Penggunaan Proses BIOLAK dalam Menaik Taraf Loji Rawatan Air Sisa kepada Piawaian Kuasi-Kelas IV
Diperkenalkan ke China pada awal abad ke-21, proses BIOLAK mendapat aplikasi yang meluas dalam rawatan air sisa perbandaran kerana strukturnya yang mudah dan kos pelaburan yang rendah. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan pengetatan piawaian pelepasan dan peningkatan automasi, kebanyakan loji BIOLAK sedia ada menghadapi peningkatan. Penambahbaikan seperti menambah pembawa yang digantung, memasang semula tangki dan mentakrifkan semula zon berfungsi dilaksanakan untuk meningkatkan penyingkiran nitrogen dan fosforus. Walaupun loji yang baru dibina kebanyakannya menggunakan proses parit A²/O dan pengoksidaan, terdapat beberapa laporan mengenai prestasi sebenar BIOLAK, terutamanya di bawah piawaian pelepasan yang ketat. Proses BIOLAK menggunakan rantai pengudaraan berayun untuk mencipta zon anoksik dan aerobik temporal, pada asasnya berfungsi sebagai proses A/O berbilang-peringkat. Melalui pengoptimuman operasi, kualiti efluen boleh menepati piawaian air permukaan Kelas IV secara stabil-.
1 Latar Belakang Projek
Sebuah loji rawatan air sisa di Wilayah Hebei menggunakan proses BIOLAK sebagai teknologi terasnya. Aliran masuk berjulat antara 18,000 hingga 22,000 m³/d, dengan purata 19,000 m³/d, merawat terutamanya kumbahan domestik bandar dan sejumlah kecil air sisa pemprosesan pertanian. Kualiti influen dan efluen yang direka bentuk ditunjukkan dalamJadual 1. Piawaian pelepasan asal ialah piawai Gred A *"Piawaian Pelepasan Bahan Pencemar untuk Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran" (GB 18918-2002)*. Selepas naik taraf yang termasuk membahagikan zon anaerobik untuk mempertingkatkan denitrifikasi dan defosforisasi, loji itu kini mematuhi had kawasan kawalan utama *"Piawaian Pelepasan Pencemaran Air untuk Lembangan Sungai Daqing" (DB13/2795-2018)*. Kecuali untuk jumlah nitrogen, semua penunjuk lain memenuhi piawaian Kelas IV yang dinyatakan dalam *"Piawaian Kualiti Alam Sekitar untuk Air Permukaan" (GB 3838-2002)*. Aliran proses ditunjukkan dalamRajah 1.
Kilang itu menggunakan natrium hipoklorit untuk pembasmian kuman. Enapcemar dinyahair oleh-tekanan tinggi penapisan plat dan rangka sehingga kandungan lembapan di bawah 60% sebelum diangkut untuk-pemprosesan bersama dalam tanur simen.
Sumbangan setiap unit rawatan kepada penyingkiran bahan pencemar dikira berdasarkan keseimbangan jisim, dengan kaedah khusus dirujuk daripada literatur.
2 Langkah Pengoptimuman Kawalan Operasi
Pelbagai langkah pengoptimuman telah dilaksanakan semasa operasi untuk meningkatkan kestabilan efluen dan mencapai penjimatan tenaga dan kos.
2.1 Kawalan Oksigen Terlarut (DO) yang Dipertingkatkan
Projek pengubahsuaian BIOLAK yang sedia ada sering menyatakan pengezonannya yang lemah sebagai varian A/O berbilang-peringkat, yang membawa kepada kecekapan penyahtelan yang rendah. Dalam projek ini, sambil memastikan pematuhan nitrogen ammonia efluen, DO maksimum pada penghujung zon pengudaraan dikekalkan pada 0.5–1.0 mg/L, lebih rendah daripada keperluan kawalan DO konvensional.
2.2 Peningkatan Pemantauan Data Proses
Untuk membimbing kawalan DO dan dos sumber karbon luaran, nitrogen nitrat dan nitrogen ammonia dipantau pada penghujung zon anaerobik dan tangki BIOLAK untuk menentukan julat kawalan optimum. Semasa operasi, dos sumber karbon luaran dikurangkan atau dihentikan apabila nitrogen nitrat di hujung zon anaerobik telah<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 Menetapkan Sasaran Kawalan Efluen Dalaman
Untuk memastikan pematuhan yang stabil, sasaran kawalan dalaman ditetapkan pada 30%–80% daripada had pelepasan, berdasarkan kesukaran mengawal setiap bahan pencemar. Melebihi had dalaman ini mencetuskan pelarasan parameter proses segera untuk mengembalikan kepekatan efluen kepada julat yang boleh diterima. Sasaran kawalan dalaman tahunan untuk COD, nitrogen ammonia, jumlah nitrogen, dan jumlah fosforus masing-masing ialah 15 mg/L, 0.5 mg/L, 12 mg/L dan 0.12 mg/L.
2.4 Mengekalkan Kepekatan Enapcemar yang Sesuai
Pembaziran enap cemar telah dilaraskan berdasarkan aliran, beban dan musim. Masa pengekalan enap cemar (SRT) dikekalkan pada 15-25 hari, dan kepekatan pepejal terampai minuman keras campuran (MLSS) pada 2,500-4,500 mg/L. Khususnya, MLSS dikawal pada 2,500–3,500 mg/L pada musim panas dan musim luruh, dengan beban enapcemar kira-kira 0.06 kgCOD/(kgMLSS·d), dan pada 3,500–4,500 mg/L pada musim sejuk dan musim bunga, dengan beban enapcemar kira-kira 0.04 kgSSCD·d).
2.5 Melaraskan Operasi Unit Rawatan Lanjutan
Suhu rendah pada musim sejuk menjejaskan pemberbukuan dan pemendapan. Pencucian balik penapis jenis V-yang tidak pada masanya boleh membawa kepada pepejal terampai efluen tinggi dan COD. Oleh itu, semasa operasi musim sejuk, kekerapan membasuh balik telah ditingkatkan berdasarkan prestasi pembekuan, dan pelepasan enap cemar daripada tangki pemendapan-dipergiatkan untuk mengurangkan kepekatan pepejal terampai efluen.
3 Prestasi Rawatan
COD influen tahunan adalah antara 109 hingga 248 mg/L, dengan purata 176 mg/L. COD efluen berjulat antara 9.5 hingga 20.1 mg/L, dengan purata 12.1 mg/L. Apabila COD efluen melebihi sasaran kawalan dalaman (15 mg/L), kekerapan pencucian balik penapis ditingkatkan untuk mengurangkan pepejal terampai. Adalah disyorkan untuk menaik taraf tangki pemendapan-pembekuan kepada-ketumpatan tinggi atau tangki penggumpalan magnetik-untuk kecekapan pembekuan yang lebih baik.
Nitrogen ammonia influen tahunan adalah antara 17.8 hingga 54.9 mg/L, dengan purata 31.9 mg/L. Nitrogen ammonia efluen berjulat antara 0.12 hingga 1.30 mg/L, dengan purata 0.5 mg/L. Apabila ia melebihi sasaran kawalan dalaman, pengudaraan telah dilaraskan mengikut langkah pengoptimuman. Kualiti efluen secara stabil memenuhi had kawasan kawalan utama *DB13/2795-2018* sepanjang tahun.
Disebabkan oleh kepekatan sumber karbon pengaruh yang rendah, tumpuan diberikan kepada mengoptimumkan keadaan proses untuk meningkatkan penyingkiran nitrogen dan fosforus, bertujuan untuk penjimatan tenaga dan kos.
3.1 Pengoptimuman Kawalan DO dan Penyingkiran Jumlah Nitrogen
Jumlah nitrogen (TN) influen tahunan berjulat antara 20.3 hingga 55.6 mg/L (lihatRajah 2), purata 42.1 mg/L. TN efluen berjulat antara 2.5 hingga 14.2 mg/L, purata 8.8 mg/L, dalam sasaran kawalan dalaman (12 mg/L). Purata kadar penyingkiran TN ialah 79.1%. Dengan nisbah kitar semula enapcemar 90% (tiada kitar semula minuman keras bercampur dalaman), kecekapan denitrifikasi teori ialah 47.4%, menunjukkan bahawa denitrifikasi juga berlaku di zon proses lain di luar pemilih anaerobik. Perubahan dalam nitrogen di sepanjang tren rawatan dalam kitaran biasa ditunjukkan dalamRajah 3.
Dalam kitaran biasa, TN influen ialah 42.0 mg/L, dengan jumlah ammonia dan nitrogen nitrat ialah 35.2 mg/L. Selepas pemilih anaerobik, TN ialah 16.7 mg/L, menghasilkan kadar penyingkiran 43.5% melalui keseimbangan jisim, selaras dengan nilai teori. Tangki BIOLAK menyumbang 24.0% penyingkiran TN. TN efluen telah dikurangkan lagi dalam tangki pemendapan sekunder, menyumbang 11.3% penyingkiran tambahan, terutamanya disebabkan oleh masa pengekalan hidrauliknya yang panjang (8.6 jam) yang membolehkan penyahtanaman didorong sumber karbon endogen-. Unit lain menyumbang 1.9% penyingkiran. TN efluen akhir ialah 8.1 mg/L, dengan jumlah kadar penyingkiran 80.7%.
Pengalaman operasi menunjukkan bahawa kawalan DO adalah penting untuk penyingkiran TN dalam proses BIOLAK. Dalam proses konvensional, DO biasanya diukur pada penghujung zon aerobik dalam struktur saluran yang DO secara relatifnya seragam merentas-bahagian. Walau bagaimanapun, dalam tangki BIOLAK, hujung zon pengudaraan adalah hampir 70 meter lebar, dengan DO meningkat dari tepi cerun ke tengah, berbeza sebanyak 0.5–1.0 mg/L. Oleh itu, lokasi probe DO memerlukan perhatian yang teliti.
Dengan mengawal ketat DO maksimum pada penghujung zon pengudaraan BIOLAK, persekitaran anoksik yang diperlukan untuk denitrifikasi telah dipastikan dengan berkesan. Nitrifikasi dan denitrifikasi (SND) serentak menggunakan sumber karbon endogen telah dicapai, menghasilkan penyingkiran TN yang berkesan.
3.2 Jumlah Penyingkiran Fosfor dan Pengoptimuman Operasi
Jumlah fosforus (TP) influen tahunan berjulat antara 1.47 hingga 4.80 mg/L (lihatRajah 4), purata 2.99 mg/L. TP efluen berjulat antara 0.04 hingga 0.17 mg/L. Dos agen penyingkiran fosforus telah diselaraskan berdasarkan sasaran kawalan dalaman (0.12 mg/L). Purata kepekatan TP efluen ialah 0.07 mg/L, secara stabil memenuhi piawaian pelepasan, dengan purata kadar penyingkiran TP sebanyak 98.3%.
Perubahan dalam fosfat di sepanjang tren rawatan dalam kitaran biasa ditunjukkan dalamRajah 5.
Fosfat influen ialah 2.70 mg/L, dan fosfat enap cemar pulangan ialah 0.58 mg/L, menjadikan fosfat teoretikal memasuki pemilih anaerobik 1.70 mg/L. Selepas pembebasan fosforus anaerobik oleh organisma terkumpul-polifosfat (PAO), kepekatan fosfat mencapai 3.2 mg/L. Nisbah kepekatan fosfat (maksimum dalam zon anaerobik / influen) ialah 1.9, menunjukkan pelepasan yang ketara. Sebab utama ialah penyahtelan yang berkesan di bawah keadaan DO yang rendah, mengakibatkan kepekatan nitrat yang rendah dalam enap cemar kembali ke zon anaerobik, mengekalkan persekitaran anaerobik yang baik (ORP umumnya di bawah -200 mV) dan menggalakkan pembebasan fosforus.
Selepas zon pengudaraan BIOLAK, pengambilan fosforus yang banyak berlaku, mengurangkan kepekatan fosfat pada akhir kepada 0.3 mg/L, mencapai kecekapan penyingkiran fosforus biologi sebanyak 88.9%. Selepas tangki pemendapan dan penstabilan, kepekatan fosfat meningkat kepada 0.64 mg/L. Analisis mencadangkan ini disebabkan oleh HRT yang panjang dalam tangki pemendapan dan DO yang dikawal ketat dalam tangki BIOLAK, mewujudkan keadaan anaerobik dalam tangki pemendapan dan menyebabkan pembebasan fosforus sekunder. Selepas dos kimia dalam unit pembekuan, fosfat efluen dikurangkan kepada 0.06 mg/L. Oleh itu, mempertimbangkan kos ekonomi dan kerumitan operasi, mengorbankan beberapa kecekapan penyingkiran fosforus biologi untuk meningkatkan denitrifikasi adalah strategi pengoptimuman yang berdaya maju untuk loji yang serupa.
4 Kos Operasi
Kos operasi langsung termasuk elektrik, bahan kimia, dan pelupusan enap cemar. Berdasarkan statistik tahunan, penggunaan kuasa khusus ialah 0.66 kWj/m³. Dengan harga elektrik 0.65 CNY/kWj (berdasarkan komposit kadar puncak/mati-puncak), kos elektrik ialah 0.429 CNY/m³. Penggunaan ini berada pada bahagian yang lebih tinggi mengikut "Standard Penilaian untuk Kualiti Operasi Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran", terutamanya disebabkan oleh kecekapan penggunaan oksigen yang lebih rendah sedikit bagi sistem pengudaraan. Kos kimia, termasuk natrium asetat, agen penyingkiran fosforus, PAM, natrium hipoklorit, dan bahan kimia penyahairan, berjumlah 0.151 CNY/m³. Penggunaan dan kos khusus ditunjukkan dalamJadual 2.
Enapcemar berasal terutamanya daripada sumber biologi dan kimia (tangki pembekuan). Penapisan plat{1}}tekanan tinggi dan rangka digunakan dengan kapur dan ferik klorida sebagai agen penyaman udara. Dos kapur adalah kira-kira 25% daripada berat enapcemar kering. Kek dewatered mempunyai kandungan lembapan sebanyak 60%. Pengeluaran enap cemar harian adalah kira-kira 9 tan, dengan hasil enapcemar kering tertentu kira-kira 0.15%. Pengangkutan enap cemar berharga 250 CNY/tan, menghasilkan kos pelupusan enap cemar kira-kira 0.118 CNY/m³. Oleh itu, jumlah kos pengeluaran langsung ialah 0.698 CNY/m³.
5 Kesimpulan
① Sebuah loji rawatan air sisa di Wilayah Hebei, menggunakan proses BIOLAK untuk merawat air sisa perbandaran, beroperasi secara berterusan selama satu tahun dengan kualiti efluen yang stabil memenuhi had kawasan kawalan utama *DB13/2795-2018* (standard air permukaan Quasi-Class IV).
② Sebagai variasi proses A/O berbilang-peringkat, mengawal DO maksimum pada penghujung zon pengudaraan BIOLAK pada 0.5–1.0 mg/L menghasilkan kadar penyingkiran TN sebanyak 24.0% dalam zon BIOLAK dan 11.3% dalam tangki pemendapan. Ini mencapai nitrifikasi serentak-denitrifikasi dan denitrifikasi sumber karbon endogen, menunjukkan keupayaan penyingkiran nitrogen yang ketara.
③ Kos operasi langsung untuk proses BIOLAK ialah 0.698 CNY/m³. Langkah pengoptimuman operasi, termasuk pemantauan data proses dan menetapkan sasaran kawalan dalaman yang munasabah, boleh memberikan rujukan untuk mengoptimumkan operasi dan mencapai penjimatan tenaga/kos dalam loji rawatan air sisa yang serupa.