Nadogradnja dizajna i prakse postrojenja za prečišćavanje kvaliteta vode Xin'an Qianhe na osnovu AAOAO-MBBR procesa i oksidacije ozona
Qingdao, kao ključni nacionalni primorski centralni grad, postigao je značajne rezultate u ekološkom upravljanju. Međutim, u poređenju sa-međunarodnim metropolama najvišeg ranga, njen sistem upravljanja urbanim vodnim okruženjem i dalje se suočava sa strukturalnim izazovima.
Trenutno postoje praznine između pokrivenosti mreže drenažnih cijevi, operativne efikasnosti postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda i očekivanja javnosti za visoko{0}}kvalitetno vodno okruženje. Postoji i distanca od realizacije ekološke vizije izgradnje "Lepog Qingdaoa".
Kako bi se suočio sa ovim izazovima, Qingdao hitno mora implementirati sistematske mjere kao što su naučno planiranje, optimizirana alokacija resursa i ojačana ulaganja u infrastrukturu. Ovi napori imaju za cilj sveobuhvatno poboljšanje efikasnosti mreže za prikupljanje otpadnih voda i kapaciteta terminalnog tretmana, čime se učvršćuju ekološki temelji za održivi razvoj grada.
Projekat postrojenja za prečišćavanje kvaliteta vode Xin'an Qianhe nalazi se u novoj oblasti zapadne obale Qingdaoa. Ima projektovani kapacitet tretmana od 50.000 m³/d, ukupnu površinu lokacije od 33.154 m² i ukupnu investiciju od 182,4 miliona juana. Izvještaj o studiji izvodljivosti za projekat je završen u martu 2021. godine, idejni projekat i budžet odobreni su u junu iste godine, a izgradnja je zvanično počela u aprilu 2023. godine. Trenutno je u fazi izgradnje. Prvobitni dizajn zahtijevao je da ključni parametri otpadnih voda ispunjavaju standarde klase V specificirane u GB 3838-2002 "Standardi kvalitete okoliša za površinske vode", dok su ukupni dušik (TN) i drugi indikatori trebali zadovoljiti standarde A razreda GB 18918-2002 "Standard ispuštanja zagađivača za otpadne vode općine".
U martu 2022., Uprava za vodoprivredu Qingdaoa izdala je "Obavijest o izvođenju radova na dogradnji i renoviranju gradskih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Qingdaou". Ovo obavještenje zahtijevalo je postrojenja za prečišćavanje oko zaljeva Jiaozhou, zaljeva Bohai i duž rijeka da završe nadogradnju, podižući standard ispuštanja na kvazi{2}}kvazi{2}} kvalitet površinske vode klase IV, sa efluentnim TN kontroliranim između 10-12 mg/L. Objavljivanje ove politike palo je u interval između odobrenja idejnog projekta projekta (jun 2021.) i njegovog fizičkog početka (april 2023.), stvarajući tehnički jaz između već odobrenih originalnih standarda dizajna i najnovijih ekoloških zahtjeva. Kao novo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u novoj oblasti zapadne obale, kako bi se osigurala usklađenost po završetku, postalo je imperativ da se istovremeno izvrši optimizacija procesa tokom faze izgradnje i razvije ekonomski izvodljiv plan nadogradnje kroz studije izvodljivosti.
1. Dizajn i odabir šeme procesa
1.1 Dizajnirana kvaliteta otpadnih voda
Standardi za otpadne vode projekta su nadograđeni sa kvazi-klase V na kvazi-klasu IV kvaliteta površinske vode. Potrebna su razumna tehnička rješenja za dalje smanjenje vrijednosti indikatora kao što su BPK, CODCr,TN, NH₃-N i TP u efluentu. Specifična analiza je prikazana uTabela 1.
1.2 Izbor inženjersko-tehničke šeme
Prikazan je tok procesa postrojenja u izgradnjiSlika 1.
Postrojenje u izgradnji usvaja proces "predtretman + modificirani AAOAO biohemijski rezervoar + sekundarni taložnik + visoko-taložni rezervoar + V- tip filtera + oksidacija ozona". Raspored objekata je kompaktan, ne ostavlja višak zemljišta za projekat nadogradnje, koji stoga mora biti zasnovan na izgradnji koja je u toku. Nadogradnja prvenstveno ima za cilj uklanjanje zagađivača kao što je CODCr, NH₃-N, TN i TP. Predložene su dvije komparativne šeme, kao što je detaljno opisano uTabela 2.
Šema 1: AAOAO-MBBR + Visokoefikasni-proces taložnice
- Modifikacija biohemijskog sistema: Optimizirajte strukturu AAOAO biohemijskog rezervoara u izgradnji. Povećajte kapacitet denitrifikacije proširenjem zapremine anoksične zone. Istovremeno, dodajte MBBR nosače lokalno u aerobnu zonu kako biste formirali kompozitni proces, jačajući efikasnost biohemijskog uklanjanja NH₃-N i TN.
- Nadogradnja fizičko-hemijskog sistema: Optimizirajte strukturu rezervoara i parametre prateće opreme visoko-efikasnog taložnika kako biste osigurali stabilnu usklađenost sa TP.
- Advanced Treatment Enhancement: Povećajte dozu u jedinici za oksidaciju ozona kako biste dalje razgradili vatrostalnu organsku tvar, osiguravajući CODCrusklađenost sa pražnjenjem.
Šema 2: Visokoefikasni sedimentacijski rezervoar + proces denitrifikacionog filtera dubokog sloja
- Optimizacija načina rada: Održavajte originalnu strukturu AAOAO biohemijskog rezervoara. Dodajte podesive uređaje za aeraciju u post-anoksičnu zonu da biste se dinamički prebacivali između anoksičnih/aerobnih načina rada na osnovu utjecajnog kvaliteta, osiguravajući efikasnost tretmana NH₃-N.
- Nadogradnja fizičko-hemijskog sistema: Optimizirajte strukturu rezervoara i parametre prateće opreme visoko-efikasnog taložnika kako biste osigurali stabilnu usklađenost sa TP.
- Usvajanje filtera za denitrifikaciju: Pretvorite filter tipa V- u denitrifikujući filter dubokog sloja, koristeći doziranje izvora ugljenika kako biste poboljšali sposobnost uklanjanja TN-a.
- Advanced Treatment Enhancement: Povećajte dozu u jedinici za oksidaciju ozona kako biste dalje razgradili vatrostalnu organsku tvar, osiguravajući CODCrusklađenost sa pražnjenjem.
Obje sheme mogu zadovoljiti zahtjeve za uklanjanje dušika i fosfora. Šema 1 koristi modifikacije biohemijskog rezervoara kako bi se postiglo uklanjanje TN. Njegova prednost leži u potpunom korištenju utjecajnog izvora ugljika. Kada ulazni TN fluktuira, vanjski izvor ugljika se također može dodati u anoksičnu zonu za uklanjanje TN-a. Za usporedbu, denitrifikacijski filter dubokog sloja koji se koristi u Šemi 2 zahtijeva korištenje vanjskog izvora ugljika i zahtijeva dugotrajno-održavanje mikrobne aktivnosti u filteru, povećavajući operativne troškove. Iako su troškovi ulaganja u izgradnju za obje sheme uporedivi, na osnovu višedimenzionalnih razmatranja uključujući kontrolu operativnih troškova, stabilnost procesa i efikasnost korištenja izvora ugljika, šema 1-koja nudi i ekonomsku efikasnost i operativnu fleksibilnost- je na kraju odabrana kao proces implementacije za projekat nadogradnje.
2. Ključne tačke inženjerskog dizajna
2.1 Modifikacija biohemijskog sistema
Osnovna tehnologija MBBR procesa leži u postizanju efikasnog fluidizovanog kretanja suspendovanih nosača kroz dizajn, čime se značajno povećava efikasnost biorazgradnje sistema za zagađivače. Ovaj procesni sistem se sastoji od pet ključnih elemenata: nosača biofilma visoke{1}}mehaničke-nosače, prilagođene hidrauličke strukture rezervoara, sistema usmjerene aeracije, preciznog uređaja za presretanje i opreme za pogon fluida. Na osnovu prilagođenih zapremina rezervoara i projektnih parametara operativnog projekta iznajmljivanja opreme za prečišćavanje otpadnih voda od 20.000 m³/d (MBBR) u okviru regionalnog kanalizacionog sistema, izračunata ukupna potrebna efektivna površina visećih nosača iznosi približno 2.164.000 m². Projektovana efektivna specifična površina MBBR nosača je veća od 750 m²/m³. Tabela proračuna dizajna za modificiranu zapreminu spremnika AAOAO-MBBR prikazana je uTabela 3.
2.2 Nadogradnja fizičko-hemijskog sistema
Visoko{0}}efikasni taložnik je dizajniran da radi u dvije paralelne grupe. Renoviranje ove jedinice usvaja formu paketa procesa, pri čemu dobavljač opreme daje pune-tehničke garancije procesa i obaveze u pogledu performansi. Osnovni parametri procesa i konfiguracije opreme su kako slijedi.
Rezervoar za koagulaciju sastoji se od dvije grupe sa ukupno 4 odjeljka. Dizajnirana veličina jednog odjeljka je 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Maksimalno vrijeme zadržavanja je približno 3,8 minuta, s gradijentom brzine (G) većim ili jednakim 250 s-¹. Svaka mješalica je konfigurirana sa jednom jedinicom-snagom od 4 kW.
Flokulacijski rezervoar se sastoji od dvije grupe sa ukupno 2 odjeljka. Dizajnirana veličina jednog odjeljka je 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Maksimalno vrijeme zadržavanja je otprilike 8,3 minuta. Unutrašnji prečnik vučne cevi je 2.575 mm. Konfiguriran je sa mješalicama turbinskog{13}} tipa Φ2.500 mm, svaka snage 7,5 kW.
Taložnik se sastoji od dvije grupe. Površina kosih cijevi za jednu grupu je približno 84 m². Prečnik taložnika je 11,7 m. Projektovana prosječna brzina hidrauličkog opterećenja na kosoj površini cijevi je 12,4 m³/(m²·h), sa vršnom vrijednošću od 16,1 m³/(m²·h). Projektovana prosječna stopa hidrauličkog opterećenja za zonu sedimentacije je 7,6 m³/(m²·h), sa vršnom vrijednošću od 9,9 m³/(m²·h).
Sistem za doziranje hemikalija je konfigurisan na sledeći način: Tečnost komercijalnog polialuminijum hlorida (PAC) (10% Al₂O₃) je dizajnirana kao koagulant, dozirana na više tačaka u ulaznom delu rezervoara za koagulaciju. Dizajnirana maksimalna doza je 300 mg/L, sa prosječnom dozom od 150-200 mg/L. Koriste se mehaničke membranske pumpe za doziranje, konfigurisane sa 10-online sistemom za razrjeđivanje. Anionski poliakrilamid (PAM) je dizajniran kao flokulant, koji se dozira u flokulacijskom dijelu visoko{15}}taložnika. Koristi se komplet potpuno automatske kontinualne jedinice za pripremu i doziranje PAM rastvora, sa koncentracijom rastvora od 2 g/L. Dizajnirana maksimalna doza je 0,6 mg/L, sa prosječnom dozom od 0,3 mg/L. Pumpe za doziranje su pumpe za doziranje zavojnog tipa, također opremljene 10-strukim online sistemom za razrjeđivanje.
2.3 Pilot-Verifikacija eksperimenta sa oksidacijom ozona
Da bi se potvrdila izvodljivost efluenta unapređenog postrojenja koji stabilno ispunjava standarde površinske vode klase IV (koncentracija COD manja ili jednaka 30 mg/L), ova studija je odabrala sekundarni efluent iz prve i druge faze postrojenja za prečišćavanje vode Lianwanhe kao predmet istraživanja u junu 2024. godine. sprovedeno. Eksperiment je imao za cilj procijeniti primjenjivost ovog procesa na dizajn Xin'an projekta i ostvarivost cilja.
Ovaj eksperiment je koristio postojeću malu{0}}jedinicu za filtriranje pijeska (kapacitet tretmana 1,5 m³/h) u postrojenju Lianwanhe. Pilot-uređaj za reakciju oksidacije ozona (toranj reaktor, efektivna zapremina 0,5 m³) postavljen je na-obrinu. Postojeći efluent iz sekundarnog taložnika filtriran je malim pješčanim filterom, a zatim je podignut pumpom kako bi ušao u toranj za oksidaciju ozona s vrha. Oksidirajući učinak ozona korišten je za uklanjanje vatrostalne organske tvari iz influenta, čime se postiže daljnje smanjenje KPK.
2.3.1 Izvođenje "Filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri dozi ozona od 20 mg/L i HRT od 30 min
Tokom ove faze istraživanja, uticajna koncentracija KPK se kretala od 38,2 do 43,4 mg/L, sa prosjekom od 40,4 mg/L. Nakon tretmana postupkom "Filtracija pijeska + oksidacija ozonom", konačni efluent COD je u prosjeku iznosio 28,8 mg/L. Eksperiment je otkrio da kada je koncentracija COD-a bila visoka, još uvijek je bilo slučajeva u kojima otpadni COD nije zadovoljio standard. Dodatno, konačna boja efluenta iz pilot testa ostala je viša od influenta, ne zadovoljavajući standard za ispuštanje. Detalji su prikazani uSlika 2(a).
