Казус от MBBR+ACCA процес за надграждане и реконструкция на градска пречиствателна станция за отпадъчни води
На фона на процъфтяващата икономика на Китай, темпът на индустриализация и урбанизация се ускори значително. Този процес неизбежно е придружен от-от-годишно увеличение на изхвърлянето на промишлени отпадъчни води и битови канализационни води, което изостря проблемите със замърсяването на водата и оказва влияние върху изграждането на устойчива екологична цивилизация в Китай. С цялостното прилагане на Плана за действие за предотвратяване и контрол на замърсяването на водите бяха наложени по-строги изисквания за заустване на градските пречиствателни станции за отпадъчни води в цялата страна. Местните стандарти в някои градове са достигнали квази-клас на качеството на водата IV, а за отпадъчни води, зауствани в чувствителни водни обекти, определени индивидуални показатели постепенно се доближават до стандарта клас III за повърхностни води. Въпреки това, остатъчните замърсители в градските отпадъчни води след биологично третиране са предимно не-биоразградими органични съединения със слаба биоразградимост. Разчитането единствено на традиционните технологии за биологично подобряване е станало недостатъчно за постигане на все по-строгите стандарти за емисии.
Активираният кокс притежава силно развита мезопореста система, способна да адсорбира макромолекулни замърсители във водата. С висока механична якост, стабилност, добри характеристики на адсорбция и относително икономична цена, той се прилага широко при третирането на промишлени отпадъчни води, които са трудни за биоразграждане. През последните години технологията за филтриране, използваща активен кокс като среда, също намери определени приложения в усъвършенстваното третиране на градски инсталации за отпадъчни води, постигайки добри резултати при окончателното отстраняване на замърсителите. Комбинирайки инженерен пример от проект за надграждане на пречиствателна станция за отпадъчни води в провинция Хенан, авторът възприе процеса MBBR+ACCA (Адсорбция на активен кокс) за подобряване на пречистването на градските отпадъчни води. Показателите за COD, NH3-N и TP отговарят на стандарта за вода GB 3838-2002 клас III, предоставяйки референция за проекти за надграждане на други пречиствателни станции за отпадъчни води.
1. Основно състояние на пречиствателната станция за отпадъчни води
Общият проектен капацитет на тази пречиствателна станция за отпадъчни води е 50 000 m³/ден, включващ проектен капацитет за Фаза I от 18 000 m³/ден и проектен капацитет за Фаза II от 32 000 m³/ден. Пречиства предимно градски битови отпадъчни води и малко количество промишлени отпадъчни води. Надграждането беше завършено през 2012 г., като отпадъчните води отговаряха на стандарта от степен 1A на Стандарта за изхвърляне на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води GB 18918-2002. Основният процес е много{14}}етапен AO + денитрификационен филтър + утаителен резервоар с висока плътност. Процесът на процеса е показан вФигура 1.
В момента пречиствателната станция за отпадъчни води работи почти на пълен капацитет. Въз основа на настоящите оперативни данни, при добра поддръжка на инсталацията, качеството на отпадъчните води може да се поддържа стабилно при стандарта GB 18918-2002 клас 1A. Концентрациите в отпадъчните води за COD, BOD5, NH3-N, TN и TP варират съответно от 21,77-42,34 mg/L, 1,82-4,15 mg/L, 0,13-1,67 mg/L, 8,86-15,74 mg/L и 0,19-0,42 mg/L.
Преди модернизацията, заводът се сблъска със следните проблеми: 1) Стареенето и повредените екрани в секцията за предварителна обработка позволиха някои плаващи отломки в биологичните резервоари, лесно запушващи помпите и засягащи последващото третиране; 2) Нестабилно отстраняване на TN при ниски зимни температури и значителни колебания в качеството и количеството на водата; 3) Недостатъчен обем на резервоара в биологичните резервоари от фаза I и неразумно разделяне на аноксична зона, водещо до лоша ефективност на отстраняване на TN и висока химическа доза за последващо добавяне на въглероден източник; 4) Оригиналната система за аериране използва остарели традиционни центробежни вентилатори с висока консумация на енергия; 5) Силно запушване на филтърната среда във филтрите за денитрификация, непълно обратно промиване и трудност при стабилна работа; 6) Чести повреди на оборудването за смесване и разбъркване в резервоарите за утаяване с висока-плътност; 7) Чести повреди на двете съществуващи лентови филтър преси за обезводняване на утайки, високо съдържание на влага в обезводнената утайка, голям обем на утайката и високи разходи за обезводняване на утайката; 8) Липса на съоръжения за контрол на миризмите за системите за предварителна обработка и обработка на утайки; 9) Остаряла система за централно управление с ограничен капацитет за съхранение на данни и загуба на повечето функции за дистанционно управление.
2. Проектиране на качеството на водата
Като се вземат предвид години на експлоатационни данни за качеството на водата от централата, с 90% ниво на сигурност и включително определен марж, беше определено проектното влиятелно качество. Въз основа на изискванията за качество на околната среда на приемащия воден обект, подобрените отпадъчни води COD, BOD₅, NH3-N и TP трябва да отговарят на стандарта за вода GB 3838-2002 клас III, докато TN и SS ще се придържат към оригиналния стандарт. Проектните входящи и отпадъчни води са показани вТаблица 1.
3. Надграждане на концепцията и потока на процеса
3.1 Концепция за надграждане
Според проектното качество на отпадъчните води, това надграждане поставя по-високи изисквания за COD, BOD5, NH₃-N и TP. Имайки предвид текущия процес на завода, характеристиките на качеството на водата и съществуващите проблеми, фокусът е върху подобреното отстраняване на COD, NH3-N и TP, като същевременно се гарантира стабилно отстраняване на TN. Освен това ограниченото налично пространство в рамките на съществуващата инсталация налага пълно използване на потенциала на съществуващите структури чрез обновяване на оборудването, интензификация на процеса и обновяване, с цел ефективно премахване на COD, NH3-N, TN и TP. Следователно, използването на оригиналните много-етапни AO резервоари и добавянето на окачени носители за образуване на хибриден биофилм-активна утайка MBBR процес може ефективно да подобри стабилността на обработката и устойчивостта на ударно натоварване. Дългата възраст на утайката на биофилма върху носители е подходяща за растеж на нитрификатор и поддържане на високи концентрации на нитрификатор, което значително повишава капацитета на нитрификация на системата. Плътният биофилм вътре в носителите има дълга възраст на утайката, като съдържа значителни популации от нитрифициращи и денитрифициращи бактерии, което позволява едновременна нитрификация-денитрификация (SND) и по този начин засилва отстраняването на TN. Следователно процесът MBBR е много-подходящ за надграждане на тази инсталация.
Въз основа на подобен опит в проекти за надграждане, за да се осигури стабилно съответствие за COD и TP, все още са необходими допълнителни предпазни съоръжения за третиране в допълнение към съществуващия процес, съчетан с MBBR. Активният кокс, като порест материал, показва по-значителна адсорбционна производителност в сравнение с активния въглен, като ефективно премахва COD, SS, TP, цвят и т.н. Освен това, биологично активираният кокс може да използва прикрепени микроорганизми за разграждане на органична материя, позволявайки регенериране на адсорбционните места, докато адсорбира замърсители. Този механизъм за динамично равновесие позволява продължителна и стабилна работа на системата. Процесът на циркулираща адсорбция на активиран кокс (ACCA) използва активиран кокс като среда, като интегрира филтриране и адсорбция. Той използва сгъстен въздух за повдигане и почистване на филтърната среда. Чрез обратно{6}}зониране на потока и еднакъв дизайн на потока, той осигурява пълен контакт между активиран кокс и отпадъчни води, постигайки максимално подобряване на качеството на водата и гарантиращо стабилно съответствие на отпадъчните води.
За остарялото и дефектно оборудване на централата те ще бъдат заменени с технологично напреднало, енергийно{0}}ефективно оборудване за намаляване на оперативните разходи. По-конкретно, екраните за предварителна обработка ще бъдат заменени с фини сита с вътрешно захранване за прихващане на косми и влакна, предотвратявайки запушването на екраните за задържане на носителя MBBR.
3.2 Поток на процеса
Надстроеният поток на процеса е показан вФигура 2. За да отговори на изискванията за напор, беше добавена нова асансьорна помпена станция. Новоконструиран филтър тип V- служи като единица за предварителна обработка за последващата адсорбция на активиран кокс, осигурявайки стабилност на ACCA системата. Суровата вода преминава през сита и камери за песъчинки, за да отстрани плаващи частици, косми и частици, преди да влезе в хибридните MBBR биологични резервоари за подобрено отстраняване на азота. Смесената течност след това влиза във вторични утаители за разделяне на твърди вещества. Супернатантата се издига чрез новата помпена станция в денитрификационни филтри и утаителни резервоари с висока-плътност. След това отпадъчните води се издигат от новата помпена станция във филтър от тип V- и дву-етапни активирани резервоари за адсорбция на кокс за усъвършенствано третиране, допълнително премахване на COD, TP, SS, цвят и т.н. Крайните отпадъчни води се дезинфекцират преди изхвърляне.
4. Проектни параметри на основни пречиствателни блокове
4.1 Биологични резервоари
Съществуващите биологични резервоари от фаза I са разделени на две групи с относително малък обем на резервоара, но здрава структура. Следователно, за тази модернизация, докато отговарят на изискванията за напор, стените на резервоара бяха повдигнати с 0,5 m. След обновяване, общият ефективен обем е 10 800 m³, с обща HRT от 14,4 часа и HRT за аноксична зона от 6,4 часа, което увеличава времето за задържане на аноксична среда, за да се подобри отстраняването на TN. Съществуващите биологични резервоари от фаза II имат ефективен обем от 19 600 m³, обща HRT от 14,7 часа и аноксична зона от 6,8 часа. Този проект включваше подмяна на системите за аериране и някои остарели потопяеми миксери в биологични резервоари от фаза I и II и добавяне на окачени носачи и ретенционни екрани. Носачите са изработени от полиуретан или други високо{14}}ефективни композитни материали, с кубична спецификация от 24 mm, специфична повърхност от 4000 m²/m³ и коефициент на запълване от 20%. AOR на системата за биологично третиране е 853,92 kg O₂/h, със скорост на подаване на въздух от 310,36 Nm³/min.
4.2 Асансьорна помпена станция и резервоар за отпадни води
Построена е нова асансьорна помпена станция за изпомпване на отпадни води от утаителните резервоари с висока-плътност към филтър от тип V- за по-нататъшно третиране. Резервоар за отпадъчни води съхранява отпадъчните води от обратното промиване от филтрите. Използват се малки помпи за равномерно изпомпване на отпадъчните води от обратната промивка в биологичните резервоари от фаза II, за да се избегне ударно натоварване. Бяха инсталирани три вторични помпи за повдигане (2 работни + 1 режим на готовност, Q=1,300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), с управление на задвижване с променлива честота (VFD). Резервоарът за отпадъчни води с обратна промивка е оборудван с 2 трансферни помпи (1 работна + 1 готовност, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) и един потопяем миксер (N=2.2 kW) за предотвратяване на утаяване.
4.3 V-тип филтър
Конструиран е нов филтър от тип V- със структурни размери 36,9 m (L) × 29,7 m (W) × 8,0 m (H). Той използва хомогенна филтърна среда от кварцов пясък. Филтърът е разделен на 6 клетки, подредени в два реда. Изходната тръба на всяка клетка има електрически регулиращ вентил за контролиране на работата при постоянно ниво на водата. Процесът на обратно промиване може да се регулира чрез PLC. Проектната скорост на филтриране е 7,0 m/h, скоростта на принудително филтриране е 8,4 m/h, а площта на филтриране на една-клетка е 49,4 m². Интензитетът на водата за обратно промиване е 11 m³/(m²·h), интензитетът на въздуха за обратно промиване е 55 m³/(m²·h), а интензитетът на повърхностното почистване е 7 m³/(m²·h). Продължителността на обратното промиване е 10 минути. Цикълът на обратно промиване е 24 часа (регулируем), измивайки една клетка наведнъж. Размерът на средата с кварцов пясък е 1-1,6 mm с k₈₀ < 1,3. Използват се отлети-на място монолитни филтърни плочи.
4.4 Резервоари за адсорбция на активиран кокс
Конструиран е нов адсорбционен резервоар за активиран кокс със структурни размери 49,5 m (L) × 30,15 m (W) × 11,0 m (H). Той използва конфигурация на дву-степенна филтрация с общо 36 клетки, по 18 клетки на степен. Максималната скорост на филтриране е 6,02 m³/(m²·h), със средна стойност от 4,63 m³/(m²·h). Размерите на-единични-клетки на първи етап са Д × Ш × В=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, с време за контакт с празен слой (EBCT) от 1,4 часа. Размерите на-единични-клетки на втори етап са Д × Ш × В=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, с EBCT от 1,08 h. Системата използва 2000 тона активен кокс с размер на частиците 2-8 мм, оборудван с мобилни коксови шайби, водоразпределители, входно/изходни прегради и др.
4.5 Сграда с активиран кокс
Изградена е нова сграда за активиран кокс за съхранение на активен кокс и подаването му към адсорбционните резервоари. Конструктивните размери са 33,5 m (L) × 13,0 m (W) × 6,5 m (H). Основното спомагателно оборудване включва: 1 вибриращо сито за обезводняване на активиран кокс, 3 помпи за подаване на кокс (2 дежурни + 1 режим на готовност, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 помпи за изпускане на филтрат (1 дежурни + 1 режим на готовност, Q=120 m³/h, H=20 m, N=18.5 kW), 2 въздушни компресора (1 работен + 1 режим на готовност, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) и резервоар за въздушен приемник (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Помещение за обезводняване на плоча-и-рамка
Ново помещение за обезводняване на плоча-и-рамка беше построено до съществуващото помещение за обезводняване на утайки. Поради ограниченията на пространството беше конфигуриран един комплект от плоча-и-рамкова филтърна преса (филтърна площ 300 m²), която служи като резервно копие на лентовата филтърна преса. Спомагателните съоръжения включват един кондициониращ резервоар (ефективен обем 80 m³). Количеството утайка е 6,150 kg DS/d, със съдържание на влага в сгъстената захранваща утайка от 97% и съдържание на влага в обезводнената утайка от 60%. Основното спомагателно оборудване включва: 2 захранващи помпи (1 работа + 1 в режим на готовност, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 помпи за пресована вода (1 работа + 1 в режим на готовност, Q=12 m³/h, H=187 m, N=11 kW), 1 помпа за измиване (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 дозиращи помпи (1 работа + 1 в режим на готовност, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 въздушен компресор (Q=3.45 m³/min, N=22 kW), 1 комплект резервоар за въздушен приемник (V=5 m³, P=1.0 MPa) и 1 комплект единица за подготовка на PAM (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Система за контрол на миризмата
Добавена е нова биофилтрационна система за контрол на миризмите с проектен въздушен поток от 12 000 m³/h. Тръбите от подсилена със стъкло пластмаса (GRP) се използват за събиране и третиране на миризми от системите за предварителна обработка и обработка на утайки. Рамки от неръждаема стомана и PC издръжливи платки се използват за уплътняване на оборудването за предварителна обработка.
4.8 Други актуализации на съоръженията
- Заменен с 2 фини сита с вътрешно захранване с отвор 5 mm, с шнекови конвейери и резервоар за промивна вода, V=10 m³ и 2 помпи за промивна вода (1 работа + 1 в режим на готовност, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Заменен с 4 по-ефективни вентилатора с въздушно окачване, управляван от VFD (3 работни + 1 режим на готовност, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Замени филтърната среда в съществуващите денитрификационни филтри с 1800 m³ керамична среда (размер на частиците 3-5 mm).
- Подменени са 2 смесителни бъркалки в резервоарите за утаяване с висока- плътност (скорост 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 флокулационни бъркалки (скорост 10-20 rpm, N=2.2 kW) и тръбните утаители (260 m²).
- Замених лентовата филтърна преса с 2 м широка лента и съответстващ въздушен компресор, 1 комплект.
- Използвайки оригиналната централна контролна зала, обновено оборудване, инструменти и установен централизиран контрол, създаде-комуникационна система за данни в целия завод за постигане на комуникация на данни между централната контролна зала и подстанциите, както и автоматизация на контрола на производствения процес.
5. Оперативна ефективност и технически-икономически показатели
5.1 Оперативна ефективност
След завършването на този проект за модернизация всички лечебни блокове работят стабилно. Данните от мониторинга на качеството на входящата и отпадната вода за 2023 г. са показани вТаблица 2.
Както е показано, средните концентрации на отпадъчни води за COD, NH3-N, TN, TP и SS са 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 и 2,63 mg/L, със средни нива на отстраняване съответно 95,16%, 99,45%, 77,31%, 94,75% и 97,38%. Отпадъчните води COD, NH3-N и TP постоянно отговарят на стандарта за вода GB 3838-2002 клас III.
Обновеният проект е в експлоатация от близо две години. Резултатите показват, че процесът MBBR+ACCA е стабилен, ефективен и произвежда високо-качествени отпадъчни води, демонстрирайки силна устойчивост на ударни натоварвания и ниски-температурни условия. Дори при минимална зимна температура на водата от 9,4 градуса и значителни колебания в качеството на водата, качеството на отпадъчните води остава стабилно и отговаря на стандартите за заустване. Преди и след надграждането, дозата на въглеродния източник не се увеличи, но отстраняването на TN беше значително подобрено. Това е така, защото, от една страна, нитрифициращите микроорганизми, прикрепени към носителите на MBBR, растат и се натрупват в стабилна аеробна среда, което води до по-пълна нитрификация. От друга страна, нитратите бяха допълнително отстранени в модернизираните MBBR резервоари и аноксичните резервоари. Крайната система ACCA действа като предпазна мярка, като допълнително адсорбира и премахва непокорните COD, TP, SS и т.н., което прави качеството на отпадъчните води по-стабилно. Освен това, след изпълнението на проекта, заводът може да произвежда високо{12}}качествена регенерирана вода, поставяйки основата за бъдещо повторно използване на водата.
5.2 Технически-икономически показатели
Общата инвестиция за този проект беше 86,937,600 RMB, включваща разходи за строителство и монтаж от 74,438,500 RMB, други разходи от 7,593,500 RMB, непредвидени разходи от 4,101,600 RMB и първоначален оборотен капитал от 804,000 RMB. След стабилна работа на системата допълнителните разходи за електроенергия за цялата инсталация са 0,11 RMB/m³, разходите за активиран кокс са 0,39 RMB/m³, което води до общо увеличение на оперативните разходи от приблизително 0,50 RMB/m³.
6. Заключение
- Този проект внедри обновяване на оборудването, интензификация на процеса и обновяване на съществуващата пречиствателна станция за отпадъчни води и добави усъвършенствано пречистване, подобрявайки ефективността на отстраняване на COD, NH₃-N, TN и TP.
- След надграждането, използвайки основния процес "MBBR+ACCA", ХПК в отпадъчните води, NH3-N и TP стабилно се подобриха от степен 1A до стандарта за повърхностни води Клас III, а отстраняването на TN беше значително подобрено.
- Практиката показва, че този процес работи стабилно и ефективно, устойчив е на шокови натоварвания, произвежда високо{0}}качествени отпадъчни води и добавя оперативни разходи от приблизително 0,50 RMB/m³. Може да служи като отправна точка за надграждане на проекти и инициативи за повторно използване на водата в други пречиствателни станции за отпадъчни води.