Miesto nuotekų valymo įrenginio modernizavimo ir rekonstrukcijos MBBR+ACCA proceso atvejo analizė
Atsižvelgiant į klestinčią Kinijos ekonomiką, industrializacijos ir urbanizacijos tempai labai paspartėjo. Šį procesą neišvengiamai lydi kasmet-palyginti su-pramoninių nuotekų ir buitinių nuotekų išleidimu didėjantis kiekis, didinantis vandens taršos problemas ir paveikiantis tvarią Kinijos ekologinės civilizacijos statybą. Visapusiškai įgyvendinus Vandens taršos prevencijos ir kontrolės veiksmų planą, visoje šalyje miesto nuotekų valymo įrenginiams nustatyti griežtesni išleidimo reikalavimai. Vietiniai standartai kai kuriuose miestuose pasiekė kvazi-IV klasės vandens kokybę, o į jautrius vandens telkinius išleidžiamų nuotekų tam tikri individualūs rodikliai palaipsniui artėja prie III klasės paviršinio vandens standarto. Tačiau liekamieji teršalai miesto nuotekose po biologinio valymo pirmiausia yra ne-biologiškai skaidūs organiniai junginiai, kurių biologinis skaidymasis yra prastas. Pasikliauti vien tradicinėmis biologinio pagerinimo technologijomis tapo nepakankama, kad būtų laikomasi vis griežtesnių emisijos standartų.
Aktyvuotas koksas turi labai išvystytą mezoporinę sistemą, galinčią adsorbuoti stambiamolekulinius teršalus vandenyje. Dėl didelio mechaninio stiprumo, stabilumo, gerų adsorbcijos savybių ir santykinai ekonomiškų sąnaudų jis buvo plačiai naudojamas pramoninių nuotekų, kurias sunku biologiškai skaidyti, valymui. Pastaraisiais metais filtravimo technologija, naudojanti aktyvuotą koksą kaip terpę, taip pat buvo pritaikyta pažangiam komunalinių nuotekų valymui, o tai leidžia pasiekti gerų rezultatų galutinai pašalinant teršalus. Sujungęs inžinerinį pavyzdį iš Henano provincijos nuotekų valymo įrenginio modernizavimo projekto, autorius priėmė MBBR+ACCA (aktyvinto kokso cirkuliacinės adsorbcijos) procesą, kad pagerintų miesto nuotekų valymą. Nuotekų COD, NH₃-N ir TP rodikliai atitiko GB 3838-2002 III klasės vandens standartą, o tai yra nuoroda į kitų nuotekų valymo įrenginių atnaujinimo projektus.
1. Pagrindinė nuotekų valymo įrenginio padėtis
Bendras šio nuotekų valymo įrenginio projektinis pajėgumas yra 50 000 m³/d, iš kurių I fazės projektinis pajėgumas yra 18 000 m³/d, o II fazės projektinis pajėgumas – 32 000 m³/d. Jis pirmiausia valo miesto buitines nuotekas ir nedidelį kiekį pramoninių nuotekų. Atnaujinimas buvo baigtas 2012 m., o nuotekos atitiko 1A klasės komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartą GB 18918-2002 m. Pagrindinis procesas yra kelių-pakopų AO + denitrifikacijos filtras + didelio tankio sedimentacijos bakas. Proceso eiga parodyta1 pav.
Šiuo metu nuotekų valykla veikia beveik visu pajėgumu. Remiantis dabartiniais eksploatavimo duomenimis, gerai prižiūrint gamyklą, nuotekų kokybė gali būti stabiliai palaikoma pagal GB 18918-2002 1A klasės standartą. ChDS, BDS5, NH3-N, TN ir TP koncentracijos nuotekose svyruoja nuo 21,77–42,34 mg/l, 1,82–4,15 mg/l, 0,13–1,67 mg/l, 8,86–15,74 mg/l ir atitinkamai 0,4, 2,19 mg/l.
