Приложение на процеса BIOLAK при надграждане на пречиствателна станция за отпадъчни води до квази{0}}стандарти от клас IV
Въведен в Китай в началото на 21-ви век, процесът BIOLAK придоби широко приложение в пречистването на битови отпадъчни води поради своята проста структура и ниски инвестиционни разходи. През последните години, със затягането на стандартите за изпускане и нарастващата автоматизация, повечето съществуващи инсталации на BIOLAK са изправени пред модернизации. Подобрения като добавяне на окачени носители, преоборудване на резервоари и предефиниране на функционалните зони са внедрени за подобряване на отстраняването на азот и фосфор. Докато новопостроените инсталации използват предимно A²/O и процеси на окисляване, има малко доклади за действителното представяне на BIOLAK, особено при строги стандарти за емисии. Процесът BIOLAK използва люлеещи се аерационни вериги за създаване на временни аноксични и аеробни зони, като по същество функционира като много-етапен A/O процес. Чрез оперативна оптимизация качеството на отпадъчните води може стабилно да отговаря на квази-стандарта за повърхностни води Клас IV.
1 История на проекта
Пречиствателна станция за отпадъчни води в провинция Хъбей използва процеса BIOLAK като своя основна технология. Входящият поток варира от 18 000 до 22 000 m³/d, средно 19 000 m³/d, като пречиства основно градските битови отпадъчни води и малко количество отпадъчни води от обработката на селското стопанство. Проектираните входящи и отпадъчни води са показани вТаблица 1. Първоначалният стандарт за заустване беше стандарт от степен A на *"Стандарт за заустване на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води" (GB 18918-2002)*. След надграждане, което включва разделяне на анаеробна зона за подобряване на денитрификацията и дефосфоризацията, централата вече отговаря на ограниченията на ключовите контролни зони на *„Стандарти за изхвърляне на замърсители на водата за басейна на река Дакинг“ (DB13/2795-2018)*. С изключение на общия азот, всички други показатели отговарят на стандартите от клас IV, посочени в *"Стандарти за качество на околната среда за повърхностни води" (GB 3838-2002)*. Процесът на процеса е показан вФигура 1.
Заводът използва натриев хипохлорит за дезинфекция. Утайките се обезводняват чрез-напорна плоча и филтриране на рамката до съдържание на влага под 60%, преди да бъдат транспортирани за съвместна-преработка в циментови пещи.
Приносът на всяка пречиствателна единица към отстраняването на замърсителите беше изчислен въз основа на масовия баланс, със специфични методи, цитирани от литературата.
2 Мерки за оптимизиране на оперативния контрол
По време на работа бяха въведени множество мерки за оптимизация, за да се подобри стабилността на отпадъчните води и да се постигнат икономии на енергия и разходи.
2.1 Подобрен контрол на разтворения кислород (DO).
Съществуващите проекти за модернизиране на BIOLAK често отбелязват слабото му зониране като много{0}}етапен A/O вариант, което води до ниска ефективност на денитрификация. В този проект, като същевременно се гарантира съответствие с амонячния азот в изтичащия поток, максималният DO в края на зоната на аериране се поддържа на 0,5–1,0 mg/L, по-нисък от конвенционалните изисквания за контрол на DO.
2.2 Повишено наблюдение на данните за процеса
За насочване на контрола на DO и дозирането на външен източник на въглерод, нитратен азот и амонячен азот бяха наблюдавани в края на анаеробната зона и резервоара BIOLAK, за да се определят оптималните диапазони на контрол. По време на работа дозирането на външен въглероден източник беше намалено или спряно, когато нитратният азот в края на анаеробната зона беше<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 Задаване на цели за вътрешен контрол на отпадъчните води
За да се осигури стабилно съответствие, целите за вътрешен контрол бяха определени на 30%–80% от ограниченията за изпускане въз основа на трудността при контролиране на всеки замърсител. Превишаването на тези вътрешни граници задейства незабавни корекции на параметрите на процеса, за да се върнат концентрациите на отпадните води до приемлив диапазон. Годишните цели за вътрешен контрол за ХПК, амонячен азот, общ азот и общ фосфор бяха съответно 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L и 0,12 mg/L.
2.4 Поддържане на подходяща концентрация на утайка
Разходите на утайки бяха коригирани въз основа на потока, натоварването и сезона. Времето за задържане на утайката (SRT) се поддържа на 15–25 дни, а концентрацията на суспендирани твърди вещества в смесената течност (MLSS) на 2500–4500 mg/L. По-конкретно, MLSS се контролира при 2500–3500 mg/L през лятото и есента, с натоварване на утайки от около 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d) и при 3500–4500 mg/L през зимата и пролетта, с натоварване на утайки от около 0,04 kgCOD/(kgMLSS·d).
2.5 Регулиране на работата на модулите за усъвършенствано лечение
Ниските температури през зимата повлияха на флокулацията и седиментацията. Ненавременното обратно промиване на филтри тип V- може да доведе до повишени суспендирани твърди вещества в отпадъчните води и ХПК. Следователно, по време на зимна работа, честотата на обратно промиване беше увеличена въз основа на ефективността на коагулацията и изхвърлянето на утайки от коагулационния-утаителен резервоар беше интензифицирано, за да се намали концентрацията на суспендирани твърди вещества в отпадъчните води.
3 Ефективност на лечението
Годишният входящ ХПК варира от 109 до 248 mg/L, средно 176 mg/L. ХПК в отпадъчните води варира от 9,5 до 20,1 mg/L, средно 12,1 mg/L. Когато ХПК в отпадъчните води превишава целта за вътрешен контрол (15 mg/L), честотата на обратно промиване на филтъра се увеличава, за да се намалят суспендираните твърди вещества. Препоръчително е коагулационният-утаителен резервоар да се надстрои до-с висока{11}}плътност или магнитна коагулационна-утаителен резервоар за по-добра ефективност на коагулацията.
Годишният входящ амонячен азот варира от 17,8 до 54,9 mg/L, средно 31,9 mg/L. Изтичащият амонячен азот варира от 0,12 до 1,30 mg/L, средно 0,5 mg/L. Когато превиши целта за вътрешен контрол, аерацията беше коригирана според мерките за оптимизация. Качеството на отпадъчните води стабилно отговаря на ограниченията на ключовите контролни зони от *DB13/2795-2018* през цялата година.
Поради ниската влиятелна концентрация на източника на въглерод, фокусът беше върху оптимизирането на условията на процеса за подобряване на отстраняването на азот и фосфор, с цел спестяване на енергия и разходи.
3.1 Оптимизиране на контрола на DO и пълно отстраняване на азот
Годишният входящ общ азот (TN) варира от 20,3 до 55,6 mg/L (вж.Фигура 2), средно 42,1 mg/L. TN в отпадъчните води варира от 2,5 до 14,2 mg/L, средно 8,8 mg/L, в рамките на целта за вътрешен контрол (12 mg/L). Средният процент на отстраняване на TN е 79,1%. Със съотношение на рециклиране на утайки от 90% (без вътрешно рециклиране на смесена течност), теоретичната ефективност на денитрификация е 47,4%, което показва, че денитрификация е настъпила и в други технологични зони извън анаеробния селектор. Промените в азота по време на обработката в типичен цикъл са показани вФигура 3.
В типичен цикъл вливащият се TN е 42,0 mg/L, като сумата от амонячен и нитратен азот е 35,2 mg/L. След анаеробния селектор, TN е 16,7 mg/L, което води до 43,5% скорост на отстраняване чрез баланс на масата, в съответствие с теоретичната стойност. Резервоарът BIOLAK допринесе за отстраняване на 24,0% TN. Изтичащият TN беше допълнително намален във вторичния утаителен резервоар, допринасяйки за допълнително отстраняване от 11,3%, главно поради дългото време на хидравлично задържане (8,6 часа), което позволява денитрификация,-задвижвана от ендогенен въглероден източник. Други единици допринесоха с 1,9% премахване. Крайният ефлуент TN е 8,1 mg/L, с обща степен на отстраняване от 80,7%.
Оперативният опит показва, че контролът на DO е от решаващо значение за отстраняването на TN в процеса BIOLAK. При конвенционалните процеси РК обикновено се измерва в края на аеробната зона в канална структура, където РК е относително равномерен в напречното-сечение. Въпреки това, в резервоара BIOLAK краят на зоната на аерация е широк почти 70 метра, като DO се увеличава от ръба на склона към центъра, като се различава с 0,5–1,0 mg/L. Следователно, местоположението на DO сондите изисква внимателно внимание.
Чрез стриктно контролиране на максималния DO в края на зоната за аериране на BIOLAK ефективно се осигурява аноксична среда, необходима за денитрификация. Беше постигната едновременна нитрификация и денитрификация (SND), използваща ендогенни източници на въглерод, което доведе до ефективно отстраняване на TN.
3.2 Пълно отстраняване на фосфора и оперативна оптимизация
Годишният входящ общ фосфор (TP) варира от 1,47 до 4,80 mg/L (вж.Фигура 4), средно 2,99 mg/L. TP в отпадъчните води варира от 0,04 до 0,17 mg/L. Дозировката на агента за отстраняване на фосфор беше коригирана въз основа на целта за вътрешен контрол (0,12 mg/L). Средната концентрация на TP в отпадъчните води е 0,07 mg/L, стабилно отговаряща на стандарта за заустване, със среден процент на отстраняване на TP от 98,3%.
Промените във фосфата по време на лечението в типичен цикъл са показани вФигура 5.
Входящият фосфат беше 2,70 mg/L, а фосфатът във върнатата утайка беше 0,58 mg/L, което прави теоретичния фосфат, влизащ в анаеробния селектор, 1,70 mg/L. След анаеробно освобождаване на фосфор от полифосфат-акумулиращи организми (PAOs), концентрацията на фосфат достига 3,2 mg/L. Съотношението на концентрацията на фосфат (максимум в анаеробна зона/вливане) е 1,9, което показва значително освобождаване. Основната причина беше ефективната денитрификация при ниски условия на DO, което води до ниска концентрация на нитрати във връщащата се утайка към анаеробната зона, поддържайки добра анаеробна среда (ORP обикновено под -200 mV) и насърчавайки освобождаването на фосфор.
След зоната на аерация BIOLAK се наблюдава значително усвояване на фосфор, намалявайки концентрацията на фосфат в края до 0,3 mg/L, постигайки ефективност на биологично отстраняване на фосфор от 88,9%. След резервоарите за утаяване и стабилизиране концентрацията на фосфат се повишава до 0,64 mg/L. Анализът предполага, че това се дължи на дългата HRT в утаителния резервоар и стриктно контролирания DO в резервоара BIOLAK, създавайки анаеробни условия в утаителния резервоар и причинявайки вторично освобождаване на фосфор. След химическо дозиране в коагулационната единица, изтичащият фосфат беше намален до 0,06 mg/L. Следователно, като се вземат предвид икономическите разходи и оперативната сложност, жертването на известна ефективност на биологичното отстраняване на фосфора за подобряване на денитрификацията е жизнеспособна стратегия за оптимизация за подобни инсталации.
4 Оперативни разходи
Преките оперативни разходи включват електричество, химикали и обезвреждане на утайки. Въз основа на годишна статистика специфичната консумация на енергия е 0,66 kWh/m³. При цена на електроенергията от 0,65 CNY/kWh (на базата на комбинация от пикови/извън-пикови ставки), цената на електроенергията беше 0,429 CNY/m³. Това потребление е по-високо според „Стандарта за оценка на експлоатационното качество на общинските пречиствателни станции за отпадъчни води“, главно поради малко по-ниската ефективност на оползотворяване на кислород от системата за аериране. Разходите за химикали, включително натриев ацетат, агент за отстраняване на фосфор, PAM, натриев хипохлорит и химикали за обезводняване, възлизат общо на 0,151 CNY/m³. Конкретната употреба и разходите са показани вТаблица 2.
Утайката произхожда главно от биологични и химически (коагулационен резервоар) източници. Използва се плоча с високо{1}}налягане и рамкова филтрация с вар и железен хлорид като кондициониращи агенти. Дозата на вар е около 25% от теглото на сухата утайка. Обезводненият кейк има съдържание на влага 60%. Ежедневното производство на обезводнена утайка е около 9 тона, със специфичен добив на суха утайка около 0,15%. Транспортирането на утайки струва 250 CNY/тон, което води до разходи за изхвърляне на утайки от около 0,118 CNY/m³. Следователно общите преки производствени разходи са 0,698 CNY/m³.
5 Заключения
① Пречиствателна станция за отпадъчни води в провинция Хъбей, използваща процеса BIOLAK за пречистване на битови отпадъчни води, работи непрекъснато в продължение на една година, като качеството на отпадъчните води стабилно отговаря на ограниченията на ключовите контролни зони от *DB13/2795-2018* (стандарт за повърхностни води от квазиклас IV).
② Като вариант на много{0}}етапния A/O процес, контролирането на максималния DO в края на зоната на аерация BIOLAK при 0,5–1,0 mg/L доведе до степен на отстраняване на TN от 24,0% в зоната BIOLAK и 11,3% в резервоара за утаяване. Това постига едновременна нитрификация-денитрификация и денитрификация от ендогенен въглероден източник, демонстрирайки значителна способност за отстраняване на азот.
③ Преките оперативни разходи за процеса BIOLAK бяха 0,698 CNY/m³. Мерките за оперативна оптимизация, включително мониторинг на данните за процеса и определяне на разумни цели за вътрешен контрол, могат да осигурят референции за оптимизиране на работата и постигане на спестяване на енергия/разходи в подобни пречиствателни станции за отпадъчни води.