Tjandzjiņas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas modernizācijas projekta darbības ietekme
Tjaņdzjiņas notekūdeņu attīrīšanas iekārtā tika veikts modernizācijas un atjaunošanas projekts, kurā tika pieņemts modificētais Bardenfo-MBBR process, paaugstinot notekūdeņu kvalitāti no A klases standarta, kas norādīts "Piesārņojošo vielu izplūdes standartā sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām" (GB 18918-2002 vietējais standarts DB Ain klases Tianj standarts). 12/599-2015. Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) process ietver MBBR suspendēto nesēju pievienošanu reaktoram, nodrošinot vietas mikrobu piestiprināšanai un pievienotu bioplēvju veidošanu, tādējādi palielinot efektīvu biomasu sistēmā un panākot piesārņotāju noņemšanu. MBBR process piedāvā tādas priekšrocības kā augsta apstrādes slodze, spēcīga izturība pret triecienslodzēm, stabila apstrādes veiktspēja, vienkārša darbības vadība un elastīga procesa darbība. Arvien vairāk NAI Ķīnā renovācijai izmanto MBBR procesu. Šajā rakstā analizēta Tjandzjiņas NAI darbības veiktspēja pēc tās modernizācijas, lai sniegtu atsauci līdzīgiem modernizācijas projektiem.
1. Pašreizējais bioloģiskais slāpekļa un fosfora atdalīšanas process
Sākotnējā bioloģiskajā tvertnē tika izmantots A²/O process ar apstrādes jaudu 12 500 t/d. Projektētais kopējais dūņu vecums bija 14 dienas, jauktā šķidruma suspendēto vielu (MLSS) koncentrācija bija 3500 mg/L, projektētā ūdens temperatūra bija 10 grādi, dūņu iznākums bija 0,936 kgSS/kgBOD, un dūņu slodze bija 0,082 kgBOD/kgMLSS. Bioloģiskās tvertnes efektīvais ūdens dziļums bija 6 m ar kopējo tvertnes tilpumu 9052,2 m³ un kopējo hidraulisko aiztures laiku (HRT) 17,4 stundas. HAT sadalījums bija: selektora zona 0,58 h, anaerobā zona 1,38 h, anoksiskā zona 2,85 h, šūpošanās zona 0,92 h un aerobā zona 11,67 h. Dūņu pārstrāde bija 100%, un jauktā šķidruma iekšējā pārstrāde bija 300%. Sākotnējā bioloģiskā tvertne galvenokārt sastāvēja no anaerobām -anoksiskām-aerobām sekcijām. Ekspluatācijas parametrus var pielāgot, pamatojoties uz ieplūdes apstākļiem un notekūdeņu prasībām, lai panāktu slāpekļa un fosfora atdalīšanu, un notekūdeņu kvalitāte atbilst A kategorijas standartam GB 18918-2002.
2. Modernizācijas un renovācijas projekta pārskats
Šī jauninājuma mērķis bija uzlabot notekūdeņu kvalitāti, lai tas atbilstu Tjandzjiņas vietējā standarta "Piesārņojošo vielu izvadīšanas standarts sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām" (DB 12/599-2015) A klases standartam. Projektētā ieplūdes un notekūdeņu kvalitāte ir parādīta1. tabula. Saskaņā ar projektētajām ieplūdes un notekūdeņu TN vērtībām, lai sasniegtu notekūdeņu TN zem 10 mg/L, bioloģiskās tvertnes sistēmā ir nepieciešams denitrifikācijas līmenis 75,6%. Sākotnējā bioloģiskā tvertne izmantoja A²/O konfigurāciju. Aprēķini, kuru pamatā ir sākotnējā tvertnes konfigurācija, liecināja, ka iekšējai otrreizējās pārstrādes attiecībai būtu jāpalielina no sākotnējiem 200% līdz 310%, kā arī jāpievieno liels daudzums ārējā oglekļa avota. Tas ne tikai palielinātu darbības izmaksas, bet arī lielais iekšējās pārstrādes plūsmas apjoms varētu izjaukt bezskābekļa vidi. Tas var novest pie tā, ka faktiskā HAT anoksiskajā zonā ir mazāka par minimālo prasību, tādējādi ietekmējot denitrifikācijas efektivitāti. MBBR process uzlabo sistēmas denitrifikācijas spēju un uzlabo notekūdeņu kvalitāti, pievienojot suspendētos nesējus, lai palielinātu biomasas koncentrāciju tvertnē, tādējādi izpildot jaunināšanas prasības.
Nemainot esošo bioloģiskās tvertnes tilpumu, tika pārkonfigurētas bioloģiskās tvertnes iekšējās funkcionālās zonas. Sākotnējā A²/O konfigurācija (anaerobā-anoksiskā-aerobā) tika pārveidota par Bardenpho 6-posma konfigurāciju: anaerobā zona, anoksiskā zona, šūpošanās zona, aerobā zona, pēc-anoksiskā zona un pēc-aerobā zona. Konkrēti, sākotnējā selektora zona tika pārveidota par anaerobo zonu. Sākotnējā anaerobā zona, šūpošanās zona (priekšējā daļa) un anoksiskā zona tika izmantota kā pirms-anoksiskā zona. Pirmā koridora priekšējā puse sākotnējā aerobā zonā tika pielāgota šūpošanās zonai. Sākotnējais pirmais, otrais un trešais aerobais koridors tika pārveidots par MBBR zonu, kur tika pievienoti piekaramie nesēji, kā arī ieplūdes/izplūdes skrīninga sistēmas un apakšējā papildu aerācijas sistēma. Ceturtais aerobais koridors tika pārveidots par pēc-anoksisko zonu. Sākotnējā šūpošanās zona tika funkcionāli sadalīta un pielāgota pēc-anoksiskām un postaerobām zonām. Atjaunotās bioloģiskās tvertnes parametri ir parādīti2. tabula.
Attiecībā uz procesa darbību, jauktais šķidrums no aerobās zonas tiek reciklēts uz anoksisko zonu, un anoksiskajā zonā tiek pievienots oglekļa avots. Denitrifikācijas baktērijas izmanto oglekļa avotu denitrifikācijai, lai noņemtu nitrātu slāpekli, kas rodas aerobajā zonā. Atlikušais nitrātu slāpeklis nonāk post-anoksiskajā zonā, kur tiek pievienots papildu oglekļa avots, lai turpinātu denitrifikāciju. Pēc renovācijas jauktā atsārma suspendēto vielu (MLSS) koncentrācija ir 4000 mg/L, dūņu recikls ir 50%–100%, jauktā šķidruma iekšējais recikls ir 200%–250%, un izšķīdušais skābeklis MBBR zonā ir 2–5 mg/L. Procesa plūsmas diagramma pēc renovācijas ir parādīta1. attēls.
3. Sistēmas nodošana ekspluatācijā pēc bioloģiskās tvertnes renovācijas
Pēc bioloģiskās tvertnes renovācijas pabeigšanas sākās nodošanas ekspluatācijā posms. Bioloģiskajai tvertnei tika pievienotas atūdeņotas dūņas no citas NAI, ātri palielinot dūņu koncentrāciju līdz virs 3000 mg/L īsā laikā. Tas saīsināja dūņu kultivēšanas un aklimatizācijas periodu, ļaujot ātri iedarbināt bioloģisko tvertni un atjaunot tās slāpekļa un fosfora atdalīšanas spēju. Izmēģinājuma ekspluatācijas periodā relatīvi zemās pieplūdes plūsmas un piesārņojošo vielu koncentrācijas dēļ faktiskā ekspluatācijas slodze bija mazāka par projektēto slodzi. Pieeja bija vispirms kultivēt un aklimatizēt aktīvās dūņas, līdz bioloģiskā sistēma stabilizējās un notekūdeņu kvalitāte atbilst standartiem, pēc tam pievienot MBBR nesējus bioplēves veidošanai.
