BIOLAK-i protsessi rakendamine reoveepuhastusjaama ajakohastamisel kvaasi{0}}IV klassi standarditele
21. sajandi alguses Hiinas kasutusele võetud BIOLAK-protsess saavutas oma lihtsa struktuuri ja madalate investeerimiskulude tõttu laialdase kasutuse olmereoveepuhastuses. Viimastel aastatel on tühjendusstandardite karmistamise ja automatiseerimise suurenemise tõttu enamik olemasolevaid BIOLAKi tehaseid uuendatud. Lämmastiku ja fosfori eemaldamise parandamiseks rakendatakse täiustusi, nagu rippuvate kandurite lisamine, paakide tagantjärele paigaldamine ja funktsionaalsete tsoonide uuesti määratlemine. Kuigi vastvalminud tehased kasutavad valdavalt A²/O ja oksüdatsioonikraavi protsesse, on BIOLAKi tegeliku toimimise kohta vähe aruandeid, eriti rangete heitestandardite puhul. BIOLAK-protsess kasutab õõtsuvaid aeratsioonikette, et luua ajalisi anoksilisi ja aeroobseid tsoone, mis toimivad sisuliselt mitmeastmelise õhu-/väljavooluprotsessina. Operatsiooni optimeerimise kaudu suudab heitvee kvaliteet stabiilselt vastata kvaasi-IV klassi pinnaveestandardile.
1 Projekti taust
Hebei provintsis asuv reoveepuhasti kasutab põhitehnoloogiana BIOLAKi protsessi. Sissevool jääb vahemikku 18 000 kuni 22 000 m³/d, keskmiselt 19 000 m³/d, puhastades peamiselt linna olmereovett ja vähesel määral põllumajandusliku töötlemise reovett. Projekteeritud sisse- ja heitvee omadused on näidatud jooniselTabel 1. Algne heitestandard oli A-klassi standard *"Komunaalreoveepuhastite saasteainete heitestandard" (GB 18918-2002)*. Pärast uuendust, mis hõlmas anaeroobse tsooni eraldamist denitrifikatsiooni ja fosforisatsiooni parandamiseks, järgib tehas nüüd *"Daqingi jõgikonna veesaasteainete heitestandardite" (DB13/2795-2018)* peamisi kontrollpiirkonna piirnorme. Kõik muud näitajad, välja arvatud üldlämmastik, vastavad punktis *"Pinnavee keskkonnakvaliteedi standardid" (GB 3838-2002)* määratletud IV klassi standarditele. Protsessi voog on näidatud jooniselJoonis 1.
Taim kasutab desinfitseerimiseks naatriumhüpokloriti. Muda veetustatakse kõrgsurve-plaadi- ja raamifiltratsiooniga kuni niiskusesisalduseni alla 60%, enne kui see transporditakse tsemendiahjudesse kaastöötlemiseks.
Iga puhastusüksuse panus saasteainete eemaldamisse arvutati massibilansi põhjal, kasutades selleks kirjandusest viidatud spetsiifilisi meetodeid.
2 Operatiivjuhtimise optimeerimise meetmed
Käitamise ajal rakendati mitmeid optimeerimismeetmeid, et suurendada heitvee stabiilsust ning saavutada energia- ja kulude kokkuhoid.
2.1 Tõhustatud lahustatud hapniku (DO) kontroll
Olemasolevad BIOLAKi moderniseerimisprojektid märgivad sageli selle nõrka tsoneeringut kui mitmeastmelist A/O-varianti, mis toob kaasa madala denitrifikatsioonitõhususe. Selles projektis säilitati heitvee ammoniaaklämmastiku vastavuse tagamisel maksimaalne DO aeratsioonitsooni lõpus 0, 5–1, 0 mg / l, mis on madalam kui tavalised DO kontrollinõuded.
2.2 Suurem protsessiandmete jälgimine
DO kontrolli ja välise süsinikuallika doseerimise juhtimiseks jälgiti anaeroobse tsooni lõpus ja BIOLAKi paagis nitraatlämmastikku ja ammoniaaklämmastikku, et määrata kindlaks optimaalsed kontrollvahemikud. Töö ajal vähendati välise süsinikuallika doseerimist või see peatati, kui nitraatlämmastik anaeroobse tsooni lõpus oli<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 Sisemiste heitvee kontrolli eesmärkide seadmine
Stabiilse vastavuse tagamiseks seati sisekontrolli eesmärgid 30–80% heite piirnormidest, lähtudes iga saasteaine kontrollimise raskusest. Nende sisemiste piiride ületamine käivitas kohesed protsessiparameetrid, et viia heitvee kontsentratsioonid vastuvõetavasse vahemikku. KHT, ammoniaaklämmastiku, üldlämmastiku ja üldfosfori iga-aastased sisekontrolli eesmärgid olid vastavalt 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L ja 0,12 mg/L.
2.4 Muda sobiva kontsentratsiooni säilitamine
Muda raiskamist reguleeriti voolu, koormuse ja aastaaja alusel. Muda retentsiooniaega (SRT) hoiti 15–25 päeva ja segavedeliku suspendeeritud tahke aine (MLSS) kontsentratsiooni 2500–4500 mg / l. Täpsemalt kontrolliti MLSS-i vahemikus 2500–3500 mg/L suvel ja sügisel, mudakoormusega umbes 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d) ning 3500–4500 mg/L talvel ja kevadel, mudakoormusega umbes 0,04 kgSS·d/(kg MLSS·d).
2.5 Täiustatud raviüksuste töö reguleerimine
Madalad temperatuurid talvel mõjutasid flokulatsiooni ja settimist. V--tüüpi filtrite enneaegne tagasipesu võib kaasa tuua kõrgendatud hõljumi ja KHT heitvees. Seetõttu suurendati talvise töötamise ajal tagasipesu sagedust, lähtudes koagulatsiooni jõudlusest, ja intensiivistati muda väljajuhtimist koagulatsiooni-settepaagist, et vähendada heitvee hõljuvaine kontsentratsiooni.
3 Ravi tulemuslikkus
Aastane sissevoolu KHT oli vahemikus 109 kuni 248 mg/l, keskmiselt 176 mg/l. Heitvee KHT oli vahemikus 9,5 kuni 20,1 mg/l, keskmiselt 12,1 mg/l. Kui heitvee COD ületas sisemise kontrolli eesmärgi (15 mg/L), suurendati heljumi vähendamiseks filtri tagasipesu sagedust. Parema koagulatsioonitõhususe huvides on soovitatav koagulatsiooni{10}}settepaak üle viia suure-tihedusega või magnetilise koagulatsiooni-settepaaki.
Aastane sissevoolava ammoniaaklämmastiku sisaldus oli vahemikus 17,8–54,9 mg/l, keskmiselt 31,9 mg/l. Väljavoolu ammoniaaklämmastik oli vahemikus 0,12 kuni 1,30 mg/L, keskmiselt 0,5 mg/L. Kui see ületas sisekontrolli eesmärgi, reguleeriti õhutamist optimeerimismeetmete järgi. Heitvee kvaliteet vastas stabiilselt kogu aasta jooksul *DB13/2795-2018* peamiste kontrollialade piirangutele.
Madala süsinikuallika kontsentratsiooni tõttu keskenduti protsessitingimuste optimeerimisele, et tõhustada lämmastiku ja fosfori eemaldamist, eesmärgiga säästa energiat ja kulusid.
3.1 DO kontrolli optimeerimine ja kogu lämmastiku eemaldamine
Aastane sissevoolu üldlämmastikusisaldus (TN) jäi vahemikku 20,3–55,6 mg/L (vt.Joonis 2), keskmiselt 42,1 mg/l. Heitvee TN jäi vahemikku 2,5–14,2 mg/l, keskmiselt 8,8 mg/l, sisekontrolli eesmärgi piires (12 mg/l). Keskmine TN eemaldamise määr oli 79,1%. Muda ringlussevõtu suhtega 90% (puudub sisemine segavedeliku ringlussevõtt) oli teoreetiline denitrifikatsiooni efektiivsus 47,4%, mis näitab, et denitrifikatsioon toimus ka muudes protsessitsoonides peale anaeroobse selektori. Lämmastiku muutused töötlemistsüklis tüüpilise tsükli jooksul on näidatudJoonis 3.
Tüüpilises tsüklis oli sissevoolava TN 42,0 mg/l, ammoniaagi ja nitraatlämmastiku summaga 35,2 mg/l. Pärast anaeroobset selektorit oli TN 16,7 mg/L, mille tulemuseks oli 43,5% eemaldamise kiirus massitasakaalu kaudu, mis on kooskõlas teoreetilise väärtusega. BIOLAKi paak aitas kaasa 24,0% TN eemaldamisele. Heitvee TN-i vähendati veelgi sekundaarses settepaagis, mis aitas kaasa täiendava 11,3% eemaldamisele, peamiselt tänu selle pikale hüdraulilisele peetumisajale (8,6 tundi), mis võimaldab endogeense süsinikuallika{10}} juhitud denitrifikatsiooni. Teiste üksuste osakaal oli 1,9%. Lõppheide TN oli 8,1 mg/L, kogueemaldusmäär 80,7%.
Kasutuskogemus näitab, et DO juhtimine on BIOLAK-i protsessis TN eemaldamisel ülioluline. Tavapärastes protsessides mõõdetakse DO-d tavaliselt aeroobse tsooni lõpus kanali struktuuris, kus DO on ristlõikes suhteliselt ühtlane. BIOLAK-i paagis on aga aeratsioonitsooni ots ligi 70 meetrit lai, kusjuures DO suureneb nõlva servast keskele, erinedes 0,5–1,0 mg/l. Seetõttu nõuab DO-sondide asukoht hoolikat tähelepanu.
Maksimaalse DO range kontrollimisega BIOLAKi aeratsioonitsooni lõpus tagati tõhusalt denitrifikatsiooniks vajalik anoksiline keskkond. Saavutati samaaegne nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon (SND), kasutades endogeenseid süsinikuallikaid, mille tulemuseks oli tõhus TN eemaldamine.
3.2 Fosfori üldeemaldus ja töö optimeerimine
Aastane sissevoolava üldfosfori (TP) sisaldus jäi vahemikku 1,47–4,80 mg/l (vt.Joonis 4), keskmiselt 2,99 mg/l. Heitvee TP oli vahemikus 0,04 kuni 0,17 mg/l. Fosfori eemaldava aine annust kohandati sisemise kontrolli sihtmärgi (0,12 mg/l) alusel. Keskmine heitvee TP kontsentratsioon oli 0,07 mg/L, mis vastab stabiilselt väljalaskestandardile, keskmise TP eemaldamise määraga 98,3%.
Fosfaadi muutused ravitsüklis tüüpilise tsükli jooksul on näidatudJoonis 5.
Sissevoolav fosfaat oli 2,70 mg/l ja tagasivoolumuda fosfaat 0,58 mg/L, mistõttu anaeroobsesse selektorisse sisenev teoreetiline fosfaat oli 1,70 mg/L. Pärast anaeroobse fosfori vabanemist polüfosfaate -akumuleerivate organismide (PAO) poolt saavutas fosfaadi kontsentratsioon 3,2 mg/l. Fosfaadi kontsentratsiooni suhe (maksimaalne anaeroobses tsoonis / sissevoolus) oli 1,9, mis viitab olulisele vabanemisele. Peamine põhjus oli efektiivne denitrifikatsioon madala DO tingimustes, mille tulemuseks oli madal nitraadikontsentratsioon anaeroobsesse tsooni tagasivoolavas mudas, säilitades hea anaeroobse keskkonna (ORP üldiselt alla -200 mV) ja soodustades fosfori vabanemist.
Pärast BIOLAKi aeratsioonitsooni toimus märkimisväärne fosfori omastamine, vähendades fosfaadi kontsentratsiooni lõpus 0,3 mg/L-ni, saavutades bioloogilise fosfori eemaldamise efektiivsuse 88,9%. Pärast sette- ja stabiliseerimispaake tõusis fosfaadi kontsentratsioon 0,64 mg/L-ni. Analüüs viitab sellele, et see oli tingitud pikast HRT-st settepaagis ja rangelt kontrollitud DO-st BIOLAK-i paagis, mis tekitas settepaagis anaeroobse seisundi ja põhjustas sekundaarse fosfori vabanemise. Pärast keemilist doseerimist koagulatsiooniüksuses vähendati fosfaadi väljavoolu 0,06 mg/l-ni. Seetõttu, arvestades majanduskulusid ja töö keerukust, on bioloogilise fosfori eemaldamise efektiivsuse ohverdamine denitrifikatsiooni suurendamiseks sarnaste tehaste jaoks elujõuline optimeerimisstrateegia.
4 Tegevuskulud
Otsesed tegevuskulud hõlmavad elektrit, kemikaale ja muda kõrvaldamist. Aastastatistika põhjal oli elektri eritarbimine 0,66 kWh/m³. Elektrihinnaga 0,65 CNY/kWh (põhineb tipp-/-tipphinna koondhinnal) oli elektrikulu 0,429 CNY/m³. See tarbimine on "olmereoveepuhastite töökvaliteedi hindamisstandardi" järgi suuremal poolel, peamiselt tänu õhutussüsteemi veidi madalamale hapnikukasutuse efektiivsusele. Kemikaalide kulud, sealhulgas naatriumatsetaat, fosfori eemaldaja, PAM, naatriumhüpoklorit ja veetustamise kemikaalid, olid kokku 0,151 CNY/m³. Konkreetne kasutus ja kulud on näidatudTabel 2.
Muda pärineb peamiselt bioloogilistest ja keemilistest (koagulatsioonipaagi) allikatest. Kõrgsurve-plaadi- ja raamifiltrit kasutatakse koos lubja ja raudkloriidiga konditsioneerimisainetena. Lubja annus on umbes 25% muda kuivmassist. Veetustatud koogi niiskusesisaldus on 60%. Päevane veetustatud muda tootmine on umbes 9 tonni, kuivmuda erisaagis on umbes 0,15%. Muda transportimine maksab 250 CNY/tonn, mille tulemuseks on muda kõrvaldamise kulu umbes 0,118 CNY/m³. Seetõttu on otsene tootmiskulu kokku 0,698 CNY/m³.
5 Järeldused
① Hebei provintsis asuv reoveepuhastusjaam, mis kasutas olmereovee puhastamiseks BIOLAK-i protsessi, töötas pidevalt ühe aasta ja heitvee kvaliteet vastas stabiilselt *DB13/2795-2018* (pinnavee kvaasi-klassi IV standard) peamistele kontrollpiirkonna piirangutele.
② Mitmeastmelise A/O protsessi variandina andis maksimaalse DO reguleerimine BIOLAKi aeratsioonitsooni lõpus 0,5–1,0 mg/L juures TN eemaldamise määraks BIOLAKi tsoonis 24,0% ja settepaagis 11,3%. Sellega saavutati samaaegne nitrifikatsioon-denitrifikatsioon ja endogeense süsinikuallika denitrifikatsioon, mis näitab märkimisväärset lämmastikueemaldusvõimet.
③ BIOLAKi protsessi otsene tegevuskulu oli 0,698 CNY/m³. Töö optimeerimise meetmed, sealhulgas protsessiandmete jälgimine ja mõistlike sisekontrolli eesmärkide seadmine, võivad anda viiteid töö optimeerimiseks ja energia/kulude kokkuhoiu saavutamiseks sarnastes reoveepuhastites.