Operativni učinak projekta nadogradnje postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Tianjinu
Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u Tianjinu podvrgnuto je projektu nadogradnje i renoviranja usvajanjem modificiranog Bardenpho-MBBR procesa, podižući kvalitet otpadnih voda sa standarda A razreda specificiranog u "Standardu za ispuštanje zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002) do lokalnog standarda Tinjin DB klase A. 12/599-2015. Proces biofilmskog reaktora sa pokretnim slojem (MBBR) uključuje dodavanje MBBR suspendovanih nosača u reaktor, obezbeđujući mesta za vezivanje mikroba i formiranje pričvršćenih biofilmova, čime se povećava efektivna biomasa u sistemu i postiže uklanjanje zagađivača. MBBR proces nudi prednosti kao što su veliko opterećenje tretmana, jaka otpornost na udarna opterećenja, stabilne performanse tretmana, jednostavno operativno upravljanje i fleksibilan rad procesa. Sve veći broj PPOV u Kini usvaja MBBR proces za renoviranje. Ovaj rad analizira operativne performanse postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Tianjinu nakon njegove nadogradnje, sa ciljem da pruži referencu za slične projekte nadogradnje.
1. Trenutni biološki proces uklanjanja dušika i fosfora
Originalni biološki rezervoar je koristio A²/O proces sa kapacitetom tretmana od 12.500 t/d. Projektna ukupna starost mulja bila je 14 dana, koncentracija miješanih tekućih suspendiranih čvrstih tvari (MLSS) bila je 3,500 mg/L, projektna temperatura vode je bila 10 stepeni, prinos mulja je bio 0,936 kgSS/kgBOD, a opterećenje muljem je bilo 0,082 kgBOD/kgMLSS. Efektivna dubina vode biološkog rezervoara bila je 6 m, sa ukupnom zapreminom rezervoara od 9.052,2 m³ i ukupnim hidrauličkim vremenom zadržavanja (HRT) od 17,4 sata. Raspodjela HRT-a bila je: selektorska zona 0,58 h, anaerobna zona 1,38 h, anoksična zona 2,85 h, zona ljuljanja 0,92 h i aerobna zona 11,67 h. Recikliranje mulja je bilo 100%, a interno recikliranje miješanog likera 300%. Originalni biološki rezervoar se prvenstveno sastojao od anaerobnih-anoksičnih-aerobnih dijelova. Radni parametri se mogu podesiti na osnovu uticajnih uslova i potreba za efluentom kako bi se postiglo uklanjanje azota i fosfora, pri čemu kvalitet efluenta zadovoljava standard razreda A GB 18918-2002.
2. Pregled projekta nadogradnje i renoviranja
Ova nadogradnja imala je za cilj poboljšanje kvaliteta otpadnih voda kako bi se zadovoljio standard klase A lokalnog standarda u Tianjinu "Standard za ispuštanje zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (DB 12/599-2015). Projektovani dotok i kvalitet efluenta su prikazani uTabela 1. Prema projektovanim vrijednostima dotoka i efluenta TN, postizanje efluentnog TN ispod 10 mg/L zahtijeva stopu denitrifikacije od 75,6% u sistemu biološkog rezervoara. Originalni biološki rezervoar koristio je A²/O konfiguraciju. Proračuni zasnovani na originalnoj konfiguraciji rezervoara pokazali su da bi interni omjer recikliranja trebao povećati sa originalnih 200% na 310%, zajedno sa dodatkom velike količine vanjskog izvora ugljika. Ovo ne samo da bi povećalo operativne troškove, već bi i veliki volumen unutrašnjeg toka recikliranja mogao poremetiti anoksičnu sredinu. To bi moglo dovesti do toga da stvarna HNL u anoksičnoj zoni bude manja od minimalnog zahtjeva, što utiče na efikasnost denitrifikacije. MBBR proces poboljšava sposobnost denitrifikacije sistema i poboljšava kvalitet efluenta dodavanjem suspendovanih nosača za povećanje koncentracije biomase unutar rezervoara, čime se ispunjavaju zahtjevi za nadogradnju.
Bez promjene postojećeg volumena biološkog spremnika, unutrašnje funkcionalne zone biološkog spremnika su rekonfigurirane. Originalna A²/O konfiguracija (anaerobna-anoksična-aerobna) je modificirana u konfiguraciju etape Bardenpho 6-: anaerobna zona, anoksična zona, zona zamaha, aerobna zona, post-anoksična zona i post-aerobna zona. Konkretno, originalna selektorska zona je pretvorena u anaerobnu zonu. Originalna anaerobna zona, zona zamaha (prednji dio) i anoksična zona su korištene kao pre-anoksična zona. Prednja polovina prvog koridora u originalnoj aerobnoj zoni prilagođena je zoni ljuljanja. Prvobitni prvi, drugi i treći aerobni koridor su pretvoreni u MBBR zonu, gdje su dodani viseći nosači, zajedno sa ulazno-izlaznim sistemima za zaštitu i donji pomoćni sistem za aeraciju. Četvrti aerobni koridor je pretvoren u post-anoksičnu zonu. Originalna zona ljuljanja je funkcionalno podijeljena i prilagođena na post-anoksične i post-aerobne zone. Parametri renoviranog biološkog rezervoara su prikazani uTabela 2.
Što se tiče procesa procesa, miješana tekućina iz aerobne zone se reciklira u anoksičnu zonu, a izvor ugljika se dodaje unutar anoksične zone. Denitrifikacijske bakterije koriste izvor ugljika za denitrifikaciju kako bi uklonile nitratni dušik proizveden u aerobnoj zoni. Preostali nitratni azot ulazi u post-anoksičnu zonu, gdje se dodaje dodatni izvor ugljika kako bi se nastavila denitrifikacija. Nakon renoviranja, koncentracija mješovite tekućine suspendirane krutine (MLSS) je 4.000 mg/L, reciklaža mulja je 50%-100%, interni recikliranje miješane tekućine je 200%-250%, a otopljeni kisik u MBBR zoni je 2-5 mg/L. Dijagram toka procesa nakon renoviranja prikazan je uSlika 1.
3. Puštanje u rad sistema nakon renoviranja biološkog rezervoara
Nakon što je završena obnova biološkog rezervoara, započela je faza puštanja u rad. Osušeni mulj iz drugog PPOV je dodan u biološki rezervoar, brzo povećavajući koncentraciju mulja na iznad 3.000 mg/L u kratkom vremenu. To je skratilo period kultivacije mulja i aklimatizacije, što je omogućilo brzo pokretanje biološkog rezervoara i obnavljanje njegovog kapaciteta uklanjanja azota i fosfora. U periodu probnog rada, zbog relativno niskog protoka i koncentracija zagađivača, stvarno radno opterećenje bilo je manje od projektnog opterećenja. Pristup je bio da se prvo uzgaja i aklimatizira aktivni mulj sve dok se biološki sistem ne stabilizira i kvalitet efluenta ne ispuni standarde, a zatim se dodaju MBBR nosači za formiranje biofilma.
Nakon što su nosači dodani u aerobni dio biološkog spremnika, prvo su uronjeni. Mikroorganizmi su se postepeno vezali za njihove površine. Vizuelno, boja površine nosača se promijenila od bijele do blijedo zemljano žute kako se više mikroorganizama spajalo i biofilm je postajao gušći. Boja nosača se postepeno produbljivala. Dva mjeseca nakon dodavanja nosača, formiranje biofilma je bilo dobro, pri čemu je površina nosača izgledala žućkasto-smeđa i boja se postepeno produbljivala. Četiri mjeseca nakon dodavanja nosača, biofilm na površini nosača je bio tamno smeđi i bio je gust. Progresija formiranja biofilma može se intuitivno posmatrati na osnovu promena u boji nosioca, kao što je prikazano uSlika 2. U decembru 2021. godine, mikroskopskim ispitivanjem aktivnog mulja iz biološkog rezervoara i mulja iz nosača otkrivene su kompaktne flok strukture sa dobrim svojstvima adsorpcije i taloženja. Vizuelno, nosači su pokazali očiglednu formaciju biofilma. Mikroskopskim pregledom identifikovani su organizmi kao što su Vorticella, Opercularia i Epistylis, uz povremeno uočavanje nekoliko pokretnih trepavica, što ukazuje na završetak faze formiranja biofilma.
4. Operativni učinak nakon renoviranja biološkog rezervoara
4.1 Učinak uklanjanja za COD i BOD nakon renoviranja
Vrijednosti COD i BPK otpadnih voda za 2022. su prikazane uSlika 3. COD efluenta se kretao od 10,2 do 24,9 mg/L, sa prosjekom od 18,0 mg/L. BPK efluenta se kretao od 2,1 do 4,9 mg/L, sa prosjekom od 3,4 mg/L. I COD i BPK efluenta stabilno zadovoljavaju lokalni standard klase A Tianjin. Renovirani sistem ne samo da je pokazao dobre performanse uklanjanja COD-a i BPK-a, već je i održavao stabilne i usklađene nivoe COD-a i BPK-a u efluentu tokom sezone poplava, čak i kada je stvarno ulazno opterećenje postrojenja dostiglo 110% njegovog projektovanog kapaciteta. Ovo ukazuje da sistem ima dobru otpornost na udarna opterećenja.
