Nadogradnja postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Unutrašnjoj Mongoliji: Kako je AAO+MBBR zamijenio neispravan DE oksidacijski jarak za tretiranje 2000 mg/L COD-a pri 0,85 RMB/m³

2004. godine, postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u Xilinhotu, Unutrašnja Mongolija, počelo je prečišćavati 38.000 m³/d sa DE oksidacijskim kanalom. Dizajniran je za komunalnu kanalizaciju. Ono što je dobio bila je otpadna voda iz klaonice - ispiranje olovaka, krv, mast, ostaci kostiju i stajnjak - potiskujući utjecaj HPK u2.000 mg/Li amonijačnog azota120 mg/L. Oksidacijski jarak, biciklizam između aerobnog i anoksičnog načina rada u gradu u kojem temperature ostaju niske tijekom cijele godine, nije mogao pratiti. Otopljeni kiseonik se kretao ispod 1 mg/L. Nitrifikujuća bakterija nikada nije uspostavljena. Efluent je češće promašio klasu B nego što je pogodio. Nadogradnja je dodala DAF predtretman, novi AAO+MBBR biološku fazu i napredni tretman - i prekinuo sva četiri problema odjednom. Efluent sada stabilno zadovoljava klasu A. Trošak:0,85 RMB po kubnom metru.

1. ORIGINALNA POSTROJENJA - I ZAŠTO JE PROPALA

Postrojenje Faze I pušteno je u rad u avgustu 2004. sa projektnim kapacitetom od40,000 m³/d. Biološka sekcija koristila je proces DE oksidacijskog jarka (vidi sliku 1), sa otpadnim vodama potrebnim za ispunjavanjeKlasa B standardod GB 18918-2002. Stvarni protok kroz cijevnu mrežu iznosio je približno 38.000 m³/d. Originalni dizajn pretpostavlja tipične karakteristike komunalne kanalizacije. Realnost je bila drugačija: veliki dio utjecaja dolazio je iz klaonica, a koncentracije zagađivača su masovno premašile projektnu osnovu.

Četiri različita problema su se spojila kako bi DE oksidacija odbacila pogrešan proces za ovu lokaciju:

Problem 1 - COD je potisnuo nitrifikaciju

Utjecaj COD je redovno dostizao 2.000 mg/L. Heterotrofne bakterije, koje su se hranile ovim organskim obiljem, brzo su se razmnožavale i trošile rastvoreni kiseonik brzinom kojoj sistem aeracije nije mogao da se meri. DO u oksidacionom jarku je ostaoispod 1 mg/Lna duže periode. Nitrifikujuće bakterije - autotrofi kojima je potreban visoki DO, a ne visoki organski - bili su bez kiseonika. Uklanjanje amonijačnog azota je propalo kao direktna posljedica COD preopterećenja.

Problem 2 - Klaonički otpad je otporan na biorazgradnju

Otpadne vode iz klaonice su složena mješavina: voda za pranje koja nosi svinjski gnoj i nesvarenu stočnu hranu; krv, masnoća, ostaci mesa, ostaci kostiju, kosa i fekalije sa poda za ubijanje. Otpadna voda je smeđkastocrvena sa mirisom ribe koji se može otkriti metrima udaljenosti. Ovi tokovi visokog COD-a i visokog sadržaja amonijaka brzo se trule. Ograničeno biološkim volumenom rezervoara, vrijeme hidrauličkog zadržavanja bilo je prekratko da bi se ove neposlušne organske tvari biorazgradile na nizak nivo. Nezadržane organske suspendirane čvrste tvari se ispuštaju sa efluentom, trošeći otopljeni kisik u prijemnoj vodi i oštećujući ekosistem.

Problem 3 - Naizmjenični aerobni/anoksični način rada nije uspio na hladnoći

Xilinhot ima niske temperature tokom cijele godine. Mikrobni rast je spor; nitrificirajuće bakterije su najosetljivije na hladnoću. DE oksidacijski jarak naizmjenično se mijenja između aerobnih (favorizira nitrifikatore) i anoksičnih (podržava denitrifikatore) uslova. Pod aerobnim radom, prozor dovoljnog kiseonika bio je prekratak da bi nitrifikatori izgradili održivu populaciju prije nego što se ciklus vratio na anoksični, potiskujući ih ponovo. Denitrifikujuće bakterije, prilagođene anoksičnim uslovima, podjednako su patile od konstantnog ciklusa. Naizmjenični režim kiseonika, podnošljiv u toplijoj klimi, postao je ubica za uklanjanje dušika u hladnoći Unutrašnje Mongolije.

Problem 4 - Površinska aeracija je odvodila toplinu

Površinski aeratori rade tako što maksimiziraju površinu kontakta otpadne vode i zraka kako bi pokrenuli prijenos kisika. Ista kontaktna površina dovodi i do gubitka toplote. U klimi Xilinhota, svaka jedinica kiseonika koja se prenosi imala je termičku kaznu - otpadna voda u oksidacionom jarku izgubila je ograničenu toplotu u hladnom vazduhu, dodatno umanjujući ionako sporu biohemijsku kinetiku.

2. STRATEGIJA NADOGRADNJE: DAF + AAO+MBBR + DVOSTEPENSKO UKLANJANJE DUZOTA

Nadogradnja je morala istovremeno riješiti četiri ograničenja: visok COD, visok amonijak, niska temperatura i nedostupno zemljište za izgradnju nove cisterne. Rješenje je izgrađeno okoloMBBR tehnologija- odabrano zbog svoje snažne prilagodljivosti hladnom vremenu, kompaktnog otiska i sposobnosti kombiniranja s konvencionalnim procesima bez potrebe za dodatnim volumenom spremnika.

MBBR nosači u aerobnoj zoni prvenstveno potiču rast nitrifikujućih bakterija, a biofilm koji se odvaja od nosača kontinuirano inokulira suspendirani aktivni mulj nitrifikatorima. Ovo direktno kompenzira nedostatak nitrifikacije koji je mučio originalni DE oksidacijski jarak. Proces također pokazuje jaku toleranciju na toksične šokove - što je važno s obzirom na varijabilnost ispuštanja iz klaonice.

Pet dizajnerskih odluka definiralo je nadogradnju:

1. DAF predtretman.Dodata je jedinica za flotaciju otopljenog zraka kako bi se uklonilo ulje i SS iz frakcije klaonice prije nego što je dosegla biološku fazu. Visok uticaj SS i masti preopteretili su oksidacioni jarak od prvog dana.

2. Novi AAO tenk sa MBBR nosačima.Izgrađen je potpuno novi primarni anaerobni/anoksični/aerobni rezervoar, sa HDPE MBBR nosačima (specifične površine 500 m²/m³, cilindrični, ~20 mm prečnika × 10 mm dužine) i u anoksičnoj zoni (3.110 m³ zapremine nosača) iu aerobnoj zoni zapremine nosača (6,26ri4m³). Dizajn MLSS: 4.000 mg/L. Anaerobna HRT: 2,0 h. Anoksična HST: 6,2 h. Aerobni HRT: 12,5 h.

3. Oksidacijski jarak pretvoren u sekundarni AO.Postojeći DE oksidacijski jarak prenamijenjen je u sekundarni anoksični/aerobni rezervoar (ukupno HRT 12,2 h, 6,1 h za svaku zonu). Sa influentnim TN koji je dostigao 130 mg/L, jednostepeni AO ne bi mogao postići potrebno uklanjanje - unutrašnji omjeri recirkulacije bi trebali premašiti 1000%. Dvostepeni AO čini uklanjanje azota matematički ostvarivim pri praktičnim omjerima recirkulacije (300% primarno, 200% sekundarno).

4. Napredni tretman.Visoko efikasna taložnica (površinsko opterećenje 7,3 m³/m²·h, sa medijumom za taloženje cijevi) praćena kontinuiranim pješčanim filterima (48 jedinica, AS 50020, 5,5 m² svaki, ukupna površina filtracije 288 m², projektovana brzina filtracije 5,78 m/h) dodani su standardu za poliranje nakon poliranja standarda za poliranje.

5. Pametno prozračivanje i doziranje kemikalija.Precizna aeracija zasnovana na IoT-u i automatizovano doziranje hemikalija zamenili su ručnu kontrolu zasnovanu na iskustvu – eliminišući hronično prekomerno prozračivanje i prekomerno doziranje koji su povećali operativne troškove originalnog postrojenja.

3. GRADNJA BEZ GAŠENJA - TRI IZAZOVA

Postrojenje nije moglo da prestane sa prečišćavanjem otpadnih voda tokom nadogradnje. Pojavila su se tri izazova:

Izazov 1 - Održavanje usklađenosti tokom rekonstrukcije rezervoara.Isključivanje jednog biološkog rezervoara tokom kišne sezone (juli-septembar) povećalo je opterećenje preostalih rezervoara. Rešenje: tenkovi su rekonstruisani jedan po jedan. Stari rezervoar za zgušnjavanje mulja pretvoren je u privremeni taložnik za prikupljanje i vraćanje sekundarne cirkulacione vode, sprečavajući je da dodatno opterećuje biološki deo. Rezervoari za hitne slučajeve su ispražnjeni prije prognoziranih jakih padavina.

Izazovite 2 - Preklapanje konstrukcije i sigurnosti.Građevinski radovi i instalacija procesnih cijevi odvijali su se istovremeno u sekundarnom AO spremniku. Rješenje: uspostavljen je strukturirani protokol komunikacije i koordinacije, sa detaljnim sigurnosnim planovima i procedurama za hitne slučajeve koji definiraju odgovornosti svake strane.

Izazovite 3 - odlaganje mulja iz povučenog rezervoara.Sekundarni AO rezervoar je sadržavao 4,5 m vode aktivnog mulja plus 0,5 m neorganskog sedimenta. Rešenje: novi sistem za odvodnjavanje mulja je pušten u rad rano; dio mulja je odvoden, a dio je prebačen u zasijavanje novog primarnog AAO rezervoara.

4. REZULTATI: OTAC KLASE A IZ UTICAJA KLASE B+

4.1 Kvalitet vode - prije i poslije

Utjecajne karakteristike su teške po bilo kojem standardu - mješavina komunalne kanalizacije i klaoničkog otpada. Tabela 1 prikazuje projektne i stvarne vrijednosti za sedam parametara, zajedno sa stopama uklanjanja postignutim nakon nadogradnje.

* NH₃-N granica efluenta je normalno 5 mg/L; 8 mg/L se primjenjuje kada je temperatura vode ispod 12 stepeni.

Nakon nadogradnje, svi indikatori efluenta su stabilno zadovoljavaliKlasa A standard GB 18918-2002, unatoč koncentracijama utjecaja koje daleko premašuju originalnu osnovu dizajna. Efikasnost tretmana biološkog sistema značajno je poboljšana po svim parametrima (vidi sliku 3).

4.2 Pregled operativnih troškova

Godišnji direktni operativni troškovi su približno12,45 miliona RMB, dajući jediničnu cijenu od0,8528 RMB/m³(isključujući amortizaciju opreme i finansiranje). Struja dominira, računajući62.4%operativnih troškova - direktna posljedica velike potražnje kisika zbog koncentriranog influenta i hladne klime koja usporava biološku kinetiku.

5. OPTIMIZACIJA ENERGIJE: PAMETNE KONTROLE NAD RUČNIM NAGAĐANJEM

Sa električnom energijom sa 62% operativnih troškova, energetska efikasnost nije bila opciona. Tri mjere su ugrađene u dizajn:

1. Precizna aeracija zasnovana na IoT-u.Platforma Interneta stvari prikuplja podatke o DO, amonijaku i protoku u realnom vremenu, a zatim automatski prilagođava snagu ventilatora. Umjesto da ventilatori rade fiksnom brzinom zasnovanom na iskustvu rukovaoca, sistem isporučuje upravo onaj zrak koji je biologiji potreban - ni više, ni manje.

2. Inteligentno doziranje hemikalija.Brzine doziranja PAC-a, PAM-a i hlor-dioksida su vezane za protok u realnom vremenu i opterećenje zagađivačem, eliminišući puzanje faktora sigurnosti koje povećava potrošnju hemikalija u postrojenjima sa ručnim upravljanjem.

3. Adaptivni načini rada.Tokom perioda niske koncentracije uticaja, MBBR proces se može prebaciti na režim rada sa smanjenom potrošnjom energije - manje puhala na mreži, niži intenzitet mešanja - bez rizika da se efluent uskladi. Dizajn zgrade također maksimizira prirodnu ventilaciju kako bi se smanjila potrošnja energije za HVAC.

KLJUČNI TAKEAWAYS

1. DE oksidacijski kanali ne uspijevaju u hladnim klimama s otpadnim vodama velike snage.Naizmjenični aerobni/anoksični ciklus sprječava stabilizaciju populacije nitrifikatora ili denitrifikatora, a površinska aeracija košta toplinu. Ako vaša biljka ima i nisku temperaturu i visok amonijak, DE oksidacijski jarak je pogrešan biološki proces.

2. MBBR nosači inokuliraju nitrifikatore u suspendirani mulj.Ovo je ključni mehanizam koji kompenzuje nedostatak nitrifikacije originalnog procesa. Biofilm na nosačima prvenstveno uzgaja nitrificirajuće bakterije i kontinuirano seje miješanu tekućinu - oblik in-situ bioaugmentacije koji ne zahtijeva vanjski izvor ugljika.

3. Dvostepeni AO čini uklanjanje azota velike snage praktičnim.Sa influentnim TN od 130 mg/L, jednostepeni AO bi trebao interne omjere recirkulacije koji prelaze 1.000%. Podjelom opterećenja dušikom preko primarnog AAO+MBBR i sekundarnog AO spremnika postiže se klasa A TN (manje ili jednako 15 mg/L) uz upravljive omjere recirkulacije.

4. O DAF predtretmanu se ne može pregovarati kada je otpadna voda iz klaonice u mješavini.Ulje i masnoće iz operacija renderovanja će onečistiti MBBR nosače i potisnuti prenos kiseonika. Uklonite ih prije biološke faze ili platite kaznu strujom za puhanje.

5. Izgradnja bez gašenja je moguća sa faznim redosledom rezervoara.Prvo napravite novi primarni AAO rezervoar, pustite ga u pogon, a zatim isključite stari oksidacioni jarak za konverziju u sekundarni AO. Stari rezervoar za zgušnjavanje mulja može poslužiti kao privremeni tampon za taloženje tokom preseka.

6. Operativni troškovi od 0,85 RMB/m³ za 2,000 mg/L COD uticaja su konkurentni.Struktura troškova u kojoj dominira električna energija (62%) odražava stvarnu potrebu za kisikom ove otpadne vode. Kontrola aeracije zasnovana na IoT-u i adaptivni načini rada su poluge koje ga sprečavaju da se poveća.