A2O-prosessi: Lopullinen opas anaerobiseen, hapettomaan ja happipitoiseen jäteveden käsittelyyn

Johdatus A2O-prosessiin

Modernin jätevesitekniikan maailmassa puhtaan veden stjaardi on muuttunut. Enää ei riitä pelkkä taigaanisten kiintoaineiden poistaminen; nykyiset säännökset edellyttävät ekosysteemejämme uhkaavien liuenneiden ravinteiden poistamista. Syötä A2O-prosessi (Anaerobinen-Anoksinen-Oxic).

A2O-prosessi on laajalti käytetty aktiivilietejärjestelmän konfiguraatio, joka on suunniteltu erityisesti Biologinen ravinteiden poisto (BNR) . Toisin kuin perinteiset käsittelymenetelmät, jotka keskittyvät ensisijaisesti hiilen poistoon, A2O-prosessi kohdistuu samanaikaisesti typpeä ja fosfori – vesien rehevöitymisen kaksi pääsyyllistä.

Kierrättämällä jätevettä älykkäästi kolmen erillisen ympäristövyöhykkeen läpi – Anaerobinen (ei happea, ei nitraattia), Anoksinen (ei happea, kyllä nitraattia) ja Oxic (ilmastettu) – A2O-järjestelmä luo monimuotoisen mikro-organismien ekosysteemin. Nämä mikrobit toimivat harmoniassa hajottaakseen orgaanista ainetta, muuttaakseen ammoniakin vaarattomaksi typpikaasuksi ja vangitakseen biologisesti lietteen sisältämää fosforia.

Miksi A2O-prosessi on tärkeä?

• Yksinkertaisuus: Se mahdollistaa typen ja fosforin samanaikaisen poiston yhdessä lietejärjestelmässä ilman kemiallisia lisäaineita.
• Tehokkuus: Se hyödyntää jätevedessä luonnostaan esiintyvää orgaanista hiiltä polttoaineena denitrifikaatioprosessissa, mikä vähentää lisähiilen lähteiden tarvetta.
• Kestävyys: Ravinnekuormitusta vähentämällä se estää myrkyllisten leväkukintojen muodostumista vastaanottavissa vesistöissä ja suojelee vesieliöitä ja ihmisten terveyttä.

Jätevedenkäsittelytavoitteiden ymmärtäminen

Arvostaaksemme A2O-prosessin eleganssia meidän on ensin ymmärrettävä viholliset, joita se taistelee. Jäteveden käsittelyssä ei ole kyse vain veden saamisesta näyttämään kirkkaalta; kyse on näkymättömien kemiallisten epäpuhtauksien poistamisesta, jotka häiritsevät luonnon tasapainoa.

Vaikka perinteinen hoito keskittyy Hiili (mitattu BOD/COD) ja Kiinteät aineet (TSS), kehittyneet prosessit, kuten A2O, on suunniteltu selviytymään Ravinteet .

Kolme suurta epäpuhtautta

1. Orgaaniset aineet (BOD/COD)

• Mikä se on: Biohajoava jäte (ruokajätteet, ihmisjätteet).
• Vaara: Jos bakteerit vapautuvat käsittelemättömänä, jokien ja järvien bakteerit kuluttavat tätä ainetta aggressiivisesti. Näin tehdessään ne käyttävät kaiken vedessä olevan liuenneen hapen tukehtuen kaloja ja muita vesieliöitä.
• A2O-rooli: A2O-prosessi poistaa orgaanista ainesta ensisijaisesti anaerobisilla ja anoksisilla vyöhykkeillä (käyttäen sitä polttoaineena tietyissä reaktioissa) ja viimeistelee työn happivyöhykkeellä.

2. Typpi (ammoniakki ja nitraatit)

• Mikä se on: Typpi pääsee jäteveteen pääasiassa urean ja proteiinien kautta.
• Vaara:
  • Myrkyllisyys: Korkeat ammoniakkipitoisuudet ovat suoraan myrkyllisiä kaloille.
  • Rehevöityminen: Typpi toimii levien lannoitteena. Kun levät kuolevat ja mätänevät, ne kuluttavat happea (Dead Zones).
• A2O-rooli: A2O-prosessi muuttaa myrkyllistä ammoniakkia (NH ₄ ) nitraatiksi (EI ₃ ^- ) ja poistaa sitten hapen vapauttaakseen vaaratonta typpikaasua (N ₂ ).

