Háþróuð köfnunarefnisfjarlæging í hreinsivatnshreinsunarstöðvum: Pure Biofilm MBBR ferlihönnun og árangursgreining|Dæmirannsókn

Verkfræðihönnun og árangur hreins líffilmu MBBR ferlis fyrir háþróaðan köfnunarefnisfjarlægingu

Með víðtækum framförum í byggingu vistfræðilegrar siðmenningar í Kína hafa losunarstaðlar fyrir skólphreinsistöðvar (WWTP) orðið sífellt strangari. Gráða A staðall "Lopsstaðal mengunarefna fyrir hreinsistöðvar fyrir skólphreinsistöðvar sveitarfélaga" (GB 18918-2002) krefst TN minna en eða jafnt og 15 mg/L, en staðbundnir staðlar á svæðum eins og Peking og Shandong setja beinlínis mörkin við TN minna en eða jafnt og 10 mg/L. Þessir hækkuðu staðlar ná aðeins út fyrir vatnsgæðamörk og setja strangari kröfur um stöðugleika frárennslis. Þar af leiðandi er brýn þörf á að auka köfnunarefnisfjarlægingargetu meðferðarferla. Ein aðferðin er að auka kolefnisuppsprettuskammtinn í núverandi ferli til að bæta denitrification, en það leiðir til mikils rekstrarkostnaðar og aukinnar kolefnislosunar. Að öðrum kosti, með því að bæta við háþróaðri aðstöðu til að fjarlægja köfnunarefni, sem oft notar líffilmuaðferðir til að auðga nítrunargerlar á skilvirkan hátt, getur það aukið TN flutning, dregið úr þörfinni fyrir utanaðkomandi kolefnisgjafa og minnkað kolefnislosun. The Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), með kostum sínum sterka hagnýtur bakteríuauðgun, lítið fótspor og einfaldan rekstur og viðhald, hefur verið mikið notaður við byggingu, stækkun og uppfærslu hreinsunarstöðva. Það getur stöðugt náð losunarstöðlum betri en hálf-flokks IV yfirborðsvatnsgæði og hefur umtalsverða möguleika og kosti fyrir háþróaðan köfnunarefnishreinsun í hreinsunarstöðvum. Þessi grein tekur hreinsunarstöð í Shandong sem tilviksrannsókn til að greina hönnunarrök og rekstrarárangur þess að beita hreinu líffilmu MBBR ferli fyrir háþróaða nitureyðingu, með það að markmiði að veita tæknilega viðmiðun fyrir skilvirka afrennsli afrennslisvatns.

1. Verkefnayfirlit

1.1 Verkefnakynning

Rennslisstöð í Shandong var reist í tveimur áföngum. Fyrsti áfanginn, sem notar BIOLAK ferlið, var formlega tekinn í notkun í nóvember 2003 með meðhöndlunargetu upp á 40.000 m³/d. Skipulag BIOLAK ferlisins og tiltækt svæði fyrir uppfærslu eru sýnd íMynd 1. Upphaflega uppfylltu gæði frárennslis B-staðalinn GB 18918-2002. Árið 2020, með aukinni skömmtun kolefnisgjafa og bæta við háþróaðri meðhöndlun, voru gæði frárennslis bætt upp í A-staðalinn. Árið 2023, eftir þriggja ára starfrækslu, gætu heildargæði frárennslis almennt uppfyllt A-staðalinn, en það stóð frammi fyrir tveimur stórum áskorunum varðandi brottnám köfnunarefnis:

Hár kolefnisskammtur: Til að ná markmiðinu um TN Minna en eða jafnt og 15 mg/L, þurfti umtalsvert magn af ytri kolefnisgjafa. Útreikningar byggðir á vinnsluhlutum sýndu C/N hlutfall allt að 5,9, en AAO ferlið í öðrum áfanga verksmiðjunnar krafðist aðeins C/N 4,5–5,0 til að tryggja stöðugt TN samræmi. Stóra kolefnisuppspretta viðbótin hafði einnig slæm áhrif á loftháð nítrunarferlið og jók súrefnisþörf á loftháða svæðinu.

Lélegur stöðugleiki köfnunarefnisfjarlægingar: Þar sem nitrification og denitrification átti sér stað í sama geymi við mismunandi nauðsynlegar aðstæður, þurftu aðlögun rekstrarbreytur tíðar á grundvelli innflæðisbreytinga. Að stjórna NH₃-N og TN var misvísandi, sem gerði það að verkum að erfitt var að viðhalda stöðugu jafnvægi milli nítrunar og denitrunar. Höggálagsþol kerfisins var meðaltal, sem leiddi til lélegs frárennslisstöðugleika.

Þess vegna var uppfærsla á upprunalegu BIOLAK ferlinu nauðsynleg, með kjarnamarkmiðin að leysa átök milli nítrunar og denitrification, draga úr rekstrarkostnaði við nitureyðingu og bæta stöðugleika frárennslis.

1.2 Uppfærsluáskoranir

Þar sem BIOLAK ferlið hentaði ekki til að breyta-tanki til að auka afköst, var áætlunin að styrkja meðferð með því að smíða nýja háþróaða köfnunarefnishreinsunareiningu. Upprunalega BIOLAK ferlið beindist fyrst og fremst að nitrification með denitrification sem aukaatriði, en nýja ferlið myndi einbeita sér að denitrification. Í ljósi raunverulegra endurbótaþarfa stóð verkefnið frammi fyrir tveimur stórum áskorunum: takmarkað tiltækt landsvæði fyrir nýja ferlið og miklar kröfur um hagkvæmni í rekstri.

Takmarkað laust land fyrir nýtt ferli: Ljúka þurfti nýbyggingunni innan núverandi verksmiðjusvæðis, sem hafði í meginatriðum ekkert áskilið land. Framkvæmdir voru aðeins mögulegar á grænu belti sem liggur að BIOLAK tönkunum, með 400 m² tiltækt svæði. Þetta þýddi að fótspor nýja verkefnisins á hverja einingu meðhöndlaðs vatns þurfti að vera minna en eða jafnt og 0,01 m²/(m³·d).

Háar kröfur um rekstrarhagkvæmni: Þetta var ekki einföld uppfærsla heldur frekari hagræðing á lífefnafræðilegu virknisvæðinu. Gert var ráð fyrir að nýja einingin tæki 20 mg/L til að fjarlægja nitur. Þessu ferli þurfti ekki aðeins að ljúka á takmörkuðu landi heldur þurfti einnig að draga úr kolefnisskammtinum samanborið við upprunalegu BIOLAK denitrification á sama tíma og það tryggði stöðugan denitrification árangur. Þannig voru miklar kröfur gerðar bæði til skilvirkni köfnunarefnisfjarlægingar og nýtingar kolefnisgjafa.

2. Ferlasamanburður og val

Eftir meðhöndlun með BIOLAK ferlinu samanstendur afrennsli TN aðallega af nítratköfnunarefni. Eins og er, eru fullþroskaðir, háþróaðir köfnunarefnisfjarlægingarferli fyrst og fremst notaðir við líffilmuaðferðir, sem einkennast af því að örverur auðga á skilvirkan hátt á yfirborði burðarefnisins í áföstu ástandi, sem bjóða upp á umtalsvert meiri hagnýtur virkni bakteríaauðgunar en hefðbundin virk seyruferli. Hægt er að skipta líffilmuferlum frekar í fasta-beð og hreyfanlega-beðsgerðir sem byggjast á vökvamyndun burðarefnis, eins og sýnt er íMynd 2.Denitrifying síur, dæmigerð föst -líffilmuferli í rúmi, nota fastan kornóttan síumiðil sem vaxtarbera örvera. Með því að bæta við utanaðkomandi kolefnisgjafa nýta þeir afneitrun líffilmunnar og síun miðilsins til að ná samtímis fjarlægingu NO₃^--N, SS og önnur mengunarefni. Kostir eru meðal annars stöðug meðhöndluð vatnsgæði, engin þörf á aukahreinsiefnum og fyrirferðarlítið skipulag, sem gerir það að verkum að þau eru mikið notuð í uppfærslu hreinsivatnsstöðvar sem háþróuð hreinsieining til að styrkja TN-hreinsun úr auka frárennsli. Hins vegar verður rekstraráherslan að vera á áhrif C/N á háþróaða afoxunarvirkni. Uppfærsluverkefnið Pingtang WWTP I. stigs uppfærsluverkefni, einnig með afkastagetu upp á 40.000 m³/d, notaði denitrifying síu + hár-hagkvæmni uppleyst loftflot (DAF) sem háþróaða meðhöndlunarferlið til að hækka frárennslisvatn TN í hálfgerða-Class IV yfirborðsvatnsstaðla, prentun um 5 m²/0m²,³/0fet. spara land og gera skilvirka meðferð kleift, en með C/N allt að 18,34. Til að uppfylla nýja staðbundna staðla fyrir frárennsli TN, tók Chengdu No. 9 vatnsgræðslustöðin upp botnfallsgeymi með mikilli-þéttleika og djúpsíu með afrennsli- sem uppfærsluferlið, með C/N 5,7, til að ná háþróaðri meðhöndlun undir háum stöðlum. Dingqiao ræstingarstöðin í Haining gat ekki uppfyllt gráðu A losunarstaðla sem krafist er fyrir Qiantang ánna. Gao Feiya o.fl. notaði denitrifying djúpa-beðsíu fyrir háþróaða TN meðferð, fjarlægi samtímis SS og TP, sem færði frárennslisgæði nærri hálfgerðum-flokki IV stöðlum, en með háu C/N 15,68, sem leiddi til mikils kostnaðar við að fjarlægja nitur. Að auki krefjast síunarferlar reglulegs bakskolunar, venjulega með því að nota loft-vatnshreinsun, sem getur haft áhrif á rekstrarstöðugleika.

óstöðugleiki í denitrifying síum, rannsóknir á því að beita brennisteins-bundinni autotrophic denitrification (SAD) á denitrifying síur hafa vakið athygli. SAD notar frumefnabrennistein eða brennisteinssambönd sem rafeindagjafa við loftfirrðar eða súrefnislausar aðstæður til að draga úr NO₃^--N til N₂. Það býður upp á kosti eins og góða afoxunarvirkni, engin þörf fyrir lífrænan kolefnisgjafa, lágan rekstrarkostnað og lítil seyruframleiðsla. Song Qingyuan o.fl. rannsakað áhrif köfnunarefnisfjarlægingar SAD síu á auka frárennsli. Eftir hagræðingu tilraunaaðstæðna hélst nítratfjarlæging stöðug yfir 95%, en fjölmiðlaneysluhraði náði 20% árlega, samfara auknum styrk frárennslissúlfats og lækkaðu pH. Til að forðast aukamengunarhættu af SAD, Li Tianxin o.fl. tilbúinn miðill með því að pilla blöndu af brennisteini og kalksteinsdufti. Með því að bæta ákveðnu hlutfalli af kalksteini við síubeðið hlutleystist sýrustigið sem myndaðist og framleiddi CaSO₄ botnfall, lækkaði styrk frárennslissúlfats og tók á áhrifaríkan hátt á vandamálum varðandi sýruframleiðslu og hátt súlfatmagn. Hins vegar tók kalksteinn pláss sem ætlað er fyrir rafeindagjafamiðla innan kerfisins, sem veikir háþróaða denitrification getu, eykur hörku frárennslis og hækkaði rekstrarkostnað. Núverandi rannsóknir á SAD tækni eru fyrst og fremst á rannsóknarstofu og tilraunakvarða, með ófullnægjandi verkfræðireynslu til viðmiðunar. Frekari hagnýtra rannsókna er þörf fyrir kynningu á-iðnaði.

MBBR er dæmigerður fulltrúi líffilmuferla í vökva-bekkjum og nýrrar skólphreinsunartækni sem hefur fengið mikla athygli undanfarin ár. Það notar sviflausn burðarefni með þéttleika nálægt vatni til að auðga sérstaklega örverur og mynda líffilmu til að ná háþróaðri nitureyðingu. Fluidized-líffilmuferli í rúmi forðast einnig vandamál sem tengjast miðli stíflu og bakþvotti. Eins og er, hefur hrein biofilm MBBR fyrir háþróaða hreinsunarhreinsunarhreinsun yfir 20 ára farsæla rekstrarreynslu erlendis og er sífellt víðtækari notkun í Kína. Zheng Zhijia o.fl. notaði tveggja-hreint líffilmu MBBR ferli fyrir háþróaða denitrification. Við C/N=4.0 varð nítratköfnunarefni frárennslis kerfisins stöðugt við (1,87 ± 1,07) mg/L, með 93,3% TN-fjarlægingu að meðaltali. Þróunarsvæði hreinsunarstöðvar í tiltekinni borg smíðaði nýjan MBBR lífræna-tank sem háþróaða meðferð á háskólastigi til að auka denitrification. Hleðsla TN-fjarlægingar í súrefnislausu hluta hreinu líffilmunnar MBBR var 1,1 g/(m²·d), sem eykur áreiðanleika kerfis-denitrification. Gao Yanbo o.fl., með það að markmiði að auka afkastagetu upprunalegu verksmiðjunnar, smíðuðu nýjan tveggja-þrepa AO pure biofilm MBBR líf-tank, sem náði stöðugu frárennsli TN undir 5 mg/L með mikilli afrennslisvirkni. Þannig sýnir hreina líffilmu MBBR ferlið mikla möguleika fyrir háþróaðan köfnunarefnishreinsun í hreinsunarstöðvum, sem sameinar kosti eins og mikla nýtingu kolefnisgjafa, mikið meðferðarálag og lítið fótspor. Hins vegar gerir það einnig meiri kröfur til búnaðar, sem krefst áreiðanlegs búnaðar til að styðja við stöðugan vinnsluferli. Samanburður á algengum háþróaðri köfnunarefnishreinsunarferlum er sýndur íTafla 1.

Byggt á yfirgripsmiklum samanburði, þó að SAD ferlið krefjist ekki viðbótar kolefnisgjafa, þá er núverandi notkun þess ekki enn þroskuð og fylgir aukamengunaráhættu, svo það var ekki tekið til greina fyrir þessa uppfærslu. Þrátt fyrir að afrennslissíur séu mikið notaðar eru þær aðallega notaðar við uppfærslur á hreinsiefni þar sem hönnun innrennslis-/afrennslis-TN er oft 15/12 mg/L, sem meðhöndlar tiltölulega lítið TN-fjarlægingarálag. Þar sem þetta verkefni krafðist þess að uppfylla langtíma, miklar kröfur um fjarlægingu TN, myndi aðgerð stytta bakþvottaferil síunnar verulega, auka rekstrarerfiðleika og óstöðugleika. Hið hreina líffilmu MBBR ferlið sameinar kosti eins og mikla nýtingu kolefnis, engin þörf á bakþvotti, þroskaðri notkun og engin afleidd mengun. Með hliðsjón af áskorunum í ferlinu og endurnýjunarkröfum valdi verkefnið að lokum smíði á nýjum hreinum líffilmu MBBR líf-tanki (hér eftir nefndur MBBR tankurinn) sem háþróaða köfnunarefnishreinsunarlausn fyrir fyrsta áfanga, hannað með C/N=4.5, og fyrirhugaðan endurgreiðslutíma fjárfestingar upp á 7,37 ár.

3. Ný byggingaráætlun

3.1 Ferlisflæði

Rennsli skólphreinsunarferlisins eftir endurbætur er sýnt íMynd 3. Innstreymi álversins fer í gegnum fína sigi, hringhringahólf og frumsetgeyma áður en það fer í BIOLAK lífræna-tankinn til að fjarlægja lífrænt efni, ammoníak köfnunarefni o.s.frv. Það er síðan lyft með dælum upp í MBBR tankinn fyrir háþróaðan TN flutning. MBBR tankurinn er hannaður fyrir aðrennsli TN sem er 35 mg/L og frárennslis TN minna en eða jafnt og 15 mg/L. MBBR frárennsli er lyft með aukadælum í núverandi háþróaða meðhöndlun verksmiðjunnar fyrir fasta-vökvaskilnað og seyrueyðslu. Lokafrennsli er sótthreinsað fyrir losun í móttökuá. Afgangsseðja er þykkt, afvötnuð og flutt af{10}}staðnum til förgunar.

3.2 Nýr MBBR tankur

MBBR tankurinn notar AO ferli, smíðaður með Lipp tankum fyrir einingasamsetningu, lokið á 30 dögum. Heildar vökvasöfnunartími kerfisins (HRT) er 1,43 klst. SPR-III tegund sérhæfðra loftháðra og anoxískra sviflausna burðarefna er bætt við inni í geymunum, með 60% fyllingarhlutfalli á loftháða svæðinu og 55% á anoxíska svæðinu. Bærarnir eru aflaga sívalir, 25 mm í þvermál og 10 mm á hæð, með virkt tiltekið yfirborð sem er meira en eða jafnt og 800 m²/m³. Anoxíska svæðið er búið 4 MBBR-sérhæfðum breytilegum-tíðniblöndunartækjum (SPR efnaaflgerð), N=5.5 kW hver, sem veitir samræmda og nægilega vökvavæðingu fyrir burðarefnin. Eftir líffilmuþroska eru 2 blöndunartæki notaðir reglulega og hinir 2 í heitum biðstöðu. Loftháða svæðið notar skrúfublásara til að lofta. Einn blásari hefur loftgetu upp á 14,50 m³/mín., þrýstingur 90 kPa, N=22 kW. Eitt sett af sérhæfðum götóttum rördreifum fyrir loftháð svæði (SPR gerð) er sett upp. Vegna þess að loftræstingin er lítil sem krafist er er venjulega hægt að nota núverandi Phase I blásara, þar sem nýi blásarinn og Phase I blásararnir þjóna sem gagnkvæm varabúnaður. Nýir efnishlerunarskjáir (SPR gerð), 12 mm þykkir, með hannaðan endingartíma upp á 30 ár, eru settir upp bæði á loftháðu og súrefnislausu svæði.

3.3 Ný stoðaðstaða

• Áhrifakerfi: Frárennsli frá BIOLAK lífrænum-tankinum er lyft upp í MBBR tankinn.
• Skömmtun kolefnisgjafa: Frárennslið frá Phase I BIOLAK bio-tankinum inniheldur aðeins COD sem erfitt er að nýta. Til að tryggja háþróaða denitrification í súrefnislausu svæði MBBR tanksins, er natríumasetat notað sem ytri kolefnisgjafi . 4 mælidælur eru settar upp (2 vinnu, 2 biðstöðu), hver með Q=300 L/klst, H=200 kPa, N=0.37 kW.