Эксплуатационный эффект проекта модернизации очистных сооружений в Тяньцзине
На станции очистки сточных вод в Тяньцзине был проведен проект модернизации и реконструкции с использованием модифицированного процесса Bardenpho-MBBR, в результате чего качество сточных вод повысилось со стандарта класса А, указанного в «Стандарте сброса загрязняющих веществ для муниципальных очистных сооружений» (GB 18918-2002), до стандарта класса А местного стандарта Тяньцзиня DB 12/599-2015. Процесс биопленочного реактора с подвижным слоем (MBBR) включает добавление в реактор суспендированных носителей MBBR, обеспечивающих места для прикрепления микробов и формирования прикрепленных биопленок, тем самым увеличивая эффективную биомассу в системе и обеспечивая удаление загрязняющих веществ. Процесс MBBR предлагает такие преимущества, как высокая нагрузка на обработку, высокая устойчивость к ударным нагрузкам, стабильная производительность обработки, простое оперативное управление и гибкость технологического процесса. Все большее число очистных сооружений в Китае переходят на процесс реконструкции MBBR. В этом документе анализируются эксплуатационные характеристики очистных сооружений Тяньцзинь после ее модернизации с целью предоставить справочную информацию для аналогичных проектов модернизации.
1. Современный процесс биологического удаления азота и фосфора
В оригинальном биологическом резервуаре использовался процесс A²/O с производительностью 12 500 т/день. Расчетный общий возраст ила составлял 14 дней, концентрация взвешенных веществ в смешанной жидкости (MLSS) составляла 3500 мг/л, расчетная температура воды составляла 10 градусов, выход ила составлял 0,936 кгSS/кг БПК, а загрузка ила составляла 0,082 кгБПК/кгMLSS. Эффективная глубина воды в биологическом резервуаре составила 6 м, общий объем резервуара — 9052,2 м³, общее время гидравлического удержания (HRT) — 17,4 часа. Распределение HRT было следующим: селекторная зона 0,58 часа, анаэробная зона 1,38 часа, аноксическая зона 2,85 часа, зона качания 0,92 часа и аэробная зона 11,67 часа. Рециркуляция осадка составила 100%, а внутренняя рециркуляция смешанного щелока - 300%. Первоначальный биологический резервуар в основном состоял из анаэробных-бескислородных-аэробных секций. Рабочие параметры могут быть скорректированы в зависимости от условий притока и требований к сточным водам для достижения удаления азота и фосфора, при этом качество сточных вод соответствует стандарту класса А GB 18918-2002.
2. Обзор проекта модернизации и реконструкции
Эта модернизация была направлена на улучшение качества сточных вод до соответствия стандарту класса А местного стандарта Тяньцзиня «Норма сброса загрязняющих веществ для муниципальных очистных сооружений» (DB 12/599-2015). Расчетное качество притока и сточных вод показано на рис.Таблица 1. Согласно расчетным значениям TN притока и стока, достижение TN сточных вод ниже 10 мг/л требует степени денитрификации 75,6% в системе биологических резервуаров. В оригинальном биологическом резервуаре использовалась конфигурация A²/O. Расчеты, основанные на исходной конфигурации резервуара, показали, что коэффициент внутренней рециркуляции необходимо будет увеличить с первоначальных 200% до 310%, а также добавить большое количество внешнего источника углерода. Это не только увеличит эксплуатационные расходы, но и большой объем внутреннего потока рециркуляции может нарушить бескислородную среду. Это может привести к тому, что фактическая HRT в бескислородной зоне будет меньше минимального требования, что повлияет на эффективность денитрификации. Процесс MBBR расширяет возможности системы по денитрификации и улучшает качество сточных вод за счет добавления взвешенных носителей для увеличения концентрации биомассы в резервуаре, тем самым отвечая требованиям модернизации.
Без изменения существующего объема биобака были переконфигурированы внутренние функциональные зоны биобака. Исходная конфигурация A²/O (анаэробная-бескислородная-аэробная) была изменена на конфигурацию стадии Барденфо 6-: анаэробная зона, бескислородная зона, зона качания, аэробная зона, пост-бескислородная зона и пост-аэробная зона. В частности, первоначальная селекторная зона была преобразована в анаэробную зону. Исходная анаэробная зона, зона качания (передняя часть) и бескислородная зона использовались в качестве пред-бескислородной зоны. Передняя половина первого коридора в исходной аэробной зоне была приспособлена под зону качания. Первоначальные первый, второй и третий аэробные коридоры были преобразованы в зону MBBR, где были добавлены подвесные носители, а также системы входного/выходного скрининга и донная вспомогательная система аэрации. Четвертый аэробный коридор был преобразован в пост-бескислородную зону. Первоначальная зона качелей была функционально разделена и преобразована в пост-аноксическую и постаэробную зоны. Параметры обновленного биологического резервуара показаны на рис.Таблица 2.
Что касается технологического процесса, смешанная жидкость из аэробной зоны возвращается в бескислородную зону, а источник углерода добавляется в бескислородную зону. Денитрифицирующие бактерии используют источник углерода для денитрификации для удаления нитратного азота, образующегося в аэробной зоне. Остаточный нитратный азот попадает в пост-бескислородную зону, где добавляется дополнительный источник углерода для продолжения денитрификации. После реконструкции концентрация взвешенных веществ в смешанных щелоках (MLSS) составляет 4000 мг/л, рециркуляция ила составляет 50–100%, внутренняя рециркуляция смешанных щелоков составляет 200–250%, а растворенный кислород в зоне MBBR составляет 2–5 мг/л. Технологическая схема после ремонта представлена на рис.Рисунок 1.
3. Ввод системы в эксплуатацию после реконструкции биологического резервуара.
После завершения реконструкции биологического резервуара начался этап ввода в эксплуатацию. Обезвоженный ил из другой СОСВ был добавлен в биологический резервуар, в результате чего концентрация ила за короткое время превысила 3000 мг/л. Это сократило период выращивания ила и акклиматизации, что позволило быстро запустить биологический резервуар и восстановить его способность по удалению азота и фосфора. В период опытной эксплуатации из-за относительно низких притоков и концентраций загрязняющих веществ фактическая эксплуатационная нагрузка была ниже проектной. Подход заключался в том, чтобы сначала культивировать и акклиматизировать активный ил до тех пор, пока биологическая система не стабилизируется и качество сточных вод не будет соответствовать стандартам, а затем добавлять носители MBBR для образования биопленки.
После добавления носителей в аэробную часть биологического резервуара их сначала погружали. Микроорганизмы постепенно прикрепляются к их поверхности. Визуально цвет поверхности носителя менялся с белого на бледно-землисто-желтый по мере того, как прикреплялось больше микроорганизмов и биопленка становилась более плотной. Цвет носителя постепенно углублялся. Через два месяца после добавления носителя образование биопленки было хорошим: поверхность носителя стала желтовато--коричневой, а цвет постепенно углублялся. Через четыре месяца после добавления носителя биопленка на поверхности носителя стала темно-коричневой и плотной. Прогрессирование образования биопленки можно интуитивно наблюдать по изменениям цвета носителя, как показано на рис.Рисунок 2. В декабре 2021 года микроскопическое исследование активного ила биорезервуара и ила носителей выявило компактные хлопьевидные структуры с хорошими адсорбционными и осаждающими свойствами. Визуально носители показали очевидное образование биопленки. При микроскопическом исследовании были выявлены такие организмы, как Vorticella, Opercularia и Epistylis, а также время от времени наблюдались несколько подвижных инфузорий, что указывает на завершение стадии формирования биопленки.
4. Эксплуатационные показатели после реконструкции биологического резервуара
4.1 Эффективность удаления COD и BOD после обновления
Значения ХПК и БПК сточных вод на 2022 год показаны на рис.Рисунок 3. ХПК в сточных водах колебался от 10,2 до 24,9 мг/л, в среднем 18,0 мг/л. БПК в сточных водах колебался от 2,1 до 4,9 мг/л, в среднем 3,4 мг/л. И ХПК, и БПК сточных вод стабильно соответствуют местному стандарту класса А в Тяньцзине. Обновленная система не только продемонстрировала хорошие показатели удаления ХПК и БПК, но также поддерживала стабильные и соответствующие уровням ХПК и БПК сточных вод во время сезона паводков, даже когда фактическая нагрузка сточных вод достигла 110% от проектной мощности. Это свидетельствует о том, что система обладает хорошей устойчивостью к ударным нагрузкам.
4.2 Эффективность удаления TN и NH₃-N после ремонта
Значения TN сточных вод и NH₃-N для 2022 г. показаны на рис.Рисунок 4. TN колебался от 3,72 до 8,74 мг/л, в среднем 6,43 мг/л. NH₃-N колебался от 0,02 до 1,25 мг/л, в среднем 0,12 мг/л. При зимней эксплуатации из-за более низких температур снижаются показатели нитрификации и денитрификации. На практике концентрация ила была увеличена до уровня выше 6000 мг/л. Работа при высокой концентрации ила полезна для повышения устойчивости биологической системы к ударным нагрузкам, особенно при низких температурах. Синергия между высокой концентрацией ила и биопленкой, прикрепленной к носителям MBBR, усиливает эффект очистки биологической системы.
Носители МББР создают благоприятную среду для микробных сообществ, поддерживая их рост и размножение. После акклиматизации и созревания нитрификационная и денитрификационная способность биопленки усиливается. Микроорганизмы прикрепляются и растут слоями на поверхности носителя, увеличивая плотность зооглеи и образуя большие, плотные и быстро стабильные структуры ила. Столкнувшись с внешними изменениями качества воды, микроорганизмы на поверхности носителя выделяют внеклеточные полимерные вещества (ЭПС) для самозащиты, тем самым уменьшая воздействие внезапных изменений качества воды на микроорганизмы внутреннего-слоя.
На очистных сооружениях, использующих процесс MBBR, в зоне аэробного носителя наблюдались явления одновременной нитрификации и денитрификации (SND). Тестирование значений TN притока и стока из зоны аэробного носителя выявило разницу в 2–6 мг/л. Эта разница была более выраженной, особенно когда содержание растворенного кислорода в аэробном резервуаре контролировалось ниже 2 мг/л, что указывает на более значительную SND в условиях низкого содержания растворенного кислорода. Сточные воды вторичного отстойника полностью соответствуют нормативам, то есть удаление ТН завершено на этапе биологической очистки. В реальной работе денитрифицирующий глубокий-фильтр действует как защитный процесс. В нормальных условиях он действует как обычный фильтр, гарантируя соответствие показателей SS стандартам.
4.3 Порядок удаления ТП и СС после ремонта
Значения TP и SS для сточных вод на 2022 год показаны на рис.Рисунок 5. Концентрация сточных вод на очистных сооружениях колебалась от 0,04 до 0,22 мг/л, в среднем 0,10 мг/л. SS в сточных водах колебался от 1 до 4 мг/л, в среднем 2,2 мг/л. После модернизации TP сточных вод вторичного отстойника составил около 1,0 мг/л, а SS около 26 мг/л. Благодаря добавлению хлорида железа и ПАМ в высокоэффективный отстойник для улучшения коагуляции и дальнейшей очистки в денитрифицирующем глубоком -фильтре сточные воды TP и SS стабильно соответствовали местному стандарту класса А в Тяньцзине, а цветность была значительно снижена.
5. Заключение
Чтобы соответствовать местному стандарту класса А в Тяньцзине, первоначальный процесс A²/O на очистных сооружениях был преобразован в пятиступенчатую конфигурацию Bardenpho-, включающую процесс MBBR в аэробной секции для улучшения биологического удаления азота, снижения содержания TN в сточных водах и NH₃-N. В период паводка с перегрузочным стоком все показатели стабильно соответствовали нормам, демонстрируя хорошую ударопрочность. После реконструкции биологического резервуара коэффициент внутренней рециркуляции составлял 200-300%, рециркуляция внешнего ила - 50-100%, концентрация ила - 4000-6000 мг/л, растворенный кислород в аэробной зоне контролировался на уровне 3-5 мг/л, а растворенный кислород в анаэробной зоне контролировался на уровне 0,2-0,5 мг/л. В 2022 году качество сточных вод КОС составило: ХПК 10,2–24,9 мг/л, в среднем 18,0 мг/л; БПК 2,1–4,9 мг/л, в среднем 3,4 мг/л; NH₃-N 0,02–1,25 мг/л, в среднем 0,12 мг/л; TN 3,72–8,74 мг/л, в среднем 6,43 мг/л; ТП 0,04–0,22 мг/л, в среднем 0,1 мг/л; СС 1–4 мг/л, в среднем 2,2 мг/л. Все они стабильно соответствуют стандарту класса А местного стандарта Тяньцзиня «Стандарт сброса загрязняющих веществ для муниципальных очистных сооружений» (DB 12/599-2015).