4.2 Učinak uklanjanja za TN i NH₃-N nakon renoviranja
Vrijednosti efluenta TN i NH₃-N za 2022. su prikazane uSlika 4. TN se kretao od 3,72 do 8,74 mg/L, sa prosjekom od 6,43 mg/L. NH₃-N se kretao od 0,02 do 1,25 mg/L, sa prosjekom od 0,12 mg/L. Tokom zimskog rada, zbog nižih temperatura, smanjene su stope nitrifikacije i denitrifikacije. U praksi je koncentracija mulja povećana na preko 6.000 mg/L. Rad pri visokoj koncentraciji mulja je koristan za poboljšanje otpornosti biološkog sistema na udarna opterećenja, posebno na niskim temperaturama. Sinergija između visoke koncentracije mulja i biofilma pričvršćenog na MBBR nosače poboljšava učinak tretmana biološkog sistema.
MBBR nosači pružaju povoljno okruženje za mikrobne zajednice, podržavajući njihov rast i reprodukciju. Nakon aklimatizacije i sazrijevanja, kapacitet nitrifikacije i denitrifikacije biofilma jača. Mikroorganizmi se vezuju i rastu slojevito na površini nosača, povećavajući gustinu zoogloee i formirajući velike, guste i brzo stabilne strukture mulja. Kada se suoče sa vanjskim promjenama kvaliteta vode, mikroorganizmi na površini nosača luče ekstracelularne polimerne supstance (EPS) za samozaštitu-na taj način smanjujući utjecaj naglih promjena kvaliteta vode na mikroorganizme unutrašnjeg-sloja.
U postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda koje koriste MBBR proces, uočene su istovremene pojave nitrifikacije i denitrifikacije (SND) u zoni aerobnog nosača. Testiranjem vrijednosti TN influenta i efluenta iz zone aerobnog nosača otkrivena je razlika od 2-6 mg/L. Ova razlika je bila izraženija, posebno kada je rastvoreni kiseonik u aerobnom rezervoaru kontrolisan ispod 2 mg/L, što ukazuje na značajniji SND u uslovima niskog rastvorenog kiseonika. Otpadni TN iz sekundarnog taložnika je u potpunosti ispunio standarde, što znači da je uklanjanje TN završeno u fazi biološkog tretmana. U stvarnom radu, denitrifikacijski filter-dubokog sloja djeluje kao zaštitni proces. U normalnim uslovima, funkcioniše kao običan filter kako bi se osiguralo da SS indikatori ispunjavaju standarde.
4.3 Učinak uklanjanja za TP i SS nakon renoviranja
Prikazane su vrijednosti TP i SS otpadnih voda za 2022Slika 5. TP efluenta PPOV se kretao od 0,04 do 0,22 mg/L, sa prosjekom od 0,10 mg/L. Efluent SS se kretao od 1 do 4 mg/L, sa prosjekom od 2,2 mg/L. Nakon nadogradnje, efluent sekundarnog taložnika TP bio je oko 1,0 mg/L i SS oko 26 mg/L. Dodavanjem željeznog klorida i PAM-a u visoko{12}}efikasnu taložnicu za poboljšanje koagulacije i daljnjim pročišćavanjem u filteru dubokog{13}}sloja za denitrifikaciju, efluent TP i SS stabilno su ispunjavali Tianjin lokalni standard klase A, a vrijednost boje je značajno smanjena.
5. Zaključak
Da bi se zadovoljio lokalni standard klase A u Tianjinu, originalni A²/O proces na PPOV je transformiran u Bardenpho pet-faznu konfiguraciju, uključujući MBBR proces u aerobnom dijelu radi poboljšanja biološkog uklanjanja dušika, smanjujući efluent TN i NH₃-N. Tokom sezone poplava sa preopterećenjem protoka, svi indikatori su stabilno ispunjavali standarde, pokazujući dobru otpornost na udar. Nakon renoviranja biološkog rezervoara, unutrašnji omjer reciklaže bio je 200%-300%, eksterni reciklažu mulja je bio 50%-100%, koncentracija mulja je bila 4.000-6.000 mg/L, otopljeni kisik u aerobnoj zoni je bio kontroliran na 3-5 mg/L, a otopljeni kisik u zoni anaerobnih 5 mg/L.5 mg/L. U 2022. godini, kvalitet efluenta PPOV je bio: COD 10,2–24,9 mg/L, prosječno 18,0 mg/L; BOD 2,1–4,9 mg/L, prosječno 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, prosječno 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, prosječno 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, prosječno 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, prosječno 2,2 mg/L. Svi su stabilno ispunjavali standard klase A lokalnog standarda u Tianjinu "Standard za ispuštanje zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (DB 12/599-2015).