Casestudie af MBBR+ACCA-proces til opgradering og genopbygning af et byspildevandsrensningsanlæg
På baggrund af Kinas blomstrende økonomi er tempoet i industrialiseringen og urbaniseringen accelereret betydeligt. Denne proces ledsages uundgåeligt af en-for-årlig stigning i udledningen af industrispildevand og husholdningsspildevand, hvilket forværrer problemer med vandforurening og påvirker Kinas bæredygtige økologiske civilisationskonstruktion. Med den omfattende implementering af Handlingsplanen for forebyggelse og bekæmpelse af vandforurening er der blevet pålagt skærpede udledningskrav til byspildevandsrensningsanlæg over hele landet. Lokale standarder i nogle byer har nået kvasi-Klasse IV-vandkvalitet, og for spildevand, der udledes i følsomme vandområder, nærmer visse individuelle indikatorer sig gradvist Klasse III-standarden for overfladevand. De resterende forurenende stoffer i byspildevand efter biologisk rensning er dog primært ikke-biologisk nedbrydelige organiske forbindelser med dårlig biologisk nedbrydelighed. At stole udelukkende på traditionelle biologiske forbedringsteknologier er blevet utilstrækkeligt til at opfylde de stadigt strengere emissionsstandarder.
Aktiveret koks har et højt udviklet mesoporøst system, der er i stand til at adsorbere makromolekylære forurenende stoffer i vand. Med høj mekanisk styrke, stabilitet, god adsorptionsydelse og relativt økonomiske omkostninger er det blevet brugt i vid udstrækning til behandling af industrielt spildevand, der er vanskeligt at bionedbryde. I de senere år har filtreringsteknologi, der anvender aktiveret koks som medium, også fundet visse anvendelser i den avancerede behandling af kommunale spildevandsanlæg, hvilket har opnået gode resultater i den ultimative fjernelse af forurenende stoffer. Ved at kombinere et ingeniøreksempel fra et opgraderingsprojekt på et spildevandsrensningsanlæg i Henan-provinsen, adopterede forfatteren MBBR+ACCA-processen (Activated Coke Circulating Adsorption) for at opgradere behandlingen af byspildevand. Spildevands-COD-, NH₃-N- og TP-indikatorerne opfyldte GB 3838-2002 Klasse III-vandstandarden, hvilket giver en reference til opgraderingsprojekter på andre spildevandsrensningsanlæg.
1. Renseanlæggets grundsituation
Den samlede designkapacitet for dette spildevandsrensningsanlæg er 50.000 m³/d, omfattende en fase I designkapacitet på 18.000 m³/d og en fase II designkapacitet på 32.000 m³/d. Den behandler primært byspildevand og en lille mængde industrispildevand. En opgradering blev fuldført i 2012, hvor spildevandet levede op til Grade 1A-standarden i udledningsstandarden for forurenende stoffer til kommunale spildevandsrensningsanlæg GB 18918-2002. Hovedprocessen er AO i flere-trin + denitrifikationsfilter + sedimentationstank med høj densitet. Procesflowet er vist iFigur 1.
I øjeblikket kører spildevandsrensningsanlægget næsten fuld kapacitet. Baseret på aktuelle driftsdata kan spildevandskvaliteten under god vedligeholdelse af anlæg opretholdes stabilt på GB 18918-2002 Grade 1A-standarden. Spildevandskoncentrationerne for COD, BOD5, NH3-N, TN og TP spænder fra hhv. 21,77-42,34 mg/L, 1,82-4,15 mg/L, 0,13-1,67 mg/L, 8,86-15,74 mg/L og 041 mg/L og 0,049 mg/L.
Før opgraderingen stod anlægget over for følgende problemer: 1) Ældning og beskadigede skærme i forbehandlingssektionen tillod noget flydende affald ind i de biologiske tanke, hvilket nemt tilstoppede pumperne og påvirkede efterfølgende behandling; 2) Ustabil TN-fjernelse under lave vintertemperaturer og betydelige udsving i vandkvalitet og -mængde; 3) Utilstrækkelig tankvolumen i de biologiske fase I-tanke og urimelig anoxisk zoneopdeling, hvilket fører til dårlig TN-fjernelseseffektivitet og høj kemikaliedosering til efterfølgende kulstofkildetilsætning; 4) Det originale beluftningssystem brugte forældede traditionelle centrifugalblæsere med højt energiforbrug; 5) Alvorlig tilstopning af filtermedier i denitrifikationsfiltrene, ufuldstændig tilbageskylning og vanskeligheder med stabil drift; 6) Hyppige fejl i blande- og omrøringsudstyr i sedimentationstanke med høj-densitet; 7) Hyppige fejl i de to eksisterende båndfilterpresser til slamafvanding, højt fugtindhold i afvandet slam, stort slamvolumen og høje omkostninger til bortskaffelse af slam; 8) Mangel på lugtkontrolfaciliteter til forbehandlings- og slambehandlingssystemerne; 9) Forældet centralt kontrolsystem med begrænset datalagringskapacitet og tab af de fleste fjernbetjeningsfunktioner.
2. Design Vandkvalitet
I betragtning af mange års driftsmæssige vandkvalitetsdata fra anlægget, med et 90 % konfidensniveau og inklusive en vis margin, blev designets indflydelseskvalitet bestemt. Baseret på det modtagende vandområdes miljøkvalitetskrav skal det opgraderede spildevand COD, BOD₅, NH₃-N og TP opfylde GB 3838-2002 Klasse III-vandstandarden, mens TN og SS vil overholde den oprindelige standard. Designets indløbs- og spildevandskvaliteter er vist iTabel 1.
3. Opgradering af koncept og procesflow
3.1 Opgraderingskoncept
I henhold til designet af spildevandskvaliteten stiller denne opgradering højere krav til COD, BOD₅, NH₃-N og TP. I betragtning af anlæggets nuværende proces, vandkvalitetskarakteristika og eksisterende problemer er fokus på forbedret fjernelse af COD, NH₃-N og TP, samtidig med at der sikres en stabil TN-fjernelse. Ydermere nødvendiggør begrænset tilgængelig plads i det eksisterende anlæg fuldt ud at udnytte potentialet i eksisterende strukturer gennem udstyrsfornyelse, procesintensivering og renovering med henblik på effektiv fjernelse af COD, NH₃-N, TN og TP. Derfor kan brug af de originale multi- AO-tanke og tilføje suspenderede bærere til at danne en hybrid biofilm-aktiveret slam MBBR-proces effektivt forbedre behandlingsstabiliteten og modstandsdygtigheden over for stødbelastning. Den lange slamalder af biofilm på bærere er velegnet til nitrifikationsvækst og opretholdelse af høje nitrifikationskoncentrationer, hvilket væsentligt forbedrer systemets nitrifikationskapacitet. Den tætte biofilm inde i bærerne har en lang slamalder og huser betydelige populationer af nitrificerende og denitrificerende bakterier, hvilket muliggør simultan nitrifikation-denitrifikation (SND) og dermed styrker TN-fjernelsen. Derfor er MBBR-processen godt-egnet til denne fabriks opgradering.
Baseret på lignende erfaring med opgraderingsprojekter, for at sikre stabil overholdelse af COD og TP, er der stadig behov for yderligere beskyttelsesbehandlingsfaciliteter oven i den eksisterende proces kombineret med MBBR. Aktiveret koks, som et porøst materiale, udviser mere signifikant adsorptionsevne sammenlignet med aktiveret kul, hvilket effektivt fjerner COD, SS, TP, farve osv. Desuden kan biologisk aktiveret koks udnytte vedhæftede mikroorganismer til at nedbryde organisk stof, hvilket muliggør regenerering af adsorptionssteder, mens de adsorberer forurenende stoffer. Denne dynamiske ligevægtsmekanisme muliggør vedvarende og stabil systemdrift. Activated Coke Circulating Adsorption (ACCA)-processen bruger aktiveret koks som medium, der integrerer filtrering og adsorption. Den bruger trykluft til at løfte og rense filtermediet. Gennem omvendt-flowzoneinddeling og ensartet flowdesign sikrer det fuld kontakt mellem aktiveret koks og spildevand, hvilket opnår ultimativ forbedring af vandkvaliteten og garanterer stabil overholdelse af spildevand.
For anlæggets ældning og defekte udstyr vil de blive erstattet med teknologisk avanceret,-energieffektivt udstyr for at reducere driftsomkostningerne. Specifikt vil forbehandlingsskærmene blive erstattet med internt fodrede fine skærme for at opsnappe hår og fibre, hvilket forhindrer tilstopning af MBBR-bærertilbageholdelsesskærme.
3.2 Procesflow
Det opgraderede procesflow er vist iFigur 2. For at opfylde løftehøjdekravene blev der tilføjet en ny liftpumpestation. Et nyligt konstrueret V-filter fungerer som forbehandlingsenhed for den efterfølgende aktiverede koksadsorption, hvilket sikrer ACCA-systemets stabilitet. Råvand passerer gennem sigte og gruskamre for at fjerne flydende stoffer, hår og partikler, før det kommer ind i de hybride MBBR biologiske tanke for forbedret nitrogenfjernelse. Den blandede væske går derefter ind i sekundære klaringsanlæg til faststofseparation. Supernatanten løftes via den nye pumpestation ind i denitrifikationsfiltre og sedimentationstanke med høj-densitet. Spildevandet løftes derefter af den nye pumpestation ind i V-filteret og to-aktiverede koksadsorptionstanke til avanceret behandling, yderligere fjernelse af COD, TP, SS, farve osv. Det endelige spildevand desinficeres før udledning.
4. Designparametre for større behandlingsenheder
4.1 Biologiske tanke
De eksisterende fase I biologiske tanke er opdelt i to grupper med relativt lille tankvolumen, men sund struktur. Derfor blev tankvæggene for denne opgradering hævet med 0,5 m, samtidig med at kravene til hovedhøjde blev opfyldt. Efter renovering er det samlede effektive volumen 10.800 m³, med en total HRT på 14,4 timer og en anoxisk zone HRT på 6,4 timer, hvilket øger anoxisk retentionstid for at forbedre TN-fjernelsen. De eksisterende fase II biologiske tanke har et effektivt volumen på 19.600 m³, en total HRT på 14,7 timer og en anoxisk zone HRT på 6,8 timer. Dette projekt involverede udskiftning af beluftningssystemerne og nogle aldrende dykblander i både fase I og II biologiske tanke og tilføjelse af suspenderede bærere og retentionsskærme. Bærerne er lavet af polyurethan eller andre højtydende kompositmaterialer med en kubisk specifikation på 24 mm, et specifikt overfladeareal på 4.000 m²/m³ og et fyldningsforhold på 20 %. Det biologiske behandlingssystems AOR er 853,92 kg O₂/h, med en lufttilførselshastighed på 310,36 Nm³/min.
4.2 Løft pumpestation og spildevandstank
En ny elevatorpumpestation blev bygget til at pumpe spildevand fra sedimentationstankene med høj-densitet til V-filteret for yderligere behandling. En spildevandstank opbevarer tilbageskylningsspildevand fra filtrene. Små pumper bruges til at pumpe tilbageskylningsspildevandet jævnt ind i de biologiske fase II-tanke for at undgå stødbelastning. Tre sekundære løftepumper blev installeret (2 duty + 1 standby, Q=1,300 m³/h, H=12 m, N=75 kW), med variabel frekvensdrev (VFD) kontrol. Tilbageskylningsspildevandsbeholderen er udstyret med 2 overførselspumper (1 driftsklar + 1 standby, Q=140 m³/h, H=7 m, N=5.5 kW) og en dykblander (N=2.2 kW) for at forhindre sedimentering.
4,3 V-Filtertype
Et nyt V-filter blev konstrueret med strukturelle dimensioner på 36,9 m (L) × 29,7 m (B) × 8,0 m (H). Den bruger homogene kvartssandfiltermedier. Filteret er opdelt i 6 celler arrangeret i to rækker. Hver celles udløbsrør har en elektrisk reguleringsventil til at styre konstant vandstandsdrift. Tilbageskylningsprocessen kan reguleres via PLC. Designfiltreringshastigheden er 7,0 m/t, tvungen filtreringshastighed er 8,4 m/t, og enkeltcellefiltreringsarealet er 49,4 m². Tilbageskylningsvandets intensitet er 11 m³/(m²·h), returskylningsluftintensiteten er 55 m³/(m²·h), og overfladesweepintensiteten er 7 m³/(m²·h). Tilbageskylningsvarighed er 10 minutter. Tilbageskylningscyklussen er 24 timer (justerbar) og vasker én celle ad gangen. Kvartssandmediestørrelse er 1-1,6 mm med k₈₀ < 1,3. Der anvendes støbte-monolitiske filterplader.
4.4 Aktiverede koksadsorptionstanke
En ny aktiveret koksadsorptionstank blev konstrueret med strukturelle dimensioner på 49,5 m (L) × 30,15 m (B) × 11,0 m (H). Den anvender en to-filtreringskonfiguration med i alt 36 celler, 18 celler pr. trin. Den maksimale filtreringshastighed er 6,02 m³/(m²·h), med et gennemsnit på 4,63 m³/(m²·h). Første-enkelt-celledimensioner er L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 11,0 m, med en kontakttid for tom seng (EBCT) på 1,4 timer. Andet-enkelt-celledimensioner er L×B×H=5.0 m × 5,0 m × 9,5 m, med en EBCT på 1,08 timer. Systemet bruger 2.000 tons aktiveret koks med partikelstørrelse 2-8 mm, udstyret med mobile koksvaskere, vandfordelere, indløbs-/udløbsdæmpere mv.
4.5 Aktiveret koksbygning
En ny aktiveret koksbygning blev opført til opbevaring af aktiveret koks og tilførsel til adsorptionstankene. Strukturelle dimensioner er 33,5 m (L) × 13,0 m (B) × 6,5 m (H). Det vigtigste hjælpeudstyr inkluderer: 1 aktiveret koksafvandingsvibrationsskærm, 3 koksfødepumper (2 driftsklar + 1 standby, Q=40 m³/h, H=25 m, N=7.5 kW), 2 filtratudledningspumper (1 driftstid {{14}/5} t, Q{1}/5}, H{1} m³/h, H{10}} N=18.5 kW), 2 luftkompressorer (1 drift + 1 standby, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) og en luftmodtagertank (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Plade-og-rammeafvandingsrum
Et nyt plade-og-rammeafvandingsrum blev bygget ved siden af det eksisterende slamafvandingsrum. På grund af pladsbegrænsning blev et sæt plade-og-rammefilterpresse (filterareal 300 m²) konfigureret, som fungerede som backup til båndfilterpressen. Hjælpefaciliteter inkluderer en konditioneringstank (effektivt volumen 80 m³). Slammængden er 6.150 kg DS/d, med fugtindhold i fortykket foderslam på 97 % og afvandet kage fugtindhold på 60 %. Det primære hjælpeudstyr omfatter: 2 fødepumper (1 drift + 1 standby, Q=60 m³/h, H=120 m, N=7.5 kW), 2 trykvandspumper (1 driftsklar + 1 standby, Q=12 m³/h, H{{24} var pumpe, H{{24} (Q=20 m³/h, H=70 m, N=7.5 kW), 2 doseringspumper (1 driftstid + 1 standby, Q=4 m³/h, H=60 m, N=3 kW), 1 luftkompressorsæt (Q=3.45 kompressor (Q{{37} min. kW, N{{37}) luftbeholdertank (V=5 m³, P=1.0 MPa) og 1 sæt PAM-forberedelsesenhed (Q=2 m³/h, N=1.5 kW).
4.7 Lugtkontrolsystem
Et nyt biofiltreringslugtkontrolsystem blev tilføjet med en designluftstrøm på 12.000 m³/t. Glasforstærkede plastrør (GRP) bruges til at opsamle og behandle lugte fra forbehandlings- og slambehandlingssystemerne. Rammer af rustfrit stål og PC-udholdenhedsplader bruges til at forsegle forbehandlingsudstyr.
4.8 Andre faciliteters opdateringer
- Udskiftet med 2 internt fremførte finskærme med 5 mm åbning, med skruetransportører og vaskevandsbeholder, V=10 m³ og 2 vaskevandspumper (1 driftstid + 1 standby, Q=25 m³/h, H=70 m, N=11 kW).
- Udskiftet med 4 mere effektive luftaffjedrede blæsere, VFD-styret (3 duty + 1 standby, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Udskiftede filtermediet i de eksisterende denitrifikationsfiltre med 1.800 m³ keramiske medier (partikelstørrelse 3-5 mm).
- Udskiftede 2 blandeomrørere i sedimentationstanke med høj-densitet (hastighed 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 flokkulerings-omrørere (hastighed 10-20 rpm, N=2.2 kW) og rørudskillere (260 m²).
- Udskiftede båndfilterpressen med en 2 m bred rem og matchende luftkompressor, 1 sæt.
- Ved at udnytte det originale centrale kontrolrum, opdateret udstyr, instrumenter og etableret centraliseret kontrol, etablerede et fabriks-dækkende datakommunikationssystem for at opnå datakommunikation mellem det centrale kontrolrum og understationer samt automatisering af produktionsprocesstyring.
5. Operationel ydeevne og tekniske-økonomiske indikatorer
5.1 Operationel præstation
Efter afslutningen af dette opgraderingsprojekt har alle behandlingsenheder fungeret stabilt. Indløbs- og spildevandskvalitetsovervågningsdata for 2023 er vist iTabel 2.
Som vist var de gennemsnitlige spildevandskoncentrationer for COD, NH₃-N, TN, TP og SS 11,2, 0,18, 8,47, 0,15 og 2,63 mg/L, med gennemsnitlige fjernelsesrater på 95,16%, 99,45%, 7,5% og 7,45%, 7,9 97,38 %, hhv. Spildevandet COD, NH₃-N og TP opfyldte konsekvent GB 3838-2002 Klasse III-vandstandarden.
Det opgraderede projekt har været i drift i næsten to år. Resultater viser, at MBBR+ACCA-processen er stabil, effektiv og producerer spildevand af høj-kvalitet, der viser stærk modstandsdygtighed over for stødbelastninger og lave-temperaturforhold. Selv med en minimum vintervandtemperatur på 9,4 grader og betydelige vandkvalitetsudsving forblev spildevandskvaliteten stabil og opfyldte udledningsstandarderne. Før og efter opgraderingen steg kulstofkildedoseringen ikke, men alligevel blev TN-fjernelsen væsentligt forbedret. Dette skyldes på den ene side, at nitrificerende mikroorganismer knyttet til MBBR-bærerne vokser og akkumuleres i et stabilt aerobt miljø, hvilket fører til mere fuldstændig nitrifikation. På den anden side blev nitrat fjernet yderligere i de opgraderede MBBR-tanke og anoxiske tanke. Det endelige ACCA-system fungerer som en beskyttelse, der yderligere adsorberer og fjerner genstridig COD, TP, SS osv., hvilket gør spildevandskvaliteten mere stabil. Desuden kan anlægget efter projektimplementering producere{12}}genvundet vand af høj kvalitet, hvilket lægger grundlaget for fremtidig genbrug af vand.
5.2 Tekniske-Økonomiske indikatorer
Den samlede investering for dette projekt var 86.937.600 RMB, omfattende konstruktions- og installationsomkostninger på 74.438.500 RMB, andre udgifter på 7.593.500 RMB, uforudsete omkostninger på 4.101.600 RMB og indledende driftskapital på 804.000 RMB. Efter stabil systemdrift er den ekstra el-udgift for hele anlægget 0,11 RMB/m³, den aktiverede koksomkostning er 0,39 RMB/m³, hvilket resulterer i en samlet stigning i driftsomkostningerne på ca. 0,50 RMB/m³.
6. Konklusion
- Dette projekt implementerede udstyrsfornyelse, procesintensivering og renovering på det eksisterende spildevandsrensningsanlæg og tilføjede avanceret rensning, hvilket forbedrede fjernelseseffektiviteten for COD, NH₃-N, TN og TP.
- Efter opgraderingen, ved brug af den primære "MBBR+ACCA"-proces, blev spildevandet COD, NH₃-N og TP stabilt forbedret fra klasse 1A til overfladevandsklasse III-standarden, og TN-fjernelsen blev væsentligt forbedret.
- Praksis viser, at denne proces fungerer stabilt og effektivt, er modstandsdygtig over for belastningsstød, producerer spildevand af høj-kvalitet og tilføjer en driftsomkostning på ca. 0,50 RMB/m³. Det kan tjene som reference til opgraderingsprojekter og tiltag til vandgenbrug på andre spildevandsrensningsanlæg.