Aukstā temperatūra ir bioloģiskās slāpekļa atdalīšanas ienaidnieks. Kad ūdens temperatūra nokrītas zem 15 grādiem, nitrificējošās baktērijas dramatiski palēnina vielmaiņas aktivitāti -, un lielā augstumā plānāks gaiss rada problēmu, samazinot skābekļa pārneses efektivitāti līdz pat 22%. Šajā gadījuma izpētē tiek pētīts, kā 85 000 m³/d notekūdeņu attīrīšanas iekārtā Qinghai{7}}Tibetas plato 2 200 m augstumā tika izmantota MBBR tehnoloģija, lai uzturētu93–96% amonjaka noņemšana pat pie 9 grādiem, kas atbilst Ķīnas 1. A klases notekūdeņu standartiem visu gadu-.
Projekta fons
Šī NAI atrodas blīvi apdzīvotā Qinghai{0}}Tibetas plato pilsētas teritorijā, un tā sākotnēji tika nodota ekspluatācijā 2010. gadā, izmantojot parasto "bioloģisko disku + aerācijas tvertnes" procesu, kas paredzēts tikai ĶSP un amonjaka noņemšanai. Tajā laikā notekūdeņiem bija jāatbilst tikai 1.B pakāpes standartiem saskaņā ar GB 18918-2002 -, kas bija salīdzinoši saudzīgs mērķis. Tomēr, strauji augot urbanizācijai, pieaugot izplūdes apjomiem un pakāpeniski stingrākiem vides noteikumiem, kas nosaka kopējo slāpekļa atdalīšanu līdz 1.A pakāpei (NH₃-N mazāks vai vienāds ar 5 mg/L, TN mazāks vai vienāds ar 15 mg/L), iekārtai bija steidzami jāmodernizē. Izaicinājums bija ne tikai tehnisks, bet arī fizisks: esošais tvertnes tilpums tika fiksēts, un paplašināt nospiedumu nebija iespējams, ņemot vērā blīvo apkārtējo infrastruktūru.
Modernizācijas stratēģija maksimāli palielināja slāpekļa izvadīšanu ierobežotās tvertnes ģeometrijā. 1. kanāls un 2. kanāla pirmā puse tika pārveidota par anoksisku zonu denitrifikācijai, savukārt 2. kanāla otrā puse un 3. un 4. kanāls tika apzīmēti kā aerobā MBBR zona nitrifikācijai. Tā vietā, lai aizstātu esošos aerācijas diskus, inženieru komanda tos saglabāja un ieviesa MBBR datu nesēju tieši aerobos kanālos -, pārveidojot sistēmu parhibrīds integrēts fiksēto{0}}plēves aktīvo dūņu (IFAS) process. Šī pieeja samazināja modernizācijas izmaksas, vienlaikus piesaistot esošos ieguldījumus infrastruktūrā.
Galvenie dizaina parametri
| Parametrs | Vērtība |
| Dizaina plūsma | 85,000 m³/d |
| Ūdens temperatūras diapazons | 9–26 grādi (ziemā vismaz 9 grādi) |
| Ietekmējošs ĶSP | 350–500 mg/l |
| Ieplūstošais NH₃-N | 35–55 mg/l |
| Ietekmējošs TN | 45–70 mg/l |
| Aerobikas tvertne HRT | 8,2 stundas |
| MBBR apdrukājamā materiāla piepildījuma attiecība | 30% (vides/tvertnes tilpums) |
| Multivides specifikācija | PE cilindrisks nesējs, Φ15 mm × 15 mm, 800 m²/m³, blīvums 0,96 g/cm³ |
| Notekūdeņu mērķis (1.A pakāpe) | ĶSP mazāks vai vienāds ar 50, NH₃-N mazāks vai vienāds ar 5, TN mazāks vai vienāds ar 15, SS mazāks vai vienāds ar 10, BOD₅ mazāks vai vienāds ar 10 mg/l |
Pārvadātāju un biofilmu zinātne
Nesēja datu nesēja izvēle neapšaubāmi ir vissvarīgākais dizaina lēmums aukstā-klimata MBBR lietojumprogrammās. Šajā projektā tika atlasīti augsta blīvuma polietilēna (HDPE) cilindriskie nesēji, un pamatojums atklāj, kāpēc nesēju inženierija ir daudz svarīgāka, nekā to saprot vairums operatoru.
