Модернизация конструкции и практики установки очистки воды Синьань Цяньхэ на основе процесса AAOAO-MBBR и окисления озоном
Циндао, как ключевой прибрежный центральный город страны, добился значительных результатов в экологическом управлении. Однако по сравнению с ведущими-международными мегаполисами система управления городской водной средой по-прежнему сталкивается со структурными проблемами.
В настоящее время существует разрыв между степенью покрытия сети дренажных труб, эксплуатационной эффективностью очистных сооружений и ожиданиями населения относительно высокого-качества водной среды. Существует также дистанция от реализации экологической концепции строительства «Красивого Циндао».
Для решения этих проблем Циндао необходимо срочно реализовать систематические меры, такие как научное планирование, оптимизированное распределение ресурсов и усиление инвестиций в инфраструктуру. Эти усилия направлены на комплексное повышение эффективности сети сбора сточных вод и мощности терминалов очистки, тем самым укрепляя экологическую основу для устойчивого развития города.
Проект завода по очистке воды Синьань Цяньхэ расположен в новом районе западного побережья Циндао. Его проектная мощность очистки составляет 50 000 м³/сут, общая площадь объекта 33 154 м², а общий объем инвестиций составляет 182,4 млн юаней. Отчет о технико-экономическом обосновании проекта был завершен в марте 2021 года, предварительный проект и бюджет были утверждены в июне того же года, а строительство официально началось в апреле 2023 года. В настоящее время он находится на стадии строительства. Первоначальный проект требовал, чтобы основные параметры сточных вод соответствовали стандартам класса V, указанным в GB 3838-2002 «Экологические стандарты качества для поверхностных вод», а общий азот (TN) и другие показатели должны были соответствовать стандартам класса A GB 18918-2002 «Стандарт сброса загрязняющих веществ для городских очистных сооружений».
В марте 2022 года Управление водного хозяйства Циндао выпустило «Уведомление о проведении работ по модернизации и реконструкции городских очистных сооружений в Циндао». Согласно этому уведомлению, очистные сооружения вокруг заливов Цзяочжоу, Бохай и вдоль рек должны были завершить модернизацию, подняв стандарты качества сбросов до квази-класса качества поверхностных вод IV, при этом TN сточных вод контролировался в пределах 10–12 мг/л. Публикация этой политики пришлась на промежуток между предварительным утверждением проекта (июнь 2021 г.) и его физическим началом (апрель 2023 г.), что создало технический разрыв между уже утвержденными первоначальными стандартами проектирования и новейшими экологическими требованиями. В связи с новым сооружением по очистке сточных вод в новом районе Западного побережья, чтобы обеспечить соответствие требованиям после завершения строительства, стало обязательным одновременно провести оптимизацию процесса на этапе строительства и разработать экономически обоснованный план модернизации посредством технико-экономического обоснования.
1. Разработка и выбор технологической схемы.
1.1 Расчетное качество сточных вод
Стандарты качества сточных вод в рамках проекта были повышены с квази-класса V до квази-класса качества поверхностных вод. Необходимы были разумные технические решения для дальнейшего снижения значений таких показателей, как БПК, ХПК.Кр,TN, NH₃-N и TP в сточных водах. Конкретный анализ показан наТаблица 1.
1.2 Выбор инженерно-технической схемы
Технологическая схема строящегося завода представлена на рис.Рисунок 1.
На строящейся установке применяется процесс «Предварительная очистка + Модифицированный биохимический резервуар AAOAO + Вторичный отстойник + Высокоэффективный отстойник + Фильтр типа V- + Озоновое окисление». Расположение сооружений компактное, не оставляет лишних земель для проекта модернизации, который, следовательно, должен основываться на продолжающемся строительстве. Модернизация в первую очередь направлена на удаление таких загрязняющих веществ, как ХПК.Кр, NH₃-N, TN и TP. Были предложены две сравнительные схемы, подробно описанные вТаблица 2.
Схема 1: AAOAO-MBBR + высокоэффективный процесс в отстойнике
- Модификация биохимической системы: Оптимизировать структуру строящегося биохимического резервуара AAOAO. Увеличьте мощность денитрификации за счет расширения объема бескислородной зоны. Одновременно добавляйте носители MBBR локально в аэробной зоне, чтобы сформировать сложный процесс, повышающий эффективность биохимического удаления NH₃-N и TN.
- Модернизация физико-химической системы: Оптимизируйте конструкцию резервуара и параметры вспомогательного оборудования высокоэффективного отстойника-для обеспечения стабильного соответствия TP.
- Расширенное усовершенствование лечения: Увеличьте дозировку в установке озонового окисления для дальнейшего разложения тугоплавких органических веществ и обеспечения ХПК.Крсоблюдение требований к выписке.
Схема 2: Высокоэффективный-отстойник + процесс денитрификации с глубокой фильтрацией
- Оптимизация режима работы: Сохраняет первоначальную структуру биохимического резервуара AAOAO. Добавьте регулируемые устройства аэрации в пост-бескислородную зону для динамического переключения между бескислородным/аэробным режимами в зависимости от качества притока, обеспечивая эффективность обработки NH₃-N.
- Модернизация физико-химической системы: Оптимизируйте конструкцию резервуара и параметры вспомогательного оборудования высокоэффективного отстойника-для обеспечения стабильного соответствия TP.
- Принятие денитрифицирующего фильтра: Преобразовать фильтр типа V- в денитрифицирующий фильтр с глубоким слоем, используя дозирование источника углерода для повышения способности удаления TN.
- Расширенное усовершенствование лечения: Увеличьте дозировку в установке озонового окисления для дальнейшего разложения тугоплавких органических веществ и обеспечения ХПК.Крсоблюдение требований к выписке.
Обе схемы могут удовлетворить требования по удалению азота и фосфора. Схема 1 использует модификации биохимического резервуара для удаления TN. Его преимущество заключается в полном использовании поступающего источника углерода. Когда приток TN колеблется, в бескислородной зоне также можно добавить внешний источник углерода для удаления TN. Для сравнения, денитрифицирующий фильтр с глубоким слоем, используемый на Схеме 2, требует использования внешнего источника углерода и требует длительного-поддержания микробной активности в фильтре, что увеличивает эксплуатационные расходы. Хотя инвестиционные затраты на строительство для обеих схем сопоставимы, исходя из многоаспектных соображений, включая контроль эксплуатационных затрат, стабильность процесса и эффективность использования источников углерода, Схема 1-, которая обеспечивает как экономическую эффективность, так и эксплуатационную гибкость, в конечном итоге была выбрана в качестве процесса реализации проекта модернизации.
2. Ключевые моменты инженерного проектирования
2.1 Модификация биохимической системы
Основная технология процесса MBBR заключается в достижении эффективного движения взвешенных носителей в псевдоожиженном слое посредством конструкции, что значительно повышает эффективность биоразложения системы для загрязняющих веществ. Эта технологическая система состоит из пяти ключевых элементов: высокопрочных-механических-носителей биопленки, адаптированной конструкции гидравлического бака, системы направленной аэрации, точного перехватывающего экрана и жидкостного двигательного оборудования. Исходя из скорректированных объемов резервуаров и расчетных параметров проекта аренды эксплуатационного оборудования для очистки сточных вод (MBBR) производительностью 20 000 м³/сут в региональной канализационной системе, расчетная общая необходимая эффективная площадь подвесных носителей составляет примерно 2 164 000 м². Расчетная эффективная удельная поверхность носителей МББР превышает 750 м²/м³. Таблица расчета конструкции модифицированного объема резервуара AAOAO-MBBR показана на рис.Таблица 3.
2.2 Модернизация физико-химической системы
Высокоэффективный-отстойник предназначен для работы в двух параллельных группах. Реконструкция этого агрегата осуществляется в виде комплексного технологического процесса, при этом поставщик оборудования предоставляет полные-технические гарантии процесса и обязательства по производительности. Основные параметры процесса и конфигурации оборудования следующие.
Коагуляционный резервуар состоит из двух групп по 4 отсека. Проектные размеры одного отсека составляют 2,675 × 2,725 × 5,9 м. Пиковое время задержки составляет примерно 3,8 минуты, с градиентом скорости (G) больше или равным 250 с-¹. Каждая мешалка имеет один-блок мощностью 4 кВт.
Флокуляционный резервуар состоит из двух групп по 2 отделения. Проектный размер одного отсека составляет 5,65 × 5,65 × 5,9 м. Пиковое время задержания составляет примерно 8,3 минуты. Внутренний диаметр вытяжной трубы – 2575 мм. Он оснащен мешалками турбинного типа диаметром 2500 мм, мощностью 7,5 кВт каждая.
Отстойник состоит из двух групп. Площадь наклонной трубы для одной группы составляет примерно 84 м². Диаметр отстойника – 11,7 м. Расчетная средняя скорость гидравлической нагрузки на наклонной поверхности трубы составляет 12,4 м³/(м²·ч), при пиковом значении 16,1 м³/(м²·ч). Расчетная средняя скорость гидравлической нагрузки для зоны осаждения составляет 7,6 м³/(м²·ч), с пиковым значением 9,9 м³/(м²·ч).
Система дозирования химикатов сконфигурирована следующим образом: Коммерческий жидкий полиалюминийхлорид (PAC) (10% Al₂O₃) разработан в качестве коагулянта, дозируемого в нескольких точках входной секции коагуляционного резервуара. Расчетная максимальная дозировка составляет 300 мг/л, средняя дозировка — 150–200 мг/л. Используются механические диафрагменные насосы-дозаторы, оборудованные 10-системой оперативного разбавления. Анионный полиакриламид (ПАМ) разработан в качестве флокулянта, дозируемого в секции флокуляции высокоэффективного отстойника. Используется комплект полностью автоматического непрерывного приготовления и дозирования раствора ПАМ с концентрацией раствора 2 г/л. Расчетная максимальная дозировка составляет 0,6 мг/л, средняя дозировка — 0,3 мг/л. Дозирующие насосы представляют собой винтовые насосы-дозаторы, также оснащенные 10-кратной системой онлайн-разбавления.
2.3 Проверка пилотного-масштабного эксперимента по окислению озоном
Чтобы проверить возможность обеспечения стабильного соответствия сточных вод модернизированной станции стандартам поверхностных вод класса IV (концентрация ХПК менее или равна 30 мг/л), в этом исследовании в качестве объекта исследования в июне 2024 года были выбраны вторичные сточные воды первой и второй фаз станции очистки воды Лианванхэ. Был проведен эксперимент по проверке эффективности процесса усовершенствованной очистки «Песочная фильтрация + окисление озона». Эксперимент был направлен на оценку применимости этого процесса к проекту Синьань и достижимости цели.
В этом эксперименте использовалась существующая небольшая-установка песчаной фильтрации (производительность очистки 1,5 м³/ч) на заводе в Лианванхэ. На-площадке было установлено пилотное-устройство для реакции окисления озоном (башенный реактор, эффективный объем 0,5 м³). Существующие сточные воды вторичного отстойника фильтровались небольшим песчаным фильтром, затем поднимались насосом и поступали сверху в башню озонового окисления. Окисляющее действие озона использовалось для удаления тугоплавких органических веществ из сточных вод, что позволило добиться дальнейшего снижения ХПК.
2.3.1 Эффективность «Песочной фильтрации + окисления озоном» при дозе озона 20 мг/л и ЗГТ 30 мин.
На этом этапе исследования концентрация ХПК в поступающей воде колебалась от 38,2 до 43,4 мг/л, в среднем 40,4 мг/л. После обработки методом «Песочная фильтрация + окисление озоном» конечный ХПК сточных вод составил в среднем 28,8 мг/л. Эксперимент показал, что даже при высокой концентрации ХПК все же были случаи, когда ХПК в сточных водах не соответствовал стандарту. Кроме того, окончательный цвет сточных вод в ходе пилотного испытания оставался выше, чем у сточных вод, что не соответствовало стандарту сброса. Подробности показаны вРисунок 2(а).
2.3.2 Выполнение «Песочной фильтрации + окисления озоном» при дозе озона 25 мг/л и ЗГТ 30 мин.
Чтобы еще больше улучшить удаление ХПК и уменьшить цвет сточных вод, на этом этапе продолжали увеличивать дозу озона, сохраняя при этом ЗГТ на уровне 30 минут. На этом экспериментальном этапе концентрация ХПК в поступающей воде колебалась от 36,3 до 46,2 мг/л, составляя в среднем 40,4 мг/л. После лечения концентрация ХПК снизилась до 28 мг/л. Окончательный цвет сточных вод после пилотного испытания по-прежнему оставался выше, чем у сточных вод, и не соответствовал стандарту сброса. Подробности показаны вРисунок 2(б).
2.3.3 Выполнение «Песочной фильтрации + окисления озоном» при дозе озона 30 мг/л и ЗГТ 30 мин.
В условиях дозировки озона 30 мг/л и HRT 30 мин процесс «Песочная фильтрация + окисление озоном» показал хорошую эффективность очистки вторичных сточных вод ХПК. На этом этапе испытаний концентрация ХПК входящей жидкости колебалась от 38,2 до 42,2 мг/л, составляя в среднем 40,2 мг/л. После обработки концентрация ХПК в сточных водах оставалась стабильной ниже 30 мг/л, составляя в среднем 26 мг/л. На этом этапе процесс также продемонстрировал хорошую эффективность удаления цвета: измеренный цвет постоянно ниже 20, что стабильно соответствует стандарту сброса. Подробности показаны вРисунок 2(в).
2.3.4 Экспериментальное заключение
По результатам эксперимента при оптимальных условиях реакции соотношение дозы озона (30 мг/л) и удаления ХПК (12,2 мг/л) в установке озонирования составило 2,45:1,00.
Пилотный эксперимент доказал, что усовершенствованный процесс очистки «Песочная фильтрация + окисление озоном» может эффективно снизить значение ХПК типичных вторичных сточных вод завода в Лианванхэ. Таким образом, принятие процесса «Песочная фильтрация + окисление озоном» в качестве передового процесса очистки для проекта Синьань Цяньхэ имеет хорошую осуществимость и может гарантировать, что уровень ХПК в сточных водах проекта останется стабильным ниже 30 мг/л.
3. Заключение
Это исследование сосредоточено на трех основных модулях модификации: система биохимической очистки использует гибридный процесс AAOAO-MBBR (приостановленный и прикрепленный рост); блок физико-химической очистки оптимизирует конструкцию резервуара и подбор оборудования высокоэффективного отстойника; а эффективность усовершенствованной обработки подтверждена пилотным-экспериментом по окислению озоном.
Благодаря синергетической оптимизации этой технологической цепочки создается полная-система очистки процесса «Биохимическое улучшение – Физико-химическое улучшение – Расширенная защита». В то же время данный инженерный проект учитывает объективный факт продолжающегося текущего строительства объекта, что требует скоординированной оптимизации последовательностей строительства всех сооружений для максимального использования существующих объектов и минимизации ремонтных работ.
В проекте используются стандарты качества сточных вод строящегося завода в качестве эталона проектного качества сточных вод. Концентрации ХПК в сбросахКр, BOD₅, NH₃-N и TP должны соответствовать стандартам класса IV (TN менее или равно 10/12 мг/л), указанным в GB 3838-2002 «Экологические стандарты качества для поверхностных вод». Остальные показатели должны соответствовать стандартам класса А GB 18918-2002 «Стандарт сброса загрязняющих веществ для городских очистных сооружений». Проектный масштаб этого проекта модернизации составляет 50 000 м³/день, общий объем инвестиций составляет 27,507 миллиона юаней, эксплуатационные расходы 0,3 юаня/м³, общая стоимость 0,39 юаня/м³ и эксплуатационная цена на воду 0,45 юаня/м³.