Operativni učinak projekta nadogradnje postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Tianjinu
Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u Tianjinu podvrgnuto je projektu nadogradnje i obnove kojim je usvojen modificirani Bardenpho-MBBR proces, podižući kvalitetu otpadnih voda sa standarda razreda A navedenog u "Standardu ispuštanja zagađivača za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002) na standard klase A lokalnog standarda DB za Tianjin 12/599-2015. Proces reaktora s pokretnim slojem biofilma (MBBR) uključuje dodavanje suspendiranih nosača MBBR-a u reaktor, osiguravajući mjesta za pričvršćivanje mikroba i formiranje pričvršćenih biofilmova, čime se povećava učinkovita biomasa u sustavu i postiže uklanjanje zagađivača. MBBR proces nudi prednosti kao što su visoko opterećenje tretmana, jaka otpornost na udarna opterećenja, stabilne performanse tretmana, jednostavno operativno upravljanje i fleksibilan rad procesa. Sve veći broj postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Kini usvaja MBBR proces za obnovu. Ovaj rad analizira radni učinak UPOV-a u Tianjinu nakon njegove nadogradnje, s ciljem pružanja reference za slične projekte nadogradnje.
1. Trenutačni biološki proces uklanjanja dušika i fosfora
Izvorni biološki spremnik koristio je A²/O proces s kapacitetom obrade od 12.500 t/d. Projektirana ukupna starost mulja bila je 14 dana, koncentracija suspendiranih krutih tvari u miješanoj tekućini (MLSS) bila je 3500 mg/L, projektirana temperatura vode bila je 10 stupnjeva, prinos mulja bio je 0,936 kgSS/kgBOD, a opterećenje muljem bilo je 0,082 kgBOD/kgMLSS. Efektivna dubina vode biološkog spremnika bila je 6 m, s ukupnim volumenom spremnika od 9.052,2 m³ i ukupnim hidrauličkim vremenom zadržavanja (HRT) od 17,4 sata. Distribucija HRT-a bila je: selektorska zona 0,58 h, anaerobna zona 1,38 h, anoksična zona 2,85 h, swing zona 0,92 h i aerobna zona 11,67 h. Recikliranje mulja bilo je 100%, a interno recikliranje miješane tekućine 300%. Izvorni biološki spremnik prvenstveno se sastojao od anaerobnih-anoksičnih-aerobnih odjeljaka. Radni parametri mogu se prilagoditi na temelju uvjeta utjecaja i zahtjeva za efluent kako bi se postiglo uklanjanje dušika i fosfora, s kvalitetom efluenta koja zadovoljava standard Grade A GB 18918-2002.
2. Prikaz Projekta dogradnje i obnove
Ova nadogradnja imala je za cilj poboljšati kvalitetu otpadnih voda kako bi se ispunio standard klase A lokalnog standarda Tianjin "Standard ispuštanja onečišćujućih tvari za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (DB 12/599-2015). Projektirana kvaliteta dovoda i odvoda prikazana je uTablica 1. Prema projektiranim vrijednostima TN dotoka i efluenta, postizanje TN efluenta ispod 10 mg/L zahtijeva stopu denitrifikacije od 75,6% u sustavu biološkog spremnika. Izvorni biološki spremnik koristio je A²/O konfiguraciju. Izračuni temeljeni na izvornoj konfiguraciji spremnika pokazali su da bi se unutarnji omjer recikliranja trebao povećati s izvornih 200% na 310%, zajedno s dodatkom velike količine vanjskog izvora ugljika. Ovo ne samo da bi povećalo operativne troškove, već bi i veliki volumen unutarnjeg protoka recikliranja mogao poremetiti anoksičnu okolinu. To bi moglo dovesti do toga da stvarni HRT u anoksičnoj zoni bude manji od minimalnog zahtjeva, što utječe na učinkovitost denitrifikacije. MBBR proces poboljšava sposobnost denitrifikacije sustava i poboljšava kvalitetu efluenta dodavanjem suspendiranih nosača za povećanje koncentracije biomase unutar spremnika, čime se ispunjavaju zahtjevi nadogradnje.
Bez mijenjanja postojećeg volumena biološkog spremnika, rekonfigurirane su unutarnje funkcionalne zone biološkog spremnika. Izvorna konfiguracija A²/O (anaerobna-anoksična-aerobna) modificirana je u konfiguraciju Bardenpho 6-stupnja: anaerobna zona, anoksična zona, zona ljuljanja, aerobna zona, post-anoksična zona i post-aerobna zona. Točnije, izvorna selektorska zona pretvorena je u anaerobnu zonu. Izvorna anaerobna zona, zona ljuljanja (prednji dio) i anoksična zona korištene su kao pre-anoksična zona. Prednja polovica prvog hodnika u izvornoj aerobnoj zoni preinačena je u zonu ljuljačke. Izvorni prvi, drugi i treći aerobni koridori pretvoreni su u MBBR zonu, gdje su dodani viseći nosači, zajedno sa sustavima za zaštitu na ulazu/izlazu i sustavom donje pomoćne aeracije. Četvrti aerobni koridor pretvoren je u post-anoksičnu zonu. Izvorna zona ljuljačke funkcionalno je podijeljena i prilagođena na post{15}}anoksičnu i post-aerobnu zonu. Parametri obnovljenog biološkog spremnika prikazani su naTablica 2.
Što se tiče rada procesa, miješana tekućina iz aerobne zone reciklira se u anoksičnu zonu, a unutar anoksične zone dodaje se izvor ugljika. Denitrifikacijske bakterije koriste izvor ugljika za denitrifikaciju kako bi uklonile nitratni dušik proizveden u aerobnoj zoni. Preostali nitratni dušik ulazi u post-anoksičnu zonu, gdje se dodaje dodatni izvor ugljika za nastavak denitrifikacije. Nakon obnove, koncentracija suspendiranih krutih tvari u miješanoj tekućini (MLSS) je 4.000 mg/L, reciklaža mulja je 50%-100%, interna reciklaža miješane tekućine je 200%-250%, a otopljeni kisik u MBBR zoni je 2-5 mg/L. Dijagram toka procesa nakon obnove prikazan je uSlika 1.
3. Puštanje sustava u pogon nakon obnove biološkog spremnika
Nakon završene obnove biološkog spremnika pristupilo se fazi puštanja u rad. Odvodnjeni mulj iz drugog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda dodan je u biološki spremnik, brzo povećavajući koncentraciju mulja na iznad 3.000 mg/L u kratkom vremenu. To je skratilo razdoblje kultivacije i aklimatizacije mulja, omogućivši brzo pokretanje biološkog spremnika i vraćanje njegovog kapaciteta uklanjanja dušika i fosfora. Tijekom razdoblja probnog rada, zbog relativno niskog dotoka i koncentracije onečišćujućih tvari, stvarno pogonsko opterećenje bilo je manje od proračunskog. Pristup je bio prvo kultivirati i aklimatizirati aktivni mulj dok se biološki sustav ne stabilizira i kvaliteta efluenta ne zadovolji standarde, zatim dodati MBBR nosače za stvaranje biofilma.
Nakon što su nosači dodani u aerobni dio biološkog spremnika, prvo su uronjeni. Mikroorganizmi se postupno pričvršćuju na njihovu površinu. Vizualno, boja površine nosača promijenila se iz bijele u blijedo zemljano žutu kako se više mikroorganizama pričvrstilo, a biofilm je postao gušći. Boja nosača postupno se produbljivala. Dva mjeseca nakon dodavanja nosača, formiranje biofilma bilo je dobro, s površinom nosača koji je izgledao žućkasto-smeđe, a boja se postupno produbljivala. Četiri mjeseca nakon dodavanja nosača, biofilm na površini nosača izgledao je tamnosmeđe i bio je gust. Napredovanje stvaranja biofilma može se intuitivno promatrati na temelju promjena u boji nosača, kao što je prikazano uSlika 2. U prosincu 2021. mikroskopsko ispitivanje aktivnog mulja iz biološkog spremnika i mulja iz nosača otkrilo je kompaktne flokul strukture s dobrim svojstvima adsorpcije i taloženja. Vizualno, nosači su pokazali očito stvaranje biofilma. Mikroskopskim pregledom identificirani su organizmi kao što su Vorticella, Opercularia i Epistylis, uz povremena viđenja nekoliko pokretnih cilijata, što ukazuje na završetak faze stvaranja biofilma.
4. Radna izvedba nakon obnove biološkog spremnika
4.1 Učinkovitost uklanjanja za COD i BOD nakon renoviranja
Vrijednosti KPK i BPK za 2022. prikazane su uSlika 3. KPK u otpadnoj vodi kretao se od 10,2 do 24,9 mg/L, s prosjekom od 18,0 mg/L. BPK u efluentu kretao se od 2,1 do 4,9 mg/L, s prosjekom od 3,4 mg/L. I otpadne vode KPK i BPK stabilno zadovoljavaju Tianjin lokalni standard klase A. Renovirani sustav ne samo da je pokazao dobre performanse uklanjanja KPK i BPK, već je također održavao stabilne i usklađene razine KPK i BPK u otpadnim vodama tijekom sezone poplava, čak i kada je stvarno opterećenje postrojenja doseglo 110% projektiranog kapaciteta. To pokazuje da sustav ima dobru otpornost na udarna opterećenja.
4.2 Učinkovitost uklanjanja za TN i NH3-N nakon obnove
Vrijednosti TN i NH₃-N za 2022. prikazane su uSlika 4. TN se kretao od 3,72 do 8,74 mg/L, s prosjekom od 6,43 mg/L. NH3-N kretao se od 0,02 do 1,25 mg/L, s prosjekom od 0,12 mg/L. Tijekom zimskog rada, zbog nižih temperatura, smanjene su stope nitrifikacije i denitrifikacije. U praksi je koncentracija mulja povećana na iznad 6000 mg/L. Rad pri visokoj koncentraciji mulja je koristan za poboljšanje otpornosti biološkog sustava na udarna opterećenja, posebno na niskim temperaturama. Sinergija između visoke koncentracije mulja i biofilma pričvršćenog na MBBR nosače pojačava učinak tretmana biološkog sustava.
MBBR nosači pružaju povoljno okruženje za mikrobne zajednice, podržavajući njihov rast i reprodukciju. Nakon privikavanja i sazrijevanja jača nitrifikacijski i denitrifikacijski kapacitet biofilma. Mikroorganizmi se pričvršćuju i rastu slojevito na površini nosača, povećavajući gustoću zoogloee i formirajući velike, guste i brzo stabilne strukture mulja. Kada se suoče s vanjskim promjenama kvalitete vode, mikroorganizmi na površini nosača izlučuju izvanstanične polimerne tvari (EPS) za samo-zaštitu, čime se smanjuje utjecaj naglih promjena kvalitete vode na mikroorganizme unutarnjeg-sloja.
U uređajima za pročišćavanje otpadnih voda koji koriste MBBR proces, uočeni su fenomeni istodobne nitrifikacije i denitrifikacije (SND) u zoni aerobnog prijenosa. Ispitivanje TN vrijednosti influenta i efluenta iz zone aerobnog nosača pokazalo je razliku od 2-6 mg/L. Ta je razlika bila izraženija, posebno kada je otopljeni kisik u aerobnom spremniku kontroliran ispod 2 mg/L, što ukazuje na značajniju SND u uvjetima niske razine otopljenog kisika. Efluent TN iz sekundarnog taložnika u potpunosti je zadovoljio standarde, što znači da je uklanjanje TN završeno unutar faze biološke obrade. U stvarnom radu, denitrifikacijski duboko-filtar radi kao zaštitni proces. U normalnim uvjetima funkcionira kao obični filtar kako bi se osiguralo da SS indikatori zadovoljavaju standarde.
4.3 Učinkovitost uklanjanja za TP i SS nakon obnove
Vrijednosti TP i SS efluenta za 2022. prikazane su uSlika 5. TP efluenta UPOV-a kretao se od 0,04 do 0,22 mg/L, s prosjekom od 0,10 mg/L. SS u efluentu kretao se od 1 do 4 mg/L, s prosjekom od 2,2 mg/L. Nakon nadogradnje, efluent sekundarnog taložnika bio je oko 1,0 mg/L, a SS oko 26 mg/L. Dodavanjem željeznog klorida i PAM-a u visoko{12}}učinkoviti sedimentacijski spremnik kako bi se poboljšala koagulacija i kroz daljnje pročišćavanje u denitrifikacijskom duboko-filteru, efluent TP i SS stabilno je zadovoljavao Tianjin lokalni standard klase A, a vrijednost boje je značajno smanjena.
5. Zaključak
Kako bi zadovoljio lokalni standard klase A u Tianjinu, izvorni A²/O proces u UPOV-u transformiran je u Bardenpho konfiguraciju s pet-faza, uključujući MBBR proces u aerobnom dijelu kako bi se poboljšalo biološko uklanjanje dušika, smanjujući efluent TN i NH3-N. Tijekom sezone poplava s protokom preopterećenja, svi su pokazatelji stabilno zadovoljavali standarde, pokazujući dobru otpornost na udarce. Nakon obnove biološkog spremnika, omjer unutarnjeg recikliranja bio je 200%–300%, vanjski reciklaž mulja bio je 50%–100%, koncentracija mulja bila je 4000–6000 mg/L, otopljeni kisik u aerobnoj zoni kontroliran je na 3–5 mg/L, a otopljeni kisik u anaerobnoj zoni kontroliran je na 0,2–0,5 mg/L. U 2022. kakvoća otpadnih voda UPOV-a bila je: KPK 10,2–24,9 mg/L, prosječno 18,0 mg/L; BPK 2,1–4,9 mg/L, prosječno 3,4 mg/L; NH3-N 0,02–1,25 mg/L, prosječno 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, prosječno 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, prosječno 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, prosječno 2,2 mg/L. Sve su postojano zadovoljile standard klase A lokalnog standarda Tianjin "Standard ispuštanja onečišćujućih tvari za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (DB 12/599-2015).