Ulepszanie projektu i praktyki instalacji oczyszczania wody w Xin'an Qianhe w oparciu o proces AAOAO-MBBR i utlenianie ozonem
Qingdao, jako kluczowe centralne miasto na wybrzeżu, osiągnęło znaczące wyniki w zarządzaniu ekologicznym. Jednak w porównaniu z-najlepszymi międzynarodowymi metropoliami, system zarządzania miejskim środowiskiem wodnym w dalszym ciągu stoi przed wyzwaniami strukturalnymi.
Obecnie istnieją rozbieżności między stopniem pokrycia siecią rur drenażowych, wydajnością operacyjną oczyszczalni ścieków a oczekiwaniami społeczeństwa dotyczącymi środowiska wodnego-wysokiej jakości. Istnieje także dystans do realizacji ekologicznej wizji budowy „Pięknego Qingdao”.
Aby stawić czoła tym wyzwaniom, Qingdao musi pilnie wdrożyć systematyczne środki, takie jak planowanie naukowe, zoptymalizowana alokacja zasobów i zwiększone inwestycje w infrastrukturę. Działania te mają na celu kompleksową poprawę efektywności sieci kanalizacyjnej i możliwości końcowego oczyszczania ścieków, a tym samym umocnienie ekologicznych podstaw zrównoważonego rozwoju miasta.
Projekt Zakładu Oczyszczania Jakości Wody Xin'an Qianhe jest zlokalizowany na nowym obszarze Qingdao na zachodnim wybrzeżu. Ma zaprojektowaną wydajność oczyszczania wynoszącą 50 000 m³/d, łączną powierzchnię obiektu wynoszącą 33 154 m², a łączną kwotę inwestycji wynoszącą 182,4 miliona juanów. Studium wykonalności projektu ukończono w marcu 2021 r., wstępny projekt i budżet zatwierdzono w czerwcu tego samego roku, a budowa oficjalnie rozpoczęła się w kwietniu 2023 r. Obecnie jest w fazie budowy. Pierwotny projekt wymagał, aby kluczowe parametry ścieków spełniały normy klasy V określone w normie GB 3838-2002 „Normy jakości środowiska dla wód powierzchniowych”, podczas gdy azot całkowity (TN) i inne wskaźniki miały spełniać normy klasy A określone w normie GB 18918-2002 „Normy dotyczące usuwania zanieczyszczeń z komunalnych oczyszczalni ścieków”.
W marcu 2022 r. Administracja ds. Wody Qingdao wydała „Zawiadomienie w sprawie prowadzenia prac modernizacyjnych i remontowych w oczyszczalniach ścieków komunalnych w Qingdao”. Na podstawie tego zawiadomienia nałożono obowiązek modernizacji oczyszczalni w pobliżu zatok Jiaozhou, zatoki Bohai i wzdłuż rzek, podnosząc standard zrzutu do quasi-klasy jakości wód powierzchniowych IV, przy kontrolowanej zawartości TN ścieków w zakresie 10–12 mg/l. Wydanie tej polityki przypadło na okres pomiędzy wstępnym zatwierdzeniem projektu projektu (czerwiec 2021 r.) a jego fizycznym rozpoczęciem (kwiecień 2023 r.), tworząc lukę techniczną pomiędzy zatwierdzonymi już pierwotnymi standardami projektowymi a najnowszymi wymogami środowiskowymi. Aby zapewnić zgodność z przepisami po ukończeniu budowy nowej oczyszczalni ścieków w Nowym Obszarze Zachodniego Wybrzeża, konieczne stało się jednoczesne przeprowadzenie optymalizacji procesów na etapie budowy i opracowanie ekonomicznie wykonalnego planu modernizacji na podstawie studiów wykonalności.
1. Projektowanie i wybór schematu procesu
1.1 Zaprojektowana jakość ścieków
Standardy ścieków w ramach projektu zostały podniesione z quasi-klasy V do quasi-klasy IV jakości wód powierzchniowych. Potrzebne były rozsądne rozwiązania techniczne, aby jeszcze bardziej obniżyć wartości wskaźników takich jak BZT, ChZTCr,TN, NH₃-N i TP w ściekach. Szczegółowa analiza jest pokazana wTabela 1.
1.2 Wybór inżynierskiego schematu technicznego
Przebieg procesu w budowanej instalacji pokazano na rysunkuRysunek 1.
W budowanym zakładzie zastosowano proces „Obróbka wstępna + zmodyfikowany zbiornik biochemiczny AAOAO + zbiornik wtórnej sedymentacji + wysoko-wydajny zbiornik sedymentacyjny + filtr typu V- + utlenianie ozonem”. Układ obiektów jest zwarty, co nie pozostawia nadwyżek terenu pod projekt modernizacji, który w związku z tym musi opierać się na trwającej budowie. Modernizacja ma na celu przede wszystkim usunięcie substancji zanieczyszczających, takich jak ChZTKr, NH₃-N, TN i TP. Zaproponowano dwa schematy porównawcze, jak szczegółowo opisano wTabela 2.
Schemat 1: AAOAO-MBBR +-wysokowydajny proces osadzania w zbiorniku
- Modyfikacja układu biochemicznego: Optymalizacja konstrukcji budowanego zbiornika biochemicznego AAOAO. Zwiększ wydajność denitryfikacji poprzez zwiększenie objętości strefy beztlenowej. Jednocześnie dodaj nośniki MBBR lokalnie w strefie tlenowej, tworząc proces złożony, wzmacniający skuteczność biochemicznego usuwania NH₃-N i TN.
- Modernizacja systemu fizykochemicznego: Optymalizacja konstrukcji zbiornika i parametrów wyposażenia pomocniczego wysokowydajnego osadnika-w celu zapewnienia stabilnej zgodności z TP.
- Zaawansowane usprawnienie leczenia: Zwiększ dawkę w jednostce utleniania ozonu, aby dalej rozkładać ogniotrwałą materię organiczną, zapewniając ChZTKrzgodność ze absolutorium.
Schemat 2:-Wysokowydajny zbiornik sedymentacyjny + proces filtracji denitryfikacyjnej w głębokim złożu
- Optymalizacja trybu pracy: Zachowaj oryginalną strukturę zbiornika biochemicznego AAOAO. Dodaj regulowane urządzenia napowietrzające w strefie-beztlenowej, aby dynamicznie przełączać się między trybami beztlenowym/tlenowym w oparciu o jakość dopływu, zapewniając skuteczność oczyszczania NH₃-N.
- Modernizacja systemu fizykochemicznego: Optymalizacja konstrukcji zbiornika i parametrów wyposażenia pomocniczego wysokowydajnego osadnika-w celu zapewnienia stabilnej zgodności z TP.
- Zastosowanie filtra denitryfikacyjnego: Przekształć filtr typu V- w denitryfikacyjny filtr głębokozłożowy, wykorzystując dozowanie źródła węgla w celu zwiększenia zdolności usuwania TN.
- Zaawansowane usprawnienie leczenia: Zwiększ dawkę w jednostce utleniania ozonu, aby dalej rozkładać ogniotrwałą materię organiczną, zapewniając ChZTKrzgodność ze absolutorium.
Obydwa systemy mogą spełniać wymagania dotyczące usuwania azotu i fosforu. Schemat 1 wykorzystuje modyfikacje zbiornika biochemicznego w celu usunięcia TN. Jego zaletą jest pełne wykorzystanie dopływającego źródła węgla. Gdy dopływający TN ulega wahaniom, w strefie beztlenowej można dodać zewnętrzne źródło węgla w celu usunięcia TN. Dla porównania, denitryfikacyjny filtr głębokozłożowy zastosowany na Schemacie 2 wymaga użycia zewnętrznego źródła węgla i wymaga-długoterminowego utrzymania aktywności drobnoustrojów w filtrze, co zwiększa koszty operacyjne. Chociaż koszty inwestycji budowlanych w przypadku obu programów są porównywalne w oparciu o wielowymiarowe względy, w tym kontrolę kosztów operacyjnych, stabilność procesu i efektywność wykorzystania źródła węgla, ostatecznie jako proces wdrażania projektu modernizacji wybrano Schemat 1-, który oferuje zarówno efektywność ekonomiczną, jak i elastyczność operacyjną.
2. Kluczowe punkty projektu inżynieryjnego
2.1 Modyfikacja układu biochemicznego
Podstawowa technologia procesu MBBR polega na osiągnięciu wydajnego, płynnego ruchu zawieszonych nośników na etapie projektowania, co znacznie zwiększa wydajność biodegradacji substancji zanieczyszczających w systemie. Ten system procesowy składa się z pięciu kluczowych elementów:-mechanicznych-nośników biofilmu, dostosowanej konstrukcji zbiornika hydraulicznego, układu napowietrzania kierunkowego, precyzyjnego urządzenia przechwytującego oraz sprzętu do napędzania cieczy. Na podstawie skorygowanych objętości zbiorników i parametrów projektowych operacyjnego projektu wynajmu urządzeń do oczyszczania ścieków (MBBR) o wydajności 20 000 m³/d w regionalnym systemie kanalizacyjnym obliczona całkowita wymagana powierzchnia efektywna nośników podwieszanych wynosi około 2 164 000 m². Zaprojektowana efektywna powierzchnia właściwa nośników MBBR jest większa niż 750 m²/m³. Tabela obliczeń projektowych dla zmodyfikowanej objętości zbiornika AAOAO-MBBR jest pokazana wTabela 3.
2.2 Modernizacja systemu fizykochemicznego
Wysokowydajny osadnik-zaprojektowano do pracy w dwóch równoległych grupach. Renowacja tego urządzenia odbywa się w formie pakietu procesowego, a dostawca sprzętu zapewnia gwarancje techniczne-procesu i zobowiązania dotyczące wydajności. Podstawowe parametry procesu i konfiguracje sprzętu są następujące.
Zbiornik koagulacyjny składa się z dwóch grup obejmujących łącznie 4 przedziały. Zaprojektowany rozmiar pojedynczego przedziału wynosi 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Szczytowy czas zatrzymania wynosi około 3,8 minuty, przy gradiencie prędkości (G) większym lub równym 250 s-¹. Każde mieszadło jest skonfigurowane z pojedynczą-mocą jednostkową wynoszącą 4 kW.
Zbiornik flokulacyjny składa się z dwóch grup zawierających łącznie 2 przedziały. Zaprojektowany rozmiar pojedynczego przedziału wynosi 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Szczytowy czas zatrzymania wynosi około 8,3 minuty. Wewnętrzna średnica rury ssącej wynosi 2575 mm. Jest skonfigurowany z mieszadłami turbinowymi Φ2500 mm-o mocy 7,5 kW każdy.
Osadnik składa się z dwóch grup. Powierzchnia nachylonej rury dla pojedynczej grupy wynosi około 84 m². Średnica osadnika wynosi 11,7 m. Zaprojektowany średni stopień obciążenia hydraulicznego na nachylonej powierzchni rury wynosi 12,4 m³/(m²·h), a wartość szczytowa wynosi 16,1 m³/(m²·h). Zaprojektowany średni stopień obciążenia hydraulicznego dla strefy sedymentacyjnej wynosi 7,6 m³/(m²·h), a wartość szczytowa wynosi 9,9 m³/(m²·h).
System dozowania substancji chemicznych jest skonfigurowany w następujący sposób: Dostępny w handlu płynny chlorek poliglinu (PAC) (10% Al₂O₃) służy jako koagulant, dozowany w wielu punktach sekcji dopływowej zbiornika koagulacyjnego. Zaprojektowana dawka maksymalna wynosi 300 mg/L, przy dawce średniej 150–200 mg/L. Stosowane są mechaniczne membranowe pompy dozujące skonfigurowane z 10--krotnym systemem rozcieńczania online. Anionowy poliakryloamid (PAM) zaprojektowano jako flokulant dozowany w sekcji flokulacji-wysokosprawnego osadnika. Stosowany jest zestaw w pełni automatycznych urządzeń do ciągłego przygotowywania i dozowania roztworu PAM o stężeniu roztworu 2 g/l. Zaprojektowana dawka maksymalna wynosi 0,6 mg/l, przy średniej dawce 0,3 mg/l. Pompy dozujące to śrubowe pompy dozujące, wyposażone również w 10-krotny system rozcieńczania online.
2.3 Pilotażowy-weryfikacja eksperymentu utleniania ozonu na skalę
Aby zweryfikować wykonalność, aby ścieki z zmodernizowanego zakładu stabilnie spełniały normy dla wód powierzchniowych klasy IV (stężenie ChZT mniejsze lub równe 30 mg/l), w niniejszym badaniu jako przedmiot badań w czerwcu 2024 r. wybrano wtórne ścieki z pierwszej i drugiej fazy oczyszczalni ścieków Lianwanhe. Przeprowadzono eksperyment weryfikujący wydajność zaawansowanego procesu oczyszczania „Filtrowanie piaskiem + utlenianie ozonu”. Eksperyment miał na celu ocenę możliwości zastosowania tego procesu w projekcie projektu Xin'an oraz możliwości osiągnięcia celu.
W tym eksperymencie wykorzystano istniejącą-małą jednostkę do filtracji piaskowej (wydajność oczyszczania 1,5 m³/h) w zakładzie Lianwanhe. Na miejscu- zainstalowano pilotażowe urządzenie do reakcji utleniania ozonu (reaktor wieżowy, pojemność efektywna 0,5 m³). Ścieki z istniejącego osadnika wtórnego zostały przefiltrowane przez mały filtr piaskowy, a następnie uniesione za pomocą pompy i wprowadzone do wieży utleniania ozonu od góry. Utleniające działanie ozonu wykorzystano do usunięcia ogniotrwałej materii organicznej z dopływu, osiągając dalszą redukcję ChZT.
2.3.1 Wydajność „filtracji piaskowej + utleniania ozonem” przy dawce ozonu wynoszącej 20 mg/l i HRT wynoszącej 30 min
W tej fazie badań stężenie ChZT na wlocie wahało się od 38,2 do 43,4 mg/l, średnio 40,4 mg/l. Po oczyszczeniu w procesie „filtracja piaskowa + utlenianie ozonem” końcowy ChZT w ściekach wynosił średnio 28,8 mg/l. Eksperyment wykazał, że gdy stężenie ChZT było wysokie, nadal zdarzały się przypadki, gdy ChZT w ściekach nie spełniał norm. Dodatkowo końcowa barwa ścieków z testu pilotażowego pozostała wyższa niż barwa dopływu, nie spełniając normy zrzutu. Szczegóły pokazano wRysunek 2(a).
2.3.2 Wydajność „filtracji piaskowej + utleniania ozonem” przy dawce ozonu 25 mg/l i HRT wynoszącej 30 min
Aby jeszcze bardziej poprawić usuwanie ChZT i zmniejszyć kolor ścieków, w tej fazie kontynuowano zwiększanie dawki ozonu, utrzymując HRT na poziomie 30 minut. W tej fazie doświadczalnej stężenie ChZT na wlocie mieściło się w zakresie od 36,3 do 46,2 mg/l, średnio 40,4 mg/l. Po leczeniu stężenie ChZT obniżono do 28 mg/l. Ostateczna barwa ścieków z testu pilotażowego nadal pozostawała wyższa niż barwa dopływu, nie spełniając normy zrzutu. Szczegóły pokazano wRysunek 2(b).
2.3.3 Wydajność „filtracji piaskowej + utleniania ozonem” przy dawce ozonu wynoszącej 30 mg/l i HRT wynoszącej 30 min
W warunkach dawki ozonu wynoszącej 30 mg/l i HRT wynoszącej 30 minut proces „filtracji piaskowej + utleniania ozonem” wykazał dobrą skuteczność oczyszczania ChZT w ściekach wtórnych. W tej fazie testowej stężenie ChZT na wlocie mieściło się w zakresie od 38,2 do 42,2 mg/l, średnio 40,2 mg/l. Po oczyszczeniu stężenie ChZT w ściekach pozostawało stabilne poniżej 30 mg/l, średnio 26 mg/l. W tej fazie proces wykazał również dobrą skuteczność usuwania koloru, przy zmierzonej barwie stale poniżej 20, stabilnie spełniając normę wyładowania. Szczegóły pokazano wRysunek 2(c).
2.3.4 Wnioski eksperymentalne
Na podstawie wyników eksperymentów, w optymalnych warunkach reakcji, stosunek dawki ozonu (30 mg/L) do usunięcia ChZT (12,2 mg/L) w jednostce oczyszczania ozonem wynosił 2,45:1,00.
Eksperyment pilotażowy udowodnił, że zaawansowany proces oczyszczania „filtracja piaskowa + utlenianie ozonu” może skutecznie zmniejszyć wartość ChZT w reprezentatywnych ściekach wtórnych z zakładu Lianwanhe. Dlatego też przyjęcie procesu „filtracja piaskowa + utlenianie ozonu” jako zaawansowanego procesu oczyszczania w projekcie Xin'an Qianhe jest wykonalne i może zapewnić, że ChZT w ściekach z projektu pozostanie na stabilnym poziomie poniżej 30 mg/l.
3. Wniosek
Badania te skupiają się na trzech głównych modułach modyfikacji: system oczyszczania biochemicznego wykorzystuje proces hybrydowy AAOAO-MBBR (wzrost zawieszony i przyczepiony); jednostka oczyszczania fizykochemicznego optymalizuje konstrukcję zbiornika i dobór wyposażenia dla wysokowydajnego osadnika-; a połączenie zaawansowanego leczenia jest weryfikowane w ramach pilotażowego-eksperymentu utleniania ozonu.
Dzięki synergicznej optymalizacji tego łańcucha procesów konstruowany jest-pełny system oczyszczania procesowego obejmujący „Wzmocnienie biochemiczne – Ulepszenie fizykochemiczne – Zaawansowane zabezpieczenie”. Jednocześnie ten projekt inżynieryjny uwzględnia obiektywny fakt trwającej obecnie budowy projektu, co wymaga skoordynowanej optymalizacji sekwencji budowy dla wszystkich konstrukcji, aby zmaksymalizować wykorzystanie istniejących obiektów i zminimalizować obciążenie pracami renowacyjnymi.
W projekcie przyjęto standard jakości ścieków budowanej oczyszczalni jako punkt odniesienia dla jakości wpływającej na projekt. Stężenia ChZT w zrzucieKr, BOD₅, NH₃-N i TP powinny spełniać normy klasy IV (TN mniejsze lub równe 10/12 mg/L) określone w normie GB 3838-2002 „Normy jakości środowiska dla wód powierzchniowych”. Pozostałe wskaźniki muszą być zgodne ze standardami klasy A określonymi w GB 18918-2002 „Norma dotycząca usuwania zanieczyszczeń z komunalnych oczyszczalni ścieków”. Ten projekt modernizacji ma skalę projektową 50 000 m3/d, całkowitą kwotę inwestycji 27,507 mln juanów, koszt operacyjny 0,3 juana/m3, całkowity koszt 0,39 juana/m3 i operacyjną cenę wody 0,45 juana/m3.