WWTPlarda azotni ilg'or olib tashlash: toza biofilm MBBR jarayonini loyihalash va ishlash tahlili|Case Study

Azotni ilg'or olib tashlash uchun sof biofilm MBBR jarayonining muhandislik dizayni va ishlashi

Xitoyning ekologik tsivilizatsiyasi qurilishining har tomonlama rivojlanishi bilan oqava suvlarni tozalash inshootlari (WWTP) uchun tushirish standartlari tobora qattiqlashdi. “Mahalliy oqava suvlarni tozalash inshootlari uchun ifloslantiruvchi moddalarni chiqarish standarti”ning A darajasi standarti (GB 18918-2002) TN 15 mg/L dan kam yoki unga teng bo‘lishini talab qiladi, Pekin va Shandun kabi mintaqalardagi mahalliy standartlar esa TN 10 mg/L dan kam yoki unga teng qilib belgilangan. Ushbu yuqori standartlar suv sifati chegaralaridan tashqariga chiqadi va oqava suvlarning barqarorligiga nisbatan qattiqroq talablarni qo'yadi. Binobarin, tozalash jarayonlarining azotni olib tashlash qobiliyatini oshirish zarurati tug'iladi. Bir yondashuv - denitrifikatsiyani yaxshilash uchun mavjud jarayonda uglerod manbasi dozasini oshirish, ammo bu yuqori operatsion xarajatlarga va uglerod chiqindilarining oshishiga olib keladi. Shu bilan bir qatorda, denitrifikator bakteriyalarni samarali boyitish uchun ko'pincha biofilm usullarini qo'llagan ilg'or azotni olib tashlash vositalarini qo'shish TNni olib tashlashni kuchaytirishi, tashqi uglerod manbalariga bo'lgan ehtiyojni kamaytirishi va uglerod emissiyasini kamaytirishi mumkin. Harakatlanuvchi to'shak biofilm reaktori (MBBR) kuchli funktsional bakteriyalarni boyitish, kichik maydon va oddiy ishlatish va texnik xizmat ko'rsatish afzalliklari bilan WWTPlarni qurish, kengaytirish va modernizatsiya qilishda keng qo'llanilgan. U er usti suvlarining kvazi-sinf IV sifatiga qaraganda yaxshiroq tushirish standartlariga barqaror ravishda erisha oladi va WWTPlarda azotni ilg'or olib tashlash uchun muhim potentsial va afzalliklarga ega. Ushbu maqola chiqindi suvlarni samarali denitrifikatsiya qilish bo'yicha texnik ma'lumotnomani taqdim etishga qaratilgan azotni ilg'or olib tashlash uchun sof bioplyonka MBBR jarayonini qo'llashning dizayn asoslari va operatsion samaradorligini tahlil qilish uchun Shandongdagi WWTPni misol tariqasida o'rganadi.

1. Loyiha haqida umumiy ma'lumot

1.1 Loyihaga kirish

Shandun shahridagi WWTP ikki bosqichda qurilgan. BIOLAK jarayonidan foydalangan holda birinchi bosqich 2003 yil noyabr oyida 40 000 m³/kun tozalash quvvati bilan rasman foydalanishga topshirildi. BIOLAK jarayonining sxemasi va yangilash uchun mavjud maydon ko'rsatilgan1-rasm. Dastlab, chiqindi suv sifati GB 18918-2002 B daraja standartiga javob berdi. 2020 yilga kelib, uglerod manbalarining dozasini oshirish va ilg'or tozalashni qo'shish orqali oqava suv sifati A darajali standartga yaxshilandi. 2023 yilga kelib, uch yillik ishlagandan so'ng, umumiy oqava suv sifati odatda A darajali standartga javob berishi mumkin, ammo u azotni olib tashlash bilan bog'liq ikkita asosiy muammoga duch keldi:

Yuqori uglerod manbai dozasi: TN 15 mg/L dan kam yoki unga teng bo'lgan maqsadga erishish uchun katta miqdorda tashqi uglerod manbai kerak edi. Jarayon bo'limlari bo'yicha hisob-kitoblar C/N nisbatini 5,9 ga ko'rsatdi, holbuki zavodning ikkinchi bosqichidagi AAO jarayoni barqaror TN muvofiqligini ta'minlash uchun faqat 4,5–5,0 C/N talab qildi. Katta uglerod manbai qo'shilishi ham aerobik nitrifikatsiya jarayoniga salbiy ta'sir ko'rsatdi, aerob zonada kislorodga bo'lgan talabni oshirdi.

