Примена БИОЛАК процеса у надоградњи постројења за пречишћавање отпадних вода на квази{0}} стандарде ИВ класе
Уведен у Кину почетком 21. века, БИОЛАК процес је добио широку примену у пречишћавању комуналних отпадних вода због своје једноставне структуре и ниских трошкова улагања. Последњих година, са пооштравањем стандарда за испуштање и повећањем аутоматизације, већина постојећих БИОЛАК постројења суочава се са надоградњом. Побољшања као што су додавање суспендованих носача, накнадна опрема резервоара и редефинисање функционалних зона се примењују како би се побољшало уклањање азота и фосфора. Док новоизграђена постројења претежно усвајају А²/О и процесе оксидационог јарка, мало је извештаја о стварним перформансама БИОЛАК-а, посебно под строгим стандардима емисије. БИОЛАК процес користи покретне аерационе ланце за стварање временских аноксичних и аеробних зона, које у суштини функционишу као више-фазни А/О процес. Кроз оперативну оптимизацију, квалитет отпадних вода може стабилно да задовољи квази{7}}стандард за површинске воде класе ИВ.
1 Позадина пројекта
Постројење за пречишћавање отпадних вода у провинцији Хебеи користи БИОЛАК процес као своју основну технологију. Доток се креће од 18.000 до 22.000 м³/д, у просеку 19.000 м³/д, пречишћавајући првенствено градску кућну канализацију и малу количину отпадних вода од пољопривредне прераде. Дизајнирани квалитети улива и ефлуента су приказани уТабела 1. Оригинални стандард за испуштање био је стандард степена А *"Стандарда за испуштање загађујућих материја за комунална постројења за пречишћавање отпадних вода" (ГБ 18918-2002)*. Након надоградње која је укључивала преграђивање анаеробне зоне како би се побољшала денитрификација и дефосфоризација, постројење је сада у складу са кључним ограничењима контролне области *"Стандарди за испуштање загађивача воде за слив реке Дакинг" (ДБ13/2795-2018)*. Осим укупног азота, сви остали индикатори испуњавају стандарде класе ИВ наведене у *"Еколошким стандардима квалитета за површинске воде" (ГБ 3838-2002)*. Ток процеса је приказан уСлика 1.
Биљка користи натријум хипохлорит за дезинфекцију. Муљ се одводњава помоћу филтера са плочама и оквиром под високим-притиском до садржаја влаге испод 60% пре него што се транспортује на ко{3}}прераду у цементним пећима.
Допринос сваке јединице за третман уклањању загађивача израчунат је на основу биланса масе, са специфичним методама које су наведене у литератури.
2 Мере оптимизације оперативне контроле
Вишеструке мере оптимизације су спроведене током рада да би се побољшала стабилност ефлуента и постигле уштеде енергије и трошкова.
2.1 Побољшана контрола раствореног кисеоника (ДО).
Постојећи БИОЛАК пројекти ретрофитирања често примећују његово слабо зонирање као више-степену А/О варијанту, што доводи до ниске ефикасности денитрификације. У овом пројекту, уз обезбеђивање усклађености отпадних вода са амонијачним азотом, максимални ДО на крају зоне аерације је одржаван на 0,5–1,0 мг/Л, што је ниже од конвенционалних захтева контроле ДО.
2.2 Повећано праћење процесних података
Да би се водила контрола ДО и спољно дозирање извора угљеника, нитратни азот и амонијачни азот су праћени на крају анаеробне зоне и БИОЛАК резервоара да би се одредили оптимални опсег контроле. Током рада, спољно дозирање извора угљеника је смањено или заустављено када је нитратни азот на крају анаеробне зоне био<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 Постављање циљева унутрашње контроле ефлуента
Да би се обезбедила стабилна усклађеност, циљеви интерне контроле су постављени на 30%–80% граница испуштања, на основу тежине контроле сваког загађивача. Прекорачење ових унутрашњих ограничења је покренуло тренутна подешавања параметара процеса да би се концентрације ефлуента вратиле у прихватљив опсег. Годишњи циљеви интерне контроле за ЦОД, амонијачни азот, укупни азот и укупан фосфор били су 15 мг/Л, 0,5 мг/Л, 12 мг/Л и 0,12 мг/Л, респективно.
2.4 Одржавање одговарајуће концентрације муља
Расипање муља је прилагођено на основу протока, оптерећења и сезоне. Време задржавања муља (СРТ) је одржавано на 15–25 дана, а концентрација смеше суспендованих чврстих супстанци (МЛСС) на 2.500–4.500 мг/Л. Конкретно, МЛСС је контролисан на 2.500–3.500 мг/Л у лето и јесен, са оптерећењем муља од око 0,06 кгЦОД/(кгМЛСС·д), и на 3,500–4,500 мг/Л зими и у пролеће, са оптерећењем муља од око 0,04 кгЦОД·д/(кг).
2.5 Подешавање рада јединица за напредни третман
Ниске температуре зими су утицале на флокулацију и седиментацију. Неблаговремено испирање филтера типа В- може довести до повишених суспендованих чврстих материја у отпадним водама и ХПК. Због тога је током зимског рада учесталост повратног испирања повећана на основу перформанси коагулације, а испуштање муља из коагулационог-таложника је интензивирано да би се смањила концентрација суспендованих чврстих материја у ефлуенту.
3 Учинак третмана
Годишњи утицај ХПК се кретао од 109 до 248 мг/Л, у просеку 176 мг/Л. ЦОД ефлуента се кретао од 9,5 до 20,1 мг/Л, у просеку 12,1 мг/Л. Када је ЦОД ефлуента премашио циљ интерне контроле (15 мг/Л), фреквенција повратног испирања филтера је повећана да би се смањиле суспендоване чврсте материје. Препоручује се надоградња резервоара за коагулацију{10}}таложника на таложник високе{11}}густине или магнетне коагулације-за бољу ефикасност коагулације.
Годишњи утицај амонијачног азота кретао се од 17,8 до 54,9 мг/Л, у просеку 31,9 мг/Л. Азот амонијака у ефлуенту кретао се од 0,12 до 1,30 мг/Л, у просеку 0,5 мг/Л. Када је премашио циљ интерне контроле, аерација је прилагођена мерама оптимизације. Квалитет отпадних вода је стабилно испуњавао кључне границе контролне области *ДБ13/2795-2018* током целе године.
Због ниске концентрације извора угљеника, фокус је био на оптимизацији услова процеса како би се побољшало уклањање азота и фосфора, са циљем уштеде енергије и трошкова.
3.1 Оптимизација контроле ДО и тотално уклањање азота
Годишњи утицај укупног азота (ТН) кретао се од 20,3 до 55,6 мг/Л (видетиСлика 2), у просеку 42,1 мг/Л. ТН ефлуента се кретао од 2,5 до 14,2 мг/Л, у просеку 8,8 мг/Л, у оквиру циља интерне контроле (12 мг/Л). Просечна стопа уклањања ТН била је 79,1%. Са односом рециклаже муља од 90% (без унутрашњег рециклаже мешавине течности), теоретска ефикасност денитрификације је била 47,4%, што указује да се денитрификација дешавала иу другим процесним зонама изван анаеробног селектора. Промене азота у току третмана у типичном циклусу су приказане уСлика 3.
У типичном циклусу, инфлуентни ТН је био 42,0 мг/Л, са збиром амонијака и нитратног азота од 35,2 мг/Л. Након анаеробног селектора, ТН је био 16,7 мг/Л, што је резултирало брзином уклањања од 43,5% преко масеног баланса, у складу са теоретском вредношћу. Резервоар БИОЛАК је допринео уклањању ТН за 24,0%. Ефлуент ТН је додатно смањен у секундарном седиментационом резервоару, што је допринело уклањању додатних 11,3%, углавном због свог дугог хидрауличког времена задржавања (8,6 сати) што је омогућило денитрификацију коју покреће ендогени извор угљеника{10}}. Остале јединице су допринеле уклањању од 1,9%. Коначни ефлуент ТН био је 8,1 мг/Л, са укупном стопом уклањања од 80,7%.
Оперативно искуство показује да је контрола ДО кључна за уклањање ТН у БИОЛАК процесу. У конвенционалним процесима, ДО се обично мери на крају аеробне зоне у структури канала где је ДО релативно уједначен по попречном- пресеку. Међутим, у резервоару БИОЛАК, крај зоне аерације је широк скоро 70 метара, при чему се ДО повећава од ивице нагиба до центра, што се разликује за 0,5–1,0 мг/Л. Стога, локација ДО сонди захтева пажљиву пажњу.
Строгом контролисањем максималног ДО на крају БИОЛАК зоне аерације, ефикасно је обезбеђено аноксично окружење неопходно за денитрификацију. Постигнута је симултана нитрификација и денитрификација (СНД) коришћењем ендогених извора угљеника, што је резултирало ефикасним уклањањем ТН.
3.2 Укупно уклањање фосфора и оперативна оптимизација
Годишњи утицај укупног фосфора (ТП) кретао се од 1,47 до 4,80 мг/Л (видиСлика 4), у просеку 2,99 мг/Л. ТП ефлуента се кретао од 0,04 до 0,17 мг/Л. Доза средства за уклањање фосфора је прилагођена на основу циља интерне контроле (0,12 мг/Л). Просечна концентрација ТП у ефлуенту била је 0,07 мг/Л, стабилно испуњавајући стандард за испуштање, са просечном стопом уклањања ТП од 98,3%.
Промене фосфата у току третмана у типичном циклусу су приказане уСлика 5.
Улазни фосфат је био 2,70 мг/Л, а повратни фосфат муља је био 0,58 мг/Л, чиме је теоретски фосфат који улази у анаеробни селектор био 1,70 мг/Л. Након анаеробног ослобађања фосфора од стране организама који акумулирају полифосфат- (ПАО), концентрација фосфата је достигла 3,2 мг/Л. Однос концентрације фосфата (максимум у анаеробној зони/утицај) био је 1,9, што указује на значајно ослобађање. Главни разлог је била ефикасна денитрификација у условима ниске ДО, што је резултирало ниском концентрацијом нитрата у повратном муљу у анаеробну зону, одржавањем доброг анаеробног окружења (ОРП генерално испод -200 мВ) и промоцијом ослобађања фосфора.
Након зоне аерације БИОЛАК, дошло је до значајног уноса фосфора, смањујући концентрацију фосфата на крају на 0,3 мг/Л, чиме је постигнута ефикасност биолошког уклањања фосфора од 88,9%. Након таложника и стабилизацијских резервоара, концентрација фосфата је порасла на 0,64 мг/Л. Анализа сугерише да је то било због дугог ХРТ у резервоару за таложницу и строго контролисаног ДО у резервоару БИОЛАК, стварајући анаеробно стање у таложници и изазивајући секундарно ослобађање фосфора. Након дозирања хемикалија у јединици за коагулацију, ефлуентни фосфат је смањен на 0,06 мг/Л. Стога, узимајући у обзир економске трошкове и оперативну сложеност, жртвовање неке ефикасности биолошког уклањања фосфора да би се побољшала денитрификација је одржива стратегија оптимизације за слична постројења.
4 Оперативни трошкови
Директни оперативни трошкови укључују електричну енергију, хемикалије и одлагање муља. На основу годишње статистике, специфична потрошња енергије износила је 0,66 кВх/м³. Са ценом електричне енергије од 0,65 ЦНИ/кВх (засновано на збиру вршних/искључених-вршних стопа), цена електричне енергије је била 0,429 ЦНИ/м³. Ова потрошња је већа према „Стандарду за процену квалитета рада комуналних постројења за пречишћавање отпадних вода“, углавном због нешто мање ефикасности искоришћења кисеоника система за аерацију. Хемијски трошкови, укључујући натријум ацетат, агенс за уклањање фосфора, ПАМ, натријум хипохлорит и хемикалије за одводњавање, износили су 0,151 ЦНИ/м³. Специфична употреба и трошкови су приказани уТабела 2.
Муљ потиче углавном из биолошких и хемијских (резервоар за коагулацију) извора. Филтрирање плоча и оквира високог{1}}а под високим притиском се користи са кречом и гвожђем хлоридом као агенсима за кондиционирање. Дозирање креча је око 25% тежине сувог муља. Осушени колач има садржај влаге од 60%. Дневна производња обезводњеног муља је око 9 тона, са специфичним приносом сувог муља од око 0,15%. Транспорт муља кошта 250 ЦНИ/тона, што резултира трошковима одлагања муља од око 0,118 ЦНИ/м³. Дакле, укупни директни производни трошкови су 0,698 ЦНИ/м³.
5 Закључци
① Постројење за пречишћавање отпадних вода у провинцији Хебеи, које је користило БИОЛАК процес за пречишћавање комуналних отпадних вода, радило је непрекидно годину дана са квалитетом ефлуента који је стабилно испуњавао кључна ограничења контролне области од *ДБ13/2795-2018* (стандард површинске воде квази класе ИВ).
② Као варијанта вишестепеног А/О процеса, контролисање максималног ДО на крају БИОЛАК зоне аерације на 0,5–1,0 мг/Л резултирало је стопом уклањања ТН од 24,0% у БИОЛАК зони и 11,3% у резервоару за таложење. Тиме је постигнута истовремена нитрификација-денитрификација и денитрификација ендогеног извора угљеника, демонстрирајући значајну способност уклањања азота.
③ Директни оперативни трошкови за БИОЛАК процес били су 0,698 ЦНИ/м³. Мере оперативне оптимизације, укључујући праћење процесних података и постављање разумних циљева интерне контроле, могу пружити референце за оптимизацију рада и постизање уштеда енергије/трошкова у сличним постројењима за пречишћавање отпадних вода.