Modernizarea stației de epurare a Mongoliei Interioare: Cum AAO+MBBR a înlocuit un șanț de oxidare DE eșuat pentru a trata 2.000 mg/L COD la 0,85 RMB/m³

În 2004, o stație de tratare a apelor uzate din Xilinhot, Mongolia Interioară, a început tratarea a 38.000 m³/zi cu un șanț de oxidare DE. A fost proiectat pentru canalizare municipală. Ceea ce a primit au fost ape uzate de la abator - spălarea tarcului, sânge, grăsime, reziduuri osoase și gunoi de grajd - împingând COD-ul influențului la2.000 mg/Lşi azot amoniac la120 mg/L. Șanțul de oxidare, care trece între modurile aerob și anoxic într-un oraș în care temperaturile rămân scăzute pe tot parcursul anului, nu a putut ține pasul. Oxigenul dizolvat a rămas sub 1 mg/L. Bacteriile nitrificatoare nu s-au stabilit niciodată. Efluentul a ratat clasa B mai des decât a lovit-o. Actualizarea a adăugat pretratamentul DAF, o nouă etapă biologică AAO+MBBR și un tratament avansat - și a eliminat toate cele patru probleme simultan. Acum efluentul îndeplinește în mod stabil clasa A. Cost:0,85 RMB pe metru cub.

1. PLANTA ORIGINALA - SI DE CE A ESCUT

Uzina de Faza I a fost pusă în funcțiune în august 2004 cu o capacitate de proiectare de40,000 m³/d. Secțiunea biologică a folosit procesul de șanț de oxidare DE (vezi Figura 1), cu efluent necesar pentru a îndepliniStandard clasa Bdin GB 18918-2002. Debitul real prin rețeaua de conducte a fost de aproximativ 38.000 m³/zi. Designul inițial a asumat caracteristici tipice de canalizare municipală. Realitatea a fost alta: o mare parte din influent provenea din abatoare, iar concentrațiile de poluanți au depășit masiv baza de proiectare.

Patru probleme distincte au convergit pentru a face ca șanțul de oxidare DE să fie un proces greșit pentru acest site:

Problema 1 - COD a suprimat nitrificarea

Influent COD atinge în mod regulat 2.000 mg/L. Bacteriile heterotrofe, hrănindu-se cu această abundență organică, s-au înmulțit rapid și au consumat oxigen dizolvat într-un ritm cu care sistemul de aerare nu a putut să-l egaleze. DO în șanțul de oxidare a rămassub 1 mg/Lpentru perioade prelungite. Bacteriile nitrifiante - autotrofe care au nevoie de o cantitate mare de DO, nu de substanțe organice ridicate - au lipsit de oxigen. Eliminarea azotului de amoniac sa prăbușit ca o consecință directă a supraîncărcării cu COD.

Problemă 2 - Deșeurile din abator au rezistat biodegradării

Apa uzată de abator este un amestec complex: apă de spălat țarcuri care transportă gunoi de grajd de porc și furaje nedigerate; sânge, grăsime, resturi de carne, reziduuri osoase, păr și fecale de la podeaua uciderii. Apa uzată este roșie maronie, cu un miros de pește detectabil la câțiva metri distanță. Aceste fluxuri bogate în COD și amoniac se putrezesc rapid. Limitat de volumul rezervorului biologic, timpul de retenție hidraulică a fost prea scurt pentru ca aceste substanțe organice recalcitrante să se biodegradeze la un nivel scăzut. Solide organice în suspensie nereținute, evacuate odată cu efluentul, consumând oxigen dizolvat în apa receptoare și dăunând ecosistemului.

Problemă 3 - Alternarea modului aerobic/anoxic a eșuat la frig

Xilinhot are temperaturi scăzute pe tot parcursul anului. Creșterea microbiană este lentă; bacteriile nitrificatoare sunt cele mai sensibile la frig dintre toate. Șanțul de oxidare DE alternează între condiții aerobe (favorizează nitrificatorii) și anoxice (favorizează denitrificatorii). În condiții de funcționare aerobă, fereastra suficientă de oxigen a fost prea scurtă pentru ca nitrificatorii să construiască o populație viabilă înainte ca ciclul să revină la anoxic, suprimându-le din nou. Bacteriile denitrificatoare, adaptate condițiilor anoxice, au suferit în egală măsură de pe urma ciclării constante. Regimul alternativ de oxigen, tolerabil într-un climat mai cald, a devenit un ucigaș pentru îndepărtarea azotului în frigul Mongoliei Interioare.

Problemă 4 - Aerarea la suprafață a eliminat căldura

Aeratoarele de suprafață funcționează prin maximizarea zonei de contact apă uzată-aer pentru a conduce transferul de oxigen. Aceeași zonă de contact generează și pierderea de căldură. În clima lui Xilinhot, fiecare unitate de oxigen transferată a venit cu o penalizare termică - apele uzate din șanțul de oxidare au pierdut căldură limitată în aerul rece, deprimând și mai mult cinetica biochimică deja lentă.

2. STRATEGIA DE UPGRADE: DAF + AAO+MBBR + ELIMINAREA AZOGENULUI ÎN DOUĂ ETAPE

Modernizarea a trebuit să rezolve simultan patru constrângeri: COD ridicat, amoniac ridicat, temperatură scăzută și lipsa terenului disponibil pentru construcția de rezervoare noi. Soluția a fost construită în jurTehnologia MBBR- selectat pentru adaptabilitatea puternică la vreme rece, amprenta compactă și capacitatea de a se combina cu procesele convenționale fără a necesita volum suplimentar al rezervorului.

Purtătorii MBBR din zona aerobă promovează de preferință creșterea bacteriilor nitrifiante, iar biofilmul care se desprinde de purtători inoculează continuu nămolul activat în suspensie cu nitrificatori. Acest lucru compensează direct deficiența de nitrificare care a afectat șanțul original de oxidare DE. Procesul demonstrează, de asemenea, o toleranță puternică la șocuri toxice - important având în vedere variabilitatea deversării în abator.

Cinci decizii de proiectare au definit upgrade-ul:

1. Pretratare DAF.O unitate de flotație cu aer dizolvat a fost adăugată pentru a îndepărta uleiul și SS din fracția de abator înainte de a ajunge la stadiul biologic. SS și grăsimea cu influență mare supraîncărcaseră șanțul de oxidare din prima zi.

2. Tanc AAO nou cu purtători MBBR.A fost construit un rezervor primar anaerob/anoxic/aerob complet nou, cu purtători HDPE MBBR (500 m²/m³ suprafață specifică, cilindric, ~20 mm diametru × 10 mm lungime) atât în ​​zona anoxică (3.110 m³ volum transportor) cât și în zona aerobă (6.264 m³ volum transportor). Design MLSS: 4.000 mg/L. HRT anaerobă: 2,0 ore. HRT anoxic: 6,2 ore. HRT aerob: 12,5 ore.

3. Şanţ de oxidare transformat în AO secundar.Șanțul de oxidare DE existent a fost reutilizat într-un rezervor secundar anoxic/aerob (HRT total 12,2 ore, 6,1 ore fiecare zonă). Cu TN influent atingând 130 mg/L, un AO cu o singură etapă nu ar putea realiza îndepărtarea necesară - rapoartele de recirculare internă ar trebui să depășească 1.000%. AO în două etape face ca eliminarea azotului să fie realizabilă din punct de vedere matematic la rapoarte practice de recirculare (300% primar, 200% secundar).

4. Tratament avansat.Un rezervor de sedimentare de înaltă eficiență (încărcare la suprafață 7,3 m³/m²·h, cu mediu de decantare cu tuburi) urmat de filtre cu nisip continue (48 de unități, AS 50020, 5,5 m² fiecare, suprafață totală de filtrare 288 m², rata de filtrare proiectată 5,78 m/h) au fost adăugate după clarificatorul secundar pentru lustruirea standardelor de clasă A.

5. Aerare inteligentă și dozare chimică.Aerarea de precizie bazată pe IoT și dozarea automată a substanțelor chimice au înlocuit controlul manual, bazat pe experiență - eliminând supraaerația și supradozarea cronică care au umflat costurile de operare ale centralei inițiale.

3. CONSTRUCȚIE FĂRĂ OPRIRE - TREI PROVOCĂRI

Stația nu a putut opri tratarea apelor uzate în timpul modernizării. Au apărut trei provocări:

Provocarea 1 - Menținerea conformității în timpul reconstrucției rezervorului.Deconectarea unui rezervor biologic în timpul sezonului ploios (iulie-septembrie) a crescut încărcarea rezervoarelor rămase. Soluție: rezervoarele au fost reconstruite unul câte unul. Vechiul rezervor de îngroșare a nămolului a fost transformat într-un rezervor temporar de sedimentare pentru colectarea și returnarea apei secundare în circulație, împiedicând-o să adauge încărcătură secțiunii biologice. Rezervoarele de urgență au fost golite înainte de prognoza unor ploi abundente.

Provocare 2 - Suprapunerea construcției și siguranței.Lucrări civile și instalarea conductelor de proces au funcționat simultan în rezervorul secundar AO. Soluție: a fost stabilit un protocol structurat de comunicare și coordonare, cu planuri detaliate de siguranță și proceduri de răspuns în situații de urgență care definesc responsabilitățile fiecărei părți.

Provocarea 3 - Eliminarea nămolului din rezervorul scos din funcțiune.Rezervorul secundar de AO conținea 4,5 m de apă cu nămol activ plus 0,5 m de sediment anorganic. Soluție: noul sistem de deshidratare a nămolului a fost pus în funcțiune din timp; o parte din nămol a fost deshidratată, iar o parte a fost transferată la însămânțarea noului rezervor primar AAO.

4. REZULTATE: EFLUENT CLASA A DIN CLASA B+ INFLUENT

4.1 Calitatea apei - înainte și după

Caracteristicile de influență sunt severe pentru orice standard - un amestec de canalizare municipală și deversare din abator. Tabelul 1 prezintă valorile de proiectare și reale pentru șapte parametri, împreună cu ratele de eliminare atinse după actualizare.

*Limita de efluent NH₃-N este de 5 mg/L în mod normal; 8 mg/L se aplică atunci când temperatura apei este sub 12 grade.

După actualizare, toți indicatorii de efluent au îndeplinit stabilStandard clasa A din GB 18918-2002, în ciuda concentrațiilor influente care depășesc cu mult baza de proiectare inițială. Eficiența tratării sistemului biologic sa îmbunătățit semnificativ pentru toți parametrii (vezi Figura 3).

4.2 Defalcarea costurilor de exploatare

Costul anual direct de operare este de aproximativ12,45 milioane RMB, oferind un cost unitar de0,8528 RMB/m³(excluzând amortizarea și finanțarea echipamentelor). Electricitatea domină, ținând cont62.4%a costului de exploatare - o consecință directă a cererii mari de oxigen din influența concentrată și a climatului rece care încetinește cinetica biologică.

5. OPTIMIZAREA ENERGIEI: CONTROALE INTELIGENTE PENTRU GUCESAREA MANUALĂ

Cu electricitatea la 62% din costul de operare, eficiența energetică nu era opțională. În proiect au fost incluse trei măsuri:

1. Aerarea de precizie bazată pe IoT.O platformă Internet of Things colectează în timp real date despre DO, amoniac și debit, apoi ajustează automat puterea suflantei. În loc să ruleze suflantele la o viteză fixă, bazată pe experiența operatorului, sistemul furnizează exact aerul de care are nevoie biologia - nici mai mult, nici mai puțin.

2. Dozarea chimică inteligentă.Ratele de dozare PAC, PAM și dioxid de clor sunt legate de debitul în timp real și de încărcătura de poluanți, eliminând factorul de siguranță care crește consumul de substanțe chimice în instalațiile operate manual.

3. Moduri de operare adaptive.În perioadele de concentrație scăzută a afluentului, procesul MBBR poate trece la un mod de funcționare cu energie redusă - mai puține suflante online, intensitate mai mică de amestecare - fără a risca respectarea efluentului. Designul clădirii maximizează, de asemenea, ventilația naturală pentru a reduce cererea de energie HVAC.

PRINCIPILE CHEIE

1. Șanțurile de oxidare DE eșuează în climatele reci cu ape uzate de mare rezistență.Ciclul alternant aerob/anoxic previne stabilizarea populațiilor de nitrificatori sau denitrificatori, iar aerarea suprafeței costă căldură. Dacă planta dumneavoastră are atât temperatură scăzută, cât și amoniac ridicat, șanțul de oxidare DE este un proces biologic greșit.

2. Purtătorii MBBR inoculează nitrificatori în nămolul în suspensie.Acesta este mecanismul cheie care compensează deficiența de nitrificare a procesului original. Biofilmul de pe purtători crește de preferință bacterii nitrificatoare și însămânță continuu lichidul amestecat - o formă de bioaugmentare in situ care nu necesită o sursă externă de carbon.

3. AO în două etape face ca îndepărtarea azotului de înaltă rezistență să fie practică.Cu TN influent la 130 mg/L, un AO cu o singură etapă ar avea nevoie de rapoarte interne de recirculare care depășesc 1.000%. Împărțirea încărcăturii de azot într-un rezervor AAO+MBBR primar și un rezervor AO secundar atinge Clasa A TN (mai mică sau egală cu 15 mg/L) la rapoarte de recirculare gestionabile.

4. Pretratarea DAF nu este negociabilă atunci când apa uzată din abator este în amestec.Uleiul și grăsimea de la operațiunile de tencuire vor murdări purtătorii MBBR și vor suprima transferul de oxigen. Îndepărtați-le înainte de faza biologică sau plătiți penalizarea în electricitatea suflantei.

5. Construcția fără oprire este realizabilă cu secvențierea în faze a rezervorului.Construiți mai întâi noul rezervor AAO primar, puneți-l în funcțiune, apoi scoateți vechiul șanț de oxidare offline pentru conversia în AO secundar. Vechiul rezervor de îngroșare a nămolului poate servi ca tampon temporar de sedimentare în timpul tăierii.

6. Costul de operare la 0,85 RMB/m³ pentru 2.000 mg/L COD influent este competitiv.Structura costurilor dominată de electricitate (62%) reflectă necesarul real de oxigen al acestei ape uzate. Controlul aerării bazat pe IoT și modurile de operare adaptive sunt pârghiile care o împiedică să meargă mai sus.