Studija slučaja MBBR+ACCA procesa za nadogradnju i rekonstrukciju gradskog postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda
U pozadini kineske ekonomije u procvatu, tempo industrijalizacije i urbanizacije značajno se ubrzao. Ovaj proces je neizbježno praćen iz godine u godinu{1}}u-godišnjim povećanjem ispuštanja industrijskih otpadnih voda i kućne kanalizacije, što pogoršava probleme zagađenja vode i utiče na održivu ekološku civilizacijsku izgradnju Kine. Sveobuhvatnom implementacijom Akcionog plana za prevenciju i kontrolu zagađenja voda, postavljeni su stroži zahtjevi za ispuštanjem na postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda širom zemlje. Lokalni standardi u nekim gradovima dostigli su kvazi{5}}Kvalitet vode IV klase, a za otpadne vode koje se ispuštaju u osjetljiva vodna tijela, određeni pojedinačni indikatori se postepeno približavaju standardu klase III za površinske vode. Međutim, preostali zagađivači u gradskim otpadnim vodama nakon biološkog tretmana su prvenstveno ne-biorazgradiva organska jedinjenja sa slabom biorazgradljivošću. Oslanjanje isključivo na tradicionalne tehnologije biološkog poboljšanja postalo je nedovoljno da bi se zadovoljili sve strožiji standardi emisije.
Aktivirani koks ima visoko razvijen mezoporozni sistem sposoban da adsorbuje makromolekularne zagađivače u vodi. Sa visokom mehaničkom čvrstoćom, stabilnošću, dobrim performansama adsorpcije i relativno ekonomičnom cijenom, široko se primjenjuje u tretmanu industrijskih otpadnih voda koje se teško razgrađuju. Posljednjih godina tehnologija filtracije koja koristi aktivni koks kao medij također je našla određene primjene u naprednom tretmanu komunalnih otpadnih voda, postižući dobre rezultate u konačnom uklanjanju zagađivača. Kombinujući inženjerski primjer iz projekta nadogradnje u postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda u provinciji Henan, autor je usvojio MBBR+ACCA (Activated Coke Circulating Adsorption) proces za poboljšanje tretmana gradskih otpadnih voda. Indikatori COD, NH₃-N i TP za otpadne vode ispunjavaju standard za vodu klase III GB 3838-2002, pružajući referencu za projekte nadogradnje na drugim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda.
1. Osnovno stanje postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda
Ukupni projektovani kapacitet ovog postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda je 50.000 m³/d, uključujući projektni kapacitet Faze I od 18.000 m³/d i Faze II projektovanog kapaciteta od 32.000 m³/d. Prvenstveno tretira urbanu kućnu kanalizaciju i malu količinu industrijskih otpadnih voda. Nadogradnja je završena 2012. godine, sa efluentom koji je ispunjavao standard stepena 1A Standarda za ispuštanje zagađujućih materija za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda GB 18918-2002. Glavni proces je više-stepeni AO + filter za denitrifikaciju + taložnik visoke gustine. Tok procesa je prikazan uSlika 1.
Trenutno, postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda radi skoro punim kapacitetom. Na osnovu trenutnih operativnih podataka, pod dobrim održavanjem postrojenja, kvalitet otpadnih voda može se stabilno održavati na standardu GB 18918-2002 Grade 1A. Koncentracije efluenta za COD, BOD₅, NH3-N, TN i TP kreću se 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, odnosno 0,12 mg/L, odnosno 0,12 mg.
Prije nadogradnje, postrojenje se suočilo sa sljedećim problemima: 1) Starenje i oštećena sita u dijelu za predtretman doveli su do plutajućeg otpada u biološke rezervoare, lako začepljujuće pumpe i utiču na naknadni tretman; 2) Nestabilno uklanjanje TN tokom niskih zimskih temperatura i značajnih fluktuacija kvaliteta i količine vode; 3) Nedovoljna zapremina rezervoara u biološkim rezervoarima Faze I i nerazumna podela anoksičnih zona, što dovodi do loše efikasnosti uklanjanja TN-a i visoke hemijske doze za naknadno dodavanje izvora ugljenika; 4) Originalni sistem aeracije koristio je zastarele tradicionalne centrifugalne duvaljke sa velikom potrošnjom energije; 5) Ozbiljno začepljenje filter medija u filterima za denitrifikaciju, nepotpuno povratno ispiranje i poteškoće u stabilnom radu; 6) Česti kvarovi opreme za miješanje i miješanje u taložnicima velike gustine; 7) Česti kvarovi na dve postojeće trakaste filter prese za odvodnjavanje mulja, visok sadržaj vlage obezvodnjenog mulja, velika zapremina mulja i visoki troškovi odlaganja mulja; 8) nedostatak uređaja za kontrolu mirisa za sisteme za predtretman i tretman mulja; 9) Zastarjeli centralni kontrolni sistem sa ograničenim kapacitetom skladištenja podataka i gubitkom većine funkcija daljinskog upravljanja.
2. Projektovanje kvaliteta vode
Uzimajući u obzir višegodišnje operativne podatke o kvaliteti vode iz postrojenja, sa nivoom pouzdanosti od 90% i uključujući određenu marginu, određen je kvalitet koji utiče na projektovanje. Na osnovu zahtjeva za kvalitetom okoliša vodnog tijela prijema, poboljšani otpadni COD, BOD₅, NH₃-N i TP moraju zadovoljiti GB 3838-2002 Klasa III standard vode, dok će TN i SS biti u skladu sa originalnim standardom. Dizajnirane kvalitete utjecaja i efluenta su prikazane uTabela 1.
3. Nadogradnja koncepta i toka procesa
3.1 Koncept nadogradnje
Prema projektovanom kvalitetu efluenta, ova nadogradnja postavlja veće zahtjeve za COD, BOD₅, NH₃-N i TP. Uzimajući u obzir trenutni proces postrojenja, karakteristike kvaliteta vode i postojeće probleme, fokus je na poboljšanom uklanjanju COD, NH₃-N i TP uz osiguravanje stabilnog uklanjanja TN. Nadalje, ograničeni raspoloživi prostor unutar postojećeg postrojenja zahtijeva potpuno iskorištavanje potencijala postojećih struktura kroz obnovu opreme, intenziviranje procesa i renoviranje, sa ciljem efikasnog uklanjanja COD, NH₃-N, TN i TP. Stoga, korištenje originalnih više{6}}stepenih AO rezervoara i dodavanje suspendovanih nosača za formiranje hibridnog biofilm-aktivnog mulja MBBR procesa može efikasno poboljšati stabilnost tretmana i otpornost na udarno opterećenje. Duga starost mulja biofilma na nosačima je pogodna za rast nitrifikatora i održavanje visokih koncentracija nitrifikatora, značajno povećavajući kapacitet sistema za nitrifikaciju. Gusti biofilm unutar nosača ima dugu starost mulja, ugošćujući značajne populacije nitrifikujućih i denitrifikujućih bakterija, omogućavajući istovremenu nitrifikaciju-denitrifikaciju (SND) i na taj način jačajući uklanjanje TN. Stoga je MBBR proces dobro-prikladan za nadogradnju ovog postrojenja.
Na osnovu sličnog iskustva u projektu nadogradnje, da bi se osigurala stabilna usklađenost za COD i TP, i dalje su potrebni dodatni zaštitni objekti za tretman na vrhu postojećeg procesa u kombinaciji sa MBBR. Aktivirani koks, kao porozan materijal, pokazuje značajnije performanse adsorpcije u poređenju sa aktivnim ugljem, efikasno uklanjajući COD, SS, TP, boju itd. Štaviše, biološki aktivirani koks može da koristi vezane mikroorganizme da razgradi organsku materiju, omogućavajući regeneraciju adsorpcionih mesta dok adsorbuje zagađivače. Ovaj dinamički mehanizam ravnoteže omogućava održiv i stabilan rad sistema. Proces Activated Coke Circulating Adsorption (ACCA) koristi aktivirani koks kao medij, integrirajući filtraciju i adsorpciju. Koristi komprimirani zrak za podizanje i čišćenje filterskog medija. Kroz zoniranje obrnutog{6}}toka i ujednačen dizajn protoka, osigurava potpuni kontakt između aktiviranog koksa i otpadne vode, postižući krajnje poboljšanje kvaliteta vode i garantujući stabilnu usklađenost efluenta.
Zastarjela i neispravna oprema tvornice bit će zamijenjena tehnološki naprednom, energetski{0}}efikasnom opremom kako bi se smanjili operativni troškovi. Konkretno, sita za predtretman će biti zamenjena finim sitama sa unutrašnjim napajanjem za presretanje dlaka i vlakana, sprečavajući začepljenje sita za zadržavanje MBBR nosača.
3.2 Tok procesa
Nadograđeni tok procesa je prikazan uSlika 2. Kako bi se zadovoljili zahtjevi za glavu, dodana je nova pumpna stanica za podizanje. Novokonstruirani filter tipa V- služi kao jedinica za predtretman za naknadnu aktiviranu adsorpciju koksa, osiguravajući stabilnost ACCA sistema. Sirova voda prolazi kroz sita i komore za pijesak kako bi uklonila plutajuće tvari, dlake i čestice prije ulaska u hibridne MBBR biološke spremnike za poboljšano uklanjanje dušika. Pomiješana tekućina zatim ulazi u sekundarne bistre za odvajanje čvrstih tvari. Supernatant se podiže preko nove pumpne stanice u filtere za denitrifikaciju i-taložnice velike gustine. Efluent se zatim novom pumpnom stanicom podiže u filter tipa V- i dvostepeni aktivirani rezervoar za adsorpciju koksa za napredni tretman, dalje uklanjanje COD, TP, SS, boje, itd. Konačni efluent se dezinfikuje prije ispuštanja.
4. Projektni parametri glavnih jedinica za tretman
4.1 Biološki rezervoari
Postojeći biološki rezervoari faze I podeljeni su u dve grupe sa relativno malom zapreminom rezervoara, ali dobrom strukturom. Stoga su za ovu nadogradnju, uz zadovoljenje zahtjeva glave, zidovi rezervoara podignuti za 0,5 m. Nakon renoviranja, ukupna efektivna zapremina je 10.800 m³, sa ukupnim HRT od 14,4 h i anoksičnom zonom HRT od 6,4 h, čime se povećava anoksično vreme zadržavanja radi poboljšanja uklanjanja TN. Postojeći biološki rezervoari faze II imaju efektivnu zapreminu od 19.600 m³, ukupnu HRT od 14,7 h i anoksičnu zonu HRT od 6,8 h. Ovaj projekat je uključivao zamjenu sistema za aeraciju i nekih zastarjelih potopljenih miksera u biološkim rezervoarima faze I i II, te dodavanje visećih nosača i retencijskih sita. Nosači su napravljeni od poliuretana ili drugih kompozitnih materijala-visokih performansi, sa kubnom specifikacijom od 24 mm, specifičnom površinom od 4.000 m²/m³ i omjerom punjenja od 20%. AOR sistema biološkog tretmana je 853,92 kg O₂/h, sa brzinom dovoda vazduha od 310,36 Nm³/min.
4.2 Podizna pumpna stanica i rezervoar za otpadnu vodu
Izgrađena je nova pumpna stanica za pumpanje efluenta iz -taložnika velike gustine do filtera tipa V- radi daljeg tretmana. Rezervoar za otpadnu vodu pohranjuje otpadnu vodu povratnog ispiranja iz filtera. Male pumpe se koriste za ravnomjerno pumpanje otpadne vode povratnog ispiranja u biološke spremnike faze II kako bi se izbjeglo udarno opterećenje. Instalirane su tri sekundarne lift pumpe (2 radne + 1 standby, Q=1,300 m³/h, H{9}} m, N=75 kW), sa kontrolom frekventnog pogona (VFD). Rezervoar otpadne vode za povratno ispiranje je opremljen sa 2 transfer pumpe (1 radna + 1 standby, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) i jednom potopljenom miješalicom (N=2.2 kW) za sprječavanje taloženja.
4.3 V-Filter tipa
Konstruisan je novi filter tipa V- konstruktivnih dimenzija 36,9 m (D) × 29,7 m (Š) × 8,0 m (V). Koristi homogeni filter od kvarcnog pijeska. Filter je podijeljen na 6 ćelija raspoređenih u dva reda. Izlazna cijev svake ćelije ima električni regulacijski ventil za kontrolu rada konstantnog nivoa vode. Proces povratnog pranja može se regulisati preko PLC-a. Projektovana brzina filtracije je 7,0 m/h, prinudna brzina filtracije je 8,4 m/h, a površina filtracije jedne{12}}ćelije je 49,4 m². Intenzitet vode za povratno ispiranje je 11 m³/(m²·h), intenzitet povratnog zraka je 55 m³/(m²·h), a intenzitet čišćenja površine je 7 m³/(m²·h). Trajanje povratnog pranja je 10 minuta. Ciklus povratnog pranja je 24 sata (podesivo), pere se jedna po jedna ćelija. Veličina medija kvarcnog pijeska je 1-1,6 mm sa k₈₀ < 1,3. Koriste se livene-monolitne filterske ploče na mjestu.
4.4 Aktivirani rezervoari za adsorpciju koksa
Izgrađen je novi rezervoar za adsorpciju aktiviranog koksa strukturnih dimenzija 49,5 m (D) × 30,15 m (Š) × 11,0 m (V). Koristi dvostepenu konfiguraciju filtracije sa ukupno 36 ćelija, 18 ćelija po stepenu. Maksimalna brzina filtracije je 6,02 m³/(m²·h), sa prosjekom od 4,63 m³/(m²·h). Prvo{11}}dimenzije jedne-ćelije su D׊×V=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, sa vremenom kontakta sa praznim krevetom (EBCT) od 1,4 h. Druge{18}}stepene jednostruke- dimenzije su D׊×V=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, sa EBCT od 1,08 h. Sistem koristi 2.000 tona aktiviranog koksa veličine čestica 2-8 mm, opremljen mobilnim mašinama za ispiranje koksa, razdjelnicima vode, ulaznim/izlaznim branama, itd.
4.5 Aktivirana zgrada koksa
Izgrađena je nova zgrada aktiviranog koksa za skladištenje aktiviranog koksa i dovod u adsorpcione rezervoare. Konstrukcijske dimenzije su 33,5 m (D) × 13,0 m (Š) × 6,5 m (V). Glavna pomoćna oprema uključuje: 1 aktivirano vibraciono sito za odvodnjavanje koksa, 3 pumpe za dovod koksa (2 radna + 1 pripravna, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 pumpe za ispuštanje filtrata (1 radna + 1} 15 h/ pripravnost H=20 m, N=18.5 kW), 2 vazdušna kompresora (1 radni + 1 pripravni, Q=7.1 m³/min, N=37 kW), i rezervoar za vazduh (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Soba za odvodnjavanje ploča-i-rama
Nova prostorija za odvodnjavanje ploča-i-rama je izgrađena pored postojeće prostorije za odvodnjavanje mulja. Zbog ograničenja prostora, konfigurisan je jedan set filter presa - i- okvira (površina filtera 300 m²), koji služi kao rezerva za trakastu filter presu. Pomoćni objekti uključuju jedan rezervoar za kondicioniranje (efektivna zapremina 80 m³). Količina mulja je 6.150 kg DS/d, sa sadržajem vlage u zgusnutom napojnom mulju od 97% i sadržajem vlage u devodiranom kolaču od 60%. Glavna pomoćna oprema uključuje: 2 napojne pumpe (1 radna + 1 pripravnost, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 presa pumpe za vodu (1 radna + 1 pripravnost, Q=12 m³/h{}, H{, N {24} pumpa je bila (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 dozirne pumpe (1 radna + 1 pripravna, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 zračni kompresor (Q{m{37} set} N{3}/min) rezervoara vazdušnog prijemnika (V=5 m³, P=1.0 MPa), i 1 set jedinice za pripremu PAM (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Sistem kontrole mirisa
Dodan je novi biofiltracijski sistem za kontrolu mirisa sa projektovanim protokom vazduha od 12.000 m³/h. Cevi od plastike ojačane staklom (GRP) se koriste za prikupljanje i tretiranje mirisa iz sistema za predtretman i tretman mulja. Okviri od nerđajućeg čelika i PC ploče za izdržljivost koriste se za zaptivanje opreme za predtretman.
4.8 Ostala ažuriranja objekata
- Zamijenjena sa 2 fina sita sa unutrašnjim napajanjem sa otvorom od 5 mm, sa pužnim transporterima i rezervoarom za vodu za pranje, V=10 m³ i 2 pumpe za vodu za pranje (1 radna + 1 pripravna, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Zamijenjena sa 4 efikasnija puhala sa zračnim ovjesom, VFD kontrolirana (3 radna + 1 pripravnost, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Zamijenjen filterski medij u postojećim filterima za denitrifikaciju sa 1800 m³ keramičkog medija (veličina čestica 3-5 mm).
- Zamijenjene 2 miješalice u taložnicima velike gustine (brzina 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 flokulacijske miješalice (brzine 10-20 o/min, N=2.2 kW) i cijevni taložnici (260 m²).
- Zamijenjena trakasta filter presa sa remenom širine 2 m i odgovarajući zračni kompresor, 1 set.
- Koristeći originalnu centralnu kontrolnu sobu, ažuriranu opremu, instrumente i uspostavljenu centraliziranu kontrolu, uspostavili smo -komunikacioni sistem podataka u cijelom pogonu kako bi se ostvarila komunikacija podataka između centralne kontrolne sobe i podstanica, kao i automatizacija upravljanja proizvodnim procesom.
5. Operativni učinak i tehnički{1}}ekonomski pokazatelji
5.1 Operativne performanse
Nakon završetka ovog projekta nadogradnje, sve jedinice za tretman stabilno rade. Podaci praćenja kvaliteta dovodne i otpadne vode za 2023. godinu prikazani su uTabela 2.
Kao što je prikazano, prosječne koncentracije efluenta za COD, NH₃-N, TN, TP i SS bile su 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 i 2,63 mg/L, sa prosječnim stopama uklanjanja od 95,16%, 99,45%, 77,37%, odnosno 77,37%. Efluentni COD, NH₃-N i TP dosljedno su ispunjavali GB 3838-2002 Klasa III standard vode.
Nadograđeni projekat je u funkciji skoro dvije godine. Rezultati pokazuju da je MBBR+ACCA proces stabilan, efikasan i proizvodi visoko-kvalitetne otpadne vode, pokazujući snažnu otpornost na udarna opterećenja i niske-uvjete temperature. Čak i uz minimalnu zimsku temperaturu vode od 9,4 stepena i značajne fluktuacije kvaliteta vode, kvalitet efluenta je ostao stabilan i zadovoljavao je standarde ispuštanja. Prije i nakon nadogradnje, doza izvora ugljika se nije povećala, ali je uklanjanje TN značajno poboljšano. To je zato što, s jedne strane, nitrificirajući mikroorganizmi vezani za MBBR nosače rastu i akumuliraju se u stabilnom aerobnom okruženju, što dovodi do potpunije nitrifikacije. S druge strane, nitrat je dodatno uklonjen u nadograđenim rezervoarima MBBR i anoksičnim rezervoarima. Konačni ACCA sistem djeluje kao zaštita, dalje adsorbira i uklanja neposlušne COD, TP, SS, itd., čineći kvalitet efluenta stabilnijim. Štaviše, nakon implementacije projekta, postrojenje može proizvoditi-kvalitetnu obnovljenu vodu, postavljajući temelje za buduću ponovnu upotrebu vode.
5.2 Tehnički{1}}ekonomski pokazatelji
Ukupna investicija za ovaj projekat iznosila je 86,937,600 RMB, uključujući troškove izgradnje i instalacije od 74,438,500 RMB, ostale troškove od 7,593,500 RMB, nepredviđene troškove od 4,101,600 RMB, i početni obrtni kapital od 804,000 RMB. Nakon stabilnog rada sistema, dodatni trošak električne energije za cijelo postrojenje je 0,11 RMB/m³, trošak aktiviranog koksa je 0,39 RMB/m³, što rezultira ukupnim povećanjem operativnih troškova od približno 0,50 RMB/m³.
6. Zaključak
- Ovaj projekat implementirao je obnovu opreme, intenziviranje procesa i renoviranje u postojećem postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda, te je dodao napredni tretman, poboljšavajući efikasnost uklanjanja za COD, NH₃-N, TN i TP.
- Nakon nadogradnje, korištenjem glavnog "MBBR+ACCA" procesa, efluentni COD, NH₃-N i TP stabilno su poboljšani sa stepena 1A na standard površinske vode klase III, a uklanjanje TN je značajno poboljšano.
- Praksa pokazuje da ovaj proces radi stabilno i efikasno, otporan je na udarce opterećenja, proizvodi visoko-kvalitetne otpadne vode i dodaje operativne troškove od približno 0,50 RMB/m³. Može poslužiti kao referenca za projekte nadogradnje i inicijative za ponovno korištenje vode u drugim postrojenjima za tretman otpadnih voda.