Oppgradering av design og praksis for vannkvalitetsrenseanlegget i Xin'an Qianhe basert på AAOAO-MBBR-prosessen og ozonoksidering
Qingdao, som en sentral nasjonal kystby, har oppnådd betydelige resultater innen økologisk styring. Sammenlignet med internasjonale-metropoler på toppnivå, står imidlertid det urbane vannmiljøstyringssystemet fortsatt overfor strukturelle utfordringer.
For øyeblikket er det gap mellom dekningsgraden til avløpsrørnettet, driftseffektiviteten til avløpsvannbehandlingsanlegg og publikums forventninger om et vannmiljø av høy-kvalitet. Det er også en avstand fra å realisere den økologiske visjonen om å bygge en "vakker Qingdao."
For å møte disse utfordringene må Qingdao snarest implementere systematiske tiltak som vitenskapelig planlegging, optimalisert ressursallokering og styrket infrastrukturinvestering. Denne innsatsen tar sikte på å forbedre effektiviteten til avløpsvanninnsamlingsnettverket og terminalbehandlingskapasiteten, og dermed styrke det økologiske grunnlaget for byens bærekraftige utvikling.
Xin'an Qianhe Water Quality Purification Plant-prosjektet ligger i West Coast New Area of Qingdao. Den har en designet behandlingskapasitet på 50 000 m³/d, et totalt område på 33 154 m² og en total investering på 182,4 millioner yuan. Mulighetsstudierapporten for prosjektet ble ferdigstilt i mars 2021, foreløpig prosjektering og budsjett ble godkjent i juni samme år, og byggingen startet offisielt i april 2023. Den er for tiden i byggefasen. Den opprinnelige utformingen krevde at nøkkelavløpsparametere oppfyller klasse V-standardene spesifisert i GB 3838-2002 "Environmental Quality Standards for Surface Water", mens total nitrogen (TN) og andre indikatorer skulle oppfylle klasse A-standardene i GB 18918-2002 "Utløpsstandard for forurensninger for kommunalt avløpsanlegg."
I mars 2022 utstedte Qingdao Water Affairs Administration "Merknad om gjennomføring av oppgraderings- og renoveringsarbeid for renseanlegg for urbane avløpsvann i Qingdao." Denne kunngjøringen krevde at renseanlegg rundt Jiaozhou-bukten, Bohai-bukten og langs elver skulle fullføre oppgraderinger, noe som hevet utslippsstandarden til kvasi-overflatevannskvalitet av klasse IV, med TN-avløp kontrollert mellom 10-12 mg/L. Utgivelsen av denne policyen falt innenfor intervallet mellom prosjektets foreløpige designgodkjenning (juni 2021) og dets fysiske oppstart (april 2023), noe som skaper et teknisk gap mellom de allerede godkjente originale designstandardene og de siste miljøkravene. Som et nytt avløpsvannbehandlingsanlegg i West Coast New Area, for å sikre samsvar ved ferdigstillelse, ble det viktig å samtidig utføre prosessoptimalisering i byggefasen og utvikle en økonomisk gjennomførbar oppgraderingsplan gjennom mulighetsstudier.
1. Prosessskjemadesign og valg
1.1 Designet avløpskvalitet
Prosjektets avløpsstandarder ble oppgradert fra kvasi-Klasse V til kvasi-Klasse IV overflatevannkvalitet. Rimelige tekniske løsninger var nødvendig for å redusere verdiene av indikatorer som BOD, COD ytterligereCr,TN, NH₃-N og TP i avløpet. Spesifikk analyse er vist iTabell 1.
1.2 Valg av teknisk teknisk skjema
Prosessflyten til anlegget under bygging er vist iFigur 1.
Anlegget under bygging bruker prosessen "Forbehandling + Modifisert AAOAO biokjemisk tank + sekundær sedimentasjonstank + høy-effektiv sedimentasjonstank + V-typefilter + ozonoksidasjon". Utformingen av strukturene er kompakt, og etterlater ikke overskuddsareal til oppgraderingsprosjektet, som derfor må baseres på den pågående byggingen. Oppgraderingen retter seg først og fremst mot fjerning av forurensninger som CODCr, NH₃-N, TN og TP. To sammenlignende ordninger ble foreslått, som beskrevet iTabell 2.
Skjema 1: AAOAO-MBBR + høy-Sedimentasjonstankprosess
- Biokjemisk systemmodifikasjon: Optimaliser strukturen til AAOAO biokjemisk tank under konstruksjon. Forbedre denitrifikasjonskapasiteten ved å utvide det anoksiske sonevolumet. Tilsett samtidig MBBR-bærere lokalt i den aerobe sonen for å danne en sammensatt prosess, som styrker den biokjemiske fjerningseffektiviteten til NH₃-N og TN.
- Fysisk-kjemisk systemoppgradering: Optimaliser tankstrukturen og støtteutstyrsparametrene til den høyeffektive sedimentasjonstanken for å sikre stabil TP-overholdelse.
- Avansert behandlingsforbedring: Øk dosen i ozonoksidasjonsenheten for ytterligere å bryte ned ildfast organisk materiale, og sikre CODCrutslippsoverholdelse.
Skjema 2: Høy-sedimentasjonstank + denitrifiserende dypsengsfilterprosess
- Driftsmodusoptimalisering: Oppretthold den opprinnelige strukturen til AAOAO biokjemisk tank. Legg til justerbare lufteenheter i den post-anoksiske sonen for å dynamisk bytte mellom anoksiske/aerobe moduser basert på innflytende kvalitet, og sikrer NH₃-N-behandlingseffektivitet.
- Fysisk-kjemisk systemoppgradering: Optimaliser tankstrukturen og støtteutstyrsparametrene til den høyeffektive sedimentasjonstanken for å sikre stabil TP-overholdelse.
- Bruk av denitrifiserende filter: Konverter V-filteret til et denitrifiserende dypfilter ved å bruke karbonkildedosering for å forbedre TN-fjerningsevnen.
- Avansert behandlingsforbedring: Øk dosen i ozonoksidasjonsenheten for ytterligere å bryte ned ildfast organisk materiale, og sikre CODCrutslippsoverholdelse.
Begge ordningene kan oppfylle kravene til nitrogen- og fosforfjerning. Skjema 1 bruker modifikasjoner av den biokjemiske tanken for å oppnå TN-fjerning. Dens fordel ligger i å utnytte den innflytende karbonkilden fullt ut. Når innflytende TN svinger, kan en ekstern karbonkilde også tilsettes i den anoksiske sonen for fjerning av TN. Til sammenligning krever det denitrifiserende dypsengsfilteret brukt i skjema 2 bruk av en ekstern karbonkilde og krever langsiktig vedlikehold av mikrobiell aktivitet i filteret, noe som øker driftskostnadene. Selv om byggeinvesteringskostnadene for begge ordningene er sammenlignbare, basert på flerdimensjonale betraktninger inkludert driftskostnadskontroll, prosessstabilitet og karbonkildeutnyttelseseffektivitet, ble Scheme 1-som tilbyr både økonomisk effektivitet og operasjonell fleksibilitet – til slutt valgt som implementeringsprosess for oppgraderingsprosjektet.
2. Viktige tekniske designpunkter
2.1 Biokjemisk systemmodifikasjon
Kjerneteknologien til MBBR-prosessen ligger i å oppnå effektiv fluidisert bevegelse av suspenderte bærere gjennom design, og dermed forbedre systemets biologiske nedbrytningseffektivitet for forurensninger betydelig. Dette prosesssystemet består av fem nøkkelelementer: biofilmbærere med høy-mekanisk-styrke, en tilpasset hydraulisk tankstruktur, et retningsbestemt luftesystem, en presis avskjæringsskjerm og væskefremdriftsutstyr. Basert på de justerte tankvolumene og designparametrene til et operativt 20 000 m³/d utleieprosjekt for avløpsvannbehandlingsutstyr (MBBR) innenfor det regionale kloakksystemet, er det beregnede totale nødvendige effektive overflatearealet til de suspenderte transportørene ca. 2 164 000 m². Det utformede effektive spesifikke overflatearealet til MBBR-bærerne er større enn 750 m²/m³. Designberegningstabellen for det modifiserte AAOAO-MBBR-tankvolumet er vist iTabell 3.
2.2 Fysisk-kjemisk systemoppgradering
Den høye-sedimentasjonstanken er designet for å fungere i to parallelle grupper. Renoveringen av denne enheten tar i bruk en prosesspakkeform, hvor utstyrsleverandøren gir fullstendige-prosesstekniske garantier og ytelsesforpliktelser. Kjerneprosessparametrene og utstyrskonfigurasjonene er som følger.
Koagulasjonstanken består av to grupper med totalt 4 rom. Den utformede størrelsen på enkeltrom er 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Den maksimale tilbakeholdelsestiden er omtrent 3,8 minutter, med en hastighetsgradient (G) større enn eller lik 250 s-¹. Hver agitator er konfigurert med én{10}}enhetseffekt på 4 kW.
Flokkuleringstanken består av to grupper med totalt 2 rom. Den utformede enkeltromsstørrelsen er 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Den maksimale varetektstiden er omtrent 8,3 minutter. Innvendig diameter på trekkrøret er 2.575 mm. Den er konfigurert med Φ2500 mm turbin{13}}røreverk, hver med en effekt på 7,5 kW.
Sedimentasjonstanken består av to grupper. Det skrånende rørområdet for en enkelt gruppe er ca. 84 m². Sedimentasjonstankens diameter er 11,7 m. Den beregnede gjennomsnittlige hydrauliske belastningshastigheten på den skrånende røroverflaten er 12,4 m³/(m²·h), med en toppverdi på 16,1 m³/(m²·h). Den beregnede gjennomsnittlige hydrauliske belastningshastigheten for sedimentasjonssonen er 7,6 m³/(m²·h), med en toppverdi på 9,9 m³/(m²·h).
Det kjemiske doseringssystemet er konfigurert som følger: Kommersiell polyaluminiumklorid (PAC) væske (10 % Al2O3) er utformet som koaguleringsmiddel, dosert på flere punkter i innløpsdelen av koagulasjonstanken. Den beregnede maksimale dosen er 300 mg/L, med en gjennomsnittlig dosering på 150–200 mg/L. Mekaniske membranmålingspumper brukes, konfigurert med et 10-fold online fortynningssystem. Anionisk polyakrylamid (PAM) er utformet som flokkuleringsmiddel, dosert i flokkuleringsdelen av den høyeffektive sedimentasjonstanken. Det brukes et sett med helautomatiske kontinuerlige PAM-oppløsningstilberednings- og doseringsenheter, med en løsningskonsentrasjon på 2 g/L. Den beregnede maksimale dosen er 0,6 mg/L, med en gjennomsnittlig dosering på 0,3 mg/L. Doseringspumper er doseringspumper av skruetype, også utstyrt med et 10 ganger online fortynningssystem.
2.3 Pilot-Ozonoksidasjonseksperimentbekreftelse
For å verifisere gjennomførbarheten av at det oppgraderte anleggets avløp stabilt oppfyller klasse IV overflatevannstandarder (COD-konsentrasjon Mindre enn eller lik 30 mg/L), valgte denne studien det sekundære avløpet fra den første og andre fasen av Lianwanhe Water Quality Purification Plant som forskningsobjekt i juni 2024. Et ytelsesverifiseringseksperiment for "Sand O Filtration"-prosessen ble utført + avansert Ozone-filtrering. Eksperimentet hadde som mål å evaluere anvendeligheten av denne prosessen til Xin'an-prosjektets design og oppnåeligheten til målet.
Dette eksperimentet brukte den eksisterende små-skala sandfiltreringsenheten (behandlingskapasitet 1,5 m³/t) i Lianwanhe-anlegget. En ozonoksidasjonsreaksjonsenhet i pilot-skala (tårnreaktor, effektivt volum 0,5 m³) ble satt opp på-stedet. Avløpet fra den eksisterende sekundære sedimentasjonstanken ble filtrert av det lille sandfilteret, deretter løftet av en pumpe for å komme inn i ozonoksidasjonstårnet fra toppen. Den oksiderende effekten av ozon ble brukt til å fjerne ildfast organisk materiale fra innløpet, for å oppnå ytterligere COD-reduksjon.
2.3.1 Ytelse av "Sand Filtration + Ozon Oxidation" ved ozondosering på 20 mg/L og HRT på 30 min.
I løpet av denne forskningsfasen varierte den innflytende COD-konsentrasjonen fra 38,2 til 43,4 mg/L, med et gjennomsnitt på 40,4 mg/L. Etter behandling med "Sand Filtration + Ozone Oxidation"-prosessen, var den endelige COD-avløpet i gjennomsnitt 28,8 mg/L. Eksperimentet fant at når COD-konsentrasjonen var høy, var det fortsatt tilfeller der COD-avløpet ikke klarte å oppfylle standarden. I tillegg forble den endelige avløpsfargen fra pilottesten høyere enn tilløpsvannet, og oppfyller ikke utslippsstandarden. Detaljer vises iFigur 2(a).
2.3.2 Ytelse av "Sand Filtration + Ozon Oxidation" ved ozondosering på 25 mg/L og HRT på 30 min.
For ytterligere å forbedre COD-fjerning og redusere avløpsfargen, fortsatte denne fasen å øke ozondosen mens HRT ble holdt på 30 minutter. I denne eksperimentelle fasen varierte den innflytende COD-konsentrasjonen fra 36,3 til 46,2 mg/L, i gjennomsnitt 40,4 mg/L. Etter behandling ble COD-konsentrasjonen redusert til 28 mg/L. Den endelige avløpsfargen fra pilottesten forble fortsatt høyere enn tilløpsvannet, og oppfylte ikke utslippsstandarden. Detaljer vises iFigur 2(b).
2.3.3 Ytelse av "Sand Filtration + Ozon Oxidation" ved ozondosering på 30 mg/L og HRT på 30 min.
Under betingelsene med en ozondosering på 30 mg/L og en HRT på 30 minutter, viste "Sand Filtration + Ozone Oxidation"-prosessen god behandlingseffektivitet for sekundært avløp COD. I denne testfasen varierte den innflytende COD-konsentrasjonen fra 38,2 til 42,2 mg/L, i gjennomsnitt 40,2 mg/L. Etter behandling forble COD-konsentrasjonen stabil under 30 mg/L, i gjennomsnitt 26 mg/L. I denne fasen demonstrerte prosessen også god fargefjerningseffektivitet, med målt farge konsekvent under 20, og oppfyller stabilt utslippsstandarden. Detaljer vises iFigur 2(c).
2.3.4 Eksperimentell konklusjon
Basert på de eksperimentelle resultatene, under optimale reaksjonsforhold, var forholdet mellom ozondosering (30 mg/L) og COD-fjerning (12,2 mg/L) i ozonbehandlingsenheten 2,45:1,00.
Piloteksperimentet viste at den avanserte behandlingsprosessen "Sand Filtration + Ozon Oxidation" effektivt kan redusere COD-verdien til det representative sekundære avløpet fra Lianwanhe-anlegget. Derfor har det god gjennomførbarhet å ta i bruk "Sand Filtration + Ozon Oxidation"-prosessen som den avanserte behandlingsprosessen for Xin'an Qianhe-prosjektet og kan sikre at prosjektets COD-avløp forblir stabil under 30 mg/L.
3. Konklusjon
Denne forskningen fokuserer på tre kjernemodifikasjonsmoduler: det biokjemiske behandlingssystemet tar i bruk AAOAO-MBBR-hybridprosessen (suspendert og vedlagt vekst); den fysisk-kjemiske behandlingsenheten optimerer tankstrukturen og utstyrsvalget for den høyeffektive sedimentasjonstanken-. og den avanserte behandlingskoblingen er validert gjennom et -piloteksperiment med ozonoksidasjon.
Gjennom den synergistiske optimaliseringen av denne prosesskjeden, konstrueres et fullstendig-prosessbehandlingssystem med «Biokjemisk forbedring – Fysiokjemisk forbedring – Avansert sikring». Samtidig følger denne ingeniørdesignen det objektive faktumet til den pågående nåværende prosjektkonstruksjonen, noe som krever koordinert optimalisering av konstruksjonssekvenser for alle strukturer for å maksimere bruken av eksisterende fasiliteter og minimere renoveringsarbeidet.
Prosjektet bruker avløpskvalitetsstandarden til anlegget under bygging som målestokk for designpåvirkende kvalitet. Utslippskonsentrasjonene av CODCr, BOD₅, NH₃-N og TP skal være i samsvar med klasse IV-standardene (TN mindre enn eller lik 10/12 mg/L) spesifisert i GB 3838-2002 "Environmental Quality Standards for Surface Water." Andre indikatorer skal være i samsvar med klasse A-standardene i GB 18918-2002 "Utslippsstandard for forurensninger for kommunale avløpsrenseanlegg." Dette oppgraderingsprosjektet har en designskala på 50 000 m³/d, en total investering på 27,507 millioner yuan, en driftskostnad på 0,3 yuan/m³, en totalkostnad på 0,39 yuan/m³ og en driftsvannpris på 0,45 yuan/m³.