Primjena BIOLAK procesa u nadogradnji uređaja za pročišćavanje otpadnih voda na kvazi-standarde klase IV
Uveden u Kinu početkom 21. stoljeća, proces BIOLAK dobio je široku primjenu u pročišćavanju komunalnih otpadnih voda zbog svoje jednostavne strukture i niskih troškova ulaganja. Posljednjih godina, uz pooštravanje standarda pražnjenja i povećanje automatizacije, većina postojećih BIOLAK postrojenja suočava se s nadogradnjom. Poboljšanja poput dodavanja visećih nosača, naknadne opreme spremnika i redefiniranja funkcionalnih zona implementiraju se kako bi se poboljšalo uklanjanje dušika i fosfora. Dok novoizgrađena postrojenja uglavnom usvajaju A²/O i procese oksidacije, malo je izvješća o stvarnom učinku BIOLAK-a, posebno pod strogim standardima emisije. Proces BIOLAK koristi pokretne lance prozračivanja za stvaranje vremenskih anoksičnih i aerobnih zona, u biti funkcionira kao više-fazni A/O proces. Kroz optimizaciju rada, kvaliteta otpadnih voda može stabilno zadovoljiti kvazi-standard površinske vode klase IV.
1 Pozadina projekta
Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u provinciji Hebei koristi BIOLAK proces kao svoju temeljnu tehnologiju. Dotok se kreće od 18.000 do 22.000 m³/d, u prosjeku 19.000 m³/d, pročišćavajući prvenstveno urbanu kućnu kanalizaciju i malu količinu otpadnih voda od poljoprivrednih procesa. Projektirane kvalitete dotoka i efluenta prikazane su uTablica 1. Izvorni standard ispuštanja bio je standard razreda A *"Standard ispuštanja onečišćujućih tvari za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (GB 18918-2002)*. Nakon nadogradnje koja je uključivala odvajanje anaerobne zone kako bi se poboljšala denitrifikacija i defosforizacija, postrojenje je sada u skladu s ključnim ograničenjima kontrolnog područja *"Standarda ispuštanja onečišćujućih tvari u vodu za sliv rijeke Daqing" (DB13/2795-2018)*. Osim ukupnog dušika, svi ostali pokazatelji zadovoljavaju standarde klase IV navedeni u *"Standardi kvalitete okoliša za površinske vode" (GB 3838-2002)*. Tijek procesa prikazan je uSlika 1.
Postrojenje koristi natrijev hipoklorit za dezinfekciju. Mulj se odstranjuje vodom visoko{1}}tlačnom pločom i okvirnom filtracijom do ispod 60% sadržaja vlage prije transporta na ko-obradu u cementnim pećima.
Doprinos svake jedinice za obradu uklanjanju onečišćujućih tvari izračunat je na temelju bilance mase, uz specifične metode navedene u literaturi.
2 Mjere optimizacije operativne kontrole
Višestruke mjere optimizacije implementirane su tijekom rada kako bi se poboljšala stabilnost efluenta i postigla ušteda energije i troškova.
2.1 Poboljšana kontrola otopljenog kisika (DO).
Postojeći projekti rekonstrukcije BIOLAK-a često primjećuju njegovo slabo zoniranje kao više{0}}faznu A/O varijantu, što dovodi do niske učinkovitosti denitrifikacije. U ovom projektu, uz osiguravanje sukladnosti s amonijačnim dušikom u otpadnom vodu, maksimalni DO na kraju zone prozračivanja održavan je na 0,5–1,0 mg/L, što je niže od uobičajenih zahtjeva za kontrolom DO.
2.2 Povećano praćenje procesnih podataka
Za usmjeravanje kontrole DO i doziranja vanjskog izvora ugljika, nitratni dušik i amonijačni dušik praćeni su na kraju anaerobne zone i BIOLAK spremnika kako bi se odredili optimalni kontrolni rasponi. Tijekom rada, doziranje vanjskog izvora ugljika smanjeno je ili zaustavljeno kada je nitratni dušik na kraju anaerobne zone bio<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 Postavljanje ciljeva unutarnje kontrole otpadnih voda
Kako bi se osigurala stabilna usklađenost, ciljevi unutarnje kontrole postavljeni su na 30%–80% ograničenja ispuštanja, na temelju poteškoća u kontroli svakog onečišćivača. Prekoračenje ovih unutarnjih ograničenja pokrenulo je trenutnu prilagodbu parametara procesa kako bi se koncentracije efluenta vratile u prihvatljiv raspon. Godišnji ciljevi unutarnje kontrole za KPK, amonijačni dušik, ukupni dušik i ukupni fosfor bili su 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L i 0,12 mg/L, respektivno.
2.4 Održavanje odgovarajuće koncentracije mulja
Rasipanje mulja je prilagođeno na temelju protoka, opterećenja i sezone. Vrijeme zadržavanja mulja (SRT) održavano je na 15-25 dana, a koncentracija suspendiranih čvrstih tvari u miješanoj tekućini (MLSS) na 2500-4500 mg/L. Konkretno, MLSS je kontroliran na 2500–3500 mg/L ljeti i u jesen, s opterećenjem muljem od oko 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d), i na 3500–4500 mg/L zimi i u proljeće, s opterećenjem muljem od oko 0,04 kgCOD/(kgMLSS·d).
2.5 Podešavanje rada jedinica za naprednu obradu
Niske temperature zimi utjecale su na flokulaciju i sedimentaciju. Nepravodobno ispiranje filtara tipa V- moglo bi dovesti do povišene količine suspendiranih krutih tvari u efluentu i KPK. Stoga je tijekom zimskog rada učestalost povratnog ispiranja povećana na temelju učinka koagulacije, a ispuštanje mulja iz koagulacijskog-taložnika je pojačano kako bi se smanjila koncentracija suspendiranih krutih tvari u otpadu.
3 Izvedba tretmana
Godišnji influentni COD kretao se od 109 do 248 mg/L, prosječno 176 mg/L. KPK u efluentu kretao se od 9,5 do 20,1 mg/L, prosječno 12,1 mg/L. Kada je KPK u efluentu premašio cilj unutarnje kontrole (15 mg/L), učestalost ispiranja filtra je povećana kako bi se smanjile suspendirane krutine. Preporuča se nadograditi koagulacijski-taložnik u-spremnik za-gustoću ili magnetski{12}}taložnik za bolju učinkovitost koagulacije.
Godišnji dotok amonijskog dušika kretao se od 17,8 do 54,9 mg/L, prosječno 31,9 mg/L. Efluentni amonijačni dušik kretao se od 0,12 do 1,30 mg/L, prosječno 0,5 mg/L. Kada je premašio cilj unutarnje kontrole, prozračivanje je prilagođeno mjerama optimizacije. Kvaliteta efluenta stabilno je zadovoljavala ograničenja ključnog kontrolnog područja *DB13/2795-2018* tijekom cijele godine.
Zbog niske koncentracije izvora ugljika, fokus je bio na optimizaciji uvjeta procesa kako bi se poboljšalo uklanjanje dušika i fosfora, s ciljem uštede energije i troškova.
3.1 Optimizacija kontrole DO i potpuno uklanjanje dušika
Godišnji dotok ukupnog dušika (TN) kretao se od 20,3 do 55,6 mg/L (vidiSlika 2), u prosjeku 42,1 mg/L. TN u efluentu kretao se od 2,5 do 14,2 mg/L, u prosjeku 8,8 mg/L, unutar cilja interne kontrole (12 mg/L). Prosječna stopa uklanjanja TN bila je 79,1%. S omjerom recikliranja mulja od 90% (bez internog recikliranja miješane tekućine), teoretska učinkovitost denitrifikacije bila je 47,4%, što ukazuje da se denitrifikacija također dogodila u drugim procesnim zonama izvan anaerobnog selektora. Promjene u dušiku duž niza tretmana u tipičnom ciklusu prikazane su uSlika 3.
U tipičnom ciklusu, ulazna TN bila je 42,0 mg/L, sa zbrojem amonijaka i nitratnog dušika od 35,2 mg/L. Nakon anaerobnog selektora, TN je iznosio 16,7 mg/L, što je rezultiralo stopom uklanjanja od 43,5% putem ravnoteže mase, što je u skladu s teoretskom vrijednošću. Spremnik BIOLAK doprinio je uklanjanju 24,0% TN. Efluent TN dodatno je smanjen u sekundarnom taložniku, pridonoseći uklanjanju od dodatnih 11,3%, uglavnom zbog dugog hidrauličkog vremena zadržavanja (8,6 sati) što omogućuje denitrifikaciju -potaknutu endogenim izvorom ugljika. Ostale jedinice pridonijele su uklanjanju od 1,9%. Konačni TN efluenta bio je 8,1 mg/L, s ukupnom stopom uklanjanja od 80,7%.
Radna iskustva pokazuju da je kontrola DO ključna za uklanjanje TN u procesu BIOLAK. U konvencionalnim procesima, DO se obično mjeri na kraju aerobne zone u strukturi kanala gdje je DO relativno ujednačen preko-presjeka. Međutim, u spremniku BIOLAK kraj zone prozračivanja širok je gotovo 70 metara, s DO raste od ruba padine prema središtu, s razlikom od 0,5–1,0 mg/L. Stoga položaj DO sondi zahtijeva posebnu pozornost.
Strogom kontrolom maksimalnog DO na kraju zone prozračivanja BIOLAK učinkovito je osigurano anoksično okruženje potrebno za denitrifikaciju. Postignuta je istovremena nitrifikacija i denitrifikacija (SND) korištenjem endogenih izvora ugljika, što je rezultiralo učinkovitim uklanjanjem TN.
3.2 Ukupno uklanjanje fosfora i operativna optimizacija
Godišnji dotok ukupnog fosfora (TP) kretao se od 1,47 do 4,80 mg/L (vidiSlika 4), u prosjeku 2,99 mg/L. TP efluenta kretao se od 0,04 do 0,17 mg/L. Doziranje agensa za uklanjanje fosfora prilagođeno je na temelju cilja interne kontrole (0,12 mg/L). Prosječna koncentracija TP u otpadnoj vodi bila je 0,07 mg/L, stabilno zadovoljavajući standard ispuštanja, s prosječnom stopom uklanjanja TP od 98,3%.