Pēc tam, kad nesēji tika pievienoti bioloģiskās tvertnes aerobajai daļai, tie vispirms tika iegremdēti. Mikroorganismi pakāpeniski pievienojas to virsmām. Vizuāli nesēja virsmas krāsa mainījās no baltas uz vāji zemes dzeltenu, jo pievienojās vairāk mikroorganismu un bioplēve kļuva blīvāka. Nesējkrāsa pakāpeniski padziļinājās. Divus mēnešus pēc nesēja pievienošanas bioplēves veidošanās noritēja labi, nesēja virsma šķita dzeltenīgi-brūna un krāsa pakāpeniski padziļinājās. Četrus mēnešus pēc nesēja pievienošanas bioplēve uz nesēja virsmas parādījās tumši brūnā krāsā un bija blīva. Bioplēves veidošanās progresēšanu var intuitīvi novērot, pamatojoties uz izmaiņām nesēja krāsā, kā parādīts2. attēls. 2021. gada decembrī, mikroskopiski pārbaudot aktīvās dūņas no bioloģiskās tvertnes un dūņas no nesējiem, atklājās kompaktas floku struktūras ar labām adsorbcijas un nosēšanās īpašībām. Vizuāli nesēji parādīja acīmredzamu bioplēves veidošanos. Mikroskopiskā pārbaudē tika identificēti tādi organismi kā Vorticella, Opercularia un Epistylis, neregulāri novērojot dažus kustīgus ciliātus, kas liecina par bioplēves veidošanās stadijas pabeigšanu.
4. Darbības rādītāji pēc bioloģiskās tvertnes atjaunošanas
4.1. ĶSP un BSP noņemšanas veiktspēja pēc renovācijas
Notekūdeņu ĶSP un BSP vērtības 2022. gadam ir parādītas3. attēls. Notekūdeņu ĶSP svārstījās no 10,2 līdz 24,9 mg/l, ar vidējo rādītāju 18,0 mg/l. Notekūdeņu BSP svārstījās no 2,1 līdz 4,9 mg/l, vidēji 3,4 mg/l. Gan notekūdeņu ĶSP, gan BSP stabili atbilda Tjandzjiņas vietējam A klases standartam. Atjaunotā sistēma ne tikai demonstrēja labu ĶSP un BSP atdalīšanas veiktspēju, bet arī saglabāja stabilu un atbilstošu notekūdeņu ĶSP un BSP līmeni plūdu sezonas laikā, pat ja iekārtas faktiskā ieplūdes slodze sasniedza 110% no tās projektētās jaudas. Tas norāda, ka sistēmai ir laba triecienizturība.
4.2. TN un NH₃-N noņemšanas veiktspēja pēc renovācijas
Notekūdeņu TN un NH₃-N vērtības 2022. gadam ir parādītas4. attēls. TN bija robežās no 3,72 līdz 8,74 mg/l, vidēji 6,43 mg/l. NH₃-N bija robežās no 0,02 līdz 1,25 mg/l, vidēji 0,12 mg/l. Ziemas ekspluatācijas laikā zemākas temperatūras dēļ nitrifikācijas un denitrifikācijas ātrums samazinājās. Praksē dūņu koncentrācija tika palielināta līdz virs 6000 mg/l. Darbība ar augstu dūņu koncentrāciju ir izdevīga, lai uzlabotu bioloģiskās sistēmas izturību pret triecienslodzēm, īpaši zemā temperatūrā. Sinerģija starp augstu dūņu koncentrāciju un bioplēvi, kas pievienota MBBR nesējiem, uzlabo bioloģiskās sistēmas apstrādes efektu.
MBBR nesēji nodrošina labvēlīgu vidi mikrobu kopienām, atbalstot to augšanu un vairošanos. Pēc aklimatizācijas un nobriešanas pastiprinās bioplēves nitrifikācijas un denitrifikācijas spēja. Mikroorganismi pievienojas un slāņveidīgi aug uz nesēja virsmas, palielinot zoogloea blīvumu un veidojot lielas, blīvas un ātri stabilas dūņu struktūras. Saskaroties ar ārējām ūdens kvalitātes izmaiņām, mikroorganismi uz nesēja virsmas izdala ārpusšūnu polimēru vielas (EPS) pašaizsardzības nolūkos, tādējādi samazinot pēkšņu ūdens kvalitātes izmaiņu ietekmi uz iekšējā -slāņa mikroorganismiem.
NAI, kurās izmanto MBBR procesu, aerobo nesēju zonā ir novērotas vienlaicīgas nitrifikācijas un denitrifikācijas (SND) parādības. Pārbaudot ieplūdes un izplūdes TN vērtības no aerobās nesējzonas, atklājās atšķirība 2–6 mg/l. Šī atšķirība bija izteiktāka, it īpaši, ja izšķīdušais skābeklis aerobajā tvertnē tika kontrolēts zem 2 mg / l, kas liecina par nozīmīgāku SND zema izšķīdušā skābekļa apstākļos. Notekūdeņu TN no sekundārās sedimentācijas tvertnes pilnībā atbilst standartiem, kas nozīmē, ka TN noņemšana tika pabeigta bioloģiskās attīrīšanas posmā. Faktiskajā darbībā denitrificējošais dziļās{7}}gultnes filtrs darbojas kā drošības process. Normālos apstākļos tas darbojas kā parasts filtrs, lai nodrošinātu SS indikatoru atbilstību standartiem.
4.3. TP un SS noņemšanas veiktspēja pēc renovācijas
Notekūdeņu TP un SS vērtības 2022. gadam ir parādītas5. attēls. NAI notekūdeņu TP bija robežās no 0,04 līdz 0,22 mg/L, ar vidējo rādītāju 0,10 mg/l. Izplūdes SS svārstījās no 1 līdz 4 mg/l, vidēji 2,2 mg/l. Pēc modernizācijas sekundārās sedimentācijas tvertnes notekūdeņu TP bija aptuveni 1,0 mg/L un SS aptuveni 26 mg/l. Pievienojot dzelzs hlorīdu un PAM augstas -efektivitātes sedimentācijas tvertnē, lai uzlabotu koagulāciju, un tālāk attīrot denitrificējošā dziļā{13}}slāņa filtrā, notekūdeņi TP un SS stabili atbilda Tjandzjiņas vietējam A klases standartam, un krāsas vērtība tika ievērojami samazināta.
5. Secinājums
Lai atbilstu Tjandzjiņas vietējam A klases standartam, sākotnējais A²/O process NAI tika pārveidots par Bardenpho piecu{0} posmu konfigurāciju, iekļaujot MBBR procesu aerobajā sadaļā, lai uzlabotu bioloģisko slāpekļa noņemšanu, samazinot notekūdeņu TN un NH₃-N. Plūdu sezonā ar pārslodzes plūsmu visi rādītāji stabili atbilda standartiem, demonstrējot labu triecienizturību. Pēc bioloģiskās tvertnes renovācijas iekšējās pārstrādes koeficients bija 200%–300%, ārējais dūņu recikls bija 50%–100%, dūņu koncentrācija bija 4000–6000 mg/L, izšķīdušais skābeklis aerobajā zonā tika kontrolēts 3–5 mg/L, bet izšķīdušais skābeklis anaerobajā zonā tika kontrolēts..2–0 mg/L. 2022. gadā NAI notekūdeņu kvalitāte bija: ĶSP 10,2–24,9 mg/L, vidēji 18,0 mg/L; BSP 2,1–4,9 mg/L, vidēji 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, vidēji 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, vidēji 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, vidēji 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, vidēji 2,2 mg/L. Visi stabili atbilda Tjandzjiņas vietējā standarta "Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu piesārņojošo vielu izplūdes standarts" (DB 12/599-2015) A klases standartam.