Prieš atnaujinimą gamykla susidūrė su šiomis problemomis: 1) Senstantis ir pažeisti ekranai pirminio apdorojimo skyriuje pateko į biologinius rezervuarus plūduriuojančias šiukšles, kurios lengvai užkimšo siurblius ir turėjo įtakos tolesniam apdorojimui; 2) Nestabilus TN šalinimas esant žemai žiemos temperatūrai ir dideliems vandens kokybės ir kiekio svyravimams; 3) Nepakankamas rezervuaro tūris I fazės biologiniuose rezervuaruose ir nepagrįstas anoksinės zonos padalijimas, dėl kurio sumažėja TN šalinimo efektyvumas ir didelė cheminių medžiagų dozė vėlesniam anglies šaltinio papildymui; 4) Originalioje aeravimo sistemoje buvo naudojami pasenę tradiciniai išcentriniai pūstuvai, sunaudojantys daug energijos; 5) Stiprus filtravimo terpės užsikimšimas denitrifikaciniuose filtruose, nebaigtas atgalinis plovimas ir stabilaus veikimo sunkumai; 6) dažni maišymo ir maišymo įrangos gedimai didelio-tankio sedimentacijos rezervuaruose; 7) dažni dviejų esamų juostinių filtrų presų, skirtų dumblo nusausinimui, gedimai, didelis nusausinto dumblo drėgmės kiekis, didelis dumblo tūris ir didelės dumblo šalinimo išlaidos; 8) Nepakankama kvapų kontrolės įranga pirminio apdorojimo ir dumblo apdorojimo sistemoms; 9) Pasenusi centrinė valdymo sistema su ribota duomenų saugojimo talpa ir daugumos nuotolinio valdymo funkcijų praradimu.
2. Vandens kokybės projektavimas
Atsižvelgiant į daugelį metų eksploatuojamus įrenginio vandens kokybės duomenis su 90% patikimumo lygiu ir įskaitant tam tikrą maržą, buvo nustatyta projektinė įtakos kokybė. Remiantis priimančiojo vandens telkinio aplinkos kokybės reikalavimais, atnaujintos nuotekos ChDS, BDS₅, NH₃-N ir TP turi atitikti GB 3838-2002 III klasės vandens standartą, o TN ir SS atitiks pradinį standartą. Projektinės įtekėjimo ir nuotekų savybės parodytos1 lentelė.
3. Koncepcijos ir proceso eigos atnaujinimas
3.1 Atnaujinimo koncepcija
Atsižvelgiant į projektuojamą nuotekų kokybę, šis atnaujinimas nustato aukštesnius COD, BDS₅, NH₃-N ir TP reikalavimus. Atsižvelgiant į dabartinį gamyklos procesą, vandens kokybės charakteristikas ir esamas problemas, pagrindinis dėmesys skiriamas geresniam COD, NH₃-N ir TP pašalinimui, kartu užtikrinant stabilų TN pašalinimą. Be to, dėl ribotos erdvės esamoje gamykloje būtina visapusiškai išnaudoti esamų struktūrų potencialą atnaujinant įrangą, intensyvinant procesus ir renovuojant, siekiant efektyviai pašalinti ChDS, NH₃-N, TN ir TP. Todėl naudojant originalius daugiapakopius AO bakus ir pridedant pakabinamų laikiklių, kad susidarytų hibridinė bioplėvelė-aktyvusis dumblas, MBBR procesas gali veiksmingai pagerinti apdorojimo stabilumą ir atsparumą smūgiams. Ilgas bioplėvelės dumblo amžius ant nešėjų yra tinkamas nitrifikatorių augimui ir aukštų nitrifikatorių koncentracijų palaikymui, žymiai padidindamas sistemos nitrifikacijos pajėgumą. Tanki bioplėvelė, esanti nešiklio viduje, turi ilgą dumblo senėjimą, joje yra daug nitrifikuojančių ir denitrifikuojančių bakterijų, todėl vienu metu vyksta nitrifikacija{10}}denitrifikacija (SND) ir taip sustiprinamas TN pašalinimas. Taigi MBBR procesas puikiai{12}}tinka šios gamyklos atnaujinimui.
Remiantis panašia atnaujinimo projekto patirtimi, siekiant užtikrinti stabilų COD ir TP atitiktį, be esamo proceso kartu su MBBR vis dar reikia papildomų apsauginių apdorojimo įrenginių. Aktyvuotas koksas, kaip akyta medžiaga, pasižymi geresnėmis adsorbcijos savybėmis, palyginti su aktyvuota anglimi, efektyviai pašalindama COD, SS, TP, spalvą ir kt. Be to, biologiškai aktyvuotas koksas gali panaudoti prisitvirtinusius mikroorganizmus organinėms medžiagoms skaidyti, o tai leidžia regeneruoti adsorbcijos vietas adsorbuojant teršalus. Šis dinaminės pusiausvyros mechanizmas leidžia užtikrinti nuolatinį ir stabilų sistemos veikimą. Aktyvinto kokso cirkuliacinės adsorbcijos (ACCA) procese kaip terpė naudojamas aktyvuotas koksas, integruojantis filtravimą ir adsorbciją. Filtro terpei pakelti ir išvalyti naudojamas suslėgtas oras. Dėl atvirkštinio-srauto zonavimo ir vienodo srauto dizaino užtikrinamas visiškas aktyvuoto kokso ir nuotekų kontaktas, pasiekiamas didžiausias vandens kokybės pagerėjimas ir užtikrinamas stabilus nuotekų atitikimas.
Dėl pasenusios ir sugedusios gamyklos įrangos jie bus pakeisti technologiškai pažangia,{0}}efektyviai energiją vartojančia įranga, siekiant sumažinti eksploatavimo išlaidas. Tiksliau, išankstinio apdorojimo tinkleliai bus pakeisti viduje tiekiamais plonais tinkleliais, kad būtų galima sulaikyti plaukus ir pluoštus, kad būtų išvengta MBBR nešiklio sulaikymo ekranų užsikimšimo.
3.2 Proceso eiga
Atnaujintas proceso srautas parodytas2 pav. Siekiant patenkinti galvos reikalavimus, buvo pridėta nauja pakeliama siurblinė. Naujai sukonstruotas V-tipo filtras naudojamas kaip išankstinio apdorojimo įrenginys vėlesniam aktyvuotam kokso adsorbcijai, užtikrinantis ACCA sistemos stabilumą. Neapdorotas vanduo praeina per sietus ir smėlio kameras, kad pašalintų plūduriuojančias medžiagas, plaukus ir kietąsias daleles, prieš patenkant į hibridinius MBBR biologinius rezervuarus, kad būtų pagerintas azoto pašalinimas. Tada sumaišytas skystis patenka į antrinius skaidrintuvus kietosioms dalelėms atskirti. Supernatantas per naują siurblinę pakeliamas į denitrifikacinius filtrus ir didelio{6}}tankio sedimentacijos rezervuarus. Tada naujos siurblinės nuotekos pakeliamos į V-tipo filtrą ir dvi-pakopų aktyvuotas kokso adsorbcijos rezervuarus, skirtus pažangiam valymui, toliau pašalinant COD, TP, SS, spalvą ir kt. Galutinės nuotekos dezinfekuojamos prieš išleidžiant.
4. Pagrindinių gydymo įrenginių projektiniai parametrai
4.1 Biologiniai rezervuarai
Esami I fazės biologiniai rezervuarai yra suskirstyti į dvi grupes su santykinai nedideliu rezervuaro tūriu, bet patikima struktūra. Todėl šiam atnaujinimui, laikantis galvos reikalavimų, bako sienelės buvo paaukštintos 0,5 m. Po renovacijos bendras efektyvus tūris yra 10 800 m³, bendras PHT – 14,4 val., o anoksinės zonos PHT – 6,4 val. Esamų II fazės biologinių rezervuarų efektyvus tūris yra 19 600 m³, bendra PHT yra 14,7 val., o anoksinės zonos PHT – 6,8 val. Šis projektas apėmė aeracijos sistemų ir kai kurių pasenusių povandeninių maišytuvų pakeitimą I ir II fazės biologiniuose rezervuaruose bei pakabinamų laikiklių ir sulaikymo ekranų pridėjimą. Laikikliai yra pagaminti iš poliuretano arba kitų aukštos kokybės kompozitinių medžiagų, kurių kubinis dydis yra 24 mm, savitasis paviršiaus plotas 4 000 m²/m³ ir 20 % užpildymo koeficientas. Biologinio valymo sistemos AOR yra 853,92 kg O₂/h, oro padavimo greitis 310,36 Nm³/min.
4.2 Pakelkite siurblio stotį ir nuotekų baką
Buvo pastatyta nauja pakėlimo siurblinė, skirta nuotekoms iš didelio-tankio sedimentacijos rezervuarų pumpuoti į V-tipo filtrą tolesniam valymui. Nuotekų rezervuaras kaupia atbulines nuotekas iš filtrų. Maži siurbliai naudojami tolygiai pumpuoti atgalinio plovimo nuotekas į II fazės biologinius rezervuarus, kad būtų išvengta smūginės apkrovos. Buvo sumontuoti trys antriniai pakėlimo siurbliai (2 darbiniai + 1 budėjimo režimai, Q=1, 300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), su kintamo dažnio pavaros (VFD) valdymu. Atbulinio plovimo nuotekų bake yra 2 perpylimo siurbliai (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) ir vienas panardinamasis maišytuvas (N=2.2 kW), kad būtų išvengta nuosėdų susidarymo.
4,3 V-tipo filtras
Sukurtas naujas V- tipo filtras, kurio konstrukciniai matmenys buvo 36,9 m (ilgis) × 29,7 m (plotis) × 8,0 m (aukštis). Jame naudojama vienalytė kvarcinio smėlio filtravimo medžiaga. Filtras yra padalintas į 6 langelius, išdėstytus dviem eilėmis. Kiekvieno elemento išleidimo vamzdyje yra elektrinis reguliavimo vožtuvas, skirtas nuolatiniam vandens lygio veikimui valdyti. Atbulinio plovimo procesą galima reguliuoti per PLC. Projektinis filtravimo greitis yra 7,0 m/h, priverstinio filtravimo greitis yra 8,4 m/h, o vienos ląstelės filtravimo plotas yra 49,4 m². Atbulinio plovimo vandens intensyvumas yra 11 m³/(m²·h), atbulinio plovimo oro intensyvumas yra 55 m³/(m²·h), o paviršiaus šlavimo intensyvumas yra 7 m³/(m²·h). Atbulinio plovimo trukmė yra 10 minučių. Atbulinio plovimo ciklas yra 24 valandos (reguliuojamas), plaunant po vieną elementą. Kvarcinio smėlio terpės dydis yra 1-1,6 mm, o k₈₀ < 1,3. Naudojamos vietoje sumontuotos monolitinės filtro plokštės.
4.4 Aktyvintos kokso adsorbcijos bakai
Buvo pastatytas naujas aktyvuoto kokso adsorbcijos bakas, kurio konstrukciniai matmenys buvo 49,5 m (ilgis) × 30,15 m (W) × 11,0 m (H). Jame naudojama dviejų-pakopų filtravimo konfigūracija, iš viso 36 langeliai, 18 langelių kiekviename etape. Didžiausias filtravimo greitis yra 6,02 m³/(m²·h), o vidutinis 4,63 m³/(m²·h). Pirmosios-pakopos vienos{12}}ląstelės matmenys yra L × P × A=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, o tuščios lovos kontakto laikas (EBCT) yra 1,4 val. Antrojo-pakopos vieno-ląstelių matmenys yra L × P × A=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, o EBCT yra 1,08 val. Sistemoje naudojama 2000 tonų aktyvuoto kokso, kurio dalelių dydis 2-8 mm, su mobiliomis kokso poveržlėmis, vandens skirstytuvais, įleidimo/išleidimo užtvankomis ir kt.
4.5 Aktyvuoto kokso pastatas
Pastatytas naujas aktyvuoto kokso pastatas aktyvuotam koksui laikyti ir tiekti į adsorbcijos talpas. Konstrukciniai matmenys yra 33,5 m (ilgis) × 13,0 m (plotis) × 6,5 m (aukštis). Į pagrindinę pagalbinę įrangą įeina: 1 aktyvuotas kokso sausinimo vibracinis ekranas, 3 kokso padavimo siurbliai (2 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 filtrato išleidimo siurbliai (1 darbinis + 1 m H budėjimo režimas, Q{³6}, Q{{1/h N=18.5 kW), 2 oro kompresoriai (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) ir oro imtuvo bakas (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Plokštės-ir-rėmo nusausinimo kambarys
Šalia esamos dumblo nusausinimo patalpos buvo pastatyta nauja plokščių{0}}ir-karkaso nusausinimo patalpa. Dėl erdvės apribojimų buvo sukonfigūruotas vienas plokštelinio-ir-rėminio filtro preso rinkinys (filtro plotas 300 m²), kuris tarnauja kaip juostinio filtro preso atsarginė dalis. Pagalbiniai įrenginiai apima vieną kondicionavimo baką (efektyvus tūris 80 m³). Dumblo kiekis yra 6150 kg DS/d, sutirštinto pašarinio dumblo drėgnis 97%, o nusausinto pyrago drėgnis 60%. Į pagrindinę pagalbinę įrangą įeina: 2 padavimo siurbliai (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=60 m³/h, H=60 m, N=7.5 kW), 2 presiniai vandens siurbliai (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=12 m³/h, Q=12 m³/h, N=187 1 plovimo siurblys, N=187 m. (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 dozavimo siurbliai (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 oro kompresorius (Q=3.45 kW), N{37} m bakas (V=5 m³, P=1.0 MPa) ir 1 PAM paruošimo bloko komplektas (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Kvapų kontrolės sistema
Pridėta nauja biofiltravimo kvapų kontrolės sistema, kurios projektinis oro srautas yra 12 000 m³/h. Stiklu armuoto plastiko (GRP) vamzdžiai naudojami kvapams iš pirminio apdorojimo ir dumblo apdorojimo sistemų surinkti ir išvalyti. Pirminio apdorojimo įrangai sandarinti naudojami nerūdijančio plieno rėmai ir PC patvarumo plokštės.
4.8 Kiti įrenginių atnaujinimai
- Pakeistas 2 viduje tiekiamais smulkiais sietais su 5 mm apertūra, su sraigtiniais konvejeriais ir plovimo vandens baku, V=10 m³ ir 2 plovimo vandens siurbliais (1 darbinis + 1 budėjimo režimas, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Pakeistas 4 efektyvesniais pneumatiniais pūstuvais, valdomais VFD (3 darbo + 1 budėjimo režimas, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Esamuose denitrifikaciniuose filtruose filtravimo medžiaga buvo pakeista 1800 m³ keraminėmis terpėmis (3-5 mm dalelių dydis).
- Pakeisti 2 maišymo maišytuvai didelio tankio sedimentacijos rezervuaruose (greičiai 60-80 aps./min., N=5.5 kW), 4 flokuliaciniai maišytuvai (greičiai 10-20 aps./min., N=2.2 kW) ir vamzdžių nusodintuvai (260 m²).
- Juostinis filtro presas pakeistas į 2 m pločio diržą atitinkantį oro kompresorių, 1 kompl.
- Panaudojus originalią centrinę valdymo patalpą, atnaujintą įrangą, prietaisus ir įdiegtą centralizuotą valdymą, sukurta gamyklos{0}}plačios duomenų perdavimo sistema, skirta duomenų ryšiui tarp centrinės valdymo patalpos ir pastočių užtikrinti, taip pat gamybos proceso valdymo automatizavimui.
5. Veiklos našumas ir techniniai -ekonominiai rodikliai
5.1 Veiklos našumas
Įgyvendinus šį atnaujinimo projektą, visi gydymo skyriai veikė stabiliai. Įtekančio ir nuotekų vandens kokybės monitoringo duomenys 2023 m2 lentelė.
Kaip parodyta, vidutinės nuotekų koncentracijos COD, NH₃-N, TN, TP ir SS buvo 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 ir 2,63 mg/l, o vidutiniai pašalinimo rodikliai – 95,16%, 99,45%, 5%, 7%, 7% ir 77%. atitinkamai. Nuotekų COD, NH₃-N ir TP nuolat atitiko GB 3838-2002 III klasės vandens standartą.
Atnaujintas projektas vykdomas beveik dvejus metus. Rezultatai rodo, kad MBBR+ACCA procesas yra stabilus, efektyvus ir išskiria aukštos-kokybės nuotekas, demonstruodamas didelį atsparumą smūginėms apkrovoms ir žemos-temperatūros sąlygoms. Net esant minimaliai 9,4 laipsnio žiemos vandens temperatūrai ir dideliems vandens kokybės svyravimams, nuotekų kokybė išliko stabili ir atitiko išleidimo standartus. Prieš ir po atnaujinimo anglies šaltinio dozė nepadidėjo, tačiau TN pašalinimas buvo žymiai pagerintas. Taip yra todėl, kad, viena vertus, nitrifikuojantys mikroorganizmai, prijungti prie MBBR nešėjų, auga ir kaupiasi stabilioje aerobinėje aplinkoje, todėl nitrifikacija yra pilnesnė. Kita vertus, nitratas buvo toliau pašalintas modernizuotose MBBR talpyklose ir anoksinėse talpyklose. Galutinė ACCA sistema veikia kaip saugiklis, toliau adsorbuoja ir pašalina nepalankius COD, TP, SS ir kt., todėl nuotekų kokybė tampa stabilesnė. Be to, įgyvendinus projektą, gamykla gali gaminti aukštos kokybės{12}regeneruotą vandenį, paklodama pagrindą pakartotiniam vandens naudojimui ateityje.
5.2 Techniniai-Ekonominiai rodikliai
Bendra šio projekto investicija buvo 86 937 600 RMB, kurią sudaro 74 438 500 RMB statybos ir įrengimo išlaidos, 7 593 500 RMB kitos išlaidos, 4 101 600 RMB nenumatytos išlaidos ir 804 000 RMB pradinis apyvartinis kapitalas. Stabiliai veikiant sistemai, visos elektrinės papildomos elektros sąnaudos yra 0,11 RMB/m³, aktyvinto kokso sąnaudos – 0,39 RMB/m³, todėl eksploatacinės sąnaudos išauga maždaug 0,50 RMB/m³.
6. Išvada
- Šiuo projektu buvo atnaujinta esamos nuotekų valymo įmonės įranga, suintensyvintas procesas ir renovacija, taip pat pridėtas pažangus valymas, pagerinantis ChDS, NH₃-N, TN ir TP šalinimo efektyvumą.
- Po atnaujinimo, naudojant pagrindinį „MBBR+ACCA“ procesą, nuotekų ChDS, NH₃-N ir TP stabiliai pagerėjo nuo 1A klasės iki III paviršinio vandens klasės standarto, o TN pašalinimas buvo žymiai patobulintas.
- Praktika rodo, kad šis procesas veikia stabiliai ir efektyviai, yra atsparus apkrovos smūgiams, išskiria aukštos-kokybės nuotekas ir prideda maždaug 0,50 RMB/m³ veiklos sąnaudas. Tai gali būti nuoroda atnaujinant projektus ir vandens pakartotinio naudojimo iniciatyvas kituose nuotekų valymo įrenginiuose.