Azotni olib tashlashning yomon barqarorligi: Nitrifikatsiya va denitrifikatsiya bir xil idishda turli xil talab qilinadigan sharoitlarda sodir bo'lganligi sababli, operatsion parametrlarni ta'sir qiluvchi o'zgarishlarga qarab tez-tez sozlash kerak edi. NH₃-N va TN ni nazorat qilish qarama-qarshi bo'lib, nitrifikatsiya va denitrifikatsiya o'rtasidagi barqaror muvozanatni saqlashni qiyinlashtirdi. Tizimning zarba yukiga chidamliligi o'rtacha bo'lib, yomon oqava suv barqarorligiga olib keldi.

Shu sababli, nitrifikatsiya va denitrifikatsiya o'rtasidagi ziddiyatni hal qilish, azotni olib tashlash bo'yicha operatsion xarajatlarni kamaytirish va oqava suvlarning barqarorligini oshirishning asosiy maqsadlari bo'lgan dastlabki BIOLAK jarayonini yangilash zarur edi.

1.2 Yangilash muammolari

BIOLAK jarayoni unumdorlikni oshirish uchun tankdagi modifikatsiyaga-yaroqsiz boʻlganligi sababli, rejaga koʻra, yangi ilgʻor azot olib tashlash qurilmasini qurish orqali tozalashni kuchaytirish koʻzda tutilgan edi. Dastlabki BIOLAK jarayoni asosan nitrifikatsiyaga, ikkinchi darajali denitrifikatsiyaga qaratilgan bo'lsa, yangi jarayon esa denitrifikatsiyaga qaratilgan. Haqiqiy ta'mirlash ehtiyojlarini hisobga olgan holda, loyiha ikkita asosiy muammoga duch keldi: yangi jarayon uchun cheklangan er maydoni va yuqori samaradorlik talablari.

Yangi jarayon uchun cheklangan mavjud er: Yangi qurilish mavjud zavod maydonida tugallanishi kerak edi, bu yerda deyarli hech qanday ajratilgan yer yo'q edi. Qurilish faqat BIOLAK rezervuarlari yonidagi 400 m² bo'lgan yashil maydonda mumkin edi. Bu yangi loyihaning tozalangan suv birligiga to'g'ri keladigan izi 0,01 m²/(m³·d) dan kam yoki unga teng bo'lishi kerakligini anglatardi.

Yuqori operatsion samaradorlik talablari: Bu oddiy yangilanish emas, balki biokimyoviy funktsional zonani yanada optimallashtirish edi. Yangi qurilma 20 mg/l azotni olib tashlash yukiga bardosh berishi kutilgan edi. Bu jarayon nafaqat cheklangan erlarda yakunlanishi, balki barqaror denitrifikatsiya samaradorligini ta'minlagan holda dastlabki BIOLAK denitrifikatsiyasiga nisbatan uglerod manbasi dozasini kamaytirish kerak edi. Shunday qilib, azotni yo'qotish samaradorligi va uglerod manbalaridan foydalanish samaradorligiga yuqori talablar qo'yildi.

2. Jarayonni taqqoslash va tanlash

BIOLAK jarayoni bilan tozalashdan so'ng chiqindi TN asosan nitrat azotdan iborat. Hozirgi vaqtda etuk ilg'or azotni olib tashlash jarayonlari birinchi navbatda biofilm usullaridan foydalanadi, ular biriktirilgan holatda tashuvchi yuzalarda samarali boyitilgan mikroorganizmlar bilan tavsiflanadi va an'anaviy faollashtirilgan loy jarayonlariga qaraganda ancha yuqori funktsional bakteriyalarni boyitish samaradorligini ta'minlaydi. Biyofilm jarayonlari, quyida ko'rsatilganidek, tashuvchining suyuqliklanishiga qarab, qo'shimcha-qattiq va harakatlanuvchi{3}}to'shak turlariga bo'linishi mumkin.2-rasm.Denitrifikatsion filtrlar, odatdagi fiksatsiyalangan{0}}to'shakdagi biofilm jarayonlari, mikrob o'sishi tashuvchisi sifatida qattiq donador filtr muhitidan foydalanadi. Tashqi uglerod manbasini qo'shish orqali ular NO₃ ni bir vaqtning o'zida olib tashlash uchun biofilmning denitrifikatsiyasi va muhitni filtrlashdan foydalanadilar.^--N, SS va boshqa ifloslantiruvchi moddalar. Afzalliklar orasida tozalangan suvning barqaror sifati, ikkilamchi tindirgichlarga ehtiyoj yo'qligi va ixcham joylashuvi kiradi, bu esa ularni ikkilamchi oqava suvlardan TN olib tashlashni kuchaytirish uchun ilg'or tozalash moslamasi sifatida WWTPni yangilashda keng qo'llash imkonini beradi. Biroq, operatsion diqqat C/N ning ilg'or denitrifikatsiya samaradorligiga ta'siriga qaratilishi kerak. Pingtang WWTP I bosqichini yangilash loyihasi, shuningdek, quvvati 40 000 m³/s, oqava suvlarni TN ni er usti suvlari standartlariga mos-IV sinfga ko'tarish uchun ilg'or tozalash jarayoni sifatida denitrifikatsion filtr + yuqori samarali erigan havo flotatsiyasidan (DAF) foydalangan. m²/(m³·d), erni tejash va samarali davolash imkonini beradi, lekin C/N 18.34 gacha. Chiqindilarni TN uchun yangi mahalliy standartlarga javob berish uchun Chengdu №{11}} suv meliorativ zavodi yangilash jarayoni sifatida yuqori zichlikdagi cho'kma va denitrifikatsion chuqur{13}}to'shak filtrini qabul qildi, C/N 5,7 bo'lib, yuqori standartlar ostida ilg'or tozalashga erishdi. Haining shahridagi Dingqiao WWTP Qiantang daryosi havzasi uchun zarur bo'lgan A darajali oqizish standartlariga javob bera olmadi. Gao Feiya va boshqalar. ilg'or TN tozalash uchun denitrifikatsion chuqur{18}}to'shak filtridan foydalangan, bir vaqtning o'zida SS va TPni olib tashlagan, oqava suv sifatini kvaz{19}}IV sinf standartlariga yaqinlashtiradi, lekin yuqori C/N 15,68 bo'lib, azotni olib tashlash uchun yuqori xarajatlarga olib keladi. Bundan tashqari, filtrlash jarayonlari odatda havo-suvni tozalash yordamida muntazam ravishda qayta yuvishni talab qiladi, bu esa ish barqarorligiga ta'sir qilishi mumkin.

