Efectul de funcționare al proiectului de modernizare a stației de tratare a apelor uzate din Tianjin
O stație de tratare a apelor uzate din Tianjin a fost supusă unui proiect de modernizare și renovare adoptând procesul Bardenpho-MBBR modificat, ridicând calitatea efluentului de la standardul de grad A specificat în „Standardul de evacuare a poluanților pentru stațiile de tratare a apelor uzate municipale” (GB 18918-2002) la standardul local Clasa A al DB Tianjin/standardul 595-2002. Procesul Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) implică adăugarea de purtători suspendați MBBR în reactor, oferind locuri pentru atașarea microbiană și formând biofilme atașate, crescând astfel biomasa eficientă în sistem și obținând eliminarea poluanților. Procesul MBBR oferă avantaje cum ar fi încărcare mare de tratament, rezistență puternică la sarcinile de șoc, performanță stabilă de tratament, management operațional simplu și funcționare flexibilă a procesului. Un număr tot mai mare de stații de epurare din China adoptă procesul MBBR pentru renovare. Această lucrare analizează performanța operațională a unei stații de epurare Tianjin după modernizarea acesteia, cu scopul de a oferi o referință pentru proiecte similare de modernizare.
1. Procesul biologic curent de îndepărtare a azotului și a fosforului
Rezervorul biologic original a utilizat un proces A²/O cu o capacitate de tratare de 12.500 t/zi. Vârsta totală de proiectare a nămolului a fost de 14 zile, concentrația de solide în suspensie în lichid mixt (MLSS) a fost de 3500 mg/L, temperatura de proiectare a apei a fost de 10 grade, randamentul de nămol a fost de 0,936 kgSS/kgBOD și încărcarea de nămol a fost de 0,082 kgBOD/kgMLSS. Adâncimea efectivă a apei a rezervorului biologic a fost de 6 m, cu un volum total al rezervorului de 9.052,2 m³ și un timp total de retenție hidraulică (HRT) de 17,4 ore. Distribuția HRT a fost: zona de selecție 0,58 ore, zona anaerobă 1,38 ore, zona anoxică 2,85 ore, zona de balansare 0,92 ore și zona aerobă 11,67 ore. Reciclarea nămolului a fost de 100%, iar reciclarea internă a lichidului amestecat a fost de 300%. Rezervorul biologic original a constat în principal din secțiuni anaerobe-anoxice-aerobe. Parametrii de funcționare ar putea fi ajustați pe baza condițiilor de afluent și a cerințelor de efluent pentru a obține eliminarea azotului și a fosforului, calitatea efluentului respectând standardul de grad A din GB 18918-2002.
2. Prezentare generală a proiectului de modernizare și renovare
Această actualizare a avut ca scop îmbunătățirea calității efluenților pentru a îndeplini standardul de clasă A al standardului local Tianjin „Standard de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate municipale” (DB 12/599-2015). Calitatea efluentului proiectat și efluentului sunt prezentate înTabelul 1. Conform valorilor de proiectare a TN pentru efluent și efluent, atingerea unui TN efluent sub 10 mg/L necesită o rată de denitrificare de 75,6% în sistemul de rezervoare biologice. Rezervorul biologic original a folosit o configurație A²/O. Calculele bazate pe configurația inițială a rezervorului au indicat că raportul intern de reciclare ar trebui să crească de la 200% la 310% inițial, împreună cu adăugarea unei cantități mari de sursă externă de carbon. Acest lucru nu numai că ar crește costurile de operare, ci și volumul mare de flux intern de reciclare ar putea perturba mediul anoxic. Acest lucru ar putea duce la HRT reală în zona anoxică să fie mai mică decât cerința minimă, afectând eficiența denitrificării. Procesul MBBR îmbunătățește capacitatea de denitrificare a sistemului și îmbunătățește calitatea efluentului prin adăugarea de purtători suspendați pentru a crește concentrația de biomasă în rezervor, îndeplinind astfel cerințele de modernizare.
Fără a modifica volumul rezervorului biologic existent, au fost reconfigurate zonele funcționale interne ale rezervorului biologic. Configurația inițială A²/O (anaerobă-anoxica-aerobă) a fost modificată la o configurație Bardenpho în 6-etape: zonă anaerobă, zonă anoxică, zonă de balansare, zonă aerobă, zonă post-anoxica și zonă post-aerobă. Mai exact, zona de selecție inițială a fost transformată într-o zonă anaerobă. Zona anaerobă inițială, zona de balansare (partea din față) și zona anoxică au fost toate utilizate ca zonă pre-anoxică. Jumătatea din față a primului coridor din zona aerobă inițială a fost ajustată la o zonă de balansare. Primul, al doilea și al treilea coridoare aerobe originale au fost transformate în zona MBBR, unde au fost adăugate transportoare suspendate, împreună cu sisteme de ecranare de intrare/ieșire și un sistem auxiliar de aerare de jos. Al patrulea coridor aerob a fost transformat într-o zonă post-anoxică. Zona de balansare inițială a fost împărțită funcțional și ajustată în zone post-anoxice și post-aerobe. Parametrii rezervorului biologic renovat sunt prezentați înTabelul 2.
În ceea ce privește funcționarea procesului, lichidul amestecat din zona aerobă este reciclat în zona anoxică și se adaugă o sursă de carbon în zona anoxică. Bacteriile denitrificatoare folosesc sursa de carbon pentru denitrificare pentru a elimina azotul nitrat produs în zona aerobă. Azotul rezidual de azotat intră în zona post-anoxică, unde se adaugă o sursă suplimentară de carbon pentru a continua denitrificarea. După renovare, concentrația de solide în suspensie a lichidului mixt (MLSS) este de 4.000 mg/L, reciclarea nămolului este de 50%–100%, reciclarea internă a lichidului mixt este de 200%–250%, iar oxigenul dizolvat în zona MBBR este de 2–5 mg/L. Diagrama fluxului procesului după renovare este prezentată înFigura 1.
3. Punerea în funcțiune a sistemului după renovarea rezervorului biologic
După ce renovarea rezervorului biologic a fost finalizată, a început faza de punere în funcțiune. S-a adăugat în rezervorul biologic nămolul deshidratat de la o altă stație de epurare, crescând rapid concentrația de nămol la peste 3.000 mg/L într-un timp scurt. Acest lucru a scurtat perioada de cultivare și aclimatizare a nămolului, permițând pornirea rapidă a rezervorului biologic și restabilirea capacității sale de îndepărtare a azotului și fosforului. În timpul perioadei de funcționare de probă, din cauza debitului de influent relativ scăzut și a concentrațiilor de poluanți, sarcina operațională reală a fost mai mică decât sarcina de proiectare. Abordarea a fost mai întâi cultivarea și aclimatizarea nămolului activat până când sistemul biologic s-a stabilizat și calitatea efluentului a îndeplinit standardele, apoi adăugați purtători MBBR pentru formarea biofilmului.
După ce purtătorii au fost adăugați la secțiunea aerobă a rezervorului biologic, au fost mai întâi scufundați. Microorganismele s-au atașat treptat de suprafețele lor. Vizual, culoarea suprafeței purtătorului s-a schimbat de la alb la un galben pamant slab pe măsură ce mai multe microorganisme s-au atașat și biofilmul a devenit mai dens. Culoarea purtătorului s-a adâncit treptat. La două luni după adăugarea purtătorului, formarea biofilmului a fost bună, suprafața purtătorului apărând maro-gălbui și culoarea adâncindu-se treptat. La patru luni după adăugarea purtătorului, biofilmul de pe suprafața purtătorului a apărut maro închis și a fost dens. Progresia formării biofilmului ar putea fi observată intuitiv pe baza modificărilor culorii purtătorului, așa cum se arată înFigura 2. În decembrie 2021, examinarea microscopică a nămolului activ din rezervorul biologic și a nămolului din purtători a evidențiat structuri compacte de floc cu proprietăți bune de adsorbție și decantare. Vizual, purtătorii au arătat o formare evidentă de biofilm. Examenul microscopic a identificat organisme precum Vorticella, Opercularia și Epistylis, cu observarea ocazională a câțiva ciliați mobili, indicând finalizarea etapei de formare a biofilmului.
4. Performanța operațională după renovarea rezervorului biologic
4.1 Performanța de îndepărtare pentru COD și BOD după renovare
Valorile COD și BOD ale efluentului pentru 2022 sunt afișate înFigura 3. COD efluent a variat de la 10,2 la 24,9 mg/L, cu o medie de 18,0 mg/L. BOD efluent a variat de la 2,1 la 4,9 mg/L, cu o medie de 3,4 mg/L. Atât COD efluent, cât și BOD au respectat stabil standardul local de clasă A din Tianjin. Sistemul renovat nu numai că a demonstrat performanțe bune de îndepărtare pentru COD și DBO, dar și-a menținut nivelurile de COD și DBO ale efluenților stabile și conforme în timpul sezonului de inundații, chiar și atunci când sarcina reală de afluent a centralei a atins 110% din capacitatea sa proiectată. Acest lucru indică faptul că sistemul are o rezistență bună la sarcinile de șoc.
