Perbandingan Proses AO Dua-tahap dan Tiga{1}}: Satu Kejuruteraan Perspektif
Pada masa ini, majoriti loji rawatan air sisa (WWTP) di China mengguna pakai proses berasaskan enapcemar teraktif-untuk rawatan air sisa. Antaranya, hampir separuh menggunakan proses Anoxic-Oxic (AO). Proses AO menawarkan kelebihan seperti operasi yang stabil dan kos rendah. Walau bagaimanapun, kecekapan penyingkiran jumlah nitrogen (TN), biasanya antara 60% hingga 80%, dikekang oleh nisbah kitar semula dalaman. Dengan keperluan negara yang semakin ketat untuk penyingkiran nitrogen, proses AO peringkat-tunggal konvensional sering bergelut untuk memenuhi permintaan untuk rawatan TN. Proses AO berbilang{10}}oleh itu telah muncul. Dengan menyambungkan dua atau lebih peringkat AO secara bersiri, nitrat yang dihasilkan dalam peringkat aerobik sebelumnya menyediakan substrat untuk denitrifikasi dalam peringkat anoksik berikutnya. Ini mencapai matlamat untuk mengurangkan nisbah kitar semula dalaman sambil meningkatkan penyingkiran TN keseluruhan. Walau bagaimanapun, peringkat yang berlebihan juga boleh meningkatkan kerumitan operasi. Akibatnya, konfigurasi yang paling biasa digunakan di China pada masa ini ialah dua{15}}peringkat dan tiga{16}}proses AO. Kertas kerja ini membentangkan analisis perbandingan dua{18}}dan tiga{19}}proses AO menggunakan WWTP di Selatan China sebagai kajian kes, bertujuan untuk menyediakan rujukan untuk pemilihan laluan teknikal dalam projek yang serupa.
1 Gambaran Keseluruhan Projek
Sebuah WWTP di Selatan China meliputi kawasan seluas 8 hektar. Kapasiti reka bentuk asalnya ialah 90,000 m³/d, dengan kualiti efluen yang diperlukan untuk memenuhi kedua-dua piawaian Gred A "Piawaian Pencemar Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran" (GB 18918-2002) dan "Had Pelepasan Pencemaran Air" Wilayah Guangdong (DB 41/26) di sini (selepas itu dirujuk di sini) "Kuasi-Kelas V"). Kilang itu beroperasi pada kapasiti penuh. Mengikut perancangan yang berkaitan, perluasan perluasan. Piawaian efluen masa hadapan, berdasarkan status semasa, perlu mempertimbangkan keperluan jangka panjang TN Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L. Memandangkan secara menyeluruh keadaan sebenar tapak, skala pembinaan awam untuk pembesaran ini ditetapkan pada 70,000 m³/d. Loji itu akan beroperasi pada 50,000 m³/d dalam tempoh terdekat dan mencapai skala 70,000 m³/d dalam jangka panjang, menjadikan jumlah kapasiti rawatan loji kepada 160,000 m³/d. Kualiti air influen dan efluen yang direka bentuk ditunjukkan dalamJadual 1.
Disebabkan oleh kekangan tapak, pelan awal untuk pengembangan menggunakan laluan proses "Berbilang-peringkat AO + Persisian-Di Pinggiran-Tangki Pemendapan Segiempat Segi Empat Keluar + Tinggi-Tangki Pemendapan Kecekapan + Plat Gentian-dan- Struktur awam semua unit utama telah dibina untuk skala 70,000 m³/d, manakala peralatan dipasang untuk kapasiti 50,000 m³/d. Tangki biologi akan menggunakan-proses AO berbilang peringkat dalam masa terdekat. Dalam jangka panjang, menambah pembawa yang digantung akan menghasilkan proses enapcemar teraktif biofilem{17}}hibrid untuk memenuhi permintaan pengembangan kapasiti sebanyak 40%. Untuk reka bentuk ini, keadaan hidraulik telah dipertimbangkan untuk skala 70,000 m³/d, manakala rawatan biologi direka untuk skala 50,000 m³/d. Memandangkan projek ini bertujuan untuk menerima pakai-proses AO berbilang peringkat, perbandingan antara dua-peringkat dan tiga-peringkat AO telah dijalankan.
2 Perbandingan Dua-Peringkat dan Tiga-Proses AO Peringkat
2.1 Aliran Proses
Prinsip teras proses AO berbilang-adalah menggunakan nitrat yang dihasilkan dalam peringkat aerobik sebelumnya untuk penyahtindahan dalam peringkat anoksik berikutnya, dengan itu mengurangkan nisbah kitar semula dalaman. Secara teorinya, lebih banyak peringkat membawa kepada penyingkiran TN yang lebih baik, tetapi kawalan menjadi lebih kompleks. Dalam amalan kejuruteraan, dua-peringkat dan tiga-peringkat AO adalah diutamakan. Aliran proses mereka ditunjukkan dalamRajah 1. Untuk AO dua-tahap, kitar semula dalaman biasanya direka dalam peringkat AO pertama. Untuk tiga-peringkat AO, kitar semula dalaman biasanya tidak digunakan. LPA di Beijing menggunakan dua-proses AO peringkat termasuk Qinghe (400,000 m³/d), Xiaohongmen (500,000 m³/h), Gao'antun (400,000 m³/d), Dingfuzhuang (200,000 m³/d) dan Huaifang (60,000 m³/d). Proses ini menawarkan kelebihan seperti peralatan ringkas, kos operasi dan penyelenggaraan yang rendah, rintangan yang kuat terhadap beban kejutan, dan keserasian yang tinggi dengan proses lain, memudahkan peningkatan masa depan untuk memenuhi piawaian efluen yang lebih tinggi. Secara teorinya, tiga-AO dalam siri boleh menghapuskan keperluan untuk peralatan kitar semula dalaman, membenarkan peruntukan sumber karbon yang lebih rasional dan mengurangkan kos pelaburan dan operasi. Proses ini digunakan terutamanya dalam senario dengan sumber karbon yang mencukupi dan permintaan yang tinggi untuk penyingkiran nitrogen. Kes biasa termasuk WWTP Qujing di Yunnan (80,000 m³/d), WWTP Bandar Daerah Ninghe di Tianjin (90,000 m³/h), WWTP Zhangguizhuang di Tianjin (200,000 m³/d), dan Loji Penambakan Daoxianghu,00 m³ di Beijing (80)
2.2 Perbandingan Proses
Memandangkan tiada tanah tambahan tersedia untuk naik taraf pada masa hadapan di tapak ini, dan beberapa projek tempatan baharu telah pun melaksanakan standard TN efluen Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L, perbandingan proses dianggap sebagai TN efluen tangki biologi Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L untuk menampung kemungkinan keperluan efluen yang lebih ketat pada masa hadapan. Penunjuk lain mematuhi kualiti efluen reka bentuk. Berdasarkan reka letak, untuk skala jangka hampir- 50,000 m³/d, Masa Pengekalan Hidraulik (HRT) maksimum untuk tangki biologi ialah 18 jam. Menggabungkan keadaan sebenar projek, hasil simulasi BioWin dan kemudahan gandingan dengan pembawa yang digantung, perbandingan antara dua-peringkat dan tiga-proses AO telah dijalankan.
2.2.1 Simulasi BioWin
HRT awal selama 18 jam telah ditetapkan dan dikurangkan secara beransur-ansur. HRT minimum yang mencapai keperluan TN efluen ialah 14 jam. Untuk dua-peringkat AO, titik pengedaran influen ialah zon anaerobik,-zon tahap anoksik pertama dan-zon anoksik peringkat kedua. Untuk tiga-peringkat AO, titik pengaruh ialah zon anaerobik,-zon anoksik peringkat kedua dan-zon anoksik peringkat ketiga.
① Belajar dengan Nisbah Taburan Pengaruh Tetap
Menetapkan nisbah pengagihan pengaruh pada 4:3:3 untuk kedua-duanya, simulasi membandingkan tiga skema: dua-peringkat AO (nisbah kitar semula 200%), tiga-peringkat AO dengan jumlah nisbah kitar semula 200% (100% kitar semula dalam peringkat AO pertama + 100% kitar semula daripada zon Oxic{5}} tiga peringkat pertama+ 100% kitar semula dan nisbah tiga Anoxic{9} yang pertama. 100% (kitar semula hanya dalam peringkat AO pertama). Aliran simulasi ditunjukkan dalamRajah 2.
Jadual 2menunjukkan keputusan simulasi untuk nisbah pengaruh tetap pada HRT=14 h.
Daripada Jadual 2, dapat dilihat bahawa untuk kedua-dua-peringkat dan tiga-peringkat AO, adalah disyorkan untuk menyediakan kitar semula dalaman dalam peringkat AO pertama untuk memaksimumkan penyahtelan dalam zon anoksik pertama dengan menggunakan sumber karbon dalam influen mentah. Untuk tiga-peringkat AO, menyediakan kitar semula dalaman dari penghujung peringkat ketiga ke zon anoksik pertama sedikit meningkatkan penyingkiran TN dan TP, tetapi kecekapan penyingkiran bahan organik menurun. Ini adalah spekulasi yang dikaitkan dengan peningkatan aliran keseluruhan dalam tangki biologi akibat kitar semula, yang membawa oksigen terlarut ke dalam zon anoksik, yang menjejaskan persekitaran anoksik. Selain itu, HRT sebenar di setiap zon dipendekkan, dan peralihan antara keadaan operasi dipercepatkan, membawa kepada pengurangan kecekapan. Untuk ciri-ciri pengaruh seperti yang terdapat dalam projek ini di Selatan China, di mana kepekatan TN tidak begitu tinggi, dua-peringkat AO boleh memenuhi sepenuhnya keperluan efluen, tidak menunjukkan kelebihan tersendiri untuk tiga-peringkat AO. Untuk senario dengan COD tinggi dan pengaruh TN tinggi, tiga-peringkat AO mungkin lebih sesuai.
② Kajian tentang Melaraskan Nisbah Taburan Pengaruh
Kedua-dua-peringkat dan tiga-peringkat AO telah ditetapkan dengan nisbah kitar semula dalaman 100% dalam peringkat AO pertama. Kajian telah dijalankan pada nisbah taburan pengaruh berbilang-titik (1:0:0, 3:7:0, 2:4:4). Di sini, 1:0:0 bermakna semua pengaruh masuk di bahagian paling hadapan; 3:7:0 untuk tiga-peringkat AO bermakna pengaruh hanya diedarkan ke zon anaerobik dan peringkat AO kedua. Keputusan simulasi untuk nisbah taburan terlaras ditunjukkan dalamJadual 3.
Daripada Jadual 3, dapat dilihat nisbah agihan mempunyai sedikit kesan terhadap kualiti efluen. Aliran umum ialah apabila perkadaran influen yang diagihkan ke peringkat seterusnya meningkat, kepekatan TN, NH₃-}N dan TP efluen efluen meningkat, dan permintaan pengudaraan juga meningkat secara beransur-ansur. Apabila nisbah pengaruh ialah 3:7:0, tiga-peringkat AO menunjukkan penyingkiran TN yang lebih baik sedikit dan nisbah udara-kepada-air yang lebih rendah sedikit daripada dua-peringkat AO. Walau bagaimanapun, dalam operasi sebenar, perbezaan ini secara amnya boleh diabaikan. Selain itu, meningkatkan perkadaran influen ke peringkat kemudian, sementara bermanfaat untuk penggunaan sumber karbon dalam denitrifikasi, sudah pasti akan meningkatkan beban pada tindak balas biokimia disebabkan oleh input NH₃-N, bahan organik dan TP. Oleh itu, adalah disyorkan untuk mengekalkan konfigurasi influen berbilang{15}}titik dan membuat pelarasan berperingkat berdasarkan kualiti air sebenar semasa operasi. Perlu diingat bahawa walaupun tiga-peringkat AO menunjukkan penyingkiran TN yang lebih baik daripada dua-peringkat AO pada nisbah pengaruh 2:4:4, apabila pengaruh ke peringkat kemudian meningkat, efluen NH₃-N menunjukkan arah aliran meningkat, di mana NH₃ tidak lagi dapat memenuhi piawaian eff.-
③ Prestasi Rawatan Dua-Peringkat dan Tiga-Peringkat AO
Konfigurasi AO tiga-peringkat telah disimulasikan dengan HRT=14 h, nisbah volum yang sama untuk setiap peringkat (1:1:1), set kitar semula dalaman 100% dalam peringkat AO pertama dan nisbah pengaruh 4:3:3, di bawah dua keadaan: dengan kitar semula 100% dan dengan tutup kitar semula. Konfigurasi AO dua=14peringkat telah disimulasikan dengan HRT=14 h, set kitar semula dalaman 100% dan nisbah pengaruh 4:3:3. Keputusan menunjukkan bahawa dua-peringkat AO mencapai TN efluen optimum pada 6.29 mg/L; tiga-peringkat AO dengan 100% kitar semula dalaman di hadapan mencapai tahap terbaik seterusnya pada 7.51 mg/L; tiga-peringkat AO tanpa kitar semula dalaman menunjukkan prestasi yang lebih teruk pada 8.52 mg/L. Ketiga-tiga senario boleh memenuhi keperluan pengesahan efluen (TN Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L).
Jadual 4menunjukkan perbandingan parameter reka bentuk antara dua-peringkat dan tiga-peringkat AO. Dapat dilihat bahawa untuk kedua-dua proses, HRT yang diperlukan untuk mencapai keperluan TN efluen adalah kurang daripada 18 jam. Perbezaan utama antara kedua-dua proses adalah seperti berikut:
a. Secara teorinya, tiga-peringkat AO mempunyai had atas yang lebih tinggi; iaitu, jika dikendalikan dengan betul, kedua-dua kos pelaburan dan operasi boleh menjadi lebih rendah. Dua-peringkat AO mempunyai lebih sedikit item dan peringkat peralatan, menyebabkan kos peralatan yang lebih rendah dan kesukaran pengurusan operasi yang lebih rendah.
b. Untuk projek khusus ini, memandangkan jangka masa panjang telah dipertimbangkan dan isipadu tangki direka bentuk untuk HRT 18-jam, pelaburan awam adalah sama sama ada menggunakan dua-tahap atau tiga-peringkat AO. Kos peralatan untuk tiga-peringkat AO adalah lebih tinggi. Oleh itu, dari perspektif pelaburan, penggunaan AO dua peringkat adalah lebih menjimatkan.
c. Berkenaan kos operasi, tiga-peringkat AO boleh menjimatkan kira-kira 0.002 CNY/m³ dengan menghapuskan 100% kos tenaga kitar semula minuman keras bercampur. Memandangkan potensi penurunan kecekapan penggunaan sumber karbon dalam operasi sebenar disebabkan oleh keadaan anoksik/oksik yang bergantian dalam tiga-peringkat AO, perbezaan sebenar dalam kos operasi berkemungkinan lebih kecil.
2.2.2 Analisis Senario Pembawa-Jangka Panjang yang Digantung
Disebabkan oleh keperluan unik projek ini, tangki biologi perlu mempertimbangkan kebolehlaksanaan dan kemudahan pelan pengembangan kapasiti jangka panjang-, iaitu, kesan penambahan pembawa yang digantung.
Teras proses MBBR adalah untuk meningkatkan biojisim dalam reaktor dengan menambah pembawa terampai. Ini boleh ditambah kepada tangki aerobik, anoksik atau anaerobik. Walau bagaimanapun, mempertimbangkan pencairan pembawa, menambahkannya kepada tangki anaerobik atau anoksik akan meningkatkan keperluan kuasa pencampuran dengan ketara. Oleh itu, tambahan kepada tangki aerobik adalah keutamaan disyorkan. Isipadu untuk zon anaerobik/anoksik boleh ditambah dengan pembahagian daripada zon aerobik, manakala kekurangan dalam isipadu aerobik dikompensasikan oleh pembawa tambahan. Dalam erti kata lain, isipadu aerobik yang tidak mencukupi ditanggung oleh peningkatan luas permukaan pembawa terampai, yang dikira berdasarkan penukaran beban pencemar untuk menentukan kuantiti pembawa yang diperlukan, mengawal nisbah isian tertentu untuk mendapatkan isipadu tambahan.
Berdasarkan pengiraan, jika mengguna pakai dua-proses AO peringkat dan menambahkan semua pembawa yang digantung ke-zon aerobik peringkat pertama dalam jangka panjang, luas permukaan pembawa MBBR yang diperlukan ialah 2,597,708 m², berharga 12.99 juta CNY. Kos peralatan tetap lain yang berkaitan (termasuk sistem pencairan MBBR, pengadun khusus, sistem penapisan dan sistem kawalan pintar) ialah 6.15 juta CNY. Jika mengguna pakai proses AO tiga-peringkat, disebabkan zon yang lebih tersebar, zon MBBR perlu dibahagikan kepada 2 bahagian (zon aerobik peringkat-pertama dan{12}}kedua). Akibatnya, kos untuk memasang peralatan tetap MBBR yang sepadan (tidak termasuk pembawa sendiri) akan meningkat sedikit kepada 7.77 juta CNY, manakala kos pembawa kekal sama. Ini bermakna penggunaan tiga-peringkat AO akan meningkatkan pelaburan pengubahsuaian masa hadapan sebanyak 1.62 juta CNY dan juga meningkatkan kerumitan pengubahsuaian. Tambahan pula, sistem saringan adalah kawasan yang paling terdedah kepada isu selepas penambahan pembawa. Tiga-peringkat AO menambah bahagian skrin tambahan, meningkatkan kesukaran operasi.
Daripada perbandingan di atas, disebabkan pembahagian yang berlebihan dalam tiga-peringkat AO, dengan setiap partition mempunyai volum yang sama, kesukaran pengubahsuaiannya adalah lebih tinggi daripada dua-peringkat AO. Pembinaan, kerumitan operasi dan penambahan peralatan penyaringan juga menghasilkan pelaburan yang lebih tinggi daripada dua-peringkat AO. Oleh itu, mengguna pakai dua-peringkat AO adalah lebih kondusif untuk gandingan masa hadapan dengan pembawa yang digantung.
2.3 Hasil Perbandingan
Berdasarkan analisis di atas, kedua-dua proses AO dua-dan tiga{1}}peringkat boleh mencapai sasaran TN efluen Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L. Di bawah syarat sempadan projek ini-ruang terhad, keperluan untuk memaksimumkan-isipadu tangki jangka dekat dan rancangan jangka panjang-untuk menambah pembawa yang digantung-dua-peringkat AO mempunyai kelebihan dari segi-pelaburan jangka pendek dan kemudahan pengurusan/penyelenggaraan peralatan. Ia juga menawarkan keserasian yang lebih tinggi untuk pengubahsuaian masa depan dengan pembawa yang digantung, menyebabkan pelaburan keseluruhan yang lebih rendah dan pengubahsuaian yang dikurangkan dan kesukaran operasi. Oleh itu, selepas pertimbangan menyeluruh, dua{12}}proses AO telah disyorkan untuk reka bentuk ini.
3 Prestasi Operasi
Jumlah anggaran pelaburan untuk projek ini ialah 304.5721 juta CNY, dengan kos pembinaan sebanyak 243.6019 juta CNY, diterjemahkan kepada kos pembinaan unit sebanyak 3,480.03 CNY/m³. Kos rawatan ialah 1.95 CNY/m³, dan kos operasi ialah 1.20 CNY/m³.
Untuk projek ini, tangki biologi mempunyai jumlah HRT selama 18 jam (terdiri daripada: zon anaerobik 2 jam, pertama-zon anoksik peringkat 3.5 jam, pertama-zon aerobik peringkat 7.5 jam, zon degas 0.5 jam, kedua-zon tahap anoksik 2.5 jam, zon deerobik peringkat kedua dengan air{9}2 kedua 8.6 m. Pengambilan air keratan boleh laras dilaksanakan, membenarkan pelarasan dalam nisbah pengagihan influen dalam kenaikan 20% mengikut keperluan. Dalam operasi sebenar, kepekatan Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) dalam tangki biologi adalah antara 3,500 hingga 4,000 mg/L, nisbah pulangan enapcemar berjulat dari 40% hingga 100%, dan nisbah kitar semula dalaman minuman keras berjulat dari 100% hingga 200%. Kualiti influen dan efluen sebenar ditunjukkan dalamJadual 5, yang pada dasarnya selaras dengan hasil simulasi.
4 Kesimpulan
Menggunakan WWTP di Selatan China sebagai kajian kes, perbandingan teknikal dan ekonomi antara dua-peringkat dan tiga{1}}proses AO telah dijalankan dengan bantuan simulasi BioWin. Dua-peringkat AO, dengan item dan peringkat peralatan yang lebih sedikit, kos peralatan yang lebih rendah dan kesukaran pengurusan operasi yang lebih rendah, adalah lebih sesuai untuk keadaan di China Selatan di mana TN yang berpengaruh tidak begitu tinggi. Untuk tiga-peringkat AO, menyediakan kitar semula dalaman dari penghujung peringkat ketiga ke zon anoksik pertama menjejaskan kecekapan penyingkiran TN secara negatif, meningkatkan kesukaran pengurusan operasi dan meningkatkan kos pelaburan. Reka bentuk secara serentak memenuhi-keperluan rawatan jangka dekat 50,000 m³/d dan TN Kurang daripada atau sama dengan 10 mg/L, manakala skala-jangka panjang 70,000 m³/d boleh dicapai dengan gandingan dengan pembawa yang digantung. Keputusan operasi sebenar sebahagian besarnya konsisten dengan keputusan simulasi BioWin, dengan purata TN efluen sebanyak 6.86 mg/L, memenuhi keperluan reka bentuk.