denitrifikatsion filtrlarning beqarorligi, oltingugurt{0}}asosidagi avtotrofik denitrifikatsiyani (SAD) denitrifikator filtrlarga qoʻllash boʻyicha tadqiqotlar eʼtiborni tortdi. SAD NO₃ ni kamaytirish uchun anaerob yoki anoksik sharoitda elektron donor sifatida elementar oltingugurt yoki oltingugurt birikmalaridan foydalanadi.^--N dan N₂ gacha. Bu yaxshi denitrifikatsiya samaradorligi, organik uglerod manbasiga ehtiyoj yo'qligi, past operatsion xarajat va past loy ishlab chiqarish kabi afzalliklarni taqdim etadi. Song Qingyuan va boshqalar. ikkilamchi oqava suvga SAD filtrining azotni olib tashlash ta'sirini o'rgandi. Uchuvchi sharoitlarni optimallashtirishdan so'ng, nitratlarni olib tashlash 95% dan yuqori darajada barqaror bo'lib qoldi, ammo ommaviy axborot vositalarini iste'mol qilish darajasi har yili 20% ga yetdi, bu oqava suv sulfat konsentratsiyasining oshishi va pHning pasayishi bilan birga keldi. SADdan ikkilamchi ifloslanish xavfini oldini olish uchun Li Tianxin va boshqalar. oltingugurt va ohaktosh kukunlari aralashmasini pelletlash orqali tayyorlangan muhit. Filtr to'shagiga ohaktoshning ma'lum bir qismini qo'shish hosil bo'lgan kislotalilikni zararsizlantirdi va hosil bo'lgan CaSO₄ cho'kmasi chiqindi sulfat konsentratsiyasini pasaytiradi va kislota ishlab chiqarish va yuqori sulfat miqdorini samarali hal qiladi. Biroq, ohaktosh tizim ichidagi elektron donor muhiti uchun mo'ljallangan bo'sh joyni egallab, ilg'or denitrifikatsiya qobiliyatini zaiflashtirdi, oqava suvning qattiqligini oshirdi va operatsion xarajatlarni oshirdi. SAD texnologiyasi bo'yicha joriy tadqiqotlar asosan laboratoriya va pilot miqyosda bo'lib, ma'lumot uchun muhandislik tajribasi etarli emas. Sanoat miqyosida{13}}tashviqot qilishdan oldin qoʻshimcha amaliy tadqiqotlar talab etiladi.

MBBR so'nggi yillarda katta e'tibor qaratilayotgan{0}}suyuqlangan qatlamli biofilm jarayonlarining odatiy vakili va oqava suvlarni tozalashning yangi texnologiyasidir. U mikroorganizmlarni maxsus boyitish uchun suvga yaqin zichlikka ega bo'lgan to'xtatilgan tashuvchilardan foydalanadi va azotni ilg'or olib tashlashga erishish uchun biofilm hosil qiladi. Suyuqlangan{3}}to'shakdagi biofilm jarayonlari, shuningdek, media tiqilib qolishi va qayta yuvish muammolarini ham oldini oladi. Hozirgi vaqtda WWTPni ilg'or denitrifikatsiya qilish uchun sof biofilