BIOLAK-prosessin soveltaminen jätevedenkäsittelylaitoksen päivittämiseen kvasi{0}}luokan IV standardeihin
Kiinassa 2000-luvun alussa esitelty BIOLAK-prosessi sai laajan käytön kunnallisjätevesien käsittelyssä yksinkertaisen rakenteensa ja alhaisten investointikustannusten ansiosta. Viime vuosina purkamisstandardien tiukentuessa ja automaation lisääntyessä useimpia olemassa olevia BIOLAK-laitoksia on päivitetty. Parannuksia, kuten ripustettujen kannattimien lisääminen, säiliöiden jälkiasennus ja toiminnallisten vyöhykkeiden uudelleenmäärittely, on toteutettu typen ja fosforin poiston parantamiseksi. Vaikka äskettäin rakennetuissa laitoksissa käytetään pääasiassa A²/O- ja hapetusojaprosesseja, BIOLAKin todellisesta suorituskyvystä on vain vähän raportteja, erityisesti tiukkojen päästöstandardien alaisuudessa. BIOLAK-prosessissa käytetään heiluvia ilmastusketjuja luomaan ajallisia anoksisia ja aerobisia vyöhykkeitä, jotka toimivat olennaisesti monivaiheisena A/O-prosessina. Toiminnan optimoinnin ansiosta jäteveden laatu voi vakaasti täyttää lähes -luokan IV pintavesistandardin.
1 Projektin tausta
Hebein maakunnassa sijaitseva jätevedenpuhdistamo käyttää BIOLAK-prosessia ydinteknologianaan. Sisäänvirtaus vaihtelee 18 000 - 22 000 m³/d, keskimäärin 19 000 m³/d, ja se käsittelee ensisijaisesti kaupunkitalousjätevesiä ja pienen määrän maatalouden käsittelyjätevettä. Suunnitellut tulo- ja poistoveden ominaisuudet on esitetty kohdassaTaulukko 1. Alkuperäinen päästöstandardi oli A-luokan standardi *"Yhdyskuntajätevedenkäsittelylaitosten epäpuhtauksien päästöstandardi" (GB 18918-2002)*. Päivityksen jälkeen, johon sisältyi anaerobisen vyöhykkeen osiointi denitrifikaation ja fosforinpoiston tehostamiseksi, laitos täyttää nyt *"Daqing-joen altaan vesistöjen poistostandardit" (DB13/2795-2018)* tärkeimpien valvonta-alueen rajojen. Kokonaistyppeä lukuun ottamatta kaikki muut indikaattorit täyttävät luokan IV standardit, jotka on määritelty kohdassa *"Environmental Quality Standards for Surface Water" (GB 3838-2002)*. Prosessin kulku näkyy kuvassaKuva 1.
Tehdas käyttää desinfiointiin natriumhypokloriittia. Lietteestä poistetaan vesi korkeapaine-levy- ja runkosuodatuksella alle 60 %:n kosteuspitoisuuteen ennen kuin se kuljetetaan yhteiskäsittelyyn sementtiuuneissa.
Kunkin käsittelyyksikön vaikutus epäpuhtauksien poistoon laskettiin massataseen perusteella kirjallisuudesta viitatuilla menetelmillä.
2 Toiminnanohjauksen optimointitoimenpiteet
Käytön aikana toteutettiin useita optimointitoimenpiteitä jäteveden vakauden parantamiseksi sekä energia- ja kustannussäästöjen saavuttamiseksi.
2.1 Enhanced Dissolved Oxygen (DO) -kontrolli
Nykyiset BIOLAK-jälkiasennusprojektit havaitsevat usein sen heikon kaavoituksen monivaiheisena A/O-muunnelmana, mikä johtaa alhaiseen denitrifikaatiotehokkuuteen. Tässä projektissa, samalla kun varmistettiin jäteveden ammoniakkitypen vaatimustenmukaisuus, maksimi DO ilmastusvyöhykkeen lopussa pidettiin 0,5–1,0 mg/L, mikä on pienempi kuin tavanomaiset DO-valvontavaatimukset.
