Nadgradnja zasnove in prakse čistilne naprave za kakovost vode Xin'an Qianhe, ki temelji na procesu AAOAO-MBBR in oksidaciji ozona
Qingdao je kot ključno nacionalno obalno osrednje mesto doseglo pomembne rezultate pri ekološkem upravljanju. Vendar se v primerjavi z-najvišjimi mednarodnimi metropolami sistem upravljanja mestnega vodnega okolja še vedno sooča s strukturnimi izzivi.
Trenutno obstajajo vrzeli med stopnjo pokritosti omrežja drenažnih cevi, operativno učinkovitostjo naprav za čiščenje odpadne vode in pričakovanji javnosti o visoko-kakovostnem vodnem okolju. Obstaja tudi razdalja od uresničitve ekološke vizije izgradnje "prelepega Qingdaa".
Za reševanje teh izzivov mora Qingdao nujno izvesti sistematične ukrepe, kot so znanstveno načrtovanje, optimizirano dodeljevanje virov in okrepljene naložbe v infrastrukturo. Ta prizadevanja so namenjena celovitemu povečanju učinkovitosti omrežja za zbiranje odpadne vode in zmogljivosti terminalskega čiščenja ter s tem utrdijo ekološke temelje za trajnostni razvoj mesta.
Projekt čistilne naprave za kakovost vode Xin'an Qianhe se nahaja na novem območju zahodne obale v Qingdau. Ima načrtovano zmogljivost čiščenja 50.000 m³/dan, skupno površino lokacije 33.154 m² in skupno naložbo v višini 182,4 milijona juanov. Poročilo študije izvedljivosti za projekt je bilo zaključeno marca 2021, idejni projekt in proračun sta bila potrjena junija istega leta, gradnja pa se je uradno začela aprila 2023. Trenutno je v fazi gradnje. Prvotna zasnova je zahtevala, da ključni parametri iztoka ustrezajo standardom razreda V, določenim v GB 3838-2002 "Okoljski standardi kakovosti za površinsko vodo", medtem ko naj bi skupni dušik (TN) in drugi kazalniki ustrezali standardom razreda A GB 18918-2002 "Standard izpusta onesnaževal za komunalne čistilne naprave."
Marca 2022 je uprava Qingdao za vodne zadeve izdala "Obvestilo o izvajanju nadgradnje in obnovitvenih del za mestne čistilne naprave v Qingdau." To obvestilo je zahtevalo dokončanje posodobitev čistilnih naprav okoli zaliva Jiaozhou, Bohai Bay in vzdolž rek, s čimer se je dvignil standard izpusta na kvazi-kakovost površinske vode razreda IV, z nadzorovanim TN iztoka med 10-12 mg/L. Objava tega pravilnika je padla v interval med odobritvijo predhodne zasnove projekta (junij 2021) in njegovim fizičnim začetkom (aprila 2023), kar je povzročilo tehnično vrzel med že odobrenimi prvotnimi standardi zasnove in najnovejšimi okoljskimi zahtevami. Kot nova naprava za čiščenje odpadne vode na novem območju Zahodne obale je za zagotovitev skladnosti po zaključku postalo nujno sočasno izvesti optimizacijo procesa v fazi gradnje in razviti ekonomsko izvedljiv načrt nadgradnje s študijami izvedljivosti.
1. Oblikovanje in izbira procesne sheme
1.1 Načrtovana kakovost odplak
Standardi za odpadne vode projekta so bili nadgrajeni s kvazi-razreda V na kvazi-razred IV kakovosti površinske vode. Potrebne so bile razumne tehnične rešitve za nadaljnje znižanje vrednosti kazalnikov, kot so BPK, KPKCr,TN, NH3-N in TP v iztoku. Posebna analiza je prikazana vTabela 1.
1.2 Izbira inženirske tehnične sheme
Potek procesa naprave v gradnji je prikazan vSlika 1.
Obrat v gradnji uporablja postopek "Predobdelava + modificiran biokemični rezervoar AAOAO + sekundarni usedalnik + visoko{3}}učinkoviti usedalni rezervoar + filter tipa V- + oksidacija ozona". Postavitev objektov je kompaktna in ne pušča odvečnega zemljišča za projekt nadgradnje, ki mora zato temeljiti na tekoči gradnji. Nadgradnja je namenjena predvsem odstranjevanju onesnaževal, kot je KPKKr, NH3-N, TN in TP. Predlagani sta bili dve primerjalni shemi, kot je podrobno opisano vTabela 2.
Shema 1: AAOAO-MBBR + proces z visoko{3}}učinkovitim sedimentacijskim rezervoarjem
- Modifikacija biokemijskega sistema: Optimizirajte strukturo biokemičnega rezervoarja AAOAO v gradnji. Povečajte denitrifikacijsko zmogljivost s povečanjem prostornine anoksičnega območja. Hkrati dodajte nosilce MBBR lokalno v aerobno cono, da oblikujete sestavljeni proces, ki krepi biokemično učinkovitost odstranjevanja NH₃-N in TN.
- Nadgradnja fizikalno-kemijskega sistema: Optimizirajte strukturo rezervoarja in parametre podporne opreme visoko{0}}učinkovitega usedalnika, da zagotovite stabilno skladnost s TP.
- Napredna izboljšava zdravljenja: Povečajte odmerek v enoti za oksidacijo ozona za nadaljnjo razgradnjo ognjevzdržnih organskih snovi, kar zagotavlja CODKrskladnost odvajanja.
Shema 2: Visoko{1}}učinkoviti sedimentacijski rezervoar + postopek denitrifikacijskega globokoplastnega filtra
- Optimizacija načina delovanja: Ohranite izvirno strukturo biokemičnega rezervoarja AAOAO. Dodajte nastavljive prezračevalne naprave v po-anoksičnem območju za dinamično preklapljanje med anoksičnim/aerobnim načinom glede na kakovost dotoka, s čimer zagotovite učinkovitost zdravljenja z NH₃-N.
- Nadgradnja fizikalno-kemijskega sistema: Optimizirajte strukturo rezervoarja in parametre podporne opreme visoko{0}}učinkovitega usedalnika, da zagotovite stabilno skladnost s TP.
- Sprejem denitrifikacijskega filtra: Pretvorite filter tipa V- v denitrifikacijski filter z globokim slojem z uporabo doziranja vira ogljika za izboljšanje zmogljivosti odstranjevanja TN.
- Napredna izboljšava zdravljenja: Povečajte odmerek v enoti za oksidacijo ozona za nadaljnjo razgradnjo ognjevzdržnih organskih snovi, kar zagotavlja CODKrskladnost odvajanja.
Obe shemi lahko izpolnjujeta zahteve za odstranitev dušika in fosforja. Shema 1 uporablja modifikacije biokemičnega rezervoarja za dosego odstranitve TN. Njegova prednost je v tem, da v celoti izkoristi dotočni vir ogljika. Ko vstopni TN niha, se lahko v anoksično območje doda zunanji vir ogljika za odstranitev TN. Za primerjavo, globokoplastni filter za denitrifikacijo, uporabljen v shemi 2, zahteva uporabo zunanjega vira ogljika in zahteva dolgoročno-vzdrževanje mikrobne aktivnosti v filtru, kar povečuje operativne stroške. Čeprav so investicijski stroški gradnje za obe shemi primerljivi, na podlagi večdimenzionalnih premislekov, vključno z nadzorom operativnih stroškov, stabilnostjo procesa in učinkovitostjo izkoriščanja virov ogljika, je bila shema 1-, ki ponuja tako ekonomsko učinkovitost kot operativno prožnost, na koncu izbrana kot postopek izvajanja za projekt nadgradnje.
2. Ključne točke inženirskega načrtovanja
2.1 Biokemična sprememba sistema
Osrednja tehnologija procesa MBBR je v doseganju učinkovitega fluidiziranega gibanja visečih nosilcev skozi zasnovo, s čimer se bistveno poveča učinkovitost biorazgradnje sistema za onesnaževala. Ta procesni sistem je sestavljen iz petih ključnih elementov: visoko{1}}mehanskih-nosilcev biofilma, prilagojene strukture hidravličnega rezervoarja, usmerjenega prezračevalnega sistema, natančne prestrezne zaslonske naprave in opreme za pogon tekočine. Na podlagi prilagojenih volumnov rezervoarjev in konstrukcijskih parametrov delujočega projekta najema opreme za čiščenje odpadne vode (MBBR) z zmogljivostjo 20.000 m³/d v okviru regionalnega kanalizacijskega sistema je izračunana skupna zahtevana učinkovita površina visečih nosilcev približno 2.164.000 m². Projektirana efektivna specifična površina nosilcev MBBR je večja od 750 m²/m³. Tabela projektnega izračuna za spremenjeno prostornino rezervoarja AAOAO-MBBR je prikazana vTabela 3.
2.2 Nadgradnja fizikalno-kemijskega sistema
Visoko{0}}učinkovit usedalnik je zasnovan za delovanje v dveh vzporednih skupinah. Prenova te enote vključuje obliko paketa procesa, pri čemer dobavitelj opreme zagotavlja popolne-tehnične garancije za proces in zaveze glede učinkovitosti. Osnovni procesni parametri in konfiguracije opreme so naslednji.
Koagulacijski rezervoar je sestavljen iz dveh skupin s skupno 4 predelki. Projektirana velikost posameznega predelka je 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Najvišji čas zadrževanja je približno 3,8 minute, z gradientom hitrosti (G) večjim ali enakim 250 s-¹. Vsako mešalo je konfigurirano z eno-enoto moči 4 kW.
Posoda za flokulacijo je sestavljena iz dveh skupin s skupno 2 predelkoma. Načrtovana velikost posameznega predelka je 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Najvišji čas zadrževanja je približno 8,3 minute. Notranji premer vlečne cevi je 2.575 mm. Konfiguriran je z Φ2500 mm turbinskimi-mešali, vsak z močjo 7,5 kW.
Sedimentacijski rezervoar je sestavljen iz dveh skupin. Nagnjena površina cevi za posamezno skupino je približno 84 m². Premer usedalnika je 11,7 m. Projektirana povprečna stopnja hidravlične obremenitve na nagnjeni površini cevi je 12,4 m³/(m²·h), z najvišjo vrednostjo 16,1 m³/(m²·h). Projektirana povprečna stopnja hidravlične obremenitve za cono sedimentacije je 7,6 m³/(m²·h), z najvišjo vrednostjo 9,9 m³/(m²·h).
Sistem za doziranje kemikalij je konfiguriran na naslednji način: Komercialna tekočina polialuminijevega klorida (PAC) (10 % Al₂O₃) je zasnovana kot koagulant, ki se dozira na več točkah v dotočnem delu koagulacijske posode. Načrtovani največji odmerek je 300 mg/l, povprečni odmerek pa je 150–200 mg/l. Uporabljajo se mehanske membranske dozirne črpalke, konfigurirane z 10--kratnim sistemom redčenja na spletu. Anionski poliakrilamid (PAM) je zasnovan kot flokulant, ki se dozira v flokulacijskem delu visoko{15}}učinkovitega usedalnika. Uporablja se komplet popolnoma avtomatske kontinuirane priprave raztopine PAM in dozirne enote s koncentracijo raztopine 2 g/L. Načrtovani največji odmerek je 0,6 mg/L, s povprečnim odmerkom 0,3 mg/L. Dozirne črpalke so vijačne dozirne črpalke, opremljene tudi z 10-kratnim spletnim sistemom redčenja.
2.3 Verifikacija pilotnega-poskusa z oksidacijo ozona
Da bi preverili izvedljivost iztoka posodobljene naprave, ki stabilno izpolnjuje standarde površinske vode razreda IV (koncentracija KPK manj kot ali enaka 30 mg/L), je ta študija junija 2024 kot predmet raziskave izbrala sekundarni iztok iz prve in druge faze čistilne naprave za kakovost vode Lianwanhe. Eksperiment za preverjanje učinkovitosti za napredni postopek čiščenja "Filtracija s peskom + oksidacija ozona" je bil izvedeno. Poskus je bil namenjen ovrednotenju uporabnosti tega postopka za zasnovo projekta Xin'an in dosegljivosti cilja.
Ta poskus je uporabil obstoječo manj{0}}enoto za peščeno filtracijo (zmogljivost obdelave 1,5 m³/h) v obratu Lianwanhe. Pilotna-naprava za reakcijo oksidacije ozona (stolpni reaktor, efektivna prostornina 0,5 m³) je bila postavljena-na lokaciji. Obstoječi iztok iz sekundarne usedalne posode je bil filtriran z majhnim peščenim filtrom, nato pa ga je dvignila črpalka, da je z vrha vstopil v stolp za oksidacijo ozona. Oksidacijski učinek ozona je bil uporabljen za odstranitev ognjevzdržnih organskih snovi iz dotoka, s čimer se je doseglo nadaljnje zmanjšanje KPK.
2.3.1 Učinkovitost "filtracije s peskom + oksidacije ozona" pri odmerku ozona 20 mg/l in HRT 30 min
Med to raziskovalno fazo se je vstopna koncentracija KPK gibala od 38,2 do 43,4 mg/L, s povprečjem 40,4 mg/L. Po čiščenju s postopkom "filtracija s peskom + oksidacija z ozonom" je bila končna KPK v iztoku v povprečju 28,8 mg/L. Poskus je pokazal, da kadar je bila koncentracija KPK visoka, še vedno obstajajo primeri, ko KPK v iztoku ni dosegla standarda. Poleg tega je končna barva iztoka iz pilotnega preskusa ostala višja od dotoka in ni izpolnjevala standarda za izpust. Podrobnosti so prikazane vSlika 2(a).
2.3.2 Učinkovitost "filtracije s peskom + oksidacije ozona" pri odmerku ozona 25 mg/l in HRT 30 min
Da bi še izboljšali odstranjevanje KPK in zmanjšali obarvanost iztoka, je ta faza še naprej povečevala odmerek ozona, medtem ko je HRT ohranjala pri 30 minutah. V tej eksperimentalni fazi je vstopna koncentracija KPK znašala od 36,3 do 46,2 mg/L, v povprečju 40,4 mg/L. Po zdravljenju se je koncentracija KPK znižala na 28 mg/L. Končna barva iztoka iz pilotnega preskusa je še vedno ostala višja od dotoka in ni dosegala standarda izpusta. Podrobnosti so prikazane vSlika 2(b).
2.3.3 Učinkovitost "filtracije s peskom + oksidacije ozona" pri odmerku ozona 30 mg/l in HRT 30 min
V pogojih odmerka ozona 30 mg/l in HRT 30 minut je postopek "filtracije s peskom + oksidacija ozona" pokazal dobro učinkovitost čiščenja sekundarne odpadne KPK. V tej preskusni fazi se je vstopna koncentracija KPK gibala od 38,2 do 42,2 mg/L, v povprečju 40,2 mg/L. Po obdelavi je koncentracija KPK v iztoku ostala stabilna pod 30 mg/L, v povprečju 26 mg/L. V tej fazi je postopek pokazal tudi dobro učinkovitost odstranjevanja barve, pri čemer je bila izmerjena barva dosledno pod 20, kar je stabilno izpolnjevalo standard praznjenja. Podrobnosti so prikazane vSlika 2(c).
2.3.4 Eksperimentalni zaključek
Na podlagi eksperimentalnih rezultatov je bilo pri optimalnih reakcijskih pogojih razmerje med dozo ozona (30 mg/L) in odstranitvijo KPK (12,2 mg/L) v enoti za obdelavo z ozonom 2,45:1,00.
Pilotni poskus je dokazal, da napredni postopek čiščenja "filtracija s peskom + oksidacija ozona" lahko učinkovito zmanjša vrednost KPK reprezentativne sekundarne odplake iz obrata Lianwanhe. Zato je sprejetje postopka "filtracija s peskom + oksidacija ozona" kot naprednega postopka čiščenja za projekt Xin'an Qianhe dobro izvedljivo in lahko zagotovi, da KPK v odpadnih vodah ostane stabilen pod 30 mg/L.
3. Sklep
Ta raziskava se osredotoča na tri glavne modifikacijske module: sistem biokemične obdelave sprejme hibridni postopek AAOAO-MBBR (začasno in pritrjeno rast); enota za fizikalno-kemijsko obdelavo optimizira strukturo rezervoarja in izbiro opreme za visoko{1}}učinkovit sedimentacijski rezervoar; povezava z napredno obdelavo pa je potrjena s pilotnim-poskusom oksidacije ozona.
S sinergijsko optimizacijo te procesne verige je zgrajen celoten-sistem procesne obdelave "Biokemijsko izboljšanje – Fizikalno-kemijsko izboljšanje – Napredna zaščita". Hkrati ta inženirska zasnova sledi objektivnemu dejstvu trenutne gradnje projekta, ki zahteva usklajeno optimizacijo gradbenih zaporedij za vse strukture, da bi povečali uporabo obstoječih objektov in zmanjšali obremenitev obnove.
Projekt uporablja standard kakovosti odplak naprave v gradnji kot merilo za vplivno kakovost projektiranja. Izpustne koncentracije KPKKr, BPK5, NH3-N in TP morajo biti skladni s standardi razreda IV (TN manj kot ali enako 10/12 mg/L), določenimi v GB 3838-2002 "Okoljski standardi kakovosti za površinsko vodo." Drugi kazalniki morajo biti skladni s standardi razreda A GB 18918-2002 "Standard izpusta onesnaževal za komunalne čistilne naprave." Ta projekt nadgradnje ima projektni obseg 50.000 m³/d, skupna naložba 27,507 milijona juanov, obratovalni strošek 0,3 juana/m³, skupni strošek 0,39 juana/m³ in operativna cena vode 0,45 juana/m³.