Dviejų{0}}pakopų AO ir trijų{1}}pakopų AO procesų palyginimas: inžinerija Perspektyva
Šiuo metu daugumoje Kinijos nuotekų valymo įrenginių (NVĮ) nuotekoms valyti taikomi aktyviuoju dumblu{0} pagrįsti procesai. Beveik pusė jų naudoja anoksinį -oksinį (AO) procesą. AO procesas turi privalumų, tokių kaip stabilus veikimas ir maža kaina. Tačiau jo bendro azoto (TN) šalinimo efektyvumą, paprastai svyruojantį nuo 60% iki 80%, riboja vidinis perdirbimo santykis. Vis griežtėjant nacionaliniams azoto šalinimo reikalavimams, įprastiniai vieno etapo AO procesai dažnai sunkiai patenkina TN apdorojimo poreikius. Taip atsirado kelių{10}}pakopų AO procesai. Sujungus dvi ar daugiau AO etapų nuosekliai, ankstesnėje aerobinėje stadijoje susidaręs nitratas yra substratas denitrifikacijai vėlesnėje anoksinėje stadijoje. Taip pasiekiamas tikslas sumažinti vidinį perdirbimo koeficientą ir kartu pagerinti bendrą TN pašalinimą. Tačiau per dideli etapai taip pat gali padidinti veiklos sudėtingumą. Todėl šiuo metu Kinijoje dažniausiai taikomos dviejų{15}}pakopų ir trijų{16}}pakopų AO procesai. Šiame dokumente pateikiama lyginamoji dviejų{18}}pakopų ir trijų{19}}pakopų AO procesų analizė, naudojant Pietų Kinijos NVĮ kaip atvejo analizė, siekiant pateikti nuorodą, kaip pasirinkti techninius maršrutus panašiuose projektuose.
1 Projekto apžvalga
Pietų Kinijos NV bendras plotas yra 8 hektarai. Pradinis projektinis našumas buvo 90 000 m³/d, o nuotekų kokybė turi atitikti „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standarto“ (GB 18918-2002 m.) A klasės standartą ir Guangdongo provincijos „Vandens teršalų išleidimo ribas“. 44/26 -2001) (toliau – V kvazi klasė). Gamykla veikė visu pajėgumu. Pagal atitinkamą planą reikėjo išplėsti. Būsimuose nuotekų standartuose, pagrįstuose dabartine būkle, reikėjo atsižvelgti į ilgalaikį TN reikalavimą, mažesnį nei 10 mg/l arba lygų jam. Visapusiškai įvertinus faktines sklypo sąlygas, šiai plėtrai buvo nustatytas 70 000 m³/d civilinės statybos mastas. Įrenginys artimiausiu metu veiktų 50 000 m³/d, o ilgainiui pasieks 70 000 m³/d skalę, todėl bendras įrenginio valymo pajėgumas būtų 160 000 m³/d. Suprojektuota įtekančio ir nuotekų vandens kokybė parodyta1 lentelė.
Dėl vietos apribojimų preliminarus išplėtimo planas pasirinko „daugia{0}}pakopų AO + periferinis-periferinis-išorinis stačiakampis sedimentacijos bakas + didelio-efektyvumo sedimentacijos bakas + pluošto filtro plokštė{-}F{-“ Visų pagrindinių mazgų civilinės paskirties statiniai buvo pastatyti 70 000 m³/d, o įranga – 50 000 m³/d. Artimiausiu metu biologiniame rezervuare bus naudojamas kelių{15}pakopų AO procesas. Ilgainiui pridėjus pakabinamus nešiklius būtų sukurtas hibridinis bioplėvelės{17}}aktyvaus dumblo procesas, kad būtų patenkintas 40 % pajėgumo išplėtimo poreikis. Šios konstrukcijos hidraulinės sąlygos buvo įvertintos 70 000 m³/d skalėje, o biologinis valymas buvo skirtas 50 000 m³/d skalei. Kadangi šiame projekte buvo siekiama pritaikyti kelių{25}}pakopų AO procesą, buvo atliktas dviejų{26}}pakopų ir trijų{27}}pakopų AO palyginimas.
