Šalta temperatūra yra biologinio azoto pašalinimo priešas. Vandens temperatūrai nukritus žemiau 15 laipsnių, nitrifikuojančios bakterijos smarkiai sulėtina medžiagų apykaitą -, o dideliame aukštyje plonesnis oras padidina problemą sumažindamas deguonies perdavimo efektyvumą iki 22%. Šiame atvejo tyrime nagrinėjama, kaip 85 000 m³/d nuotekų valymo įrenginys Činghai{7}}Tibeto plokščiakalnyje 2 200 m aukštyje panaudojo MBBR technologiją, kad išlaikytų93–96% amoniako pašalinimas net 9 laipsnių temperatūroje, atitinkantis Kinijos 1A klasės nuotekų standartus-ištisus metus.
Projekto fonas
Šis NVĮ, esantis tankiai apgyvendintoje Qinghai{0}}Tibeto plokščiakalnio miesto vietovėje, iš pradžių buvo pradėtas eksploatuoti 2010 m. naudojant įprastą „biologinio disko + aeracijos bako“ procesą, skirtą tik COD ir amoniako šalinimui. Tuo metu nuotekos turėjo atitikti tik 1B klasės standartus pagal GB 18918-2002 -, tai buvo gana švelnus tikslas. Tačiau sparčiai urbanizuojant, didėjant išmetamųjų teršalų kiekiui ir laipsniškai griežtėjant aplinkosaugos taisyklėms, pagal kurias bendras azoto pašalinimas iki 1A lygio (NH₃-N mažesnis arba lygus 5 mg/L, TN mažesnis arba lygus 15 mg/l), gamyklą reikėjo skubiai modifikuoti. Iššūkis buvo ne tik techninis, bet ir fizinis: esamas bako tūris buvo fiksuotas, o išplėsti plotą nebuvo įmanoma, atsižvelgiant į tankią aplinkinę infrastruktūrą.
Modernizavimo strategija maksimaliai padidino azoto pašalinimą ribotoje rezervuaro geometrijoje. 1 kanalas ir pirmoji 2 kanalo pusė buvo paversti anoksine zona denitrifikacijai, o antroji 2 kanalo pusė ir 3 bei 4 kanalai buvo paskirti kaip aerobinė MBBR zona nitrifikacijai. Užuot pakeitę esamus aeravimo diskus, inžinierių komanda juos išlaikė ir įvedė MBBR laikmenas tiesiai į aerobinius kanalus - paversdama sistemąhibridinis integruotas fiksuoto{0}}aktyvaus dumblo (IFAS) procesas. Šis metodas sumažino modernizavimo sąnaudas ir tuo pačiu padidino esamas investicijas į infrastruktūrą.
Pagrindiniai dizaino parametrai
| Parametras | Vertė |
| Dizaino srautas | 85,000 m³/d |
| Vandens temperatūros diapazonas | 9–26 laipsniai (žiemą mažiausiai 9 laipsniai) |
| Įtakos COD | 350–500 mg/l |
| Įtekantis NH₃-N | 35–55 mg/l |
| Įtakingas TN | 45–70 mg/l |
| Aerobinis bakas HRT | 8,2 valandos |
| MBBR laikmenos užpildymo koeficientas | 30 % (terpės tūris / bako tūris) |
| Laikmenų specifikacija | PE cilindrinis laikiklis, Φ15 mm × 15 mm, 800 m²/m³, tankis 0,96 g/cm³ |
| Nuotekų tikslas (1A klasė) | COD mažesnis arba lygus 50, NH₃-N mažesnis arba lygus 5, TN mažesnis arba lygus 15, SS mažesnis arba lygus 10, BDS₅ mažesnis arba lygus 10 mg/l |
Nešiklio ir biofilmų mokslas
Neabejotinai nešiklio pasirinkimas yra vienintelis svarbiausias dizaino sprendimas šalto{0}}klimato MBBR programose. Šis projektas atrinko didelio -tankio polietileno (HDPE) cilindrinius laikiklius, o loginis pagrindas atskleidžia, kodėl laikiklio inžinerija yra daug svarbesnė, nei supranta dauguma operatorių.
Didelis savitasis paviršiaus plotas (800 m²/m³):Esant 30 % užpildymo koeficientui, efektyvus bioplėvelės paviršiaus plotas yra maždaug 240 m² vienam rezervuaro tūrio kubiniam metrui - maždaug 8–10 kartų daugiau nei gali pasiūlyti įprastas aktyvusis dumblas. Šis didžiulis paviršiaus plotas reiškia, kad reaktoriuje gali būti nitrifikatorių populiacijos tankis, kurio sustabdytos-augimo sistemos tiesiog negali prilygti, o tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios MBBR pranoksta žemoje temperatūroje. Net esant sumažėjusiam medžiagų apykaitos greičiui esant 9 laipsniams, didžiulis nitrifikatorių kiekis, pasiliekantis ant nešėjų, kompensuoja lėtesnę -ląstelių kinetiką.
Beveik{0}}neutralus plūdrumas (0,96 g/cm³):Dideliame aukštyje, kur atmosferos deguonies dalinis slėgis sudaro tik apie 78 % jūros lygio verčių, deguonies perdavimas jau yra pažeistas fizikos. Nešiklio tankis, esantis tiesiai po vandeniu, užtikrina, kad terpė liktų pakabinta ir laisvai cirkuliuotų su minimaliu aeracijos energijos sąnaudomis - yra esminis eksploatacinis ir ekonominis veiksnys, kai kiekviena ventiliatoriaus galios kWh turi įveikti tiek biologinį poreikį, tiek aukščio{4}}sukeliamą perdavimo neefektyvumą.
Apsaugota vidinio paviršiaus geometrija:Cilindrinė forma su vidiniu kryžminiu{0}}įtvirtinimu sukuria apsaugotą mikroaplinką, kurioje bioplėvelė maišymo metu yra apsaugota nuo hidraulinių šlyties jėgų. Ši apsauga leidžia susidaryti storesnėms, atsparesnėms bioplėvelėms - – tai yra esminis pranašumas šaltomis sąlygomis, kai bioplėvelės augimo greitis iš prigimties yra lėtas, o mikrobų bendruomenei reikia visų pranašumų, kad galėtų įsitvirtinti ir išlikti ilgais žiemos mėnesiais.
Šalto{0}}klimato nitrifikacijos mechanizmas
Esant žemai temperatūrai, biologinė nitrifikacija susiduria su trimis tarpusavyje susijusiais iššūkiais, kuriuos įprastinis aktyvusis dumblas stengiasi įveikti:
1. Sumažėjęs medžiagų apykaitos greitis:Amoniako -oksiduojančių bakterijų (AOB) ir nitritus -oksiduojančių bakterijų (NOB) specifinis augimo greitis yra žymiai mažesnis nei 15 laipsnių. Sustabdytoje -augimo sistemoje tai reiškia, kad nitrifikatorių populiacija gali būti tiesiogine prasme išplaunama iš reaktoriaus, jei kietųjų dalelių sulaikymo laikas (SRT) yra nepakankamas - matematinė neišvengiamybė, kai augimo greitis nukrenta žemiau išeikvojimo greičio. MBBR tai išsprendžia imobilizuodamas nitrifikatorius bioplėvelėje, kur efektyvus SRT gerokai viršija hidraulinio sulaikymo laiką. Net esant 9 laipsniams, populiacija išlieka stabili ir funkcionali.
2. Deguonies perdavimo apribojimas:2200 m aukštyje deguonies prisotinimo koncentracija vandenyje yra maždaug 22% mažesnė nei jūros lygyje, todėl sumažėja deguonies masės perdavimo iš dujų burbuliukų į skystį varomoji jėga. Bioplėvelės architektūra tai sušvelnina: išorinis aerobinis sluoksnis aktyviai sunaudoja turimą deguonį nitrifikacijai, išlaikydamas staigų koncentracijos gradientą, kuris maksimaliai padidina perdavimo efektyvumą, o vidinė anoksinė zona palaiko denitrifikaciją naudojant išoriniame sluoksnyje pagamintą nitratą.
3. Substrato difuzijos apribojimas:Šaltesnis vanduo yra klampesnis, o tai lėtina amoniako ir deguonies molekulinę difuziją į bioplėveles. Taikant MBBR metodą tai sprendžiama išlaikant ploną, metaboliškai aktyvų išorinį bioplėvelės sluoksnį (paprastai 150–300 μm), kuris sumažina difuzijos kelio ilgį ir užtikrina, kad substratas pasiektų nitrifikatorius net šaltame, klampiame vandenyje.
Veiklos rezultatai
Atnaujinta gamykla nuo pat eksploatacijos pradžios veikė stabiliai, o duomenys pasakoja įtikinamą istoriją. Toliau pateiktoje lentelėje pateikiami pagrindiniai našumo rodikliai sezoninėmis sąlygomis - ypač atkreipkite dėmesį, kaip mažai blogėja nuo vasaros iki žiemos.
1 lentelė: MBBR našumas sezoniniuose temperatūros diapazonuose
| Parametras | Vasara (20–26 laipsniai) | Žiema (9–13 laipsnių) | Metinis vidurkis |
| Nuotekų ChDS (mg/l) | 28–35 | 32–42 | 33 |
| COD pašalinimas (%) | 91–93 | 89–91 | 91 |
| Nuotekos NH₃-N (mg/l) | 0.8–1.5 | 1.8–3.2 | 1.6 |
| NH₃-N pašalinimas (%) | 96–98 | 93–96 | 96 |
| Nuotekų TN (mg/l) | 9–12 | 11–14 | 10.5 |
| TN pašalinimas (%) | 78–82 | 74–78 | 79 |
Žiemos našumas yra puikus: net esant 9 laipsniams,NH₃-N pašalinimas išliko didesnis nei 93 %su nuotekomis nuolat žemiau 3,2 mg/l - patogiai neviršijant 5 mg/l 1A klasės lubų. TN pašalinimas buvo 74–78%, atitinkantis 15 mg/l standartą. ChDS pašalinimas išliko stabilus – 89–91 %, o tai patvirtina, kad bioplėvelės sistemose heterotrofinis aktyvumas yra daug mažiau jautrus temperatūrai nei sustabdyto augimo konfigūracijoje.
Pagrindiniai sėkmės veiksniai
Maža-apkrova bioplėvele
Prieš prasidedant žiemai, įmonė sąmoningai laipsniškai sumažino organinių medžiagų apkrovą per 3 -sav. Kodėl tai svarbu? Esant mažesnei organinei apkrovai, heterotrofinės bakterijos -, kurios auga greičiau nei nitrifikatoriai -, netenka pirminio substrato, todėl lėčiau{6}}augančios nitrifikuojančios bakterijos turi konkurencinį pranašumą. Ši pre-aklimatizacijos strategija leido nitrifikatorių populiacijai pasiekti didžiausią tankį prieš nukritus temperatūrai, taip sukuriant biologinį buferį, kuris išlaikė efektyvumą šalčiausiais mėnesiais. Be šio žingsnio, nitrifikatoriai, patenkantys į žiemą mažiausiomis populiacijomis, parodytų daug didesnį našumo sumažėjimą.
Vežėjo išlaikymo dizainas
Prie bako išleidimo angos buvo sumontuoti nerūdijančio plieno pleištiniai{0}}laidiniai ekranai su tikslia 3 mm plyšio anga. Šis angos dydis buvo kruopščiai parinktas - pakankamai didelis, kad sumaišytos skystos suspenduotos kietosios medžiagos (MLSS) galėtų laisvai praeiti, bet pakankamai mažas, kad patikimai išlaikytų 15 mm skersmens nešiklius. Ekrano užsikimšimas, dažnas galvos skausmas atliekant MBBR operacijas, buvo apsaugotas naudojant automatinį pertraukiamą oro valymą, kuris pašalino visas susikaupusias kietąsias medžiagas, kol jos nesudarė kilimėlio.
Progresyvi aeracijos strategija
Aeracijos intensyvumas laipsniškai mažėjo nuo įleidimo iki išleidimo zonų, suderinant deguonies tiekimą su erdvėje kintančiu poreikiu. Įleidimo angoje, kur amoniako koncentracija yra didžiausia, didesnis aeracijos greitis skatina greitą nitrifikaciją. Išleidimo angos link sumažinta aeracija taupo energiją, išlaikant DO 2–3 mg/l nitrifikacijos zonose. Šis kūginis profilis bioplėvelėje taip pat sukuria mikro{5}gradientus, kurie skatinavienalaikė nitrifikacija{0}}denitrifikacija (SND)- Šventasis biologinio azoto šalinimo gralis -, kur aerobiniame išoriniame bioplėvelės sluoksnyje susidaręs nitratas pasklinda į vidų ir yra denitrifikuojamas anoksinėje šerdyje – visa tai viename nešiklyje.
Kryžminis-klimato palyginimas
Kuo Qinghai gamykla palyginama su MBBR įrenginiais šiltesnio klimato šalyse? 2 lentelėje pateiktas atsakymas - ir jis teikia daugiau vilčių, nei daugelis inžinierių tikėtųsi.
2 lentelė: MBBR našumo palyginimas įvairiose klimato zonose
| Parametras | Činghajus (šaltoji plynaukštė 9–26 laipsniai) | Šiaurės Kinija (vidutinė temperatūra 12–30 laipsnių) | Pietryčių Azija (tropinė 25–32 laipsniai) |
| Aukštis (m) | 2,200 | 50 | 5 |
| Žiemos NH₃-N pašalinimas (%) | 93–96 | 94–97 | 95–98 |
| PHT (valandomis) | 8.2 | 6.5 | 5.0 |
| Medijos užpildymo koeficientas (%) | 30 | 25 | 20 |
| Aeracijos energija (kWh/kg pašalintas COD) | 0.38 | 0.31 | 0.28 |
Duomenys patvirtina nuoseklų modelį: šalto-klimato MBBR sistemoms reikia vidutiniškai didesnio PHT (8,2 vspasiekti, kad apdorojimas būtų panašus į šilto{0}}klimato sistemas. 2–3 procentinių punktų skirtumas žiemos NH₃-N šalinimo tarp Činghajaus ir atogrąžų sistemų yra nepaprastai mažas, atsižvelgiant į 16–23 laipsnių temperatūros skirtumą. Tai yra galingas bioplėvelės{7}}pagrįsto azoto šalinimo, kaip klimatui{8}}atsparios technologijos, patvirtinimas.
Išmoktos veiklos pamokos
Paleidimas šaltu-oru-:Pradėti eksploatuoti žiemą yra sudėtingas, bet visiškai įmanomas naudojant subrendusios nitrifikacinės sistemos sėklų dumblą ir 4–6 savaičių padidinimo laikotarpį. Žemoje temperatūroje bioplėvelė susiformuoja ilgiau, tačiau susidariusi ji išsilaiko savaime. Bandymas sutrumpinti šį pripratimo laikotarpį visada sukelia prastus pradinius rezultatus.
Vežėjo maišymo optimizavimas:Esant 30 % užpildymo koeficientui, visiškai nešiklio cirkuliacijai pakanka 3–5 Nm³/m²·h aeracijos. Komanda nustatė, kad per didelis vėdinimas, viršijantis šį diapazoną, išeikvoja energiją nepagerinant maišymo - dažna klaida atliekant MBBR operaciją, kai operatoriai mano, kad „daugiau oro yra geresnis maišymas“.
Bioplėvelės storio stebėjimas:Periodiškas bioplėvelės storio matavimas naudojant nešiklio mėginius ir mikroskopiją - taikant 150–300 μm - pasirodė esąs būtinas norint optimizuoti SRT ir užkirsti kelią per dideliam bioplėvelės kaupimuisi. Dėl storesnių nei 300 μm bioplėvelių gali atsirasti anaerobinių zonų, kurios gali sukelti slydimą ir nenuspėjamus veikimo svyravimus.
Žiemos putojimo kontrolė:Paleidimas šaltais mėnesiais gali sukelti nedidelį gijinį putojimą dėl mažo maisto-ir -mikroorganizmų (F/M) santykio. Gamykloje tai buvo kontroliuojama naudojant dumblo švaistymą ir laikiną anti-putų dozavimą -, o tai buvo nedidelis veiklos nepatogumas, kuris neturėtų atgrasyti gamyklų nuo paleidimo žiemą.
Išvada
Qinghai projektas įtikinamai parodo, kad MBBR technologija gali užtikrinti patikimą, didelio{0}}efektyvumo azotą šalinant šaltoje plokščiakalnio aplinkoje, kur įprastam aktyvusiam dumblui būtų sunku atitikti šiuolaikinius išleidimo standartus. Keturios pagrindinės techninės priemonės - didelio-specifinio-paviršiaus-HDPE nešikliai, kurie išlaiko lėtai-augančius nitrifikatorius, bioplėvelės architektūra, palaikanti vienalaikį nitrifikaciją-denitrifikaciją, išankstinio-žiemos aklimatizavimo strategijas ir mikroklimatizavimo strategijas, kurios sukuria atkuriamąsias komunikacijas. energijos naudojimas - sudaro pakartojamą sistemą, kurią su panašiais iššūkiais susiduriantys augalai gali drąsiai priimti.
Inžinieriams ir gamyklos vadovams, dirbantiems su šaltu klimatu, dideliais aukščiais, ribotais pėdsakais arba griežtėjančiomis azoto išleidimo ribomis, MBBR siūlopatikrintas, ekonomiškas{0}}remonto būdaskuriai nereikia didelių statybos darbų ar išplėstos talpyklos.
Nurodykite didelio{0}}našumo MBBR laikmeną, skirtą jūsų šalto-klimato programai
„Juntai Plastic“ gamina HDPE MBBR laikiklius su 800 m²/m³ apsaugoto paviršiaus ploto, sukurtus šaltam-klimatui ir dideliam{2}} nuotekoms valyti. Mūsų laikikliai turi patentuotą cilindrinę geometriją su vidiniu kryžminiu-tvirtinimo tvirtinimu, užtikrinančiu maksimalų bioplėvelės sulaikymą ir minimalius šlyties nuostolius - ir visapusišką techninę pagalbą nuo proceso projektavimo iki paleidimo.