Приклад модернізації SBR+MBBR: збільшення видалення TN з 28,52% до 69,85% у муніципальній очисній станції з потужністю 60 000 М³/день

Коли муніципальна очисна станція з потужністю 60 000 м³/добу в провінції Чжецзян зіткнулася з зимовою кризою відповідності стандартам TN - видалення біологічного азоту впало до28.52%коли температура води впала нижче 12 градусів -, він не міг побудувати жодного нового резервуара. Земля була розкидана, завод працював на 110% проектного потоку, а застарілі реактори Lipp зі сталі SBR не могли бути структурно змінені. Відповідь полягала в тому, щоб вставити носії біоплівки MBBR з рухомим шаром безпосередньо в існуючі резервуари SBR. Через дванадцять місяців досягнуто біологічного видалення TN69.85%, видалення TP зросло з 70,9% до 79,3%, а загальні додаткові експлуатаційні витрати становили лише0,024 юаня/м³.

Ризик відповідності, який стоїть за оновленням

Побудований у 2004 році як стадія I та II з проектною потужністю 60 000 м³/добу, завод очищує приблизно 80% побутових стічних вод і 20% промислових стічних вод текстильних і паперових фабрик. Основним етапом біологічної очистки є система SBR, що складається з 12 реакторів зі сталевими резервуарами Ліппа, кожен діаметром 32 м з робочим об’ємом 5000 м³ і проектною продуктивністю 5000 м³/добу. Початковий курс лікування був:

Необроблені стічні води → Грубе сито → Первинний відстійник → Селектор SBR → Резервуар SBR → Буферний резервуар → Освітлювач високої-ефективності → Глибинний денітрифікаційний-фільтр → Дезінфекція → Викид

У 2014 році установку вже було модернізовано для відповідності вимогам класу А GB 18918-2002 шляхом додавання високо-відстійника та фільтра глибокого шару денітрифікації. Але в 2018 році уряд провінції Чжецзян видав набагато суворіший стандарт DB 33/2169-2018, який вимагає, щоб стічні водиTN Менше або дорівнює 12 мг/лTP Менше або дорівнює 0,3 мг/л. Аналіз оперативних даних за 2019–2020 рр. показав чітку історію: COD, NH₃-N і SS постійно перевищували, але TP стічних вод коливався біля верхньої межі, а TN демонстрував сезонний ризик перевищення взимку. Коли температура води в біологічному резервуарі опустилася нижче 12 градусів, біологічне видалення TN SBR впало лише до 28,52%, змусивши наступний фільтр денітрифікації переносити більше 45% загального видалення TN через джерело вуглецю, що дозує - дорогий і відповідний-крихкий милицю.

Чому нові танки не були можливістю

Оновлення було обмежено п’ятьма жорсткими реаліями, які одразу виключали звичайне розширення-активованого мулу:

• Завод уже працював із проектною потужністю або вище - піковий добовий потік досяг 67 000 м³/день проти проектної 60 000 м³/день -, залишаючи нульовий гідравлічний запас для зупинки будівництва.
• Резервуари SBR були 10-річними сталевими конструкціями Lipp; врізати або зміцнювати їх для структурної модифікації було надзвичайно складно та ризиковано.
• Доступна земля в межах заводу була розкиданою, неправильної форми та занадто малою для нових басейнів біологічної очистки.
• Період будівництва перекривав сезон паводків, і станцію не можна було зупинити, не можна було зменшити обсяг очищення протягом тривалих періодів і не можна було скидати нестандартні стоки під час будівництва.
• Існуючі установки для зневоднення осаду не були розширені, що обмежувало здатність заводу видаляти надлишковий осад із біологічних резервуарів.

Після оцінки варіантів команда дизайнерів вибралаSBR+MBBRяк основне рішення: вставте зважені носії біоплівки безпосередньо в наявні резервуари SBR, не змінюючи структуру резервуарів, додайте спеціальні змішувачі MBBR- і решітки для утримання на вході/виході, а також-оптимізуйте час циклу SBR, щоб сприяти денітрифікації. Це зберегло капітал, уже інвестований у сталеві резервуари, одночасно розблокувавши крок-зміни в здатності біологічного видалення азоту.

Цільові показники якості води

Проектні параметри якості вхідної та стічної води підсумовані нижче. Зауважте, що значення в дужках для NH₃-N і TN є зимовими обмеженнями, які застосовуються, коли температура води нижче 12 градусів -, це найбільш вимогливий робочий режим і саме там, де оригінальна система SBR вийшла з ладу.

Обмеження TP у 0,3 мг/л є особливо вимогливим для біологічної системи, тому завод поєднує біологічне поглинання фосфору з дозуванням PAC у високо-ефективному відстійнику як етап полірування. У той же час проектні цілі TN вимагали, щоб біологічний ступінь виконував важку роботу, щоб нижній денітрифікаційний фільтр більше не мав компенсувати зимові біологічні втрати.

Конструкція модернізації: MBBR всередині наявних танків SBR

Під час модернізації всі 12 наявних резервуарів SBR були перетворені на реактори SBR+MBBR, зберігаючи наявні об’єми зони вибору та основної реакційної зони. У межах основної реакційної зони були створені зони MBBR і оснащені підвішеними носіями біоплівки, а також системами утримування входу/виходу для запобігання втрати носія. Зносостійке покриття було нанесено на внутрішню стінку кожного сталевого бака Lipp, щоб захистити сталеву поверхню від стирання рухомими носіями протягом тривалого терміну служби.

Основними проектними параметрами системи SBR+MBBR були: сталевий резервуарний реактор діаметром 32 м і об’ємом 5000 м³, ефективна питома поверхня носія MBBRБільше або дорівнює 400 м²/м³, швидкість потоку утримуючого сіта Менше або дорівнює 0,05 м/с, а пористість сітки 38–40 %. Існуюча мембранна дискова система аерації була збережена та повторно використана, що ще більше зменшило як вартість обладнання, так і будівельні роботи.

Рисунок 1: Оновлений процес

Процес після-оновлення показано вище. Ключова стратегія будівництва полягала в модернізації одного резервуара SBR за раз, координуючи потік між Фазою I/II та новою станцією Фази III протягом періоду будівництва, щоб загальна потужність очищення ніколи не зменшувалася. Саме такий послідовний підхід дозволив проекту працювати протягом сезону паводків без зупинок або неякісних скидів.

Рисунок 2: Схема модернізації реактора SBR+MBBR

Основне обладнання, додане до системи MBBR, підсумовано в таблиці нижче. Разом ці елементи перетворили аеротенк періодичної дії на гібридний підвішений-реактор росту, здатний як нітрифікувати, так і денітрифікувати в одному циклі.

Чому переналаштування керування-процесами має значення

Одного апаратного забезпечення було недостатньо - логіку циклу SBR також довелося змінити, щоб створити вікно безкисневої денітрифікації. Початковий цикл SBR становив 6 годин на партію: заповнення 1 година (з аерацією), реакція 2 години, відстоювання 1,5 години, декантація 1,5 години. Проблема з цією послідовністю полягала в тому, що аерація під час фази заповнення споживала джерело вуглецю через окислення, а не зберігала його для денітрифікації.

Після додавання змішувачів для денітрифікації фазу заповнення було переключено на не-аероване (аноксичне) змішування. Оптимізований цикл: заповнення 1 год (безкисневе змішування), реакція 1 год, відстоювання 1 год, декантація 1 год. Це просте повторне{7}}упорядкування створило безкисневу зону, де гетеротрофні денітрифікатори могли відновити нітрат до газоподібного азоту, використовуючи вхідне джерело вуглецю -, різко скорочуючи зовнішню потребу в вуглеці нижче за течією.

Взимку (з середини-листопада до середини-березня), коли середня температура води в біологічному резервуарі опускалася нижче 12 градусів, цикл подовжували понад 6 годин, щоб компенсувати зниження мікробної активності. Крім того, магнітокоагульований осад зі стадії третинної обробки дозувався назад у резервуари SBR для покращення осідання осаду та підвищення здатності до видалення азоту - розумне повторне використання-побічного продукту, який також стабілізував осадження осаду в холодну пору року.

Операційні результати та продуктивність

Оновлення SBR+MBBR було завершено та введено в експлуатацію в грудні 2022 року. Наведені нижче дані про продуктивність порівнюють біологічну стадію до та після модернізації -, і покращення найбільш помітне саме в зимові місяці, які раніше спричиняли збої відповідності.

Повне видалення азоту: від 28,52% до 69,85%

Після оновлення ефективність видалення TN біологічної стадії SBR зросла з приблизно 28,52% до69.85%. Два механізми рухають це вдосконалення. По-перше, безкисневе змішування під час фази заповнення забезпечувало оптимальні умови для денітрифікації, дозволяючи вуглецевому паливу відновлювати нітрати. По-друге, носії MBBR фіксують і збагачують повільно{3}}нітрифікуючі бактерії на своїй захищеній поверхні, підвищуючи нітрифікацію навіть за низьких температур, коли нітрифікатори-завислого росту мають проблеми. В оптимізованій дво-системі денітрифікації (біологічний ступінь SBR + нижній фільтр денітрифікації) біологічний етап тепер становить приблизно85% загального видалення азоту, у порівнянні з менш ніж 24% до оновлення -, тому споживання джерела вуглецю на фільтрі денітрифікації так різко впало.

Рисунок 3: Стоки TN до та після оновлення

Загальне видалення фосфору: від 70,9% до 79,3%

Без додавання хімічних агентів для видалення фосфору на біологічній стадії біологічне видалення ТР SBR покращилося з 70,9% (потік 2,86 мг/л, стічні води 0,81 мг/л) до79.3%(вплив 3,05 мг/л, стічні води 0,63 мг/л) - рік--рік покращення на 8,4%. Більш щільна, більш стабільна біомаса, що підтримується носіями, у поєднанні з покращеною здатністю до осідання осаду сприяла цьому виграшу. У поєднанні з дозуванням PAC у високо-ефективному відстійнику кінцевий TP стічних вод надійно відповідав суворому стандарту Менше або дорівнює 0,3 мг/л.

Малюнок 4: TP стічних вод до та після оновлення

Техніко-економічне порівняння

Загальна сума інвестицій для модернізації SBR+MBBR становила приблизно19 мільйонів юанів, а збільшення прямих операційних витрат було лише0,024 юаня/м³. У таблиці нижче наведено порівняння процесу SBR+MBBR із двома основними альтернативними технологіями оновлення: звичайним активним мулом A²/O та мембранним біореактором MBR.

Порівняння робить ціннісну пропозицію зрозумілою. MBR забезпечує чудову якість стоків, але в 3–4 рази дорожче за інвестиції в обладнання та приблизно в 10 разів дорожче за експлуатаційні витрати, ніж SBR+MBBR, а також інтенсивне обслуговування-мембрани. Звичайний A²/O дешевий у будівництві, але потребує великої земельної ділянки - саме того ресурсу, якого не було у цього заводу. SBR+MBBR займає збалансовану середину: помірні інвестиції, приблизно на 30% менше землі, ніж традиційні, відносно низькі експлуатаційні витрати та просте обслуговування. Для модернізації існуючих заводів, де земля обмежена, а порушення будівництва необхідно мінімізувати, це прагматичний виграш.

Висновки та наслідки для галузі

Це інженерне прикладне дослідження демонструє кілька висновків, які мають значення для ширшої індустрії очищення води:

• SBR+MBBR вирішує видалення TN у системах SBR.Завдяки вбудовуванню носіїв MBBR в існуючі реактори SBR та оптимізації циклу аерації/змішування біологічне видалення TN зросло з 28,52% до 69,85%. Це усунуло потребу в надлишковому дозуванні джерела вуглецю на нижньому фільтрі денітрифікації та забезпечило відповідність вимогам навіть під час зимових низьких{3}}температур.
• Ніяких нових структур не потрібно.Повне біологічне оновлення було досягнуто без будівництва нових резервуарів - вирішальна перевага для рослин-з обмеженим простором. Існуючу сталеву конструкцію резервуару Lipp було збережено лише з незначними змінами: зносостійке покриття, додані змішувачі та решітки.
• Низькі додаткові експлуатаційні витрати.Загальні інвестиції в 19 мільйонів юанів і збільшення експлуатаційних витрат лише на 0,024 юанів/м³ роблять це надзвичайно-рентабельним порівняно з альтернативами, такими як MBR на 0,7–0,8 юанів/м³.
• Перевірена зимова ефективність.Процес забезпечив надійне видалення за температури води нижче 12 градусів, що є типовою проблемою для біологічного видалення азоту в помірному кліматі.
• Можливість масштабування та відтворення.Послідовний підхід до модернізації одного-цистерни дає змогу впроваджувати без зупинки заводу, що робить його придатним для інших застарілих заводів на основі SBR-, які стикаються з подібними вимогами до оновлення.

Наші рішення для відстійників MBBR і похилих труб

Цей приклад підкреслює критичну роль, яку відіграють інтегровані біологічні та фізичні процеси очищення в модернізації сучасних очисних споруд. Наша компанія пропонує повний спектр додаткових продуктів саме для такого роду проектів:

• Носії біоплівки MBBR- поліуретанові та HDPE середовища з питомою поверхнею від 400 до 800 м²/м³ для різних конфігурацій процесу та цілей обробки;
• Утримувальні екрани та системи MBBR- спеціально-розроблені рішення екранування входу/виходу SS304 для запобігання втраті носія;
• Похилі трубчасті відстійники- ПП/ПВХ-стільникові труби для високо-ефективного відділення твердої-рідини в освітлювачах і відстійниках, що доповнює біологічне очищення MBBR;
• Дискові дифузори з дрібними бульбашками- Дискові дифузори з мембраною EPDM із розміром пор 20–50 мкм для високо-ефективної аерації в біологічних реакторах;
• Технічна підтримка- повна допомога в проектуванні для модернізації MBBR, включаючи вибір носія, дизайн аерації, розміри ретенційного екрану та оптимізацію процесу.