3. Fosfori

• Mikä se on: Löytyy pesuaineista, saippuoista ja ihmisjätteistä.
• Vaara: Fosfori on yleensä "rajoittava ravintoaine" makeassa vedessä. Pienetkin lisäykset voivat laukaista massiivisia, hallitsemattomia leväkukintoja, jotka muuttavat veden vihreäksi ja myrkyllisiksi.
• A2O-rooli: Tämä on A2O-prosessin erikoisuus. Rasistamalla bakteereja anaerobisella vyöhykkeellä järjestelmä pohjustaa ne absorboimaan valtavia määriä fosforia Oxic-vyöhykkeellä ja vangitsee sen lieteeseen, jotta se voidaan poistaa vedestä.

A2O-prosessin kulku: askel askeleelta matka

A2O-prosessi on jatkuva jäteveden matka, joka on suunniteltu luomaan erityisiä ympäristöolosuhteita, jotka suosivat erilaisia bakteereja. Sen menestyksen avain ei ole pelkästään säiliöissä, vaan kahdessa kriittisessä kierrätyssilmukassa, jotka siirtävät vettä ja lietettä niiden välillä.

1. Anaerobinen vyöhyke (valitsija)

Tämä on ensimmäinen kontaktialue, josta prosessi alkaa.

• Tulovirta: Raaka sisäänvirtaava jätevesi (runsaasti orgaanista "ruokaa") sekoitetaan Return Activated Sludge (RAS) toissijaisesta selkeyttimestä.
• Ympäristö: Täysin anaerobinen. Ei ole liuennutta happea (O ₂ ) eikä nitraatteja (NO ₃ ).
• Avainprosessi (P-julkaisu): Tässä stressaantuneessa ympäristössä Fosfaattia keräävät organismit (PAO) valitaan. Ne kuluttavat haihtuvia rasvahappoja (VFA) jätevedestä ja saadakseen energiaa hajottavat sisäiset polyfosfaattisidoksensa vapauttaen ortofosfaattia nesteeseen.

2. Anoksinen vyöhyke (denitrifikaatio)

Jätevesi virtaa anaerobisesta vyöhykkeestä hapettomalle vyöhykkeelle, jossa se liitetään massiivinen kierrätysvesivirta.

• Tulovirta: Sekoitettu viina anaerobisesta vyöhykkeestä Internal Mixed Liquor Recycle (IMLR) Oxic-vyöhykkeeltä.
• Ympäristö: Anoksinen. There is no free dissolved oxygen, but there is chemically bound oxygen in the form of nitrates (NO ₃ ) IMLR:n esittämä.
• Avainprosessi (denitrifikaatio): Heterotrofiset bakteerit käyttävät jäljelle jäävää orgaanista ainesta ravinnon lähteenä. Hengittääkseen ne poistavat happiatomit nitraattimolekyyleistä (NO ₃ ), muuttaen ne typpikaasuksi (N ₂ ), joka kuplii vaarattomasti vedestä. Tämä on pääasiallinen typenpoistomekanismi.

3. Oxic Zone (aerobinen moottori)

Tämä on suurin ja aktiivisin vyöhyke, jonne ilmaa johdetaan voimakkaasti.

• Tulovirta: Sekoitettu viina hapettomalta alueelta.
• Ympäristö: Aerobinen. Hajottimet tai ilmastimet ylläpitävät korkeaa liuenneen hapen määrää.
• Avainprosessi 1 (nitrifikaatio): Autotrofiset bakteerit (esim Nitrosomonas ja Nitrobakteeri ) muuntaa myrkyllistä ammoniakkia (NH ₄ ) nitraateiksi (NO ₃ ).
• Avainprosessi 2 (Ylellinen P-Uptake): PAO:t, jotka ovat nyt happirikkaassa ympäristössä, "ylellisyyttä ottavat" suuria määriä fosfaattia vedestä rakentaakseen uudelleen sisäiset varastonsa ja poistaen sen nestefaasista.
• Jako: Tämän vyöhykkeen lopussa suuri osa nitraattirikkaasta sekalipeästä pumpataan takaisin hapettomalle alueelle. IMLR , kun taas loput virtaavat selkeyttimeen.

