Hvordan kan aerobe og anaerobe prosesser matches for å oppnå den beste behandlingseffektiviteten?

Anaerob prosess:
Hovedansvarlig for effektivt å fjerne høye konsentrasjoner av oppløst organisk materiale (BOD₅/COD) og omdanne det til biogass (en fornybar energikilde), samtidig som den organiske belastningen på etterfølgende aerobe behandlingsenheter reduseres betydelig. Anaerobe prosesser har begrenset evne til å fjerne nitrogen og fosfor og kan produsere en liten mengde restslam.

Aerobic prosess:
Hovedansvarlig for dyp fjerning av gjenværende organisk materiale (spesielt ildfast organisk materiale), effektiv fjerning av ammoniakknitrogen (nitrifikasjon), fjerning av fosfor (biologisk fosforfjerning), og ytterligere reduksjon av suspendert stoff (SS) og lukt, samtidig som den mineraliserer effektivt organisk materiale. Slamproduksjonen er relativt høy.

Samsvarsprinsipp:
Den anaerobe prosessen, som en forbehandlingsenhet, bærer mesteparten av COD/BOD-fjerningsbelastningen, mens den aerobe prosessen, som en poleringsenhet, fjerner gjenværende forurensninger (spesielt nitrogen og fosfor) for å sikre samsvar med utslippsstandarder. Det anaerobe stadiet reduserer belastningen som kommer inn i det aerobe stadiet, og forbedrer den generelle stabiliteten og effektiviteten.

Anaerob prosess:
Spesielt egnet for behandling av høy-konsentrasjon av organisk avløpsvann (COD > 1500 mg/L eller høyere). Den tilbyr høy effektivitet og lavt energiforbruk under høye organiske belastningsforhold og produserer biogass. Det er imidlertid mindre effektivt for lav-konsentrasjon av avløpsvann, har en relativt langsom oppstart- og er mer følsom for giftige stoffer.

Aerobic prosess:
Best egnet for middels- til lav-konsentrasjon organisk avløpsvann (COD < 1000 mg/L). Den har sterk tilpasningsevne, rask oppstart-og relativt god toleranse for hydrauliske og organiske støtbelastninger (gjennom luftingskontroll). Det har imidlertid høyt energiforbruk på grunn av luftingskrav, produserer store mengder slam og er utsatt for slam ved behandling av høy-avløpsvann.

Samsvarsprinsipp:
Høy-konsentrasjonsavløpsvann behandles først i den anaerobe enheten for belastningsreduksjon og energigjenvinning. Det anaerobe avløpet, med lavere organisk konsentrasjon, går deretter inn i den aerobe enheten for videre behandling. Denne kombinasjonen utnytter det optimale driftsområdet for hver prosess fullt ut og unngår effektivitetsflaskehalsene til en enkelt prosess som behandler et bredt spekter av belastninger.

Fjerning av fosfor:
Den optimale konfigurasjonen er typisk anaerob (fosforfrigjøring) → aerob (fosforopptak), som i A/O- eller A²/O-prosesser. Anaerobe forhold fremmer fosforfrigjøring av polyfosfat-akkumulerende organismer (PAO), mens aerobe forhold muliggjør for høyt fosforopptak, som deretter fjernes gjennom utslipp av fosfor-rikt slam.

Nitrogenfjerning:
Effektiv nitrogenfjerning krever en kombinasjon av aerob nitrifikasjon (NH₄⁺ → NO₃⁻) og anoksisk denitrifikasjon (NO3⁻ → N₂). Når anaerobt avløp med lavt C/N-forhold kommer inn i den anoksiske eller aerobe enheten, kan det være nødvendig med en ekstra karbonkilde, tilført gjennom intern resirkulering eller ekstern dosering, for å støtte denitrifisering.

Anaerob prosess:
Hovedfordelen er energigjenvinning gjennom biogassproduksjon, med ekstremt lavt driftsenergiforbruk siden lufting ikke er nødvendig. Dette gjør anaerob behandling til et potensielt energisenter for avløpsrenseanlegg.

Aerobic prosess:
Lufting er den primære energiforbrukeren, og står typisk for 50–70 % av det totale energiforbruket i anlegget.

Samsvarsprinsipp:
Biogass produsert i det anaerobe stadiet kan gjenvinnes og utnyttes til kraftproduksjon og oppvarming, noe som delvis eller til og med fullstendig oppveier det høye energiforbruket til det aerobe stadiet.

Hovedmodus: Anaerob → Aerobic (AO)
Den vanligste og mest effektive konfigurasjonen, egnet for avløpsvann der fjerning av organisk materiale er hovedmålet, med delvis nitrogen- og fosforfjerning (f.eks. industrielt avløpsvann og høy-kommunal kloakk).

Forbedret nitrogen- og fosforfjerning: Anaerob → Anoksisk → Aerob (A²/O og varianter)
En anoksisk sone legges til for å oppnå samtidig og effektiv nitrogen- og fosforfjerning. Den anaerobe sonen letter hovedsakelig fosforfrigjøring og initial hydrolyse-forsuring.

Kompleks avløpsvann:
Forbehandling → Anaerob → Aerob → Avansert behandling
For avløpsvann som inneholder ildfaste eller giftige stoffer, kan det være nødvendig med forbehandling (f.eks. koagulering–sedimentering eller hydrolyse-forsuring) og avansert etter-behandling (f.eks. ozonoksidasjon, aktivert karbonadsorpsjon eller membranfiltrering).

Slambehandling:
Overflødig aerobt slam → Anaerob fordøyelse
Anaerob fordøyelse stabiliserer overflødig slam, reduserer slamvolumet og gjenvinner ytterligere biogass.

Organisk lastfordeling:
Most biodegradable COD (typically >70 %) bør fjernes i det anaerobe stadiet. Dette krever riktig utforming av den anaerobe reaktoren HRT basert på innflytende konsentrasjon og avløpsvannsegenskaper.

HRT-matching:
Anaerob HRT er vanligvis lengre (flere timer til flere dager), mens aerob HRT er kortere (flere timer). Det må gis tilstrekkelig retensjonstid for hydrolyse, forsuring og metanogenese ved anaerob behandling, samt for nitrifikasjon og mineralisering ved aerob behandling.

Resirkulering av slam:
Slam resirkuleres fra den aerobe sonen til den anoksiske eller anaerobe sonen for å opprettholde passende konsentrasjoner av suspenderte faste stoffer (MLSS).

Resirkulering av nitrifisert brennevin:
I A2/O og lignende prosesser blir nitrifisert væske rik på NO3- resirkulert fra den aerobe sonen til den anoksiske sonen for å støtte denitrifikasjon. Resirkulasjonsforholdet er en kritisk driftsparameter.

Anaerob avløpsresirkulering (valgfritt):
Noen ganger brukt for å justere innflytende konsentrasjon, alkalitet eller pH.

pH-kontroll:
Anaerobe prosesser er følsomme for pH, med et optimalt område på 6,8–7,2, og krever nøye overvåking og justering (f.eks. alkalinitetstilskudd). Aerobe prosesser opererer innenfor et bredere pH-område (6,5–8,5), men nitrifikasjon forbruker alkalitet og kan forårsake pH-reduksjon.

Kontroll med oppløst oksygen (DO):
Nøyaktig DO-kontroll i den aerobe sonen (typisk 1,5–3,0 mg/L) sikrer tilstrekkelig oksygen for organisk oksidasjon og nitrifikasjon samtidig som man unngår overdreven lufting, noe som kan hemme denitrifisering og sløsing med energi.