Kako se aerobni i anaerobni procesi mogu uskladiti da bi se postigla najbolja učinkovitost liječenja?

Anaerobni proces:
Primarno odgovoran za učinkovito uklanjanje visokih koncentracija otopljene organske tvari (BPK₅/KPK) i njezino pretvaranje u bioplin (obnovljivi izvor energije), uz značajno smanjenje organskog opterećenja na naknadnim jedinicama za aerobnu obradu. Anaerobni procesi imaju ograničenu sposobnost uklanjanja dušika i fosfora i mogu proizvesti malu količinu zaostalog mulja.

Aerobni proces:
Primarno odgovoran za dubinsko uklanjanje zaostalih organskih tvari (osobito vatrostalnih organskih tvari), učinkovito uklanjanje amonijačnog dušika (nitrifikacija), uklanjanje fosfora (biološko uklanjanje fosfora) i daljnje smanjenje suspendiranih krutih tvari (SS) i mirisa, dok učinkovito mineralizira organsku tvar. Proizvodnja mulja je relativno visoka.

Načelo podudaranja:
Anaerobni proces, kao jedinica predtretmana, nosi većinu opterećenja uklanjanja COD/BOD, dok aerobni proces, kao jedinica za poliranje, uklanja zaostale onečišćivače (osobito dušik i fosfor) kako bi se osigurala usklađenost sa standardima ispuštanja. Anaerobni stadij smanjuje opterećenje koje ulazi u aerobni stadij, poboljšavajući ukupnu stabilnost i učinkovitost.

Anaerobni proces:
Osobito pogodan za pročišćavanje organskih otpadnih voda visoke-koncentracije (KPK > 1500 mg/L ili više). Nudi visoku učinkovitost i nisku potrošnju energije u uvjetima visokog organskog opterećenja i proizvodi bioplin. Međutim, manje je učinkovit za otpadne vode niske-koncentracije, ima relativno sporo pokretanje-i osjetljiviji je na otrovne tvari.

Aerobni proces:
Najprikladniji za organske otpadne vode srednje- do niske-koncentracije (KPK < 1000 mg/L). Ima snažnu prilagodljivost, brzo pokretanje-i relativno dobru toleranciju na hidraulička i organska udarna opterećenja (kroz kontrolu prozračivanja). Međutim, ima visoku potrošnju energije zbog zahtjeva za prozračivanjem, proizvodi veliku količinu mulja i sklona je nakupljanju mulja prilikom obrade otpadne vode visoke-koncentracije.

Načelo podudaranja:
Visoko{0}}koncentrirana otpadna voda prvo se pročišćava u anaerobnoj jedinici za smanjenje opterećenja i povrat energije. Anaerobni efluent, s nižom organskom koncentracijom, zatim ulazi u aerobnu jedinicu za daljnju obradu. Ova kombinacija u potpunosti iskorištava optimalni radni raspon svakog procesa i izbjegava uska grla učinkovitosti jednog procesa koji tretira širok raspon opterećenja.

Uklanjanje fosfora:
Optimalna konfiguracija je obično anaerobna (oslobađanje fosfora) → aerobna (apsorpcija fosfora), kao u A/O ili A²/O procesima. Anaerobni uvjeti promiču oslobađanje fosfora pomoću organizama koji-akumuliraju polifosfat (PAO), dok aerobni uvjeti omogućuju prekomjerno uzimanje fosfora, koji se zatim uklanja ispuštanjem mulja bogatog fosforom-.

Uklanjanje dušika:
Učinkovito uklanjanje dušika zahtijeva kombinaciju aerobne nitrifikacije (NH₄⁺ → NO3⁻) i anoksične denitrifikacije (NO₃⁻ → N₂). Kada anaerobni efluent s niskim omjerom C/N ulazi u anoksičnu ili aerobnu jedinicu, može biti potreban dodatni izvor ugljika, koji se dovodi kroz unutarnju recirkulaciju ili vanjsko doziranje, za podršku denitrifikaciji.

Anaerobni proces:
Glavna prednost je povrat energije kroz proizvodnju bioplina, uz iznimno nisku potrošnju radne energije jer nije potrebno prozračivanje. To čini anaerobnu obradu potencijalnim energetskim središtem za postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda.

Aerobni proces:
Prozračivanje je primarni potrošač energije, obično čini 50-70% ukupne potrošnje energije biljke.

Načelo podudaranja:
Bioplin proizveden u anaerobnom stupnju može se obnoviti i koristiti za proizvodnju električne energije i grijanje, djelomično ili čak potpuno nadoknađujući visoku potrošnju energije u aerobnom stupnju.

Glavni način rada: Anaerobni → Aerobni (AO)
Najčešća i najučinkovitija konfiguracija, prikladna za otpadne vode gdje je glavni cilj uklanjanje organske tvari, s djelomičnim uklanjanjem dušika i fosfora (npr. industrijske otpadne vode i komunalna kanalizacija visoke-koncentracije).

Poboljšano uklanjanje dušika i fosfora: Anaerobno → Anoksično → Aerobno (A²/O i varijante)
Dodana je anoksična zona kako bi se postiglo istovremeno i učinkovito uklanjanje dušika i fosfora. Anaerobna zona uglavnom olakšava otpuštanje fosfora i početnu hidrolizu-zakiseljavanje.

Složene otpadne vode:
Predtretman → Anaerobni → Aerobni → Napredni tretman
Za otpadnu vodu koja sadrži vatrostalne ili otrovne tvari može biti potrebna predobrada (npr. koagulacija–sedimentacija ili hidroliza-zakiseljavanje) i napredna naknadna-obrada (npr. oksidacija ozonom, adsorpcija aktivnim ugljenom ili membranska filtracija).

Obrada mulja:
Višak aerobnog mulja → Anaerobna digestija
Anaerobna digestija stabilizira višak mulja, smanjuje volumen mulja i obnavlja dodatni bioplin.

Organska distribucija opterećenja:
Most biodegradable COD (typically >70%) treba ukloniti u anaerobnom stadiju. To zahtijeva pravilan dizajn anaerobnog reaktora HRT na temelju koncentracije dotoka i karakteristika otpadne vode.

Podudaranje HRT-a:
Anaerobni HNL općenito je duži (nekoliko sati do nekoliko dana), dok je aerobni HNL kraći (nekoliko sati). Mora se osigurati odgovarajuće vrijeme zadržavanja za hidrolizu, acidifikaciju i metanogenezu u anaerobnom tretmanu, kao i za nitrifikaciju i mineralizaciju u aerobnom tretmanu.

Recirkulacija mulja:
Mulj se recirkulira iz aerobne zone u anoksičnu ili anaerobnu zonu kako bi se održale odgovarajuće koncentracije suspendiranih čvrstih tvari u miješanoj tekućini (MLSS).

Recirkulacija nitrificirane tekućine:
U A²/O i sličnim procesima, nitrificirana tekućina bogata NO₃⁻ recirkulira iz aerobne zone u anoksičnu zonu radi podrške denitrifikaciji. Omjer recirkulacije je kritičan radni parametar.

Anaerobna recirkulacija otpadnih voda (izborno):
Ponekad se primjenjuje za podešavanje koncentracije, lužnatosti ili pH.

Kontrola pH:
Anaerobni procesi osjetljivi su na pH, s optimalnim rasponom od 6,8–7,2, te zahtijevaju pažljivo praćenje i prilagodbu (npr. dodatak alkalnosti). Aerobni procesi odvijaju se unutar šireg pH raspona (6,5–8,5), ali nitrifikacija troši alkalnost i može uzrokovati smanjenje pH.

Kontrola otopljenog kisika (DO):
Precizna kontrola DO u aerobnoj zoni (obično 1,5–3,0 mg/L) osigurava dovoljno kisika za organsku oksidaciju i nitrifikaciju uz izbjegavanje prekomjerne aeracije, koja može spriječiti denitrifikaciju i gubitak energije.