Analisi comparativa dell'efficienza di rimozione di azoto e fosforo tra i processi Bardenpho e AAO
1 Panoramica del progetto e flusso del processo
1.1 Panoramica del progetto
L'impianto di trattamento delle acque reflue n. 5 di Xi'an (precedentemente "impianto di trattamento delle acque reflue n. 5", di seguito denominato "WuWu") ha una capacità progettuale totale di 400.000 m³/giorno, coprendo un'area di 387,57 mu (circa 258.380 m²). Serve una superficie totale di circa 5.330 ettari e una popolazione di circa 900.000 abitanti. L'impianto può trattare le acque reflue domestiche e le acque reflue industriali utilizzando il processo AAO convenzionale o il processo Bardenpho in cinque-fasi. Le principali strutture di trattamento delle acque reflue includono griglie grossolane, stazioni di pompaggio, griglie fini, camere di sabbia aerate, vasche di sedimentazione primaria, vasche di reazione biologica, vasche di sedimentazione secondaria, vasche di sedimentazione ad alta-efficienza, filtri di tipo V- e vasche di disinfezione a contatto, con l'effluente finale scaricato nel fiume Ba. La qualità degli effluenti è conforme allo standard di Grado A specificato nella Tabella 1 dello "Standard completo sullo scarico delle acque reflue del bacino del fiume Giallo della provincia dello Shaanxi" (DB61/224-2018). (Nota: il limite TN segue il requisito di 12 mg/l stabilito nel "Piano d'azione triennale del progetto di ammodernamento, copertura e deodorizzazione dell'impianto municipale di trattamento delle acque reflue urbane di Xi'an (2018-2020)" (Documento dell'ufficio municipale [2018] n.. 100)). La qualità dell'acqua in ingresso e in uscita dal progetto è mostrata inTabella 1.
1.2 Flusso del processo
Sono mostrati i diagrammi di flusso che confrontano il processo Bardenpho con il tradizionale processo AAOFigure 1 e 2.
2 Parametri di progettazione
2.1 Progettare la qualità dell'acqua influente ed effluente
2.2 Parametri Operativi
I serbatoi biologici partecipanti al confronto condividono dimensioni identiche. Ogni serbatoio biologico è diviso in 3 canali, con una dimensione del singolo canale di L × W × H=86 m × 15 m × 9 m. La concentrazione media di MLSS nei serbatoi biologici varia tra 6.500~7.000 mg/L. I tempi di ritenzione idraulica (HRT) per il processo AAO convenzionale sono: Zona anaerobica 1.983 h, Zona anossica 5.534 h, Zona aerobica 9.029 h, per un totale di 16.546 h. Le TOS per il processo Bardenpho sono: Zona Anaerobica 1.983 h, Prima Zona Anossica 4.643 h, Prima Zona Aerobica 7.163 h, Seconda Zona Anossica 1.973 h, Seconda Zona Aerobica 0.822 h, per un totale di 16.584 h.
3 Contesto del progetto, obiettivo della ricerca e metodologia
3.1 Contesto del progetto e obiettivo della ricerca
I principali processi di trattamento biologico presso WuWu sono il processo AAO convenzionale e il processo Bardenpho. Il processo AAO convenzionale è un metodo di trattamento biologico comune negli impianti di trattamento delle acque reflue. Con il continuo miglioramento degli standard di scarico delle acque reflue in Cina, il processo Bardenpho, derivato dal processo AAO convenzionale e noto per la sua maggiore efficienza di rimozione dell'azoto, è stato ampiamente adottato dagli impianti di trattamento delle acque reflue domestiche. Per facilitare una migliore selezione del processo, WuWu ha condotto un confronto completo dei processi convenzionali AAO e Bardenpho dal punto di vista della rimozione di azoto e fosforo. Ciò fornisce la base per l’ammodernamento di altri impianti municipali di trattamento delle acque reflue domestiche e la progettazione di nuovi progetti.
3.2 Metodologia di ricerca
Ogni serbatoio biologico di WuWu ha una capacità di trattamento giornaliera di 50.000 m³/d. Per questo esperimento comparativo sono stati selezionati i serbatoi biologici delle serie A1 e B1. La serie A1 utilizza il processo Bardenpho, con il suo sistema biologico suddiviso sequenzialmente in: Zona Anaerobica, Prima Zona Anossica, Prima Zona Aerobica, Seconda Zona Anossica e Seconda Zona Aerobica. La serie B1 utilizza il processo AAO convenzionale, con il suo sistema biologico suddiviso sequenzialmente in: Zona Anaerobica, Zona Anossica e Zona Aerobica. Durante l'esperimento, entrambe le serie hanno funzionato in condizioni identiche, con punti di campionamento distribuiti lungo il flusso del processo come richiesto.
Metodi di misurazione degli inquinanti: il TP è stato misurato utilizzando il metodo spettrofotometrico del molibdato di ammonio; TN utilizzando il metodo spettrofotometrico UV con digestione del persolfato di potassio alcalino; NH₃-N utilizzando il metodo spettrofotometrico dei reagenti di Nessler; COD utilizzando il metodo spettrofotometrico del dicromato di potassio.
4 Sfide operative e stato attuale
Il processo AAO convenzionale è anche una variante del processo a fanghi attivi AO. La sua rimozione del TN dipende interamente dal ricircolo. Standard più elevati di effluenti e maggiori tassi di rimozione richiesti richiedono flussi di ricircolo più grandi, accompagnati da un maggiore consumo di energia e prodotti chimici. Per gli standard di Grado A, il processo AAO convenzionale è ancora accettabile. Tuttavia, per gli standard TN più severi, i processi convenzionali chiaramente non sono più adatti.
Il processo Bardenpho è un tipico processo in cinque-fasi. Aggiungendo una zona di post-denitrificazione dopo il processo AAO convenzionale, si rompe la limitazione della rimozione del TN che dipende dal rapporto di ricircolo, migliorando così la rimozione dell'azoto. Poiché gli impianti di trattamento delle acque reflue devono affrontare standard di scarico TN sempre più rigorosi, il processo Bardenpho dimostra vantaggi significativi.
5 Risultati della ricerca e discussione
5.1 Rimozione di NH₃-N
I livelli di NH₃-N all'afflusso delle zone anaerobiche e all'effluente dei serbatoi biologici per A1 e B1 sono stati monitorati ripetutamente nell'arco di 15 giorni. I risultati sono mostrati inFigura 3. La rimozione media di NH₃-N per il processo Bardenpho è stata di 12,7 mg/L, mentre per il processo AAO convenzionale è stata di 11,68 mg/L. I risultati indicano che nelle stesse condizioni stagionali, periodo di tempo, distribuzione uniforme degli affluenti e con l'aggiunta di fonti di carbonio nella zona pre-anossica, il processo Bardenpho ha ottenuto una migliore rimozione di NH₃-N rispetto al processo AAO convenzionale.
5.2 Rimozione del TN
I livelli di TN all'afflusso delle zone anaerobiche e all'effluente dei serbatoi biologici per A1 e B1 sono stati monitorati ripetutamente nell'arco di 10 giorni. I risultati sono mostrati inFigura 4. La rimozione media del TN per il processo Bardenpho è stata di 6,23 mg/L, mentre per il processo AAO convenzionale è stata di 2,65 mg/L. I risultati indicano che, alle stesse condizioni, il processo Bardenpho ha ottenuto una migliore rimozione complessiva del TN rispetto al processo AAO convenzionale.
5.3 Rimozione TP
I livelli di TP all'afflusso delle zone anaerobiche e all'effluente dei serbatoi biologici per A1 e B1 sono stati monitorati ripetutamente nell'arco di 22 giorni. I risultati sono mostrati inFigura 5. La rimozione media di TP per il processo Bardenpho è stata di 0,561 mg/L, mentre per il processo AAO convenzionale è stata di 0,449 mg/L. I risultati indicano che, alle stesse condizioni, il processo Bardenpho ha ottenuto una migliore rimozione complessiva del TP rispetto al processo AAO convenzionale.
5.4 Rimozione del COD
I livelli di COD all'afflusso delle zone anaerobiche e all'effluente dei serbatoi biologici per A1 e B1 sono stati monitorati ripetutamente nell'arco di 9 giorni. I risultati sono mostrati inFigura 6. Il consumo medio di COD per il processo Bardenpho è stato di 13 mg/L, mentre per il processo AAO convenzionale è stato di 19 mg/L. I risultati indicano che, alle stesse condizioni, il processo AAO convenzionale presentava una richiesta di COD più elevata rispetto al processo Bardenpho.
6 Conclusione e prospettive
6.1 Conclusione
Nelle stesse condizioni operative stagionali, il processo Bardenpho ha dimostrato una tendenza generale di efficienza di rimozione superiore per TN, TP e NH₃-N nelle acque reflue rispetto al processo AAO convenzionale.
Attualmente, l'utilizzo annuale di agenti di rimozione del fosforo per il trattamento delle acque reflue con il processo AAO convenzionale a WuWu è di circa 2.961 tonnellate; per il processo Bardenpho si tratta di circa 2.000 tonnellate. Ciò si traduce in un risparmio annuo sui costi di circa 450.000 RMB, dimostrando notevoli vantaggi economici.
Il funzionamento del processo Bardenpho soddisferà ampiamente i requisiti della Cina, sempre più restrittiva, sugli standard di scarico delle acque reflue e ridurrà l'inquinamento nel sistema idrico a valle del fiume Ba. Ciò porterà a miglioramenti significativi della qualità dell’acqua, sia a livello percettivo che in termini di riduzione dei livelli di inquinamento, ripristinando gradualmente le funzioni ambientali. Riveste particolare importanza per la protezione dell'ambiente ecologico dei corpi idrici a valle. Fondamentalmente, il trattamento delle acque reflue controlla l’inquinamento delle acque reflue urbane verso le falde acquifere. Svolge quindi un ruolo protettivo per le fonti di approvvigionamento idrico urbano e per le fonti idriche a valle, ripristinando gradualmente gli ambienti ecologici inquinati. Ciò migliorerà in modo significativo l'ambiente di vita dei residenti urbani e l'ambiente di produzione per l'industria e il commercio, migliorerà l'immagine esterna della città e contribuirà allo sviluppo sano e sostenibile dell'economia e della società.