2.2 Lisääntynyt prosessitietojen valvonta
DO-ohjauksen ja ulkoisen hiilenlähteen annostelun ohjaamiseksi tarkkailtiin nitraattityppeä ja ammoniakkityppeä anaerobisen vyöhykkeen ja BIOLAK-säiliön päässä optimaalisten säätöalueiden määrittämiseksi. Käytön aikana ulkoisen hiililähteen annostelua vähennettiin tai se lopetettiin, kun nitraattityppeä anaerobisen vyöhykkeen päässä oli<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3 Sisäisten jätevedenvalvontatavoitteiden asettaminen
Vakaan noudattamisen varmistamiseksi sisäisen valvonnan tavoitteet asetettiin 30–80 %:iin päästörajoista kunkin epäpuhtauden hallinnan vaikeuden perusteella. Näiden sisäisten rajojen ylittäminen laukaisi välittömät prosessiparametrien säädöt jätevesien pitoisuuksien palauttamiseksi hyväksyttävälle alueelle. COD:n, ammoniakkitypen, kokonaistypen ja kokonaisfosforin vuotuiset sisäisen valvonnan tavoitteet olivat 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L ja 0,12 mg/L.
2.4 Sopivan lietteen pitoisuuden ylläpitäminen
Lietteen hukkaa säädettiin virtauksen, kuormituksen ja vuodenajan mukaan. Lietteen retentioaika (SRT) pidettiin 15–25 vuorokaudessa ja sekalipeän suspendoituneen kiintoaineen (MLSS) pitoisuus 2 500–4 500 mg/l. Tarkemmin sanottuna MLSS:ää säädettiin välillä 2500–3500 mg/L kesällä ja syksyllä lietekuormalla noin 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d) ja 3 500–4 500 mg/l talvella ja keväällä, lietekuormalla noin 0,04 kgSS·d/(kg MLSS·d).
2.5 Kehittyneiden hoitoyksiköiden toiminnan säätäminen
Talven alhaiset lämpötilat vaikuttivat flokkulaatioon ja sedimentaatioon. V--tyypin suodattimien ennenaikainen takaisinhuuhtelu voi johtaa kohonneisiin jätevesien suspendoituneisiin kiintoainepitoisuuksiin ja COD-pitoisuuteen. Tästä syystä talvikäytön aikana vastahuuhtelutiheyttä lisättiin koagulaatiotehokkuuden perusteella, ja lietteen poistoa koagulaatio-sedimentaatiosäiliöstä tehostettiin jäteveden suspendoituneen kiintoaineen pitoisuuden vähentämiseksi.
3 Hoidon suorituskyky
Vuotuinen COD vaihteli välillä 109-248 mg/l, keskimäärin 176 mg/l. Jäteveden COD vaihteli välillä 9,5-20,1 mg/l, keskimäärin 12,1 mg/l. Kun jäteveden COD ylitti sisäisen valvonnan tavoitteen (15 mg/L), suodattimen takaisinhuuhtelutiheyttä lisättiin suspendoituneiden kiintoaineiden vähentämiseksi. Koagulaatio{10}}sedimentaatiosäiliö on suositeltavaa päivittää korkean
Vuotuinen sisäänvirtaava ammoniakkityppi vaihteli välillä 17,8-54,9 mg/l, keskimäärin 31,9 mg/l. Poistettavan ammoniakkitypen pitoisuus vaihteli välillä 0,12-1,30 mg/l, keskimäärin 0,5 mg/l. Kun se ylitti sisäisen valvonnan tavoitteen, ilmastusta säädettiin optimointitoimenpiteiden mukaan. Jäteveden laatu täytti vakaasti *DB13/2795-2018* tärkeimmät valvonta-alueen rajat koko vuoden ajan.
Alhaisen hiililähteen pitoisuuden vuoksi painopiste oli prosessiolosuhteiden optimoinnissa typen ja fosforin poiston tehostamiseksi energia- ja kustannussäästöjen saavuttamiseksi.