2.3.2 Izvođenje "Filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri dozi ozona od 25 mg/L i HRT od 30 min
Da bi se dodatno poboljšalo uklanjanje COD-a i smanjila boja efluenta, ova faza je nastavila povećavati dozu ozona uz održavanje HNL-a na 30 minuta. U ovoj eksperimentalnoj fazi, uticajna koncentracija KPK se kretala od 36,3 do 46,2 mg/L, u prosjeku 40,4 mg/L. Nakon tretmana, koncentracija KPK je smanjena na 28 mg/L. Konačna boja efluenta iz pilot testa i dalje je ostala viša od dotoka, ne zadovoljavajući standard za ispuštanje. Detalji su prikazani uSlika 2(b).
2.3.3 Izvođenje "Filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri dozi ozona od 30 mg/L i HRT od 30 min
U uslovima doze ozona od 30 mg/L i HRT od 30 min, proces "Filtracija pijeskom + oksidacija ozona" pokazao je dobru efikasnost tretmana za sekundarne efluentne COD. U ovoj fazi ispitivanja, uticajna koncentracija COD se kretala od 38,2 do 42,2 mg/L, u prosjeku 40,2 mg/L. Nakon tretmana, koncentracija COD u efluentu ostala je stabilna ispod 30 mg/L, u prosjeku 26 mg/L. U ovoj fazi, proces je takođe pokazao dobru efikasnost uklanjanja boje, sa izmerenom bojom konstantno ispod 20, stabilno ispunjavajući standard pražnjenja. Detalji su prikazani uSlika 2(c).
2.3.4 Eksperimentalni zaključak
Na osnovu eksperimentalnih rezultata, u optimalnim reakcionim uslovima, odnos doziranja ozona (30 mg/L) prema uklanjanju KPK (12,2 mg/L) u jedinici za tretman ozonom bio je 2,45:1,00.
Pilot eksperiment je dokazao da napredni proces tretmana "Filtracija pijeska + oksidacija ozona" može efikasno smanjiti vrijednost KPK reprezentativnog sekundarnog efluenta iz postrojenja Lianwanhe. Stoga, usvajanje procesa "Filtracija pijeska + oksidacija ozona" kao naprednog procesa tretmana za projekat Xin'an Qianhe ima dobru izvodljivost i može osigurati da COD otpadnih voda projekta ostane stabilan ispod 30 mg/L.
3. Zaključak
Ovo istraživanje se fokusira na tri osnovna modula modifikacije: sistem biohemijskog tretmana usvaja AAOAO-MBBR hibridni proces (suspendovani i vezani rast); jedinica za fizičko-hemijski tretman optimizuje strukturu rezervoara i izbor opreme za visoko{1}}efikasnu taložnicu; a veza naprednog tretmana je potvrđena pilot-eksperimentom oksidacije ozona.
Kroz sinergističku optimizaciju ovog lanca procesa, izgrađen je kompletan-sistem tretmana procesa "Biohemijsko poboljšanje – Fizičko-hemijsko poboljšanje - Napredna zaštita". Istovremeno, ovaj inženjerski projekat prati objektivnu činjenicu tekuće izgradnje projekta, zahtijevajući koordiniranu optimizaciju sekvenci izgradnje za sve objekte kako bi se maksimalno iskoristilo postojeće objekte i minimiziralo radno opterećenje renoviranja.
Projekat koristi standard kvaliteta otpadnih voda postrojenja u izgradnji kao mjerilo za kvalitet utjecaja na dizajn. Koncentracije COD-a u pražnjenjuCr, BOD₅, NH₃-N i TP moraju biti u skladu sa standardima klase IV (TN manji od ili jednaki 10/12 mg/L) navedenim u GB 3838-2002 "Standardi kvaliteta životne sredine za površinske vode." Ostali indikatori moraju biti u skladu sa standardima razreda A GB 18918-2002 "Standardi ispuštanja zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda." Ovaj projekat nadogradnje ima projektnu skalu od 50.000 m³/d, ukupnu investiciju od 27,507 miliona juana, operativni trošak od 0,3 juana/m³, ukupan trošak od 0,39 juana/m³ i operativnu cijenu vode od 0,45 juana/m³.