Вплив проекту модернізації очисних споруд у Тяньцзіні
Станція очищення стічних вод у Тяньцзіні пройшла модернізацію та реконструкцію за модифікованим процесом Bardenpho-MBBR, підвищуючи якість стоків зі стандарту класу A, зазначеного в «Стандарті скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд» (GB 18918-2002), до стандарту класу A місцевого стандарту DB Тяньцзіня 12/599-2015. Процес біоплівкового реактора з рухомим шаром (MBBR) передбачає додавання суспендованих носіїв MBBR у реактор, забезпечуючи місця для прикріплення мікробів і формування прикріплених біоплівок, таким чином збільшуючи ефективну біомасу в системі та досягаючи видалення забруднюючих речовин. Процес MBBR пропонує такі переваги, як високе навантаження на обробку, сильна стійкість до ударних навантажень, стабільна продуктивність обробки, просте операційне керування та гнучке функціонування процесу. Все більше очисних споруд у Китаї застосовують процес MBBR для реконструкції. У цьому документі аналізується експлуатаційна продуктивність очисної станції Тяньцзіня після її модернізації з метою надання посилання для подібних проектів модернізації.
1. Сучасний процес біологічного видалення азоту та фосфору
Початковий біологічний резервуар використовував процес A²/O з потужністю очищення 12 500 т/добу. Проектний загальний вік осаду становив 14 днів, концентрація завислих речовин у змішаному розчині (MLSS) становила 3500 мг/л, проектна температура води становила 10 градусів, вихід осаду становив 0,936 кгSS/кгBOD, а навантаження осаду становило 0,082 кгBOD/кгMLSS. Ефективна глибина води в біологічному резервуарі становила 6 м із загальним об’ємом резервуару 9052,2 м³ і загальним гідравлічним часом утримання (HRT) 17,4 години. Розподіл ЗГТ був таким: селекторна зона 0,58 год, анаеробна зона 1,38 год, аноксична зона 2,85 год, зона коливання 0,92 год і аеробна зона 11,67 год. Рециркуляція осаду становила 100%, а внутрішня рециркуляція змішаного розчину становила 300%. Оригінальний біологічний резервуар в основному складався з анаеробних-безкисневих-аеробних секцій. Робочі параметри можна регулювати на основі умов впливу та вимог до стоків для досягнення видалення азоту та фосфору, при цьому якість стоків відповідає стандарту класу A GB 18918-2002.
2. Огляд проекту модернізації та реконструкції
Ця модернізація була спрямована на покращення якості стічних вод відповідно до стандарту класу A місцевого стандарту Тяньцзіня «Стандарт скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд» (DB 12/599-2015). Розрахована якість притоку та стоку показано наТаблиця 1. Згідно з проектними значеннями TN для вхідних і витікаючих вод, досягнення TN для стічних вод нижче 10 мг/л вимагає рівня денітрифікації 75,6% у системі біологічних резервуарів. Оригінальний біологічний резервуар використовував конфігурацію A²/O. Розрахунки, засновані на оригінальній конфігурації бака, показали, що коефіцієнт внутрішньої переробки потрібно буде збільшити з початкових 200% до 310%, разом із додаванням великої кількості зовнішнього джерела вуглецю. Це не тільки збільшило б експлуатаційні витрати, але також великий обсяг внутрішнього потоку рециркуляції міг би порушити безкисневе середовище. Це може призвести до того, що фактична ЗГТ у безкисневій зоні буде нижчою за мінімальну вимогу, що вплине на ефективність денітрифікації. Процес MBBR покращує здатність системи до денітрифікації та покращує якість стоків шляхом додавання зважених носіїв для збільшення концентрації біомаси в резервуарі, що відповідає вимогам до модернізації.
Без зміни існуючого об’єму біологічного резервуару було переналаштовано внутрішні функціональні зони біологічного резервуару. Оригінальна конфігурація A²/O (анаеробна-аноксична-аеробна) була змінена на конфігурацію 6{4}}ступеню Bardenpho: анаеробна зона, безкиснева зона, зона коливання, аеробна зона, пост-аноксична зона та пост-аеробна зона. Зокрема, вихідну селекторну зону було перетворено на анаеробну зону. Вихідна анаеробна зона, зона коливання (передня частина) і безкиснева зона були використані як перед{12}}аноксична зона. Передню половину першого коридору в початковій аеробній зоні було перетворено на зону гойдалок. Оригінальні перший, другий і третій аеробні коридори були перетворені в зону MBBR, де були додані підвішені носії разом із системами екранування на вході/виході та допоміжною системою аерації дна. Четвертий аеробний коридор було перетворено на пост-аноксичну зону. Оригінальна зона гойдалок була функціонально розділена та налаштована на пост{15}}аноксичну та постаеробну зони. Параметри оновленої біологічної ємності наведені вТаблиця 2.
Що стосується процесу, змішаний розчин з аеробної зони повертається в безкисневу зону, а джерело вуглецю додається в безкисневу зону. Денітрифікуючі бактерії використовують джерело вуглецю для денітрифікації для видалення нітратного азоту, що утворюється в аеробній зоні. Залишковий нітратний азот надходить у пост-аноксичну зону, де додається додаткове джерело вуглецю для продовження денітрифікації. Після реконструкції концентрація завислих речовин у змішаному розчині (MLSS) становить 4000 мг/л, рециркуляція осаду становить 50%–100%, внутрішній цикл утилізації змішаного розчину становить 200%–250%, а розчинений кисень у зоні MBBR становить 2–5 мг/л. Схема процесу після ремонту показана намалюнок 1.
3. Введення системи в експлуатацію після реконструкції біологічного резервуару
Після завершення реконструкції біологічної ємності розпочався етап введення в експлуатацію. Зневоднений осад з іншої очисної станції був доданий до біологічного резервуару, швидко підвищивши концентрацію осаду вище 3000 мг/л за короткий час. Це скоротило період культивації та акліматизації осаду, дозволило швидко запустити біологічний резервуар і відновити його здатність видаляти азот і фосфор. Протягом періоду пробної експлуатації, через відносно низький припливний потік і концентрацію забруднюючих речовин, фактичне експлуатаційне навантаження було нижчим за розрахункове. Підхід полягав у тому, щоб спочатку культивувати та акліматизувати активний мул, поки біологічна система не стабілізується, а якість стоків не відповідатиме стандартам, а потім додати носії MBBR для формування біоплівки.
Після того, як носії були додані до аеробної частини біологічного резервуара, їх спочатку занурили. До їх поверхні поступово прикріплюються мікроорганізми. Візуально колір поверхні носія змінювався з білого на слабко-землисто-жовтий, оскільки приєднувалося більше мікроорганізмів і біоплівка ставала щільнішою. Колір носія поступово поглиблюється. Через два місяці після додавання носія утворення біоплівки було хорошим, поверхня носія виглядала жовтувато-коричневою, а колір поступово ставав глибшим. Через чотири місяці після додавання носія біоплівка на поверхні носія стала темно-коричневою та щільною. Прогрес утворення біоплівки можна інтуїтивно спостерігати на основі змін кольору носія, як показано намалюнок 2. У грудні 2021 року мікроскопічне дослідження активного мулу з біологічного резервуару та мулу з носіїв виявило компактні флок-структури з хорошими властивостями адсорбції та осідання. Візуально носії показали очевидне утворення біоплівки. Мікроскопічне дослідження виявило такі організми, як Vorticella, Opercularia та Epistylis, з випадковими спостереженнями кількох рухливих інфузорій, що вказує на завершення етапу формування біоплівки.
4. Експлуатаційна продуктивність після реконструкції біологічного резервуару
4.1 Ефективність видалення для COD і BOD після ремонту
Значення ГПК і БПК для 2022 року наведені вмалюнок 3. ГПК у стічних водах коливався від 10,2 до 24,9 мг/л із середнім значенням 18,0 мг/л. БПК у стоках коливався від 2,1 до 4,9 мг/л із середнім значенням 3,4 мг/л. Обидва стоки, ГПК і БПК, стабільно відповідали місцевому стандарту Тяньцзіня класу А. Оновлена система не тільки продемонструвала хорошу ефективність видалення ХПК і БПК, але й підтримувала стабільні та відповідні рівні ХПК і БПК стічних вод протягом сезону паводків, навіть коли фактичне навантаження заводу досягало 110% проектної потужності. Це свідчить про хорошу стійкість системи до ударних навантажень.
4.2 Ефективність видалення TN і NH3-N після відновлення
Значення TN і NH₃-N для стічних вод для 2022 року наведено вмалюнок 4. TN коливався від 3,72 до 8,74 мг/л із середнім значенням 6,43 мг/л. NH3-N коливався від 0,02 до 1,25 мг/л із середнім значенням 0,12 мг/л. Під час експлуатації взимку, через зниження температури, знизилися показники нітрифікації та денітрифікації. На практиці концентрація мулу була підвищена до рівня понад 6000 мг/л. Робота при високій концентрації мулу є корисною для підвищення стійкості біологічної системи до ударних навантажень, особливо при низьких температурах. Синергія між високою концентрацією мулу та біоплівкою, прикріпленою до носіїв MBBR, посилює очисний ефект біологічної системи.
Носії MBBR створюють сприятливе середовище для мікробних спільнот, підтримуючи їх ріст і розмноження. Після акліматизації та дозрівання здатність біоплівки до нітрифікації та денітрифікації посилюється. Мікроорганізми прикріплюються та ростуть шарами на поверхні носія, збільшуючи щільність зооглеї та утворюючи великі, щільні та швидко стабільні мулові структури. Під час зовнішніх змін якості води мікроорганізми на поверхні носія виділяють позаклітинні полімерні речовини (EPS) для само-захисту, тим самим зменшуючи вплив раптових змін якості води на мікроорганізми внутрішнього -шару.
У очисних спорудах, які використовують процес MBBR, спостерігаються явища одночасної нітрифікації та денітрифікації (SND) в зоні аеробного носія. Перевірка значень TN притоку та витоків із зони аеробного носія виявила різницю в 2–6 мг/л. Ця різниця була більш вираженою, особливо коли розчинений кисень в аеробній ємності контролювався нижче 2 мг/л, що вказувало на більш значний SND в умовах низького вмісту розчиненого кисню. Стік ТН із вторинного відстійника повністю відповідає нормам, тобто видалення ТН завершено на етапі біологічної очистки. У фактичній роботі глибокий-фільтр денітрифікації працює як захисний процес. За звичайних умов він функціонує як звичайний фільтр для забезпечення відповідності показників SS стандартам.
4.3 Ефективність видалення для TP і SS після оновлення
Значення TP і SS для стічних вод на 2022 рік наведено вмалюнок 5. TP стоків очисної станції коливався від 0,04 до 0,22 мг/л із середнім значенням 0,10 мг/л. SS стічних вод коливався від 1 до 4 мг/л із середнім значенням 2,2 мг/л. Після модернізації TP стічних вод вторинного відстійника становив близько 1,0 мг/л, а SS — близько 26 мг/л. Завдяки додаванню хлориду заліза та PAM у високо-ефективний відстійник для посилення коагуляції та шляхом подальшого очищення в денітрифікуючому-фільтрі глибокого шару стічні води TP і SS стабільно відповідали місцевому стандарту Тяньцзіня класу A, а значення кольору було значно зменшено.
5. Висновок
Щоб відповідати місцевому стандарту Тяньцзіня класу А, початковий процес A²/O на очисних станціях було перетворено на п’яти{0}}ступеневу конфігурацію Bardenpho, яка включає процес MBBR в аеробній частині для покращення біологічного видалення азоту, зменшення викидів TN і NH3-N. Під час паводкового періоду з перевантаженням потоку всі показники стабільно відповідали нормам, демонструючи хорошу ударостійкість. Після реконструкції біологічного резервуару коефіцієнт внутрішньої рециркуляції становив 200%–300%, зовнішня рециркуляція мулу становила 50%–100%, концентрація мулу становила 4000–6000 мг/л, розчинений кисень в аеробній зоні контролювався на рівні 3–5 мг/л, а розчинений кисень в анаеробній зоні контролювався на рівні 0,2–0,5 мг/л. У 2022 році якість стоків КОС становила: ХПК 10,2–24,9 мг/л, в середньому 18,0 мг/л; БПК 2,1–4,9 мг/л, в середньому 3,4 мг/л; NH3-N 0,02–1,25 мг/л, в середньому 0,12 мг/л; ТН 3,72–8,74 мг/л, середнє 6,43 мг/л; TP 0,04–0,22 мг/л, середнє 0,1 мг/л; SS 1–4 мг/л, середнє 2,2 мг/л. Усі стабільно відповідали стандарту класу A місцевого стандарту Тяньцзіня «Стандарт скидання забруднюючих речовин для міських очисних споруд» (DB 12/599-2015).