Külm temperatuur on lämmastiku bioloogilise eemaldamise vaenlane. Kui vee temperatuur langeb alla 15 kraadi, aeglustavad nitrifitseerivad bakterid oma metaboolset aktiivsust dramaatiliselt - ja kõrgel kõrgusel suurendab hõre õhk probleemi, vähendades hapnikuülekande efektiivsust kuni 22%. Selles juhtumiuuringus uuritakse, kuidas 85 000 m³/päevas reoveepuhastis Qinghai{7}}Tiibeti platool 2200 m kõrgusel kasutati MBBR-tehnoloogiat93–96% ammoniaagi eemaldamine isegi 9 kraadi juures, mis vastab Hiina 1A klassi heitvee standarditele aastaringselt-.
Projekti taust
See Qinghai{0}}Tiibeti platoo tihedalt asustatud linnapiirkonnas asuv reoveepuhastusjaam võeti algselt kasutusele 2010. aastal tavapärase "bioloogilise ketta + aeratsioonipaagi" protsessiga, mis oli mõeldud ainult COD ja ammoniaagi eemaldamiseks. Sel ajal pidi heitvesi vastama ainult 1.B klassi standarditele GB 18918-2002 - suhteliselt leebe eesmärgi alusel. Kuid kiire linnastumise, kasvavate heitkoguste ja järk-järgult karmistavate keskkonnaeeskirjade tõttu, mis kohustavad kogu lämmastiku eemaldamist astmeni 1A (NH₃-N alla või võrdne 5 mg/L, TN alla või võrdne 15 mg/l), tuli tehas silmitsi kiireloomulise moderniseerimisega. Väljakutse polnud mitte ainult tehniline, vaid ka füüsiline: olemasolev paagi maht fikseeriti ja jalajälje laiendamine ei olnud ümbritseva tiheda infrastruktuuri tõttu võimalik.
Uuendusstrateegia maksimeeris lämmastiku eemaldamise piiratud paagi geomeetria piires. Kanalid 1 ja kanali 2 esimene pool muudeti denitrifikatsiooni jaoks anoksiliseks tsooniks, samas kui kanali 2 teine pool ning kanalid 3 ja 4 määrati nitrifikatsiooni aeroobseks MBBR-tsooniks. Selle asemel, et asendada olemasolevad õhutuskettad, säilitas insenerimeeskond need ja viis MBBR-meediumi otse aeroobsetesse kanalitesse - muutes süsteemihübriidne integreeritud fikseeritud{0}}kile aktiivmuda (IFAS) protsess. Selline lähenemine minimeeris moderniseerimiskulud, võimendades samal ajal olemasolevaid infrastruktuuriinvesteeringuid.
Peamised disainiparameetrid
| Parameeter | Väärtus |
| Disaini voog | 85,000 m³/d |
| Vee temperatuuri vahemik | 9–26 kraadi (talvine miinimum 9 kraadi) |
| Mõjutav KHT | 350–500 mg/l |
| Mõjutav NH₃-N | 35–55 mg/l |
| Mõjutav TN | 45–70 mg/l |
| Aeroobne tank HRT | 8,2 tundi |
| MBBR kandja täitmise suhe | 30% (kandja maht / paagi maht) |
| Meediumi spetsifikatsioon | PE silindriline kandja, Φ15 mm × 15 mm, 800 m²/m³, tihedus 0,96 g/cm³ |
| Heitvee sihtmärk (klass 1A) | COD väiksem või võrdne 50, NH₃-N väiksem või võrdne 5, TN väiksem või võrdne 15, SS väiksem või võrdne 10, BOD₅ väiksem või võrdne 10 mg/L |
Kandja ja biokile teadus
Kandjakandja valik on vaieldamatult kõige olulisem disainiotsus külma{0}}kliima MBBR-rakenduste puhul. Selle projekti raames valiti suure -tihedusega polüetüleenist (HDPE) silindrilised kandurid ja selle põhjendus näitab, miks kanduri projekteerimine on palju olulisem, kui enamik operaatoreid mõistab.
Suur eripind (800 m²/m³):30% täitesuhte korral on efektiivne biokile pindala ligikaudu 240 m² mahuti mahu kuupmeetri kohta -, mis on ligikaudu 8–10 korda suurem kui tavaline aktiivmuda suudab pakkuda. See tohutu pindala tähendab, et reaktoris võib asuda nitrifikaatori asustustihedus, millele peatatud-kasvusüsteemid lihtsalt ei suuda vastata, mis on peamine põhjus, miks MBBR on madalatel temperatuuridel paremad. Isegi vähenenud ainevahetuse kiirusel 9 kraadi juures kompenseerib kandjatel peetavate nitrifikaatorite hulk aeglasemat rakukineetikat.
Neutraalse -ujuvuse (0,96 g/cm³):Suurel kõrgusel, kus õhuhapniku osarõhk on vaid umbes 78% meretaseme väärtustest, on hapniku ülekanne juba füüsika tõttu ohus. Kandjate tihedus vahetult vee all tagab, et keskkond jääb hõljuma ja tsirkuleerib vabalt minimaalse õhutusenergia sisendiga - kriitiline töö- ja majanduslik kaalutlus, kui puhuri iga kWh peab ületama nii bioloogilise vajaduse kui ka kõrgusest{4}}indutseeritud ülekande ebaefektiivsuse.
Kaitstud sisepinna geomeetria:Sisemise risttugedega{0}}silindriline kuju loob kaitstud mikrokeskkonna, kus biokile on segamise ajal kaitstud hüdrauliliste nihkejõudude eest. See kaitse võimaldab paksematel ja vastupidavamatel biokiledel areneda -, mis on oluline eelis külmades tingimustes, kus biokilede kasvukiirus on oma olemuselt aeglane ja mikroobide kooslus vajab kõiki eeliseid, et luua ja püsida pikkade talvekuude jooksul.
Külma{0}}kliima nitrifikatsioonimehhanism
Madalatel temperatuuridel seisab bioloogiline nitrifikatsioon silmitsi kolme omavahel seotud väljakutsega, millest tavapärasel aktiivmudal on raskusi:
1. Ainevahetuskiiruse vähenemine:Ammoniaaki -oksüdeerivatel bakteritel (AOB) ja nitrit-oksüdeerivatel bakteritel (NOB) on märkimisväärselt madalam spetsiifiline kasvumäär alla 15 kraadi. Peatatud-kasvusüsteemis tähendab see, et nitrifikaatorite populatsioon võib sõna otseses mõttes reaktorist välja uhtuda, kui tahkete ainete retentsiooniaeg (SRT) on ebapiisav - matemaatiline paratamatus, kui kasvukiirus langeb alla raiskamiskiiruse. MBBR lahendab selle nitrifikaatorite immobiliseerimisega biokile, kus efektiivne SRT ületab palju hüdraulilist retentsiooniaega. Isegi 9 kraadi juures püsib populatsioon stabiilsena ja funktsionaalsena.
2. Hapniku ülekande piirang:2200 m kõrgusel on hapniku küllastuse kontsentratsioon vees ligikaudu 22% madalam kui merepinnal, mis vähendab hapniku massi ülekandmist gaasimullidest vedelikku. Biokile arhitektuur leevendab seda: välimine aeroobne kiht tarbib aktiivselt nitrifikatsiooniks saadaolevat hapnikku, säilitades järsu kontsentratsioonigradienti, mis maksimeerib ülekande efektiivsust, samas kui sisemine anoksiline tsoon toetab denitrifikatsiooni, kasutades väliskihis toodetud nitraati.
3. Substraadi difusioonipiirang:Külm vesi on viskoossem, mis aeglustab ammoniaagi ja hapniku molekulaarset difusiooni biokiledeks. MBBR-lähenemine lahendab selle, säilitades õhukese, metaboolselt aktiivse välimise biokilekihi (tavaliselt 150–300 μm), mis minimeerib difusioonitee pikkust, tagades, et substraat jõuab nitrifikaatoriteni isegi külmas viskoosses vees.
Tulemused
Uuendatud tehas on alates kasutuselevõtust stabiilselt töötanud ja andmed räägivad veenva loo. Järgmises tabelis on esitatud peamised toimivusnäitajad hooajaliste tingimuste lõikes - pange tähele, kui vähe halveneb suvise ja talvise töötamise vahel.
Tabel 1: MBBR-i jõudlus hooajalistes temperatuurivahemikes
| Parameeter | Suvi (20-26 kraadi) | Talv (9-13 kraadi) | Aasta keskmine |
| Heitvee COD (mg/l) | 28–35 | 32–42 | 33 |
| COD eemaldamine (%) | 91–93 | 89–91 | 91 |
| Heitvesi NH₃-N (mg/l) | 0.8–1.5 | 1.8–3.2 | 1.6 |
| NH₃-N eemaldamine (%) | 96–98 | 93–96 | 96 |
| Heitvee TN (mg/l) | 9–12 | 11–14 | 10.5 |
| TN eemaldamine (%) | 78–82 | 74–78 | 79 |
Talvine jõudlus on tähelepanuväärne: isegi 9 kraadi juures,NH₃-N eemaldamine jäi üle 93%heitveega püsivalt alla 3,2 mg/L - mugavalt 5 mg/l 1A klassi ülemmäära piires. TN eemaldamine hoiti 74–78%, mis vastab 15 mg/l standardile. KHT-i eemaldamine püsis stabiilsena 89–91%, kinnitades, et heterotroofne aktiivsus on biokile süsteemides tunduvalt vähem temperatuuritundlik kui suspendeeritud kasvuga konfiguratsioonides.
Peamised edutegurid
Madal -koormus biofilmi aklimatiseerimine
Enne talve algust vähendas tehas orgaanilise laadimise määra tahtlikult ja järk-järgult 3-nädala jooksul. Miks see oluline on? Väiksema orgaanilise koormuse korral jäävad heterotroofsed bakterid -, mis kasvavad kiiremini kui nitrifikaatorid -, oma peamise substraadi nälga, mis annab aeglasemalt-kasvavatele nitrifitseerivatele bakteritele konkurentsieelise. See eelaklimatiseerimisstrateegia võimaldas nitrifikaatorite populatsioonil saavutada tipptiheduse enne temperatuuri langemist, luues bioloogilise puhvri, mis säilitas jõudluse ka kõige külmematel kuudel. Ilma selle sammuta väheneksid nitrifikaatorid, mis sisenevad talvele madalamal populatsioonil, palju suuremat jõudlust.
Kandja säilitamise disain
Paagi väljalaskeavasse paigaldati roostevabast terasest kiil{0}}traadist ekraanid täpse 3 mm avaga. See ava suurus valiti hoolikalt - piisavalt suur, et võimaldada segatud vedela suspendeeritud tahke aine (MLSS) vabalt läbida, kuid piisavalt väike, et hoida usaldusväärselt 15 mm läbimõõduga kandjaid. Ekraani ummistumist, mis on MBBR-i operatsioonide puhul tavaline peavalu, hoidis ära automaatne vahelduv õhupuhastus, mis eemaldas kõik kogunenud tahked ained enne, kui need said moodustada mati.
Progressiivne õhutamise strateegia
Aeratsiooni intensiivsus vähenes järk-järgult sisselaskeava ja väljalaskeava vahel, sobitades hapnikuvarustuse ruumiliselt muutuva nõudlusega. Sisselaskeavas, kus ammoniaagi kontsentratsioon on kõrgeim, põhjustab kõrgem aeratsioonikiirus kiiret nitrifikatsiooni. Väljalaskeava poole vähendatud aeratsioon säästab energiat, säilitades samal ajal DO nitrifikatsioonitsoonides 2–3 mg/l. See kitsenev profiil loob ka biokilesse mikro{5}gradiente, mis soodustavadsamaaegne nitrifikatsioon{0}}denitrifikatsioon (SND)- bioloogilise lämmastiku eemaldamise püha graal -, kus aeroobses välises biokilekihis toodetud nitraat hajub sissepoole ja denitreeritakse anoksilises tuumas, kõik ühes kandjas.
Rist-kliima võrdlusuuringud
Kuidas on Qinghai tehas võrreldav MBBR-seadmetega soojemas kliimas? Tabel 2 annab vastuse - ja see on julgustavam, kui paljud insenerid ootaksid.
Tabel 2: MBBR toimivuse võrdlus kliimavööndite lõikes
| Parameeter | Qinghai (külm platoo 9–26 kraadi) | Põhja-Hiina (parasvöötme 12–30 kraadi) | Kagu-Aasia (troopiline 25–32 kraadi) |
| Kõrgus (m) | 2,200 | 50 | 5 |
| Talvine NH₃-N eemaldamine (%) | 93–96 | 94–97 | 95–98 |
| HRT (tundides) | 8.2 | 6.5 | 5.0 |
| Meediumi täitumussuhe (%) | 30 | 25 | 20 |
| Aeratsioonienergia (kWh/kg KHT eemaldatud) | 0.38 | 0.31 | 0.28 |
Andmed kinnitavad ühtset mustrit: külma -kliimaga MBBR-süsteemid vajavad aeglasema bioloogilise kineetika kompenseerimiseks mõõdukalt kõrgemat HRT-d (8,2 vs . 5.0 tundi) ja täitesuhteid (30% vs . 20%).saavutada sooja{0}}kliimaga süsteemidega võrreldav ravitulemus. 2–3 protsendipunktine erinevus talvises NH₃-N eemaldamises Qinghai ja troopiliste süsteemide vahel on 16–23-kraadist temperatuurivahet arvestades märkimisväärselt väike. See on biokile{7}}põhise lämmastikueemalduse võimas kinnitus kui kliimale vastupidava{8}}tehnoloogia.
Saadud tegevustunnid
Käivitamine külma-ilmaga-:Talvel kasutuselevõtt on keeruline, kuid täiesti teostatav küpse nitrifitseerimissüsteemi seemnemuda ja 4–6-nädalase tõusuperioodi{2}}ga. Biokile moodustub madalal temperatuuril kauem, kuid kui see on moodustunud, on see isemajandav. Selle kohanemisperioodi otsetee muutmise katse viib alati halva esialgse jõudluseni.
Kandja segamise optimeerimine:30% täiteastme korral piisab kanduri täielikuks ringluseks õhutuskiirusest 3–5 Nm³/m²·h. Meeskond leidis, et liigne õhutamine sellest vahemikust üle raiskab energiat ilma segamist parandamata - sage viga MBBR-i töös, kus operaatorid eeldavad, et "rohkem õhku võrdub parem segamine".
Biokile paksuse jälgimine:Biokile paksuse perioodiline mõõtmine kandja proovide võtmise ja mikroskoopiaga - sihtmärgiks 150–300 μm - osutus SRT optimeerimiseks ja liigse biokile akumuleerumise ärahoidmiseks hädavajalikuks. Üle 300 μm paksemate biokilede puhul on oht, et tekivad anaeroobsed tsoonid, mis võivad põhjustada libisemist ja ettearvamatuid jõudluse kõikumisi.
Talvine vahutõrje:Käivitamine külmadel kuudel võib madala toidu-ja-mikroorganismide (F/M) suhte tõttu esile kutsuda kerge filamentse vahu. Tehas sai sellega hakkama kontrollitud muda raiskamise ja ajutise -vahuvastase doseerimisega -, mis on väike häiring, mis ei tohiks tehaseid talvisest kasutuselevõtust eemale peletama.
Järeldus
Qinghai projekt näitab veenvalt, et MBBR-tehnoloogia suudab tagada usaldusväärse ja tõhusa{0}}lämmastiku eemaldamise külmas platookeskkondades, kus tavapärasel aktiivmudal on raskusi tänapäevaste heitestandardite täitmisega. Neli peamist tehnilist võimaldajat - kõrge-spetsiifilise-pinnaga- HDPE kandjad, mis säilitavad aeglaselt-kasvavad nitrifikaatorid, biokile arhitektuur, mis toetab samaaegset nitrifikatsiooni-denitrifikatsiooni, talvise aklimatiseerumise strateegiad, optimeerimis energiakasutus - moodustab paljundatava raamistiku, mille sarnaste väljakutsetega silmitsi seisvad taimed võivad julgelt omaks võtta.
Inseneridele ja tehaste juhtidele, kes tegelevad külma kliima, kõrgete kõrguste, piiratud jalajälgede või lämmastiku väljalaskepiirangute karmistamisega, pakub MBBRtõestatud,{0}}kulutõhus moderniseerimisviismis ei nõua suuri ehitustöid ega laiendatud paaki.
Määrake kõrge{0}}jõudlusega MBBR-meedium teie külma-kliimarakenduse jaoks
Juntai Plastic toodab 800 m²/m³ kaitstud pinnaga HDPE MBBR kandjaid, mis on loodud külma-kliima ja kõrgmäestiku{2}}reovee puhastamiseks. Meie kanduritel on patenteeritud silindriline geomeetria koos sisemise risttugedega, mis tagavad maksimaalse biokile kinnipidamise ja minimaalse nihkekadu -, mida toetab täielik tehniline tugi protsesside kavandamisest kuni kasutuselevõtuni.