Надграждане на дизайна и практиката на инсталацията за пречистване на качеството на водата Xin'an Qianhe въз основа на процеса AAOAO-MBBR и окисляване на озон
Кингдао, като ключов национален крайбрежен централен град, постигна значителни резултати в екологичното управление. Въпреки това, в сравнение с-международните метрополии от най-високо ниво, неговата система за управление на градската водна среда все още е изправена пред структурни предизвикателства.
Понастоящем има пропуски между степента на покритие на мрежата от дренажни тръби, оперативната ефективност на съоръженията за пречистване на отпадъчни води и обществените очаквания за високо{0}}качествена водна среда. Има и разстояние от реализирането на екологичната визия за изграждане на „Красив Циндао“.
За да се справи с тези предизвикателства, Кингдао спешно трябва да приложи систематични мерки като научно планиране, оптимизирано разпределение на ресурсите и засилени инвестиции в инфраструктура. Тези усилия имат за цел цялостно подобряване на ефективността на мрежата за събиране на отпадъчни води и капацитета за терминално пречистване, като по този начин се втвърди екологичната основа за устойчивото развитие на града.
Проектът за пречиствателна станция за качество на водата Xin'an Qianhe се намира в новия район на западното крайбрежие на Циндао. Той има проектиран капацитет за пречистване от 50 000 m³/d, обща площ от 33 154 m² и обща инвестиция от 182,4 милиона юана. Докладът за предпроектното проучване за проекта беше завършен през март 2021 г., предварителният проект и бюджет бяха одобрени през юни същата година, а строителството официално започна през април 2023 г. В момента е във фаза на строителство. Първоначалният дизайн изискваше ключовите параметри на отпадъчните води да отговарят на стандартите от клас V, посочени в GB 3838-2002 „Стандарти за качество на околната среда за повърхностни води“, докато общият азот (TN) и други показатели трябваше да отговарят на стандартите за клас А на GB 18918-2002 „Стандарт за изхвърляне на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“.
През март 2022 г. Администрацията по водните въпроси на Циндао издаде „Известие за извършване на дейности по надграждане и обновяване на градски пречиствателни станции за отпадъчни води в Циндао“. Това известие изисква пречиствателните станции около залива Jiaozhou, залива Bohai и покрай реките да завършат надстройките, повишавайки стандарта за заустване до квази-клас IV качество на повърхностните води, с TN на отпадъчните води, контролиран между 10-12 mg/L. Пускането на тази политика падна в интервала между одобрението на предварителния дизайн на проекта (юни 2021 г.) и физическото му начало (април 2023 г.), създавайки техническа празнина между вече одобрените оригинални стандарти за проектиране и най-новите екологични изисквания. Като ново съоръжение за пречистване на отпадъчни води в новата зона на Западния бряг, за да се гарантира съответствие след завършване, стана наложително едновременно да се извърши оптимизация на процеса по време на строителната фаза и да се разработи икономически осъществим план за надграждане чрез проучвания за осъществимост.
1. Проектиране и избор на схема на процес
1.1 Проектирано качество на отпадъчните води
Стандартите за отпадъчни води по проекта бяха повишени от квази-клас V на квази-клас IV качество на повърхностните води. Бяха необходими разумни технически решения за по-нататъшно намаляване на стойностите на показатели като БПК, ХПКCr,TN, NH3-N и TP в отпадъчните води. Конкретен анализ е показан вТаблица 1.
1.2 Избор на инженерна техническа схема
Процесът на изграждащата се инсталация е показан вФигура 1.
Инсталацията в процес на изграждане приема процеса „Предварителна обработка + Модифициран биохимичен резервоар AAOAO + Резервоар за вторично утаяване + Високо-ефективен резервоар за утаяване + V-тип филтър + Озоново окисление“. Разположението на структурите е компактно, без да се оставя излишна земя за проекта за надграждане, който следователно трябва да се основава на текущото строителство. Надстройката е насочена основно към премахването на замърсители като CODКр, NH3-N, TN и TP. Бяха предложени две сравнителни схеми, както е описано вТаблица 2.
Схема 1: AAOAO-MBBR + Процес с високо-ефективен седиментационен резервоар
- Модификация на биохимичната система: Оптимизирайте структурата на биохимичния резервоар AAOAO в процес на изграждане. Увеличете капацитета за денитрификация чрез разширяване на обема на аноксичната зона. Едновременно с това добавете MBBR носители локално в аеробната зона, за да образувате комбиниран процес, засилвайки ефективността на биохимично отстраняване на NH3-N и TN.
- Обновяване на физикохимичната система: Оптимизирайте структурата на резервоара и параметрите на поддържащото оборудване на високо-ефективния утаителен резервоар, за да осигурите стабилно съответствие с TP.
- Усъвършенствано лечение: Увеличете дозировката в единицата за озоново окисляване, за да разградите допълнително огнеупорната органична материя, като гарантирате CODКрсъответствие на освобождаването от отговорност.
Схема 2: Високо{1}}ефективен утаителен резервоар + процес на денитрифициращ филтър с дълбок слой
- Оптимизация на режима на работа: Поддържайте оригиналната структура на биохимичния резервоар AAOAO. Добавете регулируеми устройства за аериране в след-аноксичната зона, за да превключвате динамично между аноксичен/аеробен режим въз основа на качеството на влиянието, гарантирайки ефективност на лечението с NH3-N.
- Обновяване на физикохимичната система: Оптимизирайте структурата на резервоара и параметрите на поддържащото оборудване на високо-ефективния утаителен резервоар, за да осигурите стабилно съответствие с TP.
- Приемане на денитрифициращ филтър: Преобразувайте филтъра тип V- в денитрифициращ дълбок филтър, като използвате дозиране на въглероден източник, за да подобрите способността за отстраняване на TN.
- Усъвършенствано лечение: Увеличете дозировката в единицата за озоново окисляване, за да разградите допълнително огнеупорната органична материя, като гарантирате CODКрсъответствие на освобождаването от отговорност.
И двете схеми отговарят на изискванията за отстраняване на азот и фосфор. Схема 1 използва модификации на биохимичния резервоар за постигане на отстраняване на TN. Неговото предимство се състои в пълното използване на влиятелния въглероден източник. Когато вливащият се TN варира, може да се добави външен източник на въглерод в аноксичната зона за отстраняване на TN. За сравнение, денитрифициращият филтър с дълбок слой, използван в Схема 2, налага използването на външен източник на въглерод и изисква дългосрочно-поддържане на микробната активност във филтъра, което увеличава оперативните разходи. Въпреки че инвестиционните разходи за строителство и за двете схеми са сравними, въз основа на многоизмерни съображения, включително контрол на оперативните разходи, стабилност на процеса и ефективност на оползотворяване на източниците на въглерод, Схема 1-която предлага както икономическа ефективност, така и оперативна гъвкавост, в крайна сметка беше избрана като процес на изпълнение за проекта за надграждане.
2. Ключови точки на инженерния дизайн
2.1 Модификация на биохимичната система
Основната технология на процеса MBBR се крие в постигането на ефективно флуидизирано движение на окачени носители чрез проектиране, като по този начин значително се повишава ефективността на биоразграждането на системата за замърсители. Тази технологична система се състои от пет ключови елемента: високо{1}}механични-носители на биофилм, адаптирана структура на хидравличен резервоар, система за насочена аерация, устройство за прецизен екран за прихващане и оборудване за задвижване с течност. Въз основа на коригираните обеми на резервоара и проектните параметри на работещ проект за наемане на оборудване за пречистване на отпадъчни води с 20 000 m³/d (MBBR) в рамките на регионалната канализационна система, изчислената обща необходима ефективна повърхност на окачените носачи е приблизително 2 164 000 m². Проектираната ефективна специфична повърхност на носителите MBBR е по-голяма от 750 m²/m³. Таблицата за проектно изчисление за модифицирания обем на резервоара AAOAO-MBBR е показана вТаблица 3.
2.2 Надграждане на физикохимичната система
Високо{0}}ефективният резервоар за утаяване е проектиран да работи в две паралелни групи. Обновяването на този блок приема форма на пакет от процеси, като доставчикът на оборудване предоставя пълни-технически гаранции за процеса и ангажименти за изпълнение. Основните параметри на процеса и конфигурациите на оборудването са както следва.
Резервоарът за коагулация се състои от две групи с общо 4 отделения. Проектираният размер на едно отделение е 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Пиковото време на задържане е приблизително 3,8 минути, с градиент на скоростта (G) по-голям или равен на 250 s-¹. Всяка бъркалка е конфигурирана с един-блок с мощност от 4 kW.
Резервоарът за флокулация се състои от две групи с общо 2 отделения. Проектираният размер на едно отделение е 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Пиковото време на задържане е приблизително 8,3 минути. Вътрешният диаметър на тяговата тръба е 2575 мм. Конфигуриран е с бъркалки от турбинен-тип Φ2500 mm, всяка с мощност от 7,5 kW.
Утаителният резервоар се състои от две групи. Площта на наклонената тръба за една група е приблизително 84 m². Диаметърът на утаителя е 11,7 m. Проектираната средна скорост на хидравлично натоварване върху повърхността на наклонената тръба е 12,4 m³/(m²·h), с пикова стойност от 16,1 m³/(m²·h). Проектираната средна скорост на хидравлично натоварване за зоната на утаяване е 7,6 m³/(m²·h), с пикова стойност от 9,9 m³/(m²·h).
Химическата дозираща система е конфигурирана по следния начин: Търговският течен полиалуминиев хлорид (PAC) (10% Al2O3) е проектиран като коагулант, дозиран в множество точки във входящата секция на резервоара за коагулация. Проектираната максимална доза е 300 mg/L, със средна доза от 150–200 mg/L. Използват се механични мембранни дозиращи помпи, конфигурирани с 10-кратна онлайн система за разреждане. Анионният полиакриламид (PAM) е проектиран като флокулант, дозиран в секцията за флокулация на високо{15}}ефективния утаителен резервоар. Използва се комплект за напълно автоматична непрекъсната подготовка на разтвора на PAM и дозираща единица с концентрация на разтвора 2 g/L. Проектираната максимална доза е 0,6 mg/L, със средна доза от 0,3 mg/L. Дозиращите помпи са винтови дозиращи помпи, също оборудвани с 10-кратна онлайн система за разреждане.
2.3 Проверка на пилотен-мащаб на експеримент за озоново окисление
За да се провери осъществимостта отпадъчните води на модернизираната инсталация да отговарят стабилно на стандартите за повърхностни води клас IV (концентрация на ХПК по-малка или равна на 30 mg/L), това проучване избра вторичните отпадъчни води от първата и втората фаза на завода за пречистване на качеството на водата Lianwanhe като обект на изследване през юни 2024 г. Експеримент за проверка на ефективността за процеса на усъвършенствано третиране „Пясъчна филтрация + Озоново окисление“ беше проведено. Експериментът имаше за цел да оцени приложимостта на този процес към дизайна на проекта Xin'an и постижимостта на целта.
Този експеримент използва съществуващия малък -уред за филтриране на пясък (капацитет на обработка 1,5 m³/h) в завода Lianwanhe. Пилотно -мащабно устройство за реакция на озоново окисление (реактор кула, ефективен обем 0,5 m³) беше инсталирано на-на площадката. Съществуващите отпадъчни води от резервоар за вторично утаяване бяха филтрирани от малкия пясъчен филтър, след което бяха повдигнати от помпа, за да влязат отгоре в кулата за озоново окисляване. Окислителният ефект на озона беше използван за отстраняване на огнеупорната органична материя от входящия поток, постигайки допълнително намаляване на COD.
2.3.1 Изпълнение на "Пясъчна филтрация + Озоново окисление" при доза озон от 20 mg/L и ХЗТ от 30 минути
По време на тази изследователска фаза, вливащата концентрация на ХПК варира от 38,2 до 43,4 mg/L, със средна стойност от 40,4 mg/L. След третиране чрез процеса на "филтриране с пясък + окисление с озон", крайната ХПК в отпадъчните води е средно 28,8 mg/L. Експериментът установи, че когато концентрацията на COD е висока, все още има случаи, в които COD в отпадъчните води не отговаря на стандарта. Освен това крайният цвят на отпадъчния поток от пилотния тест остава по-висок от този на входящия поток, което не отговаря на стандарта за заустване. Подробностите са показани вФигура 2(а).
2.3.2 Изпълнение на "Пясъчна филтрация + Озоново окисление" при доза озон от 25 mg/L и ХЗТ от 30 минути
За по-нататъшно подобряване на отстраняването на COD и намаляване на цвета на отпадъчните води, тази фаза продължи да увеличава дозата на озон, като същевременно поддържа HRT на 30 минути. В тази експериментална фаза вливащата се концентрация на ХПК варира от 36,3 до 46,2 mg/L, средно 40,4 mg/L. След третиране, концентрацията на COD беше намалена до 28 mg/L. Окончателният цвят на отпадъчния поток от пилотния тест все още остава по-висок от този на входящия поток, като не отговаря на стандарта за заустване. Подробностите са показани вФигура 2(b).
2.3.3 Ефективност на "Пясъчна филтрация + Озоново окисление" при доза озон от 30 mg/L и ХЗТ от 30 минути
При условията на дозировка на озон от 30 mg/L и HRT от 30 минути, процесът „Пясъчна филтрация + Озоново окисление“ показа добра ефективност на третиране за вторичен ефлуент ХПК. В тази тестова фаза концентрацията на ХПК в потока варира от 38,2 до 42,2 mg/L, средно 40,2 mg/L. След третиране концентрацията на COD в отпадъчните води остава стабилна под 30 mg/L, средно 26 mg/L. В тази фаза процесът също демонстрира добра ефективност на премахване на цвета, с измерен цвят постоянно под 20, стабилно отговарящ на стандарта за разреждане. Подробностите са показани вФигура 2(c).
2.3.4 Експериментално заключение
Въз основа на експерименталните резултати, при оптимални реакционни условия, съотношението на дозировката на озон (30 mg/L) към отстраняването на COD (12,2 mg/L) в модула за обработка с озон беше 2,45:1,00.
Пилотният експеримент доказа, че усъвършенстваният процес на пречистване „Филтриране с пясък + окисляване на озон“ може ефективно да намали стойността на COD на представителните вторични отпадъчни води от завода Lianwanhe. Следователно, приемането на процеса „Филтриране на пясък + окисляване на озон“ като усъвършенстван процес на пречистване за проекта Xin'an Qianhe има добра осъществимост и може да гарантира, че COD на отпадъчните води на проекта остава стабилен под 30 mg/L.
3. Заключение
Това изследване се фокусира върху три основни модула за модификация: системата за биохимично третиране възприема хибридния процес AAOAO-MBBR (спрян и прикрепен растеж); модулът за физикохимично третиране оптимизира структурата на резервоара и избора на оборудване за високо-ефективния утаителен резервоар; и връзката за усъвършенствано лечение е валидирана чрез пилотен-мащабен експеримент за озоново окисляване.
Чрез синергичното оптимизиране на тази верига от процеси се изгражда цялостна-система за обработка на процеси от „Биохимично подобряване – Физикохимично подобрение – Усъвършенствана защита“. Едновременно с това, този инженерен дизайн следва обективния факт на текущото строителство на проекта, което налага координирана оптимизация на строителните последователности за всички структури, за да се максимизира използването на съществуващите съоръжения и да се сведе до минимум работното натоварване при обновяване.
Проектът използва стандарта за качество на отпадъчните води на строящата се инсталация като еталон за влиятелно качество на проектирането. Изхвърляните концентрации на ХПККр, BOD₅, NH3-N и TP трябва да отговарят на стандартите от клас IV (TN по-малко или равно на 10/12 mg/L), определени в GB 3838-2002 „Стандарти за качество на околната среда за повърхностни води“. Другите индикатори трябва да отговарят на стандартите от клас А на GB 18918-2002 „Стандарт за заустване на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“. Този проект за надграждане има проектен мащаб от 50 000 m³/ден, обща инвестиция от 27,507 милиона юана, оперативни разходи от 0,3 юана/m³, общи разходи от 0,39 юана/m³ и оперативна цена на водата от 0,45 юана/m³.