Primjena BIOLAK procesa u nadogradnji postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda na kvazi{0}} standarde IV klase
Uveden u Kinu početkom 21. veka, BIOLAK proces je dobio široku primenu u prečišćavanju komunalnih otpadnih voda zbog svoje jednostavne strukture i niskih troškova ulaganja. Posljednjih godina, sa pooštravanjem standarda za ispuštanje i povećanjem automatizacije, većina postojećih BIOLAK postrojenja suočava se s nadogradnjom. Poboljšanja poput dodavanja visećih nosača, naknadnog ugradnje rezervoara i redefiniranja funkcionalnih zona implementiraju se kako bi se poboljšalo uklanjanje dušika i fosfora. Dok novoizgrađena postrojenja pretežno usvajaju A²/O i procese oksidacionog jarka, malo je izvještaja o stvarnim performansama BIOLAK-a, posebno pod strogim standardima emisije. BIOLAK proces koristi okretne aeracijske lance za stvaranje vremenskih anoksičnih i aerobnih zona, u suštini funkcionirajući kao više-fazni A/O proces. Kroz operativnu optimizaciju, kvalitet otpadnih voda može stabilno zadovoljiti kvazi{7}}standard površinskih voda klase IV.
1 Pozadina projekta
Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u provinciji Hebei koristi BIOLAK proces kao svoju osnovnu tehnologiju. Dotok se kreće od 18.000 do 22.000 m³/d, u proseku 19.000 m³/d, prečišćavajući prvenstveno gradsku kućnu kanalizaciju i malu količinu otpadnih voda od poljoprivredne prerade. Dizajnirane kvalitete dovoda i efluenta su prikazane uTabela 1. Originalni standard za ispuštanje bio je standard razreda A *"Standard ispuštanja zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002)*. Nakon nadogradnje koja je uključivala pregrađivanje anaerobne zone radi poboljšanja denitrifikacije i defosforizacije, postrojenje je sada u skladu s ključnim ograničenjima kontrolnog područja *"Standarda za ispuštanje zagađivača vode za sliv rijeke Daqing" (DB13/2795-2018)*. Osim ukupnog azota, svi ostali indikatori ispunjavaju standarde klase IV navedene u *"Environmental Quality Standards for Surface Water" (GB 3838-2002)*. Tok procesa je prikazan uSlika 1.
Biljka koristi natrijum hipohlorit za dezinfekciju. Mulj se odvodnjava filtracijom ploča i okvira visokog{1}}pod visokim pritiskom do sadržaja vlage ispod 60% prije nego što se transportuje na su-preradu u cementnim pećima.
Doprinos svake jedinice za tretman uklanjanju zagađivača izračunat je na osnovu bilansa mase, sa specifičnim metodama referenciranim iz literature.
2 Mjere optimizacije operativne kontrole
Višestruke mjere optimizacije su implementirane tokom rada kako bi se poboljšala stabilnost efluenta i postigle uštede energije i troškova.
2.1 Poboljšana kontrola rastvorenog kiseonika (DO).
Postojeći BIOLAK projekti retrofitiranja često primjećuju njegovu slabu zoniranje kao više-stepenu A/O varijantu, što dovodi do niske efikasnosti denitrifikacije. U ovom projektu, uz osiguravanje usklađenosti efluenta sa amonijačnim dušikom, maksimalni DO na kraju zone aeracije održavan je na 0,5-1,0 mg/L, niže od konvencionalnih zahtjeva kontrole DO.
2.2 Povećano praćenje procesnih podataka
Da bi se vodila kontrola DO i doziranje vanjskog izvora ugljika, nitratni dušik i amonijačni dušik su praćeni na kraju anaerobne zone i BIOLAK spremnika kako bi se odredili optimalni rasponi kontrole. Tokom rada, doziranje vanjskog izvora ugljika je smanjeno ili zaustavljeno kada je nitratni dušik na kraju anaerobne zone bio<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3 Postavljanje ciljeva unutrašnje kontrole efluenta
Da bi se osigurala stabilna usklađenost, ciljevi interne kontrole su postavljeni na 30% – 80% granica ispuštanja, na osnovu težine kontrole svakog zagađivača. Prekoračenje ovih internih ograničenja pokrenulo je trenutna prilagođavanja parametara procesa kako bi se koncentracije efluenta vratile u prihvatljiv raspon. Godišnji ciljevi interne kontrole za COD, amonijačni dušik, ukupni dušik i ukupni fosfor bili su 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L, odnosno 0,12 mg/L.
2.4 Održavanje odgovarajuće koncentracije mulja
Rasipanje mulja je prilagođeno na osnovu protoka, opterećenja i sezone. Vrijeme zadržavanja mulja (SRT) je održavano na 15-25 dana, a koncentracija miješanih tekućih suspendiranih čvrstih tvari (MLSS) na 2.500-4.500 mg/L. Konkretno, MLSS je kontrolisan na 2,500–3,500 mg/L u ljeto i jesen, sa opterećenjem mulja od oko 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d), i na 3,500–4,500 mg/L zimi i u proljeće, sa opterećenjem mulja od oko 0,04MLSS kgCOD/(kg).
2.5 Podešavanje rada jedinica za napredni tretman
Niske temperature zimi su uticale na flokulaciju i sedimentaciju. Neblagovremeno ispiranje filtera tipa V- moglo bi dovesti do povišenog efluenta suspendiranih čvrstih tvari i COD-a. Zbog toga je tokom zimskog rada učestalost povratnog ispiranja povećana na osnovu performansi koagulacije, a ispuštanje mulja iz koagulacionog-taložnika je intenzivirano kako bi se smanjila koncentracija suspendovanih čvrstih materija u efluentu.
3 Performanse tretmana
Godišnja utjecajna COD kretala se od 109 do 248 mg/L, u prosjeku 176 mg/L. COD efluenta se kretao od 9,5 do 20,1 mg/L, u prosjeku 12,1 mg/L. Kada je COD efluenta premašio cilj interne kontrole (15 mg/L), frekvencija povratnog ispiranja filtera je povećana kako bi se smanjile suspendirane krute tvari. Preporučuje se nadogradnja koagulacionog-taložnika na taložnik visoke-ili magnetne koagulacije-taložnik za bolju efikasnost koagulacije.
Godišnji influentni amonijačni azot kretao se od 17,8 do 54,9 mg/L, u prosjeku 31,9 mg/L. Količina amonijačnog azota u efluentu kretala se od 0,12 do 1,30 mg/L, u prosjeku 0,5 mg/L. Kada je premašio cilj interne kontrole, aeracija je prilagođena mjerama optimizacije. Kvalitet otpadnih voda stabilno je ispunjavao ključne granice kontrolnog područja *DB13/2795-2018* tokom cijele godine.
Zbog niske koncentracije izvora ugljika, fokus je bio na optimizaciji uvjeta procesa kako bi se poboljšalo uklanjanje dušika i fosfora, s ciljem uštede energije i troškova.
3.1 Optimizacija kontrole DO i totalno uklanjanje dušika
Godišnji influentni ukupni dušik (TN) kretao se od 20,3 do 55,6 mg/L (vidiSlika 2), u prosjeku 42,1 mg/L. TN efluenta kretao se od 2,5 do 14,2 mg/L, u prosjeku 8,8 mg/L, unutar cilja interne kontrole (12 mg/L). Prosječna stopa uklanjanja TN bila je 79,1%. Sa omjerom recikliranja mulja od 90% (bez unutrašnjeg recikliranja miješane tekućine), teoretska efikasnost denitrifikacije bila je 47,4%, što ukazuje da se denitrifikacija dogodila iu drugim procesnim zonama izvan anaerobnog selektora. Promjene u dušiku duž niza tretmana u tipičnom ciklusu prikazane su uSlika 3.
U tipičnom ciklusu, influentni TN je bio 42,0 mg/L, sa zbirom amonijaka i nitratnog azota od 35,2 mg/L. Nakon anaerobnog selektora, TN je bio 16,7 mg/L, što je rezultiralo brzinom uklanjanja od 43,5% putem masenog balansa, u skladu s teoretskom vrijednošću. Rezervoar BIOLAK je doprinio uklanjanju TN-a za 24,0%. Efluent TN je dodatno smanjen u sekundarnom taložnom rezervoaru, doprinoseći dodatnih 11,3% uklanjanja, uglavnom zbog svog dugog hidrauličkog vremena zadržavanja (8,6 sati) što je omogućilo denitrifikaciju koju pokreće endogeni izvor ugljika{10}}. Ostale jedinice doprinijele su uklanjanju 1,9%. Konačni efluent TN bio je 8,1 mg/L, sa ukupnom stopom uklanjanja od 80,7%.
Operativno iskustvo pokazuje da je kontrola DO ključna za uklanjanje TN u BIOLAK procesu. U konvencionalnim procesima, DO se obično mjeri na kraju aerobne zone u strukturi kanala gdje je DO relativno ujednačen po poprečnom-presjeku. Međutim, u rezervoaru BIOLAK kraj zone aeracije je širok skoro 70 metara, pri čemu se DO povećava od ruba nagiba do centra, a razlikuje se za 0,5–1,0 mg/L. Stoga lokacija DO sondi zahtijeva pažljivu pažnju.
Strogom kontrolom maksimalnog DO na kraju zone aeracije BIOLAK, efikasno je osigurano anoksično okruženje neophodno za denitrifikaciju. Postignuta je simultana nitrifikacija i denitrifikacija (SND) korištenjem endogenih izvora ugljika, što je rezultiralo efikasnim uklanjanjem TN.
3.2 Ukupno uklanjanje fosfora i operativna optimizacija
Godišnji uticaj ukupnog fosfora (TP) kretao se od 1,47 do 4,80 mg/L (vidiSlika 4), u prosjeku 2,99 mg/L. TP efluenta se kretao od 0,04 do 0,17 mg/L. Doza sredstva za uklanjanje fosfora je prilagođena na osnovu cilja interne kontrole (0,12 mg/L). Prosječna koncentracija TP u efluentu bila je 0,07 mg/L, stabilno zadovoljavajući standard za ispuštanje, sa prosječnom stopom uklanjanja TP od 98,3%.
Promjene u fosfatu u toku tretmana u tipičnom ciklusu prikazane su uSlika 5.
Ulazni fosfat je bio 2,70 mg/L, a povratni fosfat mulja je bio 0,58 mg/L, čime je teoretski fosfat koji ulazi u anaerobni selektor iznosio 1,70 mg/L. Nakon anaerobnog oslobađanja fosfora od strane organizama koji akumuliraju polifosfat- (PAO), koncentracija fosfata je dostigla 3,2 mg/L. Odnos koncentracije fosfata (maksimalno u anaerobnoj zoni/uticaj) bio je 1,9, što ukazuje na značajno oslobađanje. Glavni razlog je bila efikasna denitrifikacija u uslovima niskog DO, što je rezultiralo niskom koncentracijom nitrata u povratnom mulju u anaerobnu zonu, održavanjem dobrog anaerobnog okruženja (ORP generalno ispod -200 mV) i promocijom oslobađanja fosfora.
Nakon BIOLAK zone aeracije, došlo je do značajnog unosa fosfora, smanjujući koncentraciju fosfata na kraju na 0,3 mg/L, čime je postignuta efikasnost biološkog uklanjanja fosfora od 88,9%. Nakon taložnika i stabilizacijskih rezervoara, koncentracija fosfata je porasla na 0,64 mg/L. Analiza sugerira da je to bilo zbog dugog HRT-a u taložnici i strogo kontroliranog DO u spremniku BIOLAK, stvarajući anaerobno stanje u taložnici i uzrokujući sekundarno oslobađanje fosfora. Nakon hemijskog doziranja u jedinici za koagulaciju, efluentni fosfat je smanjen na 0,06 mg/L. Stoga, uzimajući u obzir ekonomske troškove i operativnu složenost, žrtvovanje neke efikasnosti biološkog uklanjanja fosfora kako bi se poboljšala denitrifikacija je održiva strategija optimizacije za slična postrojenja.
4 Operativni troškovi
Direktni operativni troškovi uključuju električnu energiju, hemikalije i odlaganje mulja. Na osnovu godišnje statistike, specifična potrošnja energije iznosila je 0,66 kWh/m³. Uz cijenu električne energije od 0,65 CNY/kWh (zasnovano na zbiru vršnih/spuštenih-vršnih stopa), cijena električne energije iznosila je 0,429 CNY/m³. Ova potrošnja je na višoj strani prema „Standardu za procjenu kvaliteta rada komunalnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda“, uglavnom zbog nešto niže efikasnosti iskorišćenja kiseonika sistema za aeraciju. Hemijski troškovi, uključujući natrijum acetat, agens za uklanjanje fosfora, PAM, natrijum hipohlorit i hemikalije za odvodnjavanje, iznosili su 0,151 CNY/m³. Specifična upotreba i troškovi su prikazani uTabela 2.
Mulj potiče uglavnom iz bioloških i hemijskih (rezervoar za koagulaciju) izvora. Filtriranje ploča i okvira pod visokim pritiskom se koristi sa vapnom i željeznim hloridom kao agensima za kondicioniranje. Doziranje kreča je oko 25% težine suvog mulja. Osušeni kolač ima sadržaj vlage od 60%. Dnevna proizvodnja odvodnjenog mulja je oko 9 tona, sa specifičnim prinosom suhog mulja od oko 0,15%. Transport mulja košta 250 CNY/tona, što rezultira troškovima zbrinjavanja mulja od oko 0,118 CNY/m³. Dakle, ukupni direktni troškovi proizvodnje iznose 0,698 CNY/m³.
5 Zaključci
① Postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u provinciji Hebei, koje je koristilo BIOLAK proces za prečišćavanje komunalnih otpadnih voda, radilo je neprekidno godinu dana sa kvalitetom otpadnih voda koji je stabilno zadovoljavao ključne granice kontrolnog područja od *DB13/2795-2018* (Kvazi-klasa IV standard površinskih voda).
② Kao varijanta višestepenog A/O procesa, kontrola maksimalnog DO na kraju BIOLAK zone aeracije na 0,5–1,0 mg/L rezultirala je stopom uklanjanja TN od 24,0% u BIOLAK zoni i 11,3% u taložnici. Time je postignuta simultana nitrifikacija-denitrifikacija i denitrifikacija endogenog izvora ugljika, pokazujući značajnu sposobnost uklanjanja dušika.
③ Direktni operativni troškovi za BIOLAK proces bili su 0,698 CNY/m³. Mjere optimizacije rada, uključujući praćenje procesnih podataka i postavljanje razumnih ciljeva interne kontrole, mogu pružiti reference za optimizaciju rada i postizanje ušteda energije/troškova u sličnim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda.