BIOLAK procesa piemērošana notekūdeņu attīrīšanas iekārtas modernizēšanai līdz kvazi{0}}klases IV standartiem
BIOLAK process tika ieviests Ķīnā 21. gadsimta sākumā, un tā vienkāršās struktūras un zemo investīciju izmaksu dēļ ieguva plašu pielietojumu sadzīves notekūdeņu attīrīšanā. Pēdējos gados, pastiprinoties izplūdes standartiem un palielinoties automatizācijai, lielākā daļa esošo BIOLAK rūpnīcu saskaras ar jauninājumiem. Lai uzlabotu slāpekļa un fosfora izvadīšanu, tiek ieviesti uzlabojumi, piemēram, piekaramo turētāju pievienošana, tvertņu modernizēšana un funkcionālo zonu pārdefinēšana. Lai gan jaunbūvētās rūpnīcās pārsvarā tiek izmantoti A²/O un oksidācijas grāvju procesi, ir maz ziņojumu par BIOLAK faktisko darbību, jo īpaši saskaņā ar stingriem emisijas standartiem. BIOLAK procesā tiek izmantotas šūpojošas aerācijas ķēdes, lai izveidotu īslaicīgas anoksiskās un aerobās zonas, kas būtībā darbojas kā daudzpakāpju A/O process. Izmantojot darbības optimizāciju, notekūdeņu kvalitāte var stabili atbilst kvazi-IV klases virszemes ūdeņu standartam.
1 Projekta fons
Notekūdeņu attīrīšanas iekārta Hebei provincē izmanto BIOLAK procesu kā galveno tehnoloģiju. Pieplūde svārstās no 18 000 līdz 22 000 m³/d, vidēji 19 000 m³/d, attīrot galvenokārt pilsētas sadzīves notekūdeņus un nelielu daudzumu lauksaimniecības pārstrādes notekūdeņu. Projektētās ieplūdes un notekūdeņu īpašības ir parādītas1. tabula. Sākotnējais izplūdes standarts bija A klases standarts *"Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu piesārņojošo vielu izvadīšanas standarts" (GB 18918-2002)*. Pēc jaunināšanas, kas ietvēra anaerobās zonas sadalīšanu, lai uzlabotu denitrifikāciju un defosforizāciju, iekārta tagad atbilst galvenajiem kontroles apgabala ierobežojumiem *"Ūdens piesārņojošo vielu novadīšanas standarti Daqingas upes baseinam" (DB13/2795-2018)*. Izņemot kopējo slāpekli, visi pārējie rādītāji atbilst IV klases standartiem, kas norādīti *"Vides kvalitātes standarti virszemes ūdeņiem" (GB 3838-2002)*. Procesa plūsma ir parādīta1. attēls.
Dezinficēšanai iekārta izmanto nātrija hipohlorītu. Dūņas tiek atūdeņotas ar augstspiediena plākšņu un rāmja filtrēšanu, līdz mitruma saturs ir mazāks par 60%, pirms tās tiek transportētas kop-apstrādei cementa krāsnīs.
Katras attīrīšanas vienības ieguldījums piesārņotāju izvadīšanā tika aprēķināts, pamatojoties uz masas bilanci, izmantojot specifiskas metodes, kas norādītas literatūrā.
2 Darbības vadības optimizācijas pasākumi
Darbības laikā tika īstenoti vairāki optimizācijas pasākumi, lai uzlabotu notekūdeņu stabilitāti un panāktu enerģijas un izmaksu ietaupījumu.
2.1 Uzlabota izšķīdinātā skābekļa (DO) kontrole
Esošie BIOLAK modernizēšanas projekti bieži atzīmē tā vājo zonējumu kā daudzpakāpju A/O variantu, kas noved pie zemas denitrifikācijas efektivitātes. Šajā projektā, vienlaikus nodrošinot notekūdeņu amonjaka slāpekļa atbilstību, maksimālais DO aerācijas zonas galā tika saglabāts 0,5–1,0 mg/L, kas ir zemāks par tradicionālajām DO kontroles prasībām.
2.2. Palielināta procesa datu uzraudzība
Lai vadītu DO kontroli un ārējā oglekļa avota dozēšanu, anaerobās zonas un BIOLAK tvertnes beigās tika uzraudzīts nitrātu slāpeklis un amonjaka slāpeklis, lai noteiktu optimālos kontroles diapazonus. Darbības laikā ārējā oglekļa avota dozēšana tika samazināta vai pārtraukta, kad nitrātu slāpeklis anaerobās zonas galā bija<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3. Iekšējo notekūdeņu kontroles mērķu iestatīšana
Lai nodrošinātu stabilu atbilstību, iekšējās kontroles mērķi tika noteikti 30–80% no izplūdes robežvērtībām, pamatojoties uz katra piesārņotāja kontroles grūtībām. Šo iekšējo robežu pārsniegšana izraisīja tūlītēju procesa parametru pielāgošanu, lai atgrieztu notekūdeņu koncentrācijas pieņemamā diapazonā. Ikgadējie ĶSP, amonjaka slāpekļa, kopējā slāpekļa un kopējā fosfora iekšējās kontroles mērķi bija attiecīgi 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L un 0,12 mg/L.
2.4. Atbilstošas dūņu koncentrācijas uzturēšana
Dūņu atkritumi tika pielāgoti, pamatojoties uz plūsmu, slodzi un sezonu. Dūņu aiztures laiks (SRT) tika uzturēts 15–25 dienas, un jauktā šķidruma suspendēto vielu (MLSS) koncentrācija bija 2500–4500 mg / l. Konkrēti, MLSS tika kontrolēts ar 2500–3500 mg/L vasarā un rudenī ar dūņu slodzi aptuveni 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d) un 3500–4500 mg/L ziemā un pavasarī ar dūņu slodzi aptuveni 0,04 kgSS·d/(kg MLSS·d).
2.5 Uzlaboto ārstēšanas vienību darbības regulēšana
Zema temperatūra ziemā ietekmēja flokulāciju un sedimentāciju. V-tipa filtru savlaicīga atmazgāšana var izraisīt paaugstinātu suspendēto vielu un ĶSP līmeni. Tāpēc ziemas darbības laikā tika palielināts pretskalošanas biežums, pamatojoties uz koagulācijas veiktspēju, un tika pastiprināta dūņu izvadīšana no koagulācijas-sedimentācijas tvertnes, lai samazinātu suspendēto cieto vielu koncentrāciju notekūdeņos.
3 Ārstēšanas veiktspēja
Ikgadējais ieplūstošais ĶSP svārstījās no 109 līdz 248 mg/l, vidēji 176 mg/l. Notekūdeņu ĶSP svārstījās no 9,5 līdz 20,1 mg/l, vidēji 12,1 mg/l. Kad notekūdeņu ĶSP pārsniedza iekšējās kontroles mērķi (15 mg/L), tika palielināts filtra atpakaļskalošanas biežums, lai samazinātu suspendēto cieto vielu daudzumu. Ieteicams uzlabot koagulācijas{10}sedimentācijas tvertni uz augsta{11}}blīvuma vai magnētiskās koagulācijas{12}}sedimentācijas tvertni, lai nodrošinātu labāku koagulācijas efektivitāti.
Ikgadējais ieplūstošais amonjaka slāpeklis bija robežās no 17,8 līdz 54,9 mg/l, vidēji 31,9 mg/l. Izplūdes amonjaka slāpeklis bija robežās no 0,12 līdz 1,30 mg/l, vidēji 0,5 mg/l. Kad tas pārsniedza iekšējās kontroles mērķi, aerācija tika pielāgota atbilstoši optimizācijas pasākumiem. Notekūdeņu kvalitāte visu gadu stabili atbilda galvenajiem kontroles apgabala ierobežojumiem *DB13/2795-2018*.
Zemās ieplūstošā oglekļa avota koncentrācijas dēļ galvenā uzmanība tika pievērsta procesa apstākļu optimizēšanai, lai uzlabotu slāpekļa un fosfora atdalīšanu, tādējādi cenšoties ietaupīt enerģiju un izmaksas.
3.1. DO kontroles optimizācija un kopējā slāpekļa noņemšana
Ikgadējais ieplūstošais kopējais slāpeklis (TN) bija robežās no 20,3 līdz 55,6 mg/l (sk.2. attēls), vidēji 42,1 mg/l. Izplūdes TN bija robežās no 2,5 līdz 14,2 mg/L, vidēji 8,8 mg/L, iekšējās kontroles mērķa robežās (12 mg/L). Vidējais TN noņemšanas rādītājs bija 79,1%. Ar dūņu pārstrādes koeficientu 90% (bez iekšējas jaukta šķidruma pārstrādes) teorētiskā denitrifikācijas efektivitāte bija 47,4%, norādot, ka denitrifikācija notika arī citās procesa zonās ārpus anaerobā selektora. Slāpekļa izmaiņas apstrādes procesā tipiskā ciklā ir parādītas3. attēls.
Tipiskā ciklā ieplūstošais TN bija 42,0 mg/l, bet amonjaka un nitrātu slāpekļa summa bija 35,2 mg/l. Pēc anaerobā selektora TN bija 16,7 mg/l, kā rezultātā masas bilances rezultātā tika iegūts 43,5% noņemšanas ātrums, kas atbilst teorētiskajai vērtībai. BIOLAK tvertne palīdzēja noņemt 24,0% TN. Notekūdeņu TN tika vēl vairāk samazināts sekundārajā sedimentācijas tvertnē, veicinot papildu 11,3 % noņemšanu, galvenokārt pateicoties tā ilgajam hidrauliskās aiztures laikam (8,6 stundas), kas nodrošina endogēnā oglekļa avota{10}}vadīto denitrifikāciju. Citas vienības veicināja 1,9% noņemšanu. Gala notekūdeņu TN bija 8,1 mg/L, un kopējais izvadīšanas ātrums bija 80,7%.
Darbības pieredze liecina, ka DO kontrolei ir izšķiroša nozīme TN noņemšanai BIOLAK procesā. Parastos procesos DO parasti mēra aerobās zonas galā kanāla struktūrā, kur DO visā šķērsgriezumā ir relatīvi vienmērīgs. Tomēr BIOLAK tvertnē aerācijas zonas gals ir gandrīz 70 metrus plats, un DO palielinās no nogāzes malas līdz centram, atšķiras par 0,5–1,0 mg/l. Tāpēc DO zondes atrašanās vieta prasa rūpīgu uzmanību.
Stingri kontrolējot maksimālo DO BIOLAK aerācijas zonas galā, tika efektīvi nodrošināta denitrifikācijai nepieciešamā anoksiskā vide. Tika panākta vienlaicīga nitrifikācija un denitrifikācija (SND), izmantojot endogēnos oglekļa avotus, kā rezultātā tika panākta efektīva TN noņemšana.
3.2. Kopējā fosfora noņemšana un darbības optimizācija
Ikgadējais ieplūstošais kopējais fosfors (TP) bija robežās no 1,47 līdz 4,80 mg/l (sk.4. attēls), vidēji 2,99 mg/l. Izplūdes TP bija robežās no 0,04 līdz 0,17 mg/l. Fosfora noņemšanas līdzekļa deva tika pielāgota, pamatojoties uz iekšējās kontroles mērķi (0, 12 mg / l). Vidējā notekūdeņu TP koncentrācija bija 0,07 mg/L, kas stabili atbilst izplūdes standartam, ar vidējo TP izvadīšanas ātrumu 98,3%.
Fosfātu izmaiņas apstrādes procesā tipiskā ciklā ir parādītas5. attēls.
Ieplūstošais fosfāts bija 2,70 mg/L, un atgriezes dūņu fosfāts bija 0,58 mg/L, padarot teorētisko fosfātu, kas nonāk anaerobajā selektorā, 1,70 mg/l. Pēc anaerobā fosfora atbrīvošanās no polifosfātu-akumulējošiem organismiem (PAO), fosfātu koncentrācija sasniedza 3,2 mg/l. Fosfātu koncentrācijas attiecība (maksimums anaerobajā zonā/ieplūstošā viela) bija 1,9, kas liecina par ievērojamu izdalīšanos. Galvenais iemesls bija efektīva denitrifikācija zema DO apstākļos, kā rezultātā zema nitrātu koncentrācija dūņās atgriezās anaerobajā zonā, saglabājot labu anaerobo vidi (ORP parasti zem -200 mV) un veicinot fosfora izdalīšanos.
Pēc BIOLAK aerācijas zonas notika ievērojama fosfora uzņemšana, samazinot fosfātu koncentrāciju beigās līdz 0,3 mg/L, panākot bioloģisko fosfora atdalīšanas efektivitāti 88,9%. Pēc sedimentācijas un stabilizācijas tvertnēm fosfātu koncentrācija palielinājās līdz 0,64 mg/l. Analīze liecina, ka tas bija saistīts ar ilgu HRT sedimentācijas tvertnē un stingri kontrolēto DO BIOLAK tvertnē, radot anaerobu stāvokli sedimentācijas tvertnē un izraisot sekundāru fosfora izdalīšanos. Pēc ķīmiskās dozēšanas koagulācijas blokā izplūdes fosfāts tika samazināts līdz 0,06 mg/l. Tāpēc, ņemot vērā ekonomiskās izmaksas un darbības sarežģītību, bioloģiskās fosfora atdalīšanas efektivitātes upurēšana, lai uzlabotu denitrifikāciju, ir dzīvotspējīga optimizācijas stratēģija līdzīgām iekārtām.
4 Darbības izmaksas
Tiešās ekspluatācijas izmaksas ietver elektrību, ķīmiskās vielas un dūņu apglabāšanu. Pamatojoties uz gada statistiku, īpatnējais elektroenerģijas patēriņš bija 0,66 kWh/m³. Ar elektrības cenu 0,65 CNY/kWh (pamatojoties uz maksimuma/maksimālā-maksimuma tarifu kombināciju), elektroenerģijas izmaksas bija 0,429 CNY/m³. Šis patēriņš saskaņā ar "Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu ekspluatācijas kvalitātes novērtēšanas standartu" ir augstāks, galvenokārt pateicoties nedaudz zemākai aerācijas sistēmas skābekļa izmantošanas efektivitātei. Ķīmiskās izmaksas, ieskaitot nātrija acetātu, fosfora atdalīšanas līdzekli, PAM, nātrija hipohlorītu un atūdeņošanas ķimikālijas, kopā bija 0,151 CNY/m³. Konkrēts lietojums un izmaksas ir norādītas2. tabula.
Dūņas rodas galvenokārt no bioloģiskiem un ķīmiskiem (koagulācijas tvertnes) avotiem. Augstspiediena plāksnes un rāmja filtrēšana tiek izmantota ar kaļķi un dzelzs hlorīdu kā kondicionēšanas līdzekļiem. Kaļķu deva ir aptuveni 25% no sauso dūņu svara. Atūdeņotās kūkas mitruma saturs ir 60%. Ikdienas atūdeņoto dūņu ražošana ir aptuveni 9 tonnas, ar īpatnējo sauso dūņu iznākumu aptuveni 0,15%. Dūņu transportēšanas izmaksas ir 250 CNY/t, kā rezultātā dūņu apglabāšanas izmaksas ir aptuveni 0,118 CNY/m³. Tāpēc kopējās tiešās ražošanas izmaksas ir 0,698 CNY/m³.
5 Secinājumi
① Notekūdeņu attīrīšanas iekārta Hebei provincē, kurā sadzīves notekūdeņu attīrīšanai izmantoja BIOLAK procesu, nepārtraukti darbojās vienu gadu ar notekūdeņu kvalitāti, kas stabili atbilda galvenajiem kontroles apgabala ierobežojumiem *DB13/2795-2018* (Quasi-Class IV virszemes ūdens standarts).
② Kā daudzpakāpju A/O procesa variants, kontrolējot maksimālo DO BIOLAK aerācijas zonas galā pie 0,5–1,0 mg/L, TN noņemšanas ātrums BIOLAK zonā ir 24,0% un sedimentācijas tvertnē – 11,3%. Tādējādi tika panākta vienlaicīga nitrifikācija{6}}denitrifikācija un endogēna oglekļa avota denitrifikācija, demonstrējot ievērojamu slāpekļa noņemšanas spēju.
③ BIOLAK procesa tiešās ekspluatācijas izmaksas bija 0,698 CNY/m³. Darbības optimizācijas pasākumi, tostarp procesa datu uzraudzība un saprātīgu iekšējās kontroles mērķu noteikšana, var sniegt atsauces darbības optimizēšanai un enerģijas/izmaksu ietaupījuma sasniegšanai līdzīgās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās.