Samanburður á tveggja-þrepa AO og þriggja-þrepa AO ferlum: verkfræði Sjónarhorn
Eins og er, nota meirihluti skólphreinsistöðva í Kína virkjað seyru-til að meðhöndla skólp. Meðal þeirra notar næstum helmingur Anoxic-Oxic (AO) ferlið. AO ferlið býður upp á kosti eins og stöðugan rekstur og lágan kostnað. Hins vegar er skilvirkni þess að fjarlægja heildar köfnunarefni (TN), venjulega á bilinu 60% til 80%, takmörkuð af innri endurvinnsluhlutföllum. Með sífellt strangari innlendum kröfum um fjarlægingu köfnunarefnis, eiga hefðbundin -eins þreps AO ferli oft í erfiðleikum með að uppfylla kröfur um TN-meðferð. Fjölþrepa AO ferli hafa því komið fram. Með því að tengja tvö eða fleiri AO-þrep í röð, gefur nítratið sem framleitt er í loftháðþrepinu á undan undirlagið fyrir denitrification á næsta anoxíska stigi. Þetta nær því markmiði að draga úr innra endurvinnsluhlutfalli á sama tíma og það eykur heildarfjarlægingu TN. Hins vegar geta óhófleg áföng einnig aukið rekstrarflækju. Þar af leiðandi eru algengustu stillingarnar í Kína eins og er tveggja- og þriggja-þrepa AO ferlið. Þessi grein kynnir samanburðargreiningu á tveggja- og þriggja-þrepa AO ferlum með því að nota hreinsunarstöð í Suður-Kína sem dæmisögu, með það að markmiði að veita tilvísun fyrir val á tæknilegum leiðum í svipuðum verkefnum.
1 Verkefnayfirlit
Vatnshreinsunarstöð í Suður-Kína nær yfir alls 8 hektara svæði. Upprunaleg hönnunargeta þess var 90.000 m³/d, þar sem frárennslisgæði eru nauðsynleg til að uppfylla bæði stig A staðalinn „Útrennslisstaðall mengunarefna fyrir hreinsistöðvar sveitarfélaga“ (GB 18918-2002) og „losunarmörk vatnsmengunar“ í Guangdong héraði/2}2014 (6{14af) vísað til sem „Quasi-Class V“). Verksmiðjan var rekin af fullum krafti. Samkvæmt viðeigandi skipulagi þurfti stækkun. Framtíðarstaðlar frárennslis, byggðar á núverandi stöðu, þurftu til að taka tillit til langtímakröfu um TN minna en eða jafnt og 10 mg/L. Að teknu tilliti til raunverulegra aðstæðna lóðarinnar var byggingarkvarði þessarar stækkunar settur á 70.000 m³/d. Verksmiðjan myndi starfa á 50.000 m³/d á næstunni og ná 70.000 m³/d mælikvarða til lengri tíma litið, þannig að heildarhreinsunargeta verksmiðjunnar verði 160.000 m³/d. Hönnuð aðrennslis- og frárennslisgæði eru sýnd íTafla 1.
Vegna takmarkana á vefsvæðinu tók bráðabirgðaáætlun stækkunarinnar upp ferlisleiðina „Multi-AO + Peripheral-In Peripheral-Out Rectangular Sedimentation Tank + High-Sedimentation Tank + Fiber Plate-Of Frame{8}. Borgaraleg mannvirki allra helstu eininga voru smíðuð fyrir 70.000 m³/d mælikvarða, en búnaður var settur upp fyrir 50.000 m³/d afkastagetu. Líffræðilega tankurinn myndi nota fjölþrepa AO ferli á næstunni. Til lengri tíma litið myndi það að bæta við stöðvuðum burðarefnum búa til blendingslíffilmu-virkjað seyruferli til að mæta 40% stækkunarþörfinni. Við þessa hönnun var litið til vökvaskilyrða fyrir 70.000 m³/d mælikvarða, en líffræðileg meðferð var hönnuð fyrir 50.000 m³/d mælikvarða. Þar sem þetta verkefni ætlaði að taka upp fjöl-þreps AO ferli, var samanburður á tveggja-þrepa og þriggja-þrepa AO gerð.
2 Samanburður á tveggja-þrepa og þriggja-þrepa AO ferlum
2.1 Ferlisflæði
Meginreglan í fjölþrepa AO ferlinu er að nýta nítrat sem framleitt er á undangengnu loftháðu stigi fyrir denitrification á næsta anoxíska stigi, og minnka þannig hlutfall innra endurvinnslu. Fræðilega séð leiða fleiri stig til betri fjarlægingar TN, en eftirlitið verður flóknara. Í verkfræðistörfum eru tveggja-þrep og þriggja-þrep AO ríkjandi. Ferlisflæði þeirra eru sýnd íMynd 1. Fyrir tveggja-þrep AO er innri endurvinnsla venjulega hönnuð á fyrsta AO-stigi. Fyrir þriggja-þrep AO er innri endurvinnsla almennt ekki notuð. Rennslisstöðvar í Peking sem nota tveggja-þreps AO ferlið eru Qinghe (400.000 m³/d), Xiaohongmen (500.000 m³/d), Gao'antun (400.000 m³/d), Dingfuzhuang (200.000 m³/d) og Huaid/d (60 m³). Þetta ferli býður upp á kosti eins og einfaldan búnað, lágan rekstrar- og viðhaldskostnað, sterka mótstöðu gegn höggálagi og mikla samhæfni við önnur ferli, sem auðveldar framtíðaruppfærslu til að uppfylla hærri frárennslisstaðla. Fræðilega séð getur þriggja-þrepa AO í röð útilokað þörfina fyrir innri endurvinnslubúnað, leyft skynsamlegri úthlutun kolefnisgjafa og dregið úr fjárfestingar- og rekstrarkostnaði. Þetta ferli er fyrst og fremst beitt í sviðsmyndum með nægilegum kolefnisgjöfum og miklar kröfur um niturfjarlægingu. Dæmigert tilfelli eru Qujing ræsistöðin í Yunnan (80.000 m³/d), Ninghe District Urban WWTP í Tianjin (90.000 m³/d), Zhangguizhuang WWTP í Tianjin (200.000 m³/d) og Daoxianghu endurheimtunarstöðin í Peking (80,000 m³d).
2.2 Ferlasamanburður
Með hliðsjón af því að ekkert viðbótarland er tiltækt fyrir framtíðaruppfærslur á þessum stað og að sum ný staðbundin verkefni eru nú þegar að innleiða frárennslis TN staðal sem er Minna en eða jafnt og 10 mg/L, taldi ferlisamanburðurinn frárennsli lífrænna geyma minna en eða jafnt og 10 mg/L til að mæta möguleikanum á frekari ströngum kröfum um frárennsli í framtíðinni. Aðrir vísbendingar fylgdu hönnunargæði frárennslis. Miðað við skipulagið, fyrir nær-skalann 50.000 m³/d, var hámarks vökvasöfnunartími (HRT) fyrir líffræðilega tankinn 18 klukkustundir. Með því að sameina raunverulegar aðstæður verkefnisins, BioWin-hermi niðurstöður og þægindin við að tengja við upphengda flutningsaðila, var gerður samanburður á tveggja-þrepa og þriggja-þrepa AO ferlum.
2.2.1 BioWin uppgerð
Uppbótaruppbótarmeðferð með hormónum upp á 18 klst. var stillt á og minnkað smám saman. Lágmarks hormónauppbótarmeðferð sem uppfyllti kröfur um TN frárennsli var 14 klst. Fyrir tveggja-þrep AO voru dreifingarstaðir fyrir áhrif loftfirrt svæði, fyrsta-þreps súrefnislausa svæði og annað-þreps súrefnislaus svæði. Fyrir þriggja-þrep AO voru áhrifapunktar loftfirrt svæði, annað-þreps anoxískt svæði og þriðja-þreps anoxískt svæði.
① Rannsókn með föstu dreifingarhlutfalli áhrifa
Með því að stilla innflæðisdreifingarhlutfallið á 4:3:3 fyrir báðar voru hermir bornar saman þrjú kerfi: tveggja-þrep AO (endurvinnsluhlutfall 200%), þriggja-þreps AO með heildarendurvinnsluhlutfall upp á 200% (100% endurvinnslu innan fyrsta AO stigs + 100% endurvinnslu frá þriðja Oxic svæði til þriðja Oxic svæði til þriðja Oxic svæði} og þriggja Oxic svæði A} með 100% endurvinnsluhlutfall (endurvinnsla aðeins innan fyrsta AO stigs). Hermiflæðin eru sýnd íMynd 2.
Tafla 2sýnir uppgerð niðurstöður fyrir fast áhrifahlutfall við HRT=14 klst.
Í töflu 2 má sjá að fyrir bæði tveggja-þrep og þriggja-þrep AO er mælt með því að setja upp innri endurvinnslu á fyrsta AO-stigi til að hámarka denitrification á fyrsta anoxíska svæði með því að nýta kolefnisgjafann í hráu innstreyminu. Fyrir þriggja-þrep AO, uppsetning innri endurvinnslu frá lokum þriðja þreps til fyrsta anoxíska svæðisins bætti lítillega TN og TP fjarlægingu, en skilvirkni lífrænna efna minnkaði. Þetta er vangavelta sem rekja má til aukins heildarflæðis í líffræðilega tankinum vegna endurvinnslunnar, sem flutti uppleyst súrefni inn í súrefnislausa svæðið, sem hafði áhrif á súrefnislaus umhverfið. Að auki styttist raunverulegur hormónauppbótarmeðferð á hverju svæði og umskipti milli rekstraraðstæðna flýttu fyrir, sem leiddi til minni skilvirkni. Fyrir áhrifaeiginleika eins og þá í þessu verkefni í Suður-Kína, þar sem styrkur TN er ekki mjög hár, getur tveggja-þrepa AO uppfyllt að fullu kröfur frárennslis, og sýnir engan sérstakan kost fyrir þriggja-þrep AO. Fyrir aðstæður með hátt COD og mikið TN-áhrif gæti þriggja{11}}þrepa AO hentað betur.
② Rannsókn á aðlögun dreifingarhlutfalla áhrifa
Bæði tveggja-þrepa og þriggja-þreps AO voru stillt með 100% innra endurvinnsluhlutfalli á fyrsta AO-stigi. Rannsóknir voru gerðar á fjöl-hlutföllum áhrifadreifingar (1:0:0, 3:7:0, 2:4:4). Hér þýðir 1:0:0 að allir áhrifavaldar koma inn fremst; 3:7:0 fyrir þriggja-þrep AO þýðir að innstreymi dreifist aðeins á loftfirrta svæðið og annað AO stig. Hermirniðurstöður fyrir leiðrétt dreifingarhlutföll eru sýnd íTafla 3.
Af töflu 3 má sjá að dreifihlutfall hefur lítilsháttar áhrif á frárennslisgæði. Almenn tilhneiging er sú að eftir því sem hlutfall innflæðis sem dreift er á síðari stig eykst, eykst styrkur TN, NH₃-N og TP frárennslis, og eftirspurn eftir loftun eykst einnig smám saman. Þegar innflæðishlutfallið var 3:7:0 sýndu þriggja-þreps AO örlítið betri TN fjarlægingu og aðeins lægra loft-til-vatnshlutfalls en tveggja-þreps AO. Hins vegar, í raunverulegum rekstri, er þessi munur yfirleitt hverfandi. Þar að auki, að auka hlutfall áhrifavalda á síðari stig, en það er gagnlegt fyrir nýtingu kolefnisgjafa í afneitrun, eykur óhjákvæmilega álagið á lífefnafræðileg viðbrögð vegna inntaks NH₃-N, lífrænna efna og TP. Þess vegna er mælt með því að viðhalda fjöl-innstreymisstillingunni og gera áfangastillingar byggðar á raunverulegum vatnsgæðum meðan á notkun stendur. Rétt er að taka fram að þrátt fyrir að þriggja-þreps AO hafi sýnt betri TN-fjarlægingu en tveggja-AO í 2:4:4 innflæðishlutfalli, eftir því sem aðstreymi til síðari stiga jókst, sýndi frárennsli NH₃-N hækkandi tilhneigingu, en þá gat- frárennsli ekki lengur{NH3}-staðalinn.
③ Meðferðarárangur tveggja-þrepa og þriggja-þreps AO
Þriggja-þrep AO stillingar var hermt með HRT=14 klst., jöfnum rúmmálshlutföllum fyrir hvert stig (1:1:1), 100% innri endurvinnslu sett í fyrsta AO stiginu og innflæðishlutfalli 4:3:3, við tvær aðstæður: með 100% endurvinnslu og með endurvinnslu lokað. Tveggja-AO stillingar voru hermdar með HRT=14 klst, 100% innri endurvinnslu og innflæðishlutfalli 4:3:3. Niðurstöður sýndu að tveggja-þrep AO náðu ákjósanlegu TN frárennsli við 6,29 mg/L; þriggja-þrepa AO með 100% innri endurvinnslu að framan náði næstbestu við 7,51 mg/L; þriggja-þrep AO án innri endurvinnslu gekk verr við 8,52 mg/L. Allar þrjár aðstæðurnar gætu uppfyllt kröfuna um sannprófun frárennslis (TN Minna en eða jafnt og 10 mg/L).
Tafla 4sýnir samanburð á hönnunarfæribreytum á milli tveggja-þrepa og þriggja-þreps AO. Það má sjá að fyrir bæði ferlana er hormónauppbótarmeðferðin sem þarf til að ná TN-kröfunni fyrir frárennsli minna en 18 klukkustundir. Helsti munurinn á ferlunum tveimur er sem hér segir:
a. Fræðilega séð, þriggja-þrep AO hefur hærri efri mörk; þ.e. ef það er rekið á réttan hátt getur bæði fjárfesting og rekstrarkostnaður verið lægri. Tveggja-AO hefur færri búnaðarhluti og þrep, sem leiðir til lægri búnaðarkostnaðar og minni rekstrarerfiðleika.
b. Fyrir þetta sérstaka verkefni, þar sem til lengri tíma litið var litið og geymirrúmmálið var hannað fyrir 18-stunda hormónauppbótarmeðferð, væri borgaraleg fjárfesting sú sama hvort sem þú notar tveggja-þrep eða þriggja-þrep AO. Búnaðarkostnaður fyrir þriggja-þrep AO er hærri. Þess vegna, frá fjárfestingarsjónarmiði, er hagkvæmara að taka upp tveggja þrepa AO.
c. Varðandi rekstrarkostnað, þriggja-þrepa AO gæti sparað um það bil 0,002 CNY/m³ með því að útrýma 100% endurvinnsluorkukostnaði fyrir blandaðan áfengi. Miðað við hugsanlega minnkun á nýtingu kolefnisgjafa í raunverulegri notkun vegna víxllausra/oxunaraðstæðna í þriggja-þrepum AO, væri raunverulegur munur á rekstrarkostnaði líklega enn minni.
2.2.2 Greining á langtíma-atburðarás símafyrirtækis
Vegna einstakra krafna þessa verkefnis þurfti líffræðilegi tankurinn að íhuga hagkvæmni og þægindi langtímaáætlunar um stækkun afkastagetu, þ.e. áhrifin af því að bæta við stöðvuðum flutningsaðilum.
Kjarninn í MBBR ferlinu er að auka lífmassann í kjarnaofninum með því að bæta við svifryki. Þessum er hægt að bæta við loftháða, anoxíska eða loftfirrta tanka. Hins vegar, ef miðað er við vökvun burðarefnis, að bæta þeim við loftfirrta eða súrefnislausa tanka myndi það auka verulega þörf á blöndunarafli. Þess vegna er helst mælt með því að bæta við þolgáma. Hægt er að bæta við rúmmáli fyrir loftfirrt/anoxískt svæði með skiptingu frá loftháða svæðinu, en skortur á loftháðu rúmmáli er bætt upp með viðbættum burðarefni. Með öðrum orðum, ófullnægjandi loftháð rúmmál er borið af auknu yfirborði sviflagna, sem er reiknað út frá umbreytingu mengunarálags til að ákvarða nauðsynlega burðarmagn, sem stjórnar ákveðnu fyllingarhlutfalli til að fá aukið rúmmál.
Miðað við útreikninga, ef tekið er upp tveggja-þreps AO ferlið og bætt öllum stöðvuðum burðarefnum við fyrsta-þrep loftháð svæði til lengri tíma litið, væri nauðsynlegt MBBR yfirborðsflatarmál burðarefnis 2.597.708 m², sem kostar 12,99 milljónir CNY. Annar tengdur fastur búnaður kostnaður (þar á meðal MBBR vökvakerfi, sérstakar blöndunartæki, skimunarkerfi og snjöll stjórnkerfi) væri 6,15 milljónir CNY. Ef tekið er upp þriggja-þreps AO ferlið, vegna dreifðari svæða, þyrfti MBBR svæðinu að skipta í 2 hluta (fyrsta-þrep og annað-þrep loftháð svæði). Þar af leiðandi myndi kostnaður við að setja upp samsvarandi MBBR fastan búnað (að undanskildum flutningsaðilum sjálfum) hækka lítillega í 7,77 milljónir CNY á meðan flutningskostnaður er sá sami. Þetta þýðir að upptaka þriggja-þrepa AO myndi auka fjárfestingu í framtíðinni um 1,62 milljónir CNY og einnig auka flókið endurskipulagningu. Ennfremur er skimunarkerfið það svæði sem er mest viðkvæmt fyrir vandamálum eftir að burðarefni hefur verið bætt við. Þriggja-þrepa AO bætir við aukahluta af skjám, sem eykur erfiðleika við notkun.
Frá ofangreindum samanburði, vegna óhóflegrar skiptingar í þriggja-þrepa AO, þar sem hver skipting hefur svipað rúmmál, er erfiðleikar við endurnýjun þess meiri en tveggja-þreps AO. Framkvæmdir, flókið starf og viðbót við skimunarbúnað leiðir einnig til meiri fjárfestingar en tveggja-AO. Þess vegna er upptaka tveggja-þreps AO auðveldara fyrir framtíðartengingu við frestað flutningsfyrirtæki.
2.3 Niðurstaða samanburðar
Byggt á ofangreindri greiningu geta bæði tveggja-- og þriggja-þreps AO-ferlar náð markmiðinu um TN frárennsli sem er minna en eða jafnt og 10 mg/L. Undir mörkum þessa verkefnis-takmarkað pláss, þörfin á að hámarka nær-magn tanks og langtímaáætlunin um að bæta við stöðvuðum flugrekendum-þeirra tveggja-þreps AO hafa kosti með tilliti til-fjárfestingar og búnaðarstjórnunar/viðhaldsþæginda. Það býður einnig upp á meiri samhæfni fyrir endurbyggingu í framtíðinni með stöðvuðum flutningsaðilum, sem leiðir til minni heildarfjárfestingar og minni endurnýjunar og rekstrarerfiðleika. Þess vegna var mælt með tveggja{12}}þrepa AO ferlinu fyrir þessa hönnun, eftir ítarlega íhugun.
3 Rekstrarárangur
Áætluð heildarfjárfesting fyrir þetta verkefni er 304,5721 milljónir CNY, með byggingarkostnaði upp á 243,6019 milljónir CNY, sem þýðir byggingarkostnaður á einingu upp á 3.480,03 CNY/m³. Meðferðarkostnaður er 1,95 CNY/m³ og rekstrarkostnaður er 1,20 CNY/m³.
Fyrir þetta verkefni hefur líffræðilega tankurinn samtals 18 klst. hormónauppbótarmeðferð (sem samanstendur af: loftfirrt svæði 2 klst., fyrsta-þrepa súrefnislausu svæði 3.5 klst., fyrsta-þrep loftháð svæði 7.5 klst., afgassvæði 0.5 klst., annað-þrep anoxískt svæði 2 klst.), með virkri vatnsdýpt upp á 8,6 m. Stillanlegt hlutavatnsinntak er innleitt, sem gerir kleift að stilla dreifingarhlutfallið í 20% þrepum eftir þörfum. Í raunverulegri notkun er styrkur blandaðs áfengis sviflausna (MLSS) í líffræðilega tankinum á bilinu 3.500 til 4.000 mg/L, skilahlutfall seyru er á bilinu 40% til 100% og innra endurvinnsluhlutfall blandaðs vökva er á bilinu 100% til 200%. Raunveruleg innrennslis- og frárennslisgæði eru sýnd íTafla 5, sem er í grundvallaratriðum í samræmi við niðurstöður uppgerðarinnar.
4 Niðurstaða
Með því að nota hreinsunarstöð í Suður-Kína sem tilviksrannsókn, var gerður tæknilegur og efnahagslegur samanburður á tveggja-þrepa og þriggja-þrepa AO ferlum með hjálp BioWin uppgerð. Tveggja- AO, með færri búnaðarhlutum og þrepum, lægri búnaðarkostnaði og minni rekstrarerfiðleikum, hentar betur fyrir aðstæður í Suður-Kína þar sem áhrifarík TN er ekki mjög mikil. Fyrir þriggja- þrepa AO, uppsetning innri endurvinnslu frá lokum þriðja þreps til fyrsta anoxíska svæðisins hafði neikvæð áhrif á skilvirkni TN-fjarlægingar, jók rekstrarerfiðleika og hækkaði fjárfestingarkostnað. Hönnunin uppfyllir samtímis bráða-meðhöndlunarkröfur 50.000 m³/d og TN Minna en eða jafnt og 10 mg/L, á meðan hægt er að ná langtímakvarðanum 70.000 m³/d með því að tengja við upphengda burðarefni. Raunverulegar rekstrarniðurstöður eru að mestu í samræmi við BioWin hermi niðurstöður, með meðaltal frárennslis TN 6,86 mg/L, uppfyllir hönnunarkröfur.