Kajian Kes Proses MBBR+ACCA untuk Menaik Taraf dan Pembinaan Semula Loji Rawatan Air Sisa Bandar
Berlatarbelakangkan pertumbuhan pesat ekonomi China, kadar perindustrian dan pembandaran telah meningkat dengan ketara. Proses ini tidak dapat dielakkan disertai dengan peningkatan setahun-pada-tahun dalam pembuangan air sisa industri dan kumbahan domestik, memburukkan lagi isu pencemaran air dan memberi kesan kepada pembinaan tamadun ekologi yang mampan di China. Dengan pelaksanaan komprehensif Pelan Tindakan Pencegahan dan Kawalan Pencemaran Air, keperluan pelepasan yang lebih ketat telah dikenakan ke atas loji rawatan air sisa bandar di seluruh negara. Piawaian tempatan di sesetengah bandar telah mencapai kualiti air kuasi-Kelas IV dan bagi efluen yang dibuang ke badan air yang sensitif, penunjuk individu tertentu secara beransur-ansur menghampiri standard Kelas III untuk air permukaan. Walau bagaimanapun, bahan pencemar sisa dalam air sisa bandar selepas rawatan biologi terutamanya adalah sebatian organik tidak-terbiodegradasi dengan kebolehbiodegradan yang lemah. Bergantung sepenuhnya pada teknologi peningkatan biologi tradisional telah menjadi tidak mencukupi untuk memenuhi piawaian pelepasan yang semakin ketat.
Kok yang diaktifkan mempunyai sistem mesoporus yang sangat maju yang mampu menyerap bahan pencemar makromolekul dalam air. Dengan kekuatan mekanikal yang tinggi, kestabilan, prestasi penjerapan yang baik, dan kos yang agak menjimatkan, ia telah digunakan secara meluas dalam rawatan air sisa industri yang sukar dibiodegradasi. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi penapisan menggunakan kok diaktifkan sebagai medium juga telah menemui aplikasi tertentu dalam rawatan lanjutan loji air sisa perbandaran, mencapai hasil yang baik dalam penyingkiran bahan pencemar yang muktamad. Menggabungkan contoh kejuruteraan daripada projek menaik taraf di loji rawatan air sisa di Wilayah Henan, penulis mengguna pakai proses MBBR+ACCA (Activated Coke Circulating Adsorption) untuk menaik taraf rawatan air sisa bandar. Penunjuk COD efluen, NH₃-N dan TP memenuhi standard air GB 3838-2002 Kelas III, memberikan rujukan untuk projek menaik taraf di loji rawatan air sisa lain.
1. Keadaan Asas Loji Rawatan Air Sisa
Jumlah kapasiti reka bentuk loji rawatan air sisa ini ialah 50,000 m³/d, terdiri daripada kapasiti reka bentuk Fasa I sebanyak 18,000 m³/d dan kapasiti reka bentuk Fasa II sebanyak 32,000 m³/d. Ia terutamanya merawat kumbahan domestik bandar dan sejumlah kecil air sisa industri. Peningkatan telah disiapkan pada tahun 2012, dengan efluen memenuhi piawaian Gred 1A Piawaian Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran GB 18918-2002. Proses utama ialah berbilang-peringkat AO + penapis denitrifikasi + tangki pemendapan berketumpatan tinggi. Aliran proses ditunjukkan dalamRajah 1.
Pada masa ini, loji rawatan air sisa beroperasi hampir kapasiti penuh. Berdasarkan data operasi semasa, di bawah penyelenggaraan loji yang baik, kualiti efluen boleh dikekalkan secara stabil pada standard GB 18918-2002 Gred 1A. Kepekatan efluen untuk COD, BOD₅, NH₃-N, TN, dan TP berjulat dari 21.77-42.34 mg/L, 1.82-4.15 mg/L, 0.13-1.67 mg/L, 8.86-15.74 mg/L, dan 0.29 mg/L, dan 0.29 mg/L, dan 0.29-0.29 mg/L.
Sebelum naik taraf, loji itu menghadapi isu berikut: 1) Penuaan dan skrin rosak di bahagian prarawatan membenarkan beberapa serpihan terapung ke dalam tangki biologi, dengan mudah menyumbat pam dan menjejaskan rawatan seterusnya; 2) Penyingkiran TN yang tidak stabil semasa suhu musim sejuk yang rendah dan turun naik yang ketara dalam kualiti dan kuantiti air; 3) Isipadu tangki yang tidak mencukupi dalam tangki biologi Fasa I dan pembahagian zon anoksik yang tidak munasabah, membawa kepada kecekapan penyingkiran TN yang lemah dan dos kimia yang tinggi untuk penambahan sumber karbon berikutnya; 4) Sistem pengudaraan asal menggunakan peniup emparan tradisional yang lapuk dengan penggunaan tenaga yang tinggi; 5) Penyumbatan teruk media penapis dalam penapis denitrifikasi, pencucian belakang yang tidak lengkap, dan kesukaran dalam pengendalian yang stabil; 6) Kegagalan peralatan membancuh dan mengacau yang kerap dalam tangki pemendapan berketumpatan tinggi-; 7) Kegagalan yang kerap bagi dua penekan penapis tali pinggang sedia ada untuk penyahairan enap cemar, kandungan lembapan yang tinggi bagi enap cemar, isipadu enap cemar yang besar, dan kos pelupusan enap cemar yang tinggi; 8) Kekurangan kemudahan kawalan bau untuk sistem prarawatan dan rawatan enapcemar; 9) Sistem kawalan pusat usang dengan kapasiti penyimpanan data terhad dan kehilangan kebanyakan fungsi operasi jauh.
2. Kualiti Air Reka Bentuk
Memandangkan data kualiti air operasi selama bertahun-tahun dari loji, dengan tahap keyakinan 90% dan termasuk margin tertentu, kualiti pengaruh reka bentuk telah ditentukan. Berdasarkan keperluan kualiti alam sekitar badan air penerima, COD efluen yang dinaik taraf, BOD₅, NH₃-N dan TP mesti memenuhi standard air Kelas III GB 3838-2002, manakala TN dan SS akan mematuhi piawaian asal. Kualiti influen dan efluen reka bentuk ditunjukkan dalamJadual 1.
3. Menaik Taraf Konsep dan Aliran Proses
3.1 Menaik Taraf Konsep
Mengikut kualiti efluen reka bentuk, peningkatan ini menetapkan keperluan yang lebih tinggi untuk COD, BOD₅, NH₃-N dan TP. Memandangkan proses semasa loji, ciri kualiti air dan masalah sedia ada, tumpuan diberikan pada penyingkiran COD, NH₃-N dan TP yang dipertingkat sambil memastikan penyingkiran TN yang stabil. Tambahan pula, ruang yang terhad dalam loji sedia ada memerlukan mengeksploitasi sepenuhnya potensi struktur sedia ada melalui pembaharuan peralatan, pengukuhan proses dan pengubahsuaian, yang bertujuan untuk penyingkiran COD, NH₃-N, TN dan TP yang berkesan. Oleh itu, menggunakan tangki AO berbilang-bertingkat asal dan menambah pembawa yang digantung untuk membentuk biofilem hibrid-proses MBBR enap cemar teraktif boleh meningkatkan kestabilan rawatan dan rintangan beban kejutan dengan berkesan. Umur enap cemar biofilm yang panjang pada pembawa adalah sesuai untuk pertumbuhan nitrifier dan mengekalkan kepekatan nitrifier yang tinggi, meningkatkan kapasiti nitrifikasi sistem dengan ketara. Biofilem padat di dalam pembawa mempunyai umur enap cemar yang panjang, menampung populasi besar bakteria nitrifikasi dan denitrifikasi, mendayakan{10}}denitrifikasi (SND) nitrifikasi serentak dan dengan itu mengukuhkan penyingkiran TN. Oleh itu, proses MBBR sangat-sesuai untuk naik taraf loji ini.
Berdasarkan pengalaman projek naik taraf yang sama, untuk memastikan pematuhan yang stabil untuk COD dan TP, kemudahan rawatan perlindungan tambahan masih diperlukan di samping proses sedia ada ditambah dengan MBBR. Kok teraktif, sebagai bahan berliang, mempamerkan prestasi penjerapan yang lebih ketara berbanding karbon teraktif, dengan berkesan menanggalkan COD, SS, TP, warna, dll. Selain itu, kok diaktifkan secara biologi boleh menggunakan mikroorganisma yang melekat untuk merendahkan bahan organik, membolehkan penjanaan semula tapak penjerapan sambil menyerap bahan pencemar. Mekanisme keseimbangan dinamik ini membolehkan operasi sistem yang mampan dan stabil. Proses Penjerapan Peredaran Kokas Teraktif (ACCA) menggunakan kok teraktif sebagai medium, menyepadukan penapisan dan penjerapan. Ia menggunakan udara termampat untuk mengangkat dan membersihkan media penapis. Melalui pengezonan aliran-terbalik dan reka bentuk aliran seragam, ia memastikan sentuhan penuh antara kok diaktifkan dan air sisa, mencapai peningkatan kualiti air yang muktamad dan menjamin pematuhan efluen yang stabil.
Untuk peralatan loji yang sudah tua dan rosak, ia akan digantikan dengan peralatan yang canggih dari segi teknologi,-tenaga untuk mengurangkan kos operasi. Khususnya, skrin prarawatan akan digantikan dengan skrin halus yang disuap secara dalaman untuk memintas rambut dan gentian, menghalang skrin pengekalan pembawa MBBR tersumbat.
3.2 Aliran Proses
Aliran proses yang dinaik taraf ditunjukkan dalamRajah 2. Untuk memenuhi keperluan kepala, stesen pam lif baharu telah ditambah. Penapis jenis V-yang baru dibina berfungsi sebagai unit prarawatan untuk penjerapan kok diaktifkan seterusnya, memastikan kestabilan sistem ACCA. Air mentah melalui skrin dan ruang pasir untuk mengeluarkan bahan terapung, rambut dan zarah sebelum memasuki tangki biologi MBBR hibrid untuk penyingkiran nitrogen yang dipertingkatkan. Minuman keras campuran kemudiannya memasuki penjernih sekunder untuk pengasingan pepejal. Supernatan diangkat melalui stesen pam baharu ke dalam penapis denitrifikasi dan-tangki pemendapan berketumpatan tinggi. Efluen kemudiannya dialihkan oleh stesen pam baharu ke dalam penapis jenis V-dan dua-tangki penjerapan kok diaktifkan peringkat untuk rawatan lanjutan, seterusnya mengeluarkan COD, TP, SS, warna, dsb. Efluen akhir dinyahjangkit sebelum dibuang.
4. Parameter Reka Bentuk Unit Rawatan Utama
4.1 Tangki Biologi
Tangki biologi Fasa I sedia ada dibahagikan kepada dua kumpulan dengan isipadu tangki yang agak kecil tetapi struktur bunyi. Oleh itu, untuk peningkatan ini, sementara memenuhi keperluan kepala, dinding tangki dinaikkan sebanyak 0.5 m. Selepas pengubahsuaian, jumlah volum berkesan ialah 10,800 m³, dengan jumlah HRT 14.4 jam dan HRT zon anoksik 6.4 jam, meningkatkan masa pengekalan anoksik untuk meningkatkan penyingkiran TN. Tangki biologi Fasa II sedia ada mempunyai isipadu berkesan 19,600 m³, jumlah HRT 14.7 jam, dan zon anoksik HRT 6.8 jam. Projek ini melibatkan menggantikan sistem pengudaraan dan beberapa pembancuh tenggelam yang sudah tua dalam kedua-dua tangki biologi Fasa I dan II, dan menambah pembawa yang digantung dan skrin pengekalan. Pembawa diperbuat daripada poliuretana atau bahan komposit berprestasi tinggi-yang lain, dengan spesifikasi padu 24 mm, luas permukaan khusus 4,000 m²/m³ dan nisbah isian 20%. AOR sistem rawatan biologi ialah 853.92 kg O₂/j, dengan kadar bekalan udara 310.36 Nm³/min.
4.2 Stesen Pam Angkat dan Tangki Air Sisa
Stesen pam lif baharu telah dibina untuk mengepam efluen daripada-tangki pemendapan berketumpatan tinggi ke penapis jenis-V untuk rawatan selanjutnya. Tangki air sisa menyimpan air sisa cucian belakang daripada penapis. Pam kecil digunakan untuk mengepam sama rata air sisa cucian belakang ke dalam tangki biologi Fasa II untuk mengelakkan beban kejutan. Tiga pam lif sekunder telah dipasang (2 duti + 1 siap sedia, Q=1,300 m³/j, H=12 m, N=75 kW), dengan kawalan pemacu frekuensi berubah (VFD). Tangki air sisa cucian belakang dilengkapi dengan 2 pam pemindahan (1 + 1 siap sedia, Q=140 m³/j, H=7 m, N=5.5 kW) dan satu pembancuh tenggelam (N=2.2 kW) untuk mengelakkan pemendapan.
4.3 V-Penapis Jenis
Penapis jenis V-baharu telah dibina dengan dimensi struktur 36.9 m (L) × 29.7 m (W) × 8.0 m (H). Ia menggunakan media penapis pasir kuarza homogen. Penapis dibahagikan kepada 6 sel yang disusun dalam dua baris. Setiap paip keluar sel mempunyai injap pengawal selia elektrik untuk mengawal operasi paras air yang berterusan. Proses mencuci belakang boleh dikawal melalui PLC. Kadar penapisan reka bentuk ialah 7.0 m/j, kadar penapisan paksa ialah 8.4 m/j dan kawasan penapisan sel tunggal{12}} ialah 49.4 m². Keamatan air cucian belakang ialah 11 m³/(m²·j), keamatan udara cuci belakang ialah 55 m³/(m²·j), dan keamatan sapuan permukaan ialah 7 m³/(m²·j). Tempoh cuci belakang ialah 10 minit. Kitaran backwash ialah 24 jam (boleh laras), membasuh satu sel pada satu masa. Saiz media pasir kuarza ialah 1-1.6 mm dengan k₈₀ < 1.3. Cast-plat penapis monolitik di tempat digunakan.
4.4 Tangki Penjerapan Kok Diaktifkan
Sebuah tangki penjerapan kok teraktif baharu telah dibina dengan dimensi struktur 49.5 m (L) × 30.15 m (W) × 11.0 m (H). Ia menggunakan konfigurasi penapisan dua-peringkat dengan jumlah 36 sel, 18 sel setiap peringkat. Kadar penapisan maksimum ialah 6.02 m³/(m²·j), dengan purata 4.63 m³/(m²·j). Dimensi sel-tunggal peringkat pertama- ialah L×W×H=5.0 m × 5.0 m × 11.0 m, dengan masa sentuhan katil kosong (EBCT) selama 1.4 jam. Dimensi sel-tunggal peringkat kedua- ialah L×W×H=5.0 m × 5.0 m × 9.5 m, dengan EBCT 1.08 j. Sistem ini menggunakan 2,000 tan kok diaktifkan dengan saiz zarah 2-8 mm, dilengkapi dengan mesin basuh kok mudah alih, pengedar air, bendung masuk/alur keluar, dsb.
4.5 Bangunan Coke Teraktif
Sebuah bangunan kok teraktif baharu telah dibina untuk menyimpan kok teraktif dan membekalkannya ke tangki penjerapan. Dimensi struktur ialah 33.5 m (L) × 13.0 m (W) × 6.5 m (H). Peralatan sampingan utama termasuk: 1 skrin bergetar penyahair kok diaktifkan, 3 pam penyuap kok (2 siap sedia + 1 tugas, Q=40 m³/j, H=25 m, N=7.5 kW), 2 pam nyahcas turasan (1 duti {{14}{³}{1}siap sedia,}H{14}{1}6} m, N=18.5 kW), 2 pemampat udara (1 tugas + 1 siap sedia, Q=7.1 m³/min, N=37 kW) dan tangki penerima udara (V=2 m³, P=0.8 MPa).
4.6 Pinggan-dan-Bilik Penyahairan Bingkai
Bilik penyahairan plat-dan{{1}baharu dibina bersebelahan dengan bilik penyahair enapcemar sedia ada. Disebabkan oleh keterbatasan ruang, satu set penekan penapis plat-dan-bingkai (kawasan penapis 300 m²) telah dikonfigurasikan, berfungsi sebagai sandaran kepada penekan penapis tali pinggang. Kemudahan sampingan termasuk satu tangki penyaman (isipadu berkesan 80 m³). Kuantiti enap cemar ialah 6,150 kg DS/d, dengan kandungan lembapan enap cemar suapan menebal sebanyak 97% dan kandungan lembapan kek yang dinyahair sebanyak 60%. Peralatan sampingan utama termasuk: 2 pam suapan (1 duti + 1 siap sedia, Q=60 m³/j, H=120 m, N=7.5 kW), 2 pam air tekan (1 duti + 1 siap sedia, Q=12 m³/j, H{} m{24}} , H{} m{24}} (Q=20 m³/j, H=70 m, N=7.5 kW), 2 pam dos (1 tugas + 1 siap sedia, Q=4 m³/j, H=60 m, N=3 kW), 1 set pemampat udara (Q=3.45} tangki penerima udara (V=5 m³, P=1.0 MPa) dan 1 set unit penyediaan PAM (Q=2 m³/j, N=1.5 kW).
4.7 Sistem Kawalan Bau
Sistem kawalan bau biofiltrasi baharu telah ditambah dengan kadar aliran udara reka bentuk 12,000 m³/j. Paip plastik bertetulang kaca (GRP) digunakan untuk mengumpul dan merawat bau daripada sistem prarawatan dan rawatan enap cemar. Bingkai keluli tahan karat dan papan ketahanan PC digunakan untuk mengelak peralatan prarawatan.
4.8 Kemas Kini Kemudahan Lain
- Digantikan dengan 2 skrin halus yang disuap secara dalaman dengan apertur 5 mm, dengan penghantar skru dan tangki air basuh, V=10 m³ dan 2 pam air basuh (1 duti + 1 siap sedia, Q=25 m³/j, H=70 m, N=11 kW).
- Digantikan dengan 4 peniup penggantungan udara yang lebih cekap, dikawal VFD (3 tugas + 1 siap sedia, Q=130 m³/min, P=63 kPa, N=150 kW).
- Menggantikan media penapis dalam penapis denitrifikasi sedia ada dengan 1,800 m³ media seramik (saiz zarah 3-5 mm).
- Menggantikan 2 pengacau adunan dalam tangki pemendapan berketumpatan tinggi-(kelajuan 60-80 rpm, N=5.5 kW), 4 pengacau pemberbukuan (kelajuan 10-20 rpm, N=2.2 kW) dan peneroka tiub (260 m²).
- Menggantikan penekan penapis tali pinggang dengan tali pinggang lebar 2 m dan pemampat udara yang sepadan, 1 set.
- Menggunakan bilik kawalan pusat asal, peralatan, instrumen yang dikemas kini dan kawalan terpusat yang ditubuhkan, mewujudkan sistem komunikasi data-luas loji untuk mencapai komunikasi data antara bilik kawalan pusat dan pencawang, serta automasi kawalan proses pengeluaran.
5. Prestasi Operasi dan{1}}Penunjuk Ekonomi Teknikal
5.1 Prestasi Operasi
Selepas projek naik taraf ini selesai, semua unit rawatan telah beroperasi dengan stabil. Data pemantauan kualiti air influen dan efluen untuk 2023 ditunjukkan dalamJadual 2.
Seperti yang ditunjukkan, purata kepekatan efluen untuk COD, NH₃-N, TN, TP dan SS ialah 11.2, 0.18, 8.47, 0.15 dan 2.63 mg/L, dengan purata kadar penyingkiran 95.16%, 99.45%, 7.9.3%, 7.9.3% 97.38%, masing-masing. COD efluen, NH₃-N dan TP secara konsisten memenuhi standard air GB 3838-2002 Kelas III.
Projek yang dinaik taraf itu telah beroperasi selama hampir dua tahun. Keputusan menunjukkan bahawa proses MBBR+ACCA adalah stabil, cekap dan menghasilkan-efluen berkualiti tinggi, menunjukkan rintangan yang kuat terhadap beban hentakan dan keadaan suhu-rendah. Walaupun dengan suhu air musim sejuk minimum 9.4 darjah dan turun naik kualiti air yang ketara, kualiti efluen kekal stabil dan memenuhi piawaian pelepasan. Sebelum dan selepas naik taraf, dos sumber karbon tidak meningkat, namun penyingkiran TN telah dipertingkatkan dengan ketara. Ini kerana, di satu pihak, mikroorganisma nitrifikasi yang melekat pada pembawa MBBR tumbuh dan terkumpul dalam persekitaran aerobik yang stabil, yang membawa kepada nitrifikasi yang lebih lengkap. Sebaliknya, nitrat telah dialihkan lagi dalam tangki MBBR dan tangki anoksik yang dinaik taraf. Sistem ACCA terakhir bertindak sebagai pelindung, menjerap dan membuang COD, TP, SS, dsb. yang keras, menjadikan kualiti efluen lebih stabil. Selain itu, selepas pelaksanaan projek, loji boleh menghasilkan-air tebus guna berkualiti tinggi, meletakkan asas untuk penggunaan semula air pada masa hadapan.
5.2 Teknikal-Penunjuk Ekonomi
Jumlah pelaburan untuk projek ini ialah 86,937,600 RMB, terdiri daripada kos pembinaan dan pemasangan sebanyak 74,438,500 RMB, perbelanjaan lain sebanyak 7,593,500 RMB, kos luar jangka sebanyak 4,101,600 RMB dan modal kerja permulaan sebanyak 804,000 RMB. Selepas operasi sistem yang stabil, kos elektrik tambahan untuk keseluruhan loji ialah 0.11 RMB/m³, kos kok diaktifkan ialah 0.39 RMB/m³, menyebabkan jumlah peningkatan kos operasi kira-kira 0.50 RMB/m³.
6. Kesimpulan
- Projek ini melaksanakan pembaharuan peralatan, pengukuhan proses dan pengubahsuaian di loji rawatan air sisa sedia ada, dan menambahkan rawatan lanjutan, meningkatkan kecekapan penyingkiran untuk COD, NH₃-N, TN dan TP.
- Selepas naik taraf, menggunakan proses utama "MBBR+ACCA", COD efluen, NH₃-N dan TP bertambah baik secara stabil daripada Gred 1A kepada standard Kelas III air permukaan dan penyingkiran TN telah dipertingkatkan dengan ketara.
- Amalan menunjukkan bahawa proses ini beroperasi dengan stabil dan cekap, tahan terhadap kejutan beban, menghasilkan-efluen berkualiti tinggi dan menambah kos operasi lebih kurang 0.50 RMB/m³. Ia boleh menjadi rujukan untuk projek menaik taraf dan inisiatif penggunaan semula air di loji rawatan air sisa lain.