A2O-proces: de ultieme gids voor anaerobe, anoxische en oxische afvalwaterbehandeling

Inleiding tot het A2O-proces

In de wereld van de moderne afvalwatertechniek is de nofm voor schoon water verschoven. Het is niet langer voldoende om eenvoudigweg organische vaste stoffen te verwijderen; De huidige regelgeving vereist de verwijdering van opgeloste voedingsstoffen die onze ecosystemen bedreigen. Voer de A2O-proces (Anaeroob-Anoxisch-Oxisch).

Het A2O-proces is een algemeen aanvaarde configuratie van het actiefslibsysteem dat speciaal is ontworpen voor Biologische nutriëntenverwijdering (BNR) . In tegenstelling tot traditionele behenelingsmethoden die zich primair richten op koolstofverwijdering, is het A2O-proces tegelijkertijd gericht op het verwijderen van koolstof stikstof en fosfor – de twee belangrijkste boosdoeners achter watereutrofiëring.

Door afvalwater op intelligente wijze door drie verschillende milieuzones te laten stromen: Anaëroob (geen zuurstof, geen nitraat), Anoxisch (geen zuurstof, ja nitraat), en Oxisch (belucht) – het A2O-systeem creëert een divers ecosysteem van micro-organismen. Deze microben werken in harmonie samen om organisch materiaal af te breken, ammoniak om te zetten in onschadelijk stikstofgas en fosfor op biologische wijze in het slib vast te houden.

Waarom is het A2O-proces belangrijk?

• Eenvoud: Het zorgt voor gelijktijdige verwijdering van stikstof en fosfor in één slibsysteem zonder dat er chemische toevoegingen nodig zijn.
• Efficiëntie: Het maakt gebruik van de organische koolstof die van nature in het afvalwater aanwezig is om het denitrificatieproces te voeden, waardoor de behoefte aan aanvullende koolstofbronnen wordt verminderd.
• Duurzaamheid: Door de nutriëntenbelasting te verminderen, voorkomt het de bloei van giftige algen in ontvangende waterlichamen, waardoor het waterleven en de menselijke gezondheid worden beschermd.

Doelstellingen voor afvalwaterzuivering begrijpen

Om de elegantie van het A2O-proces te kunnen waarderen, moeten we eerst begrijpen tegen welke vijenen het vecht. Afvalwaterzuivering gaat niet alleen over het helder maken van water; het gaat over het verwijderen van onzichtbare chemische verontreinigende stoffen die het evenwicht van de natuur verstoren.

Terwijl conventionele behandeling zich richt op Koolstof (gemeten als BZV/CZV) en Vaste stoffen (TSS) zijn geavanceerde processen zoals A2O ontworpen om deze problemen aan te pakken Voedingsstoffen .

De drie belangrijkste verontreinigende stoffen

1. Organisch materiaal (BZV/CZV)

• Wat het is: Biologisch afbreekbaar afval (voedselresten, menselijk afval).
• Het gevaar: Als ze onbehandeld vrijkomen, zullen bacteriën in rivieren en meren deze materie op agressieve wijze consumeren. Daarbij gebruiken ze alle opgeloste zuurstof in het water, waardoor vissen en ander waterleven verstikken.
• A2O-rol: Het A2O-proces verwijdert organisch materiaal voornamelijk in de anaerobe en anoxische zones (gebruikt het als brandstof voor specifieke reacties) en voltooit het werk in de Oxic-zone.

2. Stikstof (ammoniak en nitraten)

• Wat het is: Stikstof komt voornamelijk in het afvalwater terecht via ureum en eiwitten.
• Het gevaar:
  • Toxiciteit: Een hoog ammoniakgehalte is direct giftig voor vissen.
  • Eutrofiëring: Stikstof werkt als meststof voor algen. Wanneer algen afsterven en rotten, putten ze zuurstof uit (Dead Zones).
• A2O-rol: Het A2O-proces zet giftige ammoniak (NH ₄ ) in Nitraat (NEE ₃ ^- ), en verwijdert vervolgens de zuurstof om onschadelijk stikstofgas (N ₂ ).

