Menaik taraf Reka Bentuk dan Amalan Loji Penulen Kualiti Air Xin'an Qianhe Berdasarkan Proses AAOAO-MBBR dan Pengoksidaan Ozon
Qingdao, sebagai bandar pusat pantai negara yang penting, telah mencapai keputusan yang ketara dalam tadbir urus ekologi. Walau bagaimanapun, berbanding dengan-metropolitan antarabangsa peringkat teratas, sistem pengurusan persekitaran air bandarnya masih menghadapi cabaran struktur.
Pada masa ini, terdapat jurang antara kadar liputan rangkaian paip saliran, kecekapan operasi kemudahan rawatan air sisa dan jangkaan orang ramai untuk-persekitaran air berkualiti tinggi. Terdapat juga jarak untuk merealisasikan visi ekologi membina "Qingdao yang Cantik."
Untuk menangani cabaran ini, Qingdao perlu segera melaksanakan langkah sistematik seperti perancangan saintifik, peruntukan sumber yang dioptimumkan dan pelaburan infrastruktur yang diperkukuh. Usaha ini bertujuan untuk meningkatkan kecekapan rangkaian pengumpulan air sisa dan kapasiti rawatan terminal secara menyeluruh, dengan itu mengukuhkan asas ekologi untuk pembangunan mampan bandar.
Projek Loji Penulen Kualiti Air Xin'an Qianhe terletak di Kawasan Baru Pantai Barat Qingdao. Ia mempunyai kapasiti rawatan reka bentuk sebanyak 50,000 m³/d, jumlah keluasan tapak seluas 33,154 m², dan jumlah pelaburan sebanyak 182.4 juta yuan. Laporan kajian kemungkinan untuk projek itu telah disiapkan pada Mac 2021, reka bentuk dan belanjawan awal telah diluluskan pada Jun tahun yang sama, dan pembinaan secara rasmi dimulakan pada April 2023. Ia kini dalam fasa pembinaan. Reka bentuk asal memerlukan parameter efluen utama memenuhi piawaian Kelas V yang dinyatakan dalam GB 3838-2002 "Piawaian Kualiti Alam Sekitar untuk Air Permukaan", manakala jumlah nitrogen (TN) dan penunjuk lain adalah untuk memenuhi piawaian Gred A GB 18918-2002 "Piawaian Pelepasan Bahan Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran."
Pada Mac 2022, Pentadbiran Hal Ehwal Air Qingdao mengeluarkan "Notis Menjalankan Kerja Menaik Taraf dan Pengubahsuaian Loji Rawatan Air Sisa Bandar di Qingdao." Notis ini memerlukan loji rawatan di sekitar Teluk Jiaozhou, Teluk Bohai dan di sepanjang sungai untuk melengkapkan peningkatan, meningkatkan standard pelepasan kepada kuasi-kualiti air permukaan Kelas IV, dengan TN efluen dikawal antara 10-12 mg/L. Pengeluaran dasar ini jatuh dalam selang waktu antara kelulusan reka bentuk awal projek (Jun 2021) dan permulaan fizikalnya (April 2023), mewujudkan jurang teknikal antara piawaian reka bentuk asal yang telah diluluskan dan keperluan persekitaran terkini. Sebagai kemudahan rawatan air sisa baharu di Kawasan Baru Pantai Barat, untuk memastikan pematuhan setelah siap, adalah menjadi penting untuk serentak menjalankan pengoptimuman proses semasa fasa pembinaan dan membangunkan pelan peningkatan yang boleh dilaksanakan secara ekonomi melalui kajian kebolehlaksanaan.
1. Reka Bentuk dan Pemilihan Skim Proses
1.1 Kualiti Efluen Direka
Piawaian efluen projek telah dinaik taraf daripada kuasi-Kelas V kepada kuasi-Kualiti air permukaan Kelas IV. Penyelesaian teknikal yang munasabah diperlukan untuk mengurangkan lagi nilai penunjuk seperti BOD, CODCr,TN, NH₃-N dan TP dalam efluen. Analisis khusus ditunjukkan dalamJadual 1.
1.2 Pemilihan Skim Teknikal Kejuruteraan
Aliran proses loji dalam pembinaan ditunjukkan dalamRajah 1.
Loji dalam pembinaan menggunakan proses "Prerawatan + Tangki Biokimia AAOAO Terubah + Tangki Pemendapan Sekunder + Tangki Pemendapan Kecekapan-Tinggi + V-Penapis Jenis + Pengoksidaan Ozon". Susun atur struktur adalah padat, tidak meninggalkan lebihan tanah untuk projek naik taraf, yang oleh itu mesti berdasarkan pembinaan yang sedang dijalankan. Peningkatan ini terutamanya menyasarkan penyingkiran bahan pencemar seperti CODCr, NH₃-N, TN dan TP. Dua skim perbandingan telah dicadangkan, seperti yang diperincikan dalamJadual 2.
Skim 1: Proses Tangki Pemendapan AAOAO-MBBR + Tinggi{3}}Kecekapan
- Pengubahsuaian Sistem Biokimia: Optimumkan struktur tangki biokimia AAOAO dalam pembinaan. Tingkatkan kapasiti denitrifikasi dengan mengembangkan volum zon anoksik. Pada masa yang sama, tambahkan pembawa MBBR secara tempatan dalam zon aerobik untuk membentuk proses komposit, mengukuhkan kecekapan penyingkiran biokimia NH₃-N dan TN.
- Peningkatan Sistem Fisikokimia: Optimumkan struktur tangki dan parameter peralatan sokongan tangki pemendapan berkecekapan tinggi-tinggi untuk memastikan pematuhan TP yang stabil.
- Peningkatan Rawatan Lanjutan: Tingkatkan dos dalam unit pengoksidaan ozon untuk merendahkan lagi bahan organik refraktori, memastikan CODCrpematuhan pelepasan.
Skim 2: Tangki Pemendapan Kecekapan-Tinggi + Proses Penapis Katil Dalam Mendenitrifikasi
- Pengoptimuman Mod Operasi: Mengekalkan struktur asal tangki biokimia AAOAO. Tambahkan peranti pengudaraan boleh laras dalam pos-zon anoksik untuk bertukar secara dinamik antara mod anoksik/aerobik berdasarkan kualiti influen, memastikan keberkesanan rawatan NH₃-N.
- Peningkatan Sistem Fisikokimia: Optimumkan struktur tangki dan parameter peralatan sokongan tangki pemendapan berkecekapan tinggi-tinggi untuk memastikan pematuhan TP yang stabil.
- Penggunaan Penapis Denitrifikasi: Tukar penapis jenis V-kepada penapis katil dalam yang mendenitrifikasi, menggunakan dos sumber karbon untuk meningkatkan keupayaan penyingkiran TN.
- Peningkatan Rawatan Lanjutan: Tingkatkan dos dalam unit pengoksidaan ozon untuk merendahkan lagi bahan organik refraktori, memastikan CODCrpematuhan pelepasan.
Kedua-dua skim boleh memenuhi keperluan untuk penyingkiran nitrogen dan fosforus. Skim 1 menggunakan pengubahsuaian pada tangki biokimia untuk mencapai penyingkiran TN. Kelebihannya terletak pada penggunaan sepenuhnya sumber karbon influen. Apabila TN influen turun naik, sumber karbon luaran juga boleh ditambah dalam zon anoksik untuk penyingkiran TN. Sebagai perbandingan, penapis alur dalam denitrifikasi yang digunakan dalam Skim 2 memerlukan penggunaan sumber karbon luaran dan memerlukan-penyelenggaraan jangka panjang aktiviti mikrob dalam penapis, meningkatkan kos operasi. Walaupun kos pelaburan pembinaan untuk kedua-dua skim adalah setanding, berdasarkan pertimbangan multidimensi termasuk kawalan kos operasi, kestabilan proses dan kecekapan penggunaan sumber karbon, Skim 1-yang menawarkan kedua-dua kecekapan ekonomi dan fleksibiliti operasi-akhirnya dipilih sebagai proses pelaksanaan untuk projek peningkatan.
2. Perkara Utama Reka Bentuk Kejuruteraan
2.1 Pengubahsuaian Sistem Biokimia
Teknologi teras proses MBBR terletak pada mencapai pergerakan terbendalir yang cekap bagi pembawa yang digantung melalui reka bentuk, dengan itu meningkatkan kecekapan biodegradasi sistem dengan ketara untuk bahan pencemar. Sistem proses ini terdiri daripada lima elemen utama: pembawa biofilm-mekanikal{2}}tinggi, struktur tangki hidraulik yang disesuaikan, sistem pengudaraan berarah, peranti skrin pemintasan yang tepat dan peralatan pendorong bendalir. Berdasarkan isipadu tangki terlaras dan parameter reka bentuk projek penyewaan peralatan rawatan air sisa (MBBR) 20,000 m³/d dalam sistem kumbahan serantau, jumlah pengiraan luas permukaan berkesan yang diperlukan bagi pembawa terampai ialah lebih kurang 2,164,000 m². Luas permukaan khusus yang direka khas bagi pembawa MBBR adalah lebih besar daripada 750 m²/m³. Jadual pengiraan reka bentuk untuk volum tangki AAOAO-MBBR yang diubah suai ditunjukkan dalamJadual 3.
2.2 Naik Taraf Sistem Fisikokimia
Tangki pemendapan berkecekapan tinggi-tinggi direka bentuk untuk beroperasi dalam dua kumpulan selari. Pengubahsuaian unit ini menggunakan borang pakej proses, dengan pembekal peralatan menyediakan-jaminan teknikal proses dan komitmen prestasi penuh. Parameter proses teras dan konfigurasi peralatan adalah seperti berikut.
Tangki pembekuan terdiri daripada dua kumpulan dengan jumlah 4 petak. Saiz petak tunggal yang direka ialah 2.675 m × 2.725 m × 5.9 m. Masa penahanan puncak ialah lebih kurang 3.8 minit, dengan kecerunan halaju (G) Lebih daripada atau sama dengan 250 s-¹. Setiap agitator dikonfigurasikan dengan{10}satu unit kuasa 4 kW.
Tangki pemberbukuan terdiri daripada dua kumpulan dengan jumlah 2 petak. Saiz petak tunggal yang direka ialah 5.65 m × 5.65 m × 5.9 m. Masa penahanan puncak adalah lebih kurang 8.3 minit. Diameter dalam tiub draf ialah 2,575 mm. Ia dikonfigurasikan dengan pengaduk jenis turbin Φ2,500 mm-, setiap satu dengan kuasa 7.5 kW.
Tangki pemendapan terdiri daripada dua kumpulan. Kawasan tiub condong untuk satu kumpulan adalah lebih kurang 84 m². Diameter tangki pemendapan ialah 11.7 m. Kadar beban hidraulik purata yang direka pada permukaan tiub condong ialah 12.4 m³/(m²·h), dengan nilai puncak 16.1 m³/(m²·h). Kadar pemuatan hidraulik purata yang direka untuk zon pemendapan ialah 7.6 m³/(m²·j), dengan nilai puncak 9.9 m³/(m²·j).
Sistem dos kimia dikonfigurasikan seperti berikut: Cecair Polialuminum Klorida (PAC) Komersial (10% Al₂O₃) direka bentuk sebagai koagulan, didos pada berbilang titik di bahagian influen tangki pembekuan. Dos maksimum yang direka ialah 300 mg/L, dengan purata dos 150–200 mg/L. Pam pemeteran diafragma mekanikal digunakan, dikonfigurasikan dengan sistem pencairan dalam talian 10-kali ganda. Anionic Polyacrylamide (PAM) direka bentuk sebagai flokulan, didos dalam bahagian pemberbukuan tangki pemendapan berkecekapan tinggi-tinggi. Satu set penyediaan penyelesaian PAM berterusan automatik sepenuhnya dan unit dos digunakan, dengan kepekatan larutan 2 g/L. Dos maksimum yang direka ialah 0.6 mg/L, dengan purata dos 0.3 mg/L. Pam dos ialah pam pemeteran jenis skru, juga dilengkapi dengan sistem pencairan dalam talian 10 kali ganda.
2.3 Pilot-Skala Pengesahan Eksperimen Pengoksidaan Ozon
Untuk mengesahkan kebolehlaksanaan efluen loji yang dinaik taraf itu secara stabil menepati piawaian air permukaan Kelas IV (kepekatan COD Kurang daripada atau sama dengan 30 mg/L), kajian ini memilih efluen sekunder daripada fasa pertama dan kedua Loji Penulen Kualiti Air Lianwanhe sebagai subjek penyelidikan pada Jun 2024. Satu eksperimen pengesahan prestasi untuk "proses penapisan Ozon lanjutan" telah dijalankan. Eksperimen ini bertujuan untuk menilai kebolehgunaan proses ini pada reka bentuk projek Xin'an dan kebolehcapaian sasaran.
Percubaan ini menggunakan unit penapisan pasir -kecil sedia ada (kapasiti rawatan 1.5 m³/j) dalam loji Lianwanhe. Peranti tindak balas pengoksidaan ozon skala perintis-(reaktor menara, isipadu berkesan 0.5 m³) telah disediakan di-tapak. Efluen tangki pemendapan sekunder sedia ada ditapis oleh penapis pasir kecil, kemudian diangkat oleh pam untuk memasuki menara pengoksidaan ozon dari atas. Kesan pengoksidaan ozon digunakan untuk mengeluarkan bahan organik refraktori daripada influen, mencapai pengurangan COD selanjutnya.
2.3.1 Prestasi "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" pada Dos Ozon 20 mg/L dan HRT selama 30 minit
Semasa fasa penyelidikan ini, kepekatan COD influen adalah antara 38.2 hingga 43.4 mg/L, dengan purata 40.4 mg/L. Selepas rawatan melalui proses "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon", COD efluen akhir berpurata 28.8 mg/L. Eksperimen mendapati bahawa apabila kepekatan COD adalah tinggi, masih terdapat keadaan di mana COD efluen gagal memenuhi piawaian. Selain itu, warna efluen akhir daripada ujian perintis kekal lebih tinggi daripada influen, tidak memenuhi piawaian pelepasan. Butiran ditunjukkan dalamRajah 2(a).
2.3.2 Prestasi "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" pada Dos Ozon 25 mg/L dan HRT selama 30 minit
Untuk menambah baik penyingkiran COD dan mengurangkan warna efluen, fasa ini terus meningkatkan dos ozon sambil mengekalkan HRT pada 30 minit. Dalam fasa eksperimen ini, kepekatan COD influen adalah antara 36.3 hingga 46.2 mg/L, dengan purata 40.4 mg/L. Selepas rawatan, kepekatan COD dikurangkan kepada 28 mg/L. Warna efluen akhir daripada ujian perintis masih kekal lebih tinggi daripada influen, tidak memenuhi piawaian pelepasan. Butiran ditunjukkan dalamRajah 2(b).
2.3.3 Prestasi "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" pada Dos Ozon 30 mg/L dan HRT selama 30 minit
Di bawah syarat dos ozon 30 mg/L dan HRT selama 30 minit, proses "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" menunjukkan keberkesanan rawatan yang baik untuk COD efluen sekunder. Dalam fasa ujian ini, kepekatan COD influen adalah antara 38.2 hingga 42.2 mg/L, dengan purata 40.2 mg/L. Selepas rawatan, kepekatan COD efluen kekal stabil di bawah 30 mg/L, dengan purata 26 mg/L. Dalam fasa ini, proses itu juga menunjukkan keberkesanan penyingkiran warna yang baik, dengan warna yang diukur secara konsisten di bawah 20, secara stabil memenuhi piawaian pelepasan. Butiran ditunjukkan dalamRajah 2(c).
2.3.4 Kesimpulan Eksperimen
Berdasarkan keputusan eksperimen, dalam keadaan tindak balas yang optimum, nisbah dos ozon (30 mg/L) kepada penyingkiran COD (12.2 mg/L) dalam unit rawatan ozon ialah 2.45:1.00.
Percubaan perintis membuktikan bahawa proses rawatan lanjutan "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" boleh mengurangkan nilai COD bagi efluen sekunder wakil dari loji Lianwanhe dengan berkesan. Oleh itu, mengguna pakai proses "Penapisan Pasir + Pengoksidaan Ozon" sebagai proses rawatan lanjutan untuk projek Xin'an Qianhe mempunyai kebolehlaksanaan yang baik dan boleh memastikan COD efluen projek kekal stabil di bawah 30 mg/L.
3. Kesimpulan
Penyelidikan ini memfokuskan kepada tiga modul pengubahsuaian teras: sistem rawatan biokimia mengguna pakai proses hibrid AAOAO-MBBR (pertumbuhan digantung dan melekat); unit rawatan fizikokimia mengoptimumkan struktur tangki dan pemilihan peralatan untuk tangki pemendapan berkecekapan tinggi-; dan pautan rawatan lanjutan disahkan melalui percubaan-perintis pengoksidaan ozon skala.
Melalui pengoptimuman sinergistik rantaian proses ini, sistem rawatan penuh-proses "Peningkatan Biokimia – Penambahbaikan Fisikokimia – Perlindungan Termaju" dibina. Pada masa yang sama, reka bentuk kejuruteraan ini mengikut fakta objektif pembinaan projek semasa yang sedang berjalan, memerlukan pengoptimuman yang diselaraskan bagi urutan pembinaan untuk semua struktur untuk memaksimumkan penggunaan kemudahan sedia ada dan meminimumkan beban kerja pengubahsuaian.
Projek ini menggunakan standard kualiti efluen loji yang sedang dalam pembinaan sebagai penanda aras bagi kualiti influen reka bentuk. Kepekatan pelepasan CODCr, BOD₅, NH₃-N dan TP hendaklah mematuhi piawaian Kelas IV (TN Kurang daripada atau sama dengan 10/12 mg/L) yang dinyatakan dalam GB 3838-2002 "Piawaian Kualiti Alam Sekitar untuk Air Permukaan." Penunjuk lain hendaklah mematuhi piawaian Gred A GB 18918-2002 "Piawaian Pelepasan Bahan Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran." Projek menaik taraf ini mempunyai skala reka bentuk 50,000 m³/d, jumlah pelaburan sebanyak 27.507 juta yuan, kos operasi 0.3 yuan/m³, jumlah kos sebanyak 0.39 yuan/m³, dan harga air operasi sebanyak 0.45 yuan/m³.