2 است. بدون خطر از دست دادن لجن، پایداری عملیاتی بالا؛
معایب: هزینه بالای ماژول غشایی (30٪ -40٪ از کل سرمایه گذاری را تشکیل می دهد). تعمیر و نگهداری پیچیده (مستعد گرفتگی)، هزینه های عملیاتی بالا؛ مصرف انرژی بالاتر از فرآیندهای بیولوژیکی سنتی.

4. سناریوهای قابل اجرا

مناسب برای مناطق مرکزی شهری با منابع زمین محدود، پروژه های ارتقاء با استانداردهای سختگیرانه پساب، یا سناریوهای کیفیت آب خاص مانند دمای پایین و نسبت C/N پایین. همچنین برای تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز (به عنوان مثال، جوامع مسکونی، پارک های صنعتی) قابل استفاده است.

1. اصل فرآیند

با استفاده از یک راکتور خندق حلقوی-، فاضلاب از طریق برس‌ها یا دیسک‌های چرخان برای هوادهی در داخل خندق به گردش در می‌آید و مناطق هوازی و بدون اکسیژن متناوب را برای دستیابی به تجزیه مواد آلی و نیترات زدایی ایجاد می‌کند. پیکربندی‌های رایج عبارتند از خندق‌های اکسیداسیون کاروسل، خندق‌های اکسیداسیون اوربال، و خندق‌های اکسیداسیون یکپارچه (از جمله مخازن ته‌نشینی ثانویه).

2. پارامترهای طراحی کلیدی

HRT کل: 15-25 ساعت (زمان نگهداری طولانی هیدرولیک، مقاومت قوی در برابر بارهای شوک)؛
زمان نگهداری لجن (SRT): 10-20 روز (مناسب برای نیازهای حذف نیتروژن).
بارگیری آلی (F/M): 0.05-0.15kgBOD5/(kgMLSS·d)؛
اکسیژن محلول: توزیع تدریجی در داخل خندق (2-3 میلی گرم در لیتر در منطقه هوازی، 0.5-1 میلی گرم در لیتر در منطقه بدون اکسیژن).

3. مزایا و معایب

مزایا: مقاومت بسیار قوی در برابر بارهای ضربه ای، مناسب برای فاضلاب با نوسانات زیاد در کیفیت و کمیت آب. بهره برداری و مدیریت ساده، هزینه های نگهداری کم؛ اثر حذف نیتروژن خوب (نرخ حذف TN 70٪ -75٪)؛
معایب: اثر حذف فسفر ضعیف (نیاز به حذف فسفر شیمیایی کمکی دارد). رد پای بزرگ، مصرف انرژی بالا؛ انعطاف پذیری عملیاتی ناکافی

4. سناریوهای قابل اجرا
مناسب برای تصفیه خانه‌های فاضلاب در شهرهای کوچک و متوسط- (حجم 50000-500000 m³/d)، فاضلاب پیچیده با نوسانات زیاد در کیفیت آب (شامل مقدار کمی فاضلاب صنعتی) یا پروژه‌هایی با قابلیت‌های عملیاتی و مدیریتی محدود.

1. اصل فرآیند

با استفاده از یک راکتور متناوب، پنج مرحله در یک مخزن تکمیل می شود: ورودی، هوادهی (هوازی)، ته نشینی، تخلیه پساب و دوره بیکاری. تجزیه مواد آلی، حذف نیتروژن و فسفر از طریق تخصیص زمان به دست می آید. نسخه‌های اصلاح‌شده (فرایندهای CAST، CASS) یک منطقه انتخاب و یک منطقه قبل از واکنش اضافه می‌کنند تا عملکرد ته‌نشینی لجن و راندمان حذف فسفر را افزایش دهند.

2. پارامترهای کلیدی طراحی:
یک چرخه عملیاتی: 4-6 ساعت (شامل 2-3 ساعت هوادهی و 1-1.5 ساعت ته نشینی).
زمان نگهداری لجن (SRT): 10-15 روز.
غلظت MLSS: 3000-5000 mg/L;
نسبت زهکشی: 1/3-1/2 (هر زهکشی نباید بیش از 1/2 حجم مخزن باشد).

3. مزایا و معایب

مزایا: ردپای کوچک (بدون نیاز به مخزن ته نشینی ثانویه جداگانه). عملکرد انعطاف پذیر، با پارامترهای چرخه قابل تنظیم بر اساس کیفیت آب؛ مناسب برای حجم های کوچک تا متوسط ​​آب، امکان حذف همزمان نیتروژن و فسفر را فراهم می کند.
معایب: الزامات بالا برای کنترل خودکار (نیاز به کنترل دقیق زمان بندی هر مرحله). پایداری ناکافی کیفیت پساب، که به راحتی تحت تأثیر پارامترهای عملیاتی قرار می گیرد. سایش سریع تجهیزات (شروع مکرر-توقف شیرها و پمپ ها).