3. Fosfor

• Wat het is: Gevonden in wasmiddelen, zepen en menselijk afval.
• Het gevaar: Fosfor is meestal de “beperkende voedingsstof” in zoet water. Zelfs kleine toevoegingen kunnen enorme, oncontroleerbare algenbloei veroorzaken die water groen en giftig maakt.
• A2O-rol: Dit is de specialiteit van het A2O-proces. Door bacteriën in de anaerobe zone onder druk te zetten, stimuleert het systeem ze om enorme hoeveelheden fosfor in de Oxic-zone te absorberen, waardoor het in het slib wordt opgesloten, zodat het uit het water kan worden verwijderd.

De A2O-processtroom: een stapsgewijze reis

Het A2O-proces is een continu proces voor afvalwater, ontworpen om specifieke omgevingsomstandigheden te creëren die verschillende soorten bacteriën bevoordelen. De sleutel tot het succes ligt niet alleen in de tanks zelf, maar ook in de twee kritische recirculatielussen die het water en slib ertussen transporteren.

1. De anaerobe zone (de selector)

Dit is de eerste contactzone waar het proces begint.

• Instroom: Ruw influent afvalwater (rijk aan organisch ‘voedsel’) wordt ermee gemengd Retour Actief Slib (RAS) van het secundaire bezinksel.
• Omgeving: Strikt anaeroob. Er is geen opgeloste zuurstof (O ₂ ) en geen nitraten (NO ₃ ).
• Sleutelproces (P-release): In deze gestresste omgeving Fosfaataccumulerende organismen (PAO's) zijn geselecteerd. Ze verbruiken vluchtige vetzuren (VFA's) uit het afvalwater en, om de energie hiervoor te verkrijgen, breken ze hun interne polyfosfaatbindingen af, waardoor orthofosfaat in de vloeistof vrijkomt.

2. De anoxische zone (denitrificatie)

Het afvalwater stroomt van de anaerobe zone naar de anoxische zone, waar het wordt samengevoegd door een enorme stroom gerecycled water.

• Instroom: Gemengde drank uit de anaerobe zone Interne gemengde drankrecycling (IMLR) uit de Oxic-zone.
• Omgeving: Anoxisch. There is no free dissolved oxygen, but there is chemically bound oxygen in the form of nitrates (NO ₃ ) ingediend door het IMLR.
• Sleutelproces (denitrificatie): Heterotrofe bacteriën gebruiken het resterende organische materiaal als voedselbron. Om te kunnen ademen ontdoen ze de zuurstofatomen van de nitraatmoleculen (NO ₃ ), waarbij ze worden omgezet in stikstofgas (N ₂ ), dat onschadelijk uit het water borrelt. Dit is het belangrijkste mechanisme voor stikstofverwijdering.

3. De Oxic Zone (de aërobe motor)

Dit is de grootste en meest actieve zone, waar krachtig lucht wordt geïntroduceerd.

• Instroom: Gemengde drank uit de Anoxic-zone.
• Omgeving: Aeroob. Hoge niveaus van opgeloste zuurstof worden gehandhaafd door diffusors of beluchters.
• Sleutelproces 1 (nitrificatie): Autotrofe bacteriën (zoals Nitrosomonas en Nitrobacter ) zet giftige ammoniak (NH ₄ ) in nitraten (NO ₃ ).
• Sleutelproces 2 (luxe P-opname): De PAO’s, die zich nu in een zuurstofrijke omgeving bevinden, “nemen” grote hoeveelheden fosfaat uit het water op om hun interne voorraden weer op te bouwen en verwijderen het uit de vloeibare fase.
• De splitsing: Aan het einde van deze zone wordt een groot deel van de nitraatrijke mengvloeistof via de Anoxic-zone teruggepompt naar de Anoxic-zone. IMLR , terwijl de rest naar het zuiveringsapparaat stroomt.

4. De secundaire zuiveraar (scheiding)

De laatste fase is een fysiek scheidingsproces.

• Instroom: Gemengde drank uit de Oxic-zone.
• Proces: De biologische vlokken (slib) bezinken naar de bodem van de tank, waardoor er bovenaan helder, behandeld water overblijft.
• Uitstroom (effluent): Het heldere supernatant stroomt over stuwen en wordt als behandeld afvalwater afgevoerd.
• Slibbeheer: Het bezonken slib wordt ofwel teruggevoerd naar het begin RAS om de biologische populatie in stand te houden of uit het systeem te verwijderen Afval Actief Slib (WAS) om de fosfor en overtollige biomassa permanent te verwijderen.

Kernfasen van het A2O-proces

Het A2O-proces is een gesuspendeerd groeisysteem met enkel slib. Hoewel het lineair lijkt, is de efficiëntie ervan sterk afhankelijk van interne recirculatie. Het afvalwater beweegt zich door drie verschillende milieuzones, die elk specifieke bacteriegemeenschappen cultiveren om zich op verschillende verontreinigende stoffen te richten.

[Afbeelding van A2O-processtroomdiagram]

1. De anaerobe zone (de selector)

Dit is de eerste contactzone waar het ruwe influent afvalwater zich vermengt met het Return Activated Sludge (RAS).

• Het milieu: Strikt anaërobe omstandigheden. Er is geen vrije zuurstof (O ₂ ) en geen gebonden zuurstof (nitraat/nitriet).
• Het mechanisme (fosforafgifte): In deze stressvolle omgeving Fosfaataccumulerende organismen (PAO's) zijn dominant. Om te overleven verbruiken ze vluchtige vetzuren (VFA's) uit het afvalwater. Om de energie te verkrijgen die nodig is om deze VFA's te absorberen, breken PAO's hun interne polyfosfaatbindingen af, waardoor orthofosfaat in de vloeistof vrijkomt.
• Het resultaat: Ironisch genoeg, fosfaatconcentraties verhogen in deze fase. Deze ‘vrijgave’ is een noodzakelijke voorloper voor de ‘luxeopname’ die later plaatsvindt.

2. De anoxische zone (denitrificatie)

Het afvalwater stroomt van de anaerobe zone naar de anoxische zone. Hier voert een cruciale interne recyclelus nitraatrijke gemengde vloeistof terug vanaf het einde van het proces (de Oxic-zone).

• Het milieu: Anoxisch conditions. There is no free dissolved oxygen, but chemically bound oxygen is present in the form of Nitrates (NO3 ^- ).
• Het mechanisme (denitrificatie): Heterotrofe bacteriën gebruiken de organische stof (BOD) die in het afvalwater achterblijft als voedsel. Om te ademen ontdoen ze de zuurstofmoleculen van de nitraten.
• De chemische verschuiving: Bij dit proces wordt nitraat (NO3 ^- ) in stikstofgas (N ₂ ), dat onschadelijk uit het water borrelt.
  NO3 ^- → NEE2 ^- → NO → N ₂ O → N ₂
• Het resultaat: Aanzienlijke verwijdering van totale stikstof.

3. De Oxic Zone (aërobe behandeling)

Dit is de laatste biologische fase waarin beluchting wordt geïntroduceerd via mechanische oppervlaktebeluchters of diffuse luchtsystemen.

• Het milieu: Aërobe omstandigheden met hoge niveaus opgeloste zuurstof (DO) (doorgaans 2,0 mg/l of hoger).
• Mechanisme A (nitrificatie): Autotrofe bacteriën (zoals Nitrosomonas en Nitrobacter ) omzetten Ammoniak (NH ₄ ) in nitraten (NO3 ^- ). Dit nitraat wordt vervolgens teruggevoerd naar de Anoxic-zone om te worden verwijderd.
• Mechanisme B (luxe fosforopname): De PAO's, nu in een zuurstofrijke omgeving, gaan in overdrive. Ze oxideren de opgeslagen organische stoffen (geabsorbeerd in de anaërobe fase) om hun fosfaatvoorraden aan te vullen. Ze nemen veel meer fosfaat op dan ze eerder vrijgaven.