3.1 DO-ohjauksen optimointi ja typen kokonaispoisto
Vuotuinen sisäänvirtaava kokonaistyppi (TN) vaihteli välillä 20,3 - 55,6 mg/l (ks.Kuva 2), keskimäärin 42,1 mg/l. Poistoveden TN vaihteli välillä 2,5-14,2 mg/l, keskimäärin 8,8 mg/l sisäisen kontrollin tavoitteen (12 mg/l) sisällä. Keskimääräinen TN-poistoaste oli 79,1 %. Kun lietteen kierrätyssuhde oli 90 % (ei sisäistä sekalipeän kierrätystä), teoreettinen denitrifikaatiotehokkuus oli 47,4 %, mikä osoittaa, että denitrifikaatiota tapahtui myös muilla prosessivyöhykkeillä anaerobisen valitsimen ulkopuolella. Typen muutokset käsittelysarjassa tyypillisessä syklissä on esitetty kuvassaKuva 3.
Tyypillisessä syklissä sisäänvirtaava TN oli 42,0 mg/l, ammoniakin ja nitraattitypen summan ollessa 35,2 mg/l. Anaerobisen valitsimen jälkeen TN oli 16,7 mg/l, mikä johti 43,5 %:n poistumisnopeuteen massatasapainon kautta, mikä on teoreettisen arvon mukainen. BIOLAK-säiliö vaikutti 24,0 % TN:n poistoon. Jäteveden TN väheni edelleen toissijaisessa sedimentointisäiliössä, mikä lisäsi 11,3 %:n poistoa, mikä johtuu pääasiassa sen pitkän hydraulisen retentioajan (8,6 tuntia) ansiosta, mikä mahdollistaa endogeenisen hiililähteen{10}}ohjatun denitrifikaation. Muiden yksiköiden osuus oli 1,9 %. Lopullinen jätevesi TN oli 8,1 mg/L ja kokonaispoistoaste 80,7 %.
Käyttökokemus osoittaa, että DO-ohjaus on ratkaisevan tärkeä TN-poistossa BIOLAK-prosessissa. Perinteisissä prosesseissa DO mitataan tyypillisesti aerobisen alueen päässä kanavarakenteessa, jossa DO on suhteellisen tasainen poikkileikkauksella. BIOLAK-säiliössä ilmastusvyöhykkeen pää on kuitenkin lähes 70 metriä leveä, jolloin DO kasvaa rinteen reunasta keskelle eroten 0,5–1,0 mg/l. Siksi DO-anturien sijainti vaatii huolellista huomiota.
Säätämällä tiukasti DO:n maksimiarvoa BIOLAK-ilmastusvyöhykkeen lopussa, varmistettiin tehokkaasti denitrifikaatioon tarvittava hapoton ympäristö. Saavutettiin samanaikainen nitrifikaatio ja denitrifikaatio (SND) käyttämällä endogeenisiä hiililähteitä, mikä johti tehokkaaseen TN:n poistoon.
3.2 Fosforin kokonaispoisto ja toiminnan optimointi
Vuotuinen sisäänvirtaava kokonaisfosfori (TP) vaihteli välillä 1,47-4,80 mg/l (ks.Kuva 4), keskimäärin 2,99 mg/l. Poistoveden TP vaihteli välillä 0,04 - 0,17 mg/l. Fosforinpoistoaineen annostusta säädettiin sisäisen kontrollitavoitteen (0,12 mg/l) perusteella. Keskimääräinen jäteveden TP-pitoisuus oli 0,07 mg/L, joka täytti vakaasti poistostandardin, keskimääräisen TP:n poistonopeuden ollessa 98,3 %.
Fosfaatin muutokset käsittelyjakson aikana tyypillisessä syklissä on esitetty kuvassaKuva 5.
Sisäänvirtaava fosfaatti oli 2,70 mg/l ja paluulietefosfaatti 0,58 mg/L, jolloin teoreettinen fosfaatti, joka tulee anaerobiseen valitsimeen, oli 1,70 mg/l. Polyfosfaattia -akkumuloivien organismien (PAO) aiheuttaman anaerobisen fosforin vapautumisen jälkeen fosfaattipitoisuus saavutti 3,2 mg/l. Fosfaattipitoisuussuhde (maksimi anaerobisella alueella / sisäänvirtaus) oli 1,9, mikä viittaa merkittävään vapautumiseen. Pääsyynä oli tehokas denitrifikaatio alhaisissa DO-olosuhteissa, mikä johti alhaiseen nitraattipitoisuuteen paluulietteessä anaerobiselle vyöhykkeelle, ylläpitää hyvää anaerobista ympäristöä (ORP yleensä alle -200 mV) ja edistää fosforin vapautumista.
BIOLAK-ilmastusvyöhykkeen jälkeen tapahtui huomattavaa fosforinottoa, jolloin fosfaattipitoisuus pieneni lopussa arvoon 0,3 mg/l, jolloin biologinen fosforinpoistotehokkuus oli 88,9 %. Sedimentointi- ja stabilointisäiliöiden jälkeen fosfaattipitoisuus nousi arvoon 0,64 mg/l. Analyysi viittaa siihen, että tämä johtui sedimentaatiosäiliön pitkästä HRT-ajasta ja BIOLAK-säiliön tiukasti kontrolloidusta DO:sta, mikä loi anaerobisen tilan sedimentaatiosäiliöön ja aiheutti sekundaarisen fosforin vapautumisen. Kemiallisen annostelun jälkeen koagulointiyksikössä poistofosfaattia vähennettiin arvoon 0,06 mg/l. Siksi, kun otetaan huomioon taloudelliset kustannukset ja toiminnan monimutkaisuus, biologisen fosforinpoistotehokkuuden uhraaminen denitrifikaation parantamiseksi on toteuttamiskelpoinen optimointistrategia vastaaville laitoksille.
4 Käyttökustannukset
Suorat käyttökustannukset sisältävät sähkön, kemikaalit ja lietteen hävittämisen. Vuositilastojen perusteella ominaissähkönkulutus oli 0,66 kWh/m³. Kun sähkön hinta oli 0,65 CNY/kWh (perustuen huippu-/off{4}}huipun hintojen yhdistelmään), sähkön hinta oli 0,429 CNY/m³. Tämä kulutus on korkeammalla puolella "Yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden toiminnan laadun arviointistandardin" mukaan, mikä johtuu pääasiassa ilmastusjärjestelmän hieman alhaisemmasta hapen hyötysuhteesta. Kemikaalikustannukset, mukaan lukien natriumasetaatti, fosforinpoistoaine, PAM, natriumhypokloriitti ja vedenpoistokemikaalit, olivat yhteensä 0,151 CNY/m³. Erityinen käyttö ja kustannukset näkyvät kohdassaTaulukko 2.
Liete on peräisin pääasiassa biologisista ja kemiallisista lähteistä (koagulaatiosäiliö). Korkeapaineista-levy- ja runkosuodatinta käytetään kalkin ja rautakloridin kanssa hoitoaineina. Kalkin annostus on noin 25 % kuivan lietteen painosta. Vedettömän kakun kosteuspitoisuus on 60 %. Päivittäinen kuivatun lietteen tuotanto on noin 9 tonnia, ja kuivalietteen ominaissaanto on noin 0,15 %. Lietteen kuljetuskustannukset ovat 250 CNY/tonni, jolloin lietteen hävittämiskustannukset ovat noin 0,118 CNY/m³. Siksi suorat tuotantokustannukset ovat yhteensä 0,698 CNY/m³.
5 Johtopäätökset
① Hebein maakunnassa sijaitseva jätevedenpuhdistamo, joka käytti BIOLAK-prosessia yhdyskuntajätevesien käsittelyyn, toimi yhtäjaksoisesti vuoden ajan ja jäteveden laatu täytti vakaasti *DB13/2795-2018* (Quasi-Class IV pintavesistandardi) valvonta-alueen tärkeimmät rajat.
② Monivaiheisen A/O-prosessin muunnelmana maksimi DO:n säätäminen BIOLAK-ilmastusvyöhykkeen lopussa 0,5–1,0 mg/L johti TN:n poistoasteeseen BIOLAK-alueella 24,0 % ja sedimentaatiosäiliössä 11,3 %:iin. Tämä saavutti samanaikaisen nitrifikaation-denitrifikaation ja endogeenisen hiililähteen denitrifikaation, mikä osoitti merkittävää typenpoistokykyä.
③ BIOLAK-prosessin suorat käyttökustannukset olivat 0,698 CNY/m³. Toiminnan optimointitoimenpiteet, mukaan lukien prosessitietojen seuranta ja kohtuullisten sisäisen valvonnan tavoitteiden asettaminen, voivat tarjota referenssejä toiminnan optimointiin ja energia-/kustannussäästöjen saavuttamiseen vastaavissa jätevedenpuhdistamoissa.