Когато 60 000 m³/d градска пречиствателна станция за отпадъчни води в провинция Zhejiang се сблъска с зимна криза за съответствие с TN - биологичното отстраняване на азот се срина до само28.52%когато температурата на водата падна под 12 градуса - не можеше да построи нито един нов резервоар. Земята беше разпръсната, централата работеше на 110% от проектния поток и стареещите стоманени SBR реактори на Lipp не можеха да бъдат структурно модифицирани. Отговорът беше да се вградят MBBR носители на биофилм с подвижно легло директно в съществуващите SBR резервоари. Дванадесет месеца по-късно е достигнато биологичното отстраняване на TN69.85%, премахването на TP се покачи от 70,9% на 79,3%, а общите допълнителни оперативни разходи бяха само0,024 RMB/m³.
Рискът от съответствие зад надстройката
Построена през 2004 г. като фаза I и II с проектен капацитет от 60 000 m³/ден, инсталацията пречиства смес от приблизително 80% битови отпадни води и 20% промишлени отпадъчни води от текстилни и хартиени фабрики. Основният етап на биологично третиране е система SBR, включваща 12 реактора от стоманен резервоар на Lipp, всеки с диаметър 32 m с работен обем от 5000 m³ и проектна производителност от 5000 m³/d. Първоначалният влак за лечение беше:
Необработени отпадни води → Грубо сито → Първичен утаител → SBR селектор → SBR резервоар → Буферен резервоар → Високоефективен избистрител → Денитрификационен филтър с дълбок слой → Дезинфекция → Изпускане
През 2014 г. инсталацията вече беше модернизирана, за да отговаря на ограниченията за клас А на GB 18918-2002 чрез добавяне на високоефективен пречиствател и денитрификационен филтър с дълбок слой. Но през 2018 г. правителството на провинция Zhejiang издаде много по-строгия стандарт DB 33/2169-2018, който изисква отпадни водиTN По-малко или равно на 12 mg/LиTP По-малко или равно на 0,3 mg/L. Анализът на оперативните данни за 2019–2020 г. разказа ясна история: COD, NH3-N и SS постоянно преминаваха, но TP на отпадъчните води се движеше близо до горната граница и TN показа сезонен риск от превишаване през зимата. Когато температурата на водата в биологичния резервоар падне под 12 градуса, биологичното отстраняване на TN на SBR спада до само 28,52%, принуждавайки денитрификационния филтър надолу по веригата да пренесе повече от 45% от общото отстраняване на TN чрез дозиране на въглероден източник – скъпа и крехка патерица.
Защо новите танкове не бяха опция
Надграждането беше ограничено от пет твърди реалности, които незабавно изключиха конвенционалното разширяване на активната утайка:
• Инсталацията вече работеше с или над проектния капацитет - пиковият дневен дебит достигна 67 000 m³/d спрямо проект от 60 000 m³/d - оставяйки нулев хидравличен запас за спиране на строителството.
• Резервоарите SBR бяха стоманени конструкции на Lipp на 10 години; изрязването или укрепването им за структурна модификация беше изключително трудно и рисковано.
• Наличната земя в границите на завода беше разпръсната, с неправилна форма и твърде малка за нови басейни за биологично третиране.
• Прозорецът на строителството припокриваше сезона на наводненията и централата не можеше да бъде затворена, не можеше да намали обема на пречистване за продължителни периоди и не можеше да зауства нестандартни отпадни води по време на строителството.
• Съществуващите съоръжения за обезводняване на утайки не бяха разширени, което ограничи способността на завода да изхвърля излишната утайка от биологичните резервоари.
След оценка на опциите, дизайнерският екип избраSBR+MBBRкато основно решение: вградете суспендирани носители на биофилм директно в съществуващите резервоари за SBR, без да променяте структурата на резервоара, добавете специфични за MBBR миксери и екрани за задържане на входа/изхода и оптимизирайте отново времето на SBR цикъла, за да благоприятствате денитрификацията. Това запази капитала, който вече е инвестиран в стоманените резервоари, като същевременно отключи стъпаловидна промяна в капацитета за биологично отстраняване на азот.
