Ефект от експлоатацията на проекта за надграждане на пречиствателна станция за отпадъчни води в Тиендзин
Пречиствателна станция за отпадъчни води в Тиендзин претърпя проект за надграждане и обновяване, възприемащ модифицирания процес Bardenpho-MBBR, повишавайки качеството на отпадъчните води от стандарта за клас А, посочен в „Стандарт за заустване на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“ (GB 18918-2002) до стандарта клас А на местния стандарт DB на Тиендзин 12/599-2015г. Процесът на биофилмовия реактор с подвижно легло (MBBR) включва добавяне на MBBR суспендирани носители в реактора, осигуряване на места за прикрепване на микроби и образуване на прикрепени биофилми, като по този начин се увеличава ефективната биомаса в системата и се постига отстраняване на замърсителите. Процесът MBBR предлага предимства като високо натоварване на обработката, силна устойчивост на ударни натоварвания, стабилна производителност на обработка, просто оперативно управление и гъвкава работа на процеса. Все по-голям брой ПСОВ в Китай приемат процеса MBBR за обновяване. Тази статия анализира експлоатационната ефективност на ПСОВ в Тиендзин след нейното надграждане, с цел да предостави справка за подобни проекти за надграждане.
1. Текущ процес на биологично отстраняване на азот и фосфор
Оригиналният биологичен резервоар използва A²/O процес с капацитет на обработка от 12 500 t/d. Проектната обща възраст на утайката беше 14 дни, концентрацията на суспендирани твърди вещества в смесена течност (MLSS) беше 3500 mg/L, проектната температура на водата беше 10 градуса, добивът на утайка беше 0,936 kgSS/kgBOD, а натоварването на утайката беше 0,082 kgBOD/kgMLSS. Ефективната водна дълбочина на биологичния резервоар е 6 m, с общ обем на резервоара от 9 052,2 m³ и общо хидравлично време на задържане (HRT) от 17,4 часа. Разпределението на ХЗТ беше: селекторна зона 0,58 часа, анаеробна зона 1,38 часа, аноксична зона 2,85 часа, зона на колебание 0,92 часа и аеробна зона 11,67 часа. Рециклирането на утайката е 100%, а вътрешното рециклиране на смесената течност е 300%. Първоначалният биологичен резервоар се състоеше главно от анаеробни-аноксични-аеробни секции. Работните параметри могат да се регулират въз основа на влиятелните условия и изискванията за отпадъчни води, за да се постигне отстраняване на азот и фосфор, като качеството на отпадъчните води отговаря на стандарта за степен А на GB 18918-2002.
2. Преглед на проекта за надграждане и обновяване
Това надграждане имаше за цел да подобри качеството на отпадъчните води, за да отговаря на стандарта клас А на местния стандарт на Тиендзин „Стандарт за изхвърляне на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“ (DB 12/599-2015). Проектираните входящи и отпадъчни води са показани вТаблица 1. Съгласно проектните стойности на TN на входящите и изходящите води, постигането на TN на отпадните води под 10 mg/L изисква степен на денитрификация от 75,6% в системата на биологичния резервоар. Оригиналният биологичен резервоар използва A²/O конфигурация. Изчисленията, базирани на оригиналната конфигурация на резервоара, показват, че вътрешното съотношение на рециклиране ще трябва да се увеличи от първоначалните 200% до 310%, заедно с добавянето на голямо количество външен източник на въглерод. Това не само ще увеличи оперативните разходи, но и големият обем на вътрешния рециклиран поток може да наруши аноксичната среда. Това може да доведе до това, че действителната ХЗТ в аноксичната зона е по-малка от минималното изискване, което засяга ефективността на денитрификацията. Процесът MBBR подобрява способността за денитрификация на системата и подобрява качеството на отпадъчните води чрез добавяне на суспендирани носители за увеличаване на концентрацията на биомаса в резервоара, като по този начин отговаря на изискванията за надграждане.
Без промяна на съществуващия обем на биологичния резервоар, вътрешните функционални зони на биологичния резервоар бяха преконфигурирани. Оригиналната A²/O конфигурация (анаеробна-аноксична-аеробна) беше модифицирана до конфигурация на етапа на 6-Bardenpho: анаеробна зона, аноксична зона, зона на колебание, аеробна зона, пост-аноксична зона и след-аеробна зона. По-конкретно, оригиналната селекторна зона беше преобразувана в анаеробна зона. Първоначалната анаеробна зона, зоната на люлеене (предната част) и аноксичната зона бяха използвани като пред-аноксична зона. Предната половина на първия коридор в оригиналната аеробна зона беше коригирана в зона за люлеене. Оригиналните първи, втори и трети аеробни коридори бяха превърнати в MBBR зона, където бяха добавени окачени носачи, заедно със системи за скрининг на входа/изхода и система за долна спомагателна аерация. Четвъртият аеробен коридор беше превърнат в пост{14}}аноксична зона. Оригиналната зона за люлеене беше функционално разделена и настроена на пост{15}}аноксична и постаеробна зони. Параметрите на обновения биологичен резервоар са показани вТаблица 2.
Що се отнася до работата на процеса, смесената течност от аеробната зона се рециклира в аноксичната зона и се добавя източник на въглерод в аноксичната зона. Денитрифициращите бактерии използват източника на въглерод за денитрификация, за да отстранят нитратния азот, произведен в аеробната зона. Остатъчният нитратен азот навлиза в пост-аноксичната зона, където се добавя допълнителен източник на въглерод, за да продължи денитрификацията. След обновяване концентрацията на суспендирани твърди вещества в смесен разтвор (MLSS) е 4000 mg/L, рециклирането на утайката е 50%–100%, вътрешното рециклиране на смесения разтвор е 200%–250%, а разтвореният кислород в зоната MBBR е 2–5 mg/L. Диаграмата на процеса след обновяване е показана вФигура 1.
3. Пускане в експлоатация след обновяване на биологичния резервоар
След приключване на ремонта на биологичния резервоар започна фазата на въвеждане в експлоатация. Обезводнена утайка от друга ПСОВ беше добавена към биологичния резервоар, бързо повишавайки концентрацията на утайката до над 3000 mg/L за кратко време. Това съкрати периода на култивиране и аклиматизация на утайката, което позволи бързо стартиране на биологичния резервоар и възстановяване на неговия капацитет за отстраняване на азот и фосфор. По време на периода на пробната експлоатация, поради относително ниските входящи дебити и концентрации на замърсители, действителното експлоатационно натоварване беше по-ниско от проектното натоварване. Подходът беше първо да се култивира и аклиматизира активната утайка, докато биологичната система се стабилизира и качеството на отпадните води отговаря на стандартите, след което се добавят MBBR носители за образуване на биофилм.
След като носителите бяха добавени към аеробната част на биологичния резервоар, те първо бяха потопени. По повърхността им постепенно се закрепват микроорганизми. Визуално цветът на повърхността на носителя се промени от бяло до бледо землисто жълто, тъй като повече микроорганизми се прикрепиха и биофилмът стана по-плътен. Цветът на носителя постепенно се задълбочава. Два месеца след добавянето на носител образуването на биофилм беше добро, като повърхността на носителя изглеждаше жълтеникаво-кафява и цветът постепенно се задълбочава. Четири месеца след добавянето на носител биофилмът върху повърхността на носителя изглеждаше тъмнокафяв и беше плътен. Прогресията на образуването на биофилм може да се наблюдава интуитивно въз основа на промени в цвета на носителя, както е показано вФигура 2. През декември 2021 г. микроскопското изследване на активната утайка от биологичния резервоар и утайката от носителите разкри компактни флокулни структури с добри свойства на адсорбция и утаяване. Визуално носителите показват очевидно образуване на биофилм. Микроскопското изследване идентифицира организми като Vorticella, Opercularia и Epistylis, със случайни наблюдения на няколко подвижни реснички, което показва завършването на етапа на образуване на биофилм.
4. Оперативна ефективност след обновяване на биологичен резервоар
4.1 Ефективност на премахване за COD и BOD след обновяване
Стойностите за ХПК и БПК за 2022 г. са показани вФигура 3. ХПК в отпадъчните води варира от 10,2 до 24,9 mg/L, със средна стойност от 18,0 mg/L. БПК в отпадъчните води варира от 2,1 до 4,9 mg/L, със средно 3,4 mg/L. Както ХПК, така и БПК в отпадъчните води стабилно отговарят на местния стандарт Клас А на Тиендзин. Реновираната система не само демонстрира добра производителност на отстраняване на ХПК и БПК, но също така поддържа стабилни и съответстващи нива на ХПК и БПК на отпадните води по време на сезона на наводненията, дори когато действителното входящо натоварване на инсталацията достигна 110% от нейния проектен капацитет. Това показва, че системата притежава добра устойчивост на ударни натоварвания.
4.2 Ефективност на отстраняване за TN и NH3-N след обновяване
Стойностите на TN и NH₃-N за 2022 г. са показани вФигура 4. TN варира от 3,72 до 8,74 mg/L, със средно 6,43 mg/L. NH3-N варира от 0,02 до 1,25 mg/L, със средна стойност от 0,12 mg/L. По време на зимната експлоатация, поради по-ниски температури, нивата на нитрификация и денитрификация намаляват. На практика концентрацията на утайката е повишена до над 6000 mg/L. Работата при висока концентрация на утайки е от полза за подобряване на устойчивостта на биологичната система към шокови натоварвания, особено при ниски температури. Синергията между високата концентрация на утайки и биофилма, прикрепен към MBBR носителите, подобрява ефекта на третиране на биологичната система.
Носителите на MBBR осигуряват благоприятна среда за микробните общности, подпомагайки техния растеж и възпроизводство. След аклиматизация и съзряване, капацитетът на нитрификация и денитрификация на биофилма се засилва. Микроорганизмите се прикрепят и растат наслоени върху повърхността на носителя, увеличавайки плътността на зооглоята и образувайки големи, плътни и бързо стабилни структури на утайката. Когато са изправени пред външни промени в качеството на водата, микроорганизмите на повърхността на носителя отделят извънклетъчни полимерни вещества (EPS) за само-защита, като по този начин намаляват въздействието на внезапни промени в качеството на водата върху микроорганизмите на вътрешния-слой.
В ПСОВ, използващи процеса MBBR, са наблюдавани явления на едновременна нитрификация и денитрификация (SND) в зоната на аеробния носител. Тестването на стойностите на TN на входящия и изходящия поток от аеробната носеща зона разкрива разлика от 2–6 mg/L. Тази разлика беше по-изразена, особено когато разтвореният кислород в аеробния резервоар беше контролиран под 2 mg/L, което показва по-значителна SND при условия на ниско съдържание на разтворен кислород. Отпадъчният TN от вторичния утаителен резервоар отговаря напълно на стандартите, което означава, че отстраняването на TN е завършено в рамките на етапа на биологично третиране. При реална работа денитрифициращият-филтър с дълбок слой работи като предпазен процес. При нормални условия той функционира като обикновен филтър, за да гарантира, че SS индикаторите отговарят на стандартите.
4.3 Ефективност на премахване за TP и SS след обновяване
Стойностите на TP и SS за отпадните води за 2022 г. са показани вФигура 5. TP на отпадните води на ПСОВ варира от 0,04 до 0,22 mg/L, със средна стойност от 0,10 mg/L. SS в отпадъчните води варира от 1 до 4 mg/L, със средно 2,2 mg/L. След надграждането, отпадъчните води от вторичния утаителен резервоар TP бяха около 1,0 mg/L и SS около 26 mg/L. Чрез добавяне на железен хлорид и PAM във високо{12}}ефективния утаителен резервоар за подобряване на коагулацията и чрез допълнително пречистване във филтъра за денитрифициращ дълбок-слой, отпадъчните води TP и SS отговарят стабилно на местния стандарт клас A на Тиендзин и стойността на цвета е значително намалена.
5. Заключение
За да отговаря на местния стандарт клас А на Тиендзин, оригиналният A²/O процес в ПСОВ беше трансформиран в пет{0}}етапна конфигурация Bardenpho, включваща MBBR процеса в аеробната секция за подобряване на биологичното отстраняване на азот, намаляване на отпадъчните води TN и NH3-N. По време на сезона на наводнения с поток от претоварване, всички показатели стабилно отговарят на стандартите, демонстрирайки добра устойчивост на удар. След обновяването на биологичния резервоар коефициентът на вътрешно рециклиране беше 200%–300%, рециклирането на външната утайка беше 50%–100%, концентрацията на утайката беше 4000–6000 mg/L, разтвореният кислород в аеробната зона беше контролиран на 3–5 mg/L, а разтвореният кислород в анаеробната зона беше контролиран на 0,2–0,5 mg/L. През 2022 г. качеството на отпадъчните води на ПСОВ е: ХПК 10,2–24,9 mg/L, средно 18,0 mg/L; БПК 2,1–4,9 mg/L, средно 3,4 mg/L; NH3-N 0,02–1,25 mg/L, средно 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, средно 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, средно 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, средно 2,2 mg/L. Всички стабилно отговарят на стандарта клас А на местния стандарт на Тиендзин „Стандарт за изхвърляне на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“ (DB 12/599-2015).