Xin'an Qianhe vandens kokybės valymo įrenginio projektavimo ir praktikos atnaujinimas, pagrįstas AAOAO{0}}MBBR procesu ir ozono oksidavimu
Čingdao, kaip pagrindinis nacionalinis pakrantės centrinis miestas, pasiekė reikšmingų ekologinio valdymo rezultatų. Tačiau, palyginti su aukščiausio lygio-tarptautiniais didmiesčiais, miesto vandens aplinkos valdymo sistema vis dar susiduria su struktūriniais iššūkiais.
Šiuo metu yra spragų tarp drenažo vamzdžių tinklo aprėpties, nuotekų valymo įrenginių eksploatavimo efektyvumo ir visuomenės lūkesčių dėl aukštos{0}kokybės vandens aplinkos. Taip pat yra toli nuo ekologinės vizijos – „Gražaus Čingdao“ pastatymo įgyvendinimo.
Siekdamas išspręsti šiuos iššūkius, Čingdao mieste reikia skubiai įgyvendinti sistemingas priemones, tokias kaip mokslinis planavimas, optimizuotas išteklių paskirstymas ir sustiprintos investicijos į infrastruktūrą. Šiomis pastangomis siekiama visapusiškai didinti nuotekų surinkimo tinklo ir terminalo valymo pajėgumų efektyvumą, taip įtvirtinant ekologinį pagrindą darniam miesto vystymuisi.
Xin'an Qianhe vandens kokybės valymo gamyklos projektas yra Vakarų pakrantėje, naujajame Čingdao rajone. Jo suprojektuotas valymo pajėgumas yra 50 000 m³ per dieną, bendras aikštelės plotas – 33 154 m², o bendros investicijos – 182,4 mln. juanių. Projekto galimybių studijos ataskaita buvo parengta 2021 m. kovą, preliminarus projektas ir biudžetas patvirtintas tų pačių metų birželį, o statybos oficialiai pradėtos 2023 m. balandį. Šiuo metu jis yra statybos etape. Pradiniame projekte buvo reikalaujama, kad pagrindiniai nuotekų parametrai atitiktų V klasės standartus, nurodytus GB 3838-2002 „Paviršinio vandens aplinkos kokybės standartai“, o bendrojo azoto (TN) ir kiti rodikliai turėjo atitikti GB 18918-2002 „Komunalinių nuotekų valymo plano teršalų išleidimo standartas“ A klasės standartus.
2022 m. kovo mėn. Čingdao vandens reikalų administracija išleido „Pranešimą apie miesto nuotekų valymo įrenginių Čingdao mieste modernizavimo ir atnaujinimo darbus“. Šiame pranešime reikalaujama, kad valymo įrenginiai aplink Jiaozhou įlanką, Bohai įlanką ir palei upes būtų atnaujinti, padidinant išleidimo standartą iki beveik -IV klasės paviršinio vandens kokybės, o nuotekų TN kontroliuojamas 10–12 mg/l. Šios politikos išleidimas įvyko nuo projekto preliminaraus projekto patvirtinimo (2021 m. birželio mėn.) iki fizinės jo pradžios (2023 m. balandžio mėn.), todėl atsirado techninis atotrūkis tarp jau patvirtintų originalių projektavimo standartų ir naujausių aplinkosaugos reikalavimų. Kaip naujas nuotekų valymo įrenginys Vakarų pakrantės naujajame rajone, siekiant užtikrinti atitiktį užbaigus, tapo būtina vienu metu atlikti proceso optimizavimą statybos etape ir parengti ekonomiškai pagrįstą atnaujinimo planą, atliekant galimybių studijas.
1. Proceso schemos projektavimas ir parinkimas
1.1 Suprojektuota nuotekų kokybė
Projekto nuotekų standartai buvo atnaujinti iš kvazi{0}}V klasės į kvazi-IV klasės paviršinio vandens kokybę. Reikėjo priimti pagrįstus techninius sprendimus, siekiant dar labiau sumažinti tokių rodiklių kaip BDS, COD reikšmesCr,TN, NH₃-N ir TP nuotekose. Konkreti analizė parodyta1 lentelė.
1.2 Inžinerinės techninės schemos pasirinkimas
Statomos gamyklos proceso eiga parodyta1 pav.
Statomoje gamykloje taikomas procesas „Parengiamasis apdorojimas + modifikuotas AAOAO biocheminis bakas + antrinis nusodinimo bakas + didelio-efektyvumo sedimentacijos bakas + V-tipo filtras + ozono oksidacija“. Konstrukcijų išdėstymas kompaktiškas, nepaliekant žemės pertekliaus atnaujinimo projektui, todėl turi būti remiamasi vykstančiomis statybomis. Atnaujinant pirmiausia siekiama pašalinti teršalus, tokius kaip ChDSKr, NH₃-N, TN ir TP. Buvo pasiūlytos dvi lyginamosios schemos, kaip išsamiai aprašyta2 lentelė.
1 schema: AAOAO-MBBR + didelio-efektyvumo sedimentacijos bako procesas
- Biocheminės sistemos modifikavimas: optimizuokite statomo AAOAO biocheminio rezervuaro struktūrą. Padidinkite denitrifikacijos pajėgumą plečiant anoksinės zonos tūrį. Tuo pačiu metu aerobinėje zonoje pridėkite MBBR nešiklius, kad susidarytumėte sudėtinį procesą, sustiprintumėte NH₃-N ir TN biocheminį pašalinimo efektyvumą.
- Fizikinės ir cheminės sistemos atnaujinimas: optimizuokite didelio{0}}efektyvaus sedimentacijos bako rezervuaro struktūrą ir pagalbinės įrangos parametrus, kad užtikrintumėte stabilų TP atitiktį.
- Pažangus gydymo patobulinimas: Padidinkite dozę ozono oksidacijos bloke, kad toliau skaidytumėte ugniai atsparias organines medžiagas ir užtikrintumėte ChDSKrišleidimo atitiktis.
2 schema: didelio{1}}efektyvumo sedimentacijos bakas + denitrifikacinis giluminio sluoksnio filtro procesas
- Veikimo režimo optimizavimas: Išsaugokite pirminę AAOAO biocheminio rezervuaro struktūrą. Pridėkite reguliuojamus aeravimo įrenginius į po-anoksinę zoną, kad dinamiškai perjungtumėte anoksinį / aerobinį režimą pagal įtekėjimo kokybę ir užtikrintumėte NH₃-N gydymo efektyvumą.
- Fizikinės ir cheminės sistemos atnaujinimas: optimizuokite didelio{0}}efektyvaus sedimentacijos bako rezervuaro struktūrą ir pagalbinės įrangos parametrus, kad užtikrintumėte stabilų TP atitiktį.
- Denitrifikacinio filtro pritaikymas: konvertuokite V-tipo filtrą į denitrifikuojantį giluminį filtrą, naudodami anglies šaltinio dozavimą, kad pagerintumėte TN pašalinimo galimybes.
- Pažangus gydymo patobulinimas: Padidinkite dozę ozono oksidacijos bloke, kad toliau skaidytumėte ugniai atsparias organines medžiagas ir užtikrintumėte ChDSKrišleidimo atitiktis.
Abi schemos gali atitikti azoto ir fosforo šalinimo reikalavimus. 1 schemoje naudojami biocheminio rezervuaro pakeitimai, siekiant pašalinti TN. Jo pranašumas yra visiškas įtekančio anglies šaltinio panaudojimas. Kai įtekamoji TN svyruoja, išorinis anglies šaltinis taip pat gali būti įtrauktas į anoksinę zoną, kad būtų pašalintas TN. Palyginimui, 2 schemoje naudojamas denitrifikacinis gilaus sluoksnio filtras reikalauja naudoti išorinį anglies šaltinį ir reikalauja ilgalaikio mikrobų aktyvumo palaikymo filtre, todėl padidėja eksploatavimo išlaidos. Nors abiejų schemų investicijų į statybą sąnaudos yra palyginamos, remiantis įvairiais aspektais, įskaitant veiklos sąnaudų kontrolę, proceso stabilumą ir anglies šaltinio panaudojimo efektyvumą, 1 schema-, kuri siūlo ir ekonominį efektyvumą, ir veiklos lankstumą, galiausiai buvo pasirinkta kaip atnaujinimo projekto įgyvendinimo procesas.
2. Pagrindiniai inžinerinio projektavimo taškai
2.1 Biocheminės sistemos modifikavimas
Pagrindinė MBBR proceso technologija yra veiksmingo pakabinamų nešėjų judėjimo suskystinimu per dizainą pasiekimas, taip žymiai padidinant sistemos biologinį teršalų skaidymo efektyvumą. Šią proceso sistemą sudaro penki pagrindiniai elementai: didelio-mechaninio-stiprumo bioplėvelės laikikliai, pritaikyta hidraulinio bako struktūra, kryptinė aeravimo sistema, tikslus perėmimo ekrano įtaisas ir skysčio varomoji įranga. Remiantis sureguliuotais rezervuarų tūriais ir 20 000 m³/d nuotekų valymo įrenginių (MBBR) nuomos projekto regioninėje nuotekų sistemoje projektiniais parametrais, apskaičiuotas bendras reikalingas kabančių nešėjų efektyvus paviršiaus plotas yra apie 2 164 000 m². Suprojektuotas efektyvusis MBBR laikiklių savitasis paviršiaus plotas yra didesnis nei 750 m²/m³. Modifikuoto AAOAO-MBBR bako tūrio konstrukcijos skaičiavimo lentelė parodyta3 lentelė.
2.2 Fizikinės ir cheminės sistemos atnaujinimas
Didelio{0}}efektyvumo sedimentacijos bakas sukurtas veikti dviejose lygiagrečiose grupėse. Šio įrenginio renovacijai taikoma proceso paketo forma, o įrangos tiekėjas suteikia visas -proceso technines garantijas ir našumo įsipareigojimus. Pagrindiniai proceso parametrai ir įrangos konfigūracijos yra tokios.
Krešėjimo bakas susideda iš dviejų grupių su 4 skyriais. Suprojektuotas vieno skyriaus dydis yra 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Didžiausias sulaikymo laikas yra maždaug 3,8 minutės, o greičio gradientas (G) didesnis arba lygus 250 s-¹. Kiekvienas maišytuvas sukonfigūruotas taip, kad vieno{10}}vieneto galia būtų 4 kW.
Flokuliacijos bakas susideda iš dviejų grupių, kurių iš viso yra 2 skyriai. Suprojektuotas vieno skyriaus dydis yra 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Didžiausias sulaikymo laikas yra maždaug 8,3 minutės. Vidinis traukos vamzdžio skersmuo yra 2575 mm. Jis sukonfigūruotas su Φ2 500 mm turbinos{13}}tipo maišytuvais, kurių kiekvieno galia yra 7,5 kW.
Sedimentacijos rezervuaras susideda iš dviejų grupių. Nuožulnus vamzdžio plotas vienai grupei yra apie 84 m². Sedimentacijos rezervuaro skersmuo yra 11,7 m. Suprojektuota vidutinė hidraulinė apkrova ant pasvirusio vamzdžio paviršiaus yra 12,4 m³/(m²·h), o didžiausia vertė – 16,1 m³/(m²·h). Vidutinė sedimentacijos zonos hidraulinė apkrova yra 7,6 m³/(m²·h), o didžiausia vertė – 9,9 m³/(m²·h).
Cheminių medžiagų dozavimo sistema sukonfigūruota taip: Komercinis polialiuminio chlorido (PAC) skystis (10 % Al2O3) yra suprojektuotas kaip koaguliantas, dozuojamas keliuose taškuose koaguliacijos bako įtekamojoje dalyje. Suprojektuota didžiausia dozė yra 300 mg/l, o vidutinė dozė yra 150–200 mg/l. Naudojami mechaniniai membraniniai dozavimo siurbliai, sukonfigūruoti su 10 -kartų tinkline skiedimo sistema. Anijoninis poliakrilamidas (PAM) sukurtas kaip flokuliantas, dozuojamas didelio{15}}efektyvumo sedimentacijos rezervuaro flokuliacijos skyriuje. Naudojamas visiškai automatinis nuolatinio PAM tirpalo ruošimo ir dozavimo agregatas, kurio tirpalo koncentracija yra 2 g/l. Numatyta didžiausia dozė yra 0,6 mg/l, o vidutinė dozė yra 0,3 mg/l. Dozavimo siurbliai yra sraigtiniai dozavimo siurbliai, kuriuose taip pat yra 10 kartų internetinė skiedimo sistema.
2.3 Bandomasis-Ozono oksidacijos eksperimento patikrinimas
Siekiant patikrinti, ar atnaujintos gamyklos nuotekos stabiliai atitinka IV klasės paviršinio vandens standartus (CDS koncentracija mažesnė arba lygi 30 mg/l), šiame tyrime 2024 m. birželio mėn. tyrimo objektu buvo pasirinktos antrinės nuotekos iš Lianwanhe vandens kokybės valymo gamyklos pirmosios ir antrosios fazės. 2024 m. birželio mėn. atliekami. Eksperimentu buvo siekiama įvertinti šio proceso pritaikomumą Xin'an projekto projektavimui ir tikslo pasiekiamumą.
Šiame eksperimente Lianvanės gamykloje buvo naudojamas nedidelis{0}}smėlio filtravimo įrenginys (apdorojimo našumas 1,5 m³/h). Vietoje buvo įrengtas bandomasis-ozono oksidacijos reakcijos įrenginys (bokštinis reaktorius, efektyvus tūris 0,5 m³). Esamos antrinės sedimentacijos rezervuaro nuotekos buvo filtruojamos mažu smėlio filtru, tada pakeltos siurbliu, kad iš viršaus patektų į ozono oksidacijos bokštą. Ozono oksidacinis poveikis buvo panaudotas ugniai atsparioms organinėms medžiagoms pašalinti iš įtekančio vandens, taip dar labiau sumažinant ChDS.
2.3.1 „Smėlio filtravimo + ozono oksidacijos“ atlikimas, kai ozono dozė yra 20 mg/l ir PHT 30 min.
Šio tyrimo etapo metu įtekančioje ChDS koncentracija svyravo nuo 38,2 iki 43,4 mg/l, o vidutinė – 40,4 mg/l. Po apdorojimo smėlio filtravimo + ozono oksidacijos procesu galutinis nuotekų ChDS buvo vidutiniškai 28,8 mg/l. Eksperimento metu nustatyta, kad kai ChDS koncentracija buvo didelė, vis tiek pasitaikė atvejų, kai nuotekų ChDS neatitiko standarto. Be to, galutinė nuotekų spalva iš bandomojo bandymo išliko aukštesnė nei įtekančio vandens spalva, neatitiko išleidimo standarto. Išsami informacija parodyta2 paveikslas (a).
2.3.2 "Smėlio filtravimo + ozono oksidacijos" atlikimas, kai ozono dozė yra 25 mg/l ir PHT 30 min.
Siekiant dar labiau pagerinti COD pašalinimą ir sumažinti nuotekų spalvą, šioje fazėje buvo toliau didinama ozono dozė, išlaikant PHT 30 min. Šioje eksperimentinėje fazėje įtekančio COD koncentracija svyravo nuo 36,3 iki 46,2 mg/l, vidutiniškai 40,4 mg/l. Po gydymo COD koncentracija sumažėjo iki 28 mg/l. Galutinė bandomojo bandymo nuotekų spalva vis tiek išliko aukštesnė už įtekamąją, neatitiko išleidimo standarto. Išsami informacija parodyta2 pav. b).
2.3.3 "Smėlio filtravimo + ozono oksidacijos" atlikimas, kai ozono dozė yra 30 mg/l ir PHT 30 min.
Esant 30 mg/l ozono dozei ir 30 min PHT, „Smėlio filtravimo + ozono oksidacijos“ procesas parodė gerą antrinių nuotekų ChDS valymo efektyvumą. Šioje bandymo fazėje įtekančio COD koncentracija svyravo nuo 38,2 iki 42,2 mg/l, vidutiniškai 40,2 mg/l. Po apdorojimo nuotekų ChDS koncentracija išliko stabili mažesnė nei 30 mg/l, o vidutiniškai 26 mg/l. Šiame etape procesas taip pat parodė gerą spalvų šalinimo efektyvumą, matuojama spalva nuolat mažesnė nei 20, stabiliai atitinkanti iškrovos standartą. Išsami informacija parodyta2 pav. c).
2.3.4 Eksperimentinė išvada
Remiantis eksperimentiniais rezultatais, esant optimalioms reakcijos sąlygoms, ozono dozės (30 mg/L) ir COD pašalinimo (12,2 mg/L) santykis ozono apdorojimo bloke buvo 2,45:1,00.
Bandomasis eksperimentas įrodė, kad pažangus valymo procesas „Smėlio filtravimas + ozono oksidacija“ gali veiksmingai sumažinti reprezentatyvių antrinių Lianvanės gamyklos nuotekų ChDS vertę. Todėl „Smėlio filtravimo + ozono oksidacijos“ proceso taikymas kaip pažangus Xin'an Qianhe projekto valymo procesas yra gerai įgyvendinamas ir gali užtikrinti, kad projekto nuotekų ChDS išliks stabilus, mažesnis nei 30 mg/l.
3. Išvada
Šiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama trims pagrindiniams modifikavimo moduliams: biocheminio apdorojimo sistemoje taikomas AAOAO-MBBR hibridinis (sustabdytas ir prijungtas augimas) procesas; fizikinio ir cheminio apdorojimo įrenginys optimizuoja rezervuaro struktūrą ir įrangos pasirinkimą didelio efektyvumo sedimentacijos bakui; o išplėstinio gydymo nuoroda patvirtinama atliekant bandomąjį-ozono oksidacijos eksperimentą.
Sinergiškai optimizuojant šią proceso grandinę, sukuriama visa proceso apdorojimo sistema „Biocheminis patobulinimas – fizinis ir cheminis patobulinimas – pažangi apsauga“. Tuo pačiu metu šis inžinerinis projektas atitinka objektyvų vykdomo projekto statybos faktą, todėl būtina koordinuotai optimizuoti visų konstrukcijų statybų sekas, kad būtų maksimaliai išnaudoti esami įrenginiai ir sumažintas renovacijos darbų krūvis.
Projekte naudojamas statomos gamyklos nuotekų kokybės standartas kaip projektavimo įtakos kokybės etalonas. ChDS išmetimo koncentracijosKr, BDS₅, NH₃-N ir TP turi atitikti IV klasės standartus (TN Mažiau arba lygus 10/12 mg/L), nurodytus GB 3838-2002 „Paviršinio vandens aplinkos kokybės standartai“. Kiti rodikliai turi atitikti GB 18918-2002 „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartas“ A klasės standartus. Šio modernizavimo projekto projektinis mastas yra 50 000 m³/d, bendra investicija – 27,507 mln. juanių, eksploatacinės išlaidos – 0,3 juanio/m³, bendros išlaidos – 0,39 juanio/m³, o eksploatavimo vandens kaina – 0,45 juanio/m³.