• Het resultaat: Ammoniak wordt geoxideerd en het fosfaat in de vloeibare fase wordt drastisch verminderd omdat het in de bacteriën wordt opgesloten (dat uiteindelijk als slib zal worden verwijderd).

Factoren die de efficiëntie van A2O-processen beïnvloeden

Het A2O-proces is een biologische evenwichtsoefening. Omdat het afhankelijk is van levende micro-organismen, is het systeem gevoelig voor veranderingen in het milieu. Om een ​​optimale verwijdering van voedingsstoffen te bereiken, moeten operators verschillende sleutelfactoren zorgvuldig monitoren en controleren.

1. Controle van opgeloste zuurstof (DO).

Dit is de meest kritische parameter. De bacteriën in elke zone hebben een specifieke zuurstofomgeving nodig om te kunnen functioneren.

• Anaëroob Zone: Moet strikt anaeroob zijn (DO ≅ 0 mg/L). Zelfs kleine hoeveelheden zuurstof zullen de afgifte van fosfor tegenhouden.
• Anoxisch Zone: Moet een lage DO (DO < 0,5 mg/L) maar hoge nitraten hebben. Als DO in deze zone terechtkomt (bijvoorbeeld via overmatige turbulentie of overbelucht retourslib), zullen bacteriën de vrije zuurstof gebruiken in plaats van de nitraatzuurstof, waardoor denitrificatie wordt tegengehouden.
• Oxisch Zone: Vereist voldoende DO (2,0 - 3,0 mg/L). Als de niveaus te laag worden, stopt de nitrificatie; als de niveaus te hoog zijn, verspilt het energie en stuurt het overtollige zuurstof via de recyclelus terug naar de anoxische zone.

2. Interne recirculatieverhoudingen

De “hartslag” van het A2O-proces zijn de pompen.

• IMLR (interne gemengde drankrecycling): Deze bepaalt hoeveel nitraat wordt verwijderd. Een standaardverhouding is 200% tot 300% van de influentstroom. Als de verhouding te laag is, ontsnappen er nitraten in het effluent. Als het te hoog is, verdunt het de gemengde vloeistof en verkort het de retentietijd.
• RAS (Retour Actief Slib): Dit zorgt ervoor dat de anaerobe zone voldoende biomassa heeft. Meestal ingesteld op 50% tot 100% van de influentstroom.

3. Temperatuur en pH

Verschillende bacteriën hebben verschillende ‘comfortzones’.

• Temperatuur: Nitrificerende bacteriën (Oxische zone) zijn zeer gevoelig voor kou. Onder de 12 °C , neemt hun activiteit aanzienlijk af, waardoor het risico bestaat dat er veel ammoniak in de lozing aanwezig is.
• pH: Nitrificatie verbruikt alkaliteit, waardoor de pH op natuurlijke wijze wordt verlaagd. Als de pH hieronder daalt 6.5 , de bacteriën stoppen met werken. Operators moeten vaak alkaliteit toevoegen (zoals kalk of natriumcarbonaat) om een pH-waarde daartussen te houden 7,0 en 8,0 .

4. Verhouding koolstof-voedingsstoffen (C:N:P)

Bacteriën hebben voedsel (koolstof) nodig om hun werk te kunnen doen.

• Denitrificatie organische koolstof nodig. Als het afvalwater ‘zwak’ is (laag BZV), zal er niet genoeg voedsel zijn voor de bacteriën om de nitraten in de Anoxische zone af te breken.
• Fosforverwijdering is afhankelijk van vluchtige vetzuren (VFA's). Als het influent geen VFA's bevat, zal de fosforverwijdering slecht zijn.

Voor- en nadelen van het A2O-proces

Hoewel A2O een gouden standaard is voor de biologische verwijdering van voedingsstoffen, is het geen ‘installeren en vergeten’-systeem. Het heeft duidelijke voor- en nadelen vergeleken met conventioneel actief slib.

De voordelen (pluspunten)

• Gelijktijdige verwijdering van voedingsstoffen: Het verwijdert effectief BZV, stikstof en fosfor in één slibsysteem zonder dat afzonderlijke chemische neerslagfasen nodig zijn.
• Kosteneffectieve werking: Door de nitraten (in plaats van lucht) te gebruiken om BZV in de anoxische zone te oxideren, wint het proces zuurstof terug, waardoor de totale vraag naar beluchtingsenergie afneemt.
• Verbeterde slibeigenschappen: De anaerobe selectiezone onderdrukt de groei van draadvormige bacteriën, die vaak ‘slibophoping’ veroorzaken. Dit leidt tot een betere bezinking van het slib in de bezinktank.
• Geen toegevoegde chemicaliën: Het vertrouwt op biologische mechanismen in plaats van op dure chemische stollingsmiddelen (zoals aluin of ijzerchloride) voor de verwijdering van fosfor.

De nadelen (nadelen)

• Gevoeligheid voor invloedrijke kwaliteit: Het proces is sterk afhankelijk van de verhouding tussen BZV en stikstof/fosfor in het ongezuiverde rioolwater. Als het binnenkomende water weinig organische stof (koolstof) bevat, neemt de verwijderingsefficiëntie drastisch af.
• Complexiteit van de operatie: Het balanceren van de twee recyclelussen (RAS en IMLR) vereist bekwame operators en nauwkeurige controlesystemen.
• Nitraatfeedback: Als de interne recycling niet correct wordt beheerd, kunnen nitraten terugstromen naar de anaërobe zone. Nitraten in de anaërobe zone werken als een gif voor het fosforverwijderingsmechanisme.
• Hoger startkapitaal: De vereiste voor drie afzonderlijke zones, binnenwanden, mixers en recyclepompen verhoogt de initiële bouwkosten vergeleken met een eenvoudige beluchtingstank.

Real-World toepassingen van A2O

Het A2O-proces is veelzijdig en schaalbaar, waardoor het een voorkeurskeuze is voor diverse scenario's voor de behandeling van afvalwater.

1. Gemeentelijke afvalwaterzuivering

Dit is de meest voorkomende toepassing. Steden over de hele wereld gebruiken A2O om te voldoen aan strikte afvalwaternormen die de lozing van stikstof en fosfor in rivieren en meren verbieden.

• Achteraf inbouwen: Een van de sterkste punten van A2O is dat veel bestaande “plug-flow” beluchtingstanks achteraf in A2O-systemen kunnen worden ingebouwd door simpelweg schotten (wanden) te installeren om de drie zones te creëren en recirculatiepompen toe te voegen.
• Schaal: Het is effectief voor middelgrote tot grote fabrieken (die populaties van 10.000 tot meer dan 1.000.000 bedienen).

2. Industriële toepassingen

Industrieën die organisch afval met een hoog gehalte aan voedingsstoffen produceren, vinden A2O bijzonder effectief.

• Eten en drinken: Zuivelfabrieken, brouwerijen en slachthuizen produceren vaak afvalwater met een hoge stikstof- en fosforbelasting. A2O helpt deze faciliteiten te voldoen aan de milieulozingsvergunningen zonder buitensporige chemische kosten.
• Mestplanten: Deze faciliteiten hebben te maken met hoge ammoniakconcentraties, waardoor de nitrificatie/denitrificatiemogelijkheden van A2O essentieel zijn.

Onderhoud en probleemoplossing

Zelfs een perfect ontworpen A2O-systeem kan met operationele uitdagingen te maken krijgen. Biologische systemen zijn dynamisch; een verandering in het weer, de samenstelling van de invloeden of defecten aan apparatuur kunnen het delicate evenwicht van bacteriën verstoren.

Veelvoorkomende operationele problemen en oplossingen

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de meest voorkomende problemen waarmee operators in A2O-fabrieken worden geconfronteerd en hoe deze kunnen worden opgelost.

Preventieve onderhoudstips

• Sensorkalibratie: Het A2O-proces is afhankelijk van DO- en Nitraatsensoren om pompen te besturen. Kalibreer deze wekelijks.
• Mixeronderhoud: In de anaerobe en anoxische zones worden dompelmixers gebruikt om vaste stoffen in suspensie te houden zonder toevoeging van zuurstof. Als een menger faalt, zullen vaste stoffen bezinken en het effectieve tankvolume verminderen.
• Pompinspectie: De interne recyclepompen (IMLR) draaien continu. Regelmatige trillingsanalyses en afdichtingscontroles zijn van cruciaal belang om plotselinge storingen te voorkomen.

Veelgestelde vragen (FAQ) over het A2O-proces

Vraag: Wat is het belangrijkste verschil tussen het A/O-proces en het A2O-proces?
EEN: Het standaard A/O-proces (Anaëroob-Oxisch) is in de eerste plaats ontworpen voor Fosfor verwijdering. Het mist de “Anoxic”-zone en de interne nitraatrecyclage, wat betekent dat het stikstof niet effectief kan verwijderen. De A2O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) voegt die middelste stap toe om te verwijderen beide Stikstof en Fosfor.

Vraag: Waarom moet de anaerobe zone vrij zijn van nitraten?
EEN: Als er nitraten aanwezig zijn in de anaerobe zone, zullen de bacteriën de zuurstof uit de nitraten gebruiken om te ademen in plaats van het afvalwater te vergisten. Dit voorkomt de “stress”-toestand die nodig is voor fosfor accumulerende organismen (PAO’s) om fosfor vrij te geven, waardoor het biologische fosforverwijderingsproces effectief wordt doorbroken.

Vraag: Wat is de typische verwijderingsefficiëntie van een A2O-systeem?
EEN: Een goed functionerende A2O-installatie kan doorgaans het volgende bereiken:

• BZV/CZV: > 90%
• Totaal stikstof (TN): 60% – 80% (beperkt door de interne recycleratio)
• Totaal fosfor (TP): 70% – 90%

Vraag: Wat is MLSS en waarom is het belangrijk in A2O?
EEN: MLSS staat voor Gemengde drank met zwevende stoffen . Het is een maat voor de concentratie bacteriën (biomassa) in de tank. In A2O-systemen wordt MLSS gewoonlijk tussen 3.000 mg/l en 5.000 mg/l gehouden. Als het te laag is, zijn er niet genoeg bacteriën om het water te behandelen; als deze te hoog is, kan het voorzuiveringsapparaat overbelast raken.

Vraag: Kan het A2O-proces voldoen aan strikte limieten voor totaal stikstof (bijvoorbeeld < 3 mg/l)?
EEN: Standaard A2O heeft vaak moeite om zeer lage stikstoflimieten te halen, omdat het afhankelijk is van één enkele interne recyclinglus. Om aan limieten onder 3-5 mg/l te voldoen, hebben planten vaak een secundaire anoxische zone nodig (gemodificeerd Bardenpho-proces) of de toevoeging van een externe koolstofbron (zoals methanol) om de denitrificatie te stimuleren.

Vraag: Waarom ervaart mijn A2O-installatie “opstijgend slib” in de bezinktank?
EEN: Opstijgend slib wordt meestal veroorzaakt door ongecontroleerde denitrificatie in het zuiveringsapparaat. Als het slib daar te lang blijft zitten, zetten bacteriën de resterende nitraten om in stikstofgasbellen, die aan het slib blijven plakken en naar de oppervlakte drijven. De oplossing is om de Return Activated Sludge (RAS)-snelheid te verhogen, zodat het slib sneller uit de bezinktank wordt gehaald.