Kahe{0}}etapilise AO ja kolme-etapilise AO protsessi võrdlus: inseneritöö Perspektiiv
Praegu kasutavad enamik Hiina reoveepuhastitest reoveepuhastus{0}}aktiivmudapõhiseid protsesse. Peaaegu pooled neist kasutavad anoksilist -oksilist (AO) protsessi. AO protsess pakub selliseid eeliseid nagu stabiilne töö ja madal hind. Selle üldlämmastiku (TN) eemaldamise efektiivsust, mis tavaliselt jääb vahemikku 60% kuni 80%, piiravad aga sisemised ringlussevõtu suhted. Kuna lämmastiku eemaldamise riiklikud nõuded karmistavad, on tavapärased üheetapilised AO protsessid sageli rasked TN-i töötlemise nõudmistele vastamisel. Seega on tekkinud mitmeetapilised AO protsessid. Kahe või enama AO etapi järjestikuse ühendamisel annab eelmises aeroobses etapis toodetud nitraat substraadi denitrifikatsiooniks järgnevas anoksilises etapis. Sellega saavutatakse eesmärk vähendada sisemist ringlussevõtu suhet, suurendades samal ajal üldist TN-i eemaldamist. Ülemäärased etapid võivad aga ka töö keerukust suurendada. Sellest tulenevalt on Hiinas praegu kõige sagedamini kasutatavad konfiguratsioonid kahe-{15}}ja kolme{16}}astmelised AO protsessid. Selles artiklis esitatakse kahe-ja kolme-etapilise AO protsesside võrdlev analüüs, kasutades juhtumiuuringuna Lõuna-Hiinas asuvat reoveepuhastusjaama, mille eesmärk on anda võrdlusalus sarnaste projektide tehniliste trasside valikul.
1 Projekti ülevaade
Lõuna-Hiinas asuv reoveepuhastusjaama pindala on 8 hektarit. Selle algne projekteeritud võimsus oli 90 000 m³/d, kusjuures heitvee kvaliteet peab vastama nii olmereoveepuhastusjaamade saasteainete heitestandardi A-klassi (GB 18918-2002) kui ka Guangdongi provintsi veesaasteainete heitepiirangutele. 44/26-2001) (edaspidi "V kvaasiklass"). Tehas töötas täisvõimsusel. Vastavalt vastavale planeeringule oli vaja laiendada. Tulevased heitveestandardid, mis põhinevad praegusel seisundil, pidid arvestama pikaajalist TN nõuet, mis on väiksem või võrdne 10 mg/l. Arvestades põhjalikult objekti tegelikke tingimusi, määrati selle laiendamise tsiviilehituse mastaabiks 70 000 m³/d. Jaam töötaks lähiajal kiirusel 50 000 m³/d ja saavutaks pikas perspektiivis skaala 70 000 m³/d, mis tõstaks jaama kogu puhastusvõimsuse 160 000 m³/d. Projekteeritud sisse- ja heitvee kvaliteet on näidatud jooniselTabel 1.
Saidi piirangute tõttu võeti esialgses laiendamise plaanis kasutusele protsess „Mitme{0}}etapiline AO + perifeerne-välisseadmes-väljas ristkülikukujuline settepaak + kõrge-efektiivsusega settepaak + kiudfilter{-}. Kõikide suuremate üksuste tsiviilehitised ehitati 70 000 m³/d skaalal, seadmed aga 50 000 m³/d. Bioloogiline paak kasutaks lähiajal mitmeastmelist AO protsessi. Pikemas perspektiivis looks rippkandjate lisamine hübriidse biokile{17}}aktiivmuda protsessi, mis rahuldaks 40% võimsuse suurendamise nõudlust. Selle konstruktsiooni puhul arvestati hüdraulilisi tingimusi 70 000 m³/d skaalal, bioloogiline puhastus aga 50 000 m³/d. Kuna selle projekti eesmärk oli võtta kasutusele mitme-etapiline AO protsess, viidi läbi kahe-etapilise ja kolme{27}}etapilise AO võrdlus.
2 Kahe-etapilise ja kolme-etapilise AO protsessi võrdlus
2.1 Protsessi voog
Mitmeastmelise AO protsessi põhiprintsiip on kasutada eelmises aeroobses etapis toodetud nitraati denitrifikatsiooniks järgnevas anoksilises etapis, vähendades seeläbi sisemist ringlussevõttu. Teoreetiliselt viib rohkem etappe parema TN eemaldamiseni, kuid juhtimine muutub keerulisemaks. Inseneripraktikas on ülekaalus kahe-astme ja kolme-astmega AO. Nende protsesside vood on näidatudJoonis 1. Kahe-etapilise AO puhul kavandatakse sisemine taaskasutus tavaliselt esimeses AO etapis. Kolme-etapilise AO puhul sisemist taaskasutust üldiselt ei kasutata. Pekingi reoveepuhastusjaamad, mis kasutavad kaheetapilist AO protsessi, on Qinghe (400 000 m³/d), Xiaohongmen (500 000 m³/d), Gao'antun (400 000 m³/d), Dingfuzhuang (200 000 m³/d) ja 0,00 m³/d (0,00 m³/d). See protsess pakub eeliseid, nagu lihtsad seadmed, madalad kasutus- ja hoolduskulud, tugev vastupidavus löökkoormusele ja kõrge ühilduvus teiste protsessidega, hõlbustades tulevasi uuendusi, et vastata kõrgematele heitveestandarditele. Teoreetiliselt võib kolmeastmeline jadapõhine AO kaotada vajaduse sisemiste taaskasutusseadmete järele, võimaldada süsinikuallikate ratsionaalsemat jaotamist ning vähendada investeerimis- ja tegevuskulusid. Seda protsessi kasutatakse peamiselt stsenaariumide puhul, kus on piisavalt süsinikuallikaid ja kõrged nõudmised lämmastiku eemaldamiseks. Tüüpilised juhtumid hõlmavad Qujingi reoveepuhastusjaama Yunnanis (80 000 m³/d), Ninghe piirkonna linnapuhastusjaama Tianjinis (90 000 m³/d), Zhangguizhuangi reoveepuhastusjaama Tianjinis (200 000 m³/d) ja Daoxianghu reoveepuhastusjaama (80,0 m³/d).
2.2 Protsesside võrdlus
Arvestades, et sellel saidil pole tulevaste uuenduste jaoks täiendavat maad saadaval ja et mõned uued kohalikud projektid juba rakendavad heitvee TN-i standardit, mis on väiksem või võrdne 10 mg/l, arvestati protsesside võrdluses bioloogilise mahuti heitvee TN väärtusega 10 mg/l või alla selle, et võtta arvesse võimalust, et tulevases heitvee nõuded on rangemad. Muud näitajad järgisid projekteeritud heitvee kvaliteeti. Paigutuse põhjal oli 50 000 m³/d lähiaja skaala puhul bioloogilise paagi maksimaalne hüdrauliline retentsiooniaeg (HRT) 18 tundi. Kombineerides projekti tegelikud tingimused, BioWini simulatsiooni tulemused ja rippkanduritega ühendamise mugavus, viidi läbi kahe-etapilise ja kolme{10}}etapilise AO protsesside võrdlus.
2.2.1 BioWini simulatsioon
Esialgne HAR määrati 18 tunniks ja seda vähendati järk-järgult. Minimaalne HRT, mis saavutas heitvee TN nõude, oli 14 tundi. Kahe-etapi AO puhul olid sissevoolu jaotuspunktid anaeroobne tsoon, esimene-etapis anoksiline tsoon ja teine-etapp anoksiline tsoon. Kolme -etapi AO puhul olid mõjupunktid anaeroobne tsoon, teise-astme anoksiline tsoon ja kolmas{10}}etapis anoksiline tsoon.
① Uuring fikseeritud mõjujaotussuhtega
Seades mõlema puhul mõjujaotussuhteks 4:3:3, võrreldi simulatsioonid kolme skeemi: kahe-astme AO (taaskasutussuhe 200%), kolme-etapilise AO kogu taaskasutamise suhtega 200% (100% ringlussevõtt esimeses AO etapis + 100% oksüdatsioon esimesest tsoonist) ja oksüdatiivne tsoon. kolme-etapi AO taaskasutussuhtega 100% (ringlussevõtt ainult esimese AO etapi jooksul). Simulatsioonivood on näidatud jooniselJoonis 2.
Tabel 2näitab simulatsiooni tulemusi fikseeritud mõjusuhte kohta HRT =14 h juures.
Tabelist 2 on näha, et nii kahe-- kui ka kolme-etapilise AO puhul on soovitatav esimeses AO etapis seadistada sisemine ringlussevõtt, et maksimeerida denitrifikatsiooni esimeses anoksilises tsoonis, kasutades süsinikuallikat toores sissevoolus. Kolme-etapi AO puhul parandas sisemise ringlussevõtu seadistamine kolmanda etapi lõpust esimesse anoksitsooni veidi TN ja TP eemaldamist, kuid orgaanilise aine eemaldamise efektiivsus vähenes. See on spekulatsioon, mille põhjuseks on ringlussevõtu tõttu suurenenud üldine vool bioloogilises paagis, mis viis lahustunud hapniku anoksilisse tsooni, mõjutades anoksilist keskkonda. Lisaks lühenes tegelik HRT igas tsoonis ja üleminek töötingimuste vahel kiirenes, mis viis efektiivsuse vähenemiseni. Selle Lõuna-Hiina projekti puhul, kus TN-i kontsentratsioon ei ole väga kõrge, vastavate mõjuomaduste puhul vastab kahe{8}}etapiline AO täielikult heitvee nõuetele, mis ei näita kolme -etapilise AO jaoks selget eelist. Suure COD-i ja suure TN-i sissevooluga stsenaariumide jaoks võib kolme{11}}etapiline AO olla sobivam.
② Mõjujaotussuhte reguleerimise uuring
Nii kahe{0}}etapilise kui ka kolme-astme AO määrati esimeses AO etapis 100% sisemise ringlussevõtuga. Uuringud viidi läbi mitmepunktiliste mõjude jaotussuhete kohta (1:0:0, 3:7:0, 2:4:4). Siin tähendab 1:0:0, et kogu sissetulek siseneb päris esiosast; 3:7:0 kolme -etapi AO puhul tähendab, et sissevool jaotub ainult anaeroobsesse tsooni ja teise AO faasi. Kohandatud jaotussuhete simulatsioonitulemused on näidatudTabel 3.
Tabelist 3 on näha, et jaotussuhtel on väike mõju heitvee kvaliteedile. Üldine suundumus on see, et hilisematesse etappidesse jaotatud sissevoolu osakaalu suurenedes tõusevad heitvee TN, NH₃-N ja TP kontsentratsioonid ning järk-järgult suureneb ka aeratsioonivajadus. Kui sissevoolu suhe oli 3:7:0, näitas kolme-astme AO veidi paremat TN-i eemaldamist ja veidi madalamat õhu---vee suhet kui kahe-astme AO. Kuid tegelikus töös on see erinevus üldiselt tühine. Veelgi enam, influentide osakaalu suurendamine hilisematesse etappidesse, kuigi see on kasulik süsinikuallika kasutamisele denitrifikatsioonis, suurendab paratamatult biokeemiliste reaktsioonide koormust NH₃-N, orgaanilise aine ja TP sisestamise tõttu. Seetõttu on soovitatav säilitada mitme-punkti sissevoolu konfiguratsioon ja teha töötamise ajal etapiviisilisi muudatusi tegeliku veekvaliteedi alusel. Väärib märkimist, et kuigi kolme-etapiline AO näitas paremat TN-i eemaldamist kui kahe-etapiline AO sissevoolu suhtega 2:4:4, kui sissevool hilisematesse etappidesse suurenes, näitas heitvee NH₃-N tõusutendentsi, misjärel ei suutnud NH₃-N normi enam ületada{2NH3}.
③ Kahe{0}}etapi ja kolme-etapi ravi tulemuslikkus
Kolme-etapilise AO konfiguratsiooni simuleeriti HRT=14 h, võrdsete mahusuhetega iga etapi jaoks (1:1:1), 100% sisemise ringlusse seadmisega esimeses AO etapis ja sissevoolu suhtega 4:3:3 kahel tingimusel: 100% taaskasutusega ja suletud ringlusega. Kahe-etapilise AO konfiguratsiooni simuleeriti HRT=14 h, 100% sisemise taaskasutuskomplektiga ja sissevoolu suhtega 4:3:3. Tulemused näitasid, et kahe-etapi AO saavutas optimaalse väljavoolu TN väärtusel 6,29 mg/l; kolme-astme AO esiosa 100% sisemise taaskasutusega saavutas paremuselt järgmise 7,51 mg/l; kolme-etapi AO ilma sisemise ringluseta toimis halvemini 8,52 mg/l juures. Kõik kolm stsenaariumi võiksid vastata heitvee kontrollimise nõudele (TN väiksem kui 10 mg/l või sellega võrdne).
Tabel 4näitab disainiparameetrite võrdlust kahe{0}}etapilise ja kolme-etapi AO vahel. On näha, et mõlema protsessi puhul on heitvee TN-i nõude saavutamiseks vajalik HRT alla 18 tunni. Peamised erinevused kahe protsessi vahel on järgmised:
a. Teoreetiliselt, on kolme-astme AO ülempiir kõrgem; st nõuetekohase kasutamise korral võivad nii investeerimis- kui ka tegevuskulud olla väiksemad. Kahe-etapilisel AO-l on vähem seadmeid ja etappe, mille tulemuseks on madalamad seadmete kulud ja väiksemad tööhaldusraskused.
b. Selle konkreetse projekti jaoks, kuna arvestati pikaajalist perspektiivi ja paagi maht oli kavandatud 18-tunnise HRT jaoks, oleks tsiviilinvesteeringud identsed, olenemata sellest, kas võtta kasutusele kahe-- või kolme-etapiline AO. Kolmeastmelise -etapilise AO seadme maksumus on suurem. Seetõttu on investeeringute vaatenurgast kaheastmelise AO kasutuselevõtt säästlikum.
c. Seoses tegevuskuludega, võib kolmeastmeline AO säästa ligikaudu 0,002 CNY/m³, kaotades 100% segavedeliku ringlussevõtu energiakulud. Arvestades süsinikuallika kasutamise tõhususe võimalikku vähenemist tegelikus töös, mis on tingitud vahelduvatest anoksilistest/oksilistest tingimustest kolmes -etapis AO, oleks tegelik erinevus tegevuskuludes tõenäoliselt veelgi väiksem.
2.2.2 Pikaajalise-peatatud operaatori stsenaariumi analüüs
Selle projekti ainulaadsete nõuete tõttu pidi bioloogiline paak arvestama pikaajalise -võimsuse suurendamise plaani teostatavuse ja mugavusega, st peatatud kandjate lisamise mõjuga.
MBBR protsessi tuumaks on biomassi suurendamine reaktoris suspendeeritud kandjate lisamise teel. Neid saab lisada aeroobsetesse, anoksilistesse või anaeroobsetesse paakidesse. Arvestades aga kandja keevkihistamist, suurendaks nende lisamine anaeroobsetesse või anoksilistesse mahutitesse märkimisväärselt segamisvõimsuse nõudeid. Seetõttu soovitatakse eelistatavalt aeroobsetele tankidele lisamist. Anaeroobsete/anoksiliste tsoonide mahtu saab täiendada aeroobsest tsoonist eraldamisega, samas kui aeroobse mahu defitsiit kompenseeritakse lisatud kandjatega. Teisisõnu, ebapiisava aeroobse mahu kannab rippkandjate suurenenud pindala, mis arvutatakse saasteainete koormuse teisendamise põhjal vajaliku kandekoguse määramiseks, kontrollides teatud täiteastet, et saada lisatud maht.
Arvutuste põhjal oleks kahe-etapilise AO protsessi kasutuselevõtmisel ja kõigi peatatud kandjate lisamisel esimese-etapi aeroobsesse tsooni pikas perspektiivis nõutav MBBR kandja pindala 2 597 708 m², mis maksab 12,99 miljonit CNY. Muud seotud püsiseadmete kulud (sealhulgas MBBR keevtöötlussüsteemid, spetsiaalsed segistid, sõelumissüsteemid ja intelligentsed juhtimissüsteemid) oleksid 6,15 miljonit CNY. Kolme-etapilise AO protsessi kasutuselevõtul tuleks hajutatumate tsoonide tõttu MBBR-i tsoon jagada kaheks osaks (esimene-etapp ja teine{12}}etapp aeroobne tsoon). Järelikult suureneksid vastavate MBBR-i püsiseadmete paigaldamise kulud (välja arvatud kandjad ise) veidi 7,77 miljoni CNY-ni, samas kui kandja hind jääb samaks. See tähendab, et kolmeetapilise AO kasutuselevõtt suurendaks tulevasi moderniseerimisinvesteeringuid 1,62 miljoni Hiina jüaani võrra ja suurendaks ka moderniseerimise keerukust. Lisaks on sõelumissüsteem pärast kandja lisamist kõige altid probleemidele. Kolmeastmeline{20}}AO lisab ekraanidele täiendava jaotise, mis muudab töö raskemaks.
Ülaltoodud võrdlusest nähtub, et kolme-astme AO liigse partitsiooni tõttu, mille iga partitsiooni maht on sarnane, on selle moderniseerimise raskused suuremad kui kahe-astme AO puhul. Ehitus, töö keerukus ja sõelumisseadmete lisamine toovad kaasa ka suurema investeeringu kui kahe-etapi AO puhul. Seetõttu soodustab kahe-etapilise AO kasutuselevõtt tulevast sidumist rippkanduritega.
2.3 Võrdluse tulemus
Ülaltoodud analüüsi põhjal võivad nii kahe{0}}etapilise kui ka kolme-etapilise AO protsessid saavutada eesmärgi, et heitvee TN on väiksem või võrdne 10 mg/L. Selle projekti piirtingimustel, -piiratud ruum, vajadus maksimeerida peaaegu-paagi mahtu ja pikaajaline-kava lisada peatatud operaatorid-kahe-etapi AO on eelised lähiaja investeeringute ja seadmete haldamise/hoolduse mugavuse osas. See pakub ka paremat ühilduvust tulevaseks moderniseerimiseks rippkanduritega, mille tulemuseks on väiksemad üldised investeeringud ning väiksemad moderniseerimise ja töötamise raskused. Seetõttu soovitati pärast põhjalikku kaalumist selle kujunduse jaoks kahe-etapilise AO protsessi.
3 Toimivus
Selle projekti hinnanguline koguinvesteering on 304,5721 miljonit CNY ja ehituskulud 243,6019 miljonit CNY, mis tähendab ühiku ehitusmaksumust 3480,03 CNY/m³. Ravi maksumus on 1,95 CNY/m³ ja tegevuskulu 1,20 CNY/m³.
Selle projekti jaoks on bioloogilise paagi HRT kokku 18 tundi (sisaldab: anaeroobne tsoon 2 h, esimene-etapp anoksiline tsoon 3,5 h, esimene-etapp aeroobne tsoon 7,5 h, degaseerimise tsoon 0,5 h, teine-etapp anoksiline tsoon 2,5 h, teine tsoon vee sügavus 2,5 h, 2 h 8,6 m. Rakendatud on reguleeritav sektsiooniline veevõtt, mis võimaldab vajadusel reguleerida sissevoolu jaotussuhet 20% sammuga. Tegelikus töös on segavedeliku suspendeeritud tahkete ainete (MLSS) kontsentratsioon bioloogilises paagis vahemikus 3500 kuni 4000 mg/L, muda tagastussuhe on vahemikus 40% kuni 100% ja segavedeliku sisemise ringlussevõtu suhe on vahemikus 100% kuni 200%. Tegelik sisse- ja heitvee kvaliteet on näidatudTabel 5, mis ühtib põhimõtteliselt simulatsioonitulemustega.
4 Järeldus
Kasutades juhtumiuuringuna Lõuna-Hiinas asuvat reoveepuhastusjaama, viidi BioWini simulatsiooni abil läbi tehniline ja majanduslik võrdlus kahe{0}}etapilise ja kolme-etapilise AO protsessi vahel. Kahe-etapiline AO, millel on vähem seadmeid ja etappe, madalamad seadmete kulud ja väiksemad operatiivjuhtimise raskused, sobib paremini Lõuna-Hiina oludesse, kus sissevoolu TN ei ole väga kõrge. Kolme-etapi AO puhul mõjutas sisemise ringlussevõtu seadistamine kolmanda etapi lõpust esimese anoksitsoonini negatiivselt TN-i eemaldamise tõhusust, suurendas operatiivjuhtimise raskusi ja suurendas investeerimiskulusid. Disain vastab samaaegselt lähiaja -puhastusnõuetele 50 000 m³/d ja TN alla või 10 mg/l, samas kui pikaajalise-skaala 70 000 m³/d saab saavutada rippkanduritega ühendamisel. Tegelikud töötulemused on suures osas kooskõlas BioWini simulatsiooni tulemustega, mille keskmine heitvee TN on 6,86 mg/L, mis vastab projekteerimisnõuetele.