Tianjinin jätevedenpuhdistamon päivitysprojektin toimintavaikutus
Tianjinissa sijaitsevassa jätevedenpuhdistamossa tehtiin parannus- ja kunnostusprojekti, jossa otettiin käyttöön modifioitu Bardenpho-MBBR-prosessi, mikä nosti jäteveden laadun A-luokan standardista, joka on määritelty "Yhdyskuntajätevedenkäsittelylaitosten epäpuhtauksien päästöstandardissa" (GB 18918-2002, paikallinen standardi ADB) Tianj-luokan A-standardiin. 12/599-2015. Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) -prosessi sisältää MBBR-suspendoitujen kantajien lisäämisen reaktoriin, jolloin saadaan paikat mikrobien kiinnittymiselle ja kiinnittyneiden biofilmien muodostamiselle, mikä lisää järjestelmän tehokasta biomassaa ja saavuttaa epäpuhtauksien poiston. MBBR-prosessi tarjoaa etuja, kuten korkean käsittelykuormituksen, vahvan iskukuormituksen kestävyyden, vakaan käsittelyn suorituskyvyn, yksinkertaisen toiminnanhallinnan ja joustavan prosessin käytön. Yhä useammat jätevedenpuhdistamot Kiinassa ottavat käyttöön MBBR-prosessin kunnostamiseen. Tässä artikkelissa analysoidaan Tianjinin jätevedenpuhdistamon toiminnallista suorituskykyä sen päivityksen jälkeen. Sen tarkoituksena on tarjota vertailukohta vastaaville parannusprojekteille.
1. Nykyinen biologinen typen ja fosforin poistoprosessi
Alkuperäisessä biologisessa säiliössä käytettiin A²/O-prosessia, jonka käsittelykapasiteetti oli 12 500 t/d. Suunniteltu kokonaislietteen ikä oli 14 päivää, sekalipeän suspendoituneen kiintoaineen (MLSS) pitoisuus oli 3 500 mg/L, veden suunnittelulämpötila oli 10 astetta, lietteen saanto oli 0,936 kgSS/kgBOD ja lietteen kuormitus 0,082 kgBOD/kgMLSS. Biologisen säiliön tehollinen veden syvyys oli 6 m, säiliön kokonaistilavuus 9 052,2 m³ ja kokonaishydraulinen retentioaika (HRT) 17,4 tuntia. HRT-jakauma oli: valintavyöhyke 0,58 h, anaerobinen vyöhyke 1,38 h, anoksinen vyöhyke 2,85 h, keinuvyöhyke 0,92 h ja aerobinen vyöhyke 11,67 h. Lietteen kierrätys oli 100 % ja sekalipeän sisäinen kierrätys oli 300 %. Alkuperäinen biologinen säiliö koostui pääasiassa anaerobisista-anoksisista-aerobisista osista. Toimintaparametreja voitiin säätää sisäänvirtausolosuhteiden ja jätevesivaatimusten perusteella typen ja fosforin poistamiseksi, jolloin jäteveden laatu täyttää luokan A standardin GB 18918-2002.
2. Yleiskatsaus päivitys- ja kunnostusprojektiin
Tämän päivityksen tarkoituksena oli parantaa jäteveden laatua, jotta se vastaisi Tianjinin paikallisen standardin "Saasteiden päästöstandardi kunnallisiin jätevedenpuhdistamoihin" (DB 12/599-2015) A-luokan standardin mukaisesti. Suunniteltu tulo- ja jäteveden laatu on esitettyTaulukko 1. Suunniteltujen tulo- ja jäteveden TN-arvojen mukaan jäteveden TN:n saavuttaminen alle 10 mg/L edellyttää 75,6 %:n denitrifikaatiota biologisessa säiliöjärjestelmässä. Alkuperäisessä biologisessa säiliössä käytettiin A²/O-konfiguraatiota. Alkuperäiseen säiliökonfiguraatioon perustuvat laskelmat osoittivat, että sisäisen kierrätyssuhteen olisi nostettava alkuperäisestä 200 %:sta 310 %:iin lisättäessä suuri määrä ulkoista hiililähdettä. Tämä ei ainoastaan nostaisi käyttökustannuksia, vaan myös suuri sisäinen kierrätysvirta voisi häiritä hapetonta ympäristöä. Tämä voi johtaa siihen, että todellinen hormonikorvaushoito hapettomalla alueella on vähimmäisvaatimusta pienempi, mikä vaikuttaa denitrifikaatiotehokkuuteen. MBBR-prosessi parantaa järjestelmän denitrifikaatiokykyä ja parantaa jäteveden laatua lisäämällä suspendoituja kantoaineita biomassan pitoisuuden lisäämiseksi säiliössä, mikä täyttää päivitysvaatimukset.