4. Toissijainen selkeytin (erottelu)

Viimeinen vaihe on fyysinen erotusprosessi.

• Tulovirta: Sekoitettu viina Oxic-vyöhykkeeltä.
• Prosessi: Biologiset flokit (liete) laskeutuvat säiliön pohjalle jättäen kirkasta, käsiteltyä vettä yläosaan.
• Ulosvirtaus (jätevesi): Kirkas supernatantti virtaa patojen yli ja poistuu käsiteltynä jätevesinä.
• Lietteen hallinta: Laskeutunut liete joko kierrätetään takaisin alkuun RAS ylläpitää biologista populaatiota tai poistaa järjestelmästä Aktiivilietteen jäteliete (WAS) poistaa pysyvästi fosforin ja ylimääräisen biomassan.

A2O-prosessin ydinvaiheet

A2O-prosessi on yhden lietteen suspendoitu kasvujärjestelmä. Vaikka se näyttää lineaariselta, sen tehokkuus riippuu suuresti sisäisestä kierrätyksestä. Jätevesi kulkee kolmen erillisen ympäristövyöhykkeen läpi, joista jokainen viljelee tiettyjä bakteeriyhteisöjä erilaisten saasteiden kohdistamiseksi.

[Kuva A2O-prosessin vuokaaviosta]

1. Anaerobinen vyöhyke (valitsija)

Tämä on ensimmäinen kosketusvyöhyke, jossa raaka jätevesi sekoittuu Return Activated Sludgen (RAS) kanssa.

• Ympäristö: Tarkkaan anaerobiset olosuhteet. Ei ole vapaata happea (O ₂ ) eikä sitoutunutta happea (nitraatti/nitriitti).
• Mekanismi (fosforin vapautuminen): Tässä stressin täyttämässä ympäristössä Fosfaattia keräävät organismit (PAO) ovat hallitsevia. Selviytyäkseen he kuluttavat jätevedestä haihtuvia rasvahappoja (VFA). Saadakseen energiaa, joka tarvitaan näiden VFV:iden imemiseen, PAO:t hajottavat sisäiset polyfosfaattisidoksensa vapauttaen ortofosfaattia nesteeseen.
• Tulos: Ironista kyllä, fosfaattipitoisuudet lisätä tässä vaiheessa. Tämä "julkaisu" on välttämätön edeltäjä "ylellisyyden käyttöönotolle", joka tapahtuu myöhemmin.

2. Anoksinen vyöhyke (denitrifikaatio)

Jätevesi virtaa anaerobisesta vyöhykkeestä hapettomalle alueelle. Tässä tärkeä sisäinen kierrätyssilmukka syöttää nitraattipitoista sekoitettua lipeää takaisin prosessin lopusta (Oxic-vyöhyke).

• Ympäristö: Anoksinen conditions. There is no free dissolved oxygen, but chemically bound oxygen is present in the form of Nitrates (NO3 ^- ).
• Mekanismi (denitrifikaatio): Heterotrofiset bakteerit käyttävät jäteveteen jäävää orgaanista ainetta (BOD) ravinnoksi. Hengittääkseen ne poistavat happimolekyylit nitraateista.
• Kemiallinen muutos: Tämä prosessi muuttaa nitraattia (NO3 ^- ) typpikaasuksi (N ₂ ), joka kuplii vaarattomasti vedestä.
  NO3 ^- → NO2 ^- → NO → N ₂ O → N ₂
• Tulos: Huomattava kokonaistypen poisto.

3. Oxic Zone (aerobinen hoito)

Tämä on viimeinen biologinen vaihe, jossa ilmastus johdetaan mekaanisten pintailmastinten tai hajailmajärjestelmien kautta.

• Ympäristö: Aerobiset olosuhteet, joissa on korkea liuenneen hapen (DO) taso (tyypillisesti 2,0 mg/l tai enemmän).
• Mekanismi A (nitrifikaatio): Autotrofiset bakteerit (esim Nitrosomonas ja Nitrobakteeri ) muuntaa ammoniakkia (NH ₄ ) nitraateiksi (NO3 ^- ). Tämä nitraatti kierrätetään sitten takaisin hapettomalle vyöhykkeelle poistettavaksi.
• Mekanismi B (ylellinen fosforinotto): PAO:t, jotka ovat nyt happirikkaassa ympäristössä, menevät ylikierrokselle. Ne hapettavat varastoidut orgaaniset aineet (absorboituneet anaerobiseen faasiin) täydentääkseen fosfaattivarastoaan. Ne ottavat paljon enemmän fosfaattia kuin aikaisemmin vapautuivat.

• Tulos: Ammoniakki hapettuu ja nestefaasifosfaatti vähenee huomattavasti, kun se jää bakteerien sisään (jotka lopulta poistuvat lietteenä).

A2O-prosessin tehokkuuteen vaikuttavat tekijät

A2O-prosessi on biologinen tasapainotustoimi. Koska järjestelmä on riippuvainen elävistä mikro-organismeista, se on herkkä ympäristön muutoksille. Optimaalisen ravinteiden poiston saavuttamiseksi käyttäjien on seurattava ja valvottava huolellisesti useita keskeisiä tekijöitä.

1. Dissolved Oxygen (DO) -kontrolli

Tämä on kriittisin parametri. Jokaisen vyöhykkeen bakteerit tarvitsevat tietyn happiympäristön toimiakseen.

• Anaerobinen Zone: Sen on oltava ehdottomasti anaerobinen (DO ≅ 0 mg/L). Pienetkin happimäärät pysäyttävät fosforin vapautumisen.
• Anoksinen Zone: Sen on oltava alhainen DO (DO < 0,5 mg/L), mutta korkea nitraatti. Jos DO pääsee tälle alueelle (esim. liiallisen turbulenssin tai yliilmastetun paluulietteen kautta), bakteerit käyttävät vapaata happea nitraattihapen sijaan pysäyttäen denitrifikaation.
• Oxic Zone: Vaatii riittävän DO:n (2,0 - 3,0 mg/l). Jos tasot laskevat liian alas, nitrifikaatio pysähtyy; Jos tasot ovat liian korkeita, se hukkaa energiaa ja lähettää ylimääräisen hapen takaisin happamalle alueelle kierrätyssilmukan kautta.

2. Sisäiset kierrätyssuhteet

A2O-prosessin "sydänsyke" ovat sen pumput.

• IMLR (Internal Mixed Liquor Recycle): Tämä määrittää, kuinka paljon nitraattia poistetaan. Normaali suhde on 200 % - 300 % tulovirtauksesta. Jos suhde on liian pieni, nitraatteja karkaa jäteveteen. Jos se on liian korkea, se laimentaa sekoitettua lipeää ja lyhentää retentioaikaa.
• RAS (Return Activated Sludge): Tämä varmistaa, että anaerobisella vyöhykkeellä on tarpeeksi biomassaa. Tyypillisesti asetettu klo 50 % - 100 % tulovirtauksesta.

3. Lämpötila ja pH

Eri bakteereilla on erilaiset "mukavuusalueet".

• Lämpötila: Nitrifioivat bakteerit (Oxic zone) ovat erittäin herkkiä kylmälle. Alle 12 °C , niiden aktiivisuus laskee merkittävästi, mikä saattaa aiheuttaa korkean ammoniakin vuodon.
• pH: Nitrifikaatio kuluttaa alkalisuutta, mikä luonnollisesti alentaa pH:ta. Jos pH laskee alle 6.5 bakteerit lakkaavat toimimasta. Käyttäjien on usein lisättävä alkalisuutta (kuten kalkkia tai soodaa) pH-arvon ylläpitämiseksi välillä 7.0 ja 8.0 .

4. Hiilen ja ravinteiden välinen suhde (C:N:P)

Bakteerit tarvitsevat ruokaa (hiiltä) tehdäkseen työnsä.

• Denitrifikaatio vaatii orgaanista hiiltä. Jos jätevesi on "heikkoa" (alhainen BOD), bakteerit eivät pysty hajottamaan nitraatteja hapettomalla alueella.
• Fosforin poisto perustuu haihtuviin rasvahappoihin (VFA). Jos sisäänvirtauksesta puuttuu VFV:t, fosforin poisto on heikkoa.

A2O-prosessin edut ja haitat

Vaikka A2O on kultainen standardi biologiseen ravinteiden poistoon, se ei ole "asenna ja unohda" -järjestelmä. Sillä on selkeät edut ja haitat verrattuna tavanomaiseen aktiivilietteeseen.

Edut (edut)

• Samanaikainen ravinteiden poisto: Se poistaa tehokkaasti BOD:n, typen ja fosforin yhdessä lietejärjestelmässä ilman erillisiä kemiallisia saostusvaiheita.
• Kustannustehokas toiminta: Käyttämällä nitraatteja (ilman sijasta) BOD:n hapettamiseen hapettomalla vyöhykkeellä prosessi ottaa talteen happea, mikä vähentää ilmastuksen kokonaisenergian tarvetta.
• Parannetut lietteen ominaisuudet: Anaerobinen valintavyöhyke estää rihmamaisten bakteerien kasvua, mikä usein aiheuttaa "lietteen bulkkia". Tämä johtaa lietteen paremmin laskeutumiseen selkeyttimessä.
• Ei lisättyjä kemikaaleja: Se perustuu biologisiin mekanismeihin kalliiden kemiallisten koagulanttien (kuten aluna tai rautakloridi) sijaan fosforin poistamiseen.

Haitat (huonot)

• Herkkyys vaikuttaville laaduille: Prosessi riippuu suuresti BOD:n ja typen/fosforin suhteesta raakajätevedessä. Jos sisään tulevassa vedessä on vähän orgaanista ainesta (hiiltä), poistoteho laskee rajusti.
• Toiminnan monimutkaisuus: Kahden kierrätyssilmukan (RAS ja IMLR) tasapainottaminen vaatii ammattitaitoisia käyttäjiä ja tarkkoja ohjausjärjestelmiä.
• Nitraattipalaute: Jos sisäistä kierrätystä ei hallita oikein, nitraatit voivat virrata takaisin anaerobiselle alueelle. Anaerobisen alueen nitraatit toimivat myrkkynä fosforinpoistomekanismille.
• Korkeampi alkupääoma: Kolmen erillisen vyöhykkeen, sisäseinien, sekoittimien ja kierrätyspumppujen vaatimus lisää alkurakennuskustannuksia verrattuna yksinkertaiseen ilmastussäiliöön.

A2O:n todelliset sovellukset

A2O-prosessi on monipuolinen ja skaalautuva, joten se on ensisijainen valinta erilaisiin jätevedenkäsittelyskenaarioihin.

1. Kunnallinen jätevedenkäsittely

Tämä on yleisin sovellus. Kaupungit ympäri maailmaa käyttävät A2O:ta täyttääkseen tiukat jätevesistandardit, jotka kieltävät typen ja fosforin päästämisen jokiin ja järviin.

• Jälkiasennus: Yksi A2O:n suurimmista vahvuuksista on, että monet olemassa olevat "plug-flow"-ilmastussäiliöt voidaan asentaa jälkikäteen A2O-järjestelmiin yksinkertaisesti asentamalla välilevyt (seinät) kolmen vyöhykkeen luomiseksi ja lisäämällä kierrätyspumppuja.
• Mittakaava: Se on tehokas keskisuurille ja suurille kasveille (palvelee populaatioita 10 000 - yli 1 000 000).

2. Teolliset sovellukset

Teollisuus, joka tuottaa korkean ravinnepitoisuuden omaavaa orgaanista jätettä, pitää A2O:ta erityisen tehokkaana.

• Ruoka ja juoma: Meijerilaitokset, panimot ja teurastamot tuottavat usein jätevettä, jossa on korkea typpi- ja fosforikuormitus. A2O auttaa näitä laitoksia täyttämään ympäristöpäästöluvat ilman liiallisia kemikaalikustannuksia.
• Lannoitekasvit: Nämä laitokset käsittelevät korkeita ammoniakkipitoisuuksia, mikä tekee A2O:n nitrifikaatio-/denitrifikaatio-ominaisuudet välttämättömiä.

Huolto ja vianetsintä

Jopa täydellisesti suunniteltu A2O-järjestelmä voi kohdata toiminnallisia haasteita. Biologiset järjestelmät ovat dynaamisia; sään muutos, vaikuttavien aineiden koostumus tai laitevika voivat häiritä bakteerien herkkää tasapainoa.

