Xin'an Qianhen vedenlaadun puhdistuslaitoksen suunnittelun ja käytännön päivittäminen AAOAO-MBBR-prosessiin ja otsonihapetukseen perustuen
Qingdao on keskeinen kansallinen rannikkokeskuskaupunki, joka on saavuttanut merkittäviä tuloksia ekologisessa hallinnassa. Verrattuna-huipputason kansainvälisiin metropoleihin sen kaupunkivesiympäristön hallintajärjestelmässä on kuitenkin edelleen rakenteellisia haasteita.
Tällä hetkellä viemäriverkoston kattavuuden, jätevedenkäsittelylaitosten toiminnan tehokkuuden ja korkealaatuista vesiympäristöä koskevien yleisön odotusten välillä on aukkoja. Myös "kauniin Qingdaon" rakentamisen ekologisen vision toteuttaminen on kaukana.
Vastatakseen näihin haasteisiin Qingdaon on pikaisesti toteutettava järjestelmällisiä toimenpiteitä, kuten tieteellinen suunnittelu, optimoitu resurssien kohdentaminen ja vahvistetut infrastruktuuri-investoinnit. Näillä ponnisteluilla pyritään kokonaisvaltaisesti tehostamaan jäteveden keräysverkostoa ja terminaalien käsittelykapasiteettia ja siten lujittamaan kaupungin kestävän kehityksen ekologista perustaa.
Xin'an Qianhen vedenlaadun puhdistuslaitosprojekti sijaitsee Qingdaon länsirannikon uudella alueella. Sen suunniteltu käsittelykapasiteetti on 50 000 m³/d, kokonaispinta-ala 33 154 m² ja kokonaisinvestointi 182,4 miljoonaa yuania. Hankkeen esiselvitys valmistui maaliskuussa 2021, alustava suunnitelma ja budjetti hyväksyttiin saman vuoden kesäkuussa ja rakentaminen aloitettiin virallisesti huhtikuussa 2023. Se on tällä hetkellä rakennusvaiheessa. Alkuperäinen suunnittelu edellytti, että tärkeimmät jätevesiparametrit täyttävät GB 3838-2002 "Pintavesien ympäristölaatustandardit" määritellyt luokan V standardit, kun taas kokonaistypen (TN) ja muiden indikaattoreiden oli täytettävä A-luokan standardit GB 18918-2002 "Yhdyskuntajätevesien epäpuhtauksien käsittelystandardit".
Maaliskuussa 2022 Qingdaon vesiasioiden hallintoviranomainen julkaisi ilmoituksen Qingdaon yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden parannus- ja kunnostustöistä. Tämä ilmoitus vaati Jiaozhoun lahden, Bohain lahden ja jokien varrella sijaitsevien puhdistuslaitosten päivityksen saattamista päätökseen, jolloin päästöstandardi nostettiin lähes -luokan IV pintaveden laatuun ja jäteveden TN:n säädettiin välillä 10–12 mg/l. Tämän käytännön julkaisu osui hankkeen alustavan suunnitteluhyväksynnän (kesäkuu 2021) ja sen fyysisen alkamisen (huhtikuu 2023) väliseen aikaväliin, mikä loi teknisen aukon jo hyväksyttyjen alkuperäisten suunnittelustandardien ja uusimpien ympäristövaatimusten välille. Uutena jätevedenkäsittelylaitoksena länsirannikon uudella alueella, jotta vaatimustenmukaisuus varmistetaan valmistumisen jälkeen, tuli välttämättömäksi suorittaa samanaikaisesti prosessin optimointi rakennusvaiheen aikana ja kehittää taloudellisesti kannattava parannussuunnitelma toteutettavuustutkimusten avulla.
1. Prosessikaavion suunnittelu ja valinta
1.1 Suunniteltu jäteveden laatu
Projektin jätevesistandardit nostettiin näennäis-luokasta V lähes-luokkaan IV pintaveden laatuun. Tarvittiin järkeviä teknisiä ratkaisuja indikaattoreiden, kuten BOD, COD, arvojen edelleen alentamiseksiCr,TN, NH₃-N ja TP jätevedessä. Erityinen analyysi on esitetty kohdassaTaulukko 1.
1.2 Teknisen järjestelmän valinta
Rakenteilla olevan laitoksen prosessivirta on esitetty kuvassaKuva 1.
Rakenteilla oleva laitos käyttää "esikäsittely + modifioitu AAOAO biokemiallinen säiliö + sekundaarinen sedimentaatiosäiliö + korkea-tehokas sedimentaatiosäiliö + V-tyyppinen suodatin + otsonihapetus" -prosessia. Rakenteiden asettelu on kompakti, eikä parannusprojektiin jää ylimääräistä maata, minkä vuoksi sen tulee perustua meneillään olevaan rakentamiseen. Päivitys tähtää ensisijaisesti saasteiden, kuten COD:n, poistamiseenCr, NH₃-N, TN ja TP. Ehdotettiin kahta vertailevaa järjestelmää, jotka on kuvattu kohdassaTaulukko 2.
Kaavio 1: AAOAO-MBBR + korkea-tehokas sedimentaatiosäiliöprosessi
- Biokemiallinen järjestelmän muutos: Optimoi rakenteilla olevan AAOAO-biokemiallisen säiliön rakenne. Paranna denitrifikaatiokykyä laajentamalla hapettomien vyöhykkeiden tilavuutta. Samanaikaisesti lisää MBBR-kantajia paikallisesti aerobiseen vyöhykkeeseen muodostaaksesi yhdistelmäprosessin, joka vahvistaa NH₃-N:n ja TN:n biokemiallista poistotehokkuutta.
- Fysikaalis-kemiallisen järjestelmän päivitys: Optimoi tehokkaan-sedimentointisäiliön säiliörakenne ja tukilaitteiden parametrit varmistaaksesi vakaan TP-yhteensopivuuden.
- Edistynyt hoidon tehostaminen: Lisää annosta otsonin hapetusyksikössä, jotta tulenkestävä orgaaninen aines hajoaa entisestään ja varmistetaan CODCrvastuuvapauden noudattaminen.
Kaavio 2: Tehokas-sedimentaatiosäiliö + denitrifioiva syväkerrossuodatinprosessi
- Toimintatilan optimointi: Säilytä AAOAO-biokemiallisen säiliön alkuperäinen rakenne. Lisää säädettävät ilmastuslaitteet post-anoksiselle alueelle vaihtaaksesi dynaamisesti hapettomien/aerobisten tilojen välillä sisäänvirtauksen laadun perusteella, mikä varmistaa NH₃-N-hoidon tehokkuuden.
- Fysikaalis-kemiallisen järjestelmän päivitys: Optimoi tehokkaan-sedimentointisäiliön säiliörakenne ja tukilaitteiden parametrit varmistaaksesi vakaan TP-yhteensopivuuden.
- Denitrifioivan suodattimen käyttöönotto: Muunna V--tyypin suodatin denitrifioivaksi syväkerrossuodattimeksi hyödyntäen hiilen lähteen annostelua TN-poistokyvyn parantamiseksi.
- Edistynyt hoidon tehostaminen: Lisää annosta otsonin hapetusyksikössä, jotta tulenkestävä orgaaninen aines hajoaa entisestään ja varmistetaan CODCrvastuuvapauden noudattaminen.
Molemmat järjestelmät voivat täyttää typen ja fosforin poiston vaatimukset. Kaaviossa 1 hyödynnetään biokemialliseen säiliöön tehtyjä muutoksia TN:n poistamiseksi. Sen etuna on sisään tulevan hiililähteen täysimääräinen hyödyntäminen. Kun sisäänvirtaava TN vaihtelee, hapettomalle alueelle voidaan lisätä myös ulkoinen hiilen lähde TN:n poistoa varten. Vertailun vuoksi, kaaviossa 2 käytetty denitrifikoiva syväkerrossuodatin edellyttää ulkoisen hiililähteen käyttöä ja vaatii pitkäkestoista-mikrobitoiminnan ylläpitämistä suodattimessa, mikä lisää käyttökustannuksia. Vaikka molempien järjestelmien rakennusinvestointikustannukset ovat vertailukelpoisia moniulotteisten näkökohtien perusteella, mukaan lukien käyttökustannusten hallinta, prosessin vakaus ja hiililähteiden käytön tehokkuus, kaavio 1-, joka tarjoaa sekä taloudellisen tehokkuuden että toiminnan joustavuutta, valittiin lopulta päivitysprojektin toteutusprosessiksi.
2. Keskeiset suunnittelupisteet
2.1 Biokemiallisen järjestelmän muutos
MBBR-prosessin ydinteknologia on riippuvien kantajien tehokkaan leijuvan liikkeen saavuttaminen suunnittelun kautta, mikä parantaa merkittävästi järjestelmän biohajoamistehokkuutta epäpuhtauksien suhteen. Tämä prosessijärjestelmä koostuu viidestä avainelementistä: lujat-mekaaniset-biofilmikannattimet, mukautettu hydraulisäiliörakenne, suunnattu ilmastusjärjestelmä, tarkka sieppausseulalaite ja nesteen propulsiolaitteet. Alueen viemäriverkostoon kuuluvan 20 000 m³/d jätevedenpuhdistuslaitteiston (MBBR) vuokraprojektin säädettyjen säiliötilavuuksien ja suunnitteluparametrien perusteella laskennallinen tarvittava kokonaispinta-ala on noin 2 164 000 m². MBBR-kannattimien suunniteltu tehollinen ominaispinta-ala on suurempi kuin 750 m²/m³. Muokatun AAOAO-MBBR-säiliön tilavuuden suunnittelulaskentataulukko on esitetty kohdassaTaulukko 3.
2.2 Fysikaalis-kemiallisen järjestelmän päivitys
Tehokas{0}}sedimentointisäiliö on suunniteltu toimimaan kahdessa rinnakkaisessa ryhmässä. Tämän yksikön kunnostuksessa käytetään prosessipakettia, jossa laitetoimittaja antaa täydelliset-prosessin tekniset takuut ja suorituskykysitoumukset. Prosessin ydinparametrit ja laitekokoonpanot ovat seuraavat.
Koagulaatiosäiliö koostuu kahdesta ryhmästä, joissa on yhteensä 4 osastoa. Suunniteltu yhden lokeron koko on 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Huippupidätysaika on noin 3,8 minuuttia nopeusgradientin (G) ollessa suurempi tai yhtä suuri kuin 250 s-¹. Jokaiselle sekoittimelle on määritetty yksi{10}4 kW:n teho.
Flokkulaatiosäiliö koostuu kahdesta ryhmästä, joissa on yhteensä 2 osastoa. Suunniteltu yhden lokeron koko on 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Huippupidätysaika on noin 8,3 minuuttia. Vetoputken sisähalkaisija on 2575 mm. Se on konfiguroitu Φ2 500 mm:n turbiini{13}}tyyppisillä sekoittimilla, joiden jokaisen teho on 7,5 kW.
Sedimentaatiosäiliö koostuu kahdesta ryhmästä. Yhden ryhmän kalteva putkipinta-ala on noin 84 m². Sedimentointisäiliön halkaisija on 11,7 m. Suunniteltu keskimääräinen hydraulinen kuormitus kaltevalle putken pinnalle on 12,4 m³/(m²·h), huippuarvon ollessa 16,1 m³/(m²·h). Sedimentaatiovyöhykkeen suunniteltu keskimääräinen hydraulinen kuormitusnopeus on 7,6 m³/(m²·h), huippuarvon ollessa 9,9 m³/(m²·h).
Kemikaalien annostelujärjestelmä on konfiguroitu seuraavasti: Kaupallinen polyalumiinikloridi (PAC) -neste (10 % Al2O3) on suunniteltu koagulantiksi, joka annostellaan useisiin kohtiin koagulointisäiliön tuloosassa. Suunniteltu enimmäisannos on 300 mg/l ja keskimääräinen annostus 150–200 mg/l. Käytetään mekaanisia kalvoannostelupumppuja, joissa on 10--kertainen online-laimennusjärjestelmä. Anioninen polyakryyliamidi (PAM) on suunniteltu flokkulointiaineeksi, joka annostellaan tehokkaan sedimentaatiosäiliön flokkulointiosaan. Käytössä on täysin automaattinen jatkuva PAM-liuoksen valmistus- ja annosteluyksikkö, jonka liuospitoisuus on 2 g/l. Suunniteltu enimmäisannos on 0,6 mg/l ja keskimääräinen annostus 0,3 mg/l. Annostelupumput ovat ruuvityyppisiä annostelupumppuja, jotka on varustettu myös 10-kertaisella online-laimennusjärjestelmällä.
2.3 Pilot-otsonihapetuskokeiluvahvistus
Varmistaakseen, että päivitetyn laitoksen jätevesi täyttää vakaasti luokan IV pintavesistandardit (COD-pitoisuus enintään 30 mg/L), tässä tutkimuksessa valittiin Lianwanhen vedenlaadun puhdistuslaitoksen ensimmäisen ja toisen vaiheen sekundäärinen jätevesi kesäkuussa 2024 tutkimuskohteena. suoritettu. Kokeilun tarkoituksena oli arvioida tämän prosessin soveltuvuutta Xin'an-projektin suunnitteluun ja tavoitteen saavutettavuutta.
Tässä kokeessa käytettiin Lianwanhen tehtaan olemassa olevaa pientä{0}}hiekkasuodatusyksikköä (käsittelykapasiteetti 1,5 m³/h). Paikalle asennettiin pilotti-mittakaavan otsonin hapetusreaktiolaite (tornireaktori, tehollinen tilavuus 0,5 m³). Olemassa oleva toissijaisen sedimentointisäiliön jätevesi suodatettiin pienellä hiekkasuodattimella ja nostettiin sitten pumpulla otsonin hapetustorniin ylhäältä. Otsonin hapettavaa vaikutusta käytettiin tulenkestävän orgaanisen aineksen poistamiseen sisäänvirtauksesta, jolloin COD:tä vähennettiin edelleen.
2.3.1 "hiekkasuodatus + otsonihapetus" otsoniannoksella 20 mg/l ja hormonikorvaushoidolla 30 minuuttia
Tämän tutkimusvaiheen aikana sisäänvirtauksen COD-pitoisuus vaihteli välillä 38,2-43,4 mg/L, keskimäärin 40,4 mg/l. Käsittelyn jälkeen "hiekkasuodatus + otsonihapetus" -prosessilla lopullisen jäteveden COD oli keskimäärin 28,8 mg/l. Kokeessa havaittiin, että kun COD-pitoisuus oli korkea, oli edelleen tapauksia, joissa jäteveden COD ei täyttänyt standardia. Lisäksi pilottitestin lopullinen jäteveden väri pysyi korkeampana kuin sisäänvirtaus, ei täyttänyt poistostandardia. Yksityiskohdat näkyvät kohdassaKuva 2(a).
2.3.2 "hiekkasuodatus + otsonihapetus" otsoniannoksella 25 mg/l ja hormonikorvaushoidolla 30 min
COD-poiston edelleen parantamiseksi ja jäteveden värin vähentämiseksi tämä vaihe jatkoi otsoniannoksen nostamista pitäen samalla hormonikorvaushoitoa 30 minuutissa. Tässä koevaiheessa sisäänvirtauksen COD-pitoisuus vaihteli välillä 36,3-46,2 mg/l, keskimäärin 40,4 mg/l. Käsittelyn jälkeen COD-pitoisuus laskettiin arvoon 28 mg/l. Pilottikokeen lopullinen jäteveden väri pysyi edelleen korkeampana kuin sisäänvirtaus, ei täyttänyt poistostandardia. Yksityiskohdat näkyvät kohdassaKuva 2(b).
2.3.3 "hiekkasuodatus + otsonihapetus" otsoniannoksella 30 mg/l ja hormonikorvaushoidolla 30 min
Olosuhteissa, joissa otsoniannos oli 30 mg/l ja HRT 30 minuuttia, "hiekkasuodatus + otsonihapetus" -prosessi osoitti hyvää käsittelytehoa sekundaarisen jäteveden COD:n suhteen. Tässä testivaiheessa sisään tuleva COD-pitoisuus vaihteli välillä 38,2 - 42,2 mg/l, keskimäärin 40,2 mg/l. Käsittelyn jälkeen jäteveden COD-pitoisuus pysyi vakaana alle 30 mg/l, keskimäärin 26 mg/l. Tässä vaiheessa prosessi osoitti myös hyvää värinpoistotehokkuutta, mitatun värin ollessa jatkuvasti alle 20, mikä täytti vakaasti purkausstandardin. Yksityiskohdat näkyvät kohdassaKuva 2(c).
2.3.4 Kokeellinen johtopäätös
Kokeellisten tulosten perusteella optimaalisissa reaktio-olosuhteissa otsoniannoksen (30 mg/l) ja COD-poiston (12,2 mg/L) suhde otsonikäsittelyyksikössä oli 2,45:1,00.
Pilottikoe osoitti, että "hiekkasuodatus + otsonihapetus" edistynyt käsittelyprosessi voi tehokkaasti vähentää Lianwanhen tehtaan edustavan sekundaarisen jäteveden COD-arvoa. Siksi "hiekan suodatus + otsonihapetus" -prosessin ottaminen käyttöön edistyneeksi käsittelyprosessiksi Xin'an Qianhe -projektissa on hyvin toteutettavissa ja voi varmistaa, että hankkeen jätevesien COD pysyy vakaana alle 30 mg/l.
3. Johtopäätös
Tämä tutkimus keskittyy kolmeen keskeiseen modifiointimoduuliin: biokemiallinen käsittelyjärjestelmä ottaa käyttöön AAOAO-MBBR-hybridiprosessin (suspended and added growth); fysikaalis-kemiallinen käsittelyyksikkö optimoi säiliön rakenteen ja laitevalinnan tehokkaalle-sedimentointisäiliölle; ja edistyneen hoidon linkki validoidaan pilotti-mittakaavan otsonin hapetuskokeella.
Tämän prosessiketjun synergistisen optimoinnin avulla rakennetaan täydellinen{0}}prosessikäsittelyjärjestelmä "Biochemical Enhancement – Physicochemical Improvement – Advanced Safeguard". Samanaikaisesti tämä tekninen suunnittelu noudattaa meneillään olevan nykyisen projektin rakentamisen objektiivista tosiasiaa, mikä edellyttää koordinoitua rakennusjaksojen optimointia kaikissa rakenteissa olemassa olevien tilojen käytön maksimoimiseksi ja kunnostustyökuorman minimoimiseksi.
Hankkeessa käytetään rakenteilla olevan laitoksen jätevesien laatustandardia suunnittelun vaikutuslaadun mittapuuna. COD-päästöjen pitoisuudetCr, BOD₅, NH₃-N ja TP ovat luokan IV standardien mukaisia (TN pienempi tai yhtä suuri kuin 10/12 mg/L), jotka on määritelty GB 3838-2002 "Pintavesien ympäristölaatustandardit". Muiden indikaattoreiden on oltava A-luokan standardien GB 18918-2002 "Yhdyskuntajätevedenkäsittelylaitosten epäpuhtauksien päästöstandardi" mukaisia. Tämän päivitysprojektin suunnitteluasteikko on 50 000 m³/d, kokonaisinvestointi 27,507 miljoonaa yuania, käyttökustannukset 0,3 yuania/m³, kokonaiskustannukset 0,39 yuania/m³ ja käyttöveden hinta 0,45 yuania/m³.