A BIOLAK-eljárás alkalmazása egy szennyvíztisztító telep kvázi{0}}osztályú IV szabványra való korszerűsítésében
A 21. század elején Kínában bevezetett BIOLAK eljárást egyszerű felépítésének és alacsony beruházási költségeinek köszönhetően széles körben alkalmazták a települési szennyvízkezelésben. Az elmúlt években a kibocsátási szabványok szigorításával és az automatizálás fokozódásával a legtöbb meglévő BIOLAK üzem korszerűsítésre került. A nitrogén- és foszforeltávolítás javítása érdekében olyan fejlesztéseket hajtanak végre, mint a felfüggesztett hordozók hozzáadása, a tartályok utólagos felszerelése és a funkcionális zónák újradefiniálása. Míg az újonnan épített üzemek túlnyomórészt A²/O és oxidációs árkos eljárásokat alkalmaznak, kevés jelentés szól a BIOLAK tényleges teljesítményéről, különösen a szigorú kibocsátási szabványok mellett. A BIOLAK folyamat lengő levegőztető láncokat használ az időbeli anoxikus és aerob zónák létrehozására, amelyek lényegében többlépcsős A/O folyamatként működnek. A működési optimalizálás révén a szennyvíz minősége stabilan megfelel a kvázi-IV. osztályú felszíni víz szabványnak.
1 A projekt háttere
A Hebei tartományban található szennyvíztisztító üzem a BIOLAK eljárást használja alaptechnológiájaként. A beáramlás 18 000-22 000 m³/d, átlagosan 19 000 m³/d, elsősorban települési háztartási szennyvizet és kis mennyiségű mezőgazdasági feldolgozási szennyvizet tisztít. A tervezett befolyó és elfolyó minőségek az alábbi ábrán láthatók1. táblázat. Az eredeti kibocsátási szabvány a *"Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekre" (GB 18918-2002)* A fokozatú szabvány volt. A denitrifikáció és a foszformentesítés fokozása érdekében az anaerob zóna felosztását magában foglaló korszerűsítés után az erőmű most megfelel a *"Daqing folyó medencéjének vízszennyező anyagok kibocsátására vonatkozó szabványok" (DB13/2795-2018)* kulcsfontosságú szabályozási területi határértékeinek. Az összes nitrogén kivételével az összes többi mutató megfelel a *"Környezeti minőségi szabványok felszíni vizekre" (GB 3838-2002)*-ban meghatározott IV. osztályú szabványoknak. A folyamat menete a képen látható1. ábra.
Az üzem nátrium-hipokloritot használ a fertőtlenítéshez. Az iszapot nagy-nyomású lemezes és keretes szűréssel víztelenítik 60% alá, mielőtt a cementkemencékben történő társfeldolgozásra szállítják.
Az egyes kezelőegységek szennyezőanyag-eltávolításhoz való hozzájárulását tömegmérleg alapján, szakirodalomból hivatkozott módszerekkel számítottuk ki.
2 Működési vezérlés optimalizálási intézkedések
A működés során számos optimalizálási intézkedést hajtottak végre a szennyvíz stabilitásának javítása, valamint az energia- és költségmegtakarítás elérése érdekében.
2.1 Fokozott oldott oxigén (DO) szabályozás
A meglévő BIOLAK utólagos beépítési projektek gyakran észreveszik a gyenge zónázást, mint többlépcsős A/O változatot, ami alacsony denitrifikációs hatékonyságot eredményez. Ebben a projektben a kifolyó ammónia nitrogén megfelelőségének biztosítása mellett a levegőztetési zóna végén a maximális DO értéket 0,5–1,0 mg/L értéken tartották, ami alacsonyabb a hagyományos DO szabályozási követelményeknél.
2.2 Fokozott folyamatadatok figyelése
A DO szabályozás és a külső szénforrás adagolásának irányításához az anaerob zóna és a BIOLAK tartály végén a nitrát nitrogén és az ammónia nitrogén mennyiségét figyelték meg az optimális szabályozási tartományok meghatározása érdekében. Működés közben a külső szénforrás adagolását csökkentették vagy leállították, ha az anaerob zóna végén lévő nitrát nitrogént<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 Belső szennyvíz-szabályozási célok beállítása
A stabil megfelelés érdekében a belső ellenőrzési célokat a kibocsátási határértékek 30–80%-ában határozták meg, az egyes szennyező anyagok ellenőrzésének nehézsége alapján. E belső határértékek túllépése azonnali folyamatparaméter-beállításokat váltott ki, hogy a szennyvíz koncentrációja az elfogadható tartományba kerüljön. A KOI, az ammónia-nitrogén, az összes nitrogén és az összes foszfor éves belső ellenőrzési céljai 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L és 0,12 mg/L voltak.
2.4 Az iszap megfelelő koncentrációjának fenntartása
Az iszaphulladék mennyisége az áramlás, a terhelés és az évszak alapján történt. Az iszap retenciós időt (SRT) 15-25 nap, a kevert liquor lebegőanyag (MLSS) koncentrációját 2500-4500 mg/l között tartottuk. Pontosabban, az MLSS-t nyáron és ősszel 2500–3500 mg/l-re szabályozták, körülbelül 0,06 kgKOI/(kgMLSS·d) iszapterhelés mellett, télen és tavasszal pedig 3500–4500 mg/L iszapterheléssel, körülbelül 0,04 kgSS·d/(kg MLSS·d) iszapterheléssel.
2.5 A speciális kezelési egységek működésének beállítása
A téli alacsony hőmérséklet befolyásolta a pelyhesedést és az ülepedést. A V- típusú szűrők idő előtti visszamosása megnövekedett lebegőanyag- és KOI-szinthez vezethet. Ezért a téli üzem során a visszamosás gyakoriságát megnövelték a koagulációs teljesítmény alapján, és fokozták az iszap kibocsátását a koagulációs-ülepítő tartályból, hogy csökkentsék a kifolyó lebegőanyag-koncentrációt.
3 A kezelés teljesítménye
Az éves befolyó KOI 109 és 248 mg/L között volt, átlagosan 176 mg/l. A kifolyó KOI 9,5 és 20,1 mg/L között volt, átlagosan 12,1 mg/L. Amikor a szennyvíz KOI meghaladta a belső kontroll célértékét (15 mg/L), a szűrő visszamosásának gyakoriságát növeltük a lebegő szilárd anyagok csökkentése érdekében. Javasoljuk, hogy a koagulációs{10}}ülepítő tartályt nagy-sűrűségű vagy mágneses koagulációs-ülepítő tartályra cserélje a jobb koagulációs hatékonyság érdekében.
Az éves befolyó ammónia nitrogén 17,8 és 54,9 mg/L között volt, átlagosan 31,9 mg/L. Az elfolyó ammónia nitrogén 0,12 és 1,30 mg/L között volt, átlagosan 0,5 mg/L. Amikor túllépte a belső szabályozási célt, a levegőztetést az optimalizálási intézkedéseknek megfelelően beállítottuk. A szennyvíz minősége az év során stabilan megfelelt a *DB13/2795-2018* kulcsfontosságú ellenőrzési terület határértékeinek.
A befolyó szénforrás alacsony koncentrációja miatt a hangsúly a folyamat körülményeinek optimalizálására irányult a nitrogén- és foszforeltávolítás fokozása érdekében, az energia- és költségmegtakarítás érdekében.
3.1 DO szabályozás optimalizálása és teljes nitrogén eltávolítása
Az éves befolyó összes nitrogén (TN) 20,3 és 55,6 mg/l között mozgott (lásd2. ábra), átlagosan 42,1 mg/l. Az elfolyó TN 2,5 és 14,2 mg/L között volt, átlagosan 8,8 mg/L, a belső kontroll célértékén belül (12 mg/L). Az átlagos TN eltávolítási arány 79,1% volt. 90%-os iszap-újrahasznosítási arány mellett (nincs belső kevert lúg újrahasznosítás) az elméleti denitrifikációs hatásfok 47,4% volt, ami azt jelzi, hogy az anaerob szelektoron kívül más folyamatzónákban is denitrifikáció történt. A nitrogén változásait a kezelési folyamat során egy tipikus ciklusban a következő ábra mutatja3. ábra.
Egy tipikus ciklusban a befolyó TN 42,0 mg/l volt, az ammónia és a nitrát nitrogén összege 35,2 mg/l. Az anaerob szelektor után a TN 16,7 mg/l volt, ami az elméleti értékkel összhangban 43,5%-os eltávolítási arányt eredményezett a tömegmérleg alapján. A BIOLAK tartály 24,0%-os TN eltávolítást eredményezett. A szennyvíz TN tovább csökkent a másodlagos ülepítő tartályban, ami további 11,3%-os eltávolításhoz járult hozzá, főként a hosszú hidraulikus retenciós idejének (8,6 óra) miatt, amely lehetővé teszi az endogén szénforrás{10}}vezérelt denitrifikációt. Az egyéb egységek 1,9%-kal járultak hozzá. A végső elfolyó TN 8,1 mg/l volt, a teljes eltávolítási arány 80,7%.
Az üzemeltetési tapasztalatok azt mutatják, hogy a DO-vezérlés kulcsfontosságú a TN eltávolításához a BIOLAK folyamatban. A hagyományos eljárásokban a DO-t jellemzően az aerob zóna végén mérik egy csatornaszerkezetben, ahol a DO viszonylag egyenletes a keresztmetszetben. A BIOLAK tartályban azonban a levegőztető zóna vége közel 70 méter széles, a DO a lejtő szélétől a középpontig növekszik, 0,5-1,0 mg/l eltéréssel. Ezért a DO szondák elhelyezkedése gondos odafigyelést igényel.
A BIOLAK levegőztetési zóna végén a maximális DO szigorú szabályozásával hatékonyan biztosítottuk a denitrifikációhoz szükséges anoxikus környezetet. Egyidejű nitrifikációt és denitrifikációt (SND) valósítottak meg endogén szénforrások felhasználásával, ami hatékony TN eltávolítást eredményezett.
3.2 Teljes foszfor eltávolítása és működési optimalizálása
Az éves befolyó összfoszfor (TP) 1,47 és 4,80 mg/l között mozgott (lásd4. ábra), átlagosan 2,99 mg/l. Az elfolyó TP 0,04 és 0,17 mg/l között volt. A foszforeltávolító szer adagját a belső kontroll cél (0,12 mg/L) alapján módosítottuk. Az átlagos szennyvíz TP koncentrációja 0,07 mg/L volt, stabilan megfelel a kibocsátási szabványnak, az átlagos TP eltávolítási arány 98,3%.
A foszfát változásait a kezelési folyamat során egy tipikus ciklusban a következő ábra mutatja5. ábra.
A befolyó foszfát 2,70 mg/L, a visszatérő iszapfoszfát 0,58 mg/L volt, így az anaerob szelektorba belépő elméleti foszfát mennyisége 1,70 mg/L. A polifoszfát-felhalmozó szervezetek (PAO) általi anaerob foszforfelszabadulás után a foszfátkoncentráció elérte a 3,2 mg/l-t. A foszfát koncentráció aránya (maximum az anaerob zónában / befolyó) 1,9 volt, ami jelentős kibocsátásra utal. Ennek fő oka a hatékony denitrifikáció volt alacsony DO körülmények között, ami az anaerob zónába visszavezetett iszap alacsony nitrátkoncentrációját eredményezte, jó anaerob környezetet (ORP általában -200 mV alatt) és elősegíti a foszfor felszabadulását.
A BIOLAK levegőztetési zóna után jelentős foszforfelvétel történt, a foszfátkoncentráció a végén 0,3 mg/L-re csökkent, így a biológiai foszfor eltávolítási hatékonysága 88,9%. Az ülepítő és stabilizáló tartályok után a foszfátkoncentráció 0,64 mg/l-re emelkedett. Az elemzés azt sugallja, hogy ez az ülepítő tartályban lévő hosszú HRT-nek és a BIOLAK tartályban a szigorúan ellenőrzött DO-nak volt köszönhető, ami anaerob állapotot hozott létre az ülepítő tartályban, és másodlagos foszfor felszabadulását okozta. A koagulációs egységben a vegyszer adagolása után a kilépő foszfát mennyisége 0,06 mg/l-re csökkent. Ezért, figyelembe véve a gazdasági költségeket és a működési összetettséget, a biológiai foszfor eltávolítási hatékonyság feláldozása a denitrifikáció fokozása érdekében életképes optimalizálási stratégia a hasonló üzemek számára.
4 Működési költségek
A közvetlen működési költségek magukban foglalják az áramot, a vegyszereket és az iszap ártalmatlanítását. Az éves statisztikák alapján a fajlagos teljesítményfelvétel 0,66 kWh/m³ volt. A 0,65 CNY/kWh villamosenergia-ár mellett (a csúcs/csúcs -csúcs díjak összetétele alapján) az áram költsége 0,429 CNY/m³ volt. Ez a fogyasztás a "Települési szennyvíztisztító telepek működési minőségének értékelési szabványa" szerint a magasabb oldalon van, elsősorban a levegőztető rendszer valamivel alacsonyabb oxigénhasznosítási hatékonysága miatt. A vegyi költségek, beleértve a nátrium-acetátot, a foszforeltávolító szert, a PAM-ot, a nátrium-hipokloritot és a víztelenítő vegyszereket, összesen 0,151 CNY/m³. A konkrét felhasználást és költségeket az alábbi tartalmazza2. táblázat.
Az iszap elsősorban biológiai és kémiai (koagulációs tartály) forrásokból származik. A nagynyomású-lemezes és keretes szűrést mésszel és vas-kloriddal kondicionáló szerként használják. A mészadagolás a száraz iszap tömegének körülbelül 25%-a. A víztelenített sütemény nedvességtartalma 60%. A napi víztelenített iszaptermelés mintegy 9 tonna, a fajlagos száraziszap-hozam kb. 0,15%. Az iszapszállítás költsége 250 CNY/tonna, így az iszap ártalmatlanítási költsége körülbelül 0,118 CNY/m³. Ezért a teljes közvetlen termelési költség 0,698 CNY/m³.
5 Következtetések
① Egy Hebei tartományban található szennyvíztisztító telep, amely a BIOLAK eljárást alkalmazza a települési szennyvíz kezelésére, egy éven keresztül folyamatosan működött, és a szennyvíz minősége stabilan megfelelt a *DB13/2795-2018* (Quasi-Class IV felszíni víz szabvány) szabályozási területre vonatkozó határértékeinek.
② A több-lépcsős A/O folyamat egyik változataként a BIOLAK levegőztető zóna végén a maximális DO 0,5–1,0 mg/l közötti szabályozása 24,0%-os TN-eltávolítási arányt eredményezett a BIOLAK zónában és 11,3%-os ülepítőtartályban. Ezzel egyidejűleg nitrifikáció{6}}denitrifikáció és endogén szénforrás denitrifikációja történt, ami jelentős nitrogéneltávolító képességet mutatott.
③ A BIOLAK folyamat közvetlen üzemeltetési költsége 0,698 CNY/m³ volt. Az üzemeltetési optimalizálási intézkedések, beleértve a folyamatadatok megfigyelését és az ésszerű belső ellenőrzési célok kitűzését, referenciaként szolgálhatnak a működés optimalizálásához és energia/költség-megtakarítások eléréséhez hasonló szennyvíztisztító telepeken.