Поређење дво-степених АО и тростепених АО процеса: инжењеринг Перспецтиве
Тренутно, већина постројења за пречишћавање отпадних вода (ППОВ) у Кини усваја процесе засноване на активном муљу-за третман отпадних вода. Међу њима, скоро половина користи аноксични-оксидни (АО) процес. АО процес нуди предности као што су стабилан рад и ниска цена. Међутим, његова ефикасност уклањања укупног азота (ТН), обично у распону од 60% до 80%, је ограничена унутрашњим односима рециклирања. Са све строжим националним захтевима за уклањање азота, конвенционални једностепени АО процеси се често боре да испуне захтеве за третманом ТН. Тако су се појавили-вишестепени АО процеси. Повезивањем два или више АО фаза у серију, нитрат произведен у претходној аеробној фази обезбеђује супстрат за денитрификацију у следећој аноксичној фази. Овим се постиже циљ смањења унутрашњег односа рециклаже уз повећање укупног уклањања ТН-а. Међутим, прекомерне фазе такође могу повећати оперативну сложеност. Сходно томе, најчешће примењене конфигурације у Кини су тренутно двостепени-и тростепени- АО процеси. Овај рад представља компаративну анализу дво-и тростепених- АО процеса који користе ППОВ у јужној Кини као студију случаја, са циљем да пружи референцу за избор техничких рута у сличним пројектима.
1 Преглед пројекта
ППОВ у јужној Кини покрива укупну површину од 8 хектара. Његов првобитни пројектовани капацитет био је 90.000 м³/д, са квалитетом отпадних вода који је био потребан да испуни стандарде А разреда „Стандарда за испуштање загађујућих материја за комунална постројења за пречишћавање отпадних вода“ (ГБ 18918-2002) и „Границе испуштања загађивача воде (ДБГ Провин Гуце“). 44/26-2001) (у даљем тексту „Квази-Класа В“). Фабрика је радила пуним капацитетом. Према релевантном планирању, било је потребно проширење. Будући стандарди за отпадне воде, засновани на тренутном статусу, морали су да узму у обзир дугорочни захтев за ТН мањим или једнаким 10 мг/Л. Свеобухватно узимајући у обзир стварне услове локације, степен грађевинске изградње за ово проширење је постављен на 70.000 м³/д. Постројење би радило на 50.000 м³/д у блиској будућности и достигло скалу од 70.000 м³/д у дугорочном периоду, чиме би укупни капацитет постројења за третман био 160.000 м³/д. Пројектовани квалитет доводне и ефлуентне воде је приказан уТабела 1.
Због ограничења локације, прелиминарни план за проширење је усвојио руту процеса „Више-степени АО + периферни-у периферији-ван правоугаоног таложника + високо{5}}таложник за седиментацију високе ефикасности + фибер плоча{8}Ф{8}Ф. Цивилни објекти свих већих блокова су изграђени за 70.000 м³/д, док је опрема инсталирана за капацитет од 50.000 м³/д. Биолошки резервоар би у блиској будућности користио вишестепени АО процес. Дугорочно гледано, додавање суспендованих носача би створило хибридни биофилм{17}}процес активираног муља како би се задовољила потреба за проширењем капацитета од 40%. За овај дизајн, хидраулички услови су узети у обзир за скалу од 70.000 м³/д, док је биолошки третман пројектован за скалу од 50.000 м³/д. Пошто је овај пројекат имао за циљ да усвоји више{25}}степени АО процес, спроведено је поређење између дво{26}}и тростепеног-степеног АО.
2 Поређење двостепених и тростепених- АО процеса
2.1 Ток процеса
Основни принцип вишестепеног АО процеса је коришћење нитрата произведеног у претходној аеробној фази за денитрификацију у следећој аноксичној фази, чиме се смањује унутрашњи однос рециклаже. Теоретски, више фаза доводи до бољег уклањања ТН-а, али контрола постаје сложенија. У инжењерској пракси преовлађују двостепени и тростепени- АО. Њихови токови процеса су приказани уСлика 1. За двостепени АО-, унутрашње рециклирање се обично дизајнира у оквиру првог АО степена. За тростепени АО, унутрашње рециклирање се генерално не користи. ППОВ у Пекингу који користе двостепени АО процес укључују Кингхе (400.000 м³/д), Ксиаохонгмен (500.000 м³/д), Гао'антун (400.000 м³/д), Дингфузхуанг (200.000 м³/д), и Хуаохонгмен (200.000 м³/д), и м³/д). Овај процес нуди предности као што су једноставна опрема, ниски трошкови рада и одржавања, јака отпорност на ударна оптерећења и висока компатибилност са другим процесима, олакшавајући будуће надоградње како би се испунили виши стандарди за отпадне воде. Теоретски, тростепени АО у серији може елиминисати потребу за унутрашњом опремом за рециклирање, омогућити рационалнију алокацију извора угљеника и смањити инвестиционе и оперативне трошкове. Овај процес се првенствено примењује у сценаријима са довољним изворима угљеника и високим захтевима за уклањање азота. Типични случајеви укључују ППОВ Кујинг у Јунану (80.000 м³/д), градско ППОВ у округу Нингхе у Тиањину (90.000 м³/д), Зханггуизхуанг ППОВ у Тиањину (200.000 м³/д) и план Рецлам Беијингу0000 м³/д).