Augsta īpatnējā virsma (800 m²/m³):Ja piepildījuma koeficients ir 30%, efektīvais bioplēves virsmas laukums ir aptuveni 240 m² uz tvertnes tilpuma kubikmetru -, kas ir aptuveni 8 līdz 10 reizes lielāks par to, ko spēj piedāvāt parastās aktīvās dūņas. Šis milzīgais virsmas laukums nozīmē, ka reaktors var uzņemt tādu nitrifikatoru populācijas blīvumu, kam suspendētās-augšanas sistēmas vienkārši nevar līdzināties, un tas ir galvenais iemesls, kāpēc MBBR pārspēj zemā temperatūrā. Pat ar samazinātu vielmaiņas ātrumu 9 grādos, milzīgais nitrifikatoru daudzums, kas saglabājas uz nesējiem, kompensē lēnāku šūnu kinētiku.
Gandrīz neitrāla peldspēja (0,96 g/cm³):Lielā augstumā, kur atmosfēras skābekļa parciālais spiediens ir tikai aptuveni 78% no jūras līmeņa vērtībām, skābekļa pārnesi jau apdraud fizika. Nesēja blīvums tieši zem ūdens nodrošina, ka vide paliek suspendēta un brīvi cirkulē ar minimālu aerācijas enerģijas ievadi -, kas ir būtisks darbības un ekonomisks apsvērums, ja katrai pūtēja jaudas kWh ir jāpārvar gan bioloģiskais pieprasījums, gan augstuma{4}}izraisītā pārneses neefektivitāte.
Aizsargātas iekšējās virsmas ģeometrija:Cilindriskā forma ar iekšējo šķērssviru{0}}veido aizsargātu mikrovidi, kurā bioplēve tiek pasargāta no hidrauliskiem bīdes spēkiem maisīšanas laikā. Šī aizsardzība ļauj veidot biezākas, izturīgākas bioplēves -, kas ir būtiska priekšrocība aukstos apstākļos, kad bioplēves augšanas ātrums pēc būtības ir lēns un mikrobu kopienai ir vajadzīgas visas priekšrocības, lai tās izveidotu un saglabātos garajos ziemas mēnešos.
Aukstā-klimata nitrifikācijas mehānisms
Zemā temperatūrā bioloģiskā nitrifikācija saskaras ar trim savstarpēji saistītiem izaicinājumiem, kurus tradicionālajām aktīvām dūņām ir grūti pārvarēt:
1. Samazināts vielmaiņas ātrums:Amonjaka -oksidējošām baktērijām (AOB) un nitrītu-oksidējošām baktērijām (NOB) ir ievērojami zemāks īpatnējais augšanas ātrums zem 15 grādiem. Suspensijas -augšanas sistēmā tas nozīmē, ka nitrifikatoru populāciju var burtiski izskalot no reaktora, ja cietvielu aiztures laiks (SRT) ir nepietiekams - matemātiska neizbēgamība, kad augšanas ātrums nokrītas zem izšķērdēšanas ātruma. MBBR to atrisina, imobilizējot nitrifikatorus bioplēvē, kur efektīvais SRT ievērojami pārsniedz hidrauliskās aiztures laiku. Pat pie 9 grādiem populācija saglabājas stabila un funkcionāla.
2. Skābekļa pārneses ierobežojums:2200 m augstumā skābekļa piesātinājuma koncentrācija ūdenī ir aptuveni par 22% zemāka nekā jūras līmenī, samazinot dzinējspēku skābekļa masas pārnešanai no gāzes burbuļiem uz šķidrumu. Bioplēves arhitektūra to mazina: ārējais aerobais slānis aktīvi patērē pieejamo skābekli nitrifikācijai, saglabājot stāvu koncentrācijas gradientu, kas maksimāli palielina pārneses efektivitāti, savukārt iekšējā anoksiskā zona atbalsta denitrifikāciju, izmantojot ārējā slānī ražoto nitrātu.
3. Substrāta difūzijas ierobežojums:Aukstāks ūdens ir viskozāks, kas palēnina amonjaka un skābekļa molekulāro difūziju bioplēvēs. MBBR pieeja to risina, uzturot plānu, metaboliski aktīvu ārējo bioplēves slāni (parasti 150–300 μm), kas samazina difūzijas ceļa garumu, nodrošinot, ka substrāts sasniedz nitrifikatorus pat aukstā, viskozā ūdenī.
Veiktspējas rezultāti
Modernizētā iekārta kopš nodošanas ekspluatācijā ir darbojusies stabili, un dati stāsta par pārliecinošu stāstu. Tālāk esošajā tabulā ir sniegti galvenie veiktspējas rādītāji sezonālos apstākļos - īpaši ņemiet vērā, cik maz degradācijas notiek starp vasaras un ziemas darbību.
1. tabula. MBBR veiktspēja sezonas temperatūras diapazonos
| Parametrs | Vasara (20-26 grādi) | Ziema (9-13 grādi) | Gada vidējais |
| Notekūdeņu ĶSP (mg/l) | 28–35 | 32–42 | 33 |
| ĶSP noņemšana (%) | 91–93 | 89–91 | 91 |
| Izplūdes NH₃-N (mg/l) | 0.8–1.5 | 1.8–3.2 | 1.6 |
| NH₃-N noņemšana (%) | 96–98 | 93–96 | 96 |
| Notekūdeņu TN (mg/l) | 9–12 | 11–14 | 10.5 |
| TN noņemšana (%) | 78–82 | 74–78 | 79 |
Ziemas sniegums ir ievērojams: pat pie 9 grādiem,NH₃-N noņemšana saglabājās virs 93%ar notekūdeņu konsekventi zem 3,2 mg/L - ērti, ievērojot 5 mg/L 1.A pakāpes griestus. TN noņemšana saglabājās pie 74–78%, kas atbilst 15 mg/L standartam. ĶSP noņemšana saglabājās stabila 89–91% līmenī, apstiprinot, ka heterotrofiskā aktivitāte bioplēves sistēmās ir ievērojami mazāk jutīga pret temperatūru nekā suspendētās augšanas konfigurācijās.
Galvenie veiksmes faktori
Zema-slodzes bioplēves aklimatizācija
Pirms ziemas sākuma rūpnīca apzināti, pakāpeniski samazināja organiskās slodzes ātrumu 3 -nedēļu laikā. Kāpēc tas ir svarīgi? Pie mazākām organiskajām slodzēm heterotrofajām baktērijām -, kas aug ātrāk nekā nitrifikatoriem -, trūkst primārā substrāta, tādējādi radot konkurences priekšrocības lēnāk -augošajām nitrificējošām baktērijām. Šī pirmsaklimatizācijas stratēģija ļāva nitrifikatoru populācijai sasniegt maksimālo blīvumu pirms temperatūras pazemināšanās, veidojot bioloģisko buferi, kas saglabāja darbību aukstākajos mēnešos. Bez šī soļa nitrifikatori, kas ziemā nonāktu zem maksimālās populācijas, uzrādītu daudz lielāku veiktspējas samazināšanos.
Nesēja saglabāšanas dizains
Tvertnes izplūdes atverē tika uzstādīti nerūsējošā tērauda ķīļ{0}}stiepļu sieti ar precīzu 3 mm atveri. Šis atvēruma izmērs tika rūpīgi izvēlēts -, kas ir pietiekami liels, lai ļautu jauktā šķīduma suspendētām cietvielām (MLSS) brīvi iziet cauri, taču pietiekami mazs, lai droši noturētu 15 mm diametra nesējus. Ekrāna aizsērēšana, kas ir bieži sastopama galvassāpes MBBR operācijās, tika novērsta, izmantojot automatizētu periodisku gaisa mazgāšanu, kas atbrīvoja visas uzkrātās cietās vielas, pirms tās varēja izveidot paklāju.
Progresīvā aerācijas stratēģija
Aerācijas intensitāte tika pakāpeniski samazināta no ieplūdes līdz izplūdes zonām, saskaņojot skābekļa piegādi ar telpiski mainīgu pieprasījumu. Pie ieejas, kur amonjaka koncentrācija ir visaugstākā, augstāks aerācijas ātrums veicina ātru nitrifikāciju. Virzienā uz izeju samazināta aerācija ietaupa enerģiju, vienlaikus saglabājot DO 2–3 mg/l nitrifikācijas zonās. Šis konusveida profils arī rada mikro{5}gradientus bioplēvē, kas veicinavienlaicīga nitrifikācija{0}}denitrifikācija (SND)- bioloģiskā slāpekļa atdalīšanas svētais grāls -, kur aerobajā ārējā bioplēves slānī radītais nitrāts izkliedējas uz iekšu un tiek denitrificēts bezskābekļa kodolā, viss vienā nesējā.
-Klimata etalonuzdevumi
Kā Qinghai rūpnīca atšķiras ar MBBR iekārtām siltākā klimatā? 2. tabulā ir sniegta atbilde -, un tā ir daudz iepriecinošāka, nekā daudzi inženieri varētu gaidīt.
2. tabula: MBBR veiktspējas salīdzinājums dažādās klimata zonās
| Parametrs | Qinghai (aukstā plato 9–26 grādi) | Ķīnas ziemeļos (mērenā temperatūra 12–30 grādi) | Dienvidaustrumāzija (tropiskā 25–32 grādi) |
| Augstums (m) | 2,200 | 50 | 5 |
| Ziemas NH₃-N noņemšana (%) | 93–96 | 94–97 | 95–98 |
| HAT (stundas) | 8.2 | 6.5 | 5.0 |
| Multivides aizpildījuma koeficients (%) | 30 | 25 | 20 |
| Aerācijas enerģija (kWh/kg ĶSP noņemta) | 0.38 | 0.31 | 0.28 |
Dati apstiprina konsekventu modeli: aukstā -klimata MBBR sistēmām ir nepieciešams mēreni augstāks HAT (8,2 stundu un . 5.0 stundu) un piepildījuma koeficients (30% pret. 20%), lai kompensētu lēnāku bioloģisko kinētiku, tomēr tāssasniegt salīdzināmu apstrādes veiktspēju ar siltajām{0}}klimata sistēmām. 2–3 procentu punktu atšķirība ziemas NH₃-N aizvadīšanā starp Cjinhai un tropu sistēmām ir ārkārtīgi maza, ņemot vērā 16–23 grādu temperatūras starpību. Šī ir spēcīga slāpekļa noņemšanas, kuras pamatā ir bioplēve, apstiprināšana kā klimata{8}}noturīga tehnoloģija.
Gūtās darbības mācības
Iedarbināšana aukstā-laikā-:Nodošana ekspluatācijā ziemas laikā ir sarežģīta, taču pilnībā iespējama, izmantojot sēklu dūņas no nobriedušas nitrifikācijas sistēmas un 4–6 nedēļu paaugstināšanas periodu. Bioplēvei ir nepieciešams ilgāks laiks, lai izveidotu zemu temperatūru, taču, kad tā ir izveidota, tā ir pašpietiekama-. Mēģinājums saīsināt šo aklimatizācijas periodu vienmēr noved pie sliktas sākotnējās veiktspējas.
Pārvadātāju sajaukšanas optimizācija:Pie 30% piepildījuma pakāpes aerācijas ātrums 3–5 Nm³/m²·h ir pietiekams pilnīgai nesēja cirkulācijai. Komanda atklāja, ka pārmērīga aerācija, kas pārsniedz šo diapazonu, izšķērdē enerģiju, neuzlabojot sajaukšanu - bieža kļūda MBBR darbībā, kur operatori pieņem, ka "vairāk gaisa nozīmē labāku sajaukšanos".
Bioplēves biezuma uzraudzība:Periodiska bioplēves biezuma mērīšana, izmantojot nesēja paraugu ņemšanu un mikroskopiju - ar mērķi 150–300 μm -, izrādījās būtiska SRT optimizēšanai un pārmērīgas bioplēves uzkrāšanās novēršanai. Bioplēvēm, kas biezākas par 300 μm, var veidoties anaerobās zonas, kas var izraisīt slīdēšanu un neparedzamas veiktspējas svārstības.
Ziemas putošanas kontrole:Iedarbināšana aukstos mēnešos var izraisīt vieglu pavedienu putošanu zemās pārtikas-un{2}}mikroorganismu (F/M) attiecības dēļ. Iekārta tika galā ar kontrolētu dūņu izšķērdēšanu un pagaidu pret-putu dozēšanu -, kas ir neliels darbības traucējums, kam nevajadzētu atturēt iekārtas no nodošanas ekspluatācijā ziemā.
Secinājums
Qinghai projekts pārliecinoši parāda, ka MBBR tehnoloģija var nodrošināt uzticamu, augstas -efektivitātes slāpekļa atdalīšanu aukstā plato vidē, kur parastajām aktīvām dūņām būtu grūti izpildīt mūsdienu izplūdes standartus. Četri galvenie tehniskie nodrošinātāji - augstas-īpašas-virsmas-platības HDPE nesēji, kas saglabā lēni-augošus nitrifikatorus, bioplēves arhitektūra, kas atbalsta vienlaicīgu nitrifikāciju-denitrifikāciju, pirms-ziemas aklimatizācijas stratēģijas un mikrorajonu optimizācijas stratēģijas, kas veido atpazīstamību un saskarsmi. enerģijas izmantošana - veido kopējamu sistēmu, ko augi, kas saskaras ar līdzīgām problēmām, var droši pieņemt.
Inženieriem un rūpnīcu vadītājiem, kas nodarbojas ar aukstu klimatu, lielu augstumu, ierobežotiem nospiedumiem vai stingrākiem slāpekļa izplūdes ierobežojumiem, MBBR piedāvāpārbaudīts, rentabls{0}}modernizācijas veidskam nav nepieciešami lieli inženiertehniskie darbi vai paplašināta tvertne.
Norādiet augstas veiktspējas{0}}MBBR datu nesēju jūsu aukstajam-klimatam
Juntai Plastic ražo HDPE MBBR nesējus ar 800 m²/m³ aizsargātu virsmu, kas ir izstrādāti aukstā-klimata un augstkalnu notekūdeņu attīrīšanai. Mūsu nesējiem ir patentēta cilindriska ģeometrija ar iekšējo šķērssviru, kas nodrošina maksimālu bioplēves saglabāšanu un minimālu bīdes zudumu -, ko nodrošina pilnīgs tehniskais atbalsts no procesa projektēšanas līdz nodošanai ekspluatācijā.