Aplicarea procesului BIOLAK la modernizarea unei stații de epurare a apelor uzate la standarde de aproape-clasa IV
Introdus în China la începutul secolului 21, procesul BIOLAK a câștigat o aplicare largă în tratarea apelor uzate municipale datorită structurii sale simple și a costurilor reduse de investiție. În ultimii ani, odată cu înăsprirea standardelor de descărcare și creșterea automatizării, majoritatea fabricilor existente BIOLAK se confruntă cu upgrade-uri. Îmbunătățiri cum ar fi adăugarea de transportoare suspendate, modernizarea rezervoarelor și redefinirea zonelor funcționale sunt implementate pentru a îmbunătăți eliminarea azotului și a fosforului. În timp ce instalațiile nou construite adoptă în mod predominant A²/O și procese de șanț de oxidare, există puține rapoarte privind performanța reală a BIOLAK, în special în conformitate cu standardele stricte de emisie. Procesul BIOLAK utilizează lanțuri de aerare oscilante pentru a crea zone anoxice și aerobe temporale, funcționând în esență ca un proces A/O în mai multe-etape. Prin optimizarea operațională, calitatea efluentului poate îndeplini în mod stabil standardul de apă de suprafață de cvasi-Clasa IV.
1 Contextul proiectului
O stație de tratare a apelor uzate din provincia Hebei folosește procesul BIOLAK ca tehnologie de bază. Fluxul de intrare variază între 18.000 și 22.000 m³/zi, cu o medie de 19.000 m³/zi, tratând în principal ape uzate menajere urbane și o cantitate mică de ape uzate de prelucrare agricolă. Calitățile proiectate de influenț și efluent sunt prezentate înTabelul 1. Standardul inițial de evacuare a fost standardul de gradul A al *„Standard de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate municipale” (GB 18918-2002)*. După o modernizare care a inclus compartimentarea unei zone anaerobe pentru a îmbunătăți denitrificarea și defosforizarea, instalația respectă acum limitele cheie ale zonei de control ale *„Standarde de evacuare a poluanților în apă pentru bazinul râului Daqing” (DB13/2795-2018)*. Cu excepția azotului total, toți ceilalți indicatori îndeplinesc standardele de clasă IV specificate în *„Standarde de calitate a mediului pentru apa de suprafață” (GB 3838-2002)*. Fluxul procesului este prezentat înFigura 1.
Planta folosește hipoclorit de sodiu pentru dezinfecție. Nămolul este deshidratat prin filtrare cu placă de înaltă presiune și cadru până la un conținut de umiditate sub 60% înainte de a fi transportat pentru co-procesare în cuptoare de ciment.
Contribuția fiecărei unități de tratare la eliminarea poluanților a fost calculată pe baza bilanţului de masă, cu metode specifice la care se face referire din literatură.
2 Măsuri de optimizare a controlului operațional
Au fost implementate mai multe măsuri de optimizare în timpul funcționării pentru a spori stabilitatea efluentului și pentru a obține economii de energie și costuri.
2.1 Control îmbunătățit al oxigenului dizolvat (DO).
Proiectele existente de modernizare BIOLAK notează adesea zonarea sa slabă ca o variantă A/O cu mai multe-etape, ceea ce duce la o eficiență scăzută de denitrificare. În acest proiect, asigurând în același timp conformitatea cu azotul amoniac efluent, OD maxim la sfârșitul zonei de aerare a fost menținut la 0,5–1,0 mg/L, mai mic decât cerințele convenționale de control al OD.
2.2 Monitorizare sporită a datelor de proces
Pentru a ghida controlul DO și dozarea sursei externe de carbon, azotul nitrat și azotul amoniac au fost monitorizate la sfârșitul zonei anaerobe și rezervorul BIOLAK pentru a determina intervalele optime de control. În timpul funcționării, dozarea sursei externe de carbon a fost redusă sau oprită atunci când azotul azotat la capătul zonei anaerobe a fost<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3 Stabilirea țintelor de control intern al efluenților
Pentru a asigura o conformitate stabilă, țintele de control intern au fost stabilite la 30%–80% din limitele de deversare, pe baza dificultății de a controla fiecare poluant. Depășirea acestor limite interne a declanșat ajustări imediate ale parametrilor procesului pentru a readuce concentrațiile efluenților la un interval acceptabil. Țintele anuale de control intern pentru COD, azot amoniac, azot total și fosfor total au fost 15 mg/L, 0,5 mg/L, 12 mg/L și, respectiv, 0,12 mg/L.
2.4 Menținerea unei concentrații adecvate de nămol
Risipirea nămolului a fost ajustată în funcție de debit, sarcină și sezon. Timpul de reținere a nămolului (SRT) a fost menținut la 15-25 de zile, iar concentrația de solide în suspensie în lichid mixt (MLSS) la 2500-4500 mg/L. Mai exact, MLSS a fost controlat la 2.500–3.500 mg/L vara și toamna, cu o încărcătură de nămol de aproximativ 0,06 kgCOD/(kgMLSS·d), și la 3.500–4.500 mg/L iarna și primăvara, cu o încărcătură de nămol de aproximativ 0,04 kgMLSS·d(d).
2.5 Reglarea funcționării unităților avansate de tratament
Temperaturile scăzute din timpul iernii au afectat flocularea și sedimentarea. Spălarea intempestivă a filtrelor de tip V-ar putea duce la creșterea substanțelor în suspensie a efluenților și a COD. Prin urmare, în timpul funcționării de iarnă, frecvența spălării în contra a fost crescută pe baza performanței de coagulare, iar evacuarea nămolului din rezervorul de coagulare-sedimentare a fost intensificată pentru a reduce concentrația de solide în suspensie a efluentului.
3 Performanța tratamentului
COD anual influent a variat de la 109 la 248 mg/L, cu o medie de 176 mg/L. COD efluent a variat de la 9,5 la 20,1 mg/L, cu o medie de 12,1 mg/L. Când COD efluentului a depășit ținta de control intern (15 mg/L), frecvența de spălare a filtrului a fost crescută pentru a reduce solidele în suspensie. Se recomandă să actualizați rezervorul de-sedimentare de coagulare la un rezervor de-densitate mare sau de coagulare-de sedimentare pentru coagulare magnetică pentru o eficiență mai bună a coagulării.
Azotul amoniac influent anual a variat între 17,8 și 54,9 mg/L, cu o medie de 31,9 mg/L. Azotul amoniac efluent a variat de la 0,12 la 1,30 mg/L, cu o medie de 0,5 mg/L. Când a depășit ținta de control intern, aerarea a fost ajustată conform măsurilor de optimizare. Calitatea efluenților a îndeplinit în mod stabil limitele cheie ale zonei de control ale *DB13/2795-2018* pe tot parcursul anului.
Datorită concentrației scăzute a sursei de carbon cu influență, accentul s-a pus pe optimizarea condițiilor de proces pentru a îmbunătăți eliminarea azotului și a fosforului, urmărind economii de energie și costuri.
3.1 Optimizarea controlului OD și eliminarea totală a azotului
Azotul total (TN) influent anual a variat între 20,3 și 55,6 mg/L (veziFigura 2), cu o medie de 42,1 mg/L. TN efluent a variat între 2,5 și 14,2 mg/L, cu o medie de 8,8 mg/L, în cadrul țintei de control intern (12 mg/L). Rata medie de îndepărtare a TN a fost de 79,1%. Cu un raport de reciclare a nămolului de 90% (fără reciclare internă a lichidului amestecat), eficiența teoretică de denitrificare a fost de 47,4%, ceea ce indică faptul că denitrificarea a avut loc și în alte zone de proces dincolo de selectorul anaerob. Modificările azotului de-a lungul trenului de tratament într-un ciclu tipic sunt prezentate înFigura 3.
Într-un ciclu tipic, TN influent a fost de 42,0 mg/L, suma amoniacului și azotului azotat fiind de 35,2 mg/L. După selectorul anaerob, TN a fost de 16,7 mg/L, rezultând o rată de îndepărtare de 43,5% prin bilanțul de masă, în concordanță cu valoarea teoretică. Rezervorul BIOLAK a contribuit la o eliminare de 24,0% TN. Efluentul TN a fost redus și mai mult în rezervorul de sedimentare secundar, contribuind la o îndepărtare suplimentară de 11,3%, în principal datorită timpului său lung de retenție hidraulică (8,6 ore), permițând denitrificarea condusă de sursa de carbon-endogenă. Alte unități au contribuit cu 1,9% la eliminare. Efluentul final TN a fost de 8,1 mg/L, cu o rată totală de eliminare de 80,7%.
Experiența operațională arată că controlul DO este crucial pentru îndepărtarea TN în procesul BIOLAK. În procesele convenționale, DO este măsurat în mod obișnuit la capătul zonei aerobe într-o structură de canal unde DO este relativ uniform pe toată secțiunea-transversală. Cu toate acestea, în rezervorul BIOLAK, capătul zonei de aerare are o lățime de aproape 70 de metri, cu DO crescând de la marginea pantei la centru, diferând cu 0,5-1,0 mg/L. Prin urmare, locația sondelor DO necesită o atenție deosebită.
Prin controlul strict DO maxim la capătul zonei de aerare BIOLAK, s-a asigurat eficient un mediu anoxic necesar denitrificării. S-a realizat nitrificarea și denitrificarea simultană (SND) utilizând surse endogene de carbon, rezultând o îndepărtare eficientă a TN.
3.2 Eliminarea totală a fosforului și optimizarea operațională
Fosforul total (TP) influent anual a variat între 1,47 și 4,80 mg/L (veziFigura 4), cu o medie de 2,99 mg/L. TP efluent a variat între 0,04 și 0,17 mg/L. Doza de agent de îndepărtare a fosforului a fost ajustată pe baza țintei de control intern (0,12 mg/L). Concentrația medie de TP a efluentului a fost de 0,07 mg/L, întrunind stabil standardul de evacuare, cu o rată medie de îndepărtare a TP de 98,3%.
Modificările fosfatului de-a lungul trenului de tratament într-un ciclu tipic sunt prezentate înFigura 5.
Fosfatul influent a fost de 2,70 mg/L, iar fosfatul de retur a fost de 0,58 mg/L, făcând fosfatul teoretic care intră în selectorul anaerob la 1,70 mg/L. După eliberarea anaerobă de fosfor de către organismele acumulatoare de polifosfat-(PAO), concentrația de fosfat a atins 3,2 mg/L. Raportul concentrației de fosfat (maxim în zona anaerobă/influent) a fost de 1,9, indicând o eliberare semnificativă. Motivul principal a fost denitrificarea eficientă în condiții de DO scăzut, rezultând o concentrație scăzută de nitrați în nămolul de retur în zona anaerobă, menținând un mediu anaerob bun (ORP în general sub -200 mV) și promovând eliberarea de fosfor.
După zona de aerare BIOLAK a avut loc o absorbție substanțială a fosforului, reducând concentrația de fosfat la final la 0,3 mg/L, realizând o eficiență biologică de îndepărtare a fosforului de 88,9%. După rezervoarele de sedimentare și stabilizare, concentrația de fosfat a crescut la 0,64 mg/L. Analiza sugerează că acest lucru s-a datorat HRT lung în rezervorul de sedimentare și DO strict controlat în rezervorul BIOLAK, creând o stare anaerobă în rezervorul de sedimentare și provocând eliberare secundară de fosfor. După dozarea chimică în unitatea de coagulare, fosfatul efluent a fost redus la 0,06 mg/L. Prin urmare, având în vedere costurile economice și complexitatea operațională, sacrificarea unei eficiențe biologice de îndepărtare a fosforului pentru a îmbunătăți denitrificarea este o strategie de optimizare viabilă pentru plante similare.
4 Costuri operaționale
Costurile operaționale directe includ energia electrică, substanțele chimice și eliminarea nămolului. Pe baza statisticilor anuale, consumul specific de energie a fost de 0,66 kWh/m³. Cu un preț al energiei electrice de 0,65 CNY/kWh (pe baza unui ansamblu de tarife de vârf/de oprire-vârf), costul energiei electrice a fost de 0,429 CNY/m³. Acest consum este mai ridicat conform „Standardului de evaluare a calității operaționale a stațiilor de epurare a apelor uzate municipale”, în principal datorită eficienței de utilizare a oxigenului ușor mai scăzute a sistemului de aerare. Costurile chimice, inclusiv acetat de sodiu, agent de îndepărtare a fosforului, PAM, hipoclorit de sodiu și substanțe chimice de deshidratare, au totalizat 0,151 CNY/m³. Utilizarea și costurile specifice sunt afișate înTabelul 2.
Nămolul provine în principal din surse biologice și chimice (rezervor de coagulare). Filtrarea cu placă de-înaltă presiune și cadru este utilizată cu var și clorură ferică ca agenți de condiționare. Doza de var este de aproximativ 25% din greutatea nămolului uscat. Tortul deshidratat are un conținut de umiditate de 60%. Producția zilnică de nămol deshidratat este de aproximativ 9 tone, cu un randament specific de nămol uscat de aproximativ 0,15%. Transportul nămolului costă 250 CNY/tonă, rezultând un cost de eliminare a nămolului de aproximativ 0,118 CNY/m³. Prin urmare, costul total de producție direct este de 0,698 CNY/m³.
5 Concluzii
① O stație de tratare a apelor uzate din provincia Hebei, care folosește procesul BIOLAK pentru tratarea apelor uzate municipale, a funcționat continuu timp de un an, calitatea efluentului întrunind stabil limitele cheie ale zonei de control ale *DB13/2795-2018* (standard pentru apă de suprafață de Cvasi-Clasa IV).
② Ca o variantă a procesului A/O cu mai multe etape, controlul DO maxim la sfârșitul zonei de aerare BIOLAK la 0,5–1,0 mg/L a dus la o rată de îndepărtare a TN de 24,0% în zona BIOLAK și 11,3% în rezervorul de sedimentare. Aceasta a realizat simultan nitrificare-denitrificarea și denitrificarea sursă de carbon endogene, demonstrând o capacitate semnificativă de îndepărtare a azotului.
③ Costul operațional direct pentru procesul BIOLAK a fost de 0,698 CNY/m³. Măsurile de optimizare operațională, inclusiv monitorizarea datelor de proces și stabilirea de obiective rezonabile de control intern, pot oferi referințe pentru optimizarea funcționării și realizarea de economii de energie/costuri în stații similare de tratare a apelor uzate.