Pilsētas notekūdeņu attīrīšanas pamatmērķis ir noņemt no notekūdeņiem tādus piesārņotājus kā ĶSP, BSP₅, TN un TP, lai tie atbilstu novadīšanas standartiem (galvenā atbilstība A klases standartam “Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu piesārņotāju izplūdes standarts” GB 18918-2002). Pašreizējie galvenie procesi ir vērsti uz bioloģisko attīrīšanu, kas apvienota ar pirmapstrādi un uzlabotas apstrādes vienībām, veidojot pilnīgu "pirmsapstrādes - pamatapstrādes - uzlabotas apstrādes - dūņu likvidēšanas" procesu. Tālāk sniegts detalizēts ievads par sešiem visplašāk izmantotajiem procesiem, aptverot to principus, galvenos parametrus, priekšrocības un trūkumus un piemērojamos scenārijus, vienlaikus ņemot vērā arī tehniskās detaļas un tehniskās iespējas.
I. Klasiskais pamatprocess: tradicionālais aktīvo dūņu process
1. Procesa princips
Izmantojot aktīvās dūņas kā kodolu, aerobos apstākļos mikroorganismi adsorbē un noārda organiskos piesārņotājus notekūdeņos, panākot notekūdeņu attīrīšanu ar dūņu{0}}ūdens atdalīšanu. Pamatprocess: stieņa ekrāns → smilšu kamera → primārā sedimentācijas tvertne → aerācijas tvertne → sekundārā sedimentācijas tvertne → dezinfekcija un iztukšošana; atlikušās dūņas tiek koncentrētas, atūdeņotas un pēc tam likvidētas.
2. Galvenie dizaina parametri
* Hidrauliskās aiztures laiks (HRT): 8-12h, ar HAT, kas ir lielāks vai vienāds ar 6h aerācijas tvertnē;
* Dūņu aiztures laiks (SRT): 3-5d (attiecas tikai uz organisko vielu atdalīšanu, bez slāpekļa un fosfora atdalīšanas funkcijām);
* Organiskā slodze (F/M): 0,2–0,4 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
* DO koncentrācija aerācijas tvertnē: 2-3mg/L, izmantojot piespiedu aerāciju vai mehānisko aerāciju.
3. Priekšrocības un trūkumi
* Priekšrocības: Nobriedusi tehnoloģija, stabila darbība, augsta efektivitāte organisko vielu apstrādē (BOD₅ noņemšanas ātrums 85%-90%) un salīdzinoši zemas investīciju izmaksas;
* Trūkumi: nav slāpekļa un fosfora atdalīšanas funkciju, kas apgrūtina pašreizējo A klases standartu izpildi; liela dūņu ražošana, kas ir pakļauta pavedienu masai; liels nospiedums un salīdzinoši augsts enerģijas patēriņš.
4. Piemērojamie scenāriji
* Piemērots agrāk{0}}izbūvētām notekūdeņu attīrīšanas iekārtām ar zemiem izplūdes standartiem vai kā rūpniecisko notekūdeņu pirmapstrādes iekārta; šobrīd to reti izmanto kā vienu pašu jaunos projektos, bet galvenokārt kā pamata moduli procesu uzlabošanai.
II. Galvenie vienlaicīgas slāpekļa un fosfora atdalīšanas procesi: A²O un modificētie procesi
1. Procesa princips
A²O (anaerobā-anoksiskā-aerobā) process nodrošina vienlaicīgu slāpekļa un fosfora izvadīšanu, izmantojot trīs zonu sinerģisku darbību: fosforu-akumulējošās baktērijas atbrīvo fosforu anaerobajā zonā, baktērijas denitrificē un noņem oksinitrogēno zonu. fosforu-akumulējošās baktērijas absorbē fosforu aerobajā zonā. Modificētā versija (ar pievienotu pirms-anoksisko tvertni) atrisina oglekļa avota konkurences problēmu starp denitrifikāciju un fosfora atdalīšanu, uzlabojot slāpekļa un fosfora atdalīšanas efektu. Pamatprocess: priekšapstrāde → anaerobā tvertne → pirms-anoksiskā tvertne → bezoksiskā tvertne → aerobā tvertne → sekundārā sedimentācijas tvertne → uzlabota apstrāde → iztukšošana.
2. Galvenie dizaina parametri
Kopējais HAT: 10-12h, anaerobā:anoksiskā:aerobā HAT attiecība=1:3:5;
Dūņu aiztures laiks (SRT): 10-12 dienas apkārtējās vides temperatūrā, 15 dienas zemā temperatūrā (lai līdzsvarotu nitrifikācijas un fosfora atdalīšanas prasības);
Recirkulācijas koeficients: jauktā šķidruma recirkulācijas koeficients 200%-300% (regulējams ar mainīgu frekvenci), dūņu recirkulācijas koeficients 50%-80%;
DO kontrole: anaerobā zona mazāka vai vienāda ar 0,2 mg/l, anoksiskā zona mazāka vai vienāda ar 0,5 mg/l, aerobā zona 2-3 mg/l.
3. Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības: Lieliska slāpekļa un fosfora atdalīšanas efektivitāte (TN atdalīšanas ātrums 70%-80%, TP atdalīšanas ātrums 80%-90%), konsekventi atbilst A klases standartiem; nobriedusi tehnoloģija, mērenas ekspluatācijas izmaksas, piemērotas sadzīves notekūdeņiem ar lielām ūdens kvalitātes svārstībām;
Trūkumi: pastāv parametru neatbilstības starp slāpekļa un fosfora atdalīšanu (SRT, recirkulācijas koeficientu prasību konflikts); zema-oglekļa avota notekūdeņiem ir nepieciešams pievienot ārēju oglekļa avotu; nedaudz lielāks nospiedums.
4. Piemērojamie scenāriji
Pašlaik vēlamais process jaunu komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu celtniecībai, paplašināšanai un modernizēšanai, īpaši piemērots sadzīves notekūdeņu projektiem, kuros nepieciešama vienlaicīga slāpekļa un fosfora emisiju kontrole. To var pielāgot arī sarežģītiem notekūdeņiem, kas satur nelielu daudzumu rūpniecisko notekūdeņu (nepieciešama bioloģiskās noārdīšanās koeficienta pielāgošana).
III. Augsta-efektivitāte un kompakts process: MBR (membrānas bioreaktora) process
1. Procesa princips
Šajā procesā membrānas atdalīšanas tehnoloģija ir apvienota ar bioloģisko apstrādi, aizstājot sekundāro sedimentācijas tvertni ar membrānas moduļiem, lai panāktu efektīvu dūņu{0}}ūdens atdalīšanu. Serdes plūsma: Priekšapstrāde → Bioloģiskā tvertne (var izmantot A²O, SBR utt. konfigurācijas) → Membrānas tvertne → Dezinfekcija un iztukšošana. Membrānas moduļi var aizturēt mikroorganismus, saglabājot augstu MLSS koncentrāciju bioloģiskajā tvertnē un uzlabojot nitrifikāciju un organisko vielu izvadīšanu.
2. Galvenie dizaina parametri
MLSS koncentrācija: 6000-8000 mg/L (ievērojami augstāka par tradicionālajiem procesiem);
Dūņu aiztures laiks (SRT): 20-30 dienas (pastiprināta nitrifikācija, piemērota zemas temperatūras, zemas C/N notekūdeņiem);
Membrānas plūsma: 10-20 L/(m²·h), nepieciešama regulāra fiziska/ķīmiska tīrīšana;
Enerģijas patēriņš: 0,6-1,0 kWh/m³ (ieskaitot aerācijas un membrānas sūkšanas enerģijas patēriņu).
3. Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības: izcila notekūdeņu kvalitāte (TN mazāka vai vienāda ar 8 mg/L, TP mazāka vai vienāda ar 0,3 mg/L), kas atbilst prasībām, lai uzlabotu ūdens kvalitāti līdz gandrīz -IV klasei; pēdas nospiedums ir tikai 1/3-1/2 no tradicionālajiem procesiem; nav dūņu zudumu riska, augsta darbības stabilitāte;
Trūkumi: Augstas membrānas moduļa izmaksas (kas veido 30%-40% no kopējām investīcijām); sarežģīta apkope (tiek pakļauta aizsērēšanai), augstas ekspluatācijas izmaksas; lielāks enerģijas patēriņš nekā tradicionālie bioloģiskie procesi.
4. Piemērojamie scenāriji
Piemērots pilsētas centrālajām teritorijām ar ierobežotiem zemes resursiem, modernizācijas projektiem ar stingriem notekūdeņu standartiem vai īpašiem ūdens kvalitātes scenārijiem, piemēram, zema temperatūra un zema C/N attiecība; attiecas arī uz decentralizētu notekūdeņu attīrīšanu (piemēram, dzīvojamajām kopienām, industriālajiem parkiem).
IV. Triecienizturīgs process: oksidācijas grāvju process
1. Procesa princips
Izmantojot gredzenveida{0}}grāvju reaktoru, notekūdeņi cirkulē grāvī caur rotējošām sukām vai diskiem aerācijai, radot mainīgas aerobās un anoksiskās zonas, lai panāktu organisko vielu noārdīšanos un denitrifikāciju. Kopējās konfigurācijās ietilpst karuseļa oksidācijas grāvji, orbālās oksidācijas grāvji un integrētie oksidācijas grāvji (tostarp sekundārās sedimentācijas tvertnes).
2. Galvenie dizaina parametri
Kopējais HRT: 15-25h (ilgs hidrauliskās aiztures laiks, spēcīga izturība pret triecienslodzēm);
Dūņu aiztures laiks (SRT): 10-20d (piemērots slāpekļa noņemšanas prasībām);
Organiskā slodze (F/M): 0,05–0,15 kgBOD₅/(kgMLSS·d);
Izšķīdināts skābeklis: pakāpeniska izkliede grāvī (2-3mg/l aerobajā zonā, 0,5-1mg/l bezskābekļa zonā).
3. Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības: Īpaši spēcīga noturība pret triecienslodzēm, piemērota notekūdeņiem ar lielām ūdens kvalitātes un daudzuma svārstībām; vienkārša darbība un vadība, zemas uzturēšanas izmaksas; labs slāpekļa atdalīšanas efekts (TN atdalīšanas ātrums 70%-75%);
Trūkumi: Vājš fosfora atdalīšanas efekts (nepieciešama palīgķīmiska fosfora noņemšana); liels nospiedums, augsts enerģijas patēriņš; nepietiekama darbības elastība.
4. Piemērojamie scenāriji
Piemērots notekūdeņu attīrīšanas iekārtām mazās un vidējās{0}}pilsētās (tilpums 50 000–500 000 m³/d), sarežģītiem notekūdeņiem ar lielām ūdens kvalitātes svārstībām (ieskaitot nelielu daudzumu rūpniecisko notekūdeņu) vai projektiem ar ierobežotām darbības un pārvaldības iespējām.
V. Elastīgi periodiski procesi: SBR (Sequencing Batch Reactor) un modificētie procesi
1. Procesa princips
Izmantojot intermitējošu reaktoru, vienā tvertnē tiek pabeigti pieci posmi: ieplūde, aerācija (aerobā), sedimentācija, notekūdeņu novadīšana un dīkstāves periods. Organisko vielu sadalīšanās, slāpekļa un fosfora atdalīšana tiek panākta, sadalot laiku. Modificētās versijas (CAST, CASS procesi) pievieno atlases zonu un pirms-reakcijas zonu, lai uzlabotu dūņu nostādināšanas veiktspēju un fosfora noņemšanas efektivitāti.
2. Galvenie dizaina parametri:
Viens darbības cikls: 4-6 stundas (ieskaitot 2-3 stundas aerāciju un 1-1,5 stundas sedimentāciju);
Dūņu aiztures laiks (SRT): 10-15 dienas;
MLSS koncentrācija: 3000-5000 mg/L;
Drenāžas attiecība: 1/3-1/2 (katra drenāža nedrīkst pārsniegt 1/2 no tvertnes tilpuma).
3. Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības: mazs nospiedums (nav nepieciešama atsevišķa sekundārā sedimentācijas tvertne); elastīga darbība ar regulējamiem cikla parametriem, pamatojoties uz ūdens kvalitāti; piemērots maziem un vidējiem ūdens daudzumiem, nodrošinot vienlaicīgu slāpekļa un fosfora izvadīšanu.
Trūkumi: Augstas prasības automatizētai vadībai (nepieciešama precīza katra posma laika kontrole); nepietiekama notekūdeņu kvalitātes stabilitāte, ko viegli ietekmē darbības parametri; ātrs aprīkojuma nodilums (bieža vārstu un sūkņu palaišana{0}}apturēšana).
4. Piemērojamie scenāriji
Piemērots mazām un vidējām{0}}pilsētas notekūdeņu attīrīšanas iekārtām (ūdens tilpums ir mazāks par vai vienāds ar 100 000 m³/d), decentralizētiem notekūdeņu attīrīšanas projektiem (piemēram, kopienām un industriālajiem parkiem) vai scenārijiem ar ievērojamām ūdens kvalitātes svārstībām, kas prasa elastīgu darbības režīmu pielāgošanu.
VI. Enerģijas-taupīšana un augstas{2}}efektivitātes jauns process: BioDopp bioloģiskā pavairošanas process
1. Procesa princips
Integrē visus bioloģiskās apstrādes posmus (ĶSP noārdīšanu, slāpekļa atdalīšanu, fosfora atdalīšanu, dūņu stabilizāciju) vienā bioloģiskajā tvertnē. Izmantojot zonētu dizainu un augstas -efektivitātes aerācijas sistēmu, tiek panākta vienlaicīga slāpekļa un fosfora atdalīšana un dūņu samazināšana. Galvenā iezīme ir BioDopp aerācijas sistēma (liela-zona smalko putu aerācija), kurai ir augsta skābekļa pārneses efektivitāte un kuru ir viegli uzturēt.
2. Galvenie dizaina parametri
Enerģijas patēriņš: 0,075 kWh/m³ (ievērojami zemāks par tradicionālajiem procesiem, kas demonstrē būtiskas enerģijas taupīšanas priekšrocības);
MLSS koncentrācija: 8 g/L (augsta dūņu koncentrācija, uzlabo attīrīšanas efektivitāti);
Skābekļa pārneses efektivitāte: 5 kgO₂/kWh, skābekļa patēriņš 0,2-0,3 mg/L;
Kopējais HAT: 8-12 h, piemērots ikdienas notekūdeņu attīrīšanas vajadzībām.
3. Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības: izcils enerģijas-taupīšanas efekts (enerģijas patēriņš ir tikai 1/5-1/8 no tradicionālajiem procesiem); augsta integrācija, mazs nospiedums; zema dūņu ražošana, novēršot nepieciešamību pēc sarežģītas dūņu apglabāšanas; vienkārša aerācijas sistēmas apkope (var tīrīt tiešsaistē, bez dīkstāves); Trūkumi: Augsts tehniskais slieksnis, galvenais aprīkojums ir atkarīgs no importa; Piemērots noteiktām ūdens īpašībām, ir nepieciešama turpmāka pārbaude, lai pielāgotos augsta sāļuma un nepaklausīgiem notekūdeņiem.
4. Piemērojamie scenāriji
Piemērots jaunuzbūvētām sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām (tiecoties uz enerģijas taupīšanu un patēriņa samazināšanu) un industriālo parku notekūdeņu attīrīšanas projektiem. Tas ir veiksmīgi izmantots Vācijā, Čehijas Republikā un manas valsts Šanhajas un Hebei provincēs.
VII. Procesa izvēles pamatloģika
Lai izvēlētos procesus komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtām, ir rūpīgi jāapsver pieci galvenie faktori: ūdens kvalitātes raksturlielumi, izplūdes standarti, ūdens apjoms, zemes resursi un ekspluatācijas izmaksas. Galvenā loģika ir šāda:
- Ūdens kvalitātes un izplūdes standarti: lai vienlaicīga slāpekļa un fosfora atdalīšana atbilstu A klases standartiem, priekšroka dodama modificētiem A²O un MBR procesiem; lai uzlabotu ūdens kvalitāti līdz gandrīz IV klasei, priekšroka tiek dota MBR procesiem; ūdens kvalitātei ar lielām svārstībām priekšroka dodama oksidācijas grāvja un modificētiem SBR procesiem.
- Water Volume: Large wastewater treatment plants (>500 000 m³/d) piešķir prioritāti modificētiem A²O un oksidācijas grāvju procesiem; mazas un vidējas{2}}notekūdeņu attīrīšanas iekārtas (10 000-500 000 m³/d) var izvēlēties A²O, modificētu SBR vai BioDopp procesus; decentralizēti projekti (<10,000 m³/d) prioritize SBR and MBR processes.
- Zeme un izmaksas: pilsētas centrālajos rajonos, kur zemes ir maz, priekšroka tiek dota MBR, SBR un BioDopp procesiem; ierobežotiem budžetiem priekšroka dodama modificētiem A²O un oksidācijas grāvju procesiem; Ilgtermiņa-enerģijas taupīšanai var apsvērt BioDopp procesus.
- Darbība un vadība: iekārtām ar ierobežotām darbības un vadības iespējām priekšroka tiek dota oksidācijas grāvjiem un modificētiem A²O procesiem (vienkārši darbināmi); tiem, kam ir augstāks automatizācijas līmenis, ir piemēroti modificētie MBR un SBR procesi.
Rezumējot, modificētais A²O process ar tā priekšrocībām — stabilu slāpekļa un fosfora atdalīšanu, mērenām izmaksām un plašo pielāgojamību — joprojām ir galvenā izvēle komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtām; MBR process ir piemērots jaunināšanas un kompakta izkārtojuma prasībām; un jaunāki procesi, piemēram, BioDopp, piedāvā jaunus enerģijas taupīšanas un emisiju samazināšanas virzienus, un to pielietojuma scenāriji nākotnē pakāpeniski paplašināsies.