2 Dviejų-pakopų ir trijų{2}}pakopų AO procesų palyginimas
2.1 Proceso eiga
Pagrindinis kelių etapų AO proceso principas yra panaudoti nitratus, pagamintus ankstesniame aerobiniame etape, denitrifikacijai tolimesnėje anoksinėje stadijoje, taip sumažinant vidinį perdirbimo koeficientą. Teoriškai daugiau etapų lemia geresnį TN pašalinimą, tačiau valdymas tampa sudėtingesnis. Inžinerinėje praktikoje vyrauja dviejų-pakopų ir trijų-pakopų AO. Jų proceso srautai parodyti1 pav. Dviejų -pakopų AO atveju vidinis perdirbimas paprastai suprojektuojamas per pirmąjį AO etapą. Trijų-pakopų AO atveju vidinis perdirbimas paprastai nenaudojamas. Pekino NV, kuriose naudojamas dviejų{5}}pakopų AO procesas, yra Qinghe (400 000 m³/d), Xiaohongmen (500 000 m³/d), Gao'antun (400 000 m³/d), Dingfuzhuang (200 000 m³/d) ir 0,00 m³/d. Šis procesas suteikia tokių pranašumų kaip paprasta įranga, mažos eksploatavimo ir priežiūros sąnaudos, didelis atsparumas smūgiinėms apkrovoms ir didelis suderinamumas su kitais procesais, todėl ateityje bus lengviau atnaujinti, kad atitiktų aukštesnius nuotekų standartus. Teoriškai trijų{18}}pakopų AO serija gali panaikinti vidinės perdirbimo įrangos poreikį, racionaliau paskirstyti anglies šaltinius ir sumažinti investicijų bei veiklos sąnaudas. Šis procesas pirmiausia taikomas esant pakankamai anglies šaltinių ir dideliems azoto pašalinimo poreikiams. Tipiški atvejai yra Qujing NV Yunnan mieste (80 000 m³/d), Ninghe rajono miesto NV Tiandzine (90 000 m³/d), Zhangguizhuang NV Tiandzine (200 000 m³/d) ir Daoxianghu melioracijos planas (80,0 m³/d).
2.2 Procesų palyginimas
Atsižvelgiant į tai, kad šioje vietoje nėra papildomos žemės būsimiems atnaujinimams, o kai kuriuose naujuose vietiniuose projektuose jau įgyvendinamas mažesnis nei 10 mg/l arba lygus nuotekų TN standartas, procesų palyginime buvo laikomas biologinio rezervuaro nuotekų TN, mažesnis nei 10 mg/l arba lygus 10 mg/l, kad ateityje būtų galima taikyti tolesnius griežtesnius reikalavimus. Kiti rodikliai atitiko projektinę nuotekų kokybę. Remiantis išdėstymu, artimiausiu -50 000 m³/d mastu didžiausia biologinio rezervuaro hidraulinio sulaikymo laikas (HRT) buvo 18 valandų. Sujungus faktines projekto sąlygas, „BioWin“ modeliavimo rezultatus ir sukabinimo su pakabinamomis laikikliais patogumą, buvo atliktas dviejų-pakopų ir trijų{10}}pakopų AO procesų palyginimas.
2.2.1 „BioWin“ modeliavimas
Pradinė 18 valandų PHT buvo nustatyta ir palaipsniui mažinama. Minimalus PHT, kad būtų pasiektas nuotekų TN reikalavimas, buvo 14 valandų. Dviejų -pakopų AO įtekėjimo pasiskirstymo taškai buvo anaerobinė zona, pirmoji-anoksinė zona ir antroji-anoksinė zona. Trijų -pakopų AO įtekėjimo taškai buvo anaerobinė zona, antroji-anoksinė zona ir trečioji{10}}anoksinė zona.
① Tyrimas su fiksuotu įtakos pasiskirstymo santykiu
Nustačius abiem įtekančio srauto pasiskirstymo santykį 4:3:3, modeliuojant buvo palygintos trys schemos: dviejų-pakopų AO (perdirbimo koeficientas 200%), trijų-pakopų AO, kurios bendras perdirbimo koeficientas yra 200% (100% perdirbimas per pirmąjį AO etapą, + 100% oksidacijos zoną iš trečiosios zonos). trijų-pakopų AO su 100 % perdirbimo koeficientu (perdirbkite tik per pirmąjį AO etapą). Modeliavimo srautai parodyti2 pav.
2 lentelėrodo modeliavimo rezultatus fiksuotam įtakos santykiui esant PHT{0}} val.
