Prípadová štúdia procesu MBBR+ACCA na modernizáciu a rekonštrukciu mestskej čistiarne odpadových vôd
Na pozadí rozmachu čínskej ekonomiky sa tempo industrializácie a urbanizácie výrazne zrýchlilo. Tento proces je nevyhnutne sprevádzaný každoročným-zvyšovaním{2}}vypúšťania priemyselných odpadových vôd a splaškových vôd z domácností, čo zhoršuje problémy so znečistením vody a má vplyv na trvalo udržateľnú ekologickú výstavbu civilizácie v Číne. Vďaka komplexnej implementácii Akčného plánu na prevenciu a kontrolu znečistenia vôd boli na čistiarne odpadových vôd v celej krajine uložené prísnejšie požiadavky na vypúšťanie odpadových vôd. Miestne normy v niektorých mestách dosiahli kvalitu vody kvázi-triedy IV a v prípade odpadových vôd vypúšťaných do citlivých vodných útvarov sa určité jednotlivé ukazovatele postupne približujú k norme triedy III pre povrchové vody. Zvyškové znečisťujúce látky v komunálnych odpadových vodách po biologickom čistení sú však primárne -nebiodegradovateľné organické zlúčeniny s nízkou biologickou odbúrateľnosťou. Spoliehanie sa výlučne na tradičné technológie biologického zlepšovania sa stalo nedostatočným na splnenie čoraz prísnejších emisných noriem.
Aktivovaný koks má vysoko vyvinutý mezoporézny systém schopný adsorbovať makromolekulárne znečisťujúce látky vo vode. S vysokou mechanickou pevnosťou, stabilitou, dobrým adsorpčným výkonom a relatívne ekonomickými nákladmi sa široko používa pri čistení priemyselných odpadových vôd, ktoré sa ťažko biologicky odbúravajú. V posledných rokoch našla filtračná technológia využívajúca aktívny koks ako médium určité uplatnenie aj pri pokročilom čistení komunálnych odpadových vôd, pričom sa dosiahli dobré výsledky v konečnom odstránení znečisťujúcich látok. Skombinovaním inžinierskeho príkladu z modernizačného projektu v čistiarni odpadových vôd v provincii Henan autor prijal proces MBBR+ACCA (Activated Coke Circulating Adsorption) na modernizáciu čistenia mestských odpadových vôd. Ukazovatele CHSK, NH₃-}N a TP v odpadovej vode spĺňali vodný štandard triedy III GB 3838-2002, ktorý poskytuje referenciu pre projekty modernizácie v iných čistiarňach odpadových vôd.
1. Základná situácia čistiarne odpadových vôd
Celková projektovaná kapacita tejto čistiarne odpadových vôd je 50 000 m³/d, pričom zahŕňa projektovanú kapacitu fázy I 18 000 m³/d a projektovanú kapacitu fázy II 32 000 m³/d. Čistí predovšetkým mestské domové odpadové vody a malé množstvo priemyselných odpadových vôd. Modernizácia bola dokončená v roku 2012, pričom odpadová voda spĺňala normu 1. stupňa podľa normy vypúšťania znečisťujúcich látok pre komunálne čistiarne odpadových vôd GB 18918-2002. Hlavným procesom je viacstupňový{14}}AO + denitrifikačný filter + sedimentačná nádrž s vysokou hustotou. Priebeh procesu je znázornený vObrázok 1.
V súčasnosti je čistiareň odpadových vôd v prevádzke takmer na plný výkon. Na základe aktuálnych prevádzkových údajov je možné pri dobrej údržbe zariadenia stabilne udržiavať kvalitu odpadovej vody podľa normy GB 18918-2002 Grade 1A. Koncentrácie vo výtoku pre CHSK, BSK5, NH3-N, TN a TP sa pohybujú od 21,77-42,34 mg/l, 1,82-4,15 mg/l, 0,13-1,67 mg/l, 8,86-15,74 mg/l a 0,29 mg/l, respektíve 0,21 mg/l.
Pred modernizáciou sa závod potýkal s nasledujúcimi problémami: 1) Starnutie a poškodené sitá v sekcii predúpravy umožnili, aby sa do biologických nádrží dostali nejaké úlomky, čím sa ľahko upchali čerpadlá a ovplyvnili následné čistenie; 2) Nestabilné odstraňovanie TN počas nízkych zimných teplôt a výrazných výkyvov v kvalite a množstve vody; 3) Nedostatočný objem nádrže v biologických nádržiach fázy I a neprimerané rozdelenie anoxických zón, čo vedie k zlej účinnosti odstraňovania TN a vysokému dávkovaniu chemikálií na následné pridávanie zdroja uhlíka; 4) Pôvodný systém prevzdušňovania používal zastarané tradičné odstredivé dúchadlá s vysokou spotrebou energie; 5) Silné upchatie filtračného média v denitrifikačných filtroch, neúplné spätné preplachovanie a ťažkosti so stabilnou prevádzkou; 6) Časté poruchy miešacieho a miešacieho zariadenia v sedimentačných nádržiach s vysokou{6}}hustotou; 7) Časté poruchy dvoch existujúcich pásových filtračných lisov na odvodňovanie kalu, vysoký obsah vlhkosti odvodneného kalu, veľký objem kalu a vysoké náklady na likvidáciu kalu; 8) Nedostatok zariadení na kontrolu zápachu pre systémy predúpravy a úpravy kalu; 9) Zastaraný centrálny riadiaci systém s obmedzenou kapacitou ukladania dát a stratou väčšiny funkcií diaľkového ovládania.
2. Navrhnite kvalitu vody
Vzhľadom na roky prevádzkových údajov o kvalite vody z elektrárne, s 90% úrovňou spoľahlivosti a vrátane určitej rezervy, bola určená kvalita projektovaného vplyvu. Na základe environmentálnych požiadaviek na kvalitu prijímajúceho vodného útvaru musia vylepšené odpadové vody CHSK, BSK₅, NH₃-N a TP spĺňať normu GB 3838-2002 pre vodu triedy III, zatiaľ čo TN a SS budú dodržiavať pôvodnú normu. Dizajnový prítok a kvalita odpadových vôd sú uvedené vTabuľka 1.
3. Aktualizácia koncepcie a toku procesu
3.1 Koncepcia aktualizácie
Podľa konštrukčnej kvality odpadovej vody táto inovácia kladie vyššie požiadavky na CHSK, BSK₅, NH₃-N a TP. Vzhľadom na súčasný proces závodu, charakteristiky kvality vody a existujúce problémy sa dôraz kladie na lepšie odstraňovanie CHSK, NH₃-N a TP pri zabezpečení stabilného odstraňovania TN. Okrem toho obmedzený dostupný priestor v rámci existujúceho závodu si vyžaduje plné využitie potenciálu existujúcich štruktúr prostredníctvom obnovy zariadení, intenzifikácie procesov a renovácie s cieľom efektívneho odstraňovania COD, NH₃-N, TN a TP. Využitie pôvodných viacstupňových nádrží AO a pridanie zavesených nosičov na vytvorenie hybridného biofilmového-procesu MBBR aktivovaného kalu preto môže účinne zlepšiť stabilitu spracovania a odolnosť proti nárazovému zaťaženiu. Dlhý kalový vek biofilmu na nosičoch je vhodný na rast nitrifikátorov a udržiavanie vysokých koncentrácií nitrifikátorov, čím sa výrazne zvyšuje nitrifikačná kapacita systému. Hustý biofilm vo vnútri nosičov má dlhý kalový vek, v ktorom sa nachádzajú značné populácie nitrifikačných a denitrifikačných baktérií, čo umožňuje súčasnú nitrifikačnú-denitrifikáciu (SND), a tým posilňuje odstraňovanie TN. Proces MBBR je preto{12}}vhodný na inováciu tohto závodu.
Na základe podobných skúseností s projektmi modernizácie, aby sa zabezpečila stabilná zhoda pre CHSK a TP, sú okrem existujúceho procesu spojeného s MBBR stále potrebné ďalšie ochranné zariadenia na úpravu. Aktivovaný koks ako porézny materiál vykazuje výraznejší adsorpčný výkon v porovnaní s aktívnym uhlím, účinne odstraňuje CHSK, SS, TP, farbu atď. Okrem toho môže biologicky aktivovaný koks využívať pripojené mikroorganizmy na degradáciu organickej hmoty, čo umožňuje regeneráciu adsorpčných miest pri adsorpcii znečisťujúcich látok. Tento mechanizmus dynamickej rovnováhy umožňuje trvalú a stabilnú prevádzku systému. Proces cirkulujúcej adsorpcie aktívneho koksu (ACCA) využíva ako médium aktivovaný koks, ktorý spája filtráciu a adsorpciu. Na zdvíhanie a čistenie filtračného média využíva stlačený vzduch. Prostredníctvom reverzného-rozdelenia toku a jednotného dizajnu toku zaisťuje úplný kontakt medzi aktivovaným koksom a odpadovou vodou, čím sa dosahuje konečné zlepšenie kvality vody a zaručuje stabilný súlad s odpadovou vodou.
Starnúce a chybné zariadenia závodu budú nahradené technologicky vyspelými, energeticky-úspornými zariadeniami, aby sa znížili prevádzkové náklady. Konkrétne budú sitá na predbežnú úpravu nahradené vnútornými jemnými sitami na zachytávanie vlasov a vlákien, čím sa zabráni upchávaniu sitiek na zadržiavanie nosičov MBBR.
3.2 Priebeh procesu
Tok upgradovaného procesu je zobrazený vObrázok 2. Pre splnenie požiadaviek na hlavu bola pridaná nová čerpacia stanica výťahu. Novo skonštruovaný filter typu V- slúži ako jednotka predúpravy pre následnú adsorpciu aktivovaného koksu, čím zabezpečuje stabilitu systému ACCA. Surová voda prechádza cez sitá a štrkové komory, aby odstránila plávajúce látky, vlasy a častice predtým, ako vstúpi do hybridných biologických nádrží MBBR na lepšie odstraňovanie dusíka. Zmesový lúh potom vstupuje do sekundárnych čističiek na oddelenie pevných látok. Supernatant sa vyzdvihne cez novú čerpaciu stanicu do denitrifikačných filtrov a sedimentačných nádrží s vysokou-hustotou. Odpadová voda je potom prečerpávaná novou čerpacou stanicou do filtra typu V-a dvoj-stupňových aktivovaných adsorpčných nádrží koksu na pokročilé čistenie, ďalšie odstraňovanie CHSK, TP, SS, farby atď. Konečný odpad sa pred vypustením dezinfikuje.
4. Konštrukčné parametre hlavných liečebných jednotiek
4.1 Biologické nádrže
Existujúce biologické nádrže I. fázy sú rozdelené do dvoch skupín s relatívne malým objemom nádrže, ale zdravou konštrukciou. Preto pri tejto modernizácii, pri splnení požiadaviek hlavy, boli steny nádrže zvýšené o 0,5 m. Po renovácii je celkový efektívny objem 10 800 m³, s celkovou HRT 14,4 h a HRT v anoxickej zóne 6,4 h, čím sa zvyšuje anoxický retenčný čas na zlepšenie odstraňovania TN. Existujúce biologické nádrže fázy II majú efektívny objem 19 600 m³, celkovú HRT 14,7 h a HRT v anoxickej zóne 6,8 h. Tento projekt zahŕňal výmenu prevzdušňovacích systémov a niektorých starnúcich ponorných miešačiek v biologických nádržiach fázy I aj II a pridanie zavesených nosičov a retenčných sitiek. Nosiče sú vyrobené z polyuretánu alebo iných vysoko{14}}kompozitných materiálov s kubickou špecifikáciou 24 mm, špecifickým povrchom 4 000 m²/m³ a pomerom plnenia 20 %. AOR biologického čistiaceho systému je 853,92 kg O₂/h, s rýchlosťou prívodu vzduchu 310,36 Nm³/min.
4.2 Zdvihnite čerpaciu stanicu a nádrž na odpadovú vodu
Bola skonštruovaná nová čerpacia stanica výťahu na prečerpávanie odpadových vôd zo sedimentačných nádrží s vysokou -hustotou do filtra typu V- na ďalšie spracovanie. Nádrž na odpadovú vodu uchováva preplachovú odpadovú vodu z filtrov. Malé čerpadlá sa používajú na rovnomerné prečerpávanie odpadovej vody zo spätného preplachu do biologických nádrží fázy II, aby sa zabránilo nárazovému zaťaženiu. Boli nainštalované tri sekundárne čerpadlá výťahu (2 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q=1, 300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), s riadením s premenlivou frekvenciou (VFD). Nádrž na preplachovanie odpadovej vody je vybavená 2 prenosovými čerpadlami (1 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) a jedným ponorným miešadlom (N=2.2 kW), aby sa zabránilo usadzovaniu.
4,3 V-Filter typu
Bol skonštruovaný nový filter typu V{0}} s konštrukčnými rozmermi 36,9 m (D) × 29,7 m (Š) × 8,0 m (V). Používa homogénne filtračné médiá z kremenného piesku. Filter je rozdelený na 6 buniek usporiadaných v dvoch radoch. Výstupné potrubie každej bunky má elektrický regulačný ventil na riadenie prevádzky konštantnej hladiny vody. Proces spätného preplachovania je možné regulovať pomocou PLC. Navrhovaná rýchlosť filtrácie je 7,0 m/h, rýchlosť nútenej filtrácie je 8,4 m/h a plocha jednobunkovej filtrácie je 49,4 m². Intenzita preplachovej vody je 11 m³/(m²·h), intenzita spätného preplachu vzduchu je 55 m³/(m²·h) a intenzita povrchového zametania je 7 m³/(m²·h). Trvanie spätného preplachu je 10 minút. Cyklus spätného preplachovania je 24 hodín (nastaviteľný), umývanie po jednej bunke. Veľkosť média z kremenného piesku je 1-1,6 mm s k₈₀ < 1,3. Používajú sa monolitické filtračné platne odliate{26}}na mieste.
4.4 Aktivované adsorpčné nádrže koksu
Bola skonštruovaná nová adsorpčná nádrž aktivovaného koksu s konštrukčnými rozmermi 49,5 m (D) × 30,15 m (Š) × 11,0 m (V). Využíva dvojstupňovú konfiguráciu filtrácie s celkovým počtom 36 článkov, 18 článkov na stupeň. Maximálna rýchlosť filtrácie je 6,02 m³/(m²·h), s priemerom 4,63 m³/(m²·h). Rozmery jednej bunky v prvej-fáze- sú D׊×V=5.0 m×5,0 m×11,0 m, s dobou kontaktu s prázdnou posteľou (EBCT) 1,4 h. Rozmery jednej bunky druhého-stupňa-sú D׊×V=5.0 m×5,0 m×9,5 m, s EBCT 1,08 h. Systém využíva 2000 ton aktivovaného koksu s veľkosťou častíc 2-8 mm, vybavený mobilnými umývačkami koksu, rozdeľovačmi vody, vstupnými/výstupnými prepadmi atď.
4.5 Aktivovaná budova koksu
Na skladovanie aktivovaného koksu a jeho dodávku do adsorpčných nádrží bola postavená nová budova aktivovaného koksu. Konštrukčné rozmery sú 33,5 m (D) × 13,0 m (Š) × 6,5 m (V). Hlavné pomocné vybavenie zahŕňa: 1 aktivované vibračné sito na odvodnenie koksu, 3 čerpadlá na prívod koksu (2 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 čerpadlá na vypúšťanie filtrátu (1 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q{15}} m³}m{15}} N=18.5 kW), 2 vzduchové kompresory (1 prevádzkový + 1 pohotovostný režim, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) a nádrž na zachytávanie vzduchu (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Odvodňovacia miestnosť-a{2}}rámov
Vedľa existujúcej miestnosti na odvodňovanie kalu bola postavená nová dosková{0}}a{1}}rámová odvodňovacia miestnosť. Kvôli priestorovým obmedzeniam bola konfigurovaná jedna súprava doskového-a{4}}rámového kalolisu (plocha filtra 300 m²), ktorá slúžila ako záloha pásového kalolisu. K doplnkovým zariadeniam patrí jedna klimatizačná nádrž (účinný objem 80 m³). Množstvo kalu je 6 150 kg DS/d, s vlhkosťou zahusteného vstupného kalu 97 % a vlhkosťou odvodneného koláča 60 %. Hlavné doplnkové vybavenie zahŕňa: 2 napájacie čerpadlá (1 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 tlakové vodné čerpadlá (1 prevádzkové + 1 pohotovostné, Q=12 m³/h, umývacie čerpadlo m=60 m³/h, H {m, 5}kW{24} kW (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 dávkovacie čerpadlá (1 prevádzka + 1 pohotovostný režim, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 súprava vzduchového kompresora (Q Nm{37}³} 8}³}min. kW{37} zberná nádrž (V=5 m³, P=1.0 MPa) a 1 súprava jednotky na prípravu PAM (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Systém kontroly zápachu
Bol pridaný nový biofiltračný systém na kontrolu zápachu s projektovaným prietokom vzduchu 12 000 m³/h. Potrubie z plastu vystuženého sklom (GRP) sa používa na zber a úpravu pachov zo systémov predúpravy a úpravy kalu. Na utesnenie zariadení na predúpravu sa používajú rámy z nehrdzavejúcej ocele a PC odolné dosky.
4.8 Ďalšie aktualizácie zariadení
- Nahradené 2 jemnými sitami s vnútorným podávaním s 5 mm otvorom, so závitovkovými dopravníkmi a nádržou na umývaciu vodu, V=10 m³ a 2 čerpadlami na umývaciu vodu (1 prevádzkové + 1 pohotovostný režim, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Nahradené 4 účinnejšími dúchadlami vzduchového odpruženia, riadené VFD (3 prevádzkové + 1 pohotovostný režim, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Nahradené filtračné médium v existujúcich denitrifikačných filtroch za 1800 m³ keramického média (veľkosť častíc 3-5 mm).
- Nahradené 2 miešacie miešadlá v sedimentačných nádržiach s vysokou{1}}hustotou (rýchlosť 60-80 ot./min, N=5.5 kW), 4 flokulačné miešadlá (rýchlosť 10-20 ot./min., N=2.2 kW) a rúrkové usadzovače (260 m²).
- Nahradený pásový filtračný lis za 2 m široký pás a zodpovedajúci vzduchový kompresor, 1 sada.
- Využitím pôvodného centrálneho dispečingu, modernizovaného vybavenia, prístrojov a zavedeného centralizovaného riadenia sa vytvoril celozávodný{0}}systém dátovej komunikácie na dosiahnutie dátovej komunikácie medzi centrálnym dispečingom a rozvodňami, ako aj automatizáciu riadenia výrobného procesu.
5. Prevádzkový výkon a technické-ekonomické ukazovatele
5.1 Prevádzkový výkon
Po dokončení tohto modernizačného projektu všetky čistiarne fungujú stabilne. Údaje monitorovania kvality prítokovej a odpadovej vody za rok 2023 sú uvedené vTabuľka 2.
Ako je uvedené, priemerné koncentrácie v odpade pre CHSK, NH3{0}}N, TN, TP a SS boli 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 a 2,63 mg/l, s priemernými rýchlosťami odstraňovania 95,16 %, 959,45 %, 97 %, 7,37,3 % resp. Odpadová CHSK, NH3-N a TP konzistentne spĺňali vodný štandard GB 3838-2002 triedy III.
Modernizovaný projekt je v prevádzke takmer dva roky. Výsledky naznačujú, že proces MBBR+ACCA je stabilný, účinný a produkuje vysokokvalitnú-odtokovú vodu, ktorá preukazuje silnú odolnosť voči nárazovému zaťaženiu a nízkym-teplotám. Dokonca aj pri minimálnej zimnej teplote vody 9,4 stupňa a značných výkyvoch kvality vody zostala kvalita odtoku stabilná a spĺňala normy vypúšťania. Pred a po modernizácii sa dávka zdroja uhlíka nezvýšila, ale odstránenie TN sa výrazne zlepšilo. Je to preto, že na jednej strane nitrifikačné mikroorganizmy pripojené k nosičom MBBR rastú a akumulujú sa v stabilnom aeróbnom prostredí, čo vedie k úplnejšej nitrifikácii. Na druhej strane sa dusičnany ďalej odstraňovali v modernizovaných nádržiach MBBR a anoxických nádržiach. Finálny ACCA systém funguje ako ochrana, ďalej adsorbuje a odstraňuje ťažkopádne CHSK, TP, SS atď., čím sa kvalita odpadovej vody stáva stabilnejšou. Okrem toho po implementácii projektu môže závod produkovať-kvalitnú regenerovanú vodu, čím sa položí základ pre budúce opätovné využitie vody.
5.2 Technické-ekonomické ukazovatele
Celková investícia do tohto projektu bola 86 937 600 RMB, zahŕňala náklady na výstavbu a inštaláciu 74 438 500 RMB, ostatné výdavky 7 593 500 RMB, nepredvídané náklady 4 101 600 RMB a počiatočný pracovný kapitál 804 000 RMB. Po stabilnej prevádzke systému sú dodatočné náklady na elektrickú energiu pre celú elektráreň 0,11 RMB/m³, náklady na aktivovaný koks sú 0,39 RMB/m³, čo vedie k celkovému zvýšeniu prevádzkových nákladov približne o 0,50 RMB/m³.
6. Záver
- Tento projekt implementoval obnovu zariadení, intenzifikáciu procesov a renováciu v existujúcej čistiarni odpadových vôd a pridal pokročilé čistenie, čím sa zlepšila účinnosť odstraňovania COD, NH₃-N, TN a TP.
- Po inovácii pomocou hlavného procesu „MBBR+ACCA“ sa COD, NH₃-N a TP stabilne zlepšili zo stupňa 1A na štandard povrchovej vody triedy III a odstraňovanie TN sa výrazne zlepšilo.
- Prax ukazuje, že tento proces funguje stabilne a efektívne, je odolný voči nárazom pri zaťažení, produkuje vysokokvalitné-odtoky a zvyšuje prevádzkové náklady približne 0,50 RMB/m³. Môže slúžiť ako referencia pre projekty modernizácie a iniciatívy opätovného využívania vody v iných čistiarňach odpadových vôd.