4.2 Performanța de îndepărtare pentru TN și NH₃-N după renovare
Valorile efluentului TN și NH₃-N pentru 2022 sunt prezentate înFigura 4. TN a variat de la 3,72 la 8,74 mg/L, cu o medie de 6,43 mg/L. NH₃-N a variat de la 0,02 la 1,25 mg/L, cu o medie de 0,12 mg/L. În timpul funcționării de iarnă, din cauza temperaturilor mai scăzute, ratele de nitrificare și denitrificare au scăzut. În practică, concentrația nămolului a fost crescută la peste 6.000 mg/L. Funcționarea la concentrație mare de nămol este benefică pentru îmbunătățirea rezistenței sistemului biologic la sarcini de șoc, în special la temperaturi scăzute. Sinergia dintre concentrația mare de nămol și biofilmul atașat la purtătorii MBBR sporește efectul de tratare al sistemului biologic.
Purtătorii MBBR oferă un mediu favorabil comunităților microbiene, susținând creșterea și reproducerea acestora. După aclimatizare și maturare, capacitatea de nitrificare și denitrificare a biofilmului se întărește. Microorganismele se atașează și cresc stratificate pe suprafața purtătorului, crescând densitatea zoogloei și formând structuri de nămol mari, dense și rapid stabile. Când se confruntă cu modificări externe ale calității apei, microorganismele de pe suprafața purtătorului secretă substanțe polimerice extracelulare (EPS) pentru auto-protecție, reducând astfel impactul modificărilor bruște ale calității apei asupra microorganismelor-stratului interior.
În stațiile de epurare care utilizează procesul MBBR, s-au observat fenomene simultane de nitrificare și denitrificare (SND) în zona de purtător aerob. Testarea valorilor TN ale influentului și efluentului din zona purtătoare aerobă a evidențiat o diferență de 2-6 mg/L. Această diferență a fost mai pronunțată, mai ales când oxigenul dizolvat în rezervorul aerob a fost controlat sub 2 mg/L, indicând SND mai semnificativ în condiții de oxigen dizolvat scăzut. Efluentul TN din rezervorul de sedimentare secundar a îndeplinit pe deplin standardele, ceea ce înseamnă că îndepărtarea TN a fost finalizată în etapa de tratare biologică. În funcționarea efectivă, filtrul denitrificator cu pat adânc-funcționează ca un proces de siguranță. În condiții normale, funcționează ca un filtru obișnuit pentru a se asigura că indicatorii SS îndeplinesc standardele.
4.3 Performanța de îndepărtare pentru TP și SS după renovare
Valorile TP și SS ale efluentului pentru 2022 sunt afișate înFigura 5. TP efluent al stației de epurare a variat între 0,04 și 0,22 mg/L, cu o medie de 0,10 mg/L. SS efluent a variat de la 1 la 4 mg/L, cu o medie de 2,2 mg/L. După modernizare, efluentul rezervorului de sedimentare secundar TP a fost de aproximativ 1,0 mg/L și SS de aproximativ 26 mg/L. Adăugând clorură ferică și PAM în rezervorul de sedimentare cu eficiență înaltă-pentru a îmbunătăți coagularea și prin purificarea ulterioară în filtrul cu pat adânc-denitrificator, efluentul TP și SS au îndeplinit stabil standardul local de clasă A din Tianjin, iar valoarea culorii a fost redusă semnificativ.
5. Concluzie
Pentru a îndeplini standardul local de clasă A din Tianjin, procesul inițial A²/O de la WWTP a fost transformat într-o configurație Bardenpho în cinci-etape, încorporând procesul MBBR în secțiunea aerobă pentru a îmbunătăți eliminarea biologică a azotului, reducând efluentul TN și NH₃-N. În timpul sezonului de inundații cu debit de suprasarcină, toți indicatorii au respectat stabil standardele, demonstrând o bună rezistență la impact. După renovarea rezervorului biologic, raportul de reciclare intern a fost de 200%–300%, reciclarea nămolului extern a fost de 50%–100%, concentrația de nămol a fost de 4.000–6.000 mg/L, oxigenul dizolvat în zona aerobă a fost controlat la 3–5 mg/L, iar oxigenul dizolvat în zona de control a fost dizolvat în zona de 2–05 mg/l. În 2022, calitatea efluentului WWTP a fost: COD 10,2–24,9 mg/L, medie 18,0 mg/L; BOD 2,1–4,9 mg/L, medie 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, medie 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, medie 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, medie 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, medie 2,2 mg/L. Toate au îndeplinit în mod stabil standardul de clasă A al standardului local Tianjin „Standard de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate municipale” (DB 12/599-2015).