Kasusstudie av MBBR+ACCA-prosess for oppgradering og rekonstruksjon av et renseanlegg for urbant avløpsvann
På bakgrunn av Kinas blomstrende økonomi, har tempoet i industrialiseringen og urbaniseringen akselerert betydelig. Denne prosessen er uunngåelig ledsaget av en år-på-økning i utslipp av industrielt avløpsvann og husholdningskloakk, noe som forverrer problemer med vannforurensning og påvirker den bærekraftige økologiske sivilisasjonskonstruksjonen i Kina. Med den omfattende implementeringen av handlingsplanen for forebygging og kontroll av vannforurensning, har det blitt pålagt strengere utslippskrav på renseanlegg for byvann over hele landet. Lokale standarder i noen byer har nådd kvasi-Klasse IV-vannkvalitet, og for avløp som slippes ut i følsomme vannforekomster, nærmer enkelte individuelle indikatorer seg gradvis Klasse III-standarden for overflatevann. Imidlertid er gjenværende forurensninger i urbant avløpsvann etter biologisk behandling primært ikke-biologisk nedbrytbare organiske forbindelser med dårlig biologisk nedbrytbarhet. Å stole utelukkende på tradisjonelle biologiske forbedringsteknologier har blitt utilstrekkelig for å møte de stadig strengere utslippsstandardene.
Aktivert koks har et høyt utviklet mesoporøst system som er i stand til å adsorbere makromolekylære forurensninger i vann. Med høy mekanisk styrke, stabilitet, god adsorpsjonsytelse og relativt økonomiske kostnader, har det blitt mye brukt i behandlingen av industrielt avløpsvann som er vanskelig å biologisk nedbryte. De siste årene har filtreringsteknologi ved bruk av aktivert koks som medium også funnet visse anvendelser i avansert behandling av kommunale avløpsanlegg, og oppnår gode resultater i den endelige fjerningen av forurensninger. Ved å kombinere et ingeniøreksempel fra et oppgraderingsprosjekt ved et avløpsrenseanlegg i Henan-provinsen, tok forfatteren i bruk MBBR+ACCA-prosessen (Activated Coke Circulating Adsorption) for å oppgradere behandlingen av urbant avløpsvann. Avløps-COD-, NH₃-N- og TP-indikatorene oppfylte GB 3838-2002 Class III-vannstandarden, og gir en referanse for oppgraderingsprosjekter ved andre avløpsvannbehandlingsanlegg.
1. Grunnsituasjon for renseanlegget
Den totale designkapasiteten til dette avløpsrenseanlegget er 50.000 m³/d, bestående av en fase I designkapasitet på 18.000 m³/d og en fase II designkapasitet på 32.000 m³/d. Den behandler først og fremst urbane husholdningskloakk og en liten mengde industrielt avløpsvann. En oppgradering ble fullført i 2012, hvor avløpsvannet oppfyller standarden Grade 1A i Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants GB 18918-2002. Hovedprosessen er fler-AO + denitrifikasjonsfilter + sedimentasjonstank med høy tetthet. Prosessflyten vises iFigur 1.
For øyeblikket er avløpsrenseanlegget i drift nesten full kapasitet. Basert på gjeldende driftsdata, under godt vedlikehold av anlegget, kan avløpskvaliteten opprettholdes stabilt i henhold til GB 18918-2002 Grade 1A-standarden. Avløpskonsentrasjonene for COD, BOD5, NH3-N, TN og TP varierer fra hhv
Før oppgraderingen sto anlegget overfor følgende problemer: 1) Aldring og skadede skjermer i forbehandlingsseksjonen tillot noe flytende rusk inn i de biologiske tankene, som lett tilstoppet pumpene og påvirket påfølgende behandling; 2) Ustabil TN-fjerning under lave vintertemperaturer og betydelige svingninger i vannkvalitet og mengde; 3) Utilstrekkelig tankvolum i de biologiske fase I-tankene og urimelig anoksisk soneoppdeling, noe som fører til dårlig TN-fjerningseffektivitet og høy kjemisk dosering for påfølgende tilsetning av karbonkilder; 4) Det originale luftesystemet brukte utdaterte tradisjonelle sentrifugalblåsere med høyt energiforbruk; 5) Alvorlig tilstopping av filtermedier i denitrifikasjonsfiltrene, ufullstendig tilbakespyling og vanskeligheter med stabil drift; 6) Hyppige feil på blande- og røreutstyr i sedimentasjonstankene med høy-tetthet; 7) Hyppige feil på de to eksisterende beltefilterpressene for slamavvanning, høyt fuktighetsinnhold i avvannet slam, stort slamvolum og høye kostnader for slamavhending; 8) Mangel på luktkontrollanlegg for forbehandlings- og slambehandlingssystemene; 9) Utdatert sentralt kontrollsystem med begrenset datalagringskapasitet og tap av de fleste fjernbetjeningsfunksjoner.
2. Design vannkvalitet
Tatt i betraktning år med operative vannkvalitetsdata fra anlegget, med et 90 % konfidensnivå og inkludert en viss margin, ble designinnflytende kvalitet bestemt. Basert på den mottakende vannforekomstens miljøkvalitetskrav, må det oppgraderte avløpet COD, BOD₅, NH₃-N og TP oppfylle GB 3838-2002 Klasse III vannstandard, mens TN og SS vil overholde den opprinnelige standarden. Designets innflytende og avløpskvaliteter er vist iTabell 1.
3. Oppgradering av konsept og prosessflyt
3.1 Oppgraderingskonsept
I henhold til designavløpskvaliteten stiller denne oppgraderingen høyere krav til COD, BOD₅, NH₃-N og TP. Tatt i betraktning anleggets nåværende prosess, vannkvalitetsegenskaper og eksisterende problemer, er fokuset på forbedret fjerning av COD, NH₃-N og TP, samtidig som man sikrer stabil TN-fjerning. Videre, begrenset tilgjengelig plass i det eksisterende anlegget nødvendiggjør fullt utnyttelse av potensialet til eksisterende strukturer gjennom utstyrsfornyelse, prosessintensivering og renovering, med sikte på effektiv fjerning av COD, NH₃-N, TN og TP. Derfor kan bruk av de originale flertrinns AO-tankene og legge til suspenderte bærere for å danne en hybrid biofilm-aktivert slam MBBR-prosess effektivt forbedre behandlingsstabiliteten og motstanden mot sjokkbelastning. Den lange slamalderen til biofilm på bærere er egnet for nitrifikasjonsvekst og opprettholdelse av høye nitrifikasjonskonsentrasjoner, noe som øker systemets nitrifikasjonskapasitet betydelig. Den tette biofilmen inne i bærerne har en lang slamalder, og huser betydelige populasjoner av nitrifiserende og denitrifiserende bakterier, noe som muliggjør samtidig nitrifikasjon{10}}denitrifikasjon (SND) og dermed styrker TN-fjerning. Derfor er MBBR-prosessen godt-egnet for denne fabrikkens oppgradering.
Basert på lignende oppgraderingsprosjekterfaring, for å sikre stabil overholdelse av COD og TP, kreves det fortsatt ytterligere beskyttelsesbehandlingsfasiliteter på toppen av den eksisterende prosessen kombinert med MBBR. Aktivert koks, som et porøst materiale, viser mer signifikant adsorpsjonsytelse sammenlignet med aktivert karbon, og fjerner effektivt COD, SS, TP, farge, etc. Dessuten kan biologisk aktivert koks utnytte tilknyttede mikroorganismer for å bryte ned organisk materiale, noe som muliggjør regenerering av adsorpsjonssteder samtidig som det adsorberer forurensninger. Denne dynamiske likevektsmekanismen muliggjør vedvarende og stabil systemdrift. Activated Coke Circulating Adsorption (ACCA)-prosessen bruker aktivert koks som medium, og integrerer filtrering og adsorpsjon. Den bruker trykkluft for å løfte og rense filtermediet. Gjennom omvendt-strømningssoneinndeling og ensartet strømningsdesign sikrer den full kontakt mellom aktivert koks og avløpsvann, og oppnår den ultimate forbedringen av vannkvaliteten og garanterer stabil overholdelse av avløpsvann.
For anleggets aldrende og defekte utstyr vil de bli erstattet med teknologisk avansert,-energieffektivt utstyr for å redusere driftskostnadene. Spesielt vil forbehandlingsskjermene erstattes med internt matede fine skjermer for å fange opp hår og fibre, og forhindre tilstopping av MBBR-bærerretensjonsskjermer.
3.2 Prosessflyt
Den oppgraderte prosessflyten vises iFigur 2. For å imøtekomme krav til trykkhøyde ble det lagt til en ny løftepumpestasjon. Et nykonstruert V-filter fungerer som forbehandlingsenhet for den påfølgende aktiverte koksadsorpsjonen, og sikrer stabilitet i ACCA-systemet. Råvann passerer gjennom sikter og gruskamre for å fjerne flytende stoffer, hår og partikler før det går inn i hybrid MBBR biologiske tanker for forbedret nitrogenfjerning. Den blandede væsken går deretter inn i sekundære klaringsmidler for faststoffseparasjon. Supernatanten løftes via den nye pumpestasjonen inn i denitrifikasjonsfiltre og sedimentasjonstanker med høy-tetthet. Avløpet løftes deretter av den nye pumpestasjonen inn i V-filteret og to-trinns aktiverte koksadsorpsjonstanker for avansert behandling, ytterligere fjerning av COD, TP, SS, farge osv. Det endelige avløpet desinfiseres før utslipp.
4. Designparametre for hovedbehandlingsenheter
4.1 Biologiske tanker
De eksisterende Fase I biologiske tankene er delt inn i to grupper med relativt lite tankvolum, men god struktur. For denne oppgraderingen ble tankveggene hevet med 0,5 m, samtidig som kravene til hodehøyde ble oppfylt. Etter renovering er det totale effektive volumet 10 800 m³, med en total HRT på 14,4 timer og en anoksisk sone HRT på 6,4 timer, noe som øker anoksisk retensjonstid for å forbedre TN-fjerningen. De eksisterende biologiske fase II-tankene har et effektivt volum på 19 600 m³, en total HRT på 14,7 timer og en anoksisk sone HRT på 6,8 timer. Dette prosjektet innebar å bytte ut luftesystemene og noen aldrende nedsenkbare blandere i både fase I og II biologiske tanker, og legge til suspenderte bærere og retensjonsskjermer. Bærerne er laget av polyuretan eller andre høyytelses komposittmaterialer, med en kubikkspesifikasjon på 24 mm, et spesifikt overflateareal på 4000 m²/m³ og et fyllingsforhold på 20 %. Det biologiske behandlingssystemets AOR er 853,92 kg O₂/h, med en lufttilførselshastighet på 310,36 Nm³/min.
4.2 Løftepumpestasjon og avløpstank
En ny løftepumpestasjon ble konstruert for å pumpe avløp fra sedimentasjonstankene med høy-tetthet til V-filteret for videre behandling. En avløpstank lagrer tilbakespylingsvann fra filtrene. Små pumper brukes til å pumpe tilbakespylingsvannet jevnt inn i de biologiske fase II-tankene for å unngå sjokkbelastning. Tre sekundære løftepumper ble installert (2 duty + 1 standby, Q=1,300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), med styring med variabel frekvensdrift (VFD). Tilbakespylingsvanntanken er utstyrt med 2 overføringspumper (1 duty + 1 standby, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) og en nedsenkbar blander (N=2.2 kW) for å forhindre sedimentering.
4,3 V-Typefilter
Et nytt V-filter ble konstruert med strukturelle dimensjoner på 36,9 m (L) × 29,7 m (B) × 8,0 m (H). Den bruker homogene kvartssandfiltermedier. Filteret er delt inn i 6 celler arrangert i to rader. Hver celles utløpsrør har en elektrisk reguleringsventil for å kontrollere konstant vannnivådrift. Tilbakespylingsprosessen kan reguleres via PLS. Designfiltreringshastigheten er 7,0 m/t, tvungen filtreringshastighet er 8,4 m/t, og enkeltcellefiltreringsområdet er 49,4 m². Tilbakespylingsvannintensiteten er 11 m³/(m²·h), tilbakespylingsluftintensiteten er 55 m³/(m²·h), og overflatesveipintensiteten er 7 m³/(m²·h). Tilbakespylingens varighet er 10 minutter. Tilbakespylingssyklusen er 24 timer (justerbar), og vasker én celle om gangen. Kvartssandmediestørrelse er 1-1,6 mm med k₈₀ < 1,3. Det brukes -plasserte monolittiske filterplater.
4.4 Aktiverte koksadsorpsjonstanker
En ny aktivert koksadsorpsjonstank ble konstruert med strukturelle dimensjoner på 49,5 m (L) × 30,15 m (B) × 11,0 m (H). Den bruker en to-filtreringskonfigurasjon med totalt 36 celler, 18 celler per trinn. Maksimal filtreringshastighet er 6,02 m³/(m²·h), med et gjennomsnitt på 4,63 m³/(m²·h). Første-trinns enkelt-celledimensjoner er L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, med en kontakttid for tom seng (EBCT) på 1,4 timer. Andre-enkelt-celledimensjoner er L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, med en EBCT på 1,08 timer. Systemet bruker 2000 tonn aktivert koks med partikkelstørrelse 2-8 mm, utstyrt med mobile koksvaskere, vannfordelere, innløps-/utløpsoverløp, etc.
4.5 Aktivert Cola Building
Et nytt aktivert koksbygg ble bygget for lagring av aktivert koks og tilførsel av det til adsorpsjonstankene. Strukturelle dimensjoner er 33,5 m (L) × 13,0 m (B) × 6,5 m (H). Hovedtilleggsutstyr inkluderer: 1 aktivert koksavvanningsvibrasjonsskjerm, 3 koksfôringspumper (2 duty + 1 standby, Q=40 m³/t, H=25 m, N=7.5 kW), 2 filtratutløpspumper (1 duty {{14}/5} standby, H{1} m³/h,{10}} m³/t, 2 filtratutløpspumper (1 drift {{14}/5} t, H{1} m³/t,{10}} N=18.5 kW), 2 luftkompressorer (1 drift + 1 standby, Q=7.1 m³/min, N=37 kW), og en luftmottakertank (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Plate-og-Frame avvanningsrom
Et nytt avvanningsrom for plate-og-ramme ble bygget ved siden av det eksisterende slamavanningsrommet. På grunn av plassbegrensninger ble ett sett med plate-og-rammefilterpresse (filterareal 300 m²) konfigurert, som fungerte som en backup til beltefilterpressen. Tilleggsfasiliteter inkluderer en kondisjoneringstank (effektivt volum 80 m³). Slammengden er 6.150 kg DS/d, med fuktighetsinnhold i fortykket fôrslam på 97 % og avvannet kakefuktighetsinnhold på 60 %. Hovedtilleggsutstyr inkluderer: 2 matepumper (1 duty + 1 standby, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 trykkvannpumper (1 duty + 1 standby, Q=12 m³/h, H{} k{24} var pumpe (Q=20 m³/t, H=70 m, N=7.5 kW), 2 doseringspumper (1 duty + 1 standby, Q=4 m³/t, H=60 m, N=3 kW), 1 luftkompressorsett (Q=3.45 kompressor (Q{{37} min, kW{{37}) luftmottakertank (V=5 m³, P=1.0 MPa), og 1 sett med PAM-forberedelsesenhet (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Luktkontrollsystem
Et nytt luktkontrollsystem for biofiltrering ble lagt til med en designluftstrøm på 12 000 m³/t. Glassarmerte plastrør (GRP) brukes til å samle og behandle lukt fra forbehandlings- og slambehandlingssystemene. Rammer i rustfritt stål og PC-utholdenhetstavler brukes til å forsegle forbehandlingsutstyr.
4.8 Andre fasilitetsoppdateringer
- Erstattet med 2 innvendig matede finskjermer med 5 mm åpning, med skruetransportører og vaskevannstank, V=10 m³ og 2 vaskevannspumper (1 duty + 1 standby, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Erstattet med 4 mer effektive luftfjæringsblåsere, VFD-kontrollert (3 duty + 1 standby, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Byttet ut filtermediet i de eksisterende denitrifikasjonsfiltrene med 1800 m³ keramiske medier (partikkelstørrelse 3-5 mm).
- Byttet ut 2 blanderøreverk i sedimentasjonstankene med høy-tetthet (hastighet 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 flokkuleringsrøreverk (hastighet 10-20 rpm, N=2.2 kW) og rørsettlere (260 m²).
- Byttet båndfilterpressen med et 2 m bredt reim og matchende luftkompressor, 1 sett.
- Ved å bruke det originale sentrale kontrollrommet, oppdatert utstyr, instrumenter og etablert sentralisert kontroll, etablerte et anlegg{0}}omfattende datakommunikasjonssystem for å oppnå datakommunikasjon mellom det sentrale kontrollrommet og understasjonene, samt automatisering av produksjonsprosesskontroll.
5. Operasjonell ytelse og tekniske-økonomiske indikatorer
5.1 Operasjonell ytelse
Etter gjennomføringen av dette oppgraderingsprosjektet har alle behandlingsenheter fungert stabilt. Overvåkingsdataene for innløps- og avløpsvannkvalitet for 2023 er vist iTabell 2.
Som vist var de gjennomsnittlige avløpskonsentrasjonene for COD, NH3-N, TN, TP og SS 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 og 2,63 mg/L, med gjennomsnittlig fjerningshastighet på 95,16 %, 99,45 %, 7,5, 7, 5, 7, 5 97,38 %, henholdsvis. Avløpsvannet COD, NH₃-N og TP oppfylte konsekvent GB 3838-2002 klasse III vannstandard.
Det oppgraderte prosjektet har vært i drift i nesten to år. Resultatene indikerer at MBBR+ACCA-prosessen er stabil, effektiv og produserer avløp av høy-kvalitet, og viser sterk motstand mot sjokkbelastninger og lave-temperaturforhold. Selv med en minimum vintervanntemperatur på 9,4 grader og betydelige vannkvalitetssvingninger, forble avløpskvaliteten stabil og oppfylte utslippsstandardene. Før og etter oppgraderingen økte ikke karbonkildedoseringen, likevel ble fjerningen av TN betydelig forbedret. Dette er fordi, på den ene siden, nitrifiserende mikroorganismer knyttet til MBBR-bærerne vokser og akkumuleres i et stabilt aerobt miljø, noe som fører til mer fullstendig nitrifikasjon. På den annen side ble nitrat fjernet ytterligere i de oppgraderte MBBR-tankene og anoksiske tankene. Det endelige ACCA-systemet fungerer som en beskyttelse, og adsorberer og fjerner gjenstridig COD, TP, SS, etc., og gjør avløpskvaliteten mer stabil. I tillegg, etter prosjektimplementering, kan anlegget produsere{12}}gjenvunnet vann av høy kvalitet, og legge grunnlaget for fremtidig gjenbruk av vann.
5.2 Tekniske-økonomiske indikatorer
Den totale investeringen for dette prosjektet var 86 937 600 RMB, bestående av konstruksjons- og installasjonskostnader på 74 438 500 RMB, andre utgifter på 7 593 500 RMB, beredskapskostnader på 4 101 600 RMB og en innledende arbeidskapital på 804 000 RMB. Etter stabil systemdrift er ekstra elektrisitetskostnad for hele anlegget 0,11 RMB/m³, den aktiverte kokskostnaden er 0,39 RMB/m³, noe som gir en total økning i driftskostnadene på ca. 0,50 RMB/m³.
6. Konklusjon
- Dette prosjektet implementerte utstyrsfornyelse, prosessintensivering og renovering ved det eksisterende renseanlegget for avløpsvann, og lagt til avansert behandling, noe som forbedret fjerningseffektiviteten for COD, NH₃-N, TN og TP.
- Etter oppgraderingen, ved å bruke hovedprosessen "MBBR+ACCA", ble COD, NH₃-N og TP stabilt forbedret fra klasse 1A til overflatevannsklasse III-standarden, og fjerningen av TN ble betydelig forbedret.
- Praksis viser at denne prosessen fungerer stabilt og effektivt, er motstandsdyktig mot belastningsstøt, produserer avløp av høy-kvalitet og legger til en driftskostnad på omtrent 0,50 RMB/m³. Den kan tjene som referanse for oppgraderingsprosjekter og vanngjenbrukstiltak ved andre avløpsrenseanlegg.