A tiencsini szennyvíztisztító telep korszerűsítési projektjének működési hatása
Egy tiencsini szennyvíztisztító telep korszerűsítési és felújítási projekten ment keresztül, amely a módosított Bardenpho{0}}MBBR eljárást alkalmazza, és a szennyvíz minőségét a "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekre" (GB 18918-2002 helyi szabvány) Tianj osztályára emelte. 12/599-2015. A Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) eljárás során MBBR felfüggesztett hordozóanyagokat adnak a reaktorba, helyeket biztosítva a mikrobiális kötődéshez és a kapcsolódó biofilmek kialakításához, ezáltal növelve a hatékony biomasszát a rendszerben és elérve a szennyezőanyagok eltávolítását. Az MBBR eljárás olyan előnyöket kínál, mint a nagy kezelési terhelés, a sokkterhelésekkel szembeni erős ellenállás, a stabil kezelési teljesítmény, az egyszerű műveletkezelés és a rugalmas folyamatműködés. Kínában egyre több szennyvíztisztító telep alkalmazza az MBBR-eljárást felújításra. Ez a cikk egy tianjini szennyvíztisztító telep működési teljesítményét elemzi a korszerűsítés után, azzal a céllal, hogy referenciaként szolgáljon hasonló korszerűsítési projektekhez.
1. Jelenlegi biológiai nitrogén- és foszforeltávolítási folyamat
Az eredeti biológiai tartály A²/O eljárást alkalmazott, 12 500 t/d kezelési kapacitással. A tervezett teljes iszapéletkor 14 nap, a kevert liquor lebegőanyag (MLSS) koncentrációja 3500 mg/L, a tervezett vízhőmérséklet 10 fok, az iszaphozam 0,936 kgSS/kgBOD, az iszapterhelés 0,082 kgBOD/kgMLSS. A biológiai tartály effektív vízmélysége 6 m volt, a teljes tartálytérfogat 9052,2 m³, a teljes hidraulikus retenciós idő (HRT) pedig 17,4 óra. A HRT megoszlása a következő volt: választózóna 0,58 óra, anaerob zóna 1,38 óra, anoxikus zóna 2,85 óra, lengészóna 0,92 óra és aerob zóna 11,67 óra. Az iszap újrahasznosítása 100%, a vegyes liquor belső újrahasznosítása 300%. Az eredeti biológiai tartály elsősorban anaerob-anoxikus-aerob szakaszokból állt. Az üzemi paraméterek a befolyási feltételek és a szennyvíz követelmények alapján módosíthatók a nitrogén- és foszforeltávolítás elérése érdekében, és a szennyvíz minősége megfelel a GB 18918-2002 A fokozatú szabványnak.
2. A korszerűsítési és felújítási projekt áttekintése
A frissítés célja a szennyvíz minőségének javítása volt, hogy megfeleljen a Tianjin helyi szabvány "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekre" (DB 12/599-2015) A osztályú szabványának. A tervezett befolyó és szennyvíz minősége az ábrán látható1. táblázat. A tervezett befolyó és elfolyó TN értékek szerint a 10 mg/L alatti elfolyó TN eléréséhez 75,6%-os denitrifikációs ráta szükséges a biológiai tartályrendszerben. Az eredeti biológiai tartály A²/O konfigurációt használt. Az eredeti tartálykonfiguráción alapuló számítások azt mutatták, hogy a belső újrahasznosítási arányt az eredeti 200%-ról 310%-ra kell növelni, nagy mennyiségű külső szénforrás hozzáadásával. Ez nemcsak a működési költségeket növelné, hanem a nagy mennyiségű belső újrahasznosítási áramlás is megzavarhatja az anoxikus környezetet. Ez ahhoz vezethet, hogy az anoxikus zónában a tényleges HRT a minimális követelménynél alacsonyabb lesz, ami befolyásolja a denitrifikáció hatékonyságát. Az MBBR-eljárás javítja a rendszer denitrifikációs képességét és javítja a szennyvíz minőségét azáltal, hogy felfüggesztett hordozóanyagot ad hozzá a tartályon belüli biomassza-koncentráció növeléséhez, ezáltal teljesíti a korszerűsítési követelményeket.
A meglévő biológiai tartály térfogatának megváltoztatása nélkül a biológiai tartály belső funkcionális zónáit újrakonfigurálták. Az eredeti A²/O konfigurációt (anaerob-anoxikus-aerob) Bardenpho 6-stádiumú konfigurációra módosították: anaerob zóna, anoxikus zóna, lengészóna, aerob zóna, poszt-anoxikus zóna és poszt-aerob zóna. Pontosabban, az eredeti választózónát anaerob zónává alakították át. Az eredeti anaerob zónát, a lengőzónát (elülső rész) és az anoxikus zónát pre-anoxikus zónaként használták. Az eredeti aerob zóna első folyosójának első felét lengőzónára igazították. Az eredeti első, második és harmadik aerob folyosót MBBR zónává alakították át, ahol felfüggesztett hordozók kerültek beépítésre, valamint bemeneti/kimeneti szűrőrendszerek és egy alsó segédlevegőztető rendszer. A negyedik aerob folyosót poszt{14}}anoxikus zónává alakították. Az eredeti lengészónát funkcionálisan felosztották, és poszt{15}}anoxikus és posztaerob zónákká alakították. A felújított biológiai tartály paraméterei a2. táblázat.
Ami a folyamat működését illeti, az aerob zónából származó kevert lúgot visszavezetik az anoxikus zónába, és szénforrást adnak az anoxikus zónába. A denitrifikáló baktériumok a szénforrást a denitrifikációhoz használják fel az aerob zónában termelődő nitrát-nitrogén eltávolítására. A maradék nitrát nitrogén belép a poszt-anoxikus zónába, ahol további szénforrást adnak hozzá a denitrifikáció folytatásához. A felújítás után a kevert liquor lebegőanyag (MLSS) koncentrációja 4000 mg/L, az iszap visszaforgatása 50%–100%, a kevert lúg belső recirkulációja 200%–250%, az oldott oxigén az MBBR zónában 2–5 mg/L. A felújítás utáni folyamatábra a képen látható1. ábra.
3. Rendszer üzembe helyezés biológiai tartály felújítás után
A biológiai tartály felújítása után megkezdődött az üzembe helyezés. Egy másik szennyvíztisztító telep víztelenített iszapja került a biológiai tartályba, így az iszap koncentrációja rövid időn belül 3000 mg/l fölé emelkedett. Ez lerövidítette az iszapművelési és akklimatizációs időszakot, lehetővé téve a biológiai tartály gyors beindítását és nitrogén- és foszforeltávolító képességének helyreállítását. A próbaüzem időtartama alatt a viszonylag alacsony befolyó áramlás és a szennyezőanyag koncentráció miatt a tényleges üzemi terhelés kisebb volt, mint a tervezett terhelés. A megközelítés az volt, hogy először az eleveniszapot termesztették és akklimatizálták, amíg a biológiai rendszer stabilizálódott és a szennyvíz minősége el nem éri a szabványokat, majd MBBR hordozóanyagot adtak hozzá a biofilm kialakításához.
Miután a hordozót hozzáadták a biológiai tartály aerob részéhez, először bemerítették őket. A mikroorganizmusok fokozatosan tapadnak a felületükhöz. Vizuálisan a hordozófelület színe fehérről halvány földsárgára változott, ahogy több mikroorganizmus tapadt hozzá, és a biofilm sűrűbbé vált. A hordozó színe fokozatosan mélyült. Két hónappal a hordozó hozzáadása után a biofilm képződése jó volt, a hordozófelület sárgás-barnának tűnt, a szín pedig fokozatosan mélyült. Négy hónappal a hordozó hozzáadása után a hordozó felületén lévő biofilm sötétbarna és sűrű volt. A biofilm képződésének előrehaladása intuitív módon megfigyelhető a hordozó színének változása alapján, amint az az ábrán látható2. ábra. 2021 decemberében a biológiai tartályból származó eleveniszap és a hordozókból származó iszap mikroszkópos vizsgálata kompakt pelyhes szerkezeteket mutatott ki, jó adszorpciós és ülepedési tulajdonságokkal. Vizuálisan a hordozók nyilvánvaló biofilm képződést mutattak. A mikroszkópos vizsgálat olyan organizmusokat azonosított, mint a Vorticella, Opercularia és Epistylis, alkalmanként észlelve néhány mozgó csillóst, ami a biofilm képződési szakaszának befejeződését jelzi.
4. Működési teljesítmény a biológiai tartály felújítása után
4.1 Eltávolítási teljesítmény KOI és BOD esetén felújítás után
A szennyvíz KOI és BOI értékei 2022-re a következőkben láthatók3. ábra. A kifolyó KOI 10,2 és 24,9 mg/L között volt, átlagosan 18,0 mg/L. A kifolyó BOD 2,1 és 4,9 mg/L között volt, átlagosan 3,4 mg/L. Mind a szennyvíz KOI, mind a BOI stabilan megfelelt a Tianjin helyi A osztályú szabványnak. A felújított rendszer nemcsak jó KOI és BOI eltávolítási teljesítményt mutatott be, hanem stabil és megfelelő kibocsátási KOI és BOI szinteket is fenntartott az árvízi időszakban, még akkor is, amikor az erőmű tényleges beáramlási terhelése elérte a tervezett kapacitás 110%-át. Ez azt jelzi, hogy a rendszer jól ellenáll az ütési terheléseknek.
4.2 Eltávolítási teljesítmény TN és NH₃-N esetén felújítás után
A szennyvíz TN és NH₃-N értékei 2022-re a4. ábra. A TN 3,72 és 8,74 mg/L között volt, átlagosan 6,43 mg/L. Az NH₃-N 0,02 és 1,25 mg/L között volt, átlagosan 0,12 mg/L. A téli üzem során az alacsonyabb hőmérséklet miatt a nitrifikáció és a denitrifikáció mértéke csökkent. A gyakorlatban az iszapkoncentrációt 6000 mg/L fölé emelték. A magas iszapkoncentráció melletti működés előnyös a biológiai rendszer lökésterhelésekkel szembeni ellenállásának javításában, különösen alacsony hőmérsékleten. A magas iszapkoncentráció és az MBBR hordozókhoz kötődő biofilm közötti szinergia fokozza a biológiai rendszer kezelési hatását.
Az MBBR-hordozók kedvező környezetet biztosítanak a mikrobiális közösségek számára, támogatva növekedésüket és szaporodását. Az akklimatizáció és érés után a biofilm nitrifikációs és denitrifikációs képessége megerősödik. A mikroorganizmusok megtapadnak és rétegesen növekednek a hordozó felületén, növelve a zoogloea sűrűségét, és nagy, sűrű és gyorsan stabil iszapstruktúrákat képeznek. Amikor külső vízminőségi változásokkal szembesülnek, a hordozó felületén lévő mikroorganizmusok extracelluláris polimer anyagokat (EPS) választanak ki önvédelem céljából, ezáltal csökkentve a hirtelen vízminőség-változások hatását a belső -réteg mikroorganizmusaira.
Az MBBR eljárást alkalmazó szennyvíztisztító telepeken az aerob hordozózónában szimultán nitrifikációs és denitrifikációs (SND) jelenségeket figyeltek meg. Az aerob hordozózónából származó be- és kifolyó TN értékeinek tesztelése 2-6 mg/l különbséget mutatott ki. Ez a különbség kifejezettebb volt, különösen akkor, ha az aerob tartályban az oldott oxigént 2 mg/l alá szabályoztuk, ami jelentősebb SND-t jelez alacsony oldott oxigéntartalmú körülmények között. A másodlagos ülepítő tartályból kifolyó TN teljes mértékben megfelelt a szabványoknak, vagyis a TN eltávolítása a biológiai tisztítási szakaszon belül befejeződött. A tényleges működés során a denitrifikáló mély{7}}ágyszűrő védelmi folyamatként működik. Normál körülmények között normál szűrőként működik, hogy biztosítsa, hogy az SS-jelzők megfeleljenek a szabványoknak.
4.3 Eltávolítási teljesítmény TP és SS esetén felújítás után
A szennyvíz TP- és SS-értékei 2022-re a következőkben láthatók5. ábra. A szennyvíztisztító szennyvíz TP értéke 0,04 és 0,22 mg/L között volt, átlagosan 0,10 mg/L. Az elfolyó SS 1 és 4 mg/l között volt, átlagosan 2,2 mg/l. A korszerűsítés után a másodlagos ülepítő tartály szennyvíz TP 1,0 mg/L, SS pedig 26 mg/L körül volt. A nagy hatékonyságú ülepítő tartályba vas(III)-klorid és PAM hozzáadásával a koaguláció fokozása érdekében, valamint a denitrifikáló mély{13}}ágyas szűrő további tisztításával a kifolyó TP és SS stabilan megfelelt a Tianjin helyi A osztályú szabványának, és a színérték jelentősen csökkent.
5. Következtetés
A Tianjin helyi A osztályú szabványának való megfelelés érdekében a szennyvíztisztító telep eredeti A²/O folyamatát Bardenpho öt-lépcsős konfigurációvá alakították át, az MBBR eljárást az aerob szakaszba foglalva, hogy fokozzák a biológiai nitrogéneltávolítást, csökkentve a szennyvíz TN-t és NH₃-N-t. A túlterheléses árvízszezonban minden mutató stabilan megfelelt a szabványoknak, jó ütésállóságot mutatva. A biológiai tartály felújítása után a belső újrahasznosítási arány 200%–300%, a külső iszap visszaforgatás 50%–100%, az iszapkoncentráció 4000–6000 mg/L, az aerob zónában az oldott oxigén 3–5 mg/L, az oldott oxigén az anaerob zónában.2–0 mg/L volt. 2022-ben a szennyvíztisztító szennyvíz minősége: KOI 10,2–24,9 mg/L, átlagosan 18,0 mg/L; BOI 2,1–4,9 mg/L, átlag 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, átlagosan 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, átlag 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, átlagosan 0,1 mg/L; SS 1-4 mg/L, átlagosan 2,2 mg/L. Mindegyik stabilan megfelelt a Tianjin helyi szabvány "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekre" (DB 12/599-2015) A osztályú szabványának.