Tila on tiukka. Purkausrajat tiukentuvat. Perinteinen aktiiviliete - luotettava vuosikymmeniä - ei enää pysty täyttämään jäteveden laadun säätelijöiden vaatimaa, eikä rakentamatta lisää säiliöitä, joille sinulla ei ole tilaa. Bio Block tarjoaa toisenlaisen tavan: asenna olemassa olevaan altaaseen kolmiulotteinen huokoinen biofilmialus, joka moninkertaistaa aktiivisen biomassan lisäämättä kuutiometriä betonia. Tässä artikkelissa kerrotaan, kuinka Bio Block toimii, mitkä ovat sen keskeiset edut ja mitä tapahtui, kun a20 000 m³/d kunnallinen tehdas Itä-Kiinassa teki muutoksen.
HAASTE: MIKSI AKTIIVITEETTE LÖYTTÄÄ RAJOJAAN
Perinteinen aktiiviliete (CAS) on ollut yhdyskuntajätevesien käsittelyn selkäranka yli sadan vuoden ajan. Se toimii. Mutta se toimii rajoituksissa, joita on yhä vaikeampi täyttää. Laitosoperaattoreihin kohdistuu maailmanlaajuisesti kolme painetta:
Purkamisstandardit tiukentuvat.Kiinan Grade 1A -standardi (GB 18918-2002) vaatii jäteveden COD-arvoa alle 50 mg/l ja ammoniakkitypen alle 5 mg/l - kynnykset, jotka työntävät CAS:n biologiseen kattoonsa. Monet maakunnat soveltavat nyt entistä tiukempia paikallisia rajoituksia. Euroopan yhdyskuntajätevesien käsittelystä annettu direktiivi noudattaa samaa rataa.
Kiinteistö on rajallinen.Suurin osa 1990- ja 2000-luvuilla rakennetuista kunnallisista laitoksista on nyt kaupunkikehityksen ympäröimiä. Ei ole vierekkäistä tonttia, jolle laajentaa. Kapasiteetin lisäyksen on tapahduttava olemassa olevan säiliön tilavuuden puitteissa - ja CAS tarjoaa vain vähän tilaa, kun MLSS-katto 3 000-4 000 mg/l saavutetaan.
Energia- ja lietteenkäsittelykustannukset nousevat.Ilmastoinnin osuus jätevedenpuhdistamon sähkön kokonaiskulutuksesta on 50-60 %. Lietteen käsittely lisää vielä 20-30 %. Sähkötariffien noustessa ja kaatopaikkaporttien sulkeutuessa CAS:n toimintatalous heikkenee vuosi vuodelta.
Teollisuuden vastaus kaikkiin kolmeen ongelmaan on sama:pakkaa lisää biologiaa samaan tilavuuteen. Juuri tätä Bio Block tekee.
MITEN BIO BLOCK TOIMII: BIOFILM-PERIAATE
Keskeytetystä kasvusta sitoutuneeseen kasvuun
CAS-säiliössä mikro-organismit kelluvat vapaasti flokkina. Niiden väestötiheyttä rajoittaa lietteen laskeutuvuus - työnnä MLSS liian korkealle, ja toissijainen selkeytin epäonnistuu. Bio Block -järjestelmässä mikro-organismit kasvavat kiinnittyneenä biokalvona kolmiulotteisella kantajamatriisilla. Biomassa pysyy reaktorin sisällä hydraulisesta viipymäajasta riippumatta, mikä erottaa kiinteän aineen retentioajan (SRT) hydraulisesta retentioajasta (HRT). Tämä yksittäinen muutos avaa kaiken muun.
Carrier-arkkitehtuuri
Bio Block on valmistettu korkeatiheyspolyeteenistä (HDPE) tai polypropeenista (PP), jolla on kontrolloitu kolmiulotteinen avohuokoinen rakenne. Geometria ei ole satunnainen - se on suunniteltu kolmea samanaikaista toimintoa varten:
Pinta-alan maksimointi.Bio Block 55 -tyypin ominaispinta-ala on 220 m²/m³. Perinteinen ilmastussäiliö, jonka MLSS on 3000 mg/L, tarjoaa tehokkaan biologisen pinta-alan noin 80-120 m²/m³. Bio Block yli kaksinkertaistaa käytettävissä olevan elinympäristön kuutiometriä kohden. Tämä tarkoittaa suoraan korkeampaa biomassapitoisuutta - tyypillisesti 8 000-15 000 mg/l ekvivalenttia - ilman laskeutumisrangaistusta.
Kolmivaiheinen massasiirto.Avohuokosinen geometria mahdollistaa veden, ilman ja biokalvon rinnakkaiselon läheisessä kosketuksessa. Liuennut happi ja liukoinen substraatti diffundoituvat biofilmiin bulkkinesteestä, kun taas aineenvaihdunnan sivutuotteet diffundoituvat ulos. Mutkainen virtausreitti kantolohkon läpi luo mikroturbulenssia, joka jatkuvasti virkistää rajakerroksen - mikä on nopeutta rajoittava vaihe missä tahansa biofilmijärjestelmässä.
Itsesäätyvä biokalvon paksuus.Kun biofilmi paksunee, ilmastamisesta ja nestevirtauksesta aiheutuvat leikkausvoimat tunkeutuvat pois ulkokerroksista. Tämä estää diffuusiorajoituksen, joka lamauttaa liian paksut biofilmit. Tuloksena on biokalvo, joka säilyy itsestään optimaalisessa 150-300 mikronin paksuudessa - riittävän paksu korkeaan aktiivisuuteen, riittävän ohut välttämään anaerobisia kuolleita alueita.
Mikrobien kerrostuminen ja ravinteiden poisto
Kypsä Bio Block -biofilmi kehittää erilliset toiminnalliset kerrokset. Ulompi aerobinen kerros (0-100 mikronia) isännöi heterotrofisia COD:n hajottajia ja autotrofisia nitrifikaattoreita -NitrosomonasjaNitrobakteeri- jotka muuttavat ammoniakin nitraatiksi. Syvemmälle biofilmin sisään, jossa ulkokerrokset ovat kuluttaneet happea, muodostuu hapeton vyöhyke. Tässä fakultatiiviset denitrifioijat käyttävät nitraattia terminaalisen elektronin vastaanottajana, pelkistäen sen typpikaasuksi. Näin saavutetaan yksi kantoaaltolohkosamanaikainen nitrifikaatio-denitrifikaatio (SND)- prosessi, joka vaatii CAS:ssa erilliset aerobiset ja anoksiset vyöhykkeet, joissa on sisäiset kierrätyspumput.
Fosforin poistamiseen Bio Block tarjoaa kiinnityspinnat fosfaattia kerääville organismeille (PAO). Vaikka biofilmitila ei voi täysin korvata anaerobista-aerobista pyöräilyä, se parantaa merkittävästi biologisen fosforin ottoa yhdistettynä lyhyeen anaerobiseen valintavyöhykkeeseen ylävirtaan - järjestely, joka toimittaa jätevesien kokonaisfosforin alle 0,5 mg/l ilman kemiallista annostelua useimmissa kunnallisissa sovelluksissa.
BIO BLOCKIN YDINEDUT
| Etu | Mitä se tarkoittaa teknisesti | Mitä se tarkoittaa kasvellesi |
| Korkea hoitotehokkuus | 220 m²/m³ ominaispinta-ala tukee biofilmipitoisuuksia, jotka vastaavat 8 000-15 000 mg/L MLSS:ää; COD-poistoaste ylittää jatkuvasti 90 % | Täytä tiukentuvia tyhjennysstandardeja lisäämättä säiliön tilavuutta tai lisäämättä tertiäärisiä käsittelyvaiheita |
| Vahva iskunkesto | Vakaat biofilmirakennepuskurit hydraulisia ja orgaanisia kuormituksen vaihteluita vastaan; kiinnittynyt biomassa ei voi huuhtoutua pois virtauspiikkien aikana | Säilytä vaatimustenmukaisuus sadekauden huippujen, teollisuuden purkutapahtumien ja kausittaisten kuormitusvaihteluiden aikana |
| Alhaiset käyttö- ja käyttökustannukset | HDPE/PP-alustan käyttöikä yli 15 vuotta; avohuokoinen rakenne vastustaa tukkeutumista; ei median vaihtojaksoa | Pienennä pitkän aikavälin käyttökustannuksia; poista vanhemmissa kantoalustoissa yleiset median korvaamisen seisokit |
| Laaja sovellusalue | Tehokas yhdyskuntajätevesien, teollisuuden jätevesien (tekstiilit, elintarvikejalostus, kemikaalit) ja vesiviljelyn kierrätysjärjestelmissä | Standardoi yhden kantajan tekniikkaa useille hoitolinjoille ja sovelluksille |
| Jalanjälkineutraali jälkiasennus | Täyttöaste 55 % säiliön tehollisesta tilavuudesta; olemassa olevat ilmastushajottimet ja säiliöiden rakenteet säilytetään | Paranna kapasiteettia ja jätevesien laatua ostamatta maata, kaatamatta betonia tai keskeyttämättä laitoksen toimintaa |
TAPAUSTUTKIMUS: KUNTIEN jätevedenpuhdistamon PÄIVITYS ITÄ-KIINASSA
Projektin tausta
Tehdas palvelee keskikokoista kaupunkia Itä-Kiinassa, jonka suunnittelukapasiteetit ovat20,000 m³/d. Alkuperäinen prosessi oli perinteinen aktiivilietekokoonpano - primaarinen sedimentointi, ilmastusallas, toissijainen selkeytin - otettiin käyttöön vuonna 2008. Se täytti yli vuosikymmenen ajan luotettavasti tuolloin sovelletun Grade 1B -päästöstandardin. Mutta vuonna 2022 paikallinen ympäristönsuojeluvirasto valtuutti siirtymään tiukempaan paikalliseen standardiin, joka edellyttää jäteveden COD-arvoa alle 30 mg/l ja ammoniakkitypen alle 1,0 mg/l - mikä vastaa suunnilleen Kiinan nousevia pintavesikriteereitä, jotka ovat luokan IV pintavesikriteereitä. Laitos ei täyttänyt näitä rajoja, eikä lisäkäsittelyvaiheiden rakentamiseen ollut tilaa.
Muutoksen suunnittelu
Suunnittelutiimi arvioi kolme vaihtoehtoa: ilmastusaltaan laajentaminen (hylätty maan rajoitusten vuoksi), kolmannen MBR-vaiheen lisääminen (hylätty pääoma- ja käyttökustannusten vuoksi) ja olemassa olevan ilmastusaltaan jälkiasennus Bio Block -kannattimilla (valittu). Jälkiasennuksen laajuus oli tarkoituksella minimaalinen, jotta laitos pysyisi käynnissä koko rakentamisen ajan:
Operaattorin valinta:Bio Block 55 tyyppi, valmistettu neitseetystä HDPE:stä, jonka ominaispinta-ala on 220 m²/m³. Tämä malli valittiin tarjoamaan riittävä pinta-ala tavoitepoistoveden laadulle säilyttäen samalla hydraulinen virtaus kantokerroksen läpi.
Täyttöstrategia:55 % tehokkaasta ilmastussäiliön tilavuudesta oli täytetty kantoaineella. Suuremmat täyttösuhteet (60-67 %) ovat teknisesti mahdollisia, mutta niitä vältettiin tässä, jotta ilmastuksen sekoitustehokkuus säilyisi ja kantoaineen kerääntyminen säiliön ulostuloon estetään. Säiliön ulostulopatoon asennettiin ruostumattomasta teräksestä valmistetut 12 mm:n aukot pitävät kannattimet.
Ilmastoinnin säätö:Nykyinen hienokuplahajottimen ristikko säilytettiin. Ilmastuksen intensiteettiä säädettiin alaspäin 4,5 m³ ilmaa/m³ jätevettä arvoon 3,2 m³ ilmaa/m³ jätevettä, mikä heijastaa parempaa hapensiirtotehokkuutta, joka saavutetaan, kun biofilmikantajat hajottavat karkeita kuplia ja pidentävät kuplien viipymisaikaa kantajapedin läpi.
Hormonikorvaushoidon vähentäminen:Hydraulinen retentioaika lyhennettiin 12 tunnista 8 tuntiin. Tämä ei ollut mielivaltainen päätös – se oli laskennallinen tulos tehokkaan biomassapitoisuuden kaksinkertaistamisesta. Kun säiliössä on enemmän biologiaa, jokainen jäteveden kuutiometri tarvitsee vähemmän kosketusaikaa saman käsittelyn saavuttamiseksi.
Koko jälkiasennus valmistui vuonnaneljä viikkoa, jonka aikana laitos toimi alennetulla kapasiteetilla ohitusjärjestelyllä. Uutta betonia ei kaadettu. Lisämaata ei hankittu.
SUORITUSKYKYTIEDOT: KUUDEN KUUKAUDEN SEURANTATULOKSET
Seuraavat tiedot edustavat kuukausittaisia keskiarvoja, jotka on kerätty kuuden kuukauden jälkiasennuksen jälkeiseltä seurantajaksolta. Laitos toimi tänä aikana keskimäärin 18 500 m³/d päivittäisellä virtauksella, mikä on lähellä suunniteltua kapasiteettia.
| Parametri | Vaikutusaine (mg/l) | Ennen päivitystä (mg/l) | Päivityksen jälkeen (mg/l) | Poistonopeus |
| TURSKA | 280-360 | 50-65 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 25 | suurempi tai yhtä suuri kuin 92 % |
| Ammoniakkityppi | 25-35 | 8-12 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 | Suurempi tai yhtä suuri kuin 98 % |
| Kokonaistyppi | 35-45 | 15-20 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 10 | suurempi tai yhtä suuri kuin 78 % |
| Kokonaisfosfori | 3-5 | 0.8-1.2 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 | suurempi tai yhtä suuri kuin 93 % |
Kolme numeroa ansaitsevat erityistä huomiota. Ensinnäkinammoniakkitypen poistoaste yli 98 %vahvistaa, että nitrifioivat bakteerit - tunnetusti hitaasti kasvavat ja herkät organismit - perustivat ja ylläpisivät vahvaa populaatiota Bio Block -kantajille. Tämä on kriittistä, koska nitrifikaatio on usein nopeutta rajoittava vaihe kunnallisissa hoitopäivityksissä, ja keskeytetyt järjestelmät vaativat 8–15 päivän SRT:n säilyttääkseen nitrifikaattoreita. Bio Block -biofilmi saavuttaa tämän vaivattomasti immobilisoimalla kantopinnan nitrifioijat.
Toiseksi,kokonaistypen vähentäminen alle 10 mg/lilman erillistä hapetonta vyöhykettä tai sisäistä kierrätyssilmukkaa validoi aiemmin kuvatun samanaikaisen nitrifikaatio-denitrifikaatiomekanismin. Tehdas saavutti denitrifikaation samassa säiliössä, jossa nitrifikaatio tapahtui - tulos, joka olisi termodynaamisesti mahdotonta täysin sekoitettussa suspendoidussa kasvustossa.
Kolmas,fosforin poisto ylitti 93 %. Tämä vaati pienen ylävirran anaerobisen valitsimen (tilavuus noin 8 % ilmastussäiliöstä), mutta ei metallisuolan koagulanttilisäystä. Kantoainepinnoille rikastetut PAO:t olivat riittäviä edistämään ylellisen fosforin ottoa, kun ne altistettiin anaerobiselle-aerobiselle syklille.
KATKAISET EDUT: JÄTEVIEN LAATUA YLI
Bio Block -jälkiasennus tarjosi etuja neljällä ulottuvuudella - jäteveden laatu, kapasiteetti, käyttökustannukset ja kestävyys -, jotka yhdessä tekevät tämän tekniikan liiketoiminnasta vakuuttavan.
Jäteveden laatu
Jokainen parametri täytti uuden, tiukemman paikallisen purkustandardin mukavalla marginaalilla. Vaatimustenmukaisuus ei ollut rajallista – se oli vankkaa. Laitoksen käyttäjä ei enää kohtaa ahdistusta katsellessaan COD- ja ammoniakkiarvojen hiipivän kohti rajaa suuren kuormituksen aikana.
Kapasiteetin lisäys
Lyhentämällä hormonikorvaushoitoa 12 tunnista 8 tuntiin samalla kun säilytettiin - ja parannettiin - hoidon suorituskykyä, tehdas nousi tehokkaasti noin30 % lisähoitokapasiteettia. Tämä saavutettiin ilman yhden säiliön laajentamista. Lähellä hydraulista rajaansa toimineelle tehtaalle tämä korkeustila on strategisesti arvokas, kun kaupunki jatkaa kasvuaan.
Käyttökustannusten vähentäminen
Lietteen tuotanto väheni noin35%verrattuna jälkiasennusta edeltävään perustilaan. Tämä on suora seuraus biofilmitilasta: kiinnittyneet kasvujärjestelmät toimivat korkeammilla SRT-arvoilla, mikä ajaa biomassan edelleen endogeeniseen hengitysvaiheeseen, jossa solujen nettotuotto on pienempi. Vähemmän lietettä tarkoittaa pienempää polymeerin kulutusta vedenpoistoon, vähemmän rekkakuormia kaatopaikalle ja pienempiä hävitysmaksuja.
Energiankulutus kuutiometriä kohden käsiteltyä vettä laski noin16%. Ensisijaisena vaikuttimena oli ilmastuksen intensiteetin vähentäminen - Bio Block -kantokerros parantaa hapen siirtotehokkuutta lisäämällä kuplien viipymisaikaa ja luomalla paikallista turbulenssia, joka nopeuttaa rajapintojen välistä massansiirtoa. Toissijainen panos tuli aiemmin denitrifikaatioon käytettyjen sisäisten kierrätyspumppujen poistamisesta, koska SND:tä esiintyy nyt biofilmissä.
Operatiivinen joustavuus
Sadekauden aikana, kun sisäänvirtaus nousi ja epäpuhtauspitoisuudet vaihtelivat laajalti, Bio Block -järjestelmä säilytti vakaan jäteveden laadun. Kiinnitetty biofilmi ei yksinkertaisesti huuhtoudu pois – perustavanlaatuinen etu verrattuna suspendoituneisiin järjestelmiin, joissa hydraulipaine voi poistaa ilmastusaltaalta biomassaa tunneissa. Laitoksen operaattori ilmoitti, että järjestelmä"palautuu yhden hormonikorvausjakson aikana"shokkitapahtuman jälkeen verrattuna päiviin tai viikkoihin edellisessä CAS-kokoonpanossa.
ONKO BIO BLOCK OIKEIN KASVIllesi?
Bio Block ei ole universaali ratkaisu. Se sopii erityisen hyvin kasveille, jotka kohtaavat yhden tai useamman seuraavista olosuhteista:
Tiukemmat purkustandarditettä nykyinen aktiivilieteprosessi ei kestä ilman jälkikäsittelyä. Bio Block voi sulkea aukon olemassa olevan biologisen vaiheen sisällä, mikä usein eliminoi loppupään kiillotusvaiheiden tarpeen.
Kapasiteettirajoitukset ilman laajennustilaa.Jos laitoksesi on hydraulisesti tai orgaanisesti ylikuormitettu, mutta sillä ei ole tilaa rakentaa, Bio Block -jälkiasennus voi lisätä tilavuuskäsittelykapasiteettia 25-40 % nostamalla tehokasta biomassapitoisuutta.
Korkeat lietteen hävityskustannukset.Jätelietetuotannon 30–40 prosentin vähennys merkitsee suoraan käyttökustannusten alenemista erityisesti alueilla, joilla kaatopaikalle kaatopaikkamaksut ja kuljetuskustannukset ovat merkittäviä.
Vaihtelevat teolliset tai kausittaiset kuormitukset.Biofilmin luontainen iskukuormituksenkestävyys tekee Bio Blockista erinomaisen valinnan kasveille, jotka saavat ajoittain teollisuuden päästöjä tai kokevat suuria vuodenaikojen virtaus- ja kuormitusvaihteluita.
Bio Blockia harkitsevien kasvien tulee arvioida kantajatyyppi ja täyttösuhde apaikkakohtainen prosessilaskentajoka ottaa huomioon tuloveden ominaisuudet, jäteveden tavoitelaadun, käytettävissä olevan säiliön tilavuuden ja olemassa olevan ilmastuskapasiteetin. Ensimmäistä kertaa käyttäville suositellaan pilottikokeilua 5–10 %:lla täydestä mittakaavasta suunnitteluparametrien vahvistamiseksi ennen täyden jälkiasennukseen sitoutumista.
PÄÄTELMÄ
Bio Block tehokkaana biofilmin kantajamateriaalina on osoittanut selkeitä etuja hoidon tehokkuuden parantamisessa, iskukuormituksen kestävyyden parantamisessa ja käyttökustannusten pienentämisessä. Itä-Kiinan kunnallisten laitosten tapaustutkimus tarjoaa tietoihin perustuvan vertailukohdan: 92 % COD:n poisto, 98 % ammoniakkitypen poisto, 35 % lietteen vähennys, 16 % energiansäästö ja 30 % tehokkaan kapasiteetin lisäys – kaikki ilman kuutiometrin betonin lisäämistä.
Kunnallisille jätevedenpuhdistajille, jotka kohtaavat tiukempien standardien, tilanrajoitusten ja kustannusten hallinnan aiheuttaman kolminkertaisen paineen, Bio Block on teknisesti kypsä ja taloudellisesti kannattava päivitystie. Se ei ole kokeellista tekniikkaa. Se ei ole laboratoriouteliaisuus. Se on kentällä testattu ratkaisu, jossa on tuhansia asennuksia maailmanlaajuisesti - ja suorituskykytiedot sen varmuuskopioimiseksi.
Suunnitteletko jätevesilaitoksen päivitystä tai uutta biofilmiasennusta?
Juntai toimittaa Bio Block -kantomateriaalia useilla eritelmillä (Tyyppi 35 - Tyyppi 65), joiden ominaispinta-ala on 120 - 350 m²/m³. Tarjoamme ilmaista prosessin mitoitustukea - mukaan lukien täyttösuhteen laskelmat, ilmastuksen säätösuositukset ja retentionäytön suunnittelu - perustuen erityisiin vaikuttaviin tietoihisi ja hoitotavoitteisiisi. Ota yhteyttä niin keskustellaan projektistasi.
| Bio Block -tuotevalikoima | Pyydä prosessin mitoitustukea | Täysi tuotevalikoima |