BIOLAK proceso taikymas atnaujinant nuotekų valymo įrenginius iki kvazi{0}}klasės IV standartų
BIOLAK procesas, pristatytas Kinijoje XXI amžiaus pradžioje, dėl savo paprastos struktūros ir mažų investicijų sąnaudų plačiai pritaikytas komunalinių nuotekų valymui. Pastaraisiais metais, sugriežtinus išmetimo standartus ir didėjant automatizavimui, dauguma esamų BIOLAK gamyklų susiduria su atnaujinimais. Siekiant pagerinti azoto ir fosforo pašalinimą, įdiegti patobulinimai, tokie kaip pakabinamų laikiklių pridėjimas, rezervuarų modifikavimas ir funkcinių zonų iš naujo nustatymas. Nors naujai pastatytose gamyklose dažniausiai naudojami A²/O ir oksidacijos griovių procesai, yra nedaug pranešimų apie tikrąjį BIOLAK veikimą, ypač laikantis griežtų emisijos standartų. BIOLAK procese naudojamos siūbuojančios aeracijos grandinės, kad būtų sukurtos laiko anoksinės ir aerobinės zonos, kurios iš esmės veikia kaip daugiapakopis A/O procesas. Optimizavus veiklą, nuotekų kokybė gali stabiliai atitikti kvazi-IV klasės paviršinio vandens standartą.
1 Projekto fonas
Hebei provincijos nuotekų valymo įrenginys naudoja BIOLAK procesą kaip pagrindinę technologiją. Pritekėjimas svyruoja nuo 18 000 iki 22 000 m³/d, vidutiniškai 19 000 m³/d, išvalant daugiausia miesto buitines nuotekas ir nedidelį kiekį žemės ūkio perdirbimo nuotekų. Suprojektuotos nuotekų ir nuotekų savybės parodytos1 lentelė. Pradinis išleidimo standartas buvo *"Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo standartas" (GB 18918-2002)* A klasės standartas. Po atnaujinimo, kuris apėmė anaerobinės zonos atskyrimą, siekiant pagerinti denitrifikaciją ir defosforizaciją, gamykla dabar atitinka *„Daqing upės baseino vandens teršalų išleidimo standartų“ (DB13/2795-2018)* pagrindines kontrolės srities ribas. Išskyrus bendrą azotą, visi kiti rodikliai atitinka IV klasės standartus, nurodytus *"Paviršinio vandens aplinkos kokybės standartai" (GB 3838-2002)*. Proceso eiga parodyta1 pav.
Dezinfekavimui augalas naudoja natrio hipochloritą. Dumblas nusausinamas aukšto-slėgio plokštės ir rėmo filtravimo būdu iki mažesnio nei 60 % drėgmės, prieš vežant jį bendram-apdirbimui cemento krosnyse.
Kiekvieno valymo įrenginio indėlis į teršalų pašalinimą buvo apskaičiuotas remiantis masės balansu, naudojant specifinius metodus, nurodytus literatūroje.
2 Veiklos valdymo optimizavimo priemonės
Eksploatacijos metu buvo įgyvendintos kelios optimizavimo priemonės, siekiant padidinti nuotekų stabilumą ir sutaupyti energijos bei sąnaudų.
2.1 Patobulinta ištirpusio deguonies (DO) kontrolė
Esamuose BIOLAK modifikavimo projektuose dažnai pastebimas silpnas zonavimas kaip kelių{0}}pakopų A/O variantas, dėl kurio denitrifikacijos efektyvumas yra mažas. Šiame projekte, užtikrinant nuotekų amoniakinio azoto atitiktį, didžiausias DO aeracijos zonos gale buvo išlaikytas 0,5–1,0 mg/L, mažesnis nei įprasti DO kontrolės reikalavimai.
2.2 Padidintas proceso duomenų stebėjimas
Siekiant nustatyti DO kontrolę ir išorinio anglies šaltinio dozavimą, anaerobinės zonos pabaigoje ir BIOLAK rezervuare buvo stebimas nitratinis azotas ir amoniakinis azotas, siekiant nustatyti optimalius valdymo diapazonus. Eksploatacijos metu išorinio anglies šaltinio dozavimas buvo sumažintas arba sustabdytas, kai anaerobinės zonos gale buvo nitratų azoto.<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3 Vidinių nuotekų kontrolės tikslų nustatymas
Siekiant užtikrinti stabilų atitiktį, vidaus kontrolės tikslai buvo nustatyti 30–80 % išmetimo ribų, atsižvelgiant į kiekvieno teršalo kontrolės sunkumą. Viršijus šias vidines ribas, nedelsiant buvo koreguojami proceso parametrai, kad nuotekų koncentracija būtų grąžinta į priimtiną diapazoną. Metiniai COD, amoniako azoto, bendro azoto ir bendrojo fosforo kontrolės tikslai buvo atitinkamai 15 mg/l, 0,5 mg/l, 12 mg/l ir 0,12 mg/l.
2.4 Tinkamos dumblo koncentracijos palaikymas
Dumblo švaistymas buvo koreguojamas atsižvelgiant į srautą, apkrovą ir sezoną. Dumblo sulaikymo laikas (SRT) buvo palaikomas 15–25 dienas, o mišraus skysčio suspenduotų kietųjų dalelių (MLSS) koncentracija buvo 2500–4500 mg/l. Konkrečiai, MLSS buvo kontroliuojamas 2500–3500 mg/L vasarą ir rudenį, kai dumblo apkrova buvo apie 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d), ir 3500–4500 mg/L žiemą ir pavasarį, kai dumblo apkrova buvo apie 0,04 kgSS·d/(kgMLSS·d).
2.5 Pažangių gydymo įrenginių veikimo reguliavimas
Žema temperatūra žiemą paveikė flokuliaciją ir nuosėdas. Savalaikis V-tipo filtrų atgalinis plovimas gali sukelti padidėjusį nuotekų skendinčių kietųjų dalelių kiekį ir ChDS. Todėl žiemą eksploatuojant atgalinio plovimo dažnis buvo padidintas atsižvelgiant į koaguliacijos efektyvumą, o dumblo išleidimas iš koaguliacijos-sedimentacijos rezervuaro buvo suintensyvintas, siekiant sumažinti skendinčių kietųjų dalelių koncentraciją nuotekose.
3 Gydymo efektyvumas
Metinis įtekantis COD svyravo nuo 109 iki 248 mg/l, vidutiniškai 176 mg/l. Nuotekų ChDS svyravo nuo 9,5 iki 20,1 mg/l, vidutiniškai 12,1 mg/l. Kai nuotekų ChDS viršijo vidinės kontrolės tikslą (15 mg/L), filtro atgalinio plovimo dažnis buvo padidintas, siekiant sumažinti suspenduotų kietųjų dalelių kiekį. Kad krešėjimo efektyvumas būtų geresnis, koaguliacijos{10}}sedimentacijos baką rekomenduojama atnaujinti į didelio-tankio arba magnetinio koaguliacijos{12}}sedimentacijos baką.
Metinis įtekančio amoniakinio azoto kiekis svyravo nuo 17,8 iki 54,9 mg/l, vidutiniškai 31,9 mg/l. Ištekančio amoniakinio azoto kiekis svyravo nuo 0,12 iki 1,30 mg/l, vidutiniškai 0,5 mg/l. Kai jis viršijo vidinės kontrolės tikslą, aeracija buvo pakoreguota pagal optimizavimo priemones. Nuotekų kokybė visus metus stabiliai atitiko pagrindines *DB13/2795-2018* kontrolės srities ribas.
Dėl mažos anglies šaltinio koncentracijos daugiausia dėmesio buvo skirta proceso sąlygų optimizavimui, siekiant pagerinti azoto ir fosforo pašalinimą, siekiant taupyti energiją ir išlaidas.
