Technologiewege zur Entfernung von Gesamtphosphor und Gesamtstickstoff: Von den Prozessprinzipien zur technischen Auswahl

Technologiewege zur Entfernung von Gesamtphosphor und Gesamtstickstoff: Von Prozessprinzipien zur technischen Auswahl Gesamtphosphor stammt hauptsächlich aus Reinigungsmitteln in häuslichen Abwässern, Phosphaten in Industrieabwässern und Pestizidrückständen. Der Gesamtstickstoff besteht aus Ammoniakstickstoff, Nitratstickstoff, organischem Stickstoff usw. Beide sind Schlüsselfaktoren für die Eutrophierung von Gewässern.

Für Ingenieure und Systemintegratoren ist das Verständnis des anwendbaren Umfangs und der Randbedingungen verschiedener Phosphor- und Stickstoffentfernungstechnologien die Grundlage für die Prozessgestaltung und Geräteauswahl.

1. Technologiewege zur Entfernung von Gesamtphosphor

Gesamtphosphor liegt im Wasser in Form von Orthophosphat, Polyphosphat und organischem Phosphor vor. Unterschiedliche Formen entsprechen unterschiedlichen Entfernungsmechanismen.

1.1 Chemische Fällungsmethode

Die chemische Fällung ist das gängige Verfahren zur Phosphorentfernung. Dabei werden Metallsalze oder Kalk zugesetzt, um Phosphatreste in unlösliche Niederschläge umzuwandeln.

Calciumsalz-Fällungsmethode:Durch die Zugabe von Kalk (CaO) oder Calciumchlorid zu phosphorhaltigem Abwasser entsteht unter alkalischen Bedingungen ein Hydroxylapatit-Niederschlag. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:

Der Effekt der Phosphorentfernung wird erreicht, wenn pH auf 10,5–12,5 eingestellt wird und die Phosphatkonzentration im Abwasser unter 0,5 mg/L liegen kann. Die Reaktionszeit beträgt 10–15 Minuten. Durch die Zusammenarbeit mit PAM-Flockungsmittel kann die Sedimentationseffizienz verbessert werden.

Aluminium-/Eisensalz-Fällungsmethode:Durch die Zugabe von Aluminiumsulfat, Polyaluminiumchlorid oder Eisenchlorid entstehen Aluminiumphosphat- oder Eisenphosphat-Niederschläge. Sein Vorteil besteht darin, dass es unter nahezu neutralen pH-Bedingungen (6,5–7,5) betrieben werden kann, was für die Phosphorentfernung im postbiochemischen System geeignet ist.

Es ist zu beachten, dass die chemische Fällungsmethode hauptsächlich auf anorganischen Phosphor abzielt und nur begrenzte Auswirkungen auf die Entfernung von organischem Phosphor hat. Entsprechend der tatsächlichen Wasserqualität ist eine Prozessüberprüfung erforderlich.

1.2 Biologische Phosphorentfernung

Die biologische Phosphorentfernung beruht auf dem übermäßigen Phosphoraufnahmeverhalten von phosphorakkumulierenden Organismen (PAOs) in abwechselnden anaeroben/aeroben Umgebungen. Im anaeroben Stadium wird Polyphosphat hydrolysiert, um Phosphat freizusetzen; Im aeroben Stadium wird überschüssiges Phosphat absorbiert und als Polyphosphat in den Zellen gespeichert, und Phosphor wird durch die Ausscheidung von überschüssigem Schlamm entfernt.

Wenn das System zur verbesserten biologischen Phosphorentfernung (EBPR) stabil arbeitet, kann der Gesamtphosphorgehalt im Abwasser unter 0,5 mg/l liegen. Allerdings ist die biologische Phosphorentfernung empfindlich gegenüber einströmenden Kohlenstoffquellen und Betriebsbedingungen, und die Effizienz nimmt bei niedrigen Temperaturen oder Bedingungen mit niedrigem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis erheblich ab.

1.3 Adsorptionsmethode

Nutzung der Adsorptionswirkung poröser Materialien zur Entfernung von Phosphat aus Wasser. Studien haben gezeigt, dass Aktivkohle auf Schlammbasis eine Phosphoradsorptionskapazität von 7,3 mg/g unter pH 6 und eine Adsorptionszeit von 360 Minuten aufweist, was besser ist als handelsübliche Aktivkohle mit 4,1 mg/g. Aus Dattelpalmenfasern hergestellte Pflanzenkohle kann eine Gesamtphosphorentfernungsrate von 81–91 % erreichen.

Das Adsorptionsverfahren eignet sich für die Tiefenbehandlung von phosphorhaltigem Abwasser mit geringer Konzentration oder als Tertiärbehandlungseinheit, allerdings müssen die Regenerations- und Ersatzkosten von Adsorbentien in die technische Wirtschaftlichkeitsbewertung einbezogen werden.

2. Technologierouten zur vollständigen Stickstoffentfernung

Der Kern der vollständigen Stickstoffentfernung besteht darin, verschiedene Formen von Stickstoff in Stickstoffgas umzuwandeln und aus dem Wasserkörper freizusetzen. Zu den gängigen technischen Wegen gehören die biologische Denitrifikation und physikalisch-chemische Methoden.

2.1 Biologische Denitrifikationsprozess

Die biologische Denitrifikation wird durch die Kopplung von Nitrifikations- und Denitrifikationsprozessen vervollständigt.

Nitrifikation:Unter aeroben Bedingungen wird Ammoniakstickstoff nacheinander durch Nitritbakterien und nitrifizierende Bakterien zu Nitratstickstoff oxidiert.

Denitrifikation:Unter anoxischen Bedingungen nutzen denitrifizierende Bakterien organische Stoffe als Elektronendonoren, um Nitratstickstoff zu Stickstoffgas zu reduzieren.

Zu den gängigen Prozessen in der Technik gehören:

• Mit dem verbesserten AAO-Prozess kann durch eine verfeinerte Steuerung des internen Rückflussverhältnisses und der Zugabe von Kohlenstoffquellen eine Abwasser-TN erreicht werden.<11 mg/L and TP<0.5 mg/L wenn das C/N-Verhältnis des Zulaufs 3-4 beträgt.

Studien haben gezeigt, dass bei einer Kohlenstoffquellendosierung von 38,63 mg/L und einem internen Rückflussverhältnis von 300 % die TN des Abwassers 8,15 mg/L und die TP 0,3 mg/L beträgt.

• AOA-SBR Prozess:Anaerober/oxischer/anoxischer Sequenzierungs-Batch-Reaktor. Bei einer niedrigen Temperatur von 15,7 °C und einem TN-Wert des Zuflusses von 45,5 mg/L und einem TP von 3,9 mg/L wird der Abwasserwert auf 10,9 mg/L bzw. 0,1 mg/L reduziert.

2.2 Strategie zur externen Kohlenstoffquellenzugabe

Niedriges Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C/N)<4) is a typical feature of municipal sewage in northern regions. Insufficient carbon sources will limit denitrification efficiency. In actual projects, external carbon sources such as sodium acetate are used for supplementation.

60 g bis 20 g Wasser (berechnet als reines Natriumacetat), wodurch etwa 70 % der Kosten für die Kohlenstoffquelle eingespart werden Verwendet:

• Ionenaustausch:Selektive Adsorption von Ammoniumionen unter Verwendung von Materialien wie Zeolith Osmose oder Elektrodialyse zur Stickstoffkonzentration und -abtrennung

• Beachten Sie, dass Ammoniak-Stickstoffentferner gegen Nitratstickstoff und organischen Stickstoff unwirksam sind. Der Gesamtstickstoffentfernungseffekt hängt vom Anteil des Ammoniakstickstoffs am Gesamtstickstoff ab.

3. Referenz zur Prozesskombination und technischen Auswahl

Entfernungsobjekt	Prozess	Anwendbar	Entfernungseffizienz
Gesamtphosphor	Chemische Fällung (Kalzium-/Aluminium-/Eisensalze)	85 %–95 %	Kontrollieren Sie pH und Reaktionszeit, kooperieren Sie mit der PAM-Flockung
Gesamtphosphor	Biologische Phosphorentfernung (EBPR)	Niedriges Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, muss mit der Schlammableitung zusammenarbeiten	Effizienz nimmt bei niedrigen Temperaturen ab, erfordert zusätzliche chemische Phosphorentfernung
Gesamtphosphor	Adsorptionsfiltration (Aktivkohle/Biokohle) Adsorptionsmittel-Regenerationszyklus
Gesamtstickstoff	AAO / Bardenpho-Prozess 200 %–400 %
Gesamtstickstoff	Externe Kohlenstoffquellenergänzung + biologische Denitrifikation	Niedriges Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C/N Kohlenstoffquelle 20 %–30 %
Gesamtstickstoff	Ionenaustausch/Membran-Trennung

4. Verfahrenssynergie: Technische Schwierigkeiten bei der gleichzeitigen Entfernung von Stickstoff und Phosphor

• Die biologische Phosphorentfernung erfordert ausreichende Kohlenstoffquellen (anaerober Abschnitt), während die biologische Denitrifizierung auch Kohlenstoffquellen verbraucht (anoxischer Abschnitt).

Die Technik erreicht ein Gleichgewicht durch die folgenden Strategien:

Das Schlammalter wird auf 10–15 Tage kontrolliert, unter Berücksichtigung der Wachstumsbedürfnisse von nitrifizierenden Bakterien und phosphorakkumulierenden Bakterien

5. Überwachung und Prozesssteuerung

Für Systemintegratoren ist die Online-Überwachung von Gesamtphosphor und Gesamtstickstoff die Grundlage der Prozessregelung. Derzeit wird für die Überwachung des gesamten Phosphors die spektrophotometrische Methode mit Ammoniummolybdat (Nachweisgrenze 0,01–1,0 mg/L) und für den Gesamtstickstoff die spektrophotometrische Methode mit alkalischem Kaliumpersulfat-Aufschluss und Ultraviolett verwendet. Beim AAO-Prozess ist die Nitratstickstoffkonzentration im anoxischen Abschnitt der Schlüsselparameter für die Steuerung des internen Rückflussverhältnisses und der externen Kohlenstoffquellendosierung.

