Tianjini reoveepuhastusjaama uuendamise projekti toimimise mõju
Tianjini reoveepuhastis viidi läbi ajakohastamis- ja renoveerimisprojekt, mis võttis kasutusele modifitseeritud Bardenpho-MBBR protsessi, tõstes heitvee kvaliteedi A-klassi standardist, mis on määratletud kohaliku reoveepuhastusjaamade saasteainete heitestandardis (GB 18918-2002, DB kohalik standard) Tianj klassi A-standardile. 12/599-2015. Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) protsess hõlmab MBBR-i suspendeeritud kandjate lisamist reaktorisse, pakkudes kohti mikroobide kinnitamiseks ja kinnitunud biokilede moodustamiseks, suurendades seeläbi tõhusat biomassi süsteemis ja saavutades saasteainete eemaldamise. MBBR-protsess pakub selliseid eeliseid nagu suur töötlemiskoormus, tugev vastupidavus põrutuskoormustele, stabiilne ravitulemus, lihtne tööjuhtimine ja protsessi paindlik toimimine. Üha enam Hiina reoveepuhastusjaamasid võtab renoveerimiseks kasutusele MBBR protsessi. Selles artiklis analüüsitakse Tianjini reoveepuhastusjaama töövõimet pärast selle ajakohastamist, eesmärgiga pakkuda võrdlusmaterjali sarnaste ajakohastamisprojektide jaoks.
1. Praegune bioloogiline lämmastiku ja fosfori eemaldamise protsess
Algses bioloogilises mahutis kasutati A²/O protsessi töötlemisvõimsusega 12 500 t/d. Arvutatud muda koguvanus oli 14 päeva, segavedeliku heljumi (MLSS) kontsentratsioon oli 3500 mg/L, vee arvestuslik temperatuur 10 kraadi, muda saagis 0,936 kgSS/kgBOD ja muda koormus 0,082 kgBOD/kgMLSS. Bioloogilise mahuti efektiivne veesügavus oli 6 m, paagi kogumaht 9052,2 m³ ja hüdrauliline koguretentsiooniaeg (HRT) 17,4 tundi. HRT jaotus oli: selektortsoon 0,58 h, anaeroobne tsoon 1,38 h, anoksiline tsoon 2,85 h, õõtsuv tsoon 0,92 h ja aeroobne tsoon 11,67 tundi. Muda ringlussevõtt oli 100% ja segavedeliku sisemine ringlussevõtt oli 300%. Algne bioloogiline paak koosnes peamiselt anaeroobsetest -anoksilistest-aeroobsetest osadest. Lämmastiku ja fosfori eemaldamise saavutamiseks saab tööparameetreid reguleerida vastavalt sissevoolutingimustele ja heitvee nõuetele, kusjuures heitvee kvaliteet vastab A-klassi standardile GB 18918-2002.
2. Ülevaade uuendamis- ja renoveerimisprojektist
Selle uuenduse eesmärk oli parandada heitvee kvaliteeti, et see vastaks Tianjini kohaliku standardi "Saasteainete heitvee standard munitsipaalreoveepuhastitesse" (DB 12/599-2015) A-klassi standardile. Projekteeritud sisse- ja heitvee kvaliteet on näidatudTabel 1. Vastavalt kavandatud sisse- ja heitvee TN väärtustele on alla 10 mg/L heitvee TN saavutamiseks vaja bioloogilise mahuti süsteemis denitrifikatsioonimäära 75,6%. Algses bioloogilises paagis kasutati A²/O konfiguratsiooni. Paagi algkonfiguratsioonil põhinevad arvutused näitasid, et sisemine ringlussevõtu suhe peaks suurenema algselt 200%-lt 310%-le koos suure hulga välise süsinikuallika lisamisega. See ei suurendaks mitte ainult tegevuskulusid, vaid ka sisemise ringlussevõtu suur hulk võib häirida anoksilist keskkonda. See võib viia selleni, et tegelik HRT anoksilises tsoonis on miinimumnõudest väiksem, mõjutades denitrifikatsiooni efektiivsust. MBBR-protsess suurendab süsteemi denitrifikatsioonivõimet ja parandab heitvee kvaliteeti, lisades rippuvaid kandjaid, et suurendada biomassi kontsentratsiooni paagis, täites seeläbi ajakohastamise nõuded.
Olemasolevat bioloogilise paagi mahtu muutmata konfigureeriti ümber bioloogilise paagi sisemised funktsionaalsed tsoonid. Algne A²/O konfiguratsioon (anaeroobne-anoksiline-aeroobne) muudeti Bardenpho 6-etapi konfiguratsiooniks: anaeroobne tsoon, anoksiline tsoon, kõikumistsoon, aeroobne tsoon, post-anoksiline tsoon ja post-aeroobne tsoon. Täpsemalt, algne selektoritsoon muudeti anaeroobseks tsooniks. Algset anaeroobset tsooni, pöördetsooni (esiosa) ja anoksilist tsooni kasutati eel-anoksilise tsoonina. Algses aeroobses tsoonis oleva esimese koridori esiosa kohandati pöördetsooniks. Algne esimene, teine ja kolmas aeroobne koridor muudeti MBBR-tsooniks, kuhu lisati rippuvad kandurid koos sisselaske- ja väljalaskeava sõelsüsteemide ja põhjaga lisaõhutussüsteemiga. Neljas aeroobne koridor muudeti post{14}}anoksiliseks tsooniks. Algne kõikumistsoon jaotati funktsionaalselt ja kohandati post{15}}anoksiliseks ja postaeroobseks tsooniks. Renoveeritud bioloogilise mahuti parameetrid on näidatudTabel 2.
Seoses protsessi toimimisega suunatakse aeroobsest tsoonist tulenev segavedelik anoksilisse tsooni ja anoksilises tsoonis lisatakse süsinikuallikas. Denitrifitseerivad bakterid kasutavad süsinikuallikat denitrifikatsiooniks, et eemaldada aeroobses tsoonis tekkiv nitraatlämmastik. Jääknitraatlämmastik siseneb post-anoksilisse tsooni, kuhu lisatakse denitrifikatsiooni jätkamiseks täiendavat süsinikuallikat. Pärast renoveerimist on segavedeliku suspendeeritud tahke aine (MLSS) kontsentratsioon 4000 mg/L, muda taaskasutus 50–100%, segavedeliku sisemine ringlus 200–250% ja lahustunud hapnik MBBR tsoonis 2–5 mg/L. Protsessi vooskeem pärast renoveerimist on näidatudJoonis 1.
3. Süsteemi kasutuselevõtt pärast bioloogilise mahuti renoveerimist
Pärast bioloogilise mahuti renoveerimise lõpetamist algas kasutuselevõtu faas. Bioloogilisesse mahutisse lisati veetustatud muda teisest reoveepuhastist, mis tõstis muda kontsentratsiooni kiiresti üle 3000 mg/L lühikese aja jooksul. See lühendas muda kultiveerimis- ja aklimatiseerumisperioodi, võimaldades bioloogilise mahuti kiiret käivitamist ning selle lämmastiku- ja fosforiärastusvõime taastamist. Katsetööperioodil oli tegelik töökoormus suhteliselt madala sissevoolu ja saasteainete kontsentratsioonide tõttu väiksem kui arvestuslik koormus. Lähenemisviis oli esmalt aktiivmuda kultiveerimine ja aklimatiseerimine, kuni bioloogiline süsteem stabiliseerus ja heitvee kvaliteet vastab standarditele, seejärel lisati biokile moodustamiseks MBBR kandjad.
Pärast kandjate lisamist bioloogilise paagi aeroobsesse sektsiooni kasteti need kõigepealt vette. Mikroorganismid kinnituvad järk-järgult nende pinnale. Visuaalselt muutus kandepinna värvus valgest nõrgalt maapealseks kollaseks, kuna mikroorganisme kinnitub rohkem ja biokile muutus tihedamaks. Kandevärv järk-järgult süvenes. Kaks kuud pärast kandja lisamist oli biokile moodustumine hea, kandja pind oli kollakas{4}}pruun ja värvus järk-järgult süvenes. Neli kuud pärast kandja lisamist näis kandepinnal olev biokile tumepruun ja tihe. Biokile moodustumise progresseerumist saab intuitiivselt jälgida kandja värvi muutuste põhjal, nagu on näidatudJoonis 2. 2021. aasta detsembris tuvastati bioloogilisest mahutist pärit aktiivmuda ja kanduritest pärit muda mikroskoopilisel uurimisel heade adsorptsiooni- ja settimisomadustega kompaktsed flokkstruktuurid. Visuaalselt näitasid kandjad ilmset biokile moodustumist. Mikroskoopilisel uurimisel tuvastati sellised organismid nagu Vorticella, Opercularia ja Epistylis, kusjuures aeg-ajalt nähti mõnda liikuvat ripslast, mis näitab biokile moodustumise etapi lõppemist.
4. Toimivus pärast bioloogilise mahuti renoveerimist
4.1 KOK-i ja BOD-i eemaldamise jõudlus pärast renoveerimist
Heitvee COD ja BHT väärtused 2022. aastal on näidatudJoonis 3. Heitvee COD jäi vahemikku 10,2–24,9 mg/l, keskmiselt 18,0 mg/l. Heitvee BHT jäi vahemikku 2,1–4,9 mg/l, keskmiselt 3,4 mg/l. Nii heitvee KHT kui ka BHT vastasid stabiilselt Tianjini kohalikule A-klassi standardile. Renoveeritud süsteem ei näidanud mitte ainult head KHT ja BHT eemaldamist, vaid säilitas ka stabiilsed ja nõuetele vastavad heitvee KHT ja BHT tasemed üleujutushooajal isegi siis, kui tehase tegelik sissevoolukoormus ulatus 110%ni selle projekteeritud võimsusest. See näitab, et süsteemil on hea vastupidavus põrutuskoormustele.
4.2 TN ja NH₃-N eemaldamise toimivus pärast renoveerimist
Heitvee TN ja NH₃-N väärtused 2022. aastal on näidatudJoonis 4. TN oli vahemikus 3,72 kuni 8,74 mg/l, keskmiselt 6,43 mg/l. NH₃-N oli vahemikus 0,02 kuni 1,25 mg/L, keskmiselt 0,12 mg/L. Talvise töötamise ajal langes madalamate temperatuuride tõttu nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni kiirus. Praktikas tõsteti muda kontsentratsioon üle 6000 mg/L. Muda kõrge kontsentratsiooniga töötamine on kasulik bioloogilise süsteemi vastupidavuse parandamiseks löökkoormustele, eriti madalatel temperatuuridel. Sünergia muda kõrge kontsentratsiooni ja MBBR-kandjatele kinnitatud biokile vahel suurendab bioloogilise süsteemi töötlemisefekti.
MBBR kandjad pakuvad soodsat keskkonda mikroobide kooslustele, toetades nende kasvu ja paljunemist. Pärast aklimatiseerumist ja küpsemist tugevneb biokile nitrifikatsiooni- ja denitrifikatsioonivõime. Mikroorganismid kinnituvad ja kasvavad kihiliselt kandepinnal, suurendades zoogloea tihedust ja moodustades suuri, tihedaid ja kiiresti stabiilseid muda struktuure. Väliste veekvaliteedi muutustega silmitsi seistes eritavad kandepinnal olevad mikroorganismid enesekaitseks ekstratsellulaarseid polümeerseid aineid (EPS), vähendades seeläbi äkiliste veekvaliteedi muutuste mõju sisekihi mikroorganismidele.
MBBR-protsessi kasutavates reoveepuhastites on aeroobses kandjatsoonis täheldatud samaaegset nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni (SND) nähtusi. Aeroobsest kandetsoonist pärit sisse- ja väljavoolu TN-väärtuste testimisel ilmnes erinevus 2–6 mg/l. See erinevus oli märgatavam, eriti kui lahustunud hapnikku aeroobses paagis kontrolliti alla 2 mg / l, mis näitab olulisemat SND-d madala lahustunud hapniku tingimustes. Sekundaarsest settepaagist väljuv TN on täielikult vastanud standarditele, mis tähendab, et TN eemaldamine viidi lõpule bioloogilise puhastuse etapis. Tegelikus töös toimib denitrifitseeriv süva{7}}filter kaitseprotsessina. Normaaltingimustes toimib see tavalise filtrina, et tagada SS-indikaatorite vastavus standarditele.
4.3 TP ja SS eemaldamise jõudlus pärast renoveerimist
Heitvee TP ja SS väärtused 2022. aastaks on näidatudJoonis 5. Reoveepuhasti heitvee TP jäi vahemikku 0,04–0,22 mg/L, keskmiselt 0,10 mg/L. Heitvee SS oli vahemikus 1 kuni 4 mg/l, keskmiselt 2,2 mg/l. Pärast uuendamist oli sekundaarse settepaagi heitvee TP umbes 1,0 mg/l ja SS umbes 26 mg/l. Lisades raud(III)kloriidi ja PAM-i kõrge -tõhusasse settepaaki, et parandada koagulatsiooni, ja läbi täiendava puhastamise denitrifitseerivas-kihtfiltris, vastasid heitvee TP ja SS stabiilselt Tianjini kohalikule A-klassi standardile ning värviväärtus vähenes oluliselt.
5. Järeldus
Tianjini kohaliku A-klassi standardi täitmiseks muudeti reoveepuhastusjaama algne A²/O protsess Bardenpho viie-astmeliseks konfiguratsiooniks, mis hõlmas MBBR protsessi aeroobsesse sektsiooni, et tõhustada bioloogilist lämmastiku eemaldamist, vähendades heitvee TN ja NH₃-N. Üleujutushooajal ülekoormusvooluga vastasid kõik näitajad stabiilselt standarditele, näidates head löögikindlust. Pärast bioloogilise mahuti renoveerimist oli sisemine taaskasutussuhe 200%–300%, muda väline taaskasutamine 50%–100%, muda kontsentratsioon 4000–6000 mg/L, lahustunud hapnik aeroobses tsoonis reguleeriti 3–5 mg/L ja lahustunud hapniku tase anaeroobses tsoonis..5–0 mg/L. 2022. aastal oli reoveepuhastusjaama heitvee kvaliteet: KHT 10,2–24,9 mg/L, keskmine 18,0 mg/L; BHT 2,1–4,9 mg/L, keskmine 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, keskmine 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, keskmine 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, keskmine 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, keskmine 2,2 mg/L. Kõik vastasid stabiilselt Tianjini kohaliku standardi "Saasteainete heitvee standard munitsipaalreoveepuhastitesse" (DB 12/599-2015) A-klassi standardile.