Модернізація дизайну та практики заводу з очищення води Xin'an Qianhe на основі процесу AAOAO-MBBR та окислення озону
Циндао, як ключове національне прибережне центральне місто, досягло значних результатів у сфері екологічного управління. Однак, порівняно з-міжнародними мегаполісами найвищого рівня, система управління міським водним середовищем все ще стикається зі структурними проблемами.
Наразі існують розбіжності між рівнем охоплення дренажною мережею, ефективністю роботи очисних споруд та очікуваннями населення щодо високо-якісного водного середовища. Існує також відстань від реалізації екологічного бачення побудови «Прекрасного Циндао».
Щоб вирішити ці виклики, Циндао терміново потребує впровадження систематичних заходів, таких як наукове планування, оптимізований розподіл ресурсів та зміцнення інвестицій у інфраструктуру. Ці зусилля спрямовані на комплексне підвищення ефективності мережі збору стічних вод і термінальних очисних потужностей, тим самим зміцнюючи екологічну основу для сталого розвитку міста.
Проект заводу з очищення води Xin'an Qianhe розташований у новому районі західного узбережжя Циндао. Він має проектну потужність очищення 50 000 м³/добу, загальну площу ділянки 33 154 м² і загальний обсяг інвестицій 182,4 мільйона юанів. Звіт про техніко-економічне обґрунтування проекту було завершено в березні 2021 року, попередній проект і кошторис були затверджені в червні того ж року, а будівництво офіційно розпочато в квітні 2023 року. Зараз він знаходиться на стадії будівництва. Початковий проект вимагав, щоб ключові параметри стоків відповідали стандартам класу V, зазначеним у GB 3838-2002 «Стандарти якості навколишнього середовища для поверхневих вод», тоді як загальний вміст азоту (TN) та інші показники мали відповідати стандартам класу A GB 18918-2002 «Стандарт скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд».
У березні 2022 року Управління водних справ Циндао видало «Повідомлення про проведення робіт з модернізації та реконструкції міських очисних споруд у Циндао». Це повідомлення вимагало завершити модернізацію очисних споруд навколо затоки Цзяочжоу, Бохайської затоки та вздовж річок, підвищивши стандарт якості скидів до квазі-класу IV якості поверхневих вод, з контрольованим значенням TN стічних вод між 10-12 мг/л. Випуск цієї політики припав на проміжок часу між попереднім схваленням проекту (червень 2021 р.) та його фізичним початком (квітень 2023 р.), створюючи технічну розрив між уже схваленими початковими стандартами проектування та останніми екологічними вимогами. У зв’язку з новим очисним об’єктом у новій зоні Західного узбережжя, щоб забезпечити відповідність після завершення, стало обов’язковим одночасно здійснити оптимізацію процесу на етапі будівництва та розробити економічно обґрунтований план модернізації за допомогою техніко-економічних обґрунтувань.
1. Розробка та вибір схеми процесу
1.1 Розрахована якість стоків
Стандарти якості стоків за проектом було підвищено з квазі-класу V до квазі{1}}класу IV якості поверхневих вод. Потрібні були розумні технічні рішення для подальшого зниження значень таких показників, як БПК, ХПКCr,TN, NH₃-N і TP у стічних водах. Конкретний аналіз наведено вТаблиця 1.
1.2 Вибір інженерно-технічної схеми
Технологічний процес заводу, що будується, показаний намалюнок 1.
На споруджуваному заводі використовується процес «Попередня обробка + модифікований біохімічний резервуар AAOAO + вторинний відстійник + високо-ефективний відстійник + фільтр V-типу + окислення озону». Компонування споруд компактне, не залишаючи надлишку землі для проекту модернізації, який, отже, повинен базуватися на поточному будівництві. Оновлення в першу чергу спрямоване на видалення забруднюючих речовин, таких як ХПКкр, NH₃-N, TN і TP. Було запропоновано дві порівняльні схеми, як описано вТаблиця 2.
Схема 1: AAOAO-MBBR + високоефективний-процес відстійника
- Модифікація біохімічної системи: Оптимізувати структуру біохімічного резервуара AAOAO, що будується. Підвищення здатності до денітрифікації за рахунок розширення об’єму безкисневої зони. Одночасно додайте носії MBBR локально в аеробну зону, щоб сформувати складний процес, посилюючи ефективність біохімічного видалення NH3-N і TN.
- Оновлення фізико-хімічної системи: Оптимізуйте структуру резервуара та параметри допоміжного обладнання високо-ефективного відстійника, щоб забезпечити стабільну відповідність TP.
- Advanced Treatment Enhancement: Збільште дозування в установці окислення озону для подальшого розкладання тугоплавких органічних речовин, забезпечуючи CODкрвідповідність розряду.
Схема 2: високо-ефективний відстійник + процес денітрифікації глибокого фільтра
- Оптимізація режиму роботи: Збережіть оригінальну структуру біохімічного резервуару AAOAO. Додайте регульовані аераційні пристрої в пост-аноксидній зоні, щоб динамічно перемикатися між безкисневим/аеробним режимами на основі якості впливу, забезпечуючи ефективність обробки NH₃-N.
- Оновлення фізико-хімічної системи: Оптимізуйте структуру резервуара та параметри допоміжного обладнання високо-ефективного відстійника, щоб забезпечити стабільну відповідність TP.
- Прийняття денітрифікуючого фільтра: Перетворіть фільтр типу V- на фільтр глибокого шару денітрифікації, використовуючи дозування джерела вуглецю для покращення здатності видаляти TN.
- Advanced Treatment Enhancement: Збільште дозування в установці окислення озону для подальшого розкладання тугоплавких органічних речовин, забезпечуючи CODкрвідповідність розряду.
Обидві схеми можуть задовольнити вимоги щодо видалення азоту та фосфору. У схемі 1 використовуються модифікації біохімічного резервуару для досягнення видалення TN. Його перевага полягає в повному використанні джерела вуглецю. Коли вхідний TN коливається, зовнішнє джерело вуглецю також може бути додано в безкисневу зону для видалення TN. Для порівняння, денітрифікуючий фільтр з глибоким шаром, який використовується на схемі 2, потребує використання зовнішнього джерела вуглецю та вимагає тривалого -підтримання мікробної активності у фільтрі, що збільшує експлуатаційні витрати. Незважаючи на те, що інвестиційні витрати на будівництво для обох схем можна порівняти, ґрунтуючись на багатовимірних міркуваннях, включаючи контроль операційних витрат, стабільність процесу та ефективність використання джерела вуглецю, Схема 1-, яка забезпечує як економічну ефективність, так і операційну гнучкість, зрештою була обрана як процес впровадження для проекту модернізації.
2. Ключові моменти інженерного проектування
2.1 Модифікація біохімічної системи
Основна технологія процесу MBBR полягає в досягненні ефективного псевдозрідженого руху зважених носіїв завдяки конструкції, що значно підвищує ефективність біодеградації системи для забруднюючих речовин. Ця технологічна система складається з п’яти ключових елементів: високо{1}}механічних-носіїв біоплівки, адаптованої конструкції гідравлічного резервуару, системи спрямованої аерації, точного фільтруючого пристрою та рідинного двигуна. Виходячи зі скоригованих об’ємів резервуарів і проектних параметрів проекту оренди обладнання для очищення стічних вод (MBBR) продуктивністю 20 000 м³/день у регіональній системі каналізації, розрахована загальна необхідна ефективна площа поверхні підвішених носіїв становить приблизно 2 164 000 м². Розрахована ефективна питома поверхня носіїв MBBR перевищує 750 м²/м³. Розрахункова таблиця для модифікованого об’єму резервуара AAOAO-MBBR наведена вТаблиця 3.
2.2 Модернізація фізико-хімічної системи
Високоефективний{0}}відстійник призначений для роботи в двох паралельних групах. Реконструкція цього блоку приймає форму пакету процесу, при цьому постачальник обладнання надає повні-технічні гарантії процесу та зобов’язання щодо продуктивності. Основні параметри процесу та конфігурації обладнання є такими.
Коагуляційний резервуар складається з двох груп із загальною кількістю 4 відділень. Розраховані розміри одного відсіку 2,675 м × 2,725 м × 5,9 м. Піковий час затримки становить приблизно 3,8 хвилини з градієнтом швидкості (G), що перевищує або дорівнює 250 с-¹. Кожна мішалка налаштована на один-блок потужністю 4 кВт.
Резервуар для флокуляції складається з двох груп із загалом 2 відділеннями. Розрахований розмір одного відсіку 5,65 м × 5,65 м × 5,9 м. Піковий час затримання становить приблизно 8,3 хвилини. Внутрішній діаметр тягової труби 2575 мм. Він оснащений мішалками турбінного- типу Φ2500 мм, кожна з яких має потужність 7,5 кВт.
Відстійник складається з двох груп. Площа похилої труби для однієї групи становить приблизно 84 м². Діаметр відстійника 11,7 м. Розрахункова середня швидкість гідравлічного навантаження на поверхню похилої труби становить 12,4 м³/(м²·год), з піковим значенням 16,1 м³/(м²·год). Розрахункова середня швидкість гідравлічного навантаження для зони відкладення становить 7,6 м³/(м²·год), з піковим значенням 9,9 м³/(м²·год).
Система дозування хімікатів налаштована таким чином: промисловий поліалюмінієвий хлорид (PAC) рідина (10% Al₂O₃) розроблений як коагулянт, дозований у кількох точках у вхідній частині коагуляційного бака. Розрахована максимальна доза становить 300 мг/л із середньою дозою 150–200 мг/л. Використовуються механічні мембранні насоси-дозатори, налаштовані на 10-систему онлайн-розбавлення. Аніонний поліакриламід (PAM) призначений як флокулянт, дозований у секції флокуляції високо-ефективного відстійника. Використовується комплект повністю автоматичного безперервного приготування та дозування розчину ПАМ з концентрацією розчину 2 г/л. Розрахована максимальна доза становить 0,6 мг/л із середньою дозою 0,3 мг/л. Насоси-дозатори — це гвинтові насоси-дозатори, які також оснащені 10-кратною системою онлайн-розведення.
2.3 Перевірка пілотного-експерименту з окиснення озону
Щоб перевірити можливість стабільної відповідності стічних вод модернізованої станції стандартам поверхневих вод класу IV (концентрація ХПК менше або дорівнює 30 мг/л), це дослідження вибрало вторинні стоки з першої та другої фаз очисної станції Lianwanhe як об’єкт дослідження в червні 2024 року. Експеримент з перевірки ефективності вдосконаленого процесу очищення «Фільтрація піску + окислення озону» був обраний. проведено. Експеримент мав на меті оцінити застосовність цього процесу до дизайну проекту Xin'an і досяжність цілі.
У цьому експерименті використовувалася наявна невелика -установка піщаної фільтрації (потужність очищення 1,5 м³/год) на заводі Lianwanhe. На -майданчику встановлено пілотний-устрій реакції окислення озону (баштовий реактор, ефективний об’єм 0,5 м³). Існуючі стоки вторинного відстійника були відфільтровані невеликим піщаним фільтром, а потім підняті насосом, щоб потрапити зверху в колону окислення озону. Окислювальний ефект озону використовувався для видалення тугоплавких органічних речовин із потоку, що забезпечує подальше зниження ГПК.
2.3.1 Ефективність «Фільтрації піском + окислення озоном» при дозуванні озону 20 мг/л і ЗГТ 30 хв.
Під час цього етапу дослідження концентрація ГПК, що надходить, коливалася від 38,2 до 43,4 мг/л із середнім значенням 40,4 мг/л. Після обробки за допомогою процесу «Фільтрація піску + окислення озоном» кінцевий ХПК у стічних водах становив у середньому 28,8 мг/л. Експеримент виявив, що коли концентрація ХПК була високою, все ще були випадки, коли ХПК у стічних водах не відповідав стандарту. Крім того, остаточний колір стоків після пілотного випробування залишався вищим, ніж вихідний, що не відповідало стандарту скидів. Деталі показано вМалюнок 2(a).
2.3.2 Ефективність «Фільтрації піском + окислення озоном» при дозуванні озону 25 мг/л і ЗГТ 30 хв.
Для подальшого покращення видалення ГПК і зменшення кольору стоків на цій фазі продовжували збільшувати дозу озону, зберігаючи ЗГТ на рівні 30 хв. На цій експериментальній фазі концентрація ГПК, що надходить, коливалася від 36,3 до 46,2 мг/л, в середньому 40,4 мг/л. Після лікування концентрація ХПК знизилася до 28 мг/л. Кінцевий колір стоків після пілотного випробування все ще залишався вищим, ніж вихідний, не відповідаючи стандарту скидів. Деталі показано вМалюнок 2(b).
2.3.3 Ефективність «Фільтрації піском + окислення озоном» при дозуванні озону 30 мг/л і ЗГТ 30 хв.
За умов дозування озону 30 мг/л і HRT 30 хв процес «Фільтрація піску + окислення озону» показав хорошу ефективність очищення вторинних стоків ХПК. На цій фазі випробування концентрація ГПК у потоці коливалася від 38,2 до 42,2 мг/л, в середньому 40,2 мг/л. Після обробки концентрація COD у стічних водах залишалася стабільною нижче 30 мг/л, у середньому 26 мг/л. На цьому етапі процес також продемонстрував хорошу ефективність видалення кольору, виміряний колір постійно був нижче 20, що стабільно відповідає стандарту розряду. Деталі показано вМалюнок 2(c).
2.3.4 Експериментальний висновок
Виходячи з результатів експерименту, за оптимальних умов реакції співвідношення дозування озону (30 мг/л) до видалення ГПК (12,2 мг/л) в установці обробки озоном становило 2,45:1,00.
Пілотний експеримент довів, що вдосконалений процес очищення «Фільтрація піску + окислення озоном» може ефективно знизити значення COD типових вторинних стоків із заводу Lianwanhe. Таким чином, впровадження процесу «Фільтрація піску + окислення озоном» як вдосконаленого процесу очищення для проекту Xin'an Qianhe має добру техніко-економічну доцільність і може гарантувати, що ГПК проекту залишається стабільним нижче 30 мг/л.
3. Висновок
Це дослідження зосереджено на трьох основних модулях модифікації: система біохімічної обробки використовує гібридний процес AAOAO-MBBR (призупинений і прикріплений ріст); блок фізико-хімічної обробки оптимізує конструкцію резервуара та вибір обладнання для високо-ефективного відстійника; а зв’язок передового лікування перевірено за допомогою пілотного-масштабного експерименту з окислення озону.
Завдяки синергічній оптимізації цього технологічного ланцюга створюється повна-система обробки процесу «Біохімічне покращення – Фізико-хімічне покращення – Розширений захист». Водночас цей інженерний проект відповідає об’єктивному факту поточного будівництва проекту, що вимагає узгодженої оптимізації послідовності будівництва для всіх структур для максимального використання наявних об’єктів і мінімізації навантаження на ремонт.
У проекті використовується стандарт якості стоків заводу, що будується, як еталон для проектної якості впливу. Концентрації ХПК у скидахкр, БПК₅, NH3-N і TP повинні відповідати стандартам класу IV (TN менше або дорівнює 10/12 мг/л), визначеним у GB 3838-2002 «Стандарти якості навколишнього середовища для поверхневих вод». Інші показники повинні відповідати стандартам класу A GB 18918-2002 «Стандарт скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд». Цей проект модернізації має проектний масштаб 50 000 м³/день, загальні інвестиції 27,507 млн юанів, експлуатаційні витрати 0,3 юанів/м³, загальні витрати 0,39 юанів/м³ і експлуатаційна ціна води 0,45 юанів/м³.