El procés A²/O (anaeròbic/anòxic/aeròbic), amb els seus avantatges bàsics de flux senzill, poca inversió i un funcionament i manteniment convenients, ha ocupat durant molt de temps una posició dominant en l'eliminació biològica de nitrogen i fòsfor per a aigües residuals urbanes i s'utilitza àmpliament en diverses plantes de tractament d'aigües residuals urbanes. Tanmateix, en funcionament i manteniment reals, moltes plantes d'aigües residuals han caigut en el mateix dilema: TN (nitrogen total) i TP (fòsfor total) són difícils d'aconseguir simultàniament, especialment quan es tracten aigües residuals amb la baixa relació C/N predominant al meu país. Això condueix a un cercle viciós on l'eliminació de nitrogen condueix a una fallada en l'eliminació de fòsfor, i l'eliminació de fòsfor condueix a una fallada en l'eliminació de nitrogen, el que resulta en inspeccions i rectificacions ambientals freqüents i costos d'operació i manteniment persistentment elevats.
Aquest article, que combina tres documents tècnics bàsics, abandona les descripcions aproximades i parteix de l'essència del procés. Desglossa i explica amb detall els principis del procés A²/O, els seus tres defectes inherents, el mecanisme bàsic d'eliminació del fòsfor de desnitrificació i l'esquema de modificació òptim per a aigües residuals de baix C/N. Equilibrant professionalitat i practicitat, els dissenyadors, el personal d'operació i manteniment i els professionals de la modificació d'enginyeria poden fer referència i aplicar-lo directament.
I. Primer, entendre el principi complet del procés A²/O (flux estàndard + lògica de reacció)
1. Flux de procés estàndard
El nucli del procés A²/O és la desnitrificació simultània i l'eliminació de fòsfor mitjançant el funcionament en sèrie de tres reactors, combinat amb la recirculació de fangs i la recirculació interna. El cabal estàndard és clar i traçable: Aigua bruta → Dipòsit anaeròbic → Dipòsit anòxic → Dipòsit aeròbic → Dipòsit secundari de sedimentació → Efluent. Tot el procés no requereix equips complexos, té poca dificultat de funcionament i manteniment i és adequat per a aplicacions a gran-escala.
• Retorn de fangs: Dipòsit secundari de sedimentació → Dipòsit anaeròbic
• Retorn intern: Tanc aeròbic → Tanc anòxic
2. Principi de reacció bàsica de tres-etapes (desglossar el paper de cada pas per entendre l'essència del procés)
(1) Etapa anaeròbica (sense oxigen molecular, ni nitrogen nitrat)
• Els bacteris-acumulants de polifosfats (PAO) alliberen activament el fòsfor emmagatzemat al seu cos en un entorn anaeròbic i lliure de nitrats-, alhora que absorbeixen el DQO (matèria orgànica biodegradable) fàcilment degradable de les aigües residuals i el converteixen en PHB (àcid poli{- -hidroxibutíric) per a l'emmagatzematge d'energia per a l'emmagatzematge del fòsfor;
• Si hi ha una petita quantitat de nitrat en l'etapa anaeròbica (majoritàriament de fangs retornats), els bacteris desnitrificants utilitzaran preferentment la font de carboni residual per a la desnitrificació, consumint indirectament la font de carboni requerida per les PAO, creant un perill potencial d'eliminació de fòsfor;
• Simultàniament, els bacteris en fermentació descomponen la gran matèria orgànica molecular de les aigües residuals que és difícil de degradar en àcids grassos volàtils (AGV) que són fàcilment absorbits pels PAO, proporcionant un substrat suficient per a la síntesi de PHB per PAO.
(2) Zona anòxica (sense oxigen molecular, conté nitrogen nitrat)
• Els bacteris desnitrificadors utilitzen el nitrat de la recirculació a la zona aeròbica com a acceptor d'electrons i el DQO residual a les aigües residuals com a font de carboni per reduir el nitrat a nitrogen (N₂), completant el procés de desnitrificació. Aquest és el pas bàsic en l'eliminació de TN.
• Alguns bacteris especials que s'acumulen-polifosfats (és a dir, els bacteris desnitrificants que acumulen polifosfat-DNPAO) poden trencar amb la comprensió tradicional de "captació aeròbica de fòsfor", utilitzant nitrat en lloc d'oxigen com a acceptor d'electrons per aconseguir una absorció excessiva de fòsfor durant la desnitrificació. Aquesta és l'eliminació de fòsfor de desnitrificació que ens centrarem més endavant.
• El cabal de la recirculació interna determina directament el subministrament de nitrogen nitrat a la zona anòxica i és un paràmetre de control clau que afecta l'eficiència de la desnitrificació i l'efecte d'eliminació del fòsfor de la desnitrificació.
(3) Etapa aeròbica (aeròbica)
• Els bacteris nitrificants (bacteris autòtrofs), en un entorn amb suficient oxigen, oxiden el nitrogen amoníac (NH₄⁺{-N) de les aigües residuals a nitrat (NO₃⁻-N), completant la reacció de nitrificació i proporcionant suficients acceptors d'electrons per a la desnitrificació i l'eliminació de fòsfor en l'etapa;
• Els bacteris-acumulants de polifosfats (inclosos els DNPAO), en un entorn aeròbic, absorbeixen grans quantitats de fòsfor de les aigües residuals i l'emmagatzemen al seu cos, donant lloc a un contingut de fòsfor molt superior als nivells normals (és a dir, una absorció excessiva de fòsfor), posant les bases per a la posterior eliminació de fòsfor a través dels fangs;
• Simultàniament, els microorganismes en l'etapa aeròbica degraden encara més el DQO restant a les aigües residuals, eliminen el nitrogen generat durant el procés de desnitrificació, impedeixen que els fangs surin i garanteixen un rendiment estable de decantació dels fangs.
3. Via final d'eliminació de nitrogen i fòsfor
• Via d'eliminació del nitrogen: Nitrificació en tanc aeròbic (nitrogen amoníac → nitrat) → Desnitrificació en tanc anòxic (nitrat → nitrogen) → El nitrogen s'escapa de manera natural, aconseguint l'eliminació total del nitrogen;
II. Punts de dolor fatals: tres defectes inherents al procés A²/O (principi-contradicció de nivell)
Moltes estacions de tractament d'aigües residuals creuen que el procés A²/O és difícil d'aconseguir estàndards, atribuint-ho erròniament a un funcionament i manteniment inadequats. No obstant això, aquest no és el cas-el problema principal és el conflicte inherent entre els tres tipus de microorganismes funcionals (bacteris nitrificants, bacteris desnitrificants i bacteris-acumuladores de polifosfat). Els seus requisits per al medi de vida i els nutrients són completament diferents, cosa que fa impossible que compleixin simultàniament les seves condicions òptimes de creixement dins del mateix sistema de fangs. Aquesta és la contradicció de nivell-principal que el procés A²/O lluita per superar.
1. Competència de fonts de carboni (el conflicte central)
2. Conflicte de l'edat dels fangs
• Via d'eliminació del fòsfor: alliberament de fòsfor en tancs anaeròbics (els bacteris que s'acumulen polifosfat-alliberen fòsfor del seu cos) → Absorció de fòsfor en tancs aeròbics/anòxics (bacteris que s'acumulen polifosfat-absorbeixen excessivament fòsfor de les aigües residuals) → Descàrrega de l'excés de fangs rics en fòsfor (eliminació total del sistema ric en fòsfor) eliminació de fòsfor.
3. Interferència de nitrats amb l'eliminació anaeròbica de fòsfor
En els processos tradicionals d'A²/O, els fangs de retorn del dipòsit de sedimentació secundari entren directament a l'etapa anaeròbica. Aquests fangs de retorn transporten inevitablement una gran quantitat de nitrats produïts en l'etapa aeròbica. Un cop en l'etapa anaeròbica, aquests nitrats interrompen completament el procés d'eliminació de fòsfor de tres maneres:
• Etapa anaeròbica: la necessitat bàsica dels bacteris-acumulants de polifosfat és absorbir el DQO fàcilment degradable i sintetitzar PHB per alliberar i absorbir fòsfor posterior. Aquesta és la base de l'eliminació del fòsfor i és indispensable.
• Les aigües residuals urbanes al meu país generalment pateixen una baixa relació C/N (COD/TN < 4,5), cosa que provoca una greu escassetat de fonts de carboni. La competència entre els dos tipus de microorganismes per les fonts de carboni condueix inevitablement a una situació en què un és fort i l'altre feble-una bona eliminació de nitrogen dóna lloc a una mala eliminació de fòsfor; una bona eliminació de fòsfor provoca una eliminació excessiva de nitrogen.
• Etapa anòxica: el requisit bàsic dels bacteris desnitrificants és utilitzar DQO com a donant d'electrons per convertir els nitrats en gas nitrogenat, completant així l'eliminació del nitrogen. Això també depèn del COD.
III. Clau per trencar el coll d'ampolla: desnitrificació i eliminació del fòsfor: ús dual del carboni per alleujar els conflictes en principi
1. Principi de desnitrificació i eliminació de fòsfor
Per abordar els defectes inherents al procés A²/O, la solució més eficaç és "l'ús dual del carboni". El nucli és utilitzar les característiques metabòliques especials dels bacteris acumuladors de polifosfat-desnitrificants (DNPAO/DPB) per permetre que una única font de carboni pugui satisfer simultàniament les necessitats d'eliminació de nitrogen i fòsfor. Això alleuja fonamentalment la competència per les fonts de carboni i el conflicte entre l'edat dels fangs. El procés metabòlic específic és el següent:
• Bacteris-acumuladors de polifosfats: són bacteris heteròtrofs amb un creixement ràpid. El nucli de la seva eliminació de fòsfor és eliminar el fòsfor del sistema mitjançant la descàrrega de fangs en excés. Per tant, es requereix una edat de fang relativament curta (5-1). • 0 d (0 dies): una edat de fang excessivament llarga provoca la re-alliberació de fòsfor dels bacteris-acumulants de polifosfat, reduint significativament l'eficiència d'eliminació de fòsfor.
• Bacteris nitrificants: Són bacteris autòtrofs amb ritmes de creixement i reproducció extremadament lents. Requereixen una edat de fang relativament llarga (15-25 dies) per sobreviure de manera estable i completar la reacció de nitrificació. Una edat del fang massa curta fa que es descarregui una gran quantitat de bacteris nitrificants, cosa que fa que l'eliminació eficaç del nitrogen d'amoníac sigui ineficaç.
• El procés A²/O utilitza un únic sistema de fangs, que només permet establir una edat uniforme dels fangs. Una llarga edat dels fangs per mantenir la nitrificació donarà lloc a residus de fòsfor, mentre que una curta edat dels fangs per mantenir l'eliminació del fòsfor conduirà al col·lapse de la nitrificació; tots dos no es poden aconseguir simultàniament.
2. Paràmetres clau per a l'activació A²/O de la desnitrificació i l'eliminació del fòsfor
1. Consum preferent de font de carboni: els bacteris desnitrificadors utilitzen nitrat com a acceptor d'electrons, consumint preferentment DQO fàcilment degradable en l'etapa anaeròbica, evitant que els bacteris acumuladors de polifosfat-obtinguin suficient carboni per sintetitzar PHB.
2. Inhibició de l'alliberament de fòsfor per part dels PPA: els PPA requereixen un entorn estrictament anaeròbic i lliure de nitrats-per alliberar fòsfor. La presència de nitrat inhibeix directament el procés d'alliberament de fòsfor, fins i tot provocant una "captació anaeròbica de fòsfor" anormal, evitant la posterior captació de fòsfor aeròbic/anòxic i fent que l'eliminació de fòsfor falli.
3. Alteració del medi anaeròbic: el nitrat consumeix el medi anaeròbic en l'etapa anaeròbica durant la desnitrificació, inhibint indirectament l'activitat metabòlica dels PPA.
Resultats de la verificació pràctica: sota el control dels paràmetres anteriors, la taxa d'absorció de fòsfor en l'etapa anòxica pot arribar al 69%, sense necessitat de font de carboni addicional. Simultàniament es millora l'eficiència d'eliminació de nitrogen i fòsfor, mentre que la taxa d'aireació en l'etapa aeròbica es pot reduir aproximadament un 20%, estalviant significativament el consum d'energia operativa.
IV. Una solució devastadora per a aigües residuals de baix C/N: procés combinat A²/O + BAF
Les ràtios C/N baixes són habituals a les aigües residuals urbanes al meu país, amb valors mesurats sovint entre 3,1 i 5,9, molt per sota dels 4,5 necessaris per al compliment estable dels estàndards A²/O. Fins i tot amb paràmetres de funcionament optimitzats, és poc probable que un sol procés A²/O compleixi constantment l'estàndard de descàrrega de classe A a llarg termini. Per tant, cal un procés combinat per abordar fonamentalment aquesta deficiència inherent.
• Etapa anaeròbica: els DNPAO, com els bacteris{0}}que acumulen polifosfat ordinari, alliberen fòsfor de les seves cèl·lules mentre absorbeixen el DQO fàcilment biodegradable de les aigües residuals, sintetitzen PHB i l'emmagatzemen a les seves cèl·lules, completant així l'alliberament de fòsfor i les reserves de fonts de carboni.
La pràctica del motor ha demostrat que A²/O + BAF (filtre biològic airejat) és actualment la ruta d'actualització més madura, fàcil d'implementar i-eficaç. La idea central és "l'operació separada de la nitrificació i l'eliminació de fòsfor", permetent que els dos tipus de microorganismes creixin en els seus entorns òptims, resolent completament els conflictes d'edat dels fangs i la competència de fonts de carboni.
• Avantatges bàsics: aconsegueix una part de font de carboni (PHB)=desnitrificació + eliminació de fòsfor, duplicant directament la utilització de la font de carboni. No es necessita cap font de carboni addicional per millorar simultàniament l'eficiència de la desnitrificació i l'eliminació de fòsfor, perfectament adequat per a aigües residuals amb baixes proporcions C/N.
• Etapa anòxica: els DNPAO ja no depenen de l'oxigen, sinó que utilitzen nitrat com a acceptor d'electrons, reduint simultàniament el nitrat a nitrogen (completant la desnitrificació) i utilitzant el seu PHB emmagatzemat com a font d'energia per absorbir l'excés de fòsfor de les aigües residuals (completant l'eliminació del fòsfor).
1. Principi bàsic: separació de la nitrificació i eliminació de fòsfor
2. Resultats reals (C/N=4.2)
• Temps de retenció de fangs (SRT): Controlat al voltant dels 15 dies. Aquesta edat dels fangs satisfà els requisits de creixement dels bacteris nitrificants (assegurant l'eficiència de la nitrificació) alhora que equilibra l'enriquiment i l'activitat dels DNPAO, evitant edats de fangs excessivament llargues o curtes que podrien afectar negativament l'eficiència del tractament.
• Relació de recirculació interna: controlada a 3,0–3,5. En aquesta proporció, la concentració de nitrats a l'efluent del tanc anòxic es manté entre 1 i 3 mg/L, proporcionant suficients acceptors d'electrons per a DNPAO sense provocar que el nitrat excessiu entri a la zona anaeròbica i interfereixi amb l'alliberament de fòsfor.
• Relació de volum anòxica/anaeròbica: augmentar adequadament la relació de volum de la zona anòxica allarga el temps de residència dels DNPAO a la zona anòxica, millorant la desnitrificació i l'eliminació de fòsfor.
• Control estricte de nitrats a la secció anaeròbica: optimitzant el mètode de reflux, la concentració de nitrats a la secció anaeròbica es controla a<0.5 mg/L, providing a stable anaerobic environment for DNPAOs to release phosphorus and synthesize PHB.
3. Paràmetres òptims de funcionament
• Secció A²/O (Edat curta de fangs 5-10 dies): s'abandona la nitrificació, centrada en "alliberament anaeròbic de fòsfor + eliminació de fòsfor per desnitrificació anòxica". La configuració d'edat curta dels fangs garanteix l'eliminació eficient del fòsfor mitjançant bacteris acumuladors de polifosfat-a través de la descàrrega de fangs, mentre que els DNPAO utilitzen el seu PHB intern per a la desnitrificació, maximitzant la utilització de fonts limitades de carboni.
• Disseny de reflux intern: el licor nitrificat (ric en nitrat) produït a la secció BAF es refluxa a la secció anòxica A²/O, proporcionant suficients acceptors d'electrons per a DNPAO, formant un bucle tancat de "nitrificació BAF → eliminació de fòsfor per desnitrificació A²/O", aconseguint estàndards simultàniament d'eliminació de nitrogen i fòsfor.
• Etapa BAF (Long Sludge Age 30d+): Dedicada a la nitrificació. El material d'embalatge del tanc BAF forma un biofilm, permetent que els bacteris nitrificants creixin de manera estable a la membrana. La llarga edat dels fangs garanteix una nitrificació òptima, aconseguint gairebé el 100% d'eliminació del nitrogen amoníac, resolent completament la nitrificació insuficient.
V. Dreceres de modificació de l'enginyeria: 3 processos A²/O madurs millorats (aplicació directa, implementació de baix-cost)
1. Procés UCT/MUCT (resolució d'interferències de nitrats)
• Qualitat de l'efluent: DQ=34mg/L, TN=13.3mg/L, TP=0.1mg/L, tots compleixen la "Norma d'abocament de contaminants per a estacions de tractament d'aigües residuals municipals" (GB (18918-2002) Classe A Standard;
• Qualitat de l'aigua de l'influent (simulant condicions de baixa relació C/N, C/N=4.2): DQ=240mg/L, TN=57mg/L, TP=5.1mg/L;
• Activitat microbiana: la proporció de bacteris que s'acumulen -polifosfat desnitrificant (DNPAO) al sistema arriba al 40,5%, la qual cosa millora significativament la utilització de la font de carboni i elimina la necessitat d'afegir una font de carboni externa addicional.
• Eficiència d'eliminació: taxa d'eliminació de COD 85,8%, taxa d'eliminació de TN 76,9%, taxa d'eliminació de TP 98%, efectes estables d'eliminació de nitrogen i fòsfor sense fluctuacions;
2. Procés A²/O invertit (font de carboni prioritzada per a l'eliminació de nitrogen)
Modificació del nucli: ajust de la seqüència de les tres seccions del dipòsit a anòxica → anaeròbica → aeròbica, sense necessitat d'equips nous, només ajustant la direcció del flux d'aigua, adequat per a la modernització de baix-cost de les plantes existents.
• Relació de retorn de fangs: 100%, assegurant una concentració estable de fangs a la secció A²/O i proporcionant una biomassa suficient per a DNPAO i organismes-acumuladors de polifosfats (PAO).
• Rendibilitat interna: Controlada al 250%. Aquesta proporció proporciona suficients nitrats a la secció anòxica A²/O alhora que s'evita un consum excessiu d'energia a causa d'un retorn excessiu, oferint la millor rendibilitat-cost.
• Control microbià: optimitzant els paràmetres de funcionament, la proporció de PAO desnitrificants del sistema s'estabilitza en un 40,5%, maximitzant la desnitrificació i l'eliminació de fòsfor.
• Control d'oxigen dissolt (DO): secció aeròbica A²/O DO=1–2 mg/L (complint els requisits d'absorció de fòsfor dels PAO i evitant un malbaratament energètic excessiu a causa de l'alt DO); Secció BAF DO=4–5 mg/L (compleix els requisits de nitrificació dels bacteris nitrificants i garanteix l'eliminació completa del nitrogen d'amoníac).
3. Procés JHB
Modificació del nucli: s'afegeix un dipòsit de pre-desnitrificació anòxica al llarg del camí del fang retornat a l'etapa anaeròbica. El fang retornat entra primer en aquest dipòsit, on se sotmet a una pre-desnitrificació utilitzant una part del DQO de l'afluent, reduint encara més el contingut de nitrats al fang.
VI. Resum: La lògica de l'assoliment del procés A²/O (Recordeu-ho en una frase per evitar desviaments)
• Modificació del nucli: El procés tradicional A²/O de "llots retornats a l'etapa anaeròbica" s'ajusta a "fangs retornats al tanc anòxic", permetent que els fangs retornats se sotmetin primer a la desnitrificació en l'etapa anòxica, consumint els nitrats que transporta.
• Efecte de modificació: després de la desnitrificació en l'etapa anaeròbica, el fang que entra a l'etapa anaeròbica està gairebé lliure de nitrat-, i l'eficiència d'alliberament de fòsfor a l'etapa anaeròbica s'incrementa en un 50% +, solucionant fonamentalment el problema de la interferència dels nitrats amb l'eliminació de fòsfor. El procés MUCT, en particular, afegeix dos dipòsits anòxics per separar encara més la desnitrificació de fangs de la desnitrificació de licors mixtes, donant com a resultat un rendiment més estable i una adequació per a plantes de tractament d'aigües residuals amb interferències greus de nitrats.
• Assignació prioritzada de fonts de carboni: l'aigua bruta entra primer a la zona anòxica, on els bacteris desnitrificants obtenen preferentment fonts de carboni, millorant significativament l'eficiència de la desnitrificació i resolent el problema de la desnitrificació insuficient amb baixes relacions C/N.
• Avantatges d'operació i manteniment: Procés simplificat, sense necessitat d'equips addicionals ni costos d'operació i manteniment, cicle de modificació curt i baixa dificultat d'implementació, la qual cosa la converteix en una de les solucions preferides per actualitzar les plantes existents.
• Eliminació de fòsfor més estable: els bacteris que s'acumulen-polifosfat es troben en un "estat de fam" a la zona anòxica. Després d'entrar a la zona anaeròbica, absorbeixen les fonts de carboni i alliberen fòsfor de manera més eficient, donant lloc a una absorció aeròbica de fòsfor més completa i una eliminació més estable de fòsfor.
L'article optimitzat ha resolt el problema de la rugositat, amb una informació més detallada i una lògica més coherent. Voleu que el compili en un -principi A²/O d'una pàgina + paràmetres + manual de referència ràpida per a la resolució de problemes perquè el pugueu imprimir i enganxar a la sala de control o portar-lo amb vosaltres?
Notes addicionals: aquest procés aborda específicament el problema del contingut de nitrats excessivament alt en els fangs retornats, amb un millor rendiment de desnitrificació que el procés UCT, però requereix un dipòsit addicional. És adequat per a estacions de tractament d'aigües residuals amb alts requisits de desnitrificació i espai per a modificacions.
1. Principi bàsic
Alliberament de fòsfor anaeròbic → Eliminació de nitrogen anòxic + Eliminació de fòsfor de desnitrificació → Nitrificació aeròbica + Absorció de fòsfor, tres etapes treballant de manera sinèrgica, basant-se en fangs i recirculació interna en un bucle tancat;
2. Obstacles inherents
La competència de les fonts de carboni, les discrepàncies de l'edat dels fangs i la interferència dels nitrats-aquests tres no es poden resoldre mitjançant l'operació i el manteniment convencionals, i són obstacles clau per aconseguir el compliment;
3. Solució bàsica
Utilització de bacteris acumuladors de polifosfat-desnitrificants (DNPAO) per a la "utilització dual del carboni": això alleuja l'escassetat de fonts de carboni alhora que s'aconsegueix l'eliminació de nitrogen i fòsfor.
4. Imprescindible per a baixes relacions C/N
El procés combinat A²/O + BAF separa la nitrificació i l'eliminació de fòsfor, permetent a cadascuna d'aconseguir un rendiment òptim i assolir constantment els estàndards de grau A.
5. Prioritat per a la modernització
Els processos UCT i A²/O invertits ofereixen un baix cost, facilitat d'implementació i no requereixen demolicions o reconstruccions importants, el que els fa adequats per a actualitzacions ràpides de les plantes existents.