Студија случаја МББР+АЦЦА процеса за надоградњу и реконструкцију градског постројења за пречишћавање отпадних вода
У позадини кинеске привреде у процвату, темпо индустријализације и урбанизације значајно се убрзао. Овај процес је неизбежно праћен повећањем испуштања индустријских отпадних вода и кућне канализације из године у годину{1}}за{2}}, што погоршава проблеме загађења воде и утиче на изградњу одрживе еколошке цивилизације Кине. Свеобухватном имплементацијом Акционог плана за превенцију и контролу загађења вода, постављени су строжи захтеви за испуштањем на постројења за пречишћавање градских отпадних вода широм земље. Локални стандарди у неким градовима достигли су квази{5}}Квалитет воде ИВ класе, а за отпадне воде које се испуштају у осетљива водна тела, одређени појединачни индикатори се постепено приближавају стандарду класе ИИИ за површинске воде. Међутим, преостали загађивачи у градским отпадним водама након биолошког третмана су првенствено не-биоразградива органска једињења са слабом биоразградљивошћу. Ослањање искључиво на традиционалне технологије биолошког побољшања постало је недовољно да би се испунили све строжији стандарди емисије.
Активирани кокс поседује високо развијен мезопорозни систем способан да адсорбује макромолекуларне загађиваче у води. Са високом механичком чврстоћом, стабилношћу, добрим перформансама адсорпције и релативно економичном ценом, широко се примењује у третману индустријских отпадних вода које је тешко биоразградити. Последњих година, технологија филтрације која користи активирани кокс као медијум је такође нашла одређене примене у напредном третману комуналних отпадних вода, постижући добре резултате у коначном уклањању загађивача. Комбинујући инжењерски пример из пројекта надоградње у постројењу за пречишћавање отпадних вода у провинцији Хенан, аутор је усвојио МББР+АЦЦА (Ацтиватед Цоке Цирцулатинг Адсорптион) процес за унапређење третмана градских отпадних вода. Индикатори ЦОД, НХ₃-Н и ТП за отпадне воде испуњавају стандард за воду класе ИИИ ГБ 3838-2002, пружајући референцу за пројекте надоградње у другим постројењима за пречишћавање отпадних вода.
1. Основно стање постројења за пречишћавање отпадних вода
Укупни пројектовани капацитет овог постројења за пречишћавање отпадних вода је 50.000 м³/д, укључујући пројектовани капацитет Фазе И од 18.000 м³/д и Фазе ИИ пројектованог капацитета од 32.000 м³/д. Пре свега пречишћава градску кућну канализацију и малу количину индустријских отпадних вода. Надоградња је завршена 2012. године, са ефлуентом који је испуњавао стандард степена 1А Стандарда за испуштање загађујућих материја за комунална постројења за пречишћавање отпадних вода ГБ 18918-2002. Главни процес је вишестепени АО + филтер за денитрификацију + седиментациони резервоар високе густине. Ток процеса је приказан уСлика 1.
Тренутно, постројење за пречишћавање отпадних вода ради скоро пуним капацитетом. На основу тренутних оперативних података, под добрим одржавањем постројења, квалитет отпадних вода може се стабилно одржавати у складу са стандардом ГБ 18918-2002 Граде 1А. Концентрације ефлуента за ЦОД, БОД₅, НХ3-Н, ТН и ТП крећу се од 21,77-42,34 мг/Л, 1,82-4,15 мг/Л, 0,13-1,67 мг/Л, 8,86-15,74 мг/Л, односно 0,12 мг.
