Tiandzino nuotekų valymo įrenginio atnaujinimo projekto veikimo poveikis
Nuotekų valymo įrenginiai Tiandzine buvo atnaujinami ir atnaujinami, taikant modifikuotą Bardenpho-MBBR procesą, padidinant nuotekų kokybę nuo A klasės standarto, nurodyto „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standarte“ (GB 18918-2002 vietinio Tianj klasės standarto A standarte). 12/599-2015. Judančio sluoksnio bioplėvelės reaktoriaus (MBBR) procesas apima MBBR suspenduotų nešiklių įdėjimą į reaktorių, suteikiant vietas mikrobams pritvirtinti ir suformuoti pritvirtintas bioplėveles, taip padidinant efektyvią biomasę sistemoje ir pašalinant teršalus. MBBR procesas turi tokius privalumus kaip didelė apdorojimo apkrova, didelis atsparumas smūginėms apkrovoms, stabilus gydymo efektyvumas, paprastas operacijų valdymas ir lankstus proceso veikimas. Vis daugiau Kinijos NVĮ taiko MBBR renovacijos procesą. Šiame dokumente analizuojami Tiandzino NV eksploataciniai rodikliai po atnaujinimo, siekiant pateikti panašių atnaujinimo projektų nuorodą.
1. Dabartinis biologinis azoto ir fosforo šalinimo procesas
Originaliame biologiniame rezervuare buvo naudojamas A²/O procesas, kurio apdorojimo pajėgumas buvo 12 500 t/d. Projektinis bendras dumblo amžius buvo 14 dienų, mišraus skysčio suspenduotų kietųjų dalelių (MLSS) koncentracija – 3500 mg/L, projektinė vandens temperatūra – 10 laipsnių, dumblo išeiga – 0,936 kgSS/kgBOD, o dumblo apkrova – 0,082 kgBOD/kgMLSS. Biologinio rezervuaro efektyvusis vandens gylis buvo 6 m, bendras rezervuaro tūris – 9 052,2 m³, o bendra hidraulinės sulaikymo trukmė (HRT) – 17,4 valandos. PHT pasiskirstymas buvo toks: selekcinė zona 0,58 val., anaerobinė zona 1,38 val., anoksinė zona 2,85 val., svyravimo zona 0,92 val., aerobinė zona 11,67 val. Dumblo perdirbimas buvo 100%, o mišraus skysčio vidinis perdirbimas buvo 300%. Pradinį biologinį rezervuarą daugiausia sudarė anaerobinės-anoksinės-aerobinės dalys. Veikimo parametrai gali būti koreguojami atsižvelgiant į įtekėjimo sąlygas ir nuotekų reikalavimus, kad būtų pašalintas azotas ir fosforas, o nuotekų kokybė atitiktų GB 18918-2002 A klasės standartą.
2. Atnaujinimo ir atnaujinimo projekto apžvalga
Šiuo atnaujinimu buvo siekiama pagerinti nuotekų kokybę, kad ji atitiktų Tiandzino vietinio standarto „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartas“ (DB 12/599-2015) A klasės standartą. Suprojektuota įtekamoji ir nuotekų kokybė parodyta1 lentelė. Pagal projektines įtekančio ir nuotekų TN reikšmes, norint pasiekti nuotekų TN mažesnį nei 10 mg/L, biologinio rezervuaro sistemoje denitrifikacijos greitis yra 75,6 %. Originaliame biologiniame rezervuare buvo naudojama A²/O konfigūracija. Skaičiavimai, pagrįsti pradine bako konfigūracija, parodė, kad vidinis perdirbimo santykis turėtų padidėti nuo pradinių 200 % iki 310 %, kartu pridedant daug išorinio anglies šaltinio. Tai ne tik padidintų veiklos sąnaudas, bet ir dėl didelio vidinio perdirbimo srauto gali sutrikti anoksinė aplinka. Dėl to faktinis PHT anoksinėje zonoje gali būti mažesnis nei minimalus reikalavimas, o tai gali turėti įtakos denitrifikacijos efektyvumui. MBBR procesas padidina sistemos denitrifikacijos galimybes ir pagerina nuotekų kokybę, pridedant pakabinamų nešėjų, kad padidėtų biomasės koncentracija rezervuare ir taip atitiktų atnaujinimo reikalavimus.
Nekeičiant esamo biologinio rezervuaro tūrio, buvo pertvarkytos biologinio rezervuaro vidinės funkcinės zonos. Pradinė A²/O konfigūracija (anaerobinė-anoksinė-aerobinė) buvo pakeista į Bardenpho 6-pakopos konfigūraciją: anaerobinė zona, anoksinė zona, svyravimo zona, aerobinė zona, po-anoksinė zona ir post-aerobinė zona. Tiksliau, pradinė selektoriaus zona buvo konvertuota į anaerobinę zoną. Pradinė anaerobinė zona, svyravimo zona (priekinė dalis) ir anoksinė zona buvo naudojamos kaip pre-anoksinė zona. Priekinė pirmojo koridoriaus pusė originalioje aerobinėje zonoje buvo pritaikyta sūpynės zonai. Originalus pirmasis, antrasis ir trečiasis aerobinis koridorius buvo paversti MBBR zona, kur buvo pridėti pakabinami laikikliai, taip pat įleidimo / išleidimo angos atrankos sistemos ir apatinė pagalbinė aeracijos sistema. Ketvirtasis aerobinis koridorius buvo paverstas po-anoksine zona. Pradinė siūbavimo zona buvo funkciškai padalinta ir pritaikyta po-anoksinei ir postaerobinei zonai. Atnaujintos biologinės talpyklos parametrai parodyti2 lentelė.
Kalbant apie proceso veikimą, mišrus skystis iš aerobinės zonos yra perdirbamas į beanoksinę zoną, o anglies šaltinis įpilamas į anoksinę zoną. Denitrifikuojančios bakterijos naudoja anglies šaltinį denitrifikacijai, kad pašalintų nitratinį azotą, susidarantį aerobinėje zonoje. Likęs nitratinis azotas patenka į po-anoksinę zoną, kur denitrifikacijai tęsti pridedamas papildomas anglies šaltinis. Po renovacijos mišriųjų skysčių suspenduotų kietųjų dalelių (MLSS) koncentracija yra 4000 mg/L, dumblo recirkuliacija – 50–100%, mišraus skysčio vidinė recirkuliacija – 200–250%, ištirpusio deguonies kiekis MBBR zonoje – 2–5 mg/l. Proceso schema po renovacijos parodyta1 pav.
3. Sistemos paleidimas po biologinio rezervuaro renovacijos
Baigus biologinio rezervuaro renovaciją, prasidėjo paleidimo etapas. Į biologinį rezervuarą buvo supiltas nusausintas dumblas iš kitos NV, per trumpą laiką greitai padidinant dumblo koncentraciją iki virš 3000 mg/l. Tai sutrumpino dumblo auginimo ir aklimatizacijos laikotarpį, leido greitai paleisti biologinį rezervuarą ir atkurti jo azoto bei fosforo šalinimo pajėgumus. Bandomojo eksploatavimo laikotarpiu dėl santykinai mažo įtekančio srauto ir teršalų koncentracijos faktinė eksploatacinė apkrova buvo mažesnė nei projektinė. Metodas buvo pirmiausia kultivuoti ir aklimatizuoti aktyvųjį dumblą, kol biologinė sistema stabilizuosis ir nuotekų kokybė atitiks standartus, tada pridėti MBBR nešiklius, kad susidarytų bioplėvelė.
Pridėjus nešiklius į aerobinę biologinio rezervuaro dalį, jie pirmiausia buvo panardinami. Mikroorganizmai palaipsniui prisitvirtina prie jų paviršių. Vizualiai nešiklio paviršiaus spalva pasikeitė iš baltos į silpnai žemiškai geltoną, nes prisitvirtino daugiau mikroorganizmų ir bioplėvelė tapo tankesnė. Vežėjo spalva palaipsniui gilėjo. Praėjus dviem mėnesiams po nešiklio pridėjimo, bioplėvelė susidarė gerai, nešiklio paviršius pasirodė gelsvai -rudas, o spalva palaipsniui gilėjo. Praėjus keturiems mėnesiams po nešiklio pridėjimo, bioplėvelė ant nešiklio paviršiaus pasirodė tamsiai ruda ir buvo tanki. Bioplėvelės formavimosi progresavimą galima intuityviai stebėti remiantis nešiklio spalvos pokyčiais, kaip parodyta2 pav. 2021 m. gruodį mikroskopiniu būdu ištyrus aktyvųjį dumblą iš biologinio rezervuaro ir dumblą iš nešėjų buvo nustatytos kompaktiškos floko struktūros, pasižyminčios geromis adsorbcijos ir nusėdimo savybėmis. Vizualiai nešikliai parodė akivaizdų bioplėvelės susidarymą. Mikroskopinio tyrimo metu buvo nustatyti tokie organizmai kaip Vorticella, Opercularia ir Epistylis, retkarčiais pastebėjus keletą judrių blakstienų, o tai rodo, kad bioplėvelės formavimosi etapas baigtas.
4. Veiklos našumas po biologinio rezervuaro atnaujinimo
4.1 COD ir BDS pašalinimo našumas po renovacijos
Nuotekų ChDS ir BDS vertės 2022 m. pateiktos3 pav. Nuotekų ChDS svyravo nuo 10,2 iki 24,9 mg/l, o vidutinis – 18,0 mg/l. Nuotekų BDS svyravo nuo 2,1 iki 4,9 mg/l, o vidutinis – 3,4 mg/l. Tiek nuotekų ChDS, tiek BDS stabiliai atitiko Tiandzino vietinį A klasės standartą. Atnaujinta sistema ne tik parodė gerą ChDS ir BDS šalinimo našumą, bet ir išlaikė stabilius ir reikalavimus atitinkančius nuotekų ChDS ir BDS lygius potvynių sezono metu, net kai faktinė įrenginio įtekėjimo apkrova pasiekė 110% projektinio pajėgumo. Tai rodo, kad sistema turi gerą atsparumą smūginėms apkrovoms.
4.2 TN ir NH₃-N pašalinimo efektyvumas po renovacijos
Nuotekų TN ir NH₃-N vertės 2022 m. pateiktos4 pav. TN svyravo nuo 3,72 iki 8,74 mg/l, o vidurkis – 6,43 mg/l. NH₃-N svyravo nuo 0,02 iki 1,25 mg/l, o vidurkis – 0,12 mg/l. Eksploatuojant žiemą, dėl žemesnės temperatūros sumažėjo nitrifikacijos ir denitrifikacijos greitis. Praktiškai dumblo koncentracija buvo padidinta iki virš 6000 mg/l. Darbas esant didelei dumblo koncentracijai naudingas siekiant pagerinti biologinės sistemos atsparumą smūginėms apkrovoms, ypač esant žemai temperatūrai. Sinergija tarp didelės dumblo koncentracijos ir bioplėvelės, pritvirtintos prie MBBR nešiklio, sustiprina biologinės sistemos apdorojimo efektą.
MBBR nešikliai sudaro palankią aplinką mikrobų bendruomenėms, palaiko jų augimą ir dauginimąsi. Po aklimatizacijos ir brendimo sustiprėja bioplėvelės nitrifikacinis ir denitrifikacinis pajėgumas. Mikroorganizmai prisitvirtina ir auga sluoksniuoti ant nešiklio paviršiaus, padidindami zooglėjos tankį ir sudarydami dideles, tankias ir greitai stabilias dumblo struktūras. Susidūrę su išoriniais vandens kokybės pokyčiais, mikroorganizmai ant nešiklio paviršiaus išskiria ekstraląstelines polimerines medžiagas (EPS), kad apsisaugotų, ir taip sumažina staigių vandens kokybės pokyčių poveikį vidinio sluoksnio mikroorganizmams.
Nuotekų valymo įrenginiuose, kuriuose naudojamas MBBR procesas, aerobinio nešiklio zonoje buvo pastebėti tuo pačiu metu vykstantys nitrifikacijos ir denitrifikacijos (SND) reiškiniai. Iš aerobinio nešiklio zonos įtekančio ir ištekančio vandens TN reikšmių tyrimas parodė 2–6 mg/l skirtumą. Šis skirtumas buvo ryškesnis, ypač kai ištirpusio deguonies kiekis aerobiniame bake buvo kontroliuojamas žemiau 2 mg / l, o tai rodo reikšmingesnį SND esant mažai ištirpusio deguonies sąlygoms. Nuotekų TN iš antrinio sedimentacijos rezervuaro visiškai atitiko standartus, tai reiškia, kad TN buvo pašalintas biologinio valymo etape. Faktiškai veikiant, denitrifikuojantis giluminis{7}}filtras veikia kaip apsauginis procesas. Įprastomis sąlygomis jis veikia kaip įprastas filtras, užtikrinantis, kad SS indikatoriai atitiktų standartus.
4.3 TP ir SS pašalinimo našumas po renovacijos
Nuotekų TP ir SS vertės 2022 m. pateiktos5 pav. NV nuotekų TP svyravo nuo 0,04 iki 0,22 mg/l, o vidutinis – 0,10 mg/l. Nuotekų SS svyravo nuo 1 iki 4 mg/l, o vidutiniškai 2,2 mg/l. Po atnaujinimo antrinio sedimentacijos rezervuaro nuotekų TP buvo apie 1,0 mg/l, o SS – apie 26 mg/l. Pridėjus geležies chlorido ir PAM į didelio efektyvumo sedimentacijos rezervuarą, siekiant pagerinti koaguliaciją, ir toliau išvalius denitrifikacinį giluminį filtrą, nuotekų TP ir SS stabiliai atitiko Tiandzino vietinį A klasės standartą, o spalvos vertė buvo žymiai sumažinta.
5. Išvada
Kad atitiktų Tiandzino vietinį A klasės standartą, pradinis A²/O procesas NV buvo pakeistas į Bardenpho penkių{0} pakopų konfigūraciją, įtraukiant MBBR procesą į aerobinę sekciją, siekiant pagerinti biologinį azoto pašalinimą, sumažinant nuotekų TN ir NH₃-N. Potvynių sezono metu su perkrovos srautu visi rodikliai stabiliai atitiko standartus, demonstruodami gerą atsparumą smūgiams. Po biologinio rezervuaro renovacijos vidinis recirkuliacijos koeficientas buvo 200%–300%, išorinis dumblo perdirbimas 50%–100%, dumblo koncentracija 4000–6000 mg/L, ištirpusio deguonies kiekis aerobinėje zonoje kontroliuojamas 3–5 mg/L, o ištirpusio deguonies kiekis anaerobinėje zonoje.2–0 mg/L. 2022 m. NV nuotekų kokybė buvo: ChDS 10,2–24,9 mg/L, vidutinė 18,0 mg/L; BDS 2,1–4,9 mg/L, vidutinis 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, vidurkis 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, vidutinis 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, vidutinis 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/l, vidutinis 2,2 mg/l. Visi stabiliai atitiko Tiandzino vietinio standarto „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartas“ (DB 12/599-2015) A klasės standartą.