Muuttamatta olemassa olevaa biologisen säiliön tilavuutta, biologisen säiliön sisäiset toiminnalliset vyöhykkeet konfiguroitiin uudelleen. Alkuperäinen A²/O-konfiguraatio (anaerobinen-anoksinen-aerobinen) muutettiin Bardenpho 6- -vaiheen konfiguraatioksi: anaerobinen vyöhyke, hapeton vyöhyke, keinuvyöhyke, aerobinen vyöhyke, post-anoksinen vyöhyke ja post-aerobinen vyöhyke. Tarkemmin sanottuna alkuperäinen valintavyöhyke muutettiin anaerobiseksi vyöhykkeeksi. Alkuperäistä anaerobista vyöhykettä, keinuvyöhykettä (etuosa) ja hapetonta vyöhykettä käytettiin kaikkia esi-anoksisena vyöhykkeenä. Alkuperäisen aerobisen alueen ensimmäisen käytävän etupuoli säädettiin keinuvyöhykkeeksi. Alkuperäinen ensimmäinen, toinen ja kolmas aerobinen käytävä muutettiin MBBR-vyöhykkeeksi, johon lisättiin ripustetut kantolaitteet sekä tulo-/poistoseulontajärjestelmät ja pohja-apuilmastusjärjestelmä. Neljäs aerobinen käytävä muutettiin -hapottomuuden jälkeiseksi vyöhykkeeksi. Alkuperäinen keinuvyöhyke jaettiin toiminnallisesti ja säädettiin post-anoksisiksi ja postaerobiseksi vyöhykkeeksi. Kunnostetun biologisen säiliön parametrit on esitetty kohdassaTaulukko 2.
Mitä tulee prosessin toimintaan, seoslipeä aerobisesta vyöhykkeestä kierrätetään hapettomalle vyöhykkeelle ja hiililähde lisätään hapettomaan vyöhykkeeseen. Denitrifioivat bakteerit hyödyntävät hiilen lähdettä denitrifikaatioon poistaakseen aerobisella vyöhykkeellä syntyvän nitraattitypen. Jäljellä oleva nitraattityppi siirtyy hapettomalle vyöhykkeelle, johon lisätään hiilen lähdettä jatkamaan denitrifikaatiota. Peruskorjauksen jälkeen sekalipeän suspendoituneen kiintoaineen (MLSS) pitoisuus on 4000 mg/L, lietteen kierrätys 50 %–100 %, sekalipeän sisäinen kierrätys 200–250 % ja liuennut happi MBBR-vyöhykkeellä 2–5 mg/l. Prosessin vuokaavio remontin jälkeen on esitetty kohdassaKuva 1.
3. Järjestelmän käyttöönotto biologisen säiliön remontin jälkeen
Biologisen säiliön peruskorjauksen valmistuttua alkoi käyttöönottovaihe. Biologiseen säiliöön lisättiin vedenpuhdistettua lietettä toiselta jätevedenkäsittelylaitokselta, mikä nosti lietteen pitoisuuden nopeasti yli 3 000 mg/l:aan lyhyessä ajassa. Tämä lyhensi lietteen viljely- ja sopeutumisaikaa, mikä mahdollisti biologisen säiliön nopean käynnistyksen ja sen typen- ja fosforinpoistokapasiteetin palautumisen. Koekäyttöjakson aikana todellinen käyttökuorma oli pienempi kuin mitoituskuorma johtuen suhteellisen alhaisesta sisäänvirtauksesta ja epäpuhtauspitoisuuksista. Lähestymistapa oli ensin viljellä ja sopeuttaa aktiivilietettä, kunnes biologinen järjestelmä stabiloitui ja jäteveden laatu täytti standardit, minkä jälkeen lisättiin MBBR-kantajia biokalvon muodostusta varten.
Kun kantoaineet oli lisätty biologisen säiliön aerobiseen osaan, ne upotettiin ensin. Mikro-organismit kiinnittyvät vähitellen pinnoilleen. Visuaalisesti kantajapinnan väri muuttui valkoisesta heikosti maankeltaiseksi, kun mikro-organismeja kiinnittyi enemmän ja biofilmi tiheni. Kantoväri syveni vähitellen. Kaksi kuukautta kantajan lisäämisen jälkeen biofilmin muodostuminen oli hyvää, kantajan pinta näytti kellertävän-ruskealta ja väri syvenee vähitellen. Neljä kuukautta kantajan lisäämisen jälkeen biofilmi kantoaineen pinnalla näytti tummanruskealta ja oli tiheää. Biofilmin muodostumisen etenemistä voitiin tarkkailla intuitiivisesti kantajan värin muutosten perusteella, kuten kuvassaKuva 2. Joulukuussa 2021 biologisen säiliön aktiivilietteen ja kantajista tulevan lietteen mikroskooppisessa tutkimuksessa havaittiin kompakteja flokkirakenteita, joilla on hyvät adsorptio- ja laskeutumisominaisuudet. Visuaalisesti kantajat osoittivat selvää biofilmin muodostumista. Mikroskooppisessa tutkimuksessa tunnistettiin organismeja, kuten Vorticella, Opercularia ja Epistylis, ja satunnaisesti havaittiin muutamia liikkuvia ripsiä, mikä osoitti biofilmin muodostumisvaiheen päättymistä.
4. Toimintakyky biologisen säiliön kunnostuksen jälkeen
4.1 COD:n ja BOD:n poistoteho remontin jälkeen
Jäteveden COD- ja BOD-arvot vuodelle 2022 on esitettyKuva 3. Jäteveden COD vaihteli välillä 10,2-24,9 mg/l, keskiarvon ollessa 18,0 mg/l. Jäteveden BOD vaihteli välillä 2,1-4,9 mg/l, keskiarvon ollessa 3,4 mg/l. Sekä jäteveden COD että BOD täyttivät vakaasti Tianjinin paikallisen luokan A standardin. Kunnostettu järjestelmä osoitti hyvää COD- ja BOD-poistokykyä, vaan myös säilytti vakaat ja vaatimusten mukaiset jätevesien COD- ja BOD-tasot tulvakauden aikana, vaikka laitoksen todellinen sisääntulokuorma oli 110 % sen suunnittelukapasiteetista. Tämä osoittaa, että järjestelmä kestää hyvin iskukuormituksia.
4.2 TN:n ja NH₃-N:n poistoteho remontin jälkeen
Jäteveden TN- ja NH₃-N-arvot vuodelle 2022 on esitettyKuva 4. TN vaihteli välillä 3,72-8,74 mg/l, keskiarvon ollessa 6,43 mg/l. NH₃-N vaihteli välillä 0,02-1,25 mg/l, keskiarvon ollessa 0,12 mg/l. Talvikäytön aikana nitrifikaatio- ja denitrifikaationopeudet laskivat alhaisempien lämpötilojen vuoksi. Käytännössä lietteen pitoisuus nostettiin yli 6 000 mg/L. Suurilla lietepitoisuuksilla käyttö parantaa biologisen järjestelmän kestävyyttä iskukuormituksia vastaan, erityisesti matalissa lämpötiloissa. Korkean lietepitoisuuden ja MBBR-kantoaineisiin kiinnittyneen biokalvon välinen synergia tehostaa biologisen järjestelmän käsittelytehoa.
MBBR-kantajat tarjoavat suotuisan ympäristön mikrobiyhteisöille tukemalla niiden kasvua ja lisääntymistä. Sopeutumisen ja kypsymisen jälkeen biokalvon nitrifikaatio- ja denitrifikaatiokyky vahvistuu. Mikro-organismit kiinnittyvät ja kasvavat kerroksittain kantajan pinnalle, mikä lisää zoogloean tiheyttä ja muodostaa suuria, tiheitä ja nopeasti pysyviä lieterakenteita. Ulkoisten vedenlaadun muutosten yhteydessä kantajan pinnalla olevat mikro-organismit erittävät solunulkoisia polymeerisiä aineita (EPS) suojatakseen itsensä-, mikä vähentää äkillisten vedenlaadun muutosten vaikutusta sisäisen kerroksen mikro-organismeihin.
MBBR-prosessia käyttävissä jätevedenpuhdistamoissa on havaittu samanaikaisia nitrifikaatio- ja denitrifikaatioilmiöitä (SND) aerobisella kantaja-alueella. Aerobisesta kantajavyöhykkeestä tulevan sisään- ja poistovirtauksen TN-arvojen testaus paljasti 2–6 mg/l eron. Tämä ero oli selvempi, varsinkin kun liuennut happi aerobisessa säiliössä säädettiin alle 2 mg/l, mikä osoitti merkittävämpää SND:tä alhaisen liuenneen hapen olosuhteissa. Toissijaisen sedimentointisäiliön jätevesi TN on täyttänyt täysin standardit, mikä tarkoittaa, että TN:n poisto saatiin päätökseen biologisessa käsittelyvaiheessa. Varsinaisessa käytössä denitrifioiva syvä{7}}petisuodatin toimii suojaprosessina. Normaaleissa olosuhteissa se toimii tavallisena suodattimena varmistaakseen, että SS-indikaattorit ovat standardien mukaisia.
4.3 TP:n ja SS:n poistoteho remontin jälkeen
Jäteveden TP- ja SS-arvot vuodelle 2022 on esitettyKuva 5. Jätevedenpuhdistamon jäteveden TP vaihteli välillä 0,04 - 0,22 mg/l, keskimäärin 0,10 mg/l. Jäteveden SS vaihteli välillä 1-4 mg/l, keskimäärin 2,2 mg/l. Päivityksen jälkeen toissijaisen sedimentointisäiliön jätevesi TP oli noin 1,0 mg/L ja SS noin 26 mg/L. Lisäämällä ferrikloridia ja PAM:ia tehokkaaseen sedimentaatiosäiliöön koagulaation parantamiseksi ja lisäpuhdistamalla denitrifioivaa syväkerrossuodatinta poistovesi TP ja SS täyttivät vakaasti Tianjinin paikallisen luokan A standardin, ja väriarvo aleni merkittävästi.
5. Johtopäätös
Tianjinin paikallisen luokan A standardin täyttämiseksi jätevedenpuhdistamon alkuperäinen A²/O-prosessi muutettiin Bardenphon viisi-vaiheiseksi konfiguraatioksi, joka sisälsi MBBR-prosessin aerobiseen osaan biologisen typenpoiston tehostamiseksi, mikä vähentää TN- ja NH₃-N-päästöjä. Tulvakauden aikana ylikuormitusvirtauksella kaikki indikaattorit täyttivät vakaasti standardit osoittaen hyvää iskunkestävyyttä. Biologisen säiliön remontin jälkeen sisäinen kierrätyssuhde oli 200 %–300 %, ulkoinen lietteen kierrätys 50 % – 100 %, lietteen pitoisuus 4 000–6 000 mg/L, liuennut happi aerobisella alueella 3–5 mg/L ja liuennut happi anaerobisella alueella.2–0 mg/l. Vuonna 2022 jäteveden laatu oli: COD 10,2–24,9 mg/L, keskiarvo 18,0 mg/L; BOD 2,1–4,9 mg/l, keskiarvo 3,4 mg/l; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, keskiarvo 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/l, keskiarvo 6,43 mg/l; TP 0,04–0,22 mg/l, keskiarvo 0,1 mg/l; SS 1–4 mg/l, keskiarvo 2,2 mg/l. Kaikki täyttivät vakaasti Tianjinin paikallisen standardin "Yhdyskuntajätevedenkäsittelylaitosten epäpuhtauksien päästöstandardi" (DB 12/599-2015) A-luokan standardin.