Kun 60 000 m³/d kunnallinen jätevedenpuhdistamo Zhejiangin maakunnassa kohtasi talven TN-yhteensopivuuskriisin - biologinen typenpoisto romahti28.52%kun veden lämpötila laski alle 12 astetta - se ei pystynyt rakentamaan yhtäkään uutta säiliötä. Maata oli hajallaan, laitos käytti 110 % suunnitellusta virtauksesta, eikä vanhentuneita Lipp-teräksisiä SBR-reaktoreita voitu muuttaa rakenteellisesti. Vastaus oli upottaa MBBR-liikkuvakerrosbiofilmikannattimet suoraan olemassa oleviin SBR-säiliöihin. Kaksitoista kuukautta myöhemmin biologinen TN-poisto saavutettiin69.85%, TP:n poisto nousi 70,9 %:sta 79,3 %:iin, ja kokonaiskäyttökustannukset olivat vain0,024 RMB/m³.
Päivityksen taustalla oleva vaatimustenmukaisuusriski
Vuonna 2004 vaiheena I & II rakennetussa laitoksessa, jonka suunnittelukapasiteetti on 60 000 m³/d, käsitellään noin 80 % kotitalousjätevettä ja 20 % teollisuuden jätevettä tekstiili- ja paperitehtaista. Pääasiallinen biologinen käsittelyvaihe on SBR-järjestelmä, joka koostuu 12 Lipp-terässäiliöreaktorista, joista kukin on halkaisijaltaan 32 m, työtilavuus 5 000 m³ ja suunniteltu läpijuoksu 5 000 m³/d. Alkuperäinen hoitojuna oli:
Raakajätevesi → Karkea seula → Ensisijainen selkeytin → SBR-valitsin → SBR-säiliö → Puskurisäiliö → Tehokas kirkastin → Denitrifikaatiosyväpetisuodatin → Desinfiointi → Purkaus
Vuonna 2014 laitos oli jo päivitetty vastaamaan luokan A rajoituksia GB 18918-2002 lisäämällä tehokkaan selkeyttimen ja denitrifikaatiosyväpetisuodattimen. Mutta vuonna 2018 Zhejiangin lääninhallitus julkaisi paljon tiukemman DB 33/2169-2018 -standardin, joka edellyttää jätevesiäTN Pienempi tai yhtä suuri kuin 12 mg/ljaTP pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 mg/l. Vuosien 2019–2020 käyttötietojen analyysi kertoi selkeän tarinan: COD, NH₃-N ja SS ohittivat tasaisesti, mutta jäteveden TP leijui lähellä ylärajaa ja TN osoitti kausittaista ylitysriskiä talvella. Kun biologisen säiliön veden lämpötila laski alle 12 asteen, SBR:n biologinen TN-poisto putosi vain 28,52 prosenttiin, mikä pakotti alavirran denitrifikaatiosuodattimen kuljettamaan yli 45 % TN:n kokonaispoistosta hiililähteen annostelun kautta - kallis ja vaatimustenmukaisuuden kannalta hauras kainalosauva.
Miksi uudet tankit eivät olleet vaihtoehto
Päivitystä rajoitti viisi kovaa todellisuutta, jotka sulkivat välittömästi pois perinteisen aktiivilietteen laajentamisen:
• Laitos toimi jo suunnitellulla kapasiteetilla tai sen yläpuolella – päivittäinen huippuvirtaus saavutti 67 000 m³/d verrattuna 60 000 m³/d suunnitteluun – jättäen nolla hydraulisen marginaalin rakentamisen seisokkiin.
• SBR-säiliöt olivat 10 vuotta vanhoja Lipp-teräsrakenteita; niiden leikkaaminen tai vahvistaminen rakenteellista muutosta varten oli erittäin vaikeaa ja riskialtista.
• Tehdasalueen sisällä käytettävissä oleva maa oli hajallaan, epäsäännöllisen muotoinen ja aivan liian pieni uusille biologisille käsittelyaltaille.
• Rakennusikkuna meni päällekkäin tulvakauden kanssa, eikä laitosta voitu sulkea, se ei kyennyt vähentämään käsittelymäärää pitkiä aikoja, eikä se voinut päästää rakennusvaiheen aikana laadultaan huonoja jätevesiä.
• Olemassa olevia lietteen vedenpoistolaitoksia ei ollut laajennettu, mikä rajoitti laitoksen kykyä hukata ylimääräistä lietettä biologisista säiliöistä.
Arvioituaan vaihtoehtoja suunnittelutiimi valitsiSBR+MBBRydinratkaisuna: upota ripustetut biofilmin kantoaineet suoraan olemassa oleviin SBR-säiliöihin muuttamatta säiliön rakennetta, lisää MBBR-spesifisiä sekoittimia ja tulo-/poistoretentioverkkoja ja optimoi SBR-syklin ajoitus denitrifikaatiota suosimaan. Tämä säilytti terässäiliöihin jo sijoitetun pääoman ja avasi asteittaisen muutoksen biologisessa typenpoistokapasiteetissa.
Suunnittele vedenlaatutavoitteet
Suunnittelun tulo- ja jäteveden laatuparametrit on koottu alla. Huomaa, että suluissa olevat arvot NH₃-N ja TN ovat talvirajoja, joita sovelletaan, kun veden lämpötila on alle 12 astetta - vaativin käyttöjärjestelmä ja tarkalleen missä alkuperäinen SBR-järjestelmä epäonnistui.
| Parametri | Vaikuttava | Jätevesi |
| CODcr (mg/l) | Pienempi tai yhtä suuri kuin 370 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 40 |
| BOD5 (mg/l) | Pienempi tai yhtä suuri kuin 180 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 10 |
| NH3-N (mg/l) | Pienempi tai yhtä suuri kuin 25 | Vähemmän tai yhtä suuri kuin 2 (talvella 4) |
| TN (mg/l) | Pienempi tai yhtä suuri kuin 40 | Vähemmän tai yhtä suuri kuin 12 (talvella 15) |
| TP (mg/l) | Pienempi tai yhtä suuri kuin 6 | Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 |
0,3 mg/L TP-raja on erityisen vaativa biologiselle järjestelmälle, minkä vuoksi laitos yhdistää biologisen fosforinoton ja PAC:n annostelun korkeatehoisella selkeyttimellä kiillotusvaiheena. TN:n suunnittelutavoitteet puolestaan vaativat, että biologinen vaihe hoitaa raskaan noston, jotta alavirran denitrifikaatiosuodattimen ei enää tarvinnut kompensoida talven biologisia häviöitä.
Jälkiasennussuunnittelu: MBBR olemassa olevien SBR-säiliöiden sisällä
Jälkiasennuksessa kaikki 12 olemassa olevaa SBR-säiliötä muutettiin SBR+MBBR-reaktoreiksi säilyttäen samalla nykyisen valintavyöhykkeen ja pääreaktioalueen tilavuudet. Pääreaktiovyöhykkeelle perustettiin MBBR-vyöhykkeet, jotka varustettiin ripustetuilla biofilmin kantoaineilla sekä tulo-/poistoretentioseulajärjestelmillä kantoaineen häviämisen estämiseksi. Jokaisen Lipp-terässäiliön sisäseinään levitettiin kulutusta kestävä pinnoite suojaamaan teräspintaa liikkuvien kannattimien aiheuttamalta kulumiselta pitkän käyttöiän ajan.
SBR+MBBR-järjestelmän keskeiset suunnitteluparametrit olivat: terässäiliöreaktori, jonka halkaisija on 32 m ja tilavuus 5 000 m³, MBBR-kantoaallon tehollinen ominaispinta-alaSuurempi tai yhtä suuri kuin 400 m²/m³, pidätysseulan virtausnopeus Alle tai yhtä suuri kuin 0,05 m/s ja seulan huokoisuus 38–40 %. Nykyinen kalvolevyilmastusjärjestelmä säilytettiin ja käytettiin uudelleen, mikä alensi entisestään sekä laitekustannuksia että rakennustyötä.
Kuva 1: Päivitetty prosessikulku
Päivityksen jälkeinen prosessi on esitetty yllä. Keskeisenä rakennusstrategiana oli jälkiasennuttaa yksi SBR-säiliö kerrallaan, mikä koordinoi virtausta vaiheen I/II ja uudemman vaiheen III laitoksen välillä rakennusaikana, joten kokonaiskäsittelykapasiteettia ei koskaan vähennetty. Tämä peräkkäinen lähestymistapa on se, mikä mahdollisti hankkeen jatkumisen läpi tulvakauden ilman seisokkeja tai alipäästöjä.
Kuva 2: SBR+MBBR Reactor Retrofit Layout
MBBR-järjestelmään lisätyt päälaitteet on koottu alla olevaan taulukkoon. Yhdessä nämä kohteet muuttivat eräilmastussäiliön hybridisuspensioon kiinnitetyksi kasvureaktoriksi, joka pystyy sekä nitrifikaatioon että denitrifikaatioon saman syklin aikana.
| Ei. | Laitteet | Tekniset tiedot | Määrä |
| 1 | MBBR omat sekoittimet | φ=1,000 mm, N=5.5 kW | 36 yksikköä |
| 2 | Tulo-/poistoaukon pidätysnäytöt | SS304 ruostumatonta terästä | 12 sets |
| 3 | Karahvi | Q=1,245 m³/h, H=2.26 m, N=1.5 kW | 12 yksikköä |
| 4 | MBBR-biofilmin kantajat | Tehokas SSA Suurempi tai yhtä suuri kuin 400 m²/m³, polyuretaani | 1,830 m³ |
| 5 | Ilmastointijärjestelmä | Kalvolevy diffuusori (olemassa, säilytetty) | 12 sets |
Miksi prosessiohjauksen uudelleenvirittämisellä oli merkitystä
Pelkkä laitteisto ei riittänyt - myös SBR-syklilogiikkaa piti muuttaa hapettoman denitrifikaatioikkunan luomiseksi. Alkuperäinen SBR-sykli oli 6 tuntia erää kohden: täytä 1 h (ilmastuksella), reagoi 2 h, laskeutuu 1,5 h, dekantoi 1,5 h. Tämän sekvenssin ongelmana oli, että ilmastus täyttövaiheen aikana kulutti hiilen lähteen hapettumisen kautta sen sijaan, että se olisi säästänyt denitrifikaatiota varten.
Denitrifikaatiosekoittimien lisäämisen jälkeen täyttövaihe vaihdettiin ilmastettuun (anoksittomaan) sekoitukseen. Optimoiduksi sykliksi tuli: täyttö 1 h (hapeton sekoitus), reagoi 1 h, laskeutus 1 h, dekantoi 1 h. Tämä yksinkertainen uudelleensekvensointi loi hapettoman vyöhykkeen, jossa heterotrofiset denitrifioijat voisivat pelkistää nitraatin typpikaasuksi sisään tulevan hiilen lähteen avulla, mikä pienensi dramaattisesti ulkoisen hiilen tarvetta alavirtaan.
Talvella (marraskuun puolivälistä maaliskuun puoliväliin), kun keskimääräinen biologisen säiliön veden lämpötila laski alle 12 astetta, sykliä pidennettiin yli 6 tunnin kompensoimaan vähentynyttä mikrobiaktiivisuutta. Lisäksi tertiäärisen käsittelyvaiheen magneettisesti koaguloitunut liete annosteltiin takaisin SBR-säiliöihin lietteen laskeutuvuuden ja typenpoistokapasiteetin parantamiseksi – sivutuotteen fiksu uudelleenkäyttö, joka myös stabiloi lietteen sedimentaatiota kylmänä vuodenaikana.
Toiminnan tulokset ja suorituskyky
SBR+MBBR-päivitys valmistui ja otettiin käyttöön joulukuussa 2022. Alla olevat suorituskykytiedot vertaavat biologista vaihetta ennen ja jälkeen jälkiasennuksen - ja parannus näkyy parhaiten juuri aiemmin vaatimustenmukaisuushäiriöitä aiheuttaneina talvikuukausina.
Typen kokonaispoisto: 28,52 % - 69,85 %
Päivityksen jälkeen SBR:n biologisen vaiheen TN-poistotehokkuus nousi noin 28,52 %:sta69.85%. Kaksi mekanismia ohjaa tätä parannusta. Ensinnäkin hapeton sekoitus täyttövaiheen aikana tarjosi optimaaliset olosuhteet denitrifikaatiolle antamalla sisään virtaavan hiilen polttoaineen nitraatin pelkistyä. Toiseksi MBBR-kantajat kiinnittivät ja rikastivat hitaasti kasvavia nitrifioivia bakteereja suojatulle pinnalle, mikä tehosti nitrifikaatiota jopa alhaisessa lämpötilassa, jossa suspendoituneet nitrifikaattorit kamppailevat. Optimoidussa kaksivaiheisessa denitrifikaatiojärjestelmässä (SBR biologinen vaihe + alavirran denitrifikaatiosuodatin) biologinen vaihe vastaa nyt karkeasti85 % typen kokonaispoistosta, verrattuna alle 24 %:iin ennen päivitystä – minkä vuoksi hiilen lähteen kulutus denitrifikaatiosuodattimessa laski niin jyrkästi.
Kuva 3: Poistovesi ennen ja jälkeen päivityksen
Fosforin kokonaispoisto: 70,9 % - 79,3 %
Ilman kemiallisten fosforinpoistoaineiden lisäämistä biologisessa vaiheessa SBR:n biologinen TP:n poisto parani 70,9 %:sta (tulovesi 2,86 mg/l, jätevesi 0,81 mg/l)79.3%(tulovesi 3,05 mg/L, jätevesi 0,63 mg/L) - parannus edelliseen vuoteen verrattuna 8,4 %. Kantajien tukema tiheämpi, vakaampi biomassa yhdistettynä parantuneeseen lietteen laskeutuvuuden kanssa vaikutti tähän voittoon. Yhdistettynä PAC-annostukseen korkean hyötysuhteen selkeyttimessä lopullisen jäteveden TP täytti luotettavasti tiukat Alle 0,3 mg/L -standardit.
Kuva 4: Poistovesi ennen päivitystä ja sen jälkeen
Tekninen ja taloudellinen vertailu
SBR+MBBR-jälkiasennuksen kokonaisinvestointi oli noin19 miljoonaa RMB, ja suorat käyttökustannukset nousivat vain0,024 RMB/m³. Alla olevassa taulukossa verrataan SBR+MBBR-prosessia kahteen päävaihtoehtoiseen päivitysteknologiaan: perinteiseen A²/O-aktiivilietteeseen ja MBR-kalvobioreaktoriin.
| Vertailukohde | Perinteinen A²/O | SBR+MBBR (tämä tapaus) | MBR |
| Laiteinvestointi (per 10 000 m³/d) | 150–200 万元 | 300–450 万元 | 1,000–1,200 万元 |
| Maa-alue vaaditaan | 7 000–8 000 m² per 10 000 m³/d | ~30 % vähemmän kuin perinteinen | Pieni |
| Suorat käyttökustannukset | 0,04–0,05 RMB/m³ | 0,06–0,08 RMB/m³ | 0,7–0,8 RMB/m³ |
| O&M-vaatimukset | Matala | Suhteellisen alhainen | Korkea (säännöllinen kalvon puhdistus) |
Vertailu tekee arvolupauksen selväksi. MBR tarjoaa erinomaisen jäteveden laadun, mutta 3–4 kertaa laiteinvestoinneilla ja noin 10 kertaa SBR+MBBR:n käyttökustannuksilla sekä raskaan kalvonpuhdistushuollon. Perinteinen A²/O on halpa rakentaa, mutta vaatii suuren maa-alueen – juuri se resurssi, jota tällä laitoksella ei ollut. SBR+MBBR on tasapainossa: maltillinen investointi, noin 30 % vähemmän maata kuin perinteinen, suhteellisen alhaiset käyttökustannukset ja yksinkertainen huolto. Se on pragmaattinen voittaja olemassa olevissa tehdaspäivityksissä, joissa maa-alue on rajoitettu ja rakennushäiriöt on minimoitava.
Päätelmät ja toimialan vaikutukset
Tämä tekninen tapaustutkimus osoittaa useita päätelmiä, joilla on merkitystä laajemman vedenkäsittelyteollisuuden kannalta:
• SBR+MBBR ratkaisee TN-poiston SBR-järjestelmissä.Upottamalla MBBR-kantoaineita olemassa oleviin SBR-reaktoreihin ja optimoimalla ilmastus/sekoitussykli, biologinen TN:n poisto nousi 28,52 %:sta 69,85 %:iin. Tämä eliminoi liiallisen hiilenlähteen annostelun tarpeen alavirran denitrifikaatiosuodattimessa ja varmisti vaatimustenmukaisuuden jopa talven alhaisissa lämpötiloissa.
• Uusia rakenteita ei tarvita.Koko biologinen päivitys saavutettiin rakentamatta uusia säiliöitä - ratkaiseva etu tiukat laitokset. Nykyinen Lipp-terässäiliörakenne säilytettiin vain pienin muutoksin: kulutusta kestävä pinnoite, lisätyt sekoittimet ja pidätysseulat.
• Pienet käyttökustannukset.19 miljoonan RMB:n kokonaisinvestointi ja vain 0,024 RMB/m³:n käyttökustannusten nousu tekevät tästä erittäin kustannustehokkaan verrattuna vaihtoehtoihin, kuten 0,7–0,8 RMB/m³:n MBR.
• Todistettu talvisuorituskyky.Prosessi tuotti voimakkaan poiston alle 12 asteen veden lämpötiloissa, mikä on yleinen haaste biologiselle typenpoistolle lauhkeissa ilmastoissa.
• Skaalautuva ja toistettava.Peräkkäinen yhden säiliön jälkiasennustapa mahdollistaa toteutuksen ilman laitoksen sammuttamista, joten se sopii muille ikääntyville SBR-pohjaisille laitoksille, jotka kohtaavat samanlaisia päivitysvaatimuksia.
MBBR- ja vinoputkiratkaisumme
Tämä tapaustutkimus korostaa integroitujen biologisten ja fysikaalisten käsittelyprosessien kriittistä roolia nykyaikaisissa jätevedenpuhdistamoiden päivityksissä. Yrityksemme tarjoaa täydellisen valikoiman täydentäviä tuotteita juuri tällaisiin projekteihin:
• MBBR-biofilmin kantajat- polyuretaani- ja HDPE-materiaalit, joiden ominaispinta-ala on 400-800 m²/m³ eri prosessikonfiguraatioihin ja käsittelykohteisiin sopivaksi;
• MBBR-retentionäytöt ja -järjestelmät- räätälöityjä SS304 sisään-/ulostulon seulontaratkaisuja kantoaallon katoamisen estämiseksi;
• Kaltevat putkisettlerit- PP/PVC-kennoputkiväliaine tehokkaaseen kiintoaine-neste-erotukseen selkeyttimissä ja sedimentointisäiliöissä, täydentäen biologista MBBR-käsittelyä;
• Hienot kuplalevyhajottimet- EPDM-kalvolevyhajottimet, joiden huokoskoko on 20–50 μm tehokkaaseen ilmastukseen biologisissa reaktoreissa;
• Tekninen tuki- Täydellinen suunnitteluapu MBBR-jälkiasennuksiin, mukaan lukien kantolaitteen valinta, ilmastuksen suunnittelu, pidätysnäytön mitoitus ja prosessin optimointi.
Nosta TN:n poisto 28 %:sta 70 %:iin SBR:ssä
SBR-säiliöiden jälkiasennus MBBR-aineella lisäsi TN-poistoa 69,85 prosenttiin vain 0,024 RMB/m3 lisäkustannuksilla – ei uusia säiliöitä. Juntai MBBR media tekee päivityksestä yksinkertaisen.