Технічні основи та експлуатаційне керування басейном аерації повітродувки-з низьким навантаженням
1. Огляд
1.1 Принцип роботи нагнітачних басейнів аерації
Повітродувна аерація, яка зазвичай використовується в Китаї, в основному включає дифузну, спіральну та мікропористу аерацію. Басейн аерації зазвичай включає систему аерації, структуру басейну та вхідні/вихідні порти, що є ключовою структурою в обробці стічних вод з активним мулом. Поширеними методами аерації є механічна аерація та аерація вентилятором. Системи повітродувної аерації зазвичай складаються зі спеціалізованих аераторів і повітродувок. Басейни часто поділяються на кілька відділень, кожен з яких здатний до незалежного притоку. Стічні води надходять у басейн і виходять на протилежному кінці. Під час цього процесу повітря подається через компресори до дифузорів на дні басейну та випускається у вигляді бульбашок.
1.2 Пов’язані дослідження аераційних басейнів
Дослідження Cheng Dandan та ін. виявили, що на муніципальних очисних спорудах Китаю (WWTP) аераційні повітродувки споживають приблизно 60% загальної енергії. Інтеграція системи аерації з інтелектуальним ПІД{3}}регулюванням із замкнутим-контуром для розчиненого кисню (DO) і впровадження стратегій-збереження енергії повітродувки можуть ефективно подолати високе споживання енергії в системах аерації очисних споруд, зменшивши його більш ніж на 30%.
Лю Сяоці та ін. використовували аератори з дисперсним потоком для збільшення вмісту кисню в стічних водах під час очищення при зниженні споживання енергії. Це також досягло рівномірного змішування й розподілу води-повітря, зменшуючи вимоги до точності вирівнювання установки аератора.
Chang Kai та ін. покращено продуктивність звичайної системи аераційного басейну шляхом зміни вихідного режиму збору повітря. Вони замінили традиційні мікропористі аератори мікропористими аераторами з високою-перенесенням кисню та замінили однопрохідні-прямопоточні-баки аерації на три-змієподібні аератори. Включення точного контролю аерації ще більше покращило систему, вирішуючи проблеми високого енергоспоживання, низької ефективності та поганого масообміну в традиційних методах аерації повітродувкою.
1.3 Оперативне управління аераційними басейнами
Надувні аераційні басейни широко застосовуються в очищенні стічних вод. Дотримуючись принципу «окремої обробки для різних потоків відходів», установка очищення соляних стічних вод окремої очисної станції переробляє в основному стічні води електричного опріснення від атмосферної-вакуумної дистиляції, відпарену очищену воду, стічні води нейтралізації алкілування, а також деякі надосадові та високо-солоні стоки. Ця установка має три-ступеневу систему біологічної очистки з басейном аерації нагнітачем як вторинним ступенем. Його впливова середня хімічна потреба в кисні (ХПК) стабільно нижча за 100 мг/л, що класифікує його як процес з низьким-навантаженням активного мулу. Крім модернізації обладнання, підтримка оптимальної роботи вимагає ретельного контролю та коригування параметрів процесу.
2. Огляд закладу
2.1 Технологічний процес установки очищення сольових стічних вод
У установці використовується процес «Вирівнювання + Відділення нафти + Дво-флотація + Три-етапна біологічна очистка», з очищеними стічними водами, що направляються на полірувальну установку. У масловіддільнику використовується комбінована конструкція горизонтального потоку та похилої пластини. На двох стадіях флотації використовується вихрово-кавітаційна повітряна флотація (CAF) і часткова флотація розчиненого повітря під тиском (DAF) відповідно. Три біологічні етапи є послідовними: чистий кисневий аераційний резервуар III, нагнітаючий аеротенк і вторинний біохімічний резервуар (EM-BAF). Хід процесу показано намалюнок 1.
2.2 Опис басейну аерації вентилятора
Басейн аерації повітродувки – це перепрофільована споруда, спочатку побудована в 1995 році як частина очисної установки замаслених стічних вод. У ньому використовується традиційна конструкція аерації з пробкою-з ефективним об’ємом 3888 м³ і поточним гідравлічним часом утримання (HRT) приблизно 17,6 години. Басейн працює двома паралельними поїздами, по чотири купе в кожному. Внизу встановлені аератори, що живляться відцентровими нагнітачами для забезпечення киснем метаболізму активного мулу. Він також оснащений двома вторинними відстійниками (Φ18м x 5м).
У межах три{0}}етапної біологічної системи:
- Етап 1 (аеротенк III з чистим киснем): Основною функцією є видалення COD.
- Етап 2 (Надувний аеротенк): Основною функцією є видалення аміачного азоту (NH₃-N), другорядною функцією є подальше видалення COD.
- Етап 3 (вторинний біохімічний резервуар - EM-BAF): Функції для подальшого очищення стічних вод від COD і NH₃-N, забезпечуючи остаточну якість води.
2.3 Якість притоку та стоків у басейні аерації вентилятора
Потік до басейну аерації повітродувки надходить з чистого кисневого аеротенку III з обмеженнями забруднюючих речовин: CODcr менше або дорівнює 300 мг/л, NH₃-N менше або дорівнює 30 мг/л, зважені тверді речовини (SS) менше або дорівнює 50 мг/л.
Його стічні води надходять у вторинний біохімічний резервуар з обмеженнями: CODcr менше або дорівнює 120 мг/л, NH₃-N менше або дорівнює 30 мг/л, SS менше або дорівнює 50 мг/л.
Кінцеві стоки з вторинного біохімічного резервуару повинні відповідати: CODcr менше або дорівнює 70 мг/л, нафта менше або дорівнює 5 мг/л, NH₃-N менше або дорівнює 3 мг/л.
Протягом 2021 року середній рівень CODcr басейну, що приплив, становив 67,094 мг/л, а середній NH₃-N становив 23,098 мг/л, обидва вони відповідають проектним вимогам. Однак помітно низький вплив ХПК призвело до дефіциту джерела вуглецю для активного мулу, що вплинуло на його нормальний метаболізм. Навпаки, достатня кількість аміачного азоту та низька концентрація органічних забруднюючих речовин у змішаному розчині сприяли нітрифікації, яка проходила ефективно.
3. Оперативні фактори впливу та заходи контролю
3.1 Вплив низького впливового навантаження та старіння осаду
З впливовим ХПК на рівні 67,094 мг/л-нижче як проектної межі (менше або дорівнює 300 мг/л), так і мікробного попиту на вуглець (приблизно. 100 мг/л БПК₅)-активний мул відчував дефіцит джерела вуглецю. Низьке навантаження призвело до повільного росту осаду, що робило його схильним до старіння та формування пухкої структури. Застарілий мертвий осад утворив накип, що плаває на поверхні вторинного відстійника. За відсутності обладнання для збору піни ця піна витікала разом зі стічним потоком, викликаючи каламутність, перевищуючи ліміти COD і SS, і згодом перевантажуючи вторинний біохімічний резервуар, що знаходиться нижче за течією, впливаючи на кінцеву якість його стоків.
Протидія: Команда операторів контролювала концентрацію зважених твердих речовин у змішаному розчині (MLSS). Використовуючи градуйований циліндр об’ємом 1000 мл для 30-хвилинного тесту на індекс об’єму мулу (SVI), вони підтримували SVI на рівні близько 20%, що відповідає MLSS приблизно 2 г/л. Ця збалансована ефективність видалення забруднюючих речовин із запобіганням старінню осаду, його спливанню та погіршенню якості води. Повільний ріст осаду означав мінімальну та рідкісну втрату осаду, дозволяючи нітрифікуючим бактеріям час перебування перевищує мінімальний час їх утворення, що ще більше сприяє нітрифікації.
3.2 Вплив контролю розчиненого кисню (РО).
Мікроорганізми в активному мулі в основному аеробні, зазвичай вимагають РК від 1-3 мг/л. Корпоративні стандарти встановлюють діапазон DO для традиційних плунжерних аераційних басейнів на рівні 2-4 мг/л, при цьому нітрифікація потребує DO, як правило, не нижче 2,0 мг/л. Поточне низьке впливове навантаження та подальше зниження концентрації MLSS знизили попит на DO, що ускладнило контроль. Підтримання повного змішування часто призводило до підвищення DO вище 4 мг/л, тоді як контроль DO в межах цільового діапазону іноді призводив до неадекватного змішування в деяких областях, викликаючи осідання осаду.
Крім того, високий DO прискорює розкладання органічної речовини, посилюючи старіння осаду. Тому на практиці DO контролюється приблизно на рівні 3 мг/л. Крім того, усі повітряні клапани регулюються приблизно щомісяця для покращення рівномірності змішування, реактивації сплячих пластівців та підтримки активної біомаси.
3.3 Вплив температури води
Температура істотно впливає на активність мікробів. Відповідні температури сприяють активності, тоді як низькі температури гальмують або зменшують її, а високі температури можуть змінити фізіологію або спричинити смерть. У цій системі основними функціональними групами є термофільні бактерії. Для безпеки системи температура зазвичай підтримується в межах 15–35 градусів, хоча прийнятний діапазон становить 10–45 градусів. Перевищення 30 градусів може денатурувати білки-нітрифікатори, знижуючи їх активність. Активний мул містить бактерії, що розкладають-ГПК, і нітрифікують бактерії, причому нітрифікація має вужчий оптимальний діапазон 5–30 градусів.
Солоні стічні води містять потоки-високої температури. У минулих інцидентах протягом послідовних днів температура надходження перевищувала 40 градусів, що призводило до розпаду осаду, загибелі COD-деградаторів і нітрифікаторів і збою системи. Згодом на лінії стічних вод вирівнювального резервуару було встановлено термометр для суворого контролю температури на виході, щоб вона не перевищувала 40 градусів, що відповідає вимогам до температури осаду. У 2021 році подібних інцидентів, що впливають на нітрифікацію, не було.
3.4 Вплив лужності
Відповідно до відповідних стандартів підприємства, при використанні активного мулу для видалення аміаку, відношення загальної лужності потоку до азоту аміаку не повинно бути менше 7,14; в іншому випадку лужність повинна бути доповнена. З проектним впливом NH3-N 30 мг/л і фактичним середнім значенням 23,098 мг/л необхідна загальна лужність становить не менше 214,2 мг/л. В даний час лужність потоку недостатня, що вимагає щоденного додавання кальцинованої соди (Na₂CO3) для задоволення вимог процесу.
3.5 Вплив pH і токсичних речовин
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 або<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Аеробний мікробний метаболізм може помірно буферизувати зміни pH. Наприклад, використання сполук азоту може знизити рН під час нітрифікації, тоді як декарбоксилювання утворює лужні аміни, що підвищує рН. Це дозволяє -довго звикнути до помірно кислих/лужних стічних вод. Внутрішня лужність стічних вод також допомагає запобігти падінню pH.
Однак різкі зміни pH (наприклад, раптове надходження лугу в кислу систему) значно впливають на мікроби та можуть порушити роботу. Тому необхідність нейтралізації залежить від конкретного випадку. Незначні постійні коливання pH, особливо зі слабкими кислотами/лугами, можуть не вимагати нейтралізації. Більші коливання вимагають регулювання рН до нейтрального.
Нітрифікуючі бактерії дуже чутливі до рН-з оптимальною нітрифікацією при рН 7,2–8,0, тоді як звичайні мікроби віддають перевагу рН 6,5–8,5. Для конкретних промислових стічних вод типи токсичних речовин часто фіксовані, але концентрації та обсяги скиду коливаються. Окрім вирівнювання, необхідно контролювати та контролювати рівні токсичних речовин, що надходять. Після акліматизації осаду необхідно встановити максимальну концентрацію впливаючої речовини на основі ступеня акліматизації та досвіду експлуатації. Тривале перевищення потребує таких заходів, як зменшення надходження, збільшення рециркуляції мулу або посилення оксигенації, щоб запобігти мікробному отруєнню та невдалому лікуванню. Наразі токсичних речовин, що спричиняють мікробне отруєння, у стоці басейну не виявлено.
3.6 Вплив ударних навантажень
Впливовий ХПК залишається стабільно низьким із незначними коливаннями, а NH₃-N і загальний азот (TN) також залишаються у відносно стабільних діапазонах протягом тривалого періоду часу. Населення нітрифікаторів залишається відносно постійним. Однак через повільну швидкість їх зростання раптове значне збільшення NH3-N або TN може наситити ємність басейну для видалення, погіршуючи якість стоків NH3-N і TN.
Теоретично, мікробна потреба в N і P відповідає співвідношенню БПК5:N:P 100:5:1. Однак вміст азоту та фосфору значно змінюється залежно від типу промислових стічних вод. Деякі стічні води мають високий вміст азоту та фосфору, що потребує видалення, щоб відповідати стандартам. Інші мають дефіцит, що потребує добавок, щоб уникнути обмеження метаболізму. Для діючих басейнів, які очищають стічні води з низьким вмістом N/P, впливові рівні близько 10 мг/л NH₃-N і 5 мг/л фосфату можуть 基本 задовольнити мікробні потреби. Тривалий рівень нижче цих потребує збільшення дозування N/P.
Щоденна робота вимагає ретельного моніторингу NH₃-N і TN у всіх вхідних потоках і стоках з вирівнювального резервуару, а також у рециркуляційних потоках з коригувальних резервуарів, щоб запобігти перевантаженню нижнього блоку полірування та загрозі безпеці кінцевого скидання води.
4. Висновок
Будучи основним нітрифікаційним реактором у установці очищення сольових стічних вод, басейн аерації повітродувки потребує ретельного щоденного моніторингу температури води, надходження NH₃-N і TN. Суворий контроль концентрації MLSS, підтримка DO близько 3 мг/л і забезпечення адекватного додавання лужності є важливими. Згідно з цими оптимізованими заходами, система працює стабільно з відмінною якістю стоків: середній ХПК 54,213 мг/л, NH3-N 9,678 мг/л і SS 23,849 мг/л, що повністю відповідає вимогам до вторинного біохімічного резервуару. Постійне тестування, узагальнення та оптимізація з багатьох аспектів також мають вирішальне значення для подальшого забезпечення надійності обладнання та ефективності обробки системи.