Phân tích so sánh hiệu quả loại bỏ nitơ và phốt pho giữa quá trình Bardenpho và AAO
1 Tổng quan dự án và quy trình xử lý
1.1 Tổng quan dự án
Nhà máy nước tái chế số 5 Tây An (trước đây là "Nhà máy xử lý nước thải số 5", sau đây gọi là "WuWu") có tổng công suất thiết kế là 400.000 m³/ngày, có diện tích 387,57 mu (khoảng 258.380 m2). Nó có tổng diện tích khoảng 5.330 ha và dân số khoảng 900.000 người. Nhà máy có thể xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp bằng quy trình AAO thông thường hoặc quy trình Bardenpho năm{12}}giai đoạn. Các công trình xử lý nước thải chính bao gồm sàng thô, trạm bơm nâng, sàng mịn, buồng chứa cát sục khí, bể lắng sơ cấp, bể phản ứng sinh học, bể lắng thứ cấp, bể lắng-hiệu suất cao, bộ lọc loại V{15}} và bể khử trùng tiếp xúc, với nước thải cuối cùng được thải vào Sông Ba. Chất lượng nước thải tuân thủ tiêu chuẩn loại A được quy định trong Bảng 1 của "Tiêu chuẩn xả nước thải toàn diện lưu vực sông Hoàng Hà của tỉnh Thiểm Tây" (DB61/224{22}}2018). (Lưu ý: Giới hạn TN tuân theo yêu cầu 12 mg/L được quy định trong "Kế hoạch hành động 3 năm của Dự án cải tạo, che phủ và khử mùi của Nhà máy xử lý nước thải đô thị thành phố Tây An (2018-2020)" (Tài liệu của Văn phòng Thành phố [2018] Số. 100)). Ảnh hưởng của thiết kế đến chất lượng nước đầu vào và nước thải được thể hiện trongBảng 1.
1.2 Quy trình xử lý
Sơ đồ so sánh quy trình Bardenpho với quy trình AAO truyền thống được trình bày trongHình 1 và 2.
2 thông số thiết kế
2.1 Thiết kế chất lượng nước đầu vào và nước thải
2.2 Thông số vận hành
Các bể sinh học tham gia so sánh có chung kích thước. Mỗi bể sinh học được chia thành 3 kênh, với một kích thước kênh duy nhất là L × W × H=86 m × 15 m × 9 m. Nồng độ MLSS trung bình trong bể sinh học dao động trong khoảng 6.500~7.000 mg/L. Thời gian lưu thủy lực (HRT) cho quy trình AAO thông thường là: Vùng kỵ khí 1,983 giờ, Vùng thiếu oxy 5,534 giờ, Vùng hiếu khí 9,029 giờ, tổng cộng là 16,546 giờ. HRT cho quy trình Bardenpho là: Vùng kỵ khí 1,983 giờ, Vùng thiếu khí thứ nhất 4,643 giờ, Vùng hiếu khí thứ nhất 7,163 giờ, Vùng thiếu khí thứ hai 1,973 giờ, Vùng hiếu khí thứ hai 0,822 giờ, tổng cộng 16,584 giờ.
3 Bối cảnh dự án, mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
3.1 Bối cảnh dự án và mục tiêu nghiên cứu
Các quy trình xử lý sinh học chính tại WuWu là quy trình AAO thông thường và quy trình Bardenpho. Quy trình AAO thông thường là phương pháp xử lý sinh học phổ biến trong các nhà máy xử lý nước thải. Với sự cải tiến liên tục các tiêu chuẩn xả nước thải của Trung Quốc, quy trình Bardenpho, bắt nguồn từ quy trình AAO thông thường và được biết đến với hiệu quả loại bỏ nitơ cao hơn, đã được các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt áp dụng rộng rãi. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn quy trình tốt hơn, WuWu đã tiến hành so sánh toàn diện các quy trình AAO và Bardenpho thông thường từ góc độ loại bỏ nitơ và phốt pho. Điều này tạo cơ sở cho việc nâng cấp các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị khác và thiết kế các dự án mới.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
Mỗi bể sinh học tại WuWu có công suất xử lý 50.000 m³/ngày. Đối với thí nghiệm so sánh này, bể sinh học dòng A1 và B1 đã được chọn. Dòng A1 sử dụng quy trình Bardenpho, với hệ thống sinh học được chia tuần tự thành: Vùng kỵ khí, Vùng thiếu khí thứ nhất, Vùng hiếu khí thứ nhất, Vùng thiếu khí thứ hai và Vùng hiếu khí thứ hai. Dòng B1 sử dụng quy trình AAO thông thường, với hệ thống sinh học được chia tuần tự thành: Vùng kỵ khí, Vùng thiếu khí và Vùng hiếu khí. Trong quá trình thử nghiệm, cả hai loạt đều hoạt động trong các điều kiện giống hệt nhau, với các điểm lấy mẫu được phân bổ dọc theo quy trình theo yêu cầu.
Phương pháp đo chất ô nhiễm: TP được đo bằng Phương pháp đo quang phổ Amoni Molybdate; TN sử dụng Phương pháp đo quang phổ UV phân hủy kali Persulfate kiềm; NH₃-N bằng Phương pháp đo quang phổ thuốc thử của Nessler; COD sử dụng phương pháp đo quang phổ Kali Dicromat.