3.1 DO kontrolės optimizavimas ir viso azoto pašalinimas
Metinis įtekančio bendrojo azoto (TN) svyravo nuo 20,3 iki 55,6 mg/l (žr.2 pav), vidutiniškai 42,1 mg/l. Nuotekų TN svyravo nuo 2,5 iki 14,2 mg/l, vidutiniškai 8,8 mg/l, neviršijant vidinės kontrolės tikslo (12 mg/l). Vidutinis TN pašalinimo rodiklis buvo 79,1%. Kai dumblo perdirbimo koeficientas yra 90% (jokio vidinio mišraus skysčio perdirbimo), teorinis denitrifikacijos efektyvumas buvo 47,4%, o tai rodo, kad denitrifikacija taip pat įvyko kitose proceso zonose už anaerobinio selektoriaus. Azoto pokyčiai gydymo eigoje įprastu ciklu parodyti3 pav.
Įprasto ciklo metu įtekantis TN buvo 42,0 mg/l, o amoniako ir nitrato azoto suma buvo 35,2 mg/l. Po anaerobinio selektoriaus TN buvo 16,7 mg/l, todėl per masės balansą pašalinimo greitis buvo 43,5%, atitinkantis teorinę vertę. BIOLAK bakas padėjo pašalinti 24,0 % TN. Nuotekų TN buvo toliau sumažintas antriniame sedimentacijos rezervuare, todėl papildomai pašalinama 11,3 %, daugiausia dėl ilgo hidraulinio sulaikymo laiko (8,6 val.), leidžiančio endogeninio anglies šaltinio{10}}varomai denitrifikacijai. Kiti vienetai prisidėjo 1,9 % pašalinimo. Galutinis nuotekų TN buvo 8,1 mg/l, o bendras pašalinimo greitis – 80,7%.
Eksploatacinė patirtis rodo, kad DO kontrolė yra labai svarbi TN pašalinimui BIOLAK procese. Įprastiniuose procesuose DO paprastai matuojamas aerobinės zonos pabaigoje kanalo struktūroje, kur DO yra santykinai vienodas skerspjūvyje. Tačiau BIOLAK rezervuare aeracijos zonos galas yra beveik 70 metrų pločio, DO didėja nuo šlaito krašto iki centro ir skiriasi 0,5–1,0 mg/l. Todėl reikia atidžiai stebėti DO zondų vietą.
Griežtai kontroliuojant maksimalų DO BIOLAK aeracijos zonos gale, buvo veiksmingai užtikrinta denitrifikacijai reikalinga anoksinė aplinka. Buvo pasiekta vienalaikė nitrifikacija ir denitrifikacija (SND), naudojant endogeninius anglies šaltinius, todėl efektyviai pašalinamas TN.
3.2 Bendras fosforo pašalinimas ir veikimo optimizavimas
Metinis įtekančio bendrojo fosforo (TP) kiekis svyravo nuo 1,47 iki 4,80 mg/l (žr.4 pav), vidutiniškai 2,99 mg/l. Nuotekų TP svyravo nuo 0,04 iki 0,17 mg/l. Fosforo šalinimo agento dozė buvo koreguojama atsižvelgiant į vidinės kontrolės tikslą (0,12 mg/l). Vidutinė nuotekų TP koncentracija buvo 0,07 mg/L, stabiliai atitinkanti išleidimo standartą, o vidutinis TP pašalinimo rodiklis – 98,3%.
Fosfato pokyčiai gydymo eigoje įprastu ciklu parodyti5 pav.
Įtekančio fosfato kiekis buvo 2,70 mg/l, o grįžtamojo dumblo fosfatas – 0,58 mg/l, todėl teorinis fosfatas, patenkantis į anaerobinį selektorių, buvo 1,70 mg/l. Po anaerobinio fosforo išsiskyrimo polifosfatą{4}}akumuliuojantiems organizmams (PAO), fosfatų koncentracija pasiekė 3,2 mg/l. Fosfatų koncentracijos santykis (maksimalus anaerobinėje zonoje / įtekamajame sraute) buvo 1,9, o tai rodo reikšmingą išsiskyrimą. Pagrindinė priežastis buvo efektyvi denitrifikacija žemo DO sąlygomis, dėl kurios nitratų koncentracija grįžtamame dumble į anaerobinę zoną buvo maža, palaikoma gera anaerobinė aplinka (ORP paprastai yra mažesnė nei -200 mV) ir skatinamas fosforo išsiskyrimas.
Po BIOLAK aeracijos zonos įvyko didelis fosforo įsisavinimas, fosfatų koncentracija pabaigoje sumažėjo iki 0,3 mg/l, o biologinis fosforo šalinimo efektyvumas buvo 88,9%. Po sedimentacijos ir stabilizavimo rezervuarų fosfatų koncentracija padidėjo iki 0,64 mg/l. Analizė rodo, kad tai įvyko dėl ilgo PHT sedimentacijos rezervuare ir griežtai kontroliuojamo DO BIOLAK rezervuare, dėl kurio nusodinimo rezervuare susidaro anaerobinė būklė ir atsirado antrinis fosforo išsiskyrimas. Po cheminių medžiagų dozavimo koaguliacijos bloke išmetamo fosfato kiekis sumažėjo iki 0,06 mg/l. Todėl, atsižvelgiant į ekonomines sąnaudas ir veiklos sudėtingumą, paaukoti tam tikrą biologinio fosforo pašalinimo efektyvumą siekiant pagerinti denitrifikaciją, yra perspektyvi panašių įrenginių optimizavimo strategija.
4 Veiklos išlaidos
Tiesioginės veiklos sąnaudos apima elektros energiją, chemikalus ir dumblo šalinimą. Remiantis metine statistika, savitasis energijos suvartojimas buvo 0,66 kWh/m³. Kai elektros kaina buvo 0,65 CNY/kWh (remiantis piko ir ne{4}}piko tarifų sudėtimi), elektros kaina buvo 0,429 CNY/m³. Šios sąnaudos yra didesnės pagal „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių eksploatavimo kokybės vertinimo standartą“, daugiausia dėl šiek tiek mažesnio aeracijos sistemos deguonies panaudojimo efektyvumo. Cheminės išlaidos, įskaitant natrio acetatą, fosforo šalinimo priemonę, PAM, natrio hipochloritą ir vandens nusausinimo chemines medžiagas, sudarė 0,151 CNY/m³. Konkretus naudojimas ir išlaidos nurodytos2 lentelė.
Dumblas daugiausia susidaro iš biologinių ir cheminių (koaguliacijos rezervuarų) šaltinių. Aukšto -slėgio plokštės ir rėmo filtravimas naudojamas su kalkėmis ir geležies chloridu kaip kondicionuojančiomis medžiagomis. Kalkių dozė yra apie 25 % sauso dumblo masės. Nusausinto pyrago drėgnumas yra 60%. Kasdien pagaminama apie 9 tonas nusausinto dumblo, savitasis sauso dumblo išeiga apie 0,15%. Dumblo transportavimas kainuoja 250 CNY/t, todėl dumblo šalinimo kaina yra apie 0,118 CNY/m³. Todėl visos tiesioginės gamybos sąnaudos yra 0,698 CNY/m³.
5 Išvados
① Hebėjaus provincijoje esantis nuotekų valymo įrenginys, kuriame komunalinėms nuotekoms valyti naudojamas BIOLAK procesas, nepertraukiamai veikė vienerius metus, o nuotekų kokybė stabiliai atitiko pagrindines *DB13/2795-2018* (kvazi IV klasės paviršinio vandens standartas) kontrolės zonos ribas.
② Kaip kelių{0}}pakopų A/O proceso variantas, kontroliuojant didžiausią DO BIOLAK aeracijos zonos pabaigoje ties 0,5–1,0 mg/l, TN pašalinimas buvo 24,0 % BIOLAK zonoje ir 11,3 % sedimentacijos rezervuare. Taip vienu metu buvo atlikta nitrifikacija- ir endogeninio anglies šaltinio denitrifikacija, o tai rodo didelę azoto pašalinimo galimybę.
③ Tiesioginės BIOLAK proceso veiklos sąnaudos buvo 0,698 CNY/m³. Veiklos optimizavimo priemonės, įskaitant proceso duomenų stebėjimą ir pagrįstų vidinės kontrolės tikslų nustatymą, gali būti nuorodos, kaip optimizuoti veikimą ir sutaupyti energijos / sąnaudų panašiuose nuotekų valymo įrenginiuose.