Kesan Operasi Projek Naik Taraf Loji Rawatan Kumbahan di Tianjin
Sebuah loji rawatan air sisa di Tianjin menjalani projek naik taraf dan pengubahsuaian menggunakan proses Bardenpho -MBBR yang Diubahsuai, meningkatkan kualiti efluen daripada standard Gred A yang dinyatakan dalam "Piawaian Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran" (GB 18918-2002) kepada piawaian tempatan Kelas A/95DB 902 Tianjin. Proses Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) melibatkan penambahan pembawa terampai MBBR ke dalam reaktor, menyediakan tapak untuk perlekatan mikrob dan membentuk biofilem yang melekat, dengan itu meningkatkan biojisim yang berkesan dalam sistem dan mencapai penyingkiran bahan pencemar. Proses MBBR menawarkan kelebihan seperti pemuatan rawatan yang tinggi, rintangan yang kuat terhadap beban kejutan, prestasi rawatan yang stabil, pengurusan operasi yang mudah dan operasi proses yang fleksibel. Bilangan WWTP yang semakin meningkat di China menerima pakai proses MBBR untuk pengubahsuaian. Kertas kerja ini menganalisis prestasi operasi WWTP Tianjin selepas menaik tarafnya, bertujuan untuk menyediakan rujukan untuk projek naik taraf yang serupa.
1. Proses Penyingkiran Nitrogen dan Fosforus Biologi Semasa
Tangki biologi asal menggunakan proses A²/O dengan kapasiti rawatan 12,500 t/d. Jumlah umur enap cemar reka bentuk ialah 14 hari, kepekatan pepejal terampai minuman keras campuran (MLSS) ialah 3,500 mg/L, suhu air reka bentuk ialah 10 darjah, hasil enap cemar ialah 0.936 kgSS/kgBOD, dan pemuatan enap cemar ialah 0.082 kgBOD/kgMLSS. Kedalaman air berkesan tangki biologi ialah 6 m, dengan jumlah isipadu tangki 9,052.2 m³ dan jumlah masa pengekalan hidraulik (HRT) selama 17.4 jam. Taburan HRT ialah: zon pemilih 0.58 jam, zon anaerobik 1.38 jam, zon anoksik 2.85 jam, zon ayunan 0.92 jam dan zon aerobik 11.67 jam. Kitar semula enapcemar adalah 100%, dan kitar semula dalaman minuman keras campuran ialah 300%. Tangki biologi asal terutamanya terdiri daripada bahagian aerobik-anoksik-anaerobik. Parameter operasi boleh dilaraskan berdasarkan keadaan influen dan keperluan efluen untuk mencapai penyingkiran nitrogen dan fosforus, dengan kualiti efluen memenuhi standard Gred A GB 18918-2002.
2. Gambaran Keseluruhan Projek Naik Taraf dan Pengubahsuaian
Peningkatan ini bertujuan untuk meningkatkan kualiti efluen bagi memenuhi piawaian Kelas A piawaian tempatan Tianjin "Piawaian Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran" (DB 12/599-2015). Kualiti influen dan efluen yang direka bentuk ditunjukkan dalamJadual 1. Mengikut nilai TN efluen reka bentuk dan efluen, mencapai TN efluen di bawah 10 mg/L memerlukan kadar denitrifikasi 75.6% dalam sistem tangki biologi. Tangki biologi asal menggunakan konfigurasi A²/O. Pengiraan berdasarkan konfigurasi tangki asal menunjukkan bahawa nisbah kitar semula dalaman perlu meningkat daripada 200% asal kepada 310%, bersama-sama dengan penambahan sejumlah besar sumber karbon luaran. Ini bukan sahaja akan meningkatkan kos operasi tetapi juga, jumlah aliran kitar semula dalaman yang besar boleh mengganggu persekitaran anoksik. Ini boleh menyebabkan HRT sebenar dalam zon anoksik menjadi kurang daripada keperluan minimum, menjejaskan kecekapan denitrifikasi. Proses MBBR meningkatkan keupayaan denitrifikasi sistem dan meningkatkan kualiti efluen dengan menambahkan pembawa terampai untuk meningkatkan kepekatan biojisim dalam tangki, dengan itu memenuhi keperluan naik taraf.
Tanpa mengubah isipadu tangki biologi sedia ada, zon fungsi dalaman tangki biologi telah dikonfigurasikan semula. Konfigurasi A²/O asal (anaerobik-anoksik-aerobik) telah diubah suai kepada Bardenpho 6-konfigurasi peringkat: zon anaerobik, zon anoksik, zon hayunan, zon aerobik, pasca-zon anoksik dan pasca-zon aerobik. Secara khusus, zon pemilih asal telah ditukar kepada zon anaerobik. Zon anaerobik asal, zon ayunan (bahagian depan) dan zon anoksik semuanya digunakan sebagai zon pra{12}}anoksik. Separuh hadapan koridor pertama dalam zon aerobik asal telah dilaraskan kepada zon ayunan. Koridor aerobik pertama, kedua dan ketiga yang asal telah ditukar kepada zon MBBR, tempat pembawa yang digantung ditambah, bersama-sama dengan sistem saringan masuk/alur keluar dan sistem pengudaraan tambahan bawah. Koridor aerobik keempat telah ditukar kepada zon anoksik-pasca. Zon buaian asal telah dipisahkan secara berfungsi dan dilaraskan ke dalam{15}}zon anoksik dan pasca aerobik. Parameter tangki biologi yang diubah suai ditunjukkan dalamJadual 2.
Mengenai operasi proses, minuman keras campuran dari zon aerobik dikitar semula ke zon anoksik, dan sumber karbon ditambah dalam zon anoksik. Bakteria denitrifikasi menggunakan sumber karbon untuk denitrifikasi untuk mengeluarkan nitrogen nitrat yang dihasilkan dalam zon aerobik. Nitrogen sisa nitrat memasuki zon pasca-anoksik, di mana sumber karbon tambahan ditambah untuk meneruskan penyahtelan. Selepas pengubahsuaian, kepekatan pepejal terampai minuman keras campuran (MLSS) ialah 4,000 mg/L, kitar semula enapcemar ialah 50%–100%, kitar semula dalaman minuman keras campuran ialah 200%–250%, dan oksigen terlarut dalam zon MBBR ialah 2–5 mg/L. Carta alir proses selepas pengubahsuaian ditunjukkan dalamRajah 1.
3. Pentauliahan Sistem Selepas Pengubahsuaian Tangki Biologi
Selepas pengubahsuaian tangki biologi selesai, fasa pentauliahan bermula. Enap cemar yang dinyahair daripada WWTP lain telah ditambah ke dalam tangki biologi, dengan cepat meningkatkan kepekatan enap cemar melebihi 3,000 mg/L dalam masa yang singkat. Ini memendekkan tempoh penanaman dan penyesuaian enap cemar, membolehkan tangki biologi dimulakan dengan cepat dan pemulihan kapasiti penyingkiran nitrogen dan fosforusnya. Semasa tempoh operasi percubaan, disebabkan oleh aliran influen yang agak rendah dan kepekatan pencemar, beban operasi sebenar adalah lebih rendah daripada beban reka bentuk. Pendekatannya adalah dengan terlebih dahulu menanam dan menyesuaikan enap cemar teraktif sehingga sistem biologi stabil dan kualiti efluen memenuhi piawaian, kemudian menambah pembawa MBBR untuk pembentukan biofilem.
Selepas pembawa ditambah ke bahagian aerobik tangki biologi, mereka mula-mula direndam. Mikroorganisma secara beransur-ansur melekat pada permukaannya. Secara visual, warna permukaan pembawa berubah daripada putih kepada kuning tanah samar apabila lebih banyak mikroorganisma melekat dan biofilem menjadi lebih padat. Warna pembawa semakin mendalam. Dua bulan selepas penambahan pembawa, pembentukan biofilem adalah baik, dengan permukaan pembawa kelihatan kekuningan-coklat dan warnanya semakin mendalam. Empat bulan selepas penambahan pembawa, biofilem pada permukaan pembawa kelihatan coklat gelap dan padat. Perkembangan pembentukan biofilm boleh diperhatikan secara intuitif berdasarkan perubahan dalam warna pembawa, seperti yang ditunjukkan dalamRajah 2. Pada Disember 2021, pemeriksaan mikroskopik enap cemar teraktif daripada tangki biologi dan enap cemar daripada pembawa mendedahkan struktur flok padat dengan sifat penjerapan dan pengendapan yang baik. Secara visual, pembawa menunjukkan pembentukan biofilm yang jelas. Pemeriksaan mikroskopik mengenal pasti organisma seperti Vorticella, Opercularia, dan Epistylis, dengan penampakan sekali-sekala beberapa ciliate mudah alih, menunjukkan selesainya peringkat pembentukan biofilm.
4. Prestasi Operasi Selepas Pengubahsuaian Tangki Biologi
4.1 Prestasi Penyingkiran untuk COD dan BOD Selepas Pengubahsuaian
Nilai COD dan BOD efluen untuk tahun 2022 ditunjukkan dalamRajah 3. COD efluen berjulat antara 10.2 hingga 24.9 mg/L, dengan purata 18.0 mg/L. BOD efluen berjulat antara 2.1 hingga 4.9 mg/L, dengan purata 3.4 mg/L. COD dan BOD efluen secara stabil memenuhi piawaian Kelas A tempatan Tianjin. Sistem yang diubah suai bukan sahaja menunjukkan prestasi penyingkiran yang baik untuk COD dan BOD tetapi juga mengekalkan tahap COD dan BOD efluen yang stabil dan mematuhi semasa musim banjir, walaupun apabila beban pengaruh sebenar loji mencapai 110% daripada kapasiti reka bentuknya. Ini menunjukkan bahawa sistem mempunyai rintangan yang baik terhadap beban kejutan.
4.2 Prestasi Penyingkiran untuk TN dan NH₃-N Selepas Pengubahsuaian
Nilai TN efluen dan NH₃-N untuk tahun 2022 ditunjukkan dalamRajah 4. TN berkisar antara 3.72 hingga 8.74 mg/L, dengan purata 6.43 mg/L. NH₃-N berjulat dari 0.02 hingga 1.25 mg/L, dengan purata 0.12 mg/L. Semasa operasi musim sejuk, disebabkan suhu yang lebih rendah, kadar nitrifikasi dan denitrifikasi menurun. Dalam amalan, kepekatan enap cemar dinaikkan kepada melebihi 6,000 mg/L. Beroperasi pada kepekatan enap cemar yang tinggi bermanfaat untuk meningkatkan ketahanan sistem biologi terhadap beban kejutan, terutamanya pada suhu rendah. Sinergi antara kepekatan enap cemar yang tinggi dan biofilem yang melekat pada pembawa MBBR meningkatkan kesan rawatan sistem biologi.
Pembawa MBBR menyediakan persekitaran yang menggalakkan untuk komuniti mikrob, menyokong pertumbuhan dan pembiakan mereka. Selepas penyesuaian dan kematangan, kapasiti nitrifikasi dan denitrifikasi biofilm semakin kukuh. Mikroorganisma melekat dan tumbuh berlapis pada permukaan pembawa, meningkatkan ketumpatan zoogloea dan membentuk struktur enap cemar yang besar, padat, dan stabil. Apabila menghadapi perubahan kualiti air luaran, mikroorganisma pada permukaan pembawa merembeskan bahan polimer ekstraselular (EPS) untuk perlindungan-sendiri, sekali gus mengurangkan kesan perubahan kualiti air secara mendadak pada mikroorganisma-dalaman.
Dalam WWTP yang menggunakan proses MBBR, fenomena nitrifikasi dan denitrifikasi (SND) serentak telah diperhatikan di zon pembawa aerobik. Menguji nilai TN bagi influen dan efluen dari zon pembawa aerobik menunjukkan perbezaan 2-6 mg/L. Perbezaan ini lebih ketara, terutamanya apabila oksigen terlarut dalam tangki aerobik dikawal di bawah 2 mg/L, menunjukkan SND yang lebih ketara di bawah keadaan oksigen terlarut yang rendah. TN efluen dari tangki pemendapan sekunder telah memenuhi piawaian sepenuhnya, bermakna penyingkiran TN telah selesai dalam peringkat rawatan biologi. Dalam operasi sebenar, penapis katil dalam-pendenitrifikasi beroperasi sebagai proses perlindungan. Dalam keadaan biasa, ia berfungsi sebagai penapis biasa untuk memastikan penunjuk SS memenuhi piawaian.
4.3 Prestasi Penyingkiran untuk TP dan SS Selepas Pengubahsuaian
Nilai TP dan SS efluen untuk 2022 ditunjukkan dalamRajah 5. TP efluen WWTP adalah antara 0.04 hingga 0.22 mg/L, dengan purata 0.10 mg/L. SS efluen berjulat antara 1 hingga 4 mg/L, dengan purata 2.2 mg/L. Selepas naik taraf, TP efluen tangki pemendapan sekunder adalah sekitar 1.0 mg/L dan SS sekitar 26 mg/L. Dengan menambah ferik klorida dan PAM dalam tangki pemendapan berkecekapan tinggi-tinggi untuk meningkatkan pembekuan dan melalui penulenan selanjutnya dalam penapis dasar-pendenitrifikasi, TP dan SS efluen secara stabil memenuhi piawaian Kelas A tempatan Tianjin, dan nilai warna berkurangan dengan ketara.
5. Kesimpulan
Untuk memenuhi piawaian Kelas A tempatan Tianjin, proses A²/O asal di WWTP telah diubah menjadi konfigurasi lima-peringkat Bardenpho, menggabungkan proses MBBR dalam bahagian aerobik untuk meningkatkan penyingkiran nitrogen biologi, mengurangkan efluen TN dan NH₃-N. Semasa musim banjir dengan aliran lebihan beban, semua penunjuk menepati piawaian secara stabil, menunjukkan rintangan hentaman yang baik. Selepas pengubahsuaian tangki biologi, nisbah kitar semula dalaman ialah 200%–300%, kitar semula enapcemar luaran ialah 50%–100%, kepekatan enapcemar ialah 4,000–6,000 mg/L, oksigen terlarut dalam zon aerobik dikawal pada 3–5 mg/L, dan zon terlarut 0 mg/L terkawal dan anaerobik 0 mg/L. Pada tahun 2022, kualiti efluen WWTP ialah: COD 10.2–24.9 mg/L, purata 18.0 mg/L; BOD 2.1–4.9 mg/L, purata 3.4 mg/L; NH₃-N 0.02–1.25 mg/L, purata 0.12 mg/L; TN 3.72–8.74 mg/L, purata 6.43 mg/L; TP 0.04–0.22 mg/L, purata 0.1 mg/L; SS 1–4 mg/L, purata 2.2 mg/L. Kesemuanya secara stabil memenuhi piawaian Kelas A piawaian tempatan Tianjin "Piawaian Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran" (DB 12/599-2015).