4 thách thức trong hoạt động và hiện trạng
Quy trình AAO thông thường cũng là một biến thể của quy trình bùn hoạt tính AO. Việc loại bỏ TN của nó hoàn toàn phụ thuộc vào sự tuần hoàn. Tiêu chuẩn nước thải cao hơn và tốc độ loại bỏ yêu cầu cao hơn đòi hỏi dòng tuần hoàn lớn hơn, kèm theo mức tiêu thụ năng lượng và hóa chất tăng lên. Đối với tiêu chuẩn hạng A, quy trình AAO thông thường vẫn được chấp nhận. Tuy nhiên, đối với các tiêu chuẩn TN khắt khe hơn, các quy trình thông thường rõ ràng không còn phù hợp nữa.
Quy trình Bardenpho là một quy trình năm{0}}giai đoạn điển hình. Bằng cách thêm vùng-khử nitơ sau quy trình AAO thông thường, nó sẽ phá vỡ giới hạn của việc loại bỏ TN phụ thuộc vào tỷ lệ tuần hoàn, do đó tăng cường loại bỏ nitơ. Khi các nhà máy xử lý nước thải phải đối mặt với các tiêu chuẩn xả thải TN ngày càng nghiêm ngặt, quy trình Bardenpho cho thấy những lợi thế đáng kể.
5 Kết quả nghiên cứu và thảo luận
5.1 Loại bỏ NH₃-N
Nồng độ NH₃-N ở đầu vào của vùng kỵ khí và nước thải của bể sinh học A1 và B1 được theo dõi liên tục trong 15 ngày. Kết quả được hiển thị trongHình 3. Mức độ loại bỏ NH₃-N trung bình trong quy trình Bardenpho là 12,7 mg/L, trong khi đối với quy trình AAO thông thường là 11,68 mg/L. Kết quả chỉ ra rằng trong cùng điều kiện theo mùa, khoảng thời gian, sự phân bố dòng chảy đồng đều và với việc bổ sung nguồn carbon trong vùng tiền{5}}an thiếu oxy, quy trình Bardenpho đạt được khả năng loại bỏ NH₃-N tốt hơn so với quy trình AAO thông thường.
5.2 Loại bỏ TN
Nồng độ TN ở đầu vào của vùng kỵ khí và nước thải của bể sinh học A1 và B1 được theo dõi liên tục trong 10 ngày. Kết quả được hiển thị trongHình 4. Mức độ loại bỏ TN trung bình của quy trình Bardenpho là 6,23 mg/L, trong khi đối với quy trình AAO thông thường là 2,65 mg/L. Kết quả chỉ ra rằng trong cùng điều kiện, quy trình Bardenpho đạt được khả năng loại bỏ TN tổng thể tốt hơn quy trình AAO thông thường.
5.3 Loại bỏ TP
Mức TP ở đầu vào của vùng kỵ khí và nước thải của bể sinh học A1 và B1 được theo dõi liên tục trong 22 ngày. Kết quả được hiển thị trongHình 5. Lượng TP loại bỏ trung bình trong quy trình Bardenpho là 0,561 mg/L, trong khi đối với quy trình AAO thông thường là 0,449 mg/L. Kết quả chỉ ra rằng trong cùng điều kiện, quy trình Bardenpho đạt được hiệu quả loại bỏ TP tổng thể tốt hơn quy trình AAO thông thường.
5.4 Loại bỏ COD
Nồng độ COD tại đầu vào của vùng kỵ khí và nước thải của bể sinh học A1 và B1 được theo dõi liên tục trong 9 ngày. Kết quả được hiển thị trongHình 6. Mức tiêu thụ COD trung bình cho quy trình Bardenpho là 13 mg/L, trong khi đối với quy trình AAO thông thường là 19 mg/L. Kết quả chỉ ra rằng trong cùng điều kiện, quy trình AAO thông thường có nhu cầu COD cao hơn quy trình Bardenpho.
6 Kết luận và triển vọng
6.1 Kết luận
Trong cùng điều kiện vận hành theo mùa, quy trình Bardenpho đã chứng minh xu hướng tổng thể về hiệu quả loại bỏ TN, TP và NH₃-N vượt trội trong nước thải so với quy trình AAO thông thường.
Hiện nay, lượng chất loại bỏ phốt pho sử dụng hàng năm để xử lý nước thải bằng quy trình AAO thông thường tại WuWu là khoảng 2.961 tấn; đối với quy trình Bardenpho là khoảng 2.000 tấn. Điều này giúp tiết kiệm chi phí hàng năm khoảng 450.000 RMB, chứng tỏ lợi ích kinh tế đáng kể.
Việc vận hành nhà máy Bardenpho sẽ đáp ứng rất tốt yêu cầu của Trung Quốc liên tục thắt chặt tiêu chuẩn xả nước thải và giảm ô nhiễm ở hệ thống nước hạ lưu sông Ba. Điều này sẽ dẫn đến những cải thiện đáng kể về chất lượng nước, cả về mặt nhận thức lẫn mức độ giảm ô nhiễm, dần dần khôi phục các chức năng môi trường. Nó có tầm quan trọng đặc biệt trong việc bảo vệ môi trường sinh thái của các vùng nước ở hạ lưu. Về cơ bản, xử lý nước thải kiểm soát ô nhiễm nước thải đô thị đến nguồn nước ngầm. Vì vậy, nó có vai trò bảo vệ nguồn cấp nước đô thị và nguồn nước hạ lưu, từng bước khôi phục môi trường sinh thái bị ô nhiễm. Điều này sẽ cải thiện đáng kể môi trường sống cho cư dân đô thị và môi trường sản xuất Công nghiệp và Thương mại, nâng cao hình ảnh bên ngoài của thành phố, góp phần vào sự phát triển lành mạnh và bền vững của nền kinh tế và xã hội.