Wie löst diese Technologie vom Labor bis zur Großanwendung mit 300.000 m³/Tag das Problem der Denitrifikation in Abwasser mit einem niedrigen Kohlenstoff-{3}zu--Stickstoff-Verhältnis?
Für diejenigen, die in der Abwasseraufbereitungsindustrie arbeiten, gibt es derzeit eine doppelte Herausforderung: Einerseits verschärfen sich die Standards für die Einleitung von kommunalem Abwasser ständig, wobei die Anforderungen an die Entfernung von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor immer höher werden, was eine extreme Denitrifizierung zu einer Notwendigkeit für die Industrie macht; Andererseits herrscht in städtischen Abwässern in China ein niedriges Verhältnis von Kohlenstoff-zu-Stickstoff vor. Herkömmliche Verfahren stützen sich auf externe Kohlenstoffquellen, um die Denitrifikationseffizienz sicherzustellen, was nicht nur die Betriebskosten erheblich erhöht, sondern auch einen zusätzlichen Druck auf die Kohlenstoffemissionen mit sich bringt, was dem strategischen Ziel „dual-Kohlenstoff“ widerspricht.
Bei herkömmlichen AAO-Prozessen werden die meisten organischen Kohlenstoffquellen im Abwasser durch Belüftung und Oxidation im aeroben Stadium verschwendet, sodass nicht genügend Kohlenstoffquellen für die Denitrifizierung übrig bleiben, was es schwierig macht, den Transformationsanforderungen der Industrie nach „Verbesserung von Qualität und Effizienz + Reduzierung von Umweltverschmutzung und Kohlenstoffemissionen“ gerecht zu werden. Das sich rasch entwickelnde anaerobe-oxische-Anoxische Verfahren (AOA) mit seiner Kernkompetenz, eine tiefe Stickstoff- und Phosphorentfernung ohne externe Kohlenstoffquellen zu erreichen, hat sich nach und nach von der Laborforschung zur groß angelegten technischen Praxis entwickelt und ist zu einem phänomenalen „dunklen Pferd“ in der Abwasseraufbereitungsbranche geworden.
Kernentschlüsselung: Nur eine Änderung der Reaktionsreihenfolge. Was ist die Magie von AOA?
Viele Menschen fragen sich, warum AOA im Vergleich zum traditionellen AAO-Verfahren nur die Reaktionsreihenfolge von „aerob“ und „anoxisch“ umkehrt und damit einen qualitativen Durchbruch erzielt. Die Antwort liegt in seinem einzigartigen, von der internen Kohlenstoffquelle- gesteuerten Stickstoff- und Phosphorentfernungsmechanismus, der „erst speichert, dann nutzt“.
Traditionelle AAO-Prozesse (anaerob-anaerob-aerob) nutzen einen anaeroben-anoxischen-aeroben Fluss. Die meisten der leicht biologisch abbaubaren organischen Kohlenstoffquellen im Abwasser werden bei der Belüftung im aeroben Stadium wahllos oxidiert und zersetzt. In der anoxischen Phase steht tatsächlich nur sehr wenig Kohlenstoff für die Denitrifizierung zur Verfügung, sodass die Lücke durch die Zugabe externer Kohlenstoffquellen wie Natriumacetat geschlossen werden muss. Dadurch entsteht ein Teufelskreis: „Je mehr Kohlenstoffquellen knapp sind, desto mehr werden hinzugefügt; je höher die Kosten, desto höher die Kohlenstoffemissionen.“
Im Gegensatz dazu strukturiert der AAO-Prozess mit seinem drei-stufigen anaeroben-aeroben-anoxischen Aufbau den Kohlenstoffquellennutzungspfad vollständig um und stellt sicher, dass jede Kohlenstoffquelle effektiv genutzt wird:
1. Anaerobe Stufe: Quellen-basierte Kohlenstoffbindung
Der leicht biologisch abbaubare CSB im Zufluss wird bevorzugt in interne Kohlenstoffquellen wie PHA umgewandelt und in den Mikroorganismen gespeichert. Dadurch wird im Wesentlichen „Denitrifikationsmunition“ für die Mikroorganismen im Voraus vorbereitet, wodurch verhindert wird, dass Kohlenstoff an der Quelle verschwendet wird.