2.2 Поређење процеса
Узимајући у обзир да на овој локацији није доступно додатно земљиште за будуће надоградње и да неки нови локални пројекти већ имплементирају стандард ТН за отпадне воде мањи од или једнак 10 мг/Л, поређење процеса узима у обзир да је ТН биолошких ефлуента мањи или једнак 10 мг/Л како би се прилагодила могућност даљих строжих захтјева за отпадним водама у будућности. Остали показатељи су се придржавали пројектованог квалитета ефлуента. На основу распореда, за скоро{4}}терминалну скалу од 50.000 м³/д, максимално хидраулично време задржавања (ХРТ) за биолошки резервоар било је 18 сати. Комбинујући стварне услове пројекта, резултате БиоВин симулације и погодност спајања са суспендованим носачима, спроведено је поређење између дво-и тростепених- АО процеса.
2.2.1 БиоВин симулација
Почетни ХСТ од 18 сати је постављен и постепено смањен. Минимални ХРТ који је достигао ефлуентну потребу за ТН био је 14 сати. За два-степена АО, тачке дистрибуције утицаја биле су анаеробна зона, прва-аноксична зона и друга-степена аноксична зона. За тро-степени АО, тачке утицаја су биле анаеробна зона, друга-аноксична зона и трећа-аноксична зона.
① Студија са фиксним односом дистрибуције утицаја
Подешавајући однос дистрибуције утицаја на 4:3:3 за обе, симулације су упоређивале три шеме: двостепени АО (однос рециклаже 200%), тростепени АО са укупним односом рециклаже од 200% (100% рециклажа у оквиру првог АО степена + 100% трећа зона Аокиц рецицле из прве зоне у зону Окиц). тростепени АО са односом рециклаже од 100% (рециклирај само у оквиру прве АО фазе). Токови симулације су приказани уСлика 2.
Табела 2приказује резултате симулације за фиксни однос утицаја на ХРТ=14 х.
Из табеле 2 се може видети да се и за двостепени- и тростепени- АО препоручује да се подеси унутрашњи рециклажу у првој АО фази да би се максимизирала денитрификација у првој аноксичној зони коришћењем извора угљеника у сировом инфлуенту. За тростепени АО, подешавање унутрашњег рециклаже од краја треће фазе до прве аноксичне зоне је мало побољшало уклањање ТН и ТП, али је смањена ефикасност уклањања органске материје. Ово је спекулација која се приписује повећаном укупном протоку у биолошком резервоару услед рециклаже, који је носио растворени кисеоник у аноксичну зону, утичући на аноксичну средину. Поред тога, стварни ХРТ у свакој зони је скраћен, а прелаз између радних услова убрзан, што је довело до смањене ефикасности. За утицајне карактеристике попут оних у овом пројекту у јужној Кини, где концентрација ТН није веома висока, двостепени АО може у потпуности да испуни захтеве за отпадне воде, не показујући очигледну предност за тростепени АО. За сценарије са високим ЦОД-ом и високим утицајем ТН-а, тростепени АО би-могао бити прикладнији.
② Студија о прилагођавању односа дистрибуције утицаја
И дво-и тростепени- АО су постављени са 100% интерним односом рециклаже у првој АО фази. Студије су спроведене на више-односа утицаја дистрибуције (1:0:0, 3:7:0, 2:4:4). Овде, 1:0:0 значи да сви утицајни улазе на самом фронту; 3:7:0 за тро-степени АО значи да се утицај дистрибуира само на анаеробну зону и други АО степен. Резултати симулације за прилагођене односе дистрибуције су приказани уТабела 3.
Из табеле 3 се може видети да однос расподеле има благи утицај на квалитет ефлуента. Општи тренд је да како се пропорција инфлуента дистрибуираног у каснијим фазама повећава, концентрације ТН, НХ₃-Н и ТП у ефлуенту расту, а потражња за аерацијом такође постепено расте. Када је однос утицаја био 3:7:0, тростепени АО је показао нешто боље уклањање ТН-а и нешто нижи однос ваздуха-на-вода него двостепени АО-. Међутим, у стварном раду ова разлика је генерално занемарљива. Штавише, повећање пропорције утицаја у каснијим фазама, док је корисно за коришћење извора угљеника у денитрификацији, неизбежно повећава оптерећење биохемијских реакција услед уноса НХ₃-Н, органске материје и ТП. Због тога се препоручује да задржите конфигурацију више{15}}тачака утицаја и извршите постепена прилагођавања на основу стварног квалитета воде током рада. Вреди напоменути да иако је тростепени АО показао боље уклањање ТН него двостепени АО у односу на утицај 2:4:4, како се утицај у каснијим фазама повећавао, ефлуент НХ₃-Н је показао тренд раста, у ком тренутку НХ₃{22}}Н више није могао да испуњава{2}стандардни флуктуација.
③ Учинак третмана двостепеног и тростепеног АО
Тростепена АО конфигурација је симулирана са ХРТ=14 х, једнаким размерама запремине за сваки степен (1:1:1), 100% унутрашњег рециклирања постављеним у првом АО степену и односом утицаја од 4:3:3, под два услова: са 100% рециклирањем и са затвореним рециклирањем. Двостепена АО конфигурација је симулирана са ХРТ=14 х, 100% интерног скупа за рециклирање и односом утицаја од 4:3:3. Резултати су показали да је двостепени АО постигао оптимални ефлуент ТН од 6,29 мг/Л; тростепени АО са 100% унутрашњим рециклирањем на предњој страни је постигао следећи најбољи на 7,51 мг/Л; тростепени АО без унутрашњег рециклирања показао је лошији учинак на 8,52 мг/Л. Сва три сценарија би могла да испуне захтев за верификацију ефлуента (ТН мањи или једнак 10 мг/Л).
Табела 4приказује поређење параметара дизајна између двостепеног-и тростепеног-АО. Може се видети да је за оба процеса ХРТ потребан за постизање захтева за ефлуентном ТН мање од 18 сати. Главне разлике између ова два процеса су следеће:
а. Теоретски, тростепени АО има вишу горњу границу; тј., ако се правилно користи, и инвестициони и оперативни трошкови могу бити нижи. Двостепени{4}}АО има мање ставки опреме и фаза, што резултира нижим трошковима опреме и мањим потешкоћама у оперативном управљању.
б. За овај конкретан пројекат, пошто је узето у обзир дугорочност и запремина резервоара пројектована за 18-ХРТ, цивилна инвестиција би била идентична без обзира да ли се усваја двостепени или тростепени- АО. Цена опреме за тростепени АО је већа. Стога је, из перспективе улагања, усвајање двостепеног АО економичније.
ц. Што се тиче оперативних трошкова, тростепени АО би могао да уштеди приближно 0,002 ЦНИ/м³ елиминисањем 100% трошкова енергије рециклирања мешавине алкохолних пића. Узимајући у обзир потенцијално смањење ефикасности коришћења извора угљеника у стварном раду услед наизменичних аноксичних/оксидних услова у тростепеном АО, стварна разлика у оперативним трошковима би вероватно била још мања.
2.2.2 Анализа дугорочно-сценарија суспендованог носиоца
Због јединствених захтева овог пројекта, биолошки резервоар је морао да размотри изводљивост и погодност дугорочног-плана проширења капацитета, односно утицај додавања суспендованих носача.
Срж МББР процеса је повећање биомасе у реактору додавањем суспендованих носача. Они се могу додати у аеробне, аноксичне или анаеробне резервоаре. Међутим, с обзиром на флуидизацију носача, њихово додавање у анаеробне или аноксичне резервоаре би значајно повећало захтеве за снагом мешања. Због тога се првенствено препоручује додатак аеробним резервоарима. Запремина за анаеробне/аноксичне зоне може се допунити одвајањем од аеробне зоне, док се недостатак аеробне запремине надокнађује додавањем носача. Другим речима, недовољну аеробну запремину сноси повећана површина суспендованих носача, која се израчунава на основу конверзије оптерећења загађујућих материја да би се одредила потребна количина носача, контролишући одређени однос пуњења да би се добила додата запремина.
На основу прорачуна, ако се усвоји двостепени АО процес и додају сви суспендовани носачи у прву-аеробну зону на дужи рок, потребна површина МББР носача би била 2.597.708 м², што би коштало 12,99 милиона ЦНИ. Остали повезани трошкови фиксне опреме (укључујући МББР системе за флуидизацију, наменске мешалице, системе за просијавање и интелигентне системе управљања) износили би 6,15 милиона ЦНИ. Ако се усвоји тростепени АО процес, због више дисперзованих зона, МББР зона би морала бити подељена на 2 секције (прва-фаза и друга-аеробна зона). Сходно томе, цена за инсталирање одговарајуће МББР фиксне опреме (без самих носача) би се незнатно повећала на 7,77 милиона ЦНИ, док би цена носача остала иста. То значи да би усвајање тростепеног АО-а повећало будућа улагања у реконструкцију за 1,62 милиона ЦНИ, а такође би повећало сложеност накнадне уградње. Штавише, систем скрининга је област која је најсклонија проблемима након додавања носача. Тростепени{20}}АО додаје додатни део екрана, повећавајући потешкоће у раду.
Из горњег поређења, због превелике партиције у тростепеном АО, при чему свака партиција има сличну запремину, њена потешкоћа накнадног прилагођавања је већа него код двостепене АО. Изградња, оперативна сложеност и додатак опреме за скрининг такође резултирају већим улагањима у односу на двостепени АО. Због тога је усвајање двостепеног АО-погодније за будуће повезивање са суспендованим носачима.
2.3 Резултат поређења
На основу горње анализе, и дво-и тростепени- процеси АО могу да постигну циљ ТН ефлуента мањи од или једнак 10 мг/Л. Под граничним условима овог пројекта-ограниченог простора, потреба за максимизирањем скоро{5}}запремине резервоара и дугорочним-планом за додавање суспендованих носача-двостепени-АО има предности у погледу скоро-улагања и погодности управљања/одржавања опреме. Такође нуди већу компатибилност за будућу накнадну уградњу са висећим носачима, што резултира мањим укупним улагањима и смањеним ретрофитом и оперативним потешкоћама. Стога, након свеобухватног разматрања, за овај дизајн је препоручен двостепени АО процес.
3 Оперативне перформансе
Укупна процењена инвестиција за овај пројекат је 304,5721 милиона ЦНИ, са трошковима изградње од 243,6019 милиона ЦНИ, што значи јединични трошак изградње од 3,480,03 ЦНИ/м³. Цена третмана је 1,95 ЦНИ/м³, а оперативни трошак је 1,20 ЦНИ/м³.
За овај пројекат, биолошки резервоар има укупно ХРТ од 18 сати (састоји се од: анаеробне зоне 2 х, прве-аноксичне зоне 3,5 х, прве{4}}аеробне зоне 7,5 х, дегас зоне 0,5 х, друге-фазе 2 аноксичне зоне.59} друге фазе аноксичне зоне. 2 х), са ефективном дубином воде од 8,6 м. Имплементиран је подесиви секцијски унос воде, што омогућава прилагођавање односа дистрибуције дотока у корацима од 20% по потреби. У стварном раду, концентрација смеше суспендованих течности (МЛСС) у биолошком резервоару се креће од 3.500 до 4.000 мг/Л, однос поврата муља се креће од 40% до 100%, а интерни однос рециклаже мешане течности се креће од 100% до 200%. Стварни доток и квалитет ефлуента су приказани уТабела 5, што је у основи у складу са резултатима симулације.
4 Закључак
Користећи ППОВ у јужној Кини као студију случаја, спроведено је техничко и економско поређење између дво{0}}и тростепених- АО процеса уз помоћ БиоВин симулације. Двостепени-АО, са мање ставки опреме и фаза, нижим трошковима опреме и нижим оперативним потешкоћама у управљању, погоднији је за услове у јужној Кини где утицај ТН није веома висок. За тростепени АО, постављање унутрашњег рециклирања од краја треће фазе до прве аноксичне зоне негативно је утицало на ефикасност уклањања ТН-а, повећало потешкоће у оперативном управљању и повећало трошкове улагања. Дизајн истовремено испуњава-захтеве за краткорочни третман од 50.000 м³/д и ТН мањи или једнаки 10 мг/Л, док се дугорочна-скала од 70.000 м³/д може постићи спајањем са висећим носачима. Стварни оперативни резултати су у великој мери конзистентни са резултатима БиоВин симулације, са просечним ТН ефлуента од 6,86 мг/Л, што испуњава захтеве дизајна.