Yhteiset toiminnalliset ongelmat ja ratkaisut

Alla olevassa taulukossa esitetään yleisimmät operaattorien A2O-laitoksissa kohtaamat ongelmat ja niiden korjaaminen.

Ennaltaehkäiseviä huoltovinkkejä

• Anturin kalibrointi: A2O-prosessi perustuu DO- ja nitraattiantureille pumppujen ohjaamiseen. Kalibroi nämä viikoittain.
• Sekoittimen huolto: Anaerobisilla ja anoksisilla vyöhykkeillä on upotettavat sekoittimet pitämään kiintoaineet suspendoituneena lisäämättä happea. Jos sekoitin epäonnistuu, kiinteät aineet laskeutuvat ja pienentävät säiliön tehollista tilavuutta.
• Pumpun tarkastus: Sisäiset kierrätyspumput (IMLR) käyvät jatkuvasti. Säännöllinen tärinäanalyysi ja tiivisteiden tarkastukset ovat tärkeitä äkillisten vikojen estämiseksi.

Usein kysytyt kysymykset (FAQ) A2O-prosessista

K: Mikä on tärkein ero A/O-prosessin ja A2O-prosessin välillä?
V: Standardi A/O (anaerobic-Oxic) -prosessi on suunniteltu ensisijaisesti Fosfori poistaminen. Siitä puuttuu "anoksinen" vyöhyke ja sisäinen nitraattikierrätys, mikä tarkoittaa, että se ei pysty poistamaan typpeä tehokkaasti. A2O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) lisää keskivaiheen poistamiseen molemmat Typpi ja fosfori.

K: Miksi anaerobisen alueen pitää olla nitraatitonta?
V: Jos anaerobisella vyöhykkeellä on nitraatteja, bakteerit käyttävät nitraateista tulevaa happea hengittämiseen jäteveden käymisen sijaan. Tämä estää "stressitilan", jota fosforia keräävät organismit (PAO) tarvitsevat vapauttamaan fosforia, mikä estää tehokkaasti biologisen fosforinpoistoprosessin.

K: Mikä on A2O-järjestelmän tyypillinen poistotehokkuus?
V: Hyvin toimiva A2O-laitos voi tyypillisesti saavuttaa:

• BOD/COD: > 90 %
• Kokonaistyppi (TN): 60 % – 80 % (rajoitettu sisäisen kierrätyssuhteen mukaan)
• Kokonaisfosfori (TP): 70 % - 90 %

K: Mikä on MLSS ja miksi se on tärkeä A2O:ssa?
V: MLSS tarkoittaa Liquor suspendoituneet kiintoaineet . Se on bakteeripitoisuuden (biomassan) mitta säiliössä. A2O-järjestelmissä MLSS pidetään yleensä välillä 3000 mg/l ja 5000 mg/l. Jos se on liian alhainen, siinä ei ole tarpeeksi bakteereja veden käsittelemiseen; jos se on liian korkea, selkeytin voi ylikuormittua.

K: Voiko A2O-prosessi täyttää tiukat kokonaistyppirajat (esim. < 3 mg/l)?
V: Standardi A2O kamppailee usein saavuttaakseen erittäin alhaisia typen rajoja, koska se luottaa yhteen sisäiseen kierrätyssilmukkaan. Alle 3–5 mg/l:n raja-arvojen saavuttamiseksi kasvit tarvitsevat usein toissijaisen hapettomaksi vyöhykkeen (modifioitu Bardenpho-prosessi) tai ulkoisen hiilenlähteen (kuten metanolin) lisäämisen tehostaakseen denitrifikaatiota.

K: Miksi A2O-laitokseni kokee "nousevaa lietettä" selkeyttimessä?
V: Nouseva liete johtuu yleensä hallitsematon denitrifikaatio selkeyttimessä. Jos liete seisoo siellä liian kauan, bakteerit muuttavat jäljelle jääneet nitraatit typpikaasukupliksi, jotka tarttuvat lieteeseen ja kelluttavat sen pintaan. Ratkaisu on nostaa Return Activated Sludge (RAS) -nopeutta, jotta liete saadaan nopeammin pois selkeyttimestä.