4. سناریوهای قابل اجرا
مناسب برای تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری کوچک و متوسط{0}}(حجم آب کمتر یا مساوی 100000 مترمربع در روز)، پروژه‌های تصفیه فاضلاب غیرمتمرکز (مانند جوامع و پارک‌های صنعتی)، یا سناریوهایی با نوسانات قابل توجه کیفیت آب که نیاز به تنظیم انعطاف‌پذیر حالت عملیاتی دارند.

1. اصل فرآیند
تمام مراحل تصفیه بیولوژیکی (تجزیه COD، حذف نیتروژن، حذف فسفر، تثبیت لجن) را در یک مخزن بیولوژیکی واحد ادغام می کند. از طریق طراحی منطقه‌ای و سیستم هوادهی با راندمان بالا، حذف همزمان نیتروژن و فسفر و کاهش لجن حاصل می‌شود. نکته اصلی سیستم هوادهی BioDopp (هوادهی فوم ریز{3}}منطقه بزرگ) است که راندمان انتقال اکسیژن بالایی دارد و نگهداری آن آسان است.

2. پارامترهای طراحی کلیدی
مصرف انرژی: 0.075 کیلووات ساعت در مترمکعب (به طور قابل توجهی کمتر از فرآیندهای سنتی که مزایای قابل توجهی در صرفه جویی در انرژی را نشان می دهد).
غلظت MLSS: 8 گرم در لیتر (غلظت لجن بالا، افزایش کارایی تصفیه).
راندمان انتقال اکسیژن: 5 kgO2/kWh، تقاضای اکسیژن 0.2-0.3 mg/L.
HRT کل: 8-12 ساعت، مناسب برای نیازهای معمول تصفیه فاضلاب شهری.

3. مزایا و معایب
مزایا: اثر فوق العاده صرفه جویی در انرژی-(مصرف انرژی فقط 1/5-1/8 فرآیندهای سنتی است). ادغام بالا، ردپای کوچک؛ تولید لجن کم، از بین بردن نیاز به دفع لجن پیچیده. تعمیر و نگهداری آسان سیستم هوادهی (قابلیت تمیز کردن آنلاین، بدون توقف)؛ معایب: آستانه فنی بالا، تجهیزات اصلی به واردات متکی است. مناسب برای کیفیت های خاص آب، سازگاری با پساب های پر نمک و مقاوم نیاز به تأیید بیشتر دارد.

4. سناریوهای قابل اجرا
مناسب برای تصفیه خانه های نوساز فاضلاب شهری (پیگیری صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف) و پروژه های تصفیه فاضلاب شهرک صنعتی. این با موفقیت در آلمان، جمهوری چک و استان های شانگهای و هبی در کشور من اعمال شده است.

انتخاب فرآیندها برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری مستلزم در نظر گرفتن همه جانبه پنج عامل کلیدی است: ویژگی های کیفیت آب، استانداردهای تخلیه، حجم آب، منابع زمین و هزینه های عملیاتی. منطق اصلی به شرح زیر است:

• استانداردهای کیفیت و تخلیه آب: برای حذف همزمان نیتروژن و فسفر برای مطابقت با استانداردهای کلاس A، فرآیندهای اصلاح شده A²O و MBR ترجیح داده می شوند. برای ارتقاء کیفیت آب نزدیک به کلاس IV، فرآیندهای MBR ترجیح داده می شوند. برای کیفیت آب با نوسانات زیاد، خندق اکسیداسیون و فرآیندهای SBR اصلاح شده ترجیح داده می شود.
• Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500000 m³/d) اولویت دادن به فرآیندهای A2O اصلاح شده و خندق اکسیداسیون. تصفیه خانه های فاضلاب کوچک و متوسط ​​(10,000-500,000 m³/d) می توانند فرآیندهای A²O، SBR اصلاح شده یا BioDopp را انتخاب کنند. پروژه های غیر متمرکز (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
• زمین و هزینه ها: در مناطق مرکزی شهری که زمین کمیاب است، فرآیندهای MBR، SBR و BioDopp ترجیح داده می شوند. برای بودجه های محدود، فرآیندهای A2O اصلاح شده و خندق اکسیداسیون ترجیح داده می شوند. برای صرفه جویی{0}درازمدت انرژی، فرآیندهای BioDopp را می توان در نظر گرفت.
• بهره‌برداری و مدیریت: برای نیروگاه‌هایی با قابلیت‌های عملیاتی و مدیریتی محدود، فرآیندهای اکسیداسیون و فرآیندهای A²O اصلاح‌شده (ساده برای کارکرد) ترجیح داده می‌شوند. برای کسانی که سطوح بالاتری از اتوماسیون دارند، فرآیندهای MBR و SBR اصلاح شده مناسب هستند.

به طور خلاصه، فرآیند A2O اصلاح شده، با مزایای حذف نیتروژن و فسفر پایدار، هزینه متوسط ​​و سازگاری گسترده، گزینه اصلی برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری باقی مانده است. فرآیند MBR برای ارتقاء و الزامات چیدمان فشرده مناسب است. و فرآیندهای جدیدتر مانند BioDopp جهت‌های جدیدی را برای حفظ انرژی و کاهش انتشار ارائه می‌دهند و سناریوهای کاربردی آنها به تدریج در آینده گسترش خواهند یافت.