Promjene fosfata duž niza tretmana u tipičnom ciklusu prikazane su uSlika 5.
Ulazni fosfat bio je 2,70 mg/L, a fosfat u povratnom mulju bio je 0,58 mg/L, što čini teoretski fosfat koji ulazi u anaerobni selektor 1,70 mg/L. Nakon anaerobnog otpuštanja fosfora od strane organizama koji akumuliraju polifosfat- (PAO), koncentracija fosfata dosegla je 3,2 mg/L. Omjer koncentracije fosfata (maksimum u anaerobnoj zoni/utjecaj) bio je 1,9, što ukazuje na značajno otpuštanje. Glavni razlog bila je učinkovita denitrifikacija u uvjetima niskog DO, što je rezultiralo niskom koncentracijom nitrata u povratnom mulju u anaerobnu zonu, održavajući dobro anaerobno okruženje (ORP općenito ispod -200 mV) i pospješujući otpuštanje fosfora.
Nakon zone prozračivanja BIOLAK došlo je do značajnog unosa fosfora, smanjujući koncentraciju fosfata na kraju na 0,3 mg/L, čime je postignuta učinkovitost biološkog uklanjanja fosfora od 88,9%. Nakon sedimentacije i stabilizacije koncentracija fosfata je porasla na 0,64 mg/L. Analiza sugerira da je to bilo zbog dugog HRT-a u taložnici i strogo kontroliranog DO u taložnici BIOLAK, stvarajući anaerobne uvjete u taložnici i uzrokujući sekundarno oslobađanje fosfora. Nakon kemijskog doziranja u jedinici za koagulaciju, fosfat u efluentu smanjen je na 0,06 mg/L. Stoga, s obzirom na ekonomske troškove i operativnu složenost, žrtvovanje djelotvorne učinkovitosti biološkog uklanjanja fosfora radi poboljšanja denitrifikacije je održiva strategija optimizacije za slična postrojenja.
4 Operativni troškovi
Izravni operativni troškovi uključuju električnu energiju, kemikalije i odlaganje mulja. Na temelju godišnje statistike, specifična potrošnja električne energije iznosila je 0,66 kWh/m³. S cijenom električne energije od 0,65 CNY/kWh (temeljeno na spoju vršnih/van-vršnih stopa), cijena električne energije bila je 0,429 CNY/m³. Ova potrošnja je na višoj strani prema "Standardu ocjenjivanja radne kvalitete komunalnih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda", uglavnom zbog nešto niže učinkovitosti iskorištenja kisika sustava za prozračivanje. Troškovi kemikalija, uključujući natrijev acetat, sredstvo za uklanjanje fosfora, PAM, natrijev hipoklorit i kemikalije za odvodnju, iznosili su ukupno 0,151 CNY/m³. Specifična uporaba i troškovi prikazani su uTablica 2.
Mulj potječe uglavnom iz bioloških i kemijskih (koagulacijski spremnici) izvora. Visoko{1}}tlačna ploča i okvirna filtracija koriste se s vapnom i željeznim kloridom kao sredstvima za kondicioniranje. Doziranje vapna je oko 25% težine suhog mulja. Odvodnjeni kolač ima sadržaj vlage od 60%. Dnevna proizvodnja odvodnjenog mulja je oko 9 tona, sa specifičnim prinosom suhog mulja od oko 0,15%. Prijevoz mulja košta 250 CNY/toni, što rezultira troškom zbrinjavanja mulja od oko 0,118 CNY/m³. Stoga je ukupni izravni trošak proizvodnje 0,698 CNY/m³.
5 Zaključci
① Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u provinciji Hebei, koje je koristilo postupak BIOLAK za pročišćavanje komunalnih otpadnih voda, radilo je kontinuirano jednu godinu s kvalitetom otpadnih voda koja je stabilno zadovoljavala ograničenja ključnog kontrolnog područja *DB13/2795-2018* (kvazi-klasa IV standard površinske vode).
② Kao varijanta više{0}}stupanjskog A/O procesa, kontroliranje maksimalnog DO na kraju zone prozračivanja BIOLAK-a na 0,5–1,0 mg/L rezultiralo je stopom uklanjanja TN od 24,0% u zoni BIOLAK-a i 11,3% u taložniku. Time je postignuta istodobna nitrifikacija-denitrifikacija i endogena denitrifikacija izvora ugljika, pokazujući značajnu sposobnost uklanjanja dušika.
③ Izravni operativni trošak za BIOLAK proces bio je 0,698 CNY/m³. Mjere operativne optimizacije, uključujući praćenje procesnih podataka i postavljanje razumnih ciljeva unutarnje kontrole, mogu pružiti reference za optimizaciju rada i postizanje ušteda energije/troškova u sličnim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda.