Indre Mongolia WWTP-oppgradering: Hvordan AAO+MBBR erstattet en sviktende DE-oksidasjonsgrøft for å behandle 2000 mg/L COD ved 0,85 RMB/m³

I 2004 begynte et renseanlegg for avløpsvann i Xilinhot, Indre Mongolia, å rense 38 000 m³/d med en DE-oksidasjonsgrøft. Den ble designet for kommunalt avløp. Det den fikk var slakteriavløpsvann - pennevask, blod, fett, beinrester og gjødsel - som presset innflytende COD til2000 mg/Log ammoniakknitrogen til120 mg/L. Oksydasjonsgrøften, som sykler mellom aerob og anoksisk modus i en by der temperaturene holder seg lave året rundt, kunne ikke følge med. Oppløst oksygen svevde under 1 mg/L. Nitrifiserende bakterier ble aldri etablert. Avløp bommet på klasse B oftere enn det traff den. Oppgraderingen la til DAF-forbehandling, et nytt biologisk stadium AAO+MBBR og avansert behandling - og kuttet gjennom alle fire problemene samtidig. Avløpsvann oppfyller nå stabilt klasse A. Kostnader:0,85 RMB per kubikkmeter.

1. DEN ORIGINELLE ANLEGG - OG HVORFOR DEN FEIL

Fase I-anlegget ble satt i drift i august 2004 med en designkapasitet på40,000 m³/d. Den biologiske seksjonen brukte DE-oksidasjonsgrøft-prosessen (se figur 1), med avløp som kreves for å møteKlasse B standardav GB 18918-2002. Faktisk strømning gjennom ledningsnettet var ca. 38.000 m³/d. Den opprinnelige utformingen antok typiske kommunale kloakkegenskaper. Virkeligheten var en annen: En stor brøkdel av innflytelsen kom fra slakterier, og forurensningskonsentrasjonene oversteg dimensjoneringsgrunnlaget massivt.

Fire distinkte problemer konvergerte for å gjøre DE-oksidasjonsgrøften til feil prosess for dette nettstedet:

Problem 1 - COD-undertrykte nitrifikasjon

Influent COD nådde jevnlig 2000 mg/L. Heterotrofe bakterier, som livnærte seg av denne organiske overfloden, formerte seg raskt og konsumerte oppløst oksygen med en hastighet som luftesystemet ikke kunne matche. DO i oksidasjonsgrøften holdt segunder 1 mg/Li lengre perioder. Nitrifiserende bakterier - autotrofer som trenger høy DO, ikke høy organisk - ble sultet på oksygen. Ammoniakknitrogenfjerning kollapset som en direkte konsekvens av COD-overbelastning.

Problem 2 - Slakteriavfall motsto biologisk nedbrytning

Slakteriens avløpsvann er en kompleks blanding: båsevann som frakter grisegjødsel og ufordøyd fôr; blod, fett, kjøttrester, beinrester, hår og avføring fra avlivingsgulvet. Avløpsvannet er brunlig-rødt med en fiskelukt som kan detekteres meter unna. Disse høye-COD, høye-ammoniakkstrømmene råtner raskt. Begrenset av det biologiske tankvolumet var den hydrauliske retensjonstiden for kort til at disse gjenstridige organiske stoffene kunne brytes ned til et lavt nivå. Utilbakeholdt organisk suspendert stoff slippes ut med avløpet, forbruker oppløst oksygen i mottaksvannet og skader økosystemet.

Problem 3 - Vekslende aerob/anoksisk modus mislyktes i kulde

Xilinhot har lave temperaturer- året rundt. Mikrobiell vekst er langsom; nitrifiserende bakterier er de mest kulde-sensitive av alle. DE-oksidasjonsgrøften veksler mellom aerobe (begunstiger nitrifiers) og anoksiske (begunstiger denitrifiers) forhold. Under aerob drift var det oksygentilstrekkelige vinduet-for kort til at nitrifikatorer kunne bygge en levedyktig populasjon før syklusen gikk tilbake til anoksisk, og undertrykte dem igjen. Denitrifiserende bakterier, tilpasset anoksiske forhold, led like mye av den konstante syklingen. Det vekslende oksygenregimet, som tåles i et varmere klima, ble en dreper for fjerning av nitrogen- i indre Mongolias kulde.

Problem 4 - Overflatelufting tapte bort varmen

Overflateluftere fungerer ved å maksimere kontaktarealet mellom avløpsvann og luft for å drive oksygenoverføring. Det samme kontaktområdet driver også varmetapet. I Xilinhots klima kom hver enhet av oksygen som ble overført med en termisk straff - avløpsvannet i oksidasjonsgrøften mistet begrenset varme til den kalde luften, noe som ytterligere deprimerte den allerede-langsomme biokjemiske kinetikken.

2. OPPGRADERINGSSTRATEGIEN: DAF + AAO+MBBR + TO-FJERNING AV NITROGEN

Oppgraderingen måtte løse fire begrensninger samtidig: høy COD, høy ammoniakk, lav temperatur og ingen tilgjengelig land for ny tankkonstruksjon. Løsningen ble bygget rundtMBBR-teknologi- valgt for sin sterke-tilpasningsevne til kaldt vær, kompakt fotavtrykk og evne til å kombinere med konvensjonelle prosesser uten å kreve ekstra tankvolum.

MBBR-bærere i den aerobe sonen fremmer fortrinnsvis nitrifiserende bakterievekst, og biofilm som løsner fra bærerne inokulerer kontinuerlig det suspenderte aktiverte slammet med nitrifiers. Dette kompenserer direkte for nitrifikasjonsmangelen som plaget den opprinnelige DE-oksidasjonsgrøften. Prosessen viser også sterk toleranse for giftige sjokk - viktig gitt variasjonen i slakteriutslipp.

Fem designbeslutninger definerte oppgraderingen:

1. DAF forbehandling.En oppløst luftflotasjonsenhet ble tilsatt for å fjerne olje og SS fra slakterifraksjonen før den nådde det biologiske stadiet. Høyt innflytende SS og fett hadde overbelastet oksidasjonsgrøften fra dag én.

2. Ny AAO-tank med MBBR-bærere.En helt ny primær anaerob/anoksisk/aerob tank ble bygget, med HDPE MBBR-bærere (500 m²/m³ spesifikt overflateareal, sylindrisk, ~20 mm diameter × 10 mm lengde) i både den anoksiske sonen (3.110 m³ bærervolum) og aerob sone (6.264 m³ bærervolum). Design MLSS: 4000 mg/L. Anaerob HRT: 2,0 timer. Anoksisk HRT: 6,2 timer. Aerob HRT: 12,5 timer.

3. Oksidasjonsgrøft omgjort til sekundær AO.Den eksisterende DE-oksidasjonsgrøften ble omplassert til en sekundær anoksisk/aerob tank (totalt HRT 12,2 timer, 6,1 timer hver sone). Med innflytende TN som når 130 mg/L, kunne ikke et enkelt-trinns AO oppnå den nødvendige fjerningen - interne resirkulasjonsforhold må overstige 1000 %. To- AO gjør nitrogenfjerning matematisk oppnåelig ved praktiske resirkulasjonsforhold (300 % primær, 200 % sekundær).

4. Avansert behandling.En høy-effektiv sedimentasjonstank (overflatebelastning 7,3 m³/m²·h, med rørsettlermedier) etterfulgt av kontinuerlige sandfiltre (48 enheter, AS 50020, 5,5 m² hver, totalt filtreringsareal 288 m², designfiltreringshastighet 5,78 m/h) ble tilsatt etter den andre poleringsrennen til den andre poleringsrennen. standarder.

5. Smart lufting og kjemikaliedosering.IoT-basert presisjonslufting og automatisert kjemikaliedosering erstattet manuell, erfaringsbasert-kontroll - som eliminerer den kroniske over-luftingen og over-doseringen som hadde økt det opprinnelige anleggets driftskostnader.

3. KONSTRUKSJON UTEN AVSTENGING - TRE UTFORDRINGER

Anlegget kunne ikke slutte å rense avløpsvann under oppgraderingen. Tre utfordringer dukket opp:

Utfordring 1 - Opprettholde samsvar under tankrekonstruksjon.Å ta én biologisk tank offline i regntiden (juli–september) økte belastningen på de gjenværende tankene. Løsning: tankene ble rekonstruert én etter én. Den gamle slamfortykningstanken ble omgjort til en midlertidig sedimentasjonstank for å samle opp og returnere sekundært sirkulerende vann, og hindre det i å legge til belastning på den biologiske delen. Nødtanker ble tømt før det var varslet mye nedbør.

Utfordre 2 - Overlappende konstruksjon og sikkerhet.Anleggsarbeid og prosessrørinstallasjon kjørte samtidig i den sekundære AO-tanken. Løsning: en strukturert kommunikasjons- og koordineringsprotokoll ble etablert, med detaljerte sikkerhetsplaner og beredskapsprosedyrer som definerer hver parts ansvar.

Utfordre 3 - slamtømming fra den utrangerte tanken.Den sekundære AO-tanken inneholdt 4,5 m aktivert slamvann pluss 0,5 m uorganisk sediment. Løsning: det nye slamavvanningssystemet ble satt i drift tidlig; en del av slammet ble avvannet, og en del ble overført til såing av den nye primære AAO-tanken.

4. RESULTATER: KLASSE A UTFLØDNING FRA KLASSE B+ INNFLØDNING

4.1 Vannkvalitet - før og etter

Innflytningsegenskapene er alvorlige etter enhver standard - en blanding av kommunalt kloakk og slakteriutslipp. Tabell 1 viser design og faktiske verdier på tvers av syv parametere, sammen med fjerningsratene oppnådd etter oppgraderingen.

*NH₃-N-avløpsgrensen er normalt 5 mg/L; 8 mg/L gjelder når vanntemperaturen er under 12 grader.

Etter oppgraderingen møtte alle avløpsindikatorer stabiltKlasse A-standard av GB 18918-2002, til tross for at innflytelseskonsentrasjoner langt overstiger det opprinnelige designgrunnlaget. Det biologiske systemets behandlingseffektivitet ble betydelig forbedret på tvers av alle parametere (se figur 3).

4.2 Driftskostnadsfordeling

Den årlige direkte driftskostnaden er ca12,45 millioner RMB, som gir en enhetskostnad på0,8528 RMB/m³(eksklusive utstyrsavskrivninger og finansiering). Elektrisitet dominerer, står for62.4%av driftskostnaden - en direkte konsekvens av det høye oksygenbehovet fra konsentrert innflyt og det kalde klimaet som bremser den biologiske kinetikken.

5. ENERGIOPTIMERING: SMART KONTROLLER OVER MANUELL GJETTING

Med elektrisitet på 62 % av driftskostnaden var energieffektivisering ikke valgfritt. Tre tiltak ble innebygd i designet:

1. IoT-basert presisjonslufting.En Internet of Things-plattform samler inn sanntids-DO-, ammoniakk- og strømningsdata, og justerer deretter vifteeffekten automatisk. I stedet for å kjøre blåsere med en fast hastighet basert på operatørens erfaring, leverer systemet akkurat den luften biologien trenger - verken mer eller mindre.

2. Intelligent kjemikaliedosering.Doseringshastigheter for PAC, PAM og klordioksid er knyttet til sann-strøm og forurensningsbelastning, noe som eliminerer sikkerhetsfaktoren som øker forbruket av kjemikalie i manuelt drevne anlegg.

3. Adaptive driftsmoduser.I perioder med lav innflytelseskonsentrasjon kan MBBR-prosessen skifte til en redusert-energidriftsmodus - færre blåsere online, lavere blandeintensitet - uten å risikere at avløpsvannet overholdes. Bygningsdesignen maksimerer også naturlig ventilasjon for å redusere HVAC-kraftbehovet.

NØKKELUTTAK

1. DE-oksidasjonsgrøfter svikter i kaldt klima med høy-avløpsvann.Den vekslende aerobe/anoksiske syklusen hindrer enten nitrifier- eller denitrifier-populasjoner i å stabilisere seg, og overflatelufting koster varme. Hvis anlegget ditt har både lav temperatur og høy ammoniakk, er DE-oksidasjonsgrøften feil biologisk prosess.

2. MBBR-bærere inokulerer nitrifikatorer i det suspenderte slammet.Dette er nøkkelmekanismen som kompenserer for nitrifikasjonsmangelen til den opprinnelige prosessen. Biofilmen på bærerne vokser fortrinnsvis nitrifiserende bakterier og sår kontinuerlig den blandede brennevinen - en form for in- bioaugmentering som ikke krever noen ekstern karbonkilde.

3. To-AO gjør fjerning av høy-nitrogen praktisk.Med innflytende TN på 130 mg/L, ville en enkelt-trinns AO trenge interne resirkulasjonsforhold som overstiger 1000 %. Ved å dele nitrogenbelastningen over en primær AAO+MBBR og en sekundær AO-tank oppnås klasse A TN (mindre enn eller lik 15 mg/L) ved håndterbare resirkuleringsforhold.

4. DAF-forbehandling er ikke-omsettelig når slakteriavløpsvann er i blandingen.Olje og fett fra pussoperasjoner vil tilgrise MBBR-bærere og undertrykke oksygenoverføring. Fjern dem før det biologiske stadiet, eller betal straffen i blåserelektrisitet.

5. Konstruksjon uten stans er oppnåelig med trinnvis tanksekvensering.Bygg den nye primære AAO-tanken først, sett den i drift, og ta deretter den gamle oksidasjonsgrøften offline for konvertering til sekundær AO. Den gamle slamfortykningstanken kan tjene som en midlertidig sedimentasjonsbuffer under cutover.

6. Driftskostnad på 0,85 RMB/m³ for 2000 mg/L COD-innflytende er konkurransedyktig.Den elektrisitetsdominerte-kostnadsstrukturen (62 %) gjenspeiler det reelle oksygenbehovet til dette avløpsvannet. IoT-basert luftekontroll og adaptive driftsmoduser er spakene som hindrer den fra å gå høyere.