Nadogradnja dizajna i prakse postrojenja za pročišćavanje kvalitete vode Xin'an Qianhe na temelju AAOAO-MBBR procesa i oksidacije ozona
Qingdao, kao ključni nacionalni obalni središnji grad, postigao je značajne rezultate u ekološkom upravljanju. Međutim, u usporedbi s-međunarodnim metropolama najviše razine, njegov urbani sustav upravljanja vodnim okolišem i dalje se suočava sa strukturnim izazovima.
Trenutačno postoje praznine između stope pokrivenosti mrežom odvodnih cijevi, operativne učinkovitosti postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i očekivanja javnosti za visoko{0}}kvalitetno vodno okruženje. Postoji i udaljenost od realizacije ekološke vizije izgradnje "Prelijepog Qingdaoa".
Kako bi se suočio s tim izazovima, Qingdao hitno mora provesti sustavne mjere kao što su znanstveno planiranje, optimizirana raspodjela resursa i ojačana ulaganja u infrastrukturu. Ovi napori imaju za cilj sveobuhvatno povećanje učinkovitosti mreže prikupljanja otpadnih voda i terminalnih kapaciteta za pročišćavanje, čime se učvršćuju ekološki temelji za održivi razvoj grada.
Projekt postrojenja za pročišćavanje kvalitete vode Xin'an Qianhe nalazi se u novom području Qingdaoa na zapadnoj obali. Ima projektirani kapacitet obrade od 50.000 m³/d, ukupnu površinu od 33.154 m² i ukupnu investiciju od 182,4 milijuna juana. Studija izvodljivosti za projekt dovršena je u ožujku 2021., idejni projekt i proračun odobreni su u lipnju iste godine, a izgradnja je službeno započela u travnju 2023. Trenutno je u fazi izgradnje. Izvorni dizajn zahtijevao je da ključni parametri otpadnih voda zadovoljavaju standarde klase V navedene u GB 3838-2002 "Standardi kvalitete okoliša za površinske vode", dok su ukupni dušik (TN) i drugi pokazatelji trebali zadovoljiti standarde razreda A GB 18918-2002 "Standard ispuštanja zagađivača za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda."
U ožujku 2022. Uprava za vode Qingdao izdala je "Obavijest o izvođenju radova nadogradnje i obnove za urbana postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Qingdaou." Ova obavijest zahtijevala je da se postrojenja za pročišćavanje oko zaljeva Jiaozhou, Bohai i duž rijeka dovrše nadogradnju, podižući standard ispuštanja na kvazi-klasu IV kvalitete površinske vode, s kontroliranim TN efluenta između 10-12 mg/L. Objava ove politike pala je unutar intervala između odobrenja preliminarnog dizajna projekta (lipanj 2021.) i njegovog fizičkog početka (travanj 2023.), stvarajući tehnički jaz između već odobrenih izvornih standarda dizajna i najnovijih zahtjeva za zaštitu okoliša. Kao novo postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u novom području Zapadne obale, kako bi se osigurala usklađenost po završetku, postalo je imperativ istovremeno provesti optimizaciju procesa tijekom faze izgradnje i razviti ekonomski izvediv plan nadogradnje kroz studije izvodljivosti.
1. Dizajn i odabir procesne sheme
1.1 Projektirana kvaliteta otpadnih voda
Standardi za otpadne vode projekta poboljšani su s kvazi-klase V na kvazi-klasu IV kvalitete površinske vode. Bila su potrebna razumna tehnička rješenja za daljnje smanjenje vrijednosti pokazatelja kao što su BPK, KPKCr,TN, NH3-N i TP u efluentu. Specifična analiza prikazana je uTablica 1.
1.2 Odabir inženjerske tehničke sheme
Tijek procesa postrojenja u izgradnji prikazan je naSlika 1.
Postrojenje u izgradnji usvaja postupak "Prethodna obrada + modificirani AAOAO biokemijski spremnik + sekundarni taložni spremnik + visoko-učinkoviti sedimentacijski spremnik + V-filter + oksidacija ozona". Raspored struktura je kompaktan, ne ostavljajući višak zemljišta za projekt nadogradnje, koji se stoga mora temeljiti na izgradnji koja je u tijeku. Nadogradnja prvenstveno cilja na uklanjanje zagađivača kao što je KPKKr, NH3-N, TN i TP. Predložene su dvije komparativne sheme, kao što je detaljno opisano uTablica 2.
Shema 1: AAOAO-MBBR + visoko{3}}učinkovit proces taložnika
- Modifikacija biokemijskog sustava: Optimizirajte strukturu AAOAO biokemijskog spremnika u izradi. Povećajte kapacitet denitrifikacije povećanjem volumena anoksične zone. Istovremeno dodajte nosače MBBR-a lokalno u aerobnu zonu kako biste formirali kompozitni proces, jačajući učinkovitost biokemijskog uklanjanja NH₃-N i TN.
- Nadogradnja fizikalno-kemijskog sustava: Optimizirajte strukturu spremnika i parametre prateće opreme visoko{0}}učinkovitog taložnika kako biste osigurali stabilnu usklađenost s TP-om.
- Napredno poboljšanje liječenja: Povećajte dozu u jedinici za oksidaciju ozona kako biste dodatno razgradili vatrostalnu organsku tvar, osiguravajući CODKrusklađenost pražnjenja.
Shema 2: Visoko{1}}učinkoviti sedimentacijski spremnik + proces denitrifikacijskog dubokog filtra
- Optimizacija načina rada: Održavajte izvornu strukturu AAOAO biokemijskog spremnika. Dodajte podesive uređaje za prozračivanje u post-anoksičnu zonu za dinamičko prebacivanje između anoksičnog/aerobnog načina rada na temelju kvalitete utjecaja, osiguravajući učinkovitost tretmana NH₃-N.
- Nadogradnja fizikalno-kemijskog sustava: Optimizirajte strukturu spremnika i parametre prateće opreme visoko{0}}učinkovitog taložnika kako biste osigurali stabilnu usklađenost s TP-om.
- Usvajanje denitrifikacijskog filtra: Pretvorite filtar tipa V- u filtar dubokog sloja za denitrifikaciju, koristeći doziranje izvora ugljika za poboljšanje sposobnosti uklanjanja TN.
- Napredno poboljšanje liječenja: Povećajte dozu u jedinici za oksidaciju ozona kako biste dodatno razgradili vatrostalnu organsku tvar, osiguravajući CODKrusklađenost pražnjenja.
Obje sheme mogu zadovoljiti zahtjeve za uklanjanje dušika i fosfora. Shema 1 koristi modifikacije biokemijskog spremnika kako bi se postiglo uklanjanje TN. Njegova prednost leži u potpunom iskorištavanju ulaznog izvora ugljika. Kada ulazni TN fluktuira, vanjski izvor ugljika također se može dodati u anoksičnu zonu za uklanjanje TN. Za usporedbu, denitrifikacijski duboko slojni filtar koji se koristi u shemi 2 zahtijeva upotrebu vanjskog izvora ugljika i zahtijeva dugo-održavanje mikrobne aktivnosti u filtru, povećavajući operativne troškove. Iako su investicijski troškovi izgradnje za obje sheme usporedivi, na temelju višedimenzionalnih razmatranja uključujući kontrolu operativnih troškova, stabilnost procesa i učinkovitost iskorištavanja izvora ugljika, Shema 1-koja nudi i ekonomsku učinkovitost i operativnu fleksibilnost-u konačnici je odabrana kao proces implementacije za projekt nadogradnje.
2. Ključne točke inženjerskog dizajna
2.1 Modifikacija biokemijskog sustava
Temeljna tehnologija procesa MBBR leži u postizanju učinkovitog fluidiziranog kretanja suspendiranih nosača kroz dizajn, čime se značajno povećava učinkovitost biorazgradnje sustava za zagađivače. Ovaj procesni sustav sastoji se od pet ključnih elemenata: visoko{1}}mehanički-nosači biofilma, prilagođena struktura hidrauličkog spremnika, usmjereni sustav prozračivanja, precizni uređaj za presretanje i oprema za pogon tekućine. Na temelju prilagođenih volumena spremnika i projektnih parametara operativnog projekta najma opreme za pročišćavanje otpadnih voda (MBBR) od 20.000 m³/d unutar regionalnog kanalizacijskog sustava, izračunata ukupna potrebna efektivna površina visećih nosača je približno 2.164.000 m². Projektirana efektivna specifična površina MBBR nosača veća je od 750 m²/m³. Tablica proračuna dizajna za modificirani volumen spremnika AAOAO-MBBR prikazana je uTablica 3.
2.2 Nadogradnja fizikalno-kemijskog sustava
Visoko{0}}učinkovit taložnik dizajniran je za rad u dvije paralelne grupe. Renoviranje ove jedinice usvaja obrazac procesnog paketa, pri čemu dobavljač opreme daje potpuna -tehnička jamstva za proces i obvezuje se na performanse. Osnovni parametri procesa i konfiguracije opreme su sljedeći.
Koagulacijski spremnik sastoji se od dvije skupine s ukupno 4 odjeljka. Projektirana veličina pojedinačnog odjeljka je 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Vršno vrijeme zadržavanja je približno 3,8 minuta, s gradijentom brzine (G) većim ili jednakim 250 s-¹. Svaka mješalica je konfigurirana s jednom-jedinicom snage 4 kW.
Spremnik za flokulaciju sastoji se od dvije skupine s ukupno 2 odjeljka. Dizajnirana veličina jednog odjeljka je 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Maksimalno vrijeme zadržavanja je približno 8,3 minute. Unutarnji promjer vučne cijevi je 2.575 mm. Konfiguriran je s mješačima turbinskog-tipa Φ2500 mm, svaka snage 7,5 kW.
Taložnik se sastoji od dvije skupine. Površina nagnute cijevi za jednu grupu je približno 84 m². Promjer taložnika je 11,7 m. Projektirana prosječna brzina hidrauličkog opterećenja na površini nagnute cijevi je 12,4 m³/(m²·h), s vršnom vrijednošću od 16,1 m³/(m²·h). Projektirana prosječna stopa hidrauličkog opterećenja za zonu taloženja je 7,6 m³/(m²·h), s vršnom vrijednošću od 9,9 m³/(m²·h).
Sustav za doziranje kemikalija konfiguriran je na sljedeći način: Komercijalni polialuminijev klorid (PAC) tekući (10% Al₂O₃) dizajniran je kao koagulant, doziran na više točaka u ulaznom dijelu spremnika za koagulaciju. Dizajnirana najveća doza je 300 mg/L, s prosječnom dozom od 150-200 mg/L. Upotrebljavaju se mehaničke membranske mjerne pumpe, konfigurirane s 10-strukim online sustavom razrjeđivanja. Anionski poliakrilamid (PAM) dizajniran je kao flokulant, koji se dozira u odjeljak za flokulaciju visoko{15}}učinkovitog taložnika. Koristi se komplet potpuno automatske kontinuirane jedinice za pripremu otopine PAM i doziranje, s koncentracijom otopine od 2 g/L. Dizajnirana najveća doza je 0,6 mg/L, s prosječnom dozom od 0,3 mg/L. Pumpe za doziranje su pužne pumpe za doziranje, također opremljene 10-strukim online sustavom razrjeđivanja.
2.3 Verifikacija pilot-eksperimenta oksidacije ozona
Kako bi se potvrdila izvedivost efluenta nadograđenog postrojenja koji stabilno zadovoljava standarde za površinske vode klase IV (KPK koncentracija manja od ili jednaka 30 mg/L), ova je studija odabrala sekundarne efluente iz prve i druge faze Lianwanhe postrojenja za pročišćavanje kvalitete vode kao predmet istraživanja u lipnju 2024. Eksperiment provjere učinkovitosti za napredni proces obrade "Filtracija pijeska + oksidacija ozona" je bio provodio. Eksperiment je imao za cilj procijeniti primjenjivost ovog procesa na dizajn projekta Xin'an i ostvarivost cilja.
Ovaj eksperiment koristio je postojeću malu -jedinicu za filtriranje pijeska (kapacitet obrade 1,5 m³/h) unutar tvornice Lianwanhe. Pilot-uređaj za reakciju oksidacije ozona (toranj reaktor, efektivni volumen 0,5 m³) postavljen je na-licu mjesta. Postojeći efluent sekundarnog taložnog spremnika filtriran je malim pješčanim filtrom, zatim podignut pumpom kako bi s vrha ušao u toranj za oksidaciju ozona. Oksidacijski učinak ozona korišten je za uklanjanje vatrostalnih organskih tvari iz dotoka, čime se postiglo daljnje smanjenje KPK.
2.3.1 Izvedba "filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri doziranju ozona od 20 mg/L i HRT-u od 30 min
Tijekom ove faze istraživanja, ulazna koncentracija KPK kretala se od 38,2 do 43,4 mg/L, s prosjekom od 40,4 mg/L. Nakon obrade postupkom "Filtracija pijeskom + oksidacija ozonom", konačni KPK u otpadnoj vodi iznosio je prosječno 28,8 mg/L. Eksperiment je otkrio da kada je koncentracija KPK bila visoka, još uvijek je bilo slučajeva u kojima KPK u otpadnoj vodi nije zadovoljavala standard. Dodatno, konačna boja efluenta iz pilot testa ostala je viša od one u efluentu, ne zadovoljavajući standard ispuštanja. Pojedinosti su prikazane uSlika 2(a).
2.3.2 Izvedba "filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri doziranju ozona od 25 mg/L i HRT-u od 30 min
Kako bi se dodatno poboljšalo uklanjanje COD-a i smanjila boja efluenta, ova je faza nastavila povećavati dozu ozona uz održavanje HRT-a na 30 minuta. U ovoj eksperimentalnoj fazi, ulazna koncentracija KPK kretala se od 36,3 do 46,2 mg/L, prosječno 40,4 mg/L. Nakon tretmana koncentracija KPK smanjena je na 28 mg/L. Konačna boja efluenta iz pilot testa i dalje je bila viša od one u efluentu, ne zadovoljavajući standard ispuštanja. Pojedinosti su prikazane uSlika 2(b).
2.3.3 Izvedba "filtracije pijeska + oksidacije ozona" pri doziranju ozona od 30 mg/L i HRT-u od 30 min
Pod uvjetima doze ozona od 30 mg/L i HRT-a od 30 minuta, postupak "filtracije pijeskom + oksidacije ozona" pokazao je dobru učinkovitost tretmana za KPK sekundarnog efluenta. U ovoj ispitnoj fazi, ulazna koncentracija KPK kretala se od 38,2 do 42,2 mg/L, prosječno 40,2 mg/L. Nakon tretmana, koncentracija KPK u efluentu ostala je stabilna ispod 30 mg/L, u prosjeku 26 mg/L. U ovoj fazi, postupak je također pokazao dobru učinkovitost uklanjanja boje, s izmjerenom bojom koja je dosljedno ispod 20, stabilno zadovoljavajući standard pražnjenja. Pojedinosti su prikazane uSlika 2(c).
2.3.4 Eksperimentalni zaključak
Na temelju eksperimentalnih rezultata, pod optimalnim reakcijskim uvjetima, omjer doze ozona (30 mg/L) i uklanjanja KPK (12,2 mg/L) u jedinici za obradu ozonom bio je 2,45:1,00.
Pilot eksperiment dokazao je da napredni proces obrade "filtracija pijeska + oksidacija ozona" može učinkovito smanjiti KPK vrijednost reprezentativnog sekundarnog efluenta iz postrojenja Lianwanhe. Stoga, usvajanje procesa "Filtracija pijeska + oksidacija ozona" kao naprednog procesa obrade za projekt Xin'an Qianhe ima dobru izvedivost i može osigurati da KPK u otpadnim vodama projekta ostane stabilan ispod 30 mg/L.
3. Zaključak
Ovo se istraživanje usredotočuje na tri osnovna modifikacijska modula: sustav biokemijske obrade usvaja AAOAO-MBBR hibridni (suspendirani i pričvršćeni rast) proces; jedinica za fizikalno-kemijsku obradu optimizira strukturu spremnika i odabir opreme za visoko{1}}učinkoviti taložnik; a veza naprednog tretmana potvrđena je pilot-eksperimentom oksidacije ozona.
Kroz sinergijsku optimizaciju ovog procesnog lanca, izgrađen je potpun-sustav obrade procesa "Biokemijsko poboljšanje – Fizičkokemijsko poboljšanje – Napredna zaštita". Istovremeno, ovaj inženjerski dizajn slijedi objektivnu činjenicu tekuće izgradnje projekta, zahtijevajući koordiniranu optimizaciju slijeda izgradnje za sve strukture kako bi se maksimiziralo korištenje postojećih objekata i smanjilo opterećenje obnove.
Projekt koristi standard kvalitete otpadnih voda postrojenja u izgradnji kao mjerilo za kvalitetu utjecaja na projekt. Ispuštene koncentracije KPKKr, BPK5, NH3-N i TP moraju biti u skladu sa standardima klase IV (TN manje od ili jednako 10/12 mg/L) navedenim u GB 3838-2002 "Standardi kvalitete okoliša za površinske vode." Ostali pokazatelji moraju biti u skladu sa standardima razreda A GB 18918-2002 "Standard ispuštanja onečišćujućih tvari za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda". Ovaj projekt nadogradnje ima projektirani opseg od 50 000 m³/d, ukupnu investiciju od 27,507 milijuna juana, operativni trošak od 0,3 juana/m³, ukupni trošak od 0,39 juana/m³ i operativnu cijenu vode od 0,45 juana/m³.