Fallstudie av MBBR+ACCA-processen för uppgradering och återuppbyggnad av ett reningsverk för stadsavloppsvatten
Mot bakgrund av Kinas blomstrande ekonomi har industrialiserings- och urbaniseringstakten ökat avsevärt. Denna process åtföljs oundvikligen av en år-på-år ökning av utsläppen av industriellt avloppsvatten och hushållsavlopp, vilket förvärrar problem med vattenföroreningar och påverkar Kinas hållbara ekologiska civilisationskonstruktion. Med det omfattande genomförandet av handlingsplanen för förebyggande och kontroll av vattenföroreningar har strängare utsläppskrav införts på reningsverk för avloppsvatten från tätbebyggelse över hela landet. Lokala standarder i vissa städer har nått kvasi-klass IV-vattenkvalitet, och för avloppsvatten som släpps ut i känsliga vattenförekomster närmar sig vissa individuella indikatorer gradvis klass III-standarden för ytvatten. Men de kvarvarande föroreningarna i tätortsavloppsvatten efter biologisk rening är i första hand icke-biologiskt nedbrytbara organiska föreningar med dålig biologisk nedbrytbarhet. Att enbart förlita sig på traditionell biologisk förbättringsteknik har blivit otillräcklig för att uppfylla de allt strängare utsläppsnormerna.
Aktiverad koks har ett högutvecklat mesoporöst system som kan adsorbera makromolekylära föroreningar i vatten. Med hög mekanisk hållfasthet, stabilitet, god adsorptionsprestanda och relativt ekonomisk kostnad, har den använts i stor utsträckning vid behandling av industriellt avloppsvatten som är svårt att biologiskt nedbryta. Under de senaste åren har filtreringsteknik som använder aktiverad koks som medium också funnit vissa tillämpningar vid avancerad rening av kommunala avloppsanläggningar, vilket har uppnått goda resultat i det slutliga avlägsnandet av föroreningar. Genom att kombinera ett tekniskt exempel från ett uppgraderingsprojekt vid ett reningsverk för avloppsvatten i Henan-provinsen, antog författaren MBBR+ACCA-processen (Activated Coke Circulating Adsorption) för att uppgradera reningen av stadsavloppsvatten. Indikatorerna för avloppsvatten COD, NH₃-N och TP uppfyllde GB 3838-2002 klass III vattenstandard, vilket ger en referens för uppgraderingsprojekt vid andra avloppsreningsverk.
1. Grundläggande läge för avloppsreningsverket
Den totala designkapaciteten för detta avloppsreningsverk är 50 000 m³/d, innefattande en fas I-konstruktionskapacitet på 18 000 m³/d och en fas II-konstruktionskapacitet på 32 000 m³/d. Den behandlar främst hushållsavlopp från städer och en liten mängd industriavloppsvatten. En uppgradering slutfördes 2012, där avloppsvattnet uppfyllde standarden Grade 1A i Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants GB 18918-2002. Huvudprocessen är fler-AO + denitrifikationsfilter + sedimentationstank med hög densitet. Processflödet visas iBild 1.
För närvarande är avloppsreningsverket i drift nära full kapacitet. Baserat på aktuella driftsdata, under bra underhåll av anläggningen, kan avloppskvaliteten bibehållas stabilt enligt GB 18918-2002 Grade 1A-standarden. Avloppskoncentrationerna för COD, BOD5, NH3-N, TN och TP sträcker sig från 21,77-42,34 mg/L, 1,82-4,15 mg/L, 0,13-1,67 mg/L, 8,86-15,74 mg/L respektive 04,029 mg/L och 041 mg/L.
Före uppgraderingen hade anläggningen följande problem: 1) Åldrande och skadade skärmar i förbehandlingssektionen tillät en del flytande skräp in i de biologiska tankarna, vilket lätt täppte till pumpar och påverkade efterföljande behandling; 2) Instabilt avlägsnande av TN under låga vintertemperaturer och betydande fluktuationer i vattenkvalitet och kvantitet; 3) Otillräcklig tankvolym i Fas I biologiska tankar och orimlig anoxisk zonuppdelning, vilket leder till dålig TN-avlägsningseffektivitet och hög kemikaliedosering för efterföljande kolkällatillsats; 4) Det ursprungliga luftningssystemet använde föråldrade traditionella centrifugalfläktar med hög energiförbrukning; 5) Allvarlig igensättning av filtermedia i denitrifikationsfiltren, ofullständig återspolning och svårighet att stabilisera driften; 6) Frekventa fel på blandnings- och omrörningsutrustning i sedimentationstankarna med hög-densitet; 7) Frekventa fel på de två befintliga bandfilterpressarna för slamavvattning, hög fukthalt i avvattnat slam, stor slamvolym och höga kostnader för slambortskaffning; 8) Brist på luktkontrollanläggningar för förbehandling och slambehandlingssystem; 9) Föråldrat centralt kontrollsystem med begränsad datalagringskapacitet och förlust av de flesta fjärrstyrningsfunktioner.
2. Design vattenkvalitet
Med tanke på år av operativa vattenkvalitetsdata från anläggningen, med en konfidensnivå på 90 % och inklusive en viss marginal, bestämdes den inflytande kvaliteten på designen. Baserat på den mottagande vattenförekomstens miljökvalitetskrav måste det uppgraderade avloppsvattnet COD, BOD₅, NH₃-N och TP uppfylla GB 3838-2002 Klass III vattenstandard, medan TN och SS kommer att följa den ursprungliga standarden. Designens inflytande och avloppskvaliteter visas iTabell 1.
3. Uppgradering av koncept och processflöde
3.1 Uppgraderingskoncept
Beroende på designavloppskvaliteten ställer denna uppgradering högre krav på COD, BOD₅, NH₃-N och TP. Med tanke på anläggningens nuvarande process, vattenkvalitetsegenskaper och befintliga problem ligger fokus på förbättrat avlägsnande av COD, NH₃-N och TP samtidigt som man säkerställer ett stabilt TN-avlägsnande. Dessutom kräver ett begränsat tillgängligt utrymme inom den befintliga anläggningen att man fullt ut utnyttjar potentialen hos befintliga strukturer genom förnyelse av utrustning, processintensivering och renovering, i syfte att effektivt avlägsna COD, NH₃-N, TN och TP. Att använda de ursprungliga flerstegs AO-tankarna och lägga till suspenderade bärare för att bilda en hybridbiofilm-aktiverat slam MBBR-process kan därför effektivt förbättra behandlingsstabiliteten och motståndskraften mot stötbelastning. Den långa slamåldern för biofilm på bärare är lämplig för nitrifieringstillväxt och upprätthållande av höga nitrifieringskoncentrationer, vilket avsevärt förbättrar systemets nitrifikationskapacitet. Den täta biofilmen inuti bärarna har en lång slamålder och är värd för betydande populationer av nitrifierande och denitrifierande bakterier, vilket möjliggör samtidig nitrifikation-denitrifikation (SND) och därmed stärker TN-avlägsnandet. Därför är MBBR-processen väl-lämpad för den här anläggningens uppgradering.
Baserat på liknande erfarenhet av uppgraderingsprojekt, för att säkerställa stabil överensstämmelse för COD och TP, krävs fortfarande ytterligare skyddsbehandlingsanläggningar utöver den befintliga processen tillsammans med MBBR. Aktiverad koks, som ett poröst material, uppvisar mer betydande adsorptionsprestanda jämfört med aktivt kol, vilket effektivt tar bort COD, SS, TP, färg, etc. Dessutom kan biologiskt aktiverad koks använda vidhäftade mikroorganismer för att bryta ned organiskt material, vilket möjliggör regenerering av adsorptionsställen samtidigt som föroreningar absorberas. Denna dynamiska jämviktsmekanism möjliggör uthållig och stabil systemdrift. Processen Activated Coke Circulating Adsorption (ACCA) använder aktiverad koks som medium, och integrerar filtrering och adsorption. Den använder tryckluft för att lyfta och rengöra filtermediet. Genom omvänd -flödeszonindelning och enhetlig flödesdesign säkerställer den full kontakt mellan aktiverad koks och avloppsvatten, vilket uppnår ultimat vattenkvalitetsförbättring och garanterar stabil efterlevnad av avloppsvatten.
För anläggningens åldrande och felaktiga utrustning kommer de att ersättas med tekniskt avancerad,-energieffektiv utrustning för att minska driftskostnaderna. Specifikt kommer förbehandlingsskärmarna att ersättas med invändigt matade fina skärmar för att fånga upp hår och fibrer, vilket förhindrar igensättning av MBBR-bärarretentionsskärmar.
3.2 Processflöde
Det uppgraderade processflödet visas iFigur 2. För att möta tryckhöjdskraven tillkom en ny lyftpumpstation. Ett nykonstruerat filter av V-typ fungerar som förbehandlingsenhet för den efterföljande aktiverade koksadsorptionen, vilket säkerställer ACCA-systemets stabilitet. Råvatten passerar genom siktar och gruskammare för att ta bort flytande material, hår och partiklar innan det går in i de biologiska MBBR-hybridtankarna för förbättrad kväveborttagning. Den blandade luten går sedan in i sekundära klarare för separation av fasta ämnen. Supernatanten lyfts via den nya pumpstationen till denitrifikationsfilter och sedimentationstankar med hög-densitet. Avloppsvattnet lyfts sedan av den nya pumpstationen in i V-filtret och två-aktiverade koksadsorptionstankar för avancerad behandling, ytterligare avlägsnande av COD, TP, SS, färg, etc. Det slutliga avloppsvattnet desinficeras före utsläpp.
4. Designparametrar för större behandlingsenheter
4.1 Biologiska tankar
De befintliga Fas I biologiska tankarna är uppdelade i två grupper med relativt liten tankvolym men sund struktur. För denna uppgradering höjdes därför tankväggarna med 0,5 m samtidigt som kraven uppfylldes. Efter renovering är den totala effektiva volymen 10 800 m³, med en total HRT på 14,4 timmar och en anoxisk zon HRT på 6,4 timmar, vilket ökar anoxisk retentionstid för att förbättra TN-avlägsnandet. De befintliga biologiska fas II-tankarna har en effektiv volym på 19 600 m³, en total HRT på 14,7 timmar och en anoxisk zon HRT på 6,8 timmar. Detta projekt innebar att byta ut luftningssystemen och några åldrande dränkbara blandare i både Fas I och II biologiska tankar, och lägga till suspenderade bärare och retentionssilar. Bärarna är gjorda av polyuretan eller andra högpresterande kompositmaterial, med en kubisk specifikation på 24 mm, en specifik yta på 4 000 m²/m³ och ett fyllnadsförhållande på 20 %. Det biologiska reningssystemets AOR är 853,92 kg O₂/h, med en lufttillförselhastighet på 310,36 Nm³/min.
4.2 Lyft pumpstation och avloppsvattentank
En ny hisspumpstation byggdes för att pumpa avloppsvatten från sedimentationstankarna med hög-densitet till filtret av V-typ för vidare behandling. En avloppsvattentank lagrar returspolningsvatten från filtren. Små pumpar används för att jämnt pumpa tillbakaspolningsavloppsvattnet in i de biologiska fas II-tankarna för att undvika stötbelastning. Tre sekundära lyftpumpar installerades (2 drift + 1 standby, Q=1,300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), med styrning av variabel frekvensdrift (VFD). Avloppsvattentanken för återspolning är utrustad med 2 överföringspumpar (1 i drift + 1 standby, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) och en dränkbar blandare (N=2.2 kW) för att förhindra sedimentering.
4,3 V-Typ filter
Ett nytt filter av V-typ konstruerades med strukturella dimensioner på 36,9 m (L) × 29,7 m (B) × 8,0 m (H). Den använder homogena kvartssandfiltermedia. Filtret är uppdelat i 6 celler arrangerade i två rader. Varje cells utloppsrör har en elektrisk reglerventil för att styra konstant vattennivådrift. Backspolningsprocessen kan regleras via PLC. Den designerade filtreringshastigheten är 7,0 m/h, den forcerade filtreringshastigheten är 8,4 m/h och encellsfiltreringsarean är 49,4 m². Backwash-vattenintensiteten är 11 m³/(m²·h), backspolningsluftens intensitet är 55 m³/(m²·h), och ytsvepintensiteten är 7 m³/(m²·h). Backspolningens varaktighet är 10 minuter. Backspolningscykeln är 24 timmar (justerbar), tvättar en cell i taget. Storleken på kvartssand är 1-1,6 mm med k₈₀ < 1,3. Ingjutna -monolitiska filterplattor används.
4.4 Aktiverade koksadsorptionstankar
En ny adsorptionstank för aktiverat koks konstruerades med strukturella dimensioner på 49,5 m (L) × 30,15 m (B) × 11,0 m (H). Den använder en två-filtreringskonfiguration med totalt 36 celler, 18 celler per steg. Den maximala filtreringshastigheten är 6,02 m³/(m²·h), med ett genomsnitt på 4,63 m³/(m²·h). Första-enkel-celldimensionerna är L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, med en kontakttid för tom säng (EBCT) på 1,4 timmar. Andra-enkel-celldimensionerna är L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, med en EBCT på 1,08 h. Systemet använder 2 000 ton aktiverad koks med partikelstorlek 2-8 mm, utrustad med mobila kokstvättar, vattenfördelare, inlopps-/utloppsförlopp, etc.
4.5 Aktiverad Coke Building
En ny byggnad för aktiverad koks byggdes för lagring av aktiverad koks och tillförsel till adsorptionstankarna. Strukturella dimensioner är 33,5 m (L) × 13,0 m (B) × 6,5 m (H). Huvudsaklig tillbehörsutrustning inkluderar: 1 aktiverad koksavvattningsvibrationsskärm, 3 koksmatningspumpar (2 duty + 1 standby, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 filtratutloppspumpar (1 drift {{14}/5} standby, Q{14}/5}} m,{1} N=18.5 kW), 2 luftkompressorer (1 drift + 1 standby, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) och en luftmottagartank (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Platta-och-Avattningsrum för ram
Ett nytt plåt--och-ramavvattningsrum byggdes bredvid det befintliga slamavvattningsrummet. På grund av utrymmesbegränsningar konfigurerades en uppsättning plåt--och-ramfilterpress (filterarea 300 m²), som fungerade som backup till bandfilterpressen. Tillbehörsanläggningar inkluderar en konditioneringstank (effektiv volym 80 m³). Slammängden är 6 150 kg DS/d, med fukthalten i förtjockat foderslam på 97 % och den awattnade kakans fukthalt på 60 %. Huvudsaklig extrautrustning inkluderar: 2 matarpumpar (1 drift + 1 standby, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 pressvattenpumpar (1 drift + 1 standby, Q=12 m³/h, H{{24} var pump (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 doseringspumpar (1 drift + 1 standby, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 luftkompressoruppsättning av N{{37} kW (Q=3.45 kompressor (Q=3.45 kW) luftmottagartank (V=5 m³, P=1.0 MPa) och 1 uppsättning PAM-beredningsenhet (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Luktkontrollsystem
Ett nytt luktkontrollsystem för biofiltrering lades till med ett designluftflöde på 12 000 m³/h. Glasförstärkta plaströr (GRP) används för att samla upp och behandla lukter från förbehandlings- och slambehandlingssystemen. Ramar av rostfritt stål och PC-uthållighetstavlor används för att täta förbehandlingsutrustning.
4.8 Andra anläggningsuppdateringar
- Ersatt med 2 internt matade finsilar med 5 mm öppning, med skruvtransportörer och tvättvattentank, V=10 m³ och 2 tvättvattenpumpar (1 drift + 1 standby, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Ersatt med 4 mer effektiva luftfjädringsfläktar, VFD-styrda (3 duty + 1 standby, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Ersatte filtermediet i befintliga denitrifikationsfilter med 1 800 m³ keramiskt medium (partikelstorlek 3-5 mm).
- Bytte ut 2 blandningsomrörare i sedimenteringstankarna med hög-densitet (hastighet 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 flockuleringsomrörare (hastighet 10-20 rpm, N=2.2 kW) och rörsedlare (260 m²).
- Bytte ut remfilterpressen mot en 2 m bred rem och matchande luftkompressor, 1 set.
- Genom att använda det ursprungliga centrala kontrollrummet, uppdaterad utrustning, instrument och etablerad centraliserad styrning, etablerade ett anläggningsomfattande datakommunikationssystem- för att uppnå datakommunikation mellan det centrala kontrollrummet och transformatorstationer, samt automatisering av produktionsprocesskontroll.
5. Operationell prestanda och tekniska-ekonomiska indikatorer
5.1 Operationell prestanda
Efter slutförandet av detta uppgraderingsprojekt har alla behandlingsenheter fungerat stabilt. Uppföljningsdata för inlopps- och avloppsvattenkvaliteten för 2023 visas iTabell 2.
Som visas var de genomsnittliga avloppskoncentrationerna för COD, NH₃-N, TN, TP och SS 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 och 2,63 mg/L, med en genomsnittlig avlägsningsgrad på 95,16 %, 99,45 %, 7,45 %, 7,9 %, 7,9 %. 97,38 %, respektive. Avloppsvattnet COD, NH₃-N och TP uppfyllde konsekvent GB 3838-2002 klass III vattenstandard.
Det uppgraderade projektet har varit i drift i nästan två år. Resultaten indikerar att MBBR+ACCA-processen är stabil, effektiv och producerar avloppsvatten av hög-kvalitet, som visar stark motståndskraft mot stötbelastningar och låga-temperaturförhållanden. Även med en lägsta vintervattentemperatur på 9,4 grader och betydande vattenkvalitetsfluktuationer förblev avloppskvaliteten stabil och uppfyllde utsläppsnormerna. Före och efter uppgraderingen ökade inte kolkällans dosering, men TN-borttagningen förbättrades avsevärt. Detta beror å ena sidan på att nitrifierande mikroorganismer fästa vid MBBR-bärarna växer och ackumuleras i en stabil aerob miljö, vilket leder till mer fullständig nitrifikation. Å andra sidan avlägsnades nitrat ytterligare i de uppgraderade MBBR-tankarna och anoxiska tankarna. Det slutliga ACCA-systemet fungerar som ett skydd, som ytterligare adsorberar och avlägsnar motsträviga COD, TP, SS, etc., vilket gör avloppskvaliteten mer stabil. Dessutom kan anläggningen efter projektgenomförande producera återvunnet vatten av{12}}hög kvalitet, vilket lägger grunden för framtida återanvändning av vatten.
5.2 Tekniska-ekonomiska indikatorer
Den totala investeringen för detta projekt var 86 937 600 RMB, innefattande konstruktions- och installationskostnader på 74 438 500 RMB, övriga kostnader på 7 593 500 RMB, oförutsedda kostnader på 4 101 600 RMB och initialt rörelsekapital på 804 000 RMB. Efter stabil systemdrift är den extra elkostnaden för hela anläggningen 0,11 RMB/m³, den aktiverade kokskostnaden är 0,39 RMB/m³, vilket resulterar i en total ökning av driftskostnaderna med cirka 0,50 RMB/m³.
6. Slutsats
- Detta projekt implementerade utrustningsförnyelse, processintensivering och renovering av det befintliga reningsverket för avloppsvatten och lade till avancerad rening, vilket förbättrade reningseffektiviteten för COD, NH₃-N, TN och TP.
- Efter uppgraderingen, med hjälp av den huvudsakliga "MBBR+ACCA"-processen, förbättrades avloppsvattnet COD, NH₃-N och TP stabilt från klass 1A till ytvattenklass III-standarden, och TN-avlägsnandet förbättrades avsevärt.
- Praxis visar att denna process fungerar stabilt och effektivt, är motståndskraftig mot belastningsstötar, producerar avloppsvatten av hög-kvalitet och lägger till en driftskostnad på cirka 0,50 RMB/m³. Den kan fungera som referens för uppgraderingsprojekt och initiativ för vattenåteranvändning vid andra avloppsreningsverk.