Prevádzkový efekt projektu modernizácie čističky odpadových vôd v Tianjine
Čistiareň odpadových vôd v Tianjine prešla projektom modernizácie a renovácie, ktorý prijal modifikovaný proces Bardenpho{0}}MBBR, čím sa kvalita odpadovej vody zvýšila zo štandardu stupňa A špecifikovaného v „Štandarde vypúšťania znečisťujúcich látok pre čističky komunálnych odpadových vôd“ (GB 18918-2002) na miestnu normu triedy A2015 DB155 Tianj Proces biofilmového reaktora s pohyblivým lôžkom (MBBR) zahŕňa pridávanie suspendovaných nosičov MBBR do reaktora, poskytujúce miesta pre mikrobiálne pripojenie a vytváranie pripojených biofilmov, čím sa zvyšuje efektívna biomasa v systéme a dosahuje sa odstránenie znečisťujúcich látok. Proces MBBR ponúka výhody, ako je vysoké zaťaženie spracovania, silná odolnosť voči nárazovým zaťaženiam, stabilný výkon spracovania, jednoduché prevádzkové riadenie a flexibilná prevádzka procesu. Rastúci počet ČOV v Číne prijíma proces MBBR na renováciu. Tento dokument analyzuje prevádzkovú výkonnosť ČOV Tianjin po jej modernizácii s cieľom poskytnúť referenciu pre podobné projekty modernizácie.
1. Súčasný biologický proces odstraňovania dusíka a fosforu
Pôvodná biologická nádrž využívala proces A²/O s kapacitou čistenia 12 500 t/d. Projektovaný celkový vek kalu bol 14 dní, koncentrácia suspendovaných pevných látok v zmiešanom lúhu (MLSS) bola 3 500 mg/l, projektovaná teplota vody bola 10 stupňov, výťažnosť kalu bola 0,936 kgSS/kg BSK a zaťaženie kalom bolo 0,082 kg BSK/kgMLSS. Efektívna hĺbka vody v biologickej nádrži bola 6 m, s celkovým objemom nádrže 9 052,2 m³ a celkovou hydraulickou dobou zdržania (HRT) 17,4 hodín. Rozdelenie HRT bolo: selektorová zóna 0,58 h, anaeróbna zóna 1,38 h, anoxická zóna 2,85 h, výkyvná zóna 0,92 h a aeróbna zóna 11,67 h. Recyklácia kalu bola 100 % a vnútorná recyklácia zmesového lúhu bola 300 %. Pôvodná biologická nádrž pozostávala predovšetkým z anaeróbnych-anoxických-aeróbnych častí. Prevádzkové parametre je možné upraviť na základe podmienok prítoku a požiadaviek na odpadovú vodu, aby sa dosiahlo odstránenie dusíka a fosforu, pričom kvalita odpadovej vody spĺňala normu triedy A GB 18918-2002.
2. Prehľad projektu modernizácie a renovácie
Cieľom tejto modernizácie bolo zlepšiť kvalitu odpadovej vody tak, aby spĺňala normu triedy A miestnej normy Tianjin „Štandard vypúšťania znečisťujúcich látok z komunálnych čistiarní odpadových vôd“ (DB 12/599-2015). Navrhnutá kvalita prítoku a odtoku je uvedená vTabuľka 1. Podľa projektovaných hodnôt TN prítoku a odpadovej vody dosiahnutie TN odpadovej vody pod 10 mg/l vyžaduje denitrifikáciu 75,6 % v systéme biologických nádrží. Pôvodná biologická nádrž používala konfiguráciu A²/O. Výpočty založené na pôvodnej konfigurácii nádrže ukázali, že vnútorný recyklačný pomer by sa mal zvýšiť z pôvodných 200 % na 310 %, spolu s pridaním veľkého množstva externého zdroja uhlíka. To by nielen zvýšilo prevádzkové náklady, ale aj veľký objem vnútorného recyklovaného toku by mohol narušiť anoxické prostredie. To by mohlo viesť k tomu, že skutočná HRT v anoxickej zóne bude nižšia ako minimálna požiadavka, čo ovplyvní účinnosť denitrifikácie. Proces MBBR zlepšuje denitrifikačnú schopnosť systému a zlepšuje kvalitu odpadovej vody pridaním suspendovaných nosičov na zvýšenie koncentrácie biomasy v nádrži, čím sa spĺňajú požiadavky na modernizáciu.
Bez zmeny existujúceho objemu biologickej nádrže boli prekonfigurované vnútorné funkčné zóny biologickej nádrže. Pôvodná konfigurácia A²/O (anaeróbna -anoxická-aeróbna) bola upravená na konfiguráciu Bardenpho 6-: anaeróbna zóna, anoxická zóna, výkyvná zóna, aeróbna zóna, post-anoxická zóna a post{8}}aeróbna zóna. Konkrétne bola pôvodná selektorová zóna prevedená na anaeróbnu zónu. Pôvodná anaeróbna zóna, výkyvná zóna (predná časť) a anoxická zóna boli všetky použité ako pre-anoxická zóna. Predná polovica prvého koridoru v pôvodnej aeróbnej zóne bola upravená na švihovú zónu. Pôvodný prvý, druhý a tretí aeróbny koridor bol prerobený na zónu MBBR, kde boli pridané závesné nosiče spolu so vstupnými/výstupnými skríningovými systémami a spodným pomocným prevzdušňovacím systémom. Štvrtý aeróbny koridor sa zmenil na post{14}}anoxickú zónu. Pôvodná hojdacia zóna bola funkčne rozdelená a upravená na post{15}}anoxickú a postaeróbnu zónu. Parametre zrenovovanej biologickej nádrže sú uvedené vTabuľka 2.
Čo sa týka prevádzky procesu, zmesový lúh z aeróbnej zóny sa recykluje do anoxickej zóny a v anoxickej zóne sa pridáva zdroj uhlíka. Denitrifikačné baktérie využívajú zdroj uhlíka na denitrifikáciu na odstránenie dusičnanového dusíka produkovaného v aeróbnej zóne. Zvyškový dusičnanový dusík vstupuje do post-anoxickej zóny, kde sa pridáva ďalší zdroj uhlíka na pokračovanie denitrifikácie. Po renovácii je koncentrácia suspendovaných tuhých látok v zmiešanom lúhu (MLSS) 4 000 mg/l, recyklácia kalu je 50 % – 100 %, vnútorná recyklácia zmesového lúhu je 200 % – 250 % a rozpustený kyslík v zóne MBBR je 2 – 5 mg/l. Vývojový diagram procesu po renovácii je uvedený vObrázok 1.
3. Uvedenie systému do prevádzky po renovácii biologickej nádrže
Po dokončení rekonštrukcie biologickej nádrže sa začala fáza uvádzania do prevádzky. Do biologickej nádrže bol pridaný odvodnený kal z inej ČOV, čím sa koncentrácia kalu v krátkom čase rýchlo zvýšila nad 3 000 mg/l. Tým sa skrátila doba kultivácie a aklimatizácie kalu, čo umožnilo rýchle spustenie biologickej nádrže a obnovenie jej kapacity na odstraňovanie dusíka a fosforu. Počas obdobia skúšobnej prevádzky bolo skutočné prevádzkové zaťaženie v dôsledku relatívne nízkeho prítoku a koncentrácií znečisťujúcich látok nižšie ako projektované. Prístup spočíval v tom, že sa aktivovaný kal najskôr kultivoval a aklimatizoval, kým sa biologický systém nestabilizoval a kvalita odpadovej vody nespĺňala štandardy, potom sa pridali nosiče MBBR na tvorbu biofilmu.
Po pridaní nosičov do aeróbnej časti biologickej nádrže boli najskôr ponorené. Na ich povrchy sa postupne uchytia mikroorganizmy. Vizuálne sa farba povrchu nosiča zmenila z bielej na slabú zemitú žltú, keď sa pripojilo viac mikroorganizmov a biofilm bol hustejší. Nosná farba sa postupne prehlbovala. Dva mesiace po pridaní nosiča bola tvorba biofilmu dobrá, pričom povrch nosiča vyzeral žltkasto-hnedo a farba sa postupne prehlbovala. Štyri mesiace po pridaní nosiča sa biofilm na povrchu nosiča javil ako tmavohnedý a bol hustý. Progresiu tvorby biofilmu bolo možné intuitívne pozorovať na základe zmien farby nosiča, ako je znázornené naObrázok 2. V decembri 2021 mikroskopické vyšetrenie aktivovaného kalu z biologickej nádrže a kalu z nosičov odhalilo kompaktné vločkové štruktúry s dobrými adsorpčnými a usadzovacími vlastnosťami. Vizuálne nosiče vykazovali zjavnú tvorbu biofilmu. Mikroskopické vyšetrenie identifikovalo organizmy, ako sú Vorticella, Opercularia a Epistylis, s občasným pozorovaním niekoľkých mobilných nálevníkov, čo naznačuje dokončenie fázy tvorby biofilmu.
4. Prevádzkový výkon po renovácii biologickej nádrže
4.1 Výkon pri odstraňovaní COD a BSK po renovácii
Hodnoty CHSK a BSK v odpadovej vode za rok 2022 sú uvedené vObrázok 3. CHSK v odpadovej vode sa pohybovala od 10,2 do 24,9 mg/l, s priemerom 18,0 mg/l. BSK odpadových vôd sa pohybovala od 2,1 do 4,9 mg/l, s priemerom 3,4 mg/l. CHSK aj BSK v odpadovej vode stabilne spĺňali miestny štandard triedy A v Tianjinu. Zrenovovaný systém nielenže preukázal dobrý výkon pri odstraňovaní CHSK a BSK, ale tiež udržiaval stabilné a vyhovujúce hladiny CHSK a BSK v odpadovej vode počas povodňovej sezóny, a to aj vtedy, keď skutočné prítokové zaťaženie elektrárne dosiahlo 110 % projektovanej kapacity. To naznačuje, že systém má dobrú odolnosť voči nárazovému zaťaženiu.
4.2 Výkon pri odstraňovaní pre TN a NH₃-N po renovácii
Hodnoty TN a NH₃-N v odpadovej vode za rok 2022 sú uvedené vObrázok 4. TN sa pohybovala od 3,72 do 8,74 mg/l, s priemerom 6,43 mg/l. NH3-N sa pohyboval od 0,02 do 1,25 mg/l, s priemerom 0,12 mg/l. Počas zimnej prevádzky v dôsledku nižších teplôt poklesli miery nitrifikácie a denitrifikácie. V praxi sa koncentrácia kalu zvýšila nad 6 000 mg/l. Prevádzka pri vysokej koncentrácii kalu je výhodná pre zlepšenie odolnosti biologického systému voči rázovému zaťaženiu, najmä pri nízkych teplotách. Synergia medzi vysokou koncentráciou kalu a biofilmom pripojeným k nosičom MBBR zvyšuje účinok čistenia biologického systému.
Nosiče MBBR poskytujú priaznivé prostredie pre mikrobiálne spoločenstvá, podporujú ich rast a rozmnožovanie. Po aklimatizácii a dozrievaní sa nitrifikačná a denitrifikačná kapacita biofilmu posilňuje. Mikroorganizmy sa prichytávajú a rastú vo vrstvách na povrchu nosiča, čím zvyšujú hustotu zoogloea a vytvárajú veľké, husté a rýchlo stabilné kalové štruktúry. Keď čelia vonkajším zmenám kvality vody, mikroorganizmy na povrchu nosiča vylučujú extracelulárne polymérne látky (EPS) na seba-ochranu, čím sa znižuje vplyv náhlych zmien kvality vody na mikroorganizmy vo vnútornej-vrstve.
V ČOV s procesom MBBR sa v aeróbnej nosnej zóne pozorovali súčasné javy nitrifikácie a denitrifikácie (SND). Testovanie hodnôt TN prítoku a odtoku z aeróbnej nosnej zóny odhalilo rozdiel 2–6 mg/l. Tento rozdiel bol výraznejší, najmä keď bol rozpustený kyslík v aeróbnej nádrži kontrolovaný pod 2 mg/l, čo naznačuje výraznejšiu SND za podmienok s nízkym rozpusteným kyslíkom. Odpad TN zo sekundárnej sedimentačnej nádrže plne spĺňa normy, čiže odstraňovanie TN bolo ukončené v rámci stupňa biologického čistenia. V skutočnej prevádzke funguje denitrifikačný hlboký-filtr ako ochranný proces. Za normálnych podmienok funguje ako bežný filter, ktorý zabezpečuje, že indikátory SS spĺňajú normy.
4.3 Demontáž TP a RS po renovácii
Hodnoty TP a SS pre rok 2022 sú uvedené vObrázok 5. TP odpadovej vody z ČOV sa pohybovala od 0,04 do 0,22 mg/l, s priemerom 0,10 mg/l. Efluent SS sa pohyboval od 1 do 4 mg/l, s priemerom 2,2 mg/l. Po modernizácii bola TP odtoku zo sekundárnej sedimentačnej nádrže okolo 1,0 mg/l a SS okolo 26 mg/l. Pridaním chloridu železitého a PAM do vysokoúčinnej sedimentačnej nádrže na zlepšenie koagulácie a ďalším čistením v denitrifikačnom hlbokom filtri, odpadová voda TP a SS stabilne spĺňali miestny štandard triedy A v Tianjin a hodnota farby sa výrazne znížila.
5. Záver
Aby sa splnil miestny štandard triedy A v meste Tianjin, pôvodný proces A²/O na ČOV bol transformovaný na päťstupňovú konfiguráciu Bardenpho, ktorá zahŕňa proces MBBR v aeróbnej časti na zlepšenie biologického odstraňovania dusíka, čím sa znižuje TN a NH₃-N v odpadovej vode. Počas povodňovej sezóny s prietokom pri preťažení všetky ukazovatele stabilne spĺňali normy a preukazovali dobrú odolnosť proti nárazu. Po renovácii biologickej nádrže bol vnútorný recyklačný pomer 200 % – 300 %, externá recyklácia kalu bola 50 % – 100 %, koncentrácia kalu bola 4 000 – 6 000 mg/l, rozpustený kyslík v aeróbnej zóne bol kontrolovaný na 3 – 5 mg/l a rozpustený kyslík v anaeróbnej zóne bol kontrolovaný na 0,2 – 0. V roku 2022 bola kvalita odtoku z ČOV: CHSK 10,2–24,9 mg/l, priemer 18,0 mg/l; BSK 2,1–4,9 mg/l, priemerne 3,4 mg/l; NH₃-N 0,02–1,25 mg/l, priemerne 0,12 mg/l; TN 3,72–8,74 mg/l, priemer 6,43 mg/l; TP 0,04–0,22 mg/l, priemerne 0,1 mg/l; SS 1–4 mg/l, priemerne 2,2 mg/l. Všetky stabilne spĺňali štandard triedy A miestnej normy Tianjin „Standard vypúšťania znečisťujúcich látok pre komunálne čističky odpadových vôd“ (DB 12/599-2015).