Проектиране на цели за качество на водата
Проектните параметри за качеството на входящата и изходящата вода са обобщени по-долу. Обърнете внимание, че стойностите в скоби за NH3-N и TN са зимните ограничения, прилагани, когато температурата на водата е под 12 градуса - най-взискателният работен режим и точно там, където оригиналната система SBR се провали.
| Параметър | Влиятелен | Отпадъчни води |
| CODcr (mg/L) | По-малко или равно на 370 | По-малко или равно на 40 |
| БПК5 (mg/L) | По-малко или равно на 180 | По-малко или равно на 10 |
| NH3-N (mg/L) | По-малко или равно на 25 | По-малко или равно на 2 (4 през зимата) |
| TN (mg/L) | По-малко или равно на 40 | По-малко или равно на 12 (15 през зимата) |
| TP (mg/L) | По-малко или равно на 6 | По-малко или равно на 0,3 |
Границата от 0,3 mg/L TP е особено взискателна за една биологична система, поради което инсталацията комбинира биологично усвояване на фосфор с дозиране на PAC във високоефективния пречистител като стъпка на полиране. Междувременно проектните цели на TN изискват биологичното ниво да поеме тежката работа, така че денитрификационният филтър надолу по веригата вече да не трябва да компенсира биологичните загуби през зимата.
Модернизиран дизайн: MBBR в съществуващи SBR резервоари
Модернизацията преобразува всичките 12 съществуващи SBR резервоара в SBR+MBBR реактори, като същевременно запази съществуващите обеми на селекторната зона и основната реакционна зона. В рамките на основната реакционна зона бяха създадени MBBR зони и снабдени със суспендирани носители на биофилм плюс системи за задържане на входа/изхода, за да се предотврати загубата на носител. На вътрешната стена на всеки стоманен резервоар на Lipp беше нанесено устойчиво на износване покритие, за да се предпази стоманената повърхност от абразия от движещите се носачи през дългия експлоатационен живот.
Основните конструктивни параметри на системата SBR+MBBR бяха: реактор със стоманен резервоар с диаметър 32 m и обем 5000 m³, ефективна специфична повърхност на носител MBBRПо-голяма или равна на 400 m²/m³, скорост на потока на ситото за задържане По-малко или равно на 0,05 m/s и порьозност на ситото от 38%–40%. Съществуващата система за мембранна дискова аерация беше запазена и повторно използвана, което допълнително намали както разходите за оборудване, така и строителните работи.
Фигура 1: Надстроен поток на процеса
Потокът на процеса след надграждане е показан по-горе. Ключовата строителна стратегия беше да се модернизира един SBR резервоар наведнъж, като се координира потокът между фаза I/II и по-новата фаза III инсталация по време на строителния период, така че общият капацитет за пречистване никога да не бъде намален. Този последователен подход е това, което позволи на проекта да продължи през сезона на наводненията без спиране или нестандартно заустване.
Фигура 2: Схема за модернизиране на реактор SBR+MBBR
Основното оборудване, добавено към системата MBBR, е обобщено в таблицата по-долу. Заедно тези елементи превърнаха партиден аерационен резервоар в хибриден окачен и прикрепен растежен реактор, способен както на нитрификация, така и на денитрификация в рамките на един и същи цикъл.
| не | Оборудване | Спецификации | Количество |
| 1 | MBBR специални миксери | φ=1,000 mm, N=5.5 kW | 36 единици |
| 2 | Решетки за задържане на вход/изход | SS304 неръждаема стомана | 12 sets |
| 3 | Декантер | Q=1,245 m³/h, H=2.26 m, N=1.5 kW | 12 единици |
| 4 | MBBR носители на биофилм | Ефективна SSA По-голяма или равна на 400 m²/m³, полиуретан | 1,830 m³ |
| 5 | Система за аериране | Мембранни дискови дифузори (съществуващи, запазени) | 12 sets |
Защо пренастройката на контрола на процеса имаше значение
Само хардуерът не беше достатъчен - логиката на SBR цикъла също трябваше да се промени, за да се създаде прозорец за аноксична денитрификация. Оригиналният цикъл на SBR беше 6 часа на партида: напълнете 1 час (с аерация), реагирайте 2 часа, утаете 1,5 часа, декантирайте 1,5 часа. Проблемът с тази последователност беше, че аерирането по време на фазата на запълване изразходва въглеродния източник чрез окисляване, вместо да го запазва за денитрификация.
След добавяне на денитрификационните смесители, фазата на пълнене беше превключена към неаерирано (аноксично) смесване. Оптимизираният цикъл стана: пълнене 1 час (аноксично смесване), реакция 1 час, утаяване 1 час, декантиране 1 час. Тази проста повторна последователност създаде аноксична зона, където хетеротрофните денитрификатори могат да редуцират нитрата до азотен газ, използвайки влиятелния източник на въглерод - драстично намаляване на външното изискване за въглерод надолу по веригата.
През зимата (от средата на ноември до средата на март), когато средната температура на водата в биологичния резервоар падна под 12 градуса, цикълът беше удължен над 6 часа, за да се компенсира намалената микробна активност. В допълнение, магнитно коагулираната утайка от етапа на третично третиране беше дозирана обратно в SBR резервоарите, за да се подобри утаяването на утайката и да се подобри капацитетът за отстраняване на азот - интелигентно повторно използване на страничен продукт, който също стабилизира утаяването на утайката през студения сезон.
Оперативни резултати и ефективност
Надграждането на SBR+MBBR беше завършено и въведено в експлоатация през декември 2022 г. Данните за ефективността по-долу сравняват биологичния етап преди и след модернизация - и подобрението е най-видимо точно през зимните месеци, които преди това причиняваха неуспехи в съответствието.
Общо отстраняване на азот: От 28,52% до 69,85%
След надграждането ефективността на премахване на TN на биологичния етап на SBR се увеличи от приблизително 28,52% на69.85%. Два механизма задвижват това подобрение. Първо, аноксичното смесване по време на фазата на пълнене осигури оптимални условия за денитрификация, като позволи на въглеродното гориво да намали нитратите. Второ, носителите на MBBR фиксират и обогатяват бавнорастящи нитрифициращи бактерии върху тяхната защитена повърхност, подобрявайки нитрификацията дори при ниска температура, където нитрификаторите със суспендиран растеж се борят. В оптимизираната двустепенна система за денитрификация (SBR биологичен етап + денитрификационен филтър надолу по веригата), биологичният етап сега отчита грубо85% от общото отстраняване на азот, в сравнение с под 24% преди надграждането - поради което потреблението на въглероден източник при денитрификационния филтър спадна толкова рязко.
Фигура 3: Efluent TN преди и след надграждане
Общо отстраняване на фосфор: 70,9% до 79,3%
Без добавяне на химически агенти за отстраняване на фосфор на биологичния етап, SBR биологичното отстраняване на TP се подобри от 70,9% (входящ поток 2,86 mg/L, отпадъчни води 0,81 mg/L) до79.3%(входящ 3,05 mg/L, отпадъчни води 0,63 mg/L) - подобрение на годишна база от 8,4%. По-плътната, по-стабилна биомаса, поддържана от носителите, съчетана с подобрената способност за утаяване на утайката, допринесе за тази печалба. Когато се комбинира с дозиране на PAC във високоефективния утаител, крайният отпадъчен поток TP надеждно отговаря на строгия стандарт По-малко или равно на 0,3 mg/L.
Фигура 4: TP за отпадъчни води преди и след надграждане
Техническо и икономическо сравнение
Общата инвестиция за модернизация на SBR+MBBR беше приблизително19 милиона RMB, а увеличението на преките оперативни разходи беше само0,024 RMB/m³. Таблицата по-долу сравнява процеса SBR+MBBR спрямо двете основни алтернативни технологии за надграждане: конвенционална A²/O активирана утайка и мембранен биореактор MBR.
| Елемент за сравнение | Конвенционален A²/O | SBR+MBBR (този калъф) | MBR |
| Инвестиция в оборудване (на 10 000 m³/ден) | 150–200 万元 | 300–450 万元 | 1,000–1,200 万元 |
| Необходима земя | 7 000–8 000 m² за 10 000 m³/ден | ~30% по-малко от конвенционалните | малък |
| Преки оперативни разходи | 0,04–0,05 RMB/m³ | 0,06–0,08 RMB/m³ | 0,7–0,8 RMB/m³ |
| Изисквания за експлоатация и поддръжка | ниско | Сравнително ниско | Високо (редовно почистване на мембраната) |
Сравнението прави предложението за стойност ясно. MBR осигурява отлично качество на отпадъчните води, но при 3–4 пъти по-висока инвестиция в оборудване и приблизително 10 пъти по-високи оперативни разходи на SBR+MBBR, плюс тежка поддръжка за почистване на мембраната. Конвенционалните A²/O са евтини за изграждане, но изискват голяма земя - точно ресурсът, с който тази инсталация не разполагаше. SBR+MBBR се намира в балансираната среда: умерена инвестиция, приблизително 30% по-малко земя от конвенционалните, относително ниски оперативни разходи и проста поддръжка. За надстройки на съществуващи заводи, където земята е ограничена и прекъсванията на строителството трябва да бъдат сведени до минимум, той е прагматичният победител.
Заключения и последици за индустрията
Този инженерен казус демонстрира няколко заключения, които са от значение за по-широката индустрия за пречистване на вода:
• SBR+MBBR решава премахването на TN в SBR системи.Чрез вграждане на MBBR носители в съществуващи SBR реактори и оптимизиране на цикъла на аериране/смесване, биологичното отстраняване на TN се повиши от 28,52% на 69,85%. Това елиминира необходимостта от прекомерно дозиране на източника на въглерод в денитрификационния филтър надолу по веригата и осигури съответствие дори при зимни условия на ниска температура.
• Не са необходими нови структури.Цялата биологична модернизация беше постигната без конструиране на нови резервоари - решаващо предимство за инсталации с ограничено пространство. Съществуващата конструкция на стоманен резервоар на Lipp беше запазена само с незначителни модификации: устойчиво на износване покритие, добавени смесители и решетки за задържане.
• Ниски допълнителни оперативни разходи.Общата инвестиция от 19 милиона RMB и увеличението на оперативните разходи от само 0,024 RMB/m³ правят това много рентабилно в сравнение с алтернативи като MBR при 0,7–0,8 RMB/m³.
• Доказано представяне през зимата.Процесът осигурява стабилно отстраняване при температури на водата под 12 градуса, което е често срещано предизвикателство за биологично отстраняване на азот в умерения климат.
• Мащабируеми и репликируеми.Подходът за последователно модернизиране на един резервоар позволява внедряване без спиране на завода, което го прави подходящ за други стареещи инсталации, базирани на SBR, които са изправени пред подобни изисквания за надграждане.
Нашите решения за MBBR и наклонени тръбни утаители
Този казус подчертава критичната роля, която интегрираните процеси на биологично и физическо пречистване играят при модернизацията на модерни пречиствателни станции за отпадъчни води. Нашата компания предлага пълна гама от допълващи продукти точно за този тип проекти:
• MBBR носители на биофилм- полиуретанови и HDPE среди със специфични повърхностни площи от 400 до 800 m²/m³, за да отговарят на различни конфигурации на процеси и цели на обработка;
• MBBR задържащи екрани и системи- специално проектирани SS304 входни/изходни екраниращи решения за предотвратяване на загуба на носител;
• Наклонени тръбни утаители- PP/PVC тръбна среда тип пчелна пита за високоефективно разделяне на твърдо-течно вещество в утаители и утаителни резервоари, допълващи MBBR биологичното третиране;
• Дискови дифузори с фини мехурчета- EPDM мембранни дискови дифузори с размер на порите 20–50 μm за високоефективна аерация в биологични реактори;
• Техническа поддръжка- Цялостно съдействие при проектиране за преоборудване на MBBR, включително избор на носител, дизайн на аерация, оразмеряване на ретенционния екран и оптимизация на процеса.
Повдигнете отстраняването на TN от 28% на 70% в SBR
Преоборудването на SBR резервоари с MBBR среда увеличи отстраняването на TN до 69,85% при само 0,024 RMB/m3 добавени разходи - без нови резервоари. Juntai MBBR media прави надграждането лесно.