Şanţ de oxidare AAO + Upgrade MBBR: Cum o fabrică Guangdong de 40.000 m³/zi a lovit clasa 1A la 0,219 RMB/m³

Modernizarea unei stații municipale de apă uzată de la clasa 1B la clasa 1A nu este un exercițiu de documente - este o problemă hidraulică, biologică și financiară reunită într-una singură. Când o fabrică de 40.000 m³/zi din Guangdong sa confruntat cu acest mandat, șanțul său de oxidare AAO existent era deja la capacitate maximă. Zonele anoxice și aerobe nu au avut o separare fizică. Mixerele eșuau. Difuzoarele erau înfundate. Iar raportul C/N influent a fost prea scăzut pentru a conduce denitrificarea în mod fiabil. Acest studiu de caz prezintă modul în care echipa de proiect a evaluat MBBR în raport cu BAF, a selectat abordarea de modernizare și a livrat efluent de clasa 1A la un cost suplimentar de operare de 0,219 RMB pe metru cub.

Provocarea

Un șanț de oxidare supraîncărcat la capacitate maximă

Instalația, cu o capacitate de proiectare de 40.000 m³/zi, funcționa la sarcină hidraulică aproape completă când a sosit mandatul de descărcare. Procesul inițial a fost un singur șanț de oxidare A/A/O care se descarca la standardele Clasa 1B - adecvat pentru epoca sa, dar subdimensionat și subconfigurat pentru limitele mai strânse care urmează.

Echipa de proiect a identificat cinci deficiențe cheie în timpul fazei de diagnostic:

Timp de retenție insuficient.Volumul rezervorului existent nu a putut susține timpul de retenție hidraulic necesar pentru nitrificare și denitrificare fiabilă în condiții de încărcare de clasa 1A.

Separare slabă a fluxului.Nu a existat nici un perete despărțitor între zonele anoxice și aerobă și nu a existat o poartă de control al recircularei nitraților. Amestecarea inversă a lichidului mixt a fost necontrolată, diluând zona anoxică cu oxigen dizolvat și subminând eficiența denitrificării.

Defecțiuni ale mixerului.Mixerele submersibile existente au fost subdimensionate pentru sarcină și au eșuat la concentrații mari de nămol, ajungând până la 10 g/L, lăsând zone moarte în care solidele s-au acumulat și au devenit septice.

DO excesiv în zona anoxică.Fără separare fizică și cu mixere defectuoase, oxigenul dizolvat din zona aerobă a sângerat în zona anoxică, suprimând bacteriile denitrificatoare și irosind sursa limitată de carbon.

Difuzoare de aerare înfundate și raport C/N scăzut.Ani de funcționare au murdărit difuzoarele cu bule fine, reducând eficiența transferului de oxigen. Apele uzate primite aveau un raport inerent scăzut carbon-azot, lăsând un substrat organic insuficient pentru a alimenta denitrificarea chiar și atunci când alte condiții erau favorabile.

Selectarea procesului

MBBR vs. BAF: o comparație structurată

Echipa de proiect a evaluat două căi de modernizare bazate pe biofilm: Reactorul de biofilm cu pat mobil (MBBR) și filtrul biologic aerat (BAF). Ambele ar putea teoretic atinge efluentul de clasa 1A, dar compromisurile practice într-un context de modernizare au fost decisive.

Evaluarea s-a încheiat decisiv în favoareaMBBR. Capacitatea de a moderniza șanțul de oxidare existent fără achiziție suplimentară de teren a fost principalul factor, susținut de costuri de capital și de operare mai mici și de simplitatea operațională pe care o echipă de uzină municipală ar putea-o gestiona cu o recalificare minimă.

Parametrii de proiectare

Caracteristicile influentelor și țintele de evacuare

Calitatea efluentului de proiectare și a efluentului țintă au fost comparate cu limitele mai stricte ale DB 44/26-2001 (Standard provincial Guangdong) și GB 18918-2002 Clasa 1A (Standard național). Toate valorile sunt în mg/L, dacă nu sunt menționate.

Fluxul procesului

Tren de tratament îmbunătățit

Linia de proces îmbunătățită integrează șanțul de oxidare AAO-MBBR modernizat cu noi unități de tratament terțiar pentru a îndeplini limitele stricte SS și TP ale Clasei 1A:

Admisie → Ecran fin (3 mm) → Şanţ de oxidare AAO-MBBR → Clarificator secundar → Stație de lift → Rezervor de sedimentare de înaltă eficiență → Filtru de disc cu fibre → Dezinfecție UV → Priză

Detalii de modernizare AAO-MBBR

Două șanțuri paralele, fiecare la 20.000 m³/zi

Modernizarea a vizat ambele șanțuri de oxidare în paralel, fiecare gestionând jumătate din fluxul de proiectare. Modificările cheie au fost următoarele.

Zona anoxica (6.792 m³).Au fost instalați pereți de ghidaj interni reconstruiți pentru a crea un compartiment anoxic separat fizic, prevenind amestecarea inversă a DO din zona aerobă. Noile mixere submersibile au fost dimensionate pentru a menține suspensia de solide la concentrații de lichid amestecat de până la 10 g/L, eliminând zonele moarte care afectau configurația originală.

Zona aerobă cu suporturi MBBR (14.297 m³).Secțiunea aerobă a fost împărțită într-o zonă convențională cu nămol activ și o zonă MBBR dedicată de 4.980 m³. Purtătorii de biofilm asigură o suprafață efectivă totală de 4,987 x 10&sup5; m² pentru creșterea microbiană atașată, crescând dramatic inventarul de biomasă fără a extinde volumul rezervorului.

Specificațiile transportatorului.Au fost selectați suporturi din polietilenă de înaltă densitate (HDPE) cu o suprafață specifică mai mare sau egală cu 800 m²/m³. Volumul total al transportorului este de 209 m³, rezultând un raport de umplere de aproximativ 12,5% - în special, echipa de proiect a subliniat că rata de umplere nu a fost criteriul principal de proiectare; suprafața necesară a biofilmului a dictat cantitatea de purtător și 12,5% a fost valoarea rezultată.

Ecrane de retenție.Ecranele din oțel inoxidabil au fost instalate atât la intrarea, cât și la ieșirea zonei MBBR pentru a reține purtătorii în compartimentul desemnat, permițând în același timp trecerea liberă a lichidului amestecat și a solidelor în suspensie.

Pompe de recirculare a nitraților.Noile pompe de recirculare cu o valoare Q=833.4 m³/h returnează lichidul amestecat bogat în nitrați din zona aerobă înapoi în zona anoxică, conducând denitrificarea la un raport de recirculare controlat.

Upgrade de aerare.Suflantele originale au fost înlocuite cu două unități de 152 kW, fiecare livrând 115 m³/min la un raport proiectat aer-apă de 7:1 -, un pas semnificativ față de raportul original de 5:1, reflectând cererea mai mare de oxigen a unui sistem de biofilm nitrificator.

Noi unități de tratament terțiar

Lustruire pentru Clasa 1A SS și TP Compliance

Tratamentul biologic singur nu poate atinge în mod fiabil limitele de 10 mg/L SS și 0,5 mg/L TP ale Clasei 1A. Au fost adăugate trei unități de lustruire în aval.

Rezervor de sedimentare de înaltă eficiență.Două unități paralele, fiecare evaluată la 833,34 m³/h, cu o rată de încărcare la suprafață de 8,17 m³/m²·h. PAC (clorură de polialuminiu) și PAM (poliacrilamidă) sunt dozate pentru îndepărtarea chimică a fosforului și floculare, vizând atât TP, cât și SS rezidual.

Filtru de disc cu fibre.Două unități, fiecare cu 12 discuri cu diametrul de 3.000 mm, care asigură o rată de filtrare de 5,6 până la 7,8 m³/h·m². Sunt instalate patru pompe de spălare în contrasens pentru curățarea automată a mediilor. Filtrul cu disc servește ca barieră fizică finală pentru solidele în suspensie înainte de dezinfecție.

Dezinfecție UV.Un sistem ultraviolet de 33,22 kW cu 96 de lămpi la 320 W fiecare, proiectat pentru un debit maxim de 56.400 m³/zi. UV a fost selectat față de clorinare pentru a evita formarea subprodusului de dezinfecție și toxicitatea clorului rezidual în apa receptoare.

Investiții și costuri de exploatare

Defalcarea capitalului și costul pe metru cub

Investiția totală a proiectului a fost32,14 milioane RMB, alocate după cum urmează:

Costul de operare incremental al upgrade-ului a fost calculat la0,219 RMB/m³, care se traduce la aproximativ 3,20 milioane RMB pe an la fluxul de proiectare. Defalcarea este următoarea:

Recomandări cheie

Cinci lecții pentru modernizarea șanțurilor de oxidare

1. MBBR se încadrează în șanțurile de oxidare existente cu lucrări civile minime.Modernizarea Guangdong nu a necesitat nicio construcție nouă de rezervor pentru etapa biologică - transportoare, ecrane, mixere și suflante au fost instalate în amprenta șanțului existent. Numai acest lucru a făcut din MBBR alegerea superioară din punct de vedere economic față de BAF.

2. Raportul de umplere este o ieșire, nu o intrare.Echipa de proiectare a subliniat acest punct: suprafața necesară a biofilmului - calculată din încărcarea cu azot și rata țintă de nitrificare - determină câți purtători sunt necesari. Raportul de umplere (12,5% în acest caz) este oricare ar fi volumul de purtător. Nu începeți cu un procent de umplere arbitrar.

3. Lustruirea în aval este esențială pentru clasa 1A.Chiar și un MBBR bine proiectat nu poate atinge în mod fiabil 10 mg/L SS și 0,5 mg/L TP fără tratament terțiar. Rezervorul de sedimentare de înaltă eficiență și filtrul cu disc de fibre nu erau opțiuni suplimentare - erau diferența dintre conformitate și defecțiune pe SS și fosfor.

4. Costul suplimentar este modest în raport cu upgrade-ul standard.La 0,219 RMB/m³, costul de operare suplimentar al upgrade-ului de la clasa 1B la 1A reprezintă o propunere de valoare convingătoare. Costurile chimice (0,048 RMB/m³) și manipularea nămolului (0,041 RMB/m³) sunt componentele dominante și ambele sunt relativ previzibile.

5. Îmbunătățirile de aerare sunt adesea necesare.Trecerea de la un raport aer-apă de 5:1 la 7:1 reflectă cererea crescută de oxigen a unui sistem de biofilm nitrificator. Instalațiile care iau în considerare modernizarea MBBR ar trebui să bugeteze pentru înlocuirea sau creșterea suflantei - este puțin probabil ca sistemul de aerare existent să fie adecvat.

Concluzie

Cazul Guangdong demonstrează că combinația deAAO-MBBR cu sedimentare de înaltă eficiență și filtrare pe disc de fibreoferă o cale de actualizare eficientă, viabilă din punct de vedere economic și gestionabil operațional de la Clasa 1B la Clasa 1A. Abordarea modernizării - reutilizarea volumului rezervorului existent, adăugarea de purtători în loc de beton și stratificarea lustruirii terțiare în aval - oferă calitatea necesară a efluentului la un cost suplimentar pe care bugetele municipale îl pot absorbi. Pentru numărul tot mai mare de fabrici municipale chineze care se confruntă cu același mandat 1B-to-1A, acest model merită o atenție serioasă.