Пре надоградње, постројење се суочило са следећим проблемима: 1) Старење и оштећена сита у одељку за предтретман довели су до плутајућег отпада у биолошке резервоаре, лако зачепљујући пумпе и утичући на накнадни третман; 2) Нестабилно уклањање ТН током ниских зимских температура и значајних флуктуација квалитета и количине воде; 3) Недовољна запремина резервоара у биолошким резервоарима Фазе И и неразумна подела аноксичних зона, што доводи до лоше ефикасности уклањања ТН и високе дозе хемикалија за накнадно додавање извора угљеника; 4) Оригинални систем аерације је користио застареле традиционалне центрифугалне дуваљке са великом потрошњом енергије; 5) Озбиљно зачепљење филтера у филтерима за денитрификацију, непотпуно повратно испирање и потешкоће у стабилном раду; 6) Чести кварови опреме за мешање и мешање у таложницима велике густине; 7) Чести кварови на две постојеће тракасте филтер пресе за одводњавање муља, висок садржај влаге обезводњеног муља, велика запремина муља и високи трошкови одлагања муља; 8) недостатак уређаја за контролу мириса за системе за предтретман и третман муља; 9) Застарео централни контролни систем са ограниченим капацитетом складиштења података и губитком већине функција даљинског управљања.
2. Пројектовање квалитета воде
Узимајући у обзир вишегодишње оперативне податке о квалитету воде из постројења, са нивоом поузданости од 90% и укључујући одређену маргину, одређен је квалитет утицаја на пројектовање. На основу захтева за квалитет животне средине пријемног водног тела, побољшани ефлуент ЦОД, БОД₅, НХ₃-Н и ТП морају да испуњавају ГБ 3838-2002 Класа ИИИ стандард воде, док ће ТН и СС бити у складу са оригиналним стандардом. Дизајнерски утицаји и квалитети ефлуента су приказани уТабела 1.
3. Надоградња концепта и тока процеса
3.1 Концепт надоградње
Према пројектованом квалитету отпадних вода, ова надоградња поставља веће захтеве за ЦОД, БОД₅, НХ₃-Н и ТП. Узимајући у обзир тренутни процес постројења, карактеристике квалитета воде и постојеће проблеме, фокус је на побољшаном уклањању ЦОД, НХ₃-Н и ТП уз обезбеђивање стабилног уклањања ТН. Штавише, ограничени расположиви простор унутар постојећег постројења захтева потпуно искоришћавање потенцијала постојећих структура кроз обнову опреме, интензивирање процеса и реновирање, са циљем ефикасног уклањања ЦОД, НХ₃-Н, ТН и ТП. Због тога, коришћење оригиналних-истостепених АО резервоара и додавање суспендованих носача за формирање хибридног биофилм-активног муља МББР процеса може ефикасно да побољша стабилност третмана и отпорност на ударно оптерећење. Дуга старост муља биофилма на носачима је погодна за раст нитрификатора и одржавање високих концентрација нитрификатора, значајно повећавајући капацитет система за нитрификацију. Густи биофилм унутар носача има дугу старост муља, у којем се налазе значајне популације нитрификујућих и денитрификујућих бактерија, омогућавајући истовремену нитрификацију-денитрификацију (СНД) и на тај начин јачајући уклањање ТН. Стога је МББР процес добро-погодан за надоградњу овог постројења.
На основу сличног искуства пројекта надоградње, да би се осигурала стабилна усклађеност за ЦОД и ТП, и даље су потребни додатни заштитни објекти за третман поред постојећег процеса у комбинацији са МББР. Активирани кокс, као порозни материјал, показује значајније перформансе адсорпције у поређењу са активним угљем, ефикасно уклањајући ЦОД, СС, ТП, боју, итд. Штавише, биолошки активирани кокс може да користи везане микроорганизме да разгради органску материју, омогућавајући регенерацију адсорпционих места док адсорбује загађиваче. Овај динамички механизам равнотеже омогућава одржив и стабилан рад система. Процес Ацтиватед Цоке Цирцулатинг Адсорптион (АЦЦА) користи активирани кокс као медијум, интегришући филтрацију и адсорпцију. Користи компримовани ваздух за подизање и чишћење филтерског медија. Путем реверзног{6}}зонирања и уједначеног дизајна протока, обезбеђује потпуни контакт између активираног кокса и отпадне воде, постижући крајње побољшање квалитета воде и гарантујући стабилну усклађеност ефлуента.
Застарела и неисправна опрема фабрике ће бити замењена технолошки напредном, енергетски{0}}ефикасном опремом како би се смањили оперативни трошкови. Конкретно, сита за предтретман ће бити замењена финим ситама са унутрашњим напајањем за пресретање длака и влакана, спречавајући зачепљење сита за задржавање МББР носача.
3.2 Ток процеса
Надограђени ток процеса је приказан уСлика 2. Да би се задовољили захтеви главе, додата је нова пумпна станица за подизање. Новоконструисани филтер типа В- служи као јединица за предтретман за накнадну активирану адсорпцију кокса, обезбеђујући стабилност АЦЦА система. Сирова вода пролази кроз сита и коморе за пијесак да би уклонила плутајуће материјале, длаке и честице пре него што уђе у хибридне МББР биолошке резервоаре за побољшано уклањање азота. Мешана течност затим улази у секундарне бистре за одвајање чврстих материја. Супернатант се подиже преко нове пумпне станице у филтере за денитрификацију и-таложнице велике густине. Ефлуент се затим подиже новом пумпном станицом у филтер типа В- и двостепени активирани резервоар за адсорпцију кокса за напредни третман, даље уклањање ЦОД, ТП, СС, боје, итд. Коначни ефлуент се дезинфикује пре испуштања.
4. Пројектни параметри главних јединица за третман
4.1 Биолошки резервоари
Постојећи биолошки резервоари фазе И подељени су у две групе са релативно малом запремином резервоара, али добром структуром. Због тога су за ову надоградњу, уз испуњавање захтева главе, зидови резервоара подигнути за 0,5 м. Након реновирања, укупна ефективна запремина је 10,800 м³, са укупним ХРТ од 14,4 х и аноксичном зоном ХРТ од 6,4 х, повећавајући време аноксичне ретенције како би се побољшало уклањање ТН. Постојећи биолошки резервоари фазе ИИ имају ефективну запремину од 19.600 м³, укупну ХРТ од 14,7 х и аноксичну зону ХРТ од 6,8 х. Овај пројекат је укључивао замену система за аерацију и неких застарелих потопљених миксера у биолошким резервоарима фазе И и ИИ, као и додавање висећих носача и ретенционих сита. Носачи су направљени од полиуретана или других композитних материјала-високих перформанси, са кубном спецификацијом од 24 мм, специфичном површином од 4.000 м²/м³ и омјером пуњења од 20%. АОР система биолошког третмана је 853,92 кг О₂/х, са брзином довода ваздуха од 310,36 Нм³/мин.
4.2 Подизна пумпна станица и резервоар за отпадну воду
Изграђена је нова пумпна станица за подизање за пумпање ефлуента из -таложника велике густине до филтера типа В- ради даљег третмана. Резервоар за отпадну воду складишти отпадну воду повратног испирања из филтера. Мале пумпе се користе за равномерно пумпање отпадне воде повратног испирања у биолошке резервоаре фазе ИИ како би се избегло ударно оптерећење. Инсталиране су три секундарне подизне пумпе (2 радне + 1 стандби, К=1,300 м³/х, Х=12 м, Н=75 кВ), са контролом фреквентног погона (ВФД). Резервоар отпадне воде за повратно испирање је опремљен са 2 пумпе за пренос (1 радна + 1 приправна, К=140 м³/х, Х=7 м, Н=5.5 кВ) и једном потопљеном мешалицом (Н=2.2 кВ) за спречавање таложења.
4.3 В-Филтер типа
Конструисан је нови филтер типа В- са структурним димензијама 36,9 м (Д) × 29,7 м (Ш) × 8,0 м (В). Користи хомогени филтер од кварцног песка. Филтер је подељен на 6 ћелија распоређених у два реда. Излазна цев сваке ћелије има електрични регулациони вентил за контролу рада константног нивоа воде. Процес повратног прања може се регулисати преко ПЛЦ-а. Пројектована брзина филтрације је 7,0 м/х, принудна брзина филтрације је 8,4 м/х, а површина филтрације за једну{12}}елију је 49,4 м². Интензитет воде за повратно испирање је 11 м³/(м²·х), интензитет повратног ваздуха је 55 м³/(м²·х), а интензитет чишћења површине је 7 м³/(м²·х). Трајање повратног прања је 10 минута. Циклус повратног испирања је 24 сата (подесиво), пере се једна по једна ћелија. Величина медија од кварцног песка је 1-1,6 мм са к₈₀ < 1,3. Користе се ливене-монолитне филтерске плоче на месту.
4.4 Активирани резервоари за адсорпцију кокса
Конструисан је нови резервоар за адсорпцију активираног кокса структурних димензија 49,5 м (Д) × 30,15 м (Ш) × 11,0 м (В). Користи двостепену-конфигурацију филтрације са укупно 36 ћелија, 18 ћелија по степену. Максимална брзина филтрације је 6,02 м³/(м²·х), са просеком од 4,63 м³/(м²·х). Димензије прве -степене једне- ћелије су Д×Ш×В=5.0 м × 5,0 м × 11,0 м, са временом контакта са празним креветом (ЕБЦТ) од 1,4 х. Друге{18}}степене једноструке- димензије су Д×Ш×В=5.0 м × 5,0 м × 9,5 м, са ЕБЦТ од 1,08 х. Систем користи 2.000 тона активираног кокса са величином честица 2-8 мм, опремљен мобилним машинама за прање кокса, разделницима воде, улазним/излазним бранама итд.
4.5 Активирана зграда кокса
Изграђена је нова зграда активираног кокса за складиштење активираног кокса и његово снабдевање у адсорпционе резервоаре. Конструкцијске димензије су 33,5 м (Д) × 13,0 м (Ш) × 6,5 м (В). Главна помоћна опрема укључује: 1 активирано вибрационо сито за одводњавање кокса, 3 пумпе за довод кокса (2 радне + 1 приправне, К=40 м³/х, Х=25 м, Н=7.5 кВ), 2 пумпе за испуштање филтрата (1 радна + 1} 15 х, приправност Х=20 м, Н=18.5 кВ), 2 ваздушна компресора (1 радни + 1 приправни, К=7.1 м³/мин, Н=37 кВ) и резервоар за ваздух (В=2 м³, П=0.8 МПа).
4.6 Соба за одводњавање плоча-и-рама
Нова просторија за одводњавање плоча-и-рама је изграђена поред постојеће просторије за одводњавање муља. Због ограничења простора, конфигурисан је један сет филтер преса-и-раме (површина филтера 300 м²), који је служио као резерва за тракасту филтер пресу. Помоћни објекти укључују један резервоар за кондиционирање (ефективна запремина 80 м³). Количина муља је 6.150 кг ДС/д, са садржајем влаге у згушњеном напојном муљу од 97% и садржајем влаге у деводираном колачу од 60%. Главна помоћна опрема укључује: 2 напојне пумпе (1 радна + 1 приправност, К=60 м³/х, Х=120 м, Н=7.5 кВ), 2 пумпе за воду (1 радна + 1 приправност, К=12 м³/х{}, Х{, 1} пумпа је била (К=20 м³/х, Х=70 м, Н=7.5 кВ), 2 дозирне пумпе (1 радна + 1 приправна, К=4 м³/х, Х=60 м, Н=3 кВ), 1 ваздушни компресор} (К{} кВ/37} сет), 1 ваздушни компресор (К{м{37}) резервоара ваздушног пријемника (В=5 м³, П=1.0 МПа) и 1 сет јединице за припрему ПАМ (К=2 м³/х, Н=1.5 кВ).
4.7 Систем контроле мириса
Додат је нови биофилтрацијски систем за контролу мириса са пројектованим протоком ваздуха од 12.000 м³/х. Цеви од пластике ојачане стаклом (ГРП) се користе за сакупљање и третирање мириса из система за предтретман и третман муља. Оквири од нерђајућег челика и ПЦ плоче издржљивости се користе за заптивање опреме за предтретман.
4.8 Остала ажурирања објеката
- Замењена са 2 фина сита са унутрашњим напајањем са отвором од 5 мм, са пужним транспортерима и резервоаром за воду за прање, В=10 м³ и 2 пумпе за воду за прање (1 радна + 1 приправна, К=25 м³/х, Х=70 м, Н=11 кВ).
- Замењена са 4 ефикаснија вентилатора са ваздушним ослањањем, контролисаним ВФД (3 радна + 1 приправност, К=130 м³/мин, П=63 кПа, Н=150 кВ).
- Замењени филтери у постојећим филтерима за денитрификацију са 1800 м³ керамичког медија (величина честица 3-5 мм).
- Замењене су 2 мешалице за мешање у таложницима велике густине (брзина 60-80 о/мин, Н=5.5 кВ), 4 мешалице за флокулацију (брзина 10-20 о/мин, Н=2.2 кВ) и цевни таложници (260 м²).
- Замењена тракаста филтер преса са ременом ширине 2 м и одговарајућим ваздушним компресором, 1 сет.
- Користећи оригиналну централну контролну собу, ажурирану опрему, инструменте и успостављену централизовану контролу, успоставили смо -систем за комуникацију података у целој фабрици за постизање комуникације података између централне контролне собе и подстаница, као и аутоматизацију контроле производног процеса.
5. Оперативни учинак и технички{1}}економски показатељи
5.1 Оперативне перформансе
Након завршетка овог пројекта надоградње, све јединице за третман су стабилно радиле. Подаци о праћењу квалитета доводне и ефлуентне воде за 2023. годину приказани су уТабела 2.
Као што је приказано, просечне концентрације ефлуента за ЦОД, НХ₃-Н, ТН, ТП и СС биле су 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 и 2,63 мг/Л, са просечним стопама уклањања од 95,16%, 99,45%, 77,37%, односно 77,37%, респективно Отпадни ЦОД, НХ₃-Н и ТП доследно су испуњавали стандард за воду класе ИИИ ГБ 3838-2002.
Надограђени пројекат је у функцији скоро две године. Резултати показују да је МББР+АЦЦА процес стабилан, ефикасан и производи ефлуент високог{2}}квалитета, показујући снажну отпорност на ударна оптерећења и ниске-услове температуре. Чак и уз минималну зимску температуру воде од 9,4 степена и значајне флуктуације квалитета воде, квалитет ефлуента је остао стабилан и задовољавао је стандарде испуштања. Пре и после надоградње, доза извора угљеника се није повећала, али је уклањање ТН значајно побољшано. То је зато што, с једне стране, нитрификујући микроорганизми везани за МББР носаче расту и акумулирају се у стабилном аеробном окружењу, што доводи до потпуније нитрификације. С друге стране, нитрат је даље уклоњен у надограђеним резервоарима МББР и аноксичним резервоарима. Коначни АЦЦА систем делује као заштита, даље адсорбује и уклања непослушне ЦОД, ТП, СС, итд., чинећи квалитет ефлуента стабилнијим. Штавише, након имплементације пројекта, фабрика може да производи-квалитетне регенерисане воде, постављајући темеље за будућу поновну употребу воде.
5.2 Технички{1}}економски показатељи
Укупна инвестиција за овај пројекат износила је 86,937,600 РМБ, укључујући трошкове изградње и инсталације од 74,438,500 РМБ, остале трошкове од 7,593,500 РМБ, непредвиђене трошкове од 4,101,600 РМБ и почетни обртни капитал од 804,000 РМБ. Након стабилног рада система, додатни трошак електричне енергије за цело постројење је 0,11 РМБ/м³, трошак активираног кокса је 0,39 РМБ/м³, што резултира укупним повећањем оперативних трошкова од приближно 0,50 РМБ/м³.
6. Закључак
- Овај пројекат је имплементирао обнову опреме, интензивирање процеса и реновирање у постојећем постројењу за пречишћавање отпадних вода и додао напредни третман, побољшавајући ефикасност уклањања за ЦОД, НХ₃-Н, ТН и ТП.
- Након надоградње, коришћењем главног „МББР+АЦЦА“ процеса, ефлуентни ЦОД, НХ₃-Н и ТП стабилно су побољшани са степена 1А на стандард површинске воде класе ИИИ, а уклањање ТН је значајно побољшано.
- Пракса показује да овај процес функционише стабилно и ефикасно, отпоран је на ударе оптерећења, производи високо{0}}квалитетне отпадне воде и додаје оперативне трошкове од приближно 0,50 РМБ/м³. Може послужити као референца за пројекте надоградње и иницијативе за поновно коришћење воде у другим постројењима за пречишћавање отпадних вода.