FAQ

Q1.Ist die chemische Phosphorentfernung bei organischem Phosphor wirksam?

Unwirksam. Die chemische Fällungsmethode ist nur bei anorganischen Phosphationen wirksam. Organischer Phosphor muss vor der Niederschlagsentfernung zunächst durch Oxidation oder biologischen Abbau in anorganischen Phosphor umgewandelt werden.

Q2.Warum ist die Denitrifikation in Abwasser mit niedrigem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis schwierig?

Der Denitrifikationsprozess erfordert organisches Material als Elektronendonor. Wenn C/N niedriger als 4 ist, reicht die Kohlenstoffquelle des Rohwassers nicht aus, um eine vollständige Denitrifizierung zu unterstützen, und externe Kohlenstoffquellen (wie Natriumacetat) oder Mehrpunkt-Wassereinlassstrategien müssen ergänzt werden.

Q3.Wie kann man zwischen biologischer Phosphorentfernung und chemischer Phosphorentfernung wählen?

Die biologische Phosphorentfernung wird für den Hauptprozess verwendet (niedrige Betriebskosten, aber die Effizienz wird durch Schwankungen der Wasserqualität beeinträchtigt); Als Schutzmaßnahme wird die chemische Phosphorentfernung eingesetzt (stabile Reaktion, aber hoher Chemikalienaufwand). Im Ingenieurwesen wird häufig eine Kombination aus Biologie als Hauptfach und Chemie als Hilfsfach gewählt.

Q4.Welche Parameter sollten zuerst angepasst werden, wenn die Einhaltung der Gesamtstickstoffmenge schwierig ist?

Überprüfen Sie der Reihe nach: internes Rückflussverhältnis (sollte 200–400 % betragen), gelöster Sauerstoff im anoxischen Abschnitt (sollte<0.5 mg/L), carbon source dosage and dosing point (should be added at the entrance of the anoxic zone), sludge age (nitrifizierende Bakterien benötigen ein höheres Schlammalter).

sein).

Q5.Welches Verfahren ist das wirtschaftlichste, um den Gesamtphosphatgehalt von 1,0 mg/L auf 0,3 mg/L zu senken?

Wenn die zufließende TP auf etwa 1,0 mg/L reduziert wurde, liegt das Potenzial der biologischen Phosphorentfernung nahe an der Obergrenze. Die Verwendung von Aluminium- oder Eisensalzen zur chemischen Nachfällung (Dosierung etwa 10–30 mg/L) ist eine wirtschaftliche und praktikable Lösung zur Tiefenentfernung von Phosphor.

Q6.Wie lang ist der Sättigungszyklus der Aktivkohleadsorption zur Phosphorentfernung?

Dies hängt von der Phosphorkonzentration und dem Kohlenstofftyp des Zuflusses ab. Eine Regeneration ist erforderlich, wenn die Phosphoradsorption 60–70 % der gesättigten Adsorptionskapazität erreicht. Am Beispiel von Kokosnussschalen-Aktivkohle beträgt der Sättigungszyklus bei der Behandlung von Sekundärabwasser mit 1–2 mg/L Phosphor etwa 2000–5000 Bettvolumina.

Q7.Können integrierte Abwasseraufbereitungsanlagen gleichzeitig die TP- und TN-Standards erfüllen?

Ja, es kann konfiguriert werden. Es ist notwendig, Prozesse mit segmentierter anaerober, anoxischer und aerober Steuerung (z. B. integrierte AAO-Ausrüstung) einzuführen und mit chemischen Dosiereinheiten und Online-Überwachungsinstrumenten auszustatten. Geeignet für dezentrale Abwasserbehandlungsszenarien von 50–500 m³/d.

Zusammenfassung:

Die Entfernung von Gesamtphosphor und Gesamtstickstoff ist eine systematische Herausforderung in der Abwasserbehandlungstechnik. Die vollständige Phosphorentfernung basiert hauptsächlich auf der chemischen Fällung und der biologischen Phosphorentfernung, während die gesamte Stickstoffentfernung auf der biologischen Nitrifikation/Denitrifikation basiert. Bei der Verteilung der Kohlenstoffquellen und der Kontrolle des Schlammalters gibt es ein Spiel zwischen beiden. Systemintegratoren sollten sich auf die Konfiguration von Online-Überwachungsinstrumenten (Nitratstickstoff, Ammoniakstickstoff, TP/TN-Analysatoren) konzentrieren, um Datenunterstützung für eine verfeinerte Prozessregulierung bereitzustellen.

Wasserqualitätssensor Datenblatt

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NBL-WQ-DO Online Fluoreszenzsensor für gelösten Sauerstoff.pdf

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(ph)