2. Aerobes Stadium: Präzisionsnitrifizierung
Mit dieser Stufe ist der gesamte Nitrifikationsprozess für Ammoniakstickstoff abgeschlossen. Gleichzeitig verhindert es durch die präzise Steuerung der Belüftungszeit und der Konzentration des gelösten Sauerstoffs eine übermäßige Oxidation der in den Mikroorganismen gespeicherten internen Kohlenstoffquelle und stellt so ausreichende Reserven für die anschließende Denitrifizierung sicher.
3. Post-Anoxisches Stadium: Endogene Denitrifikation
Die Mikroorganismen nutzen ihre vorgespeicherte interne Kohlenstoffquelle, um die Denitrifizierung von Nitratstickstoff abzuschließen. Der gesamte Prozess ist nicht auf externe Kohlenstoffquellen angewiesen, wodurch das Branchenproblem einer unzureichenden Kohlenstoffquelle in Abwässern mit niedrigem -Kohlenstoff--zu-Stickstoff-Verhältnis grundsätzlich gelöst wird.
Hardcore-Verifizierung: Von 100.000 bis 300.000 m³/Tag wurden diese Projekte umgesetzt und zeigen Ergebnisse.
Die Wirksamkeit der Technik wird durch die Ingenieurspraxis nachgewiesen. Derzeit wird das AOA-Verfahren in großem Maßstab in Kläranlagen in mehreren Städten in ganz China angewendet und deckt verschiedene Szenarien wie neue Projekte, Modernisierungen, Auswirkungen der Regenzeit und Betrieb bei niedrigen Temperaturen ab und liefert äußerst überzeugende Betriebsergebnisse.
Produktionstestergebnisse zeigen, dass sich die Abwasserqualität des AOA-Prozesses selbst unter extremen Bedingungen mit einer Wasserbelastung von mehr als 202 % nicht wesentlich verschlechterte: Die Entfernungsraten von Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor wiesen nur geringfügige, kontrollierbare Schwankungen auf und die Abwasserkonzentrationen blieben konstant innerhalb der Standards. Durch einfache Anpassung des primären Schlammrückführungsverhältnisses, des Luft-{2}}zu--Verhältnisses und der Schlammkonzentration kann das System schnell zu einem stabilen Betrieb zurückkehren und sich perfekt an die komplexen Bedingungen erheblicher Wasservolumenschwankungen während der Regenzeit anpassen.
Vollständige-Anpassbarkeit an Szenarios: Kompatibel mit Nachrüstungen, bewältigt den Betrieb bei niedrigen-Temperaturen
Neben neuen Projekten zeigt das AOA-Verfahren auch eine hohe Kompatibilität bei der Modernisierung bestehender Kläranlagen. Nach Abschluss der Nachrüstung eines ORBAL-Oxidationsgrabens-AOA-Prozesses mit einer Kapazität von 1.500 m³/d in einer Abwasseraufbereitungsanlage in Chongqing stieg die Gesamtstickstoffentfernungsrate von 71,52 % des ursprünglichen AAO-Prozesses auf 83,01 %, ohne dass eine externe Kohlenstoffquelle erforderlich war, und die Entfernungseffekte von CSB, Ammoniakstickstoff und Gesamtphosphor waren den herkömmlichen Verfahren deutlich überlegen.
Eine Prozessabwasseraufbereitungsanlage mit einer AOA von 40.000 m³/Tag in Guiyang, die 430 Tage lang bei Wassertemperaturen von nur 11 Grad in Betrieb war, bekämpft das Problem der verringerten Denitrifikationsaktivität aufgrund der niedrigen Wintertemperaturen in den nördlichen Regionen/Hochebenen und erreichte in ihrer post{5}}anoxischen Zone immer noch einen Stickstoffentfernungsbeitrag von 40 %, wobei der Gesamtstickstoffgehalt des Abflusses stabil bei 4,13 mg/L blieb. Im Vergleich zu AAO-Prozessabwasseraufbereitungsanlagen mit derselben Zuflussquelle wurde der Gesamtstickstoffgehalt des Abwassers um 54,62 %, der Stromverbrauch des biologischen Tanks um 24 %, der Chemikalienverbrauch um 39 % und die Schlammproduktion um 7 % reduziert.
Über die Einhaltung von Standards hinaus: Zukünftiges Upgrade-Potenzial des AOA-Prozesses
Derzeit stellt das AOA-Verfahren ein relativ vollständiges technisches System dar, dessen Potenzial jedoch weit darüber hinausgeht. Um den Entwicklungsanforderungen der Abwasseraufbereitungsindustrie nach geringerem Energieverbrauch und geringeren CO2-Emissionen gerecht zu werden, hat die Branche damit begonnen, die Integration des AOA-Prozesses mit neuen Stickstoffentfernungstechnologien zu prüfen, um das Potenzial für technologische Verbesserungen weiter auszuloten.
Mehrere Studien haben gezeigt, dass das gekoppelte System der AOA-Technologie (Automatic Aeration) mit Short-{0}}Nitrifikations- und anaerober Ammoniumoxidationstechnologie (ANAO) eine außergewöhnliche Stickstoffentfernungseffizienz bei der städtischen Abwasserbehandlung mit niedrigen COD/TN-Verhältnissen aufweist: Ein auf dem AOA-Prozess basierendes Short{1}}cut-Nitrifikations--ANAO-integriertes System erreicht nach stabilem Betrieb eine Gesamtstickstoffkonzentration im Abwasser von nur 2,3 mg/l, mit einem Gesamtstickstoffentfernungsrate bis zu 95,8 %; Ein modifiziertes AOA-System mit kontinuierlichem Durchfluss erzielt unter Bedingungen, bei denen das CSB/TN-Verhältnis des Zulaufs nur 3,2 beträgt, fortschrittliche Behandlungseffekte mit abfließendem TN (4,6 ± 1,5) mg/L und Gesamtphosphor (0,2 ± 0,2) mg/L, wobei die ANAO-gekoppelte Stickstoffentfernung über 86 % ausmacht.
Diese Erkundungen bieten unbegrenzte Möglichkeiten für die zukünftige Verwirklichung einer nahezu kohlenstofffreien Abwasserbehandlung mit nahezu -freiem Energieverbrauch mithilfe des AOA-Verfahrens und bieten außerdem zentrale technologische Unterstützung für die kohlenstoffarme Transformation der Abwasseraufbereitungsindustrie meines Landes.
Abschluss
Von der Lösung des Engpassproblems der Stickstoffentfernung aus Abwasser mit niedrigen Kohlenstoff-{0}}zu{1}}-Stickstoff-Verhältnissen bis hin zur Anpassung an die Transformationsanforderungen der Branche einer „synergistischen Effizienzsteigerung durch Reduzierung der Umweltverschmutzung und Kohlenstoffreduzierung“ hat das AOA-Verfahren seinen zentralen Wert im Bereich der Abwasserbehandlung durch greifbare technische Ergebnisse unter Beweis gestellt. Durch kontinuierliche technologische Weiterentwicklung und groß angelegte Förderung entwickelt sich der AOA-Prozess zur bevorzugten Lösung für den Bau und die Modernisierung städtischer Abwasseraufbereitungsanlagen in meinem Land und treibt die Branche dazu an, kontinuierlich von der „Erfüllung von Emissionsstandards“ zu einer qualitativ hochwertigen Entwicklungsstufe mit „umweltfreundlichem, geringem CO2-Ausstoß“ und verbesserter Effizienz überzugehen.