Modernizácia dizajnu a praxe zariadenia na čistenie kvality vody Xin'an Qianhe na základe procesu AAOAO-MBBR a oxidácie ozónom
Qingdao ako kľúčové národné pobrežné centrálne mesto dosiahlo významné výsledky v ekologickom riadení. V porovnaní s-poprednými medzinárodnými metropolami však systém manažmentu vodného prostredia v mestách stále čelí štrukturálnym problémom.
V súčasnosti existujú rozdiely medzi mierou pokrytia siete kanalizačných potrubí, prevádzkovou efektívnosťou zariadení na čistenie odpadových vôd a očakávaniami verejnosti od kvalitného-vodného prostredia. Je tu tiež odstup od realizácie ekologickej vízie vybudovania „Krásneho Qingdao“.
Na riešenie týchto výziev potrebuje Qingdao naliehavo zaviesť systematické opatrenia, ako je vedecké plánovanie, optimalizované prideľovanie zdrojov a posilnenie investícií do infraštruktúry. Cieľom týchto snáh je komplexne zvýšiť efektivitu zbernej siete odpadových vôd a kapacity koncového čistenia, čím sa upevní ekologický základ pre trvalo udržateľný rozvoj mesta.
Projekt závodu na čistenie kvality vody Xin'an Qianhe sa nachádza v novej oblasti západného pobrežia Qingdao. Má navrhovanú kapacitu spracovania 50 000 m³/d, celkovú plochu areálu 33 154 m² a celkovú investíciu 182,4 milióna juanov. Správa o štúdii realizovateľnosti projektu bola dokončená v marci 2021, predbežný projekt a rozpočet boli schválené v júni toho istého roku a výstavba sa oficiálne začala v apríli 2023. V súčasnosti je vo fáze výstavby. Pôvodný návrh vyžadoval, aby kľúčové parametre odpadových vôd spĺňali normy triedy V špecifikované v GB 3838-2002 „Normy kvality životného prostredia pre povrchové vody“, zatiaľ čo celkový dusík (TN) a ďalšie ukazovatele mali spĺňať normy stupňa A GB 18918-2002 „Štandard vypúšťania znečisťujúcich látok pre čistiarne komunálnych odpadových vôd“.
V marci 2022 vydala správa pre vodné záležitosti Qingdao „Oznámenie o vykonávaní prác na modernizácii a renovácii mestských čistiarní odpadových vôd v Qingdao“. Toto oznámenie vyžadovalo, aby čistiarne odpadových vôd v okolí zálivu Jiaozhou, zálivu Bohai a pozdĺž riek dokončili modernizáciu, čím sa štandard vypúšťania zvýšil na kvázi-triedu IV kvality povrchovej vody, pričom TN odtoku je regulovaná medzi 10 – 12 mg/l. Zverejnenie tejto politiky spadá do intervalu medzi predbežným schválením projektu (jún 2021) a jeho fyzickým začatím (apríl 2023), čím sa vytvorila technická medzera medzi už schválenými pôvodnými projektovými normami a najnovšími environmentálnymi požiadavkami. Keďže ide o nové zariadenie na čistenie odpadových vôd v oblasti West Coast New Area, na zabezpečenie súladu po dokončení sa stalo nevyhnutné súčasne vykonávať optimalizáciu procesu počas fázy výstavby a vypracovať ekonomicky realizovateľný plán modernizácie prostredníctvom štúdií uskutočniteľnosti.
1. Návrh a výber schémy procesov
1.1 Navrhnutá kvalita odpadovej vody
Normy odpadovej vody projektu boli inovované z kvázi{0}}triedy V na kvázi-triedu IV kvality povrchovej vody. Na ďalšie zníženie hodnôt ukazovateľov ako BSK, CHSK boli potrebné rozumné technické riešeniaCr,TN, NH₃-N a TP v odpadovej vode. Špecifická analýza je uvedená vTabuľka 1.
1.2 Výber inžiniersko-technickej schémy
Procesný tok závodu vo výstavbe je znázornený vObrázok 1.
Závod vo výstavbe využíva proces „Predúprava + modifikovaná biochemická nádrž AAOAO + sekundárna sedimentačná nádrž + vysokoúčinná sedimentačná nádrž + filter typu V- + ozónová oxidácia“. Dispozičné riešenie stavieb je kompaktné, nezostávajú žiadne nadbytočné pozemky pre projekt rekonštrukcie, ktorý preto musí vychádzať z prebiehajúcej výstavby. Modernizácia sa primárne zameriava na odstránenie znečisťujúcich látok, ako je CHSKCr, NH₃-N, TN a TP. Boli navrhnuté dve porovnávacie schémy, ako je podrobne uvedené vTabuľka 2.
Schéma 1: AAOAO-MBBR + vysoko{3}}účinný proces sedimentačnej nádrže
- Modifikácia biochemického systému: Optimalizujte štruktúru biochemickej nádrže AAOAO vo výstavbe. Zvýšte kapacitu denitrifikácie rozšírením objemu anoxickej zóny. Súčasne pridajte nosiče MBBR lokálne v aeróbnej zóne, aby ste vytvorili kompozitný proces, čím sa posilní účinnosť biochemického odstraňovania NH₃-N a TN.
- Aktualizácia fyzikálno-chemického systému: Optimalizujte štruktúru nádrže a parametre podporného zariadenia vysokoúčinnej sedimentačnej nádrže, aby ste zaistili stabilné dodržiavanie TP.
- Pokročilé vylepšenie liečby: Zvýšte dávku v ozónovej oxidačnej jednotke, aby sa ďalej degradovala žiaruvzdorná organická hmota, čím sa zabezpečí CHSKCrdodržiavanie vypúšťania.
Schéma 2: Vysokoúčinná sedimentačná nádrž- + proces denitrifikačného hlbokého filtra
- Optimalizácia prevádzkového režimu: Udržujte pôvodnú štruktúru biochemickej nádrže AAOAO. Pridajte nastaviteľné prevzdušňovacie zariadenia do post-anoxickej zóny, aby ste mohli dynamicky prepínať medzi anoxickými/aeróbnymi režimami na základe kvality prítoku, čím sa zabezpečí účinnosť liečby NH₃-N.
- Aktualizácia fyzikálno-chemického systému: Optimalizujte štruktúru nádrže a parametre podporného zariadenia vysokoúčinnej sedimentačnej nádrže, aby ste zaistili stabilné dodržiavanie TP.
- Prijatie denitrifikačného filtra: Premeňte filter typu V- na denitrifikačný filter s hlbokým lôžkom, ktorý využíva dávkovanie zdroja uhlíka na zlepšenie schopnosti odstraňovania TN.
- Pokročilé vylepšenie liečby: Zvýšte dávku v ozónovej oxidačnej jednotke, aby sa ďalej degradovala žiaruvzdorná organická hmota, čím sa zabezpečí CHSKCrdodržiavanie vypúšťania.
Obe schémy môžu spĺňať požiadavky na odstraňovanie dusíka a fosforu. Schéma 1 využíva modifikácie biochemickej nádrže na dosiahnutie odstránenia TN. Jeho výhoda spočíva v plnom využití pritekajúceho zdroja uhlíka. Keď prítok TN kolíše, môže sa do anoxickej zóny pridať aj externý zdroj uhlíka na odstránenie TN. Na porovnanie, denitrifikačný filter s hlbokým lôžkom použitý v schéme 2 si vyžaduje použitie externého zdroja uhlíka a vyžaduje dlhodobé-udržiavanie mikrobiálnej aktivity vo filtri, čo zvyšuje prevádzkové náklady. Hoci investičné náklady na výstavbu oboch schém sú porovnateľné, na základe viacrozmerných úvah vrátane kontroly prevádzkových nákladov, stability procesu a efektívnosti využívania zdroja uhlíka, schéma 1-, ktorá ponúka ekonomickú efektívnosť aj prevádzkovú flexibilitu, bola nakoniec vybraná ako proces implementácie projektu modernizácie.
2. Kľúčové body inžinierskeho návrhu
2.1 Modifikácia biochemického systému
Hlavná technológia procesu MBBR spočíva v dosiahnutí efektívneho fluidného pohybu zavesených nosičov prostredníctvom konštrukcie, čím sa výrazne zvyšuje účinnosť biodegradácie systému pre znečisťujúce látky. Tento procesný systém pozostáva z piatich kľúčových prvkov: vysoko{1}}mechanických{2}}nosičov biofilmu, prispôsobenej konštrukcie hydraulickej nádrže, systému smerového prevzdušňovania, presného zachytávacieho zariadenia a zariadenia na pohon kvapaliny. Na základe upravených objemov nádrží a projektových parametrov prevádzkového projektu prenájmu zariadenia na čistenie odpadových vôd (MBBR) s kapacitou 20 000 m³/d v rámci regionálnej kanalizácie je vypočítaná celková požadovaná efektívna plocha závesných nosičov približne 2 164 000 m². Navrhnutá efektívna špecifická plocha nosičov MBBR je väčšia ako 750 m²/m³. Tabuľka konštrukčného výpočtu pre upravený objem nádrže AAOAO{12}}MBBR je uvedená vTabuľka 3.
2.2 Aktualizácia fyzikálno-chemického systému
Vysokoúčinná sedimentačná nádrž{0} je navrhnutá tak, aby fungovala v dvoch paralelných skupinách. Renovácia tejto jednotky má formu procesného balíka, pričom dodávateľ zariadenia poskytuje úplné-technické záruky procesu a záväzky týkajúce sa výkonu. Hlavné parametre procesu a konfigurácie zariadení sú nasledovné.
Koagulačná nádrž pozostáva z dvoch skupín s celkom 4 oddeleniami. Navrhovaná veľkosť jedného oddelenia je 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Maximálny čas zadržania je približne 3,8 minúty s gradientom rýchlosti (G) väčším alebo rovným 250 s-¹. Každé miešadlo je nakonfigurované s výkonom jednej{10}}jednotky s výkonom 4 kW.
Vločkovacia nádrž pozostáva z dvoch skupín s celkom 2 oddeleniami. Navrhovaná veľkosť jedného oddelenia je 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Maximálny čas zadržania je približne 8,3 minúty. Vnútorný priemer sacej rúry je 2 575 mm. Je konfigurovaný s turbínovými{13}miešadlami Φ2 500 mm, každé s výkonom 7,5 kW.
Sedimentačná nádrž pozostáva z dvoch skupín. Plocha šikmej rúry pre jednu skupinu je približne 84 m². Priemer sedimentačnej nádrže je 11,7 m. Navrhovaná priemerná rýchlosť hydraulického zaťaženia na šikmom povrchu rúry je 12,4 m³/(m²·h), so špičkovou hodnotou 16,1 m³/(m²·h). Navrhovaná priemerná rýchlosť hydraulického zaťaženia pre sedimentačnú zónu je 7,6 m³/(m²·h), so špičkovou hodnotou 9,9 m³/(m²·h).
Chemický dávkovací systém je konfigurovaný nasledovne: Komerčná kvapalina polyaluminiumchloridu (PAC) (10% Al2O3) je navrhnutá ako koagulant, ktorý sa dávkuje na viacerých miestach v prítokovej časti koagulačnej nádrže. Navrhovaná maximálna dávka je 300 mg/l, s priemernou dávkou 150–200 mg/l. Používajú sa mechanické membránové dávkovacie čerpadlá konfigurované s 10-násobným online systémom riedenia. Aniónový polyakrylamid (PAM) je navrhnutý ako flokulant, ktorý sa dávkuje do flokulačnej časti vysokoúčinnej sedimentačnej nádrže. Používa sa súprava plne automatickej kontinuálnej jednotky na prípravu a dávkovanie roztoku PAM s koncentráciou roztoku 2 g/l. Navrhnutá maximálna dávka je 0,6 mg/l, s priemernou dávkou 0,3 mg/l. Dávkovacie čerpadlá sú skrutkové dávkovacie čerpadlá, ktoré sú tiež vybavené 10-násobným online systémom riedenia.
2.3 Pilotné-overenie experimentu s oxidáciou ozónom
Na overenie uskutočniteľnosti odtoku z modernizovaného závodu, ktorý stabilne spĺňa normy pre povrchové vody triedy IV (koncentrácia CHSK 30 mg/l alebo menej), vybrala táto štúdia v júni 2024 ako predmet výskumu sekundárny odpad z prvej a druhej fázy závodu na čistenie kvality vody v Lianwanhe. Uskutočnil sa experiment na overenie výkonu pre pokročilý proces úpravy „piesková filtrácia“ + ozón. Cieľom experimentu bolo zhodnotiť použiteľnosť tohto procesu na návrh projektu Xin'an a dosiahnuteľnosť cieľa.
Tento experiment využíval existujúcu malú{0}}jednotku pieskovej filtrácie (výkon čistenia 1,5 m³/h) v závode Lianwanhe. Na mieste bolo zriadené pilotné-zariadenie na oxidáciu ozónu (vežový reaktor, efektívny objem 0,5 m³). Existujúci odpad zo sekundárnej sedimentačnej nádrže bol filtrovaný malým pieskovým filtrom, potom zdvihnutý čerpadlom, aby vstúpil zhora do veže na oxidáciu ozónu. Oxidačný účinok ozónu sa využil na odstránenie žiaruvzdorných organických látok z prítoku, čím sa dosiahlo ďalšie zníženie CHSK.
2.3.1 Výkon "pieskovej filtrácie + ozónová oxidácia" pri dávke ozónu 20 mg/l a HRT 30 min.
Počas tejto výskumnej fázy sa koncentrácia CHSK pohybovala od 38,2 do 43,4 mg/l, s priemerom 40,4 mg/l. Po úprave procesom "piesková filtrácia + oxidácia ozónom" bola CHSK konečného odpadu v priemere 28,8 mg/l. Experiment zistil, že keď bola koncentrácia CHSK vysoká, stále existovali prípady, keď odpadová CHSK nespĺňala normu. Okrem toho, konečná farba výtoku z pilotného testu zostala vyššia ako farba prítoku a nespĺňala normu výtoku. Podrobnosti sú uvedené vObrázok 2(a).
2.3.2 Výkon "pieskovej filtrácie + ozónová oxidácia" pri dávke ozónu 25 mg/l a HRT 30 min.
Aby sa ďalej zlepšilo odstraňovanie CHSK a znížila sa farba výtoku, táto fáza pokračovala v zvyšovaní dávky ozónu pri udržiavaní HRT na 30 min. V tejto experimentálnej fáze sa koncentrácia CHSK v prítoku pohybovala od 36,3 do 46,2 mg/l, v priemere 40,4 mg/l. Po liečbe sa koncentrácia CHSK znížila na 28 mg/l. Konečná farba výtoku z pilotného testu stále zostávala vyššia ako farba prítoku a nespĺňala normu výtoku. Podrobnosti sú uvedené vObrázok 2(b).
2.3.3 Výkon „pieskovej filtrácie + oxidácia ozónom“ pri dávke ozónu 30 mg/l a HRT 30 min.
Za podmienok dávkovania ozónu 30 mg/l a HRT 30 minút proces "Sand Filtration + Ozone Oxidation" ukázal dobrú účinnosť čistenia pre CHSK sekundárneho odpadu. V tejto testovacej fáze sa koncentrácia CHSK v prítoku pohybovala od 38,2 do 42,2 mg/l, v priemere 40,2 mg/l. Po ošetrení zostala koncentrácia CHSK vo výtoku stabilná pod 30 mg/l, v priemere 26 mg/l. V tejto fáze proces tiež preukázal dobrú účinnosť odstraňovania farby, pričom nameraná farba bola konzistentne nižšia ako 20, čo stabilne spĺňa štandard vybíjania. Podrobnosti sú uvedené vObrázok 2(c).
2.3.4 Experimentálny záver
Na základe experimentálnych výsledkov za optimálnych reakčných podmienok bol pomer dávky ozónu (30 mg/l) k odstráneniu CHSK (12,2 mg/l) v jednotke na úpravu ozónu 2,45:1,00.
Pilotný experiment dokázal, že pokročilý proces čistenia „Sand Filtration + Ozone Oxidation“ dokáže účinne znížiť hodnotu CHSK reprezentatívneho sekundárneho odpadu z elektrárne v Lianwanhe. Preto je prijatie procesu „piesková filtrácia + oxidácia ozónom“ ako pokročilý proces úpravy pre projekt Xin'an Qianhe dobre realizovateľné a môže zabezpečiť, že CHSK v odpadovej vode projektu zostane stabilná pod 30 mg/l.
3. Záver
Tento výskum sa zameriava na tri základné moduly modifikácie: systém biochemickej úpravy využíva hybridný proces AAOAO-MBBR (suspendovaný a pripojený rast); jednotka fyzikálno-chemickej úpravy optimalizuje štruktúru nádrže a výber vybavenia pre vysokoúčinnú sedimentačnú nádrž; a prepojenie na pokročilú úpravu je overené prostredníctvom pilotného-experimentu s oxidáciou ozónu.
Prostredníctvom synergickej optimalizácie tohto procesného reťazca je skonštruovaný úplný-systém spracovania procesov „Biochemical Enhancement – Physicochemical Improvement – Advanced Safeguard“. Súčasne tento inžiniersky návrh sleduje objektívnu skutočnosť prebiehajúcej súčasnej projektovej výstavby, čo si vyžaduje koordinovanú optimalizáciu postupnosti výstavby pre všetky konštrukcie, aby sa maximalizovalo využitie existujúcich zariadení a minimalizovalo sa zaťaženie renovácie.
Projekt využíva štandard kvality odpadových vôd vo výstavbe závodu ako meradlo pre kvalitu ovplyvňujúcu dizajn. Výpustné koncentrácie CHSKCr, BSK₅, NH₃-N a TP musia spĺňať normy triedy IV (TN menšie alebo rovné 10/12 mg/l) špecifikované v GB 3838-2002 „Normy kvality životného prostredia pre povrchové vody“. Ostatné indikátory musia byť v súlade s normami stupňa A GB 18918-2002 „Štandard vypúšťania znečisťujúcich látok z komunálnych čistiarní odpadových vôd“. Tento projekt modernizácie má návrhovú škálu 50 000 m³/d, celkovú investíciu 27,507 milióna juanov, prevádzkové náklady 0,3 juanov/m³, celkové náklady 0,39 juanov/m³ a prevádzkovú cenu vody 0,45 juanov/m³.