Iš 2 lentelės matyti, kad tiek dviejų-, tiek trijų- pakopų AO pirmoje AO stadijoje rekomenduojama nustatyti vidinį perdirbimą, kad būtų maksimaliai padidintas denitrifikavimas pirmoje anoksinėje zonoje, naudojant anglies šaltinį neapdorotame įtekamajame sraute. Trijų -pakopų AO, nustatant vidinį perdirbimą nuo trečiojo etapo pabaigos iki pirmosios anoksinės zonos, šiek tiek pagerėjo TN ir TP pašalinimas, tačiau sumažėjo organinių medžiagų pašalinimo efektyvumas. Tai yra spėlionės, siejamos su padidėjusiu bendru srautu biologiniame rezervuare dėl perdirbimo, kuris pernešė ištirpusį deguonį į anoksinę zoną, paveikdamas anoksinę aplinką. Be to, faktinis PHT kiekvienoje zonoje sutrumpėjo, o perėjimas tarp darbo sąlygų paspartėjo, todėl sumažėjo efektyvumas. Esant tokioms įtakų charakteristikoms, kokios yra šiame projekte Pietų Kinijoje, kur TN koncentracija nėra labai didelė, dviejų{8}}pakopų AO gali visiškai atitikti nuotekų reikalavimus, o trijų{9}}pakopų AO pranašumas nerodomas. Esant dideliam COD ir didelio TN srautui, trijų{11}}pakopų AO gali tikti.
② Įtakos pasiskirstymo koeficientų koregavimo tyrimas
Dviejų{0}}pakopų ir trijų{1}}pakopų AO pirmajame AO etape buvo nustatytas 100 % vidinio perdirbimo koeficientas. Buvo atlikti kelių-taškų įtakos pasiskirstymo santykio (1:0:0, 3:7:0, 2:4:4) tyrimai. Čia 1:0:0 reiškia, kad visi srautai patenka į patį priekį; 3:7:0 trims -AO etapams reiškia, kad įtekėjimas paskirstomas tik į anaerobinę zoną ir antrąjį AO etapą. Koreguotų paskirstymo koeficientų modeliavimo rezultatai parodyti3 lentelė.
Iš 3 lentelės matyti, kad paskirstymo santykis turi nedidelę įtaką nuotekų kokybei. Bendra tendencija yra tokia, kad didėjant į vėlesnius etapus paskirstomo nuotėkio daliai, didėja nuotekų TN, NH₃-N ir TP koncentracija, o aeracijos poreikis taip pat palaipsniui didėja. Kai įtekėjimo santykis buvo 3:7:0, trijų-pakopų AO buvo šiek tiek geresnis TN pašalinimas ir šiek tiek mažesnis oro-ir-vandens santykis nei dviejų{10}}pakopų AO. Tačiau iš tikrųjų šis skirtumas paprastai yra nereikšmingas. Be to, padidinus influento dalį į vėlesnius etapus, nors tai naudinga anglies šaltinio panaudojimui denitrifikacijoje, neišvengiamai padidėja biocheminių reakcijų apkrova dėl NH₃-N, organinių medžiagų ir TP patekimo. Todėl rekomenduojama išlaikyti kelių{15}taškų įtakos konfigūraciją ir palaipsniui koreguoti atsižvelgiant į faktinę vandens kokybę eksploatacijos metu. Verta paminėti, kad nors trijų -pakopų AO parodė geresnį TN pašalinimą nei dviejų -pakopų AO, kai įtekėjimo santykis 2:4:4, kadangi įtekėjimas į vėlesnius etapus padidėjo, nuotekų NH₃-N rodė didėjančią tendenciją, o tada nebegalėjo atitikti standarto{2NH3}N.
③ Dviejų{0}}etapų ir trijų{1}}pakopų AO gydymo efektyvumas
Trijų -pakopų AO konfigūracija buvo modeliuojama naudojant PHT=14 h, vienodus kiekvieno etapo tūrio santykius (1:1:1), 100 % vidinį pakartotinį ciklą, nustatytą pirmajame AO etape, ir įtakos santykį 4:3:3, esant dviem sąlygoms: su 100 % pakartotiniu ir uždarytu. Dviejų{11}}pakopų AO konfigūracija buvo modeliuojama naudojant PHT=14 h, 100 % vidinio perdirbimo rinkinį ir įtakos santykį 4:3:3. Rezultatai parodė, kad dviejų{17}}pakopų AO pasiekė optimalų nuotekų TN esant 6,29 mg/l; trijų-pakopų AO su 100 % vidiniu perdirbimu priekyje pasiekė kitą geriausią rezultatą – 7,51 mg/l; trijų -pakopų AO be vidinio perdirbimo veikė blogiau – 8,52 mg/l. Visi trys scenarijai galėtų atitikti nuotekų tikrinimo reikalavimą (TN Mažiau nei 10 mg/L arba jam lygus).
4 lentelėrodo projektavimo parametrų palyginimą tarp dviejų{0}}pakopų ir trijų{1}}pakopų AO. Galima pastebėti, kad abiejų procesų PHT reikalinga nuotekų TN reikalavimui pasiekti yra mažiau nei 18 valandų. Pagrindiniai šių dviejų procesų skirtumai yra šie:
a. Teoriškai, trijų{0}}pakopų AO viršutinė riba yra didesnė; ty tinkamai eksploatuojant tiek investicijų, tiek veiklos sąnaudos gali būti mažesnės. Dviejų-pakopų AO turi mažiau įrangos elementų ir etapų, todėl mažesnės įrangos sąnaudos ir mažesni veiklos valdymo sunkumai.
b. Šiam konkrečiam projektui, kadangi buvo atsižvelgta į ilgalaikę perspektyvą, o bako tūris buvo skirtas 18- valandų HRT, civilinės investicijos būtų vienodos, nesvarbu, ar taikant dviejų-pakopų, ar trijų-pakopų AO. Trijų{6}}pakopų AO įrangos kaina yra didesnė. Todėl investavimo požiūriu dviejų pakopų AO pritaikymas yra ekonomiškesnis.
c. Dėl veiklos išlaidų, trijų{0}}pakopų AO galėtų sutaupyti maždaug 0,002 CNY/m³, panaikinus 100 % mišrių alkoholinių gėrimų perdirbimo energijos sąnaudas. Atsižvelgiant į galimą anglies šaltinio panaudojimo efektyvumo sumažėjimą faktinėje veikloje dėl kintančių beanoksinių/oksinių sąlygų trijų -pakopų AO, tikrasis veiklos sąnaudų skirtumas greičiausiai būtų dar mažesnis.
2.2.2 Ilgalaikio sustabdyto vežėjo scenarijaus analizė
Dėl unikalių šio projekto reikalavimų biologiniam rezervuarui reikėjo atsižvelgti į ilgalaikio -pajėgumų išplėtimo plano įgyvendinamumą ir patogumą, ty į sustabdytų nešėjų pridėjimo poveikį.
MBBR proceso esmė yra padidinti biomasę reaktoriuje pridedant suspenduotų nešėjų. Jie gali būti dedami į aerobinius, anoksinius arba anaerobinius bakus. Tačiau, atsižvelgiant į nešiklio skystinimą, jų pridėjimas prie anaerobinių arba anoksinių rezervuarų žymiai padidintų maišymo galios poreikį. Todėl pirmiausia rekomenduojama papildyti aerobinius bakus. Anaerobinių / anoksinių zonų tūris gali būti papildytas atskiriant aerobinę zoną, o aerobinio tūrio trūkumas kompensuojamas pridėtais nešikliais. Kitaip tariant, nepakankamą aerobinį tūrį padengia padidėjęs pakabinamų nešėjų paviršiaus plotas, kuris apskaičiuojamas remiantis teršalų apkrovos konvertavimu, norint nustatyti reikiamą nešiklio kiekį, kontroliuojant tam tikrą užpildymo santykį, kad būtų gautas papildomas tūris.
Remiantis skaičiavimais, jei pritaikius dviejų{0}}pakopų AO procesą ir ilgainiui visus sustabdytus nešiklius įtraukus į pirmosios-pakopos aerobinę zoną, reikalingas MBBR nešiklio paviršiaus plotas būtų 2 597 708 m², o tai kainuotų 12,99 mln. CNY. Kitos susijusios fiksuotos įrangos sąnaudos (įskaitant MBBR skystinimo sistemas, specialius maišytuvus, atrankos sistemas ir intelektualiąsias valdymo sistemas) būtų 6,15 mln. CNY. Jei taikomas trijų-pakopų AO procesas, dėl labiau išsklaidytų zonų MBBR zoną reikėtų padalyti į 2 dalis (pirmoji{11}}pakopa ir antroji{12}}pakopos aerobinės zonos). Vadinasi, atitinkamos MBBR stacionarios įrangos įrengimo sąnaudos (neįskaitant pačių nešėjų) šiek tiek padidėtų iki 7,77 mln. CNY, o vežėjo kaina išliks tokia pati. Tai reiškia, kad priėmus trijų{16}}pakopų AO, investicijos į modernizavimą ateityje padidėtų 1,62 mln. CNY, o modifikavimas būtų sudėtingesnis. Be to, patikrinimo sistema yra sritis, kuriai dažniausiai kyla problemų pridėjus nešiklį. Trijų{20}}pakopų AO prideda papildomą ekranų skiltį, o tai padidina veikimo sunkumus.
Remiantis anksčiau pateiktu palyginimu, dėl per didelio skaidymo trijų{0}}pakopų AO, kai kiekvienos skaidinio tūris yra panašus, jo modifikavimo sudėtingumas yra didesnis nei dviejų -pakopų AO. Konstrukcija, eksploatavimo sudėtingumas ir papildoma tikrinimo įranga taip pat lemia didesnes investicijas nei dviejų{3}}pakopų AO. Todėl dviejų{5}}pakopų AO pritaikymas yra palankesnis būsimam sujungimui su pakabinamomis laikikliais.
2.3 Palyginimo rezultatas
Remiantis pirmiau pateikta analize, tiek dviejų{0}}pakopų, tiek trijų{1}}pakopų AO procesai gali pasiekti tikslą, kad nuotekų TN kiekis būtų mažesnis arba lygus 10 mg/L. Esant ribinėms šio projekto-sąlygoms ribota erdvė, poreikis maksimaliai padidinti beveik-laiką bako tūrį ir ilgalaikis-planas pridėti sustabdytų vežėjų-dviejų{8}}pakopų AO turi pranašumų, susijusių su trumpalaikiu-investavimu ir įrangos valdymo/priežiūros patogumu. Tai taip pat suteikia didesnį suderinamumą būsimam modifikavimui su pakabinamomis laikikliais, todėl sumažėja bendros investicijos ir sumažėja modifikavimo bei naudojimo sunkumų. Todėl, visapusiškai apsvarsčius, šiam dizainui buvo rekomenduotas dviejų{12}}pakopų AO procesas.
3 Veiklos našumas
Bendra numatoma investicija į šį projektą yra 304,5721 mln. CNY, o statybos išlaidos – 243,6019 mln. CNY, o vieneto statybos kaina yra 3 480,03 CNY/m³. Gydymo kaina yra 1,95 CNY/m³, o eksploatacinės išlaidos – 1,20 CNY/m³.
Šiam projektui biologinio rezervuaro bendra PHT yra 18 valandų (įskaitant: anaerobinę zoną 2 val., pirmos-pakopos anoksinę zoną 3,5 val., pirmos-pakopos aerobinę zoną 7,5 val., degazavimo zoną 0,5 val., antrosios-pakopos anoksinę zoną 2,5 val., antrąją zoną{{95}} 8,6 m. Įdiegtas reguliuojamas sekcinis vandens įsiurbimas, leidžiantis prireikus reguliuoti įtekančiojo paskirstymo santykį 20% žingsniais. Faktiškai veikiant mišraus skysčio suspenduotų kietųjų dalelių (MLSS) koncentracija biologiniame rezervuare svyruoja nuo 3500 iki 4000 mg/L, dumblo grąžinimo santykis svyruoja nuo 40% iki 100%, o mišraus skysčio vidinio perdirbimo santykis svyruoja nuo 100% iki 200%. Faktinė įtekamoji ir nuotekų kokybė parodyta5 lentelė, kuris iš esmės atitinka modeliavimo rezultatus.
4 Išvada
Naudojant Pietų Kinijoje esantį nuotekų valymo įrenginį kaip atvejo tyrimą, buvo atliktas dviejų{0}}pakopų ir trijų{1}}pakopų AO procesų techninis ir ekonominis palyginimas naudojant BioWin modeliavimą. Dviejų-pakopų AO, kurioje yra mažiau įrangos elementų ir etapų, mažesnės įrangos sąnaudos ir mažesni veiklos valdymo sunkumai, labiau tinka Pietų Kinijos sąlygoms, kur įtekantis TN nėra labai didelis. Trijų -pakopų AO atveju vidinio perdirbimo nustatymas nuo trečiojo etapo pabaigos iki pirmosios anoksinės zonos neigiamai paveikė TN pašalinimo efektyvumą, padidino veiklos valdymo sunkumus ir padidino investicijų išlaidas. Konstrukcija vienu metu atitinka trumpalaikius 50 000 m³/d ir TN mažiau nei 10 mg/l reikalavimus, o ilgalaikę{11}}70 000 m³/d skalę galima pasiekti sujungus su pakabinamomis laikikliais. Faktiniai eksploataciniai rezultatai iš esmės atitinka BioWin modeliavimo rezultatus, o vidutinis nuotekų TN yra 6,86 mg/l, atitinkantis projektavimo reikalavimus.