Hvordan kan aerobe og anaerobe processer matches for at opnå den bedste behandlingseffektivitet?

Anaerob proces:
Primært ansvarlig for effektivt at fjerne høje koncentrationer af opløst organisk stof (BOD₅/COD) og omdanne det til biogas (en vedvarende energikilde), samtidig med at den organiske belastning på efterfølgende aerobe behandlingsenheder reduceres markant. Anaerobe processer har begrænset evne til at fjerne nitrogen og fosfor og kan producere en lille mængde restslam.

Aerob proces:
Primært ansvarlig for den dybe fjernelse af resterende organisk materiale (især ildfast organisk materiale), effektiv fjernelse af ammoniaknitrogen (nitrifikation), fosforfjernelse (biologisk fosforfjernelse) og yderligere reduktion af suspenderede faste stoffer (SS) og lugte, samtidig med at organisk materiale mineraliseres effektivt. Slamproduktionen er relativt høj.

Matchningsprincip:
Den anaerobe proces, som en forbehandlingsenhed, bærer størstedelen af ​​COD/BOD-fjernelsesbelastningen, mens den aerobe proces, som en poleringsenhed, fjerner resterende forurenende stoffer (især nitrogen og fosfor) for at sikre overholdelse af udledningsstandarderne. Det anaerobe trin reducerer belastningen, der kommer ind i det aerobe trin, hvilket forbedrer den generelle stabilitet og effektivitet.

Anaerob proces:
Særligt velegnet til behandling af høj-koncentration af organisk spildevand (COD > 1500 mg/L eller højere). Det giver høj effektivitet og lavt energiforbrug under høje organiske belastningsforhold og producerer biogas. Det er dog mindre effektivt til lav-koncentration af spildevand, har en relativt langsom start- og er mere følsom over for giftige stoffer.

Aerob proces:
Bedst egnet til middel- til lav-koncentration af organisk spildevand (COD < 1000 mg/L). Den har en stærk tilpasningsevne, hurtig opstart-og relativt god tolerance over for hydrauliske og organiske stødbelastninger (gennem beluftningskontrol). Det har dog et højt energiforbrug på grund af krav til beluftning, producerer en stor mængde slam og er tilbøjelig til at fylde slam ved behandling af høj-spildevand.

Matchningsprincip:
Høj-koncentreret spildevand behandles først i den anaerobe enhed for belastningsreduktion og energigenvinding. Det anaerobe spildevand, med en lavere organisk koncentration, kommer derefter ind i den aerobe enhed for yderligere behandling. Denne kombination udnytter fuldt ud det optimale driftsområde for hver proces og undgår effektivitetsflaskehalse ved en enkelt proces, der behandler en lang række belastninger.

Fosfor fjernelse:
Den optimale konfiguration er typisk anaerob (phosphorfrigivelse) → aerob (phosphoroptagelse), som i A/O eller A²/O processer. Anaerobe forhold fremmer fosforfrigivelse af polyphosphat-akkumulerende organismer (PAO'er), mens aerobe forhold muliggør overdreven fosforoptagelse, som efterfølgende fjernes gennem udledning af fosfor-rigt slam.

Nitrogenfjernelse:
Effektiv nitrogenfjernelse kræver en kombination af aerob nitrifikation (NH4⁺ → NO3⁻) og anoxisk denitrifikation (NO3⁻ → N₂). Når anaerobt spildevand med et lavt C/N-forhold kommer ind i den anoxiske eller aerobe enhed, kan det være nødvendigt med en yderligere kulstofkilde, tilført gennem intern recirkulation eller ekstern dosering, for at understøtte denitrifikation.

Anaerob proces:
Den største fordel er energigenvinding gennem biogasproduktion, med ekstremt lavt driftsenergiforbrug, da beluftning ikke er påkrævet. Dette gør anaerob rensning til et potentielt energicenter for spildevandsrensningsanlæg.

Aerob proces:
Beluftning er den primære energiforbruger, der typisk tegner sig for 50-70 % af det samlede energiforbrug i anlægget.

Matchningsprincip:
Biogas produceret i det anaerobe trin kan genvindes og udnyttes til elproduktion og opvarmning, hvilket delvist eller endda helt opvejer det høje energiforbrug i det aerobe trin.

Hovedtilstand: Anaerob → Aerob (AO)
Den mest almindelige og effektive konfiguration, egnet til spildevand, hvor fjernelse af organisk materiale er hovedformålet, med delvis nitrogen- og fosforfjernelse (f.eks. industrispildevand og høj-koncentreret kommunalt spildevand).

Forbedret nitrogen- og fosforfjernelse: Anaerob → Anoxisk → Aerob (A²/O og varianter)
En anoxisk zone tilføjes for at opnå samtidig og effektiv nitrogen- og fosforfjernelse. Den anaerobe zone letter hovedsageligt phosphorfrigivelse og indledende hydrolyse-forsuring.

Kompleks spildevand:
Forbehandling → Anaerob → Aerob → Avanceret behandling
For spildevand, der indeholder ildfaste eller giftige stoffer, kan forbehandling (f.eks. koagulation-sedimentering eller hydrolyse-forsuring) og avanceret efter-behandling (f.eks. ozonoxidation, aktivt kuladsorption eller membranfiltrering) være påkrævet.

Slambehandling:
Overskydende aerobt slam → Anaerob fordøjelse
Anaerob udrådning stabiliserer overskydende slam, reducerer slamvolumen og genvinder yderligere biogas.

Organisk belastningsfordeling:
Most biodegradable COD (typically >70%) skal fjernes i det anaerobe stadie. Dette kræver korrekt design af den anaerobe reaktor HRT baseret på indløbskoncentration og spildevandskarakteristika.

HRT Matching:
Anaerob HRT er generelt længere (adskillige timer til flere dage), mens aerob HRT er kortere (adskillige timer). Der skal sørges for tilstrækkelig retentionstid til hydrolyse, forsuring og methanogenese ved anaerob behandling samt til nitrifikation og mineralisering ved aerob behandling.

Slam recirkulation:
Slam recirkuleres fra den aerobe zone til den anoxiske eller anaerobe zone for at opretholde passende koncentrationer af suspenderet væske (mixed liquor suspended solids, MLSS).

Recirkulation af nitriificeret væske:
I A2/O og lignende processer recirkuleres nitrificeret væske rig på NO3- fra den aerobe zone til den anoxiske zone for at understøtte denitrifikation. Recirkulationsforholdet er en kritisk driftsparameter.

Anaerob spildevandsrecirkulation (valgfrit):
Nogle gange anvendt til at justere indløbskoncentration, alkalinitet eller pH.

pH kontrol:
Anaerobe processer er følsomme over for pH, med et optimalt område på 6,8-7,2, og kræver omhyggelig overvågning og justering (f.eks. alkalinitetstilskud). Aerobe processer fungerer inden for et bredere pH-område (6,5-8,5), men nitrifikation forbruger alkalinitet og kan forårsage pH-reduktion.

Opløst ilt (DO) kontrol:
Præcis DO-kontrol i den aerobe zone (typisk 1,5-3,0 mg/L) sikrer tilstrækkelig ilt til organisk oxidation og nitrifikation og undgår samtidig overdreven beluftning, som kan hæmme denitrifikation og spild af energi.