Des del laboratori fins a l'aplicació a gran-escala a 300.000 m³/d, com soluciona aquesta tecnologia el problema de la desnitrificació de les aigües residuals amb una proporció baixa de carboni-a-nitrogen?
Per als que treballen en la indústria del tractament d'aigües residuals, actualment hi ha un doble repte: d'una banda, els estàndards d'abocament d'aigües residuals urbanes s'estan endurint contínuament, amb els requisits cada cop més elevats per a l'eliminació del nitrogen total i del fòsfor total, la qual cosa fa que la desnitrificació extrema sigui una necessitat per a la indústria; d'altra banda, la proporció baixa de carboni-a-nitrogen és freqüent a les aigües residuals urbanes de la Xina. Els processos tradicionals depenen de fonts externes de carboni per garantir l'eficiència de la desnitrificació, la qual cosa no només augmenta significativament els costos operatius sinó que també comporta una pressió addicional d'emissió de carboni, cosa que contradiu l'objectiu estratègic del "doble-carboni".
En els processos tradicionals d'AAO, la majoria de les fonts de carboni orgànic de les aigües residuals es malgasten per aireació i oxidació en l'etapa aeròbica, deixant fonts de carboni insuficients per a la desnitrificació, cosa que dificulta la satisfacció de les necessitats de transformació de la indústria de "millorar la qualitat i l'eficiència + reduir la contaminació i les emissions de carboni". El procés anaeròbic-òxic-anòxic (AOA) emergent ràpidament, amb la seva força bàsica d'aconseguir l'eliminació profunda de nitrogen i fòsfor sense fonts externes de carboni, ha passat gradualment de la investigació de laboratori a la pràctica d'enginyeria a gran-escala, convertint-se en una fenomenal indústria del tractament d'aigües de cavall fosc.
Desxifrat bàsic: només un canvi en l'ordre de reacció, quina és la màgia d'AOA?
Molta gent es pregunta per què AOA, en comparació amb el procés tradicional AAO, només inverteix l'ordre de reacció "aeròbic" i "anòxic", aconseguint un avenç qualitatiu. La resposta es troba en el seu mecanisme exclusiu d'eliminació de nitrogen i fòsfor impulsat per la font de carboni-primer emmagatzemament, i després utilitzar-lo.
Els processos tradicionals AAO (anaeròbic-anaeròbic-aeròbic) utilitzen un flux aeròbic anaeròbic-anòxic-. La majoria de les fonts de carboni orgànic fàcilment biodegradables a les aigües residuals s'oxiden i es descomponen indiscriminadament durant l'aireació en l'etapa aeròbica. En realitat, hi ha molt poc carboni disponible per a la desnitrificació en l'etapa anòxica, la qual cosa obliga a afegir fonts externes de carboni com l'acetat de sodi per omplir el buit, creant un cercle viciós de "com més fonts de carboni són escasses, més s'afegeixen; com més gran és el cost, més grans són les emissions de carboni".
En canvi, el procés AAO, amb el seu disseny anòxic-anaeròbic-aeròbic-en tres etapes, reestructura completament la via d'utilització de la font de carboni, assegurant que cada font de carboni s'utilitza de manera eficaç:
1. Etapa anaeròbica: bloqueig de carboni basat en la font-
El DQO fàcilment biodegradable de l'afluent es converteix preferentment en fonts internes de carboni com ara PHA i s'emmagatzema dins dels microorganismes. Això bàsicament prepara "munició de desnitrificació" per als microorganismes per endavant, evitant els residus de carboni de la font.
2. Etapa aeròbica: Nitrificació de precisió
Aquesta etapa completa tot el procés de nitrificació del nitrogen d'amoníac. Simultàniament, controlant amb precisió el temps d'aireació i la concentració d'oxigen dissolt, evita l'oxidació excessiva de la font interna de carboni emmagatzemada dins dels microorganismes, assegurant reserves suficients per a la posterior desnitrificació.
3. Etapa post-anòxica: desnitrificació endògena
Els microorganismes utilitzen la seva font de carboni interna-preemmagatzemada per completar la desnitrificació del nitrogen nitrat. Tot el procés no depèn de fonts externes de carboni, la qual cosa soluciona fonamentalment el problema de la indústria d'una font insuficient de carboni a les aigües residuals amb una proporció baixa-carboni---nitrogen.
Verificació Hardcore: De 100.000 a 300.000 m³/d, aquests projectes s'han implementat i estan donant resultats.
L'eficàcia de la tecnologia està demostrada per la pràctica de l'enginyeria. Actualment, el procés AOA s'ha aplicat a gran escala a les plantes de tractament d'aigües residuals de diverses ciutats de la Xina, i abasta diversos escenaris com ara nous projectes, actualitzacions, impactes de l'època de pluges i operacions a baixa-temperatura, donant resultats operatius molt convincents.
Els resultats de les proves de producció mostren que fins i tot en condicions extremes amb una càrrega d'aigua superior al 202%, la qualitat de l'efluent del procés AOA no es va deteriorar significativament: les taxes d'eliminació de nitrogen amoníac, nitrogen total i fòsfor total només van experimentar fluctuacions menors i controlables, i les concentracions de l'efluent es van mantenir constantment dins dels estàndards. Simplement ajustant la relació de retorn de fangs primaris, la relació aire-a-aigua i la concentració de fangs, el sistema pot tornar ràpidament a un funcionament estable, adaptant-se perfectament a les complexes condicions de fluctuacions importants del volum d'aigua durant l'època de pluges.
Adaptabilitat a l'escenari-complet: compatible amb modernitzacions, gestiona operacions a baixa-temperatura
A més dels nous projectes, el procés AOA també demostra una forta compatibilitat en la millora de les plantes de tractament d'aigües residuals existents. Després de completar una rasa d'oxidació ORBAL de 1.500 m³/d-AOA en una planta de tractament d'aigües residuals a Chongqing, la taxa total d'eliminació de nitrogen va augmentar del 71,52% del procés AAO original al 83,01% sense necessitat d'una font externa de carboni, i els efectes d'eliminació del DQO i del procés tradicional de fòsfor total i de nitrogen amoníac total van ser superiors al total.
Abordant el punt de dolor de la indústria de la disminució de l'activitat de desnitrificació a causa de les baixes temperatures hivernals a les regions del nord/altiplà, una planta de tractament d'aigües residuals de procés AOA de 40.000 m³/d a Guiyang, que funcionava durant 430 dies en condicions de temperatures de l'aigua tan baixes com 11 graus, encara va aconseguir una contribució d'eliminació de nitrogen del 40% amb una contribució total d'eliminació de nitrogen a la seva zona d'emissió de nitrogen total estable a la seva zona d'emissió de nitrogen 4,13 mg/L. En comparació amb les plantes de tractament d'aigües residuals de procés AAO amb la mateixa font d'afluent, el nitrogen total efluent es va reduir en un 54,62%, el consum d'energia del dipòsit biològic es va reduir un 24%, el consum de productes químics en un 39% i la producció de fangs en un 7%.
Més enllà del compliment dels estàndards: potencial d'actualització futura del procés AOA
Actualment, el procés AOA ha format un sistema tècnic relativament complet, però el seu potencial s'estén molt més enllà. Per satisfer les necessitats de desenvolupament de la indústria del tractament d'aigües residuals per a un menor consum d'energia i menors emissions de carboni, la indústria ha començat a explorar la integració del procés AOA amb noves tecnologies d'eliminació de nitrogen per explorar encara més el potencial d'actualització tecnològica.
Diversos estudis han demostrat que el sistema acoblat de tecnologia AOA (aireació automàtica) amb tecnologies de nitrificació-de tall curt i oxidació anaeròbica d'amoni (ANAO) presenta una eficiència excepcional en l'eliminació de nitrogen en el tractament d'aigües residuals urbanes amb unes proporcions baixes de DQO/TN: un sistema integrat de-nitrificació-ANAO, basat en un procés integrat de concentració total d'ANAO, aconsegueix una concentració total estable de nitrogen. tan baix com 2,3 mg/L, amb una taxa total d'eliminació de nitrogen fins al 95,8%; un sistema de flux continu AOA modificat, en condicions en què la relació COD/TN de l'afluent és tan baixa com 3,2, aconsegueix efectes de tractament avançats amb TN efluent (4,6 ± 1,5) mg/L i fòsfor total (0,2 ± 0,2) mg/L, amb ANAO-acoblat a l'eliminació de nitrogen que representa més de l'{11}%.
Aquestes exploracions ofereixen possibilitats il·limitades per a la realització futura d'una font de carboni -zero i un tractament d'aigües residuals de consum gairebé-energètic mitjançant el procés AOA, i també proporcionen suport tecnològic bàsic per a la transformació baixa-de carboni de la indústria del tractament d'aigües residuals del meu país.
Conclusió
Des de resoldre el problema del coll d'ampolla de l'eliminació de nitrogen de les aigües residuals amb proporcions baixes de carboni-a{1}}nitrogen fins a adaptar-se a les necessitats de transformació de la indústria de "millora de l'eficiència sinèrgica mitjançant la reducció de la contaminació i la reducció de carboni", el procés AOA ha demostrat el seu valor fonamental en el camp del tractament d'aigües residuals mitjançant resultats d'enginyeria tangibles. Amb una contínua iteració tecnològica i una promoció a gran-escala, el procés d'AOA s'està convertint en la solució preferida per a la construcció i millora de les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes al meu país, impulsant la indústria a una transició constant de "complir els estàndards d'emissions" a una fase de desenvolupament d'alta-qualitat "verd, baixa-eficiència de carboni i millorada".