Esettanulmány a települési szennyvíztisztító telep korszerűsítésére és rekonstrukciójára szolgáló MBBR+ACCA folyamatról
Kína virágzó gazdaságának hátterében az iparosodás és az urbanizáció üteme jelentősen felgyorsult. Ezt a folyamatot elkerülhetetlenül az ipari szennyvíz és a háztartási szennyvíz kibocsátásának évről évre--növekedő növekedése kíséri, ami súlyosbítja a vízszennyezési problémákat, és hatással van Kína fenntartható ökológiai civilizációs építkezésére. A Vízszennyezés Megelőzési és Ellenőrzési Cselekvési Terv átfogó végrehajtásával országszerte szigorúbb kibocsátási követelményeket támasztanak a települési szennyvíztisztító telepekkel szemben. A helyi szabványok egyes városokban elérték a kvázi-IV. osztályú vízminőséget, és az érzékeny víztestekbe engedett szennyvizek esetében bizonyos egyedi mutatók fokozatosan megközelítik a felszíni vizekre vonatkozó III. osztályú szabványt. A biológiai tisztítás után a települési szennyvízben visszamaradó szennyező anyagok azonban elsősorban biológiailag nem lebontható, biológiailag rosszul lebontható szerves vegyületek. A kizárólag a hagyományos biológiai javítási technológiákra való támaszkodás már nem elégséges az egyre szigorodó kibocsátási szabványok teljesítéséhez.
Az aktivált koksz magasan fejlett mezopórusos rendszerrel rendelkezik, amely képes adszorbeálni a vízben lévő makromolekuláris szennyező anyagokat. Nagy mechanikai szilárdsága, stabilitása, jó adszorpciós teljesítménye és viszonylag gazdaságos költsége miatt széles körben alkalmazzák a biológiailag nehezen lebontható ipari szennyvíz kezelésében. Az elmúlt években az aktív kokszot közegként használó szűrési technológia a települési szennyvíztelepek korszerű tisztításában is talált bizonyos alkalmazásokat, jó eredményeket érve el a szennyező anyagok végső eltávolításában. Egy Henan tartományi szennyvíztisztító telep korszerűsítési projektjéből származó mérnöki példát kombinálva a szerző az MBBR+ACCA (Activated Coke Circulating Adsorption) eljárást alkalmazta a városi szennyvíz kezelésének korszerűsítésére. A szennyvíz KOI, NH₃-N és TP mutatói megfeleltek a GB 3838-2002 Class III vízszabványnak, referenciaként szolgálva más szennyvíztisztító telepek korszerűsítési projektjeihez.
1. A szennyvíztisztító telep alaphelyzete
Ennek a szennyvíztisztító telepnek a teljes tervezési kapacitása 50 000 m³/d, ebből az I. ütem 18 000 m³/d, a II. fázis tervezési kapacitása pedig 32 000 m³/d. Elsősorban települési háztartási szennyvizet és kis mennyiségű ipari szennyvizet tisztít. A korszerűsítés 2012-ben fejeződött be, a szennyvíz megfelel a kommunális szennyvíztisztító telepek szennyezőanyag-kibocsátási szabványának 1A. fokozatú szabványának, GB 18918-2002. A fő folyamat több-lépcsős AO + denitrifikációs szűrő + nagy sűrűségű ülepítő tartály. A folyamat menete a képen látható1. ábra.
Jelenleg a szennyvíztisztító telep közel teljes kapacitással üzemel. A jelenlegi üzemi adatok alapján az üzem megfelelő karbantartása mellett a szennyvíz minősége stabilan fenntartható a GB 18918-2002 Grade 1A szabvány szerint. A COD, BOD5, NH3-N, TN és TP kifolyó koncentrációi rendre 21,77-42,34 mg/l, 1,82-4,15 mg/L, 0,13-1,67 mg/l, 8,86-15,74 mg/l, illetve 0,4,2 mg/l között vannak.
A korszerűsítés előtt az üzem a következő problémákkal szembesült: 1) Az elöregedő és sérült szűrők az előkezelési szakaszban lehetővé tettek néhány lebegő törmeléket a biológiai tartályokba, amelyek könnyen eltömíthették a szivattyúkat, és befolyásolták a későbbi kezelést; 2) Instabil TN eltávolítás alacsony téli hőmérséklet és jelentős vízminőségi és -mennyiségi ingadozások esetén; 3) Elégtelen tartálytérfogat az I. fázisú biológiai tartályokban és ésszerűtlen anoxikus zóna felosztása, ami rossz TN eltávolítási hatékonysághoz és magas vegyszeradagoláshoz vezet a későbbi szénforrás hozzáadásához; 4) Az eredeti levegőztető rendszer elavult hagyományos centrifugális fúvókat használt, magas energiafogyasztással; 5) A szűrőközeg erős eltömődése a denitrifikációs szűrőkben, a visszamosás hiánya és a stabil működés nehézségei; 6) A keverő- és keverőberendezések gyakori meghibásodása a nagy-sűrűségű ülepítő tartályokban; 7) Az iszapvíztelenítéshez használt két meglévő szalagszűrőprés gyakori meghibásodása, a víztelenített iszap magas nedvességtartalma, nagy iszaptérfogat és magas iszapártalmatlanítási költségek; 8) Az előkezelő és iszapkezelő rendszerek szagcsökkentő berendezéseinek hiánya; 9) Elavult központi vezérlőrendszer korlátozott adattároló kapacitással és a legtöbb távoli működési funkció elvesztésével.
2. Vízminőség tervezése
Az üzem több éves üzemi vízminőségi adatait figyelembe véve, 90%-os megbízhatósági szinttel és bizonyos ráhagyással határoztuk meg a tervezési befolyásoló minőséget. A befogadó víztest környezetminőségi követelményei alapján a korszerűsített szennyvíz KOI, BOI₅, NH₃-N és TP-nek meg kell felelnie a GB 3838-2002 III. osztályú vízszabványnak, míg a TN és az SS megfelel az eredeti szabványnak. A tervezési befolyó és elfolyó minőségek az alábbiakban láthatók1. táblázat.
3. A koncepció és a folyamatfolyamat frissítése
3.1 Frissítési koncepció
A tervezett szennyvíz minőségének megfelelően ez a frissítés magasabb követelményeket támaszt a KOI, BOD₅, NH₃-N és TP tekintetében. Figyelembe véve az üzem jelenlegi folyamatát, a vízminőségi jellemzőket és a meglévő problémákat, a hangsúly a KOI, NH₃-N és TP fokozott eltávolításán van, miközben biztosítja a stabil TN eltávolítást. Ezen túlmenően, a rendelkezésre álló korlátozott hely a meglévő üzemen belül szükségessé teszi a meglévő struktúrákban rejlő lehetőségek teljes kiaknázását a berendezések felújítása, a folyamatok intenzívebbé tétele és felújítása révén, a KOI, NH₃-N, TN és TP hatékony eltávolítása érdekében. Ezért az eredeti több-lépcsős AO tartályok felhasználása és a felfüggesztett hordozók hozzáadása a hibrid biofilm-eleveniszapos MBBR-eljáráshoz hatékonyan javíthatja a kezelés stabilitását és az ütésállóságot. A hordozókon lévő biofilm hosszú iszapkora alkalmas a nitrifikátorok növekedésére és a magas nitrifikáló koncentrációk fenntartására, jelentősen növelve a rendszer nitrifikációs kapacitását. A hordozókban található sűrű biofilm hosszú iszapkorú, jelentős nitrifikáló és denitrifikáló baktériumok populációinak ad otthont, lehetővé téve az egyidejű nitrifikációt{10}}denitrifikációt (SND), és ezáltal erősítve a TN eltávolítását. Ennélfogva az MBBR-folyamat{12}}jól alkalmas ennek az üzemnek a frissítésére.
A hasonló korszerűsítési projektek tapasztalatai alapján a KOI és a TP stabil megfelelésének biztosítása érdekében további biztonsági kezelési létesítményekre van szükség az MBBR-vel összekapcsolt meglévő folyamaton felül. Az aktivált koksz porózus anyagként jelentősebb adszorpciós teljesítményt mutat, mint az aktív szén, hatékonyan távolítja el a KOI-t, SS-t, TP-t, színt stb. Ezen túlmenően a biológiailag aktivált koksz felhasználhatja a kapcsolódó mikroorganizmusokat a szerves anyagok lebontására, lehetővé téve az adszorpciós helyek regenerálódását, miközben a szennyező anyagokat adszorbeálja. Ez a dinamikus egyensúlyi mechanizmus lehetővé teszi a rendszer tartós és stabil működését. Az aktivált koksz keringési adszorpciós (ACCA) folyamata aktivált kokszot használ közegként, integrálva a szűrést és az adszorpciót. Sűrített levegőt alkalmaz a szűrőanyag felemeléséhez és tisztításához. A fordított -áramlási zónák és az egységes áramlási tervezés révén teljes érintkezést biztosít az aktivált koksz és a szennyvíz között, ami a végső vízminőség javulást, valamint a szennyvíz stabil megfelelését garantálja.
Az üzem elöregedő és hibás berendezései miatt ezeket technológiailag fejlett, energiahatékony{0}}berendezésekre cserélik az üzemeltetési költségek csökkentése érdekében. Pontosabban, az előkezelő szitákat belső táplálású finom szitákra cserélik, hogy felfogják a hajat és a rostokat, megakadályozva ezzel az MBBR hordozómegtartó sziták eltömődését.
3.2 Folyamatfolyamat
A frissített folyamatfolyamat itt látható2. ábra. A magasságigények kielégítése érdekében egy új emelőszivattyú-állomás került beépítésre. Az újonnan épített V- típusú szűrő előkezelő egységként szolgál a későbbi aktivált koksz adszorpciójához, biztosítva az ACCA rendszer stabilitását. A nyers víz áthalad a szitákon és a szemcsekamrákon, hogy eltávolítsa a lebegő anyagokat, a szőrszálakat és a részecskéket, mielőtt a hibrid MBBR biológiai tartályokba kerül a fokozott nitrogéneltávolítás érdekében. A kevert folyadék ezután másodlagos derítőbe kerül a szilárd anyagok elválasztására. A felülúszót az új szivattyúállomáson keresztül denitrifikációs szűrőkbe és nagy-sűrűségű ülepítő tartályokba emelik. A szennyvizet ezután az új szivattyúállomás a V- típusú szűrőbe és két-fokozatú aktivált koksz adszorpciós tartályba emeli a fejlett kezelés érdekében, tovább eltávolítva a KOI, TP, SS, szín stb.
4. A fő kezelési egységek tervezési paraméterei
4.1 Biológiai tartályok
A meglévő I. fázisú biológiai tartályok két csoportra oszthatók, viszonylag kis tartálytérfogattal, de megbízható szerkezettel. Ezért ehhez a korszerűsítéshez a tartály falait 0,5 méterrel megemelték, miközben megfeleltek a fejre vonatkozó követelményeknek. A felújítás után a teljes effektív térfogat 10 800 m³, a teljes HRT 14,4 óra és az anoxikus zóna HRT 6,4 óra, növelve az anoxikus retenciós időt a TN eltávolításának javítása érdekében. A meglévő II. fázisú biológiai tartályok effektív térfogata 19 600 m³, a teljes HRT 14,7 óra és az anoxikus zóna HRT 6,8 óra. Ez a projekt magában foglalta az I. és II. fázisú biológiai tartályok levegőztető rendszereinek és néhány elöregedő merülő keverőjének cseréjét, valamint felfüggesztett hordozók és visszatartó szűrők hozzáadását. A hordozók poliuretánból vagy más nagy -teljesítményű kompozit anyagokból készülnek, 24 mm-es köbmérettel, 4000 m²/m³ fajlagos felülettel és 20%-os kitöltési aránnyal. A biológiai tisztítórendszer AOR értéke 853,92 kg O2/h, 310,36 Nm³/perc levegőellátás mellett.
4.2 Emelje fel a szivattyúállomást és a szennyvíztartályt
Új átemelő szivattyúállomást építettek, amely a nagy-sűrűségű ülepítő tartályokból a V- típusú szűrőbe szivattyúzza a szennyvizet további kezelés céljából. Egy szennyvíztartály tárolja a szűrőkből származó visszamosott szennyvizet. Kis szivattyúk segítségével egyenletesen pumpálják a visszamosott szennyvizet a II. fázisú biológiai tartályokba, hogy elkerüljék a sokkterhelést. Három másodlagos emelőszivattyú került beépítésre (2 üzemi + 1 készenléti állapot, Q=1, 300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), változó frekvenciahajtású (VFD) vezérléssel. A visszaöblített szennyvíztartály 2 átemelő szivattyúval (1 üzemi + 1 készenléti, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) és egy merülő keverővel (N=2.2 kW) van felszerelve az ülepedés megakadályozására.
4,3 V{1}}Típusszűrő
Egy új V- típusú szűrőt építettek 36,9 m (hossz) × 29,7 m (Sz) × 8,0 m (H) szerkezeti méretekkel. Homogén kvarchomok szűrőanyagot használ. A szűrő 6 cellára van osztva, amelyek két sorban vannak elhelyezve. Minden cella kimeneti csövében van egy elektromos szabályozószelep, amely az állandó vízszint működését szabályozza. A visszamosási folyamat PLC-n keresztül szabályozható. A tervezett szűrési sebesség 7,0 m/h, a kényszerszűrési sebesség 8,4 m/h, az egycellás szűrési terület pedig 49,4 m². A visszamosó víz intenzitása 11 m³/(m²·h), a visszamosó levegő intenzitása 55 m³/(m²·h), a felületseprés intenzitása 7 m³/(m²·h). A visszamosás időtartama 10 perc. A visszamosási ciklus 24 órás (állítható), egyszerre csak egy cellát mos. A kvarchomok hordozó mérete 1-1,6 mm, k₈₀ < 1,3. Helyben öntött monolit szűrőlemezeket használnak.
4.4 Aktivált koksz adszorpciós tartályok
Egy új aktivált koksz adszorpciós tartályt építettek 49,5 m (hossz) × 30,15 m (Sz) × 11,0 m (H) szerkezeti méretekkel. Két-lépcsős szűrési konfigurációt alkalmaz, összesen 36 cellával, szakaszonként 18 cellával. A maximális szűrési sebesség 6,02 m³/(m²·h), átlagosan 4,63 m³/(m²·h). Az első-fokozatú egy-cella méretei: H × SZ × M=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, az üres ágy érintkezési ideje (EBCT) 1,4 óra. A második-lépcsős egy-cella méretei: H × SZ × M=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, EBCT 1,08 óra. A rendszer 2000 tonna aktivált kokszot használ fel 2-8 mm szemcseméretű, mobil kokszmosóval, vízelosztóval, be-/kimeneti gáttal stb.
4.5 Aktivált koksz épület
Az aktivált koksz tárolására és az adszorpciós tartályokba való ellátására új aktivált koksz épületet építettek. Szerkezeti méretei: 33,5 m (hossz) × 13,0 m (Sz) × 6,5 m (H). A fő kiegészítő felszerelések közé tartozik: 1 aktivált kokszvíztelenítő vibrációs szita, 3 koksz adagoló szivattyú (2 üzemi + 1 készenléti állapot, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 szűrletürítő szivattyú (1 üzemi + 1 m H készenléti állapot, Q{{1/h}}, Q{{1/h N=18.5 kW), 2 légkompresszor (1 üzemi + 1 készenléti állapot, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) és egy levegőgyűjtő tartály (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Lemez-és-keret víztelenítő helyiség
A meglévő iszapvíztelenítő mellé új lemez{0}}és-vázas víztelenítő helyiség épült. A helyszűke miatt egy szett lemez-és-keretes szűrőprést (300 m² szűrőfelület) konfiguráltak, amely a szalagszűrőprés tartalékaként szolgált. A kiegészítő létesítmények közé tartozik egy kondicionáló tartály (effektív térfogat 80 m³). Az iszap mennyisége 6150 kg DS/nap, a sűrített takarmányiszap nedvességtartalma 97%, a víztelenített pogácsa nedvességtartalma 60%. A fő kiegészítő felszerelések közé tartozik: 2 adagolószivattyú (1 üzemi + 1 készenléti, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 présvízszivattyú (1 üzemi + 1 készenléti, Q=12 m³/h, H=12 m³/h, H=187 5 m³/h, N=187 szivattyú (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 adagolószivattyú (1 üzemi + 1 készenléti állapot, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 légkompresszor (Q=3.45 kW szett, N{37}}mr), tartály (V=5 m³, P=1.0 MPa) és 1 készlet PAM előkészítő egység (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Szagellenőrző rendszer
Új bioszűrős szagszabályozó rendszer került beépítésre, 12 000 m³/h tervezett légáramlási sebességgel. Az üvegerősítésű műanyag (GRP) csöveket az előkezelő és iszapkezelő rendszerekből származó szagok összegyűjtésére és kezelésére használják. Az előkezelő berendezések tömítésére rozsdamentes acél kereteket és PC-tartós lapokat használnak.
4.8 Egyéb létesítményfrissítések
- Csere 2db, 5 mm-es nyílású, belső adagolású finomszitákkal, csavaros szállítószalagokkal és mosóvíz tartállyal, V=10 m³ és 2 mosóvíz-szivattyúval (1 üzemi + 1 készenlét, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- 4 hatékonyabb légrugós ventilátorra cserélve, VFD vezérlésű (3 üzemi + 1 készenlét, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- A meglévő denitrifikációs szűrőkben a szűrőanyagot 1800 m³ kerámia közeggel (3-5 mm szemcseméret) cseréltük ki.
- Cserélve 2 keverő keverőt a nagy-sűrűségű ülepítő tartályokban (fordulatszám 60-80 ford./perc, N=5.5 kW), 4 flokkulációs keverőt (10-20 ford./perc, N=2.2 kW) és a csőülepítőket (260 m²).
- A szalagos szűrőprést 2 m széles szalaghoz illő légkompresszorra cserélték, 1 szett.
- Az eredeti központi vezérlőterem, a korszerűsített berendezések, műszerek és a kialakított központosított vezérlés felhasználásával az üzem egészére kiterjedő adatkommunikációs rendszert hoztunk létre a központi vezérlőterem és az alállomások közötti adatkommunikáció, valamint a gyártási folyamatok vezérlésének automatizálása érdekében.
5. Működési teljesítmény és műszaki -gazdasági mutatók
5.1 Működési teljesítmény
A korszerűsítési projekt befejezése után az összes kezelőegység stabilan működött. A 2023. évi befolyó és elfolyó vízminőség-ellenőrzési adatok a2. táblázat.
Amint látható, a COD, NH₃-N, TN, TP és SS átlagos szennyvízkoncentrációja 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 és 2,63 mg/l volt, az átlagos eltávolítási arányok 95,16%, 99,45%, 5%, 7%, 7% és 77%. ill. A szennyvíz KOI, NH₃-N és TP következetesen megfelelt a GB 3838-2002 III. osztályú vízszabványnak.
A korszerűsített projekt közel két éve működik. Az eredmények azt mutatják, hogy az MBBR+ACCA folyamat stabil, hatékony, és jó-minőségű szennyvizet termel, ami erős ellenállást mutat az ütési terhelésekkel és az alacsony hőmérsékleti viszonyokkal szemben. A 9,4 fokos minimális téli vízhőmérséklet és jelentős vízminőségi ingadozások mellett is stabil maradt a szennyvíz minősége és megfelelt a kibocsátási előírásoknak. A frissítés előtt és után a szénforrás adagolása nem nőtt, a TN eltávolítása viszont jelentősen javult. Ennek az az oka, hogy egyrészt az MBBR-hordozókhoz kapcsolódó nitrifikáló mikroorganizmusok stabil aerob környezetben nőnek és halmozódnak fel, ami teljesebb nitrifikációhoz vezet. Másrészt a nitrátot tovább távolították el a korszerűsített MBBR tartályokból és az anoxikus tartályokból. A végső ACCA rendszer biztosítékként működik, tovább adszorbeálja és eltávolítja az ellenszegülő KOI, TP, SS stb., stabilabbá téve a szennyvíz minőségét. Ezenkívül a projekt megvalósítása után az üzem kiváló minőségű{12}visszanyert vizet tud előállítani, ami megalapozza a víz jövőbeli újrafelhasználását.
5.2 Technikai-Gazdasági mutatók
A projekt teljes beruházása 86 937 600 RMB volt, amely 74 438 500 RMB építési és telepítési költségeket, 7 593 500 RMB egyéb költségeket, 4 101 600 RMB rendkívüli költségeket és 804 000 RMB kezdeti forgótőkét tartalmazott. A rendszer stabil működése után a villamos energia többletköltsége a teljes erőműre 0,11 RMB/m³, az aktivált koksz költsége 0,39 RMB/m³, ami összesen kb. 0,50 RMB/m³ működési költségnövekedést eredményez.
6. Következtetés
- Ez a projekt a meglévő szennyvíztisztító telepen a berendezések megújítását, a folyamatok intenzívebbé tételét és felújítását valósította meg, valamint fejlett tisztítást biztosított, javítva a KOI, NH₃-N, TN és TP eltávolítási hatékonyságát.
- A korszerűsítést követően, a fő "MBBR+ACCA" eljárást alkalmazva, a szennyvíz KOI, NH₃-N és TP stabilan javult az 1A fokozatról a III. osztályú felszíni vízre, és jelentősen javult a TN eltávolítása.
- A gyakorlat azt mutatja, hogy ez a folyamat stabilan és hatékonyan működik, ellenáll a terhelési ütéseknek, jó minőségű-kibocsátott szennyvizet termel, és hozzávetőleg 0,50 RMB/m³ működési költséget jelent. Referenciaként szolgálhat más szennyvíztisztító telepeken folyó korszerűsítési projektekhez és víz-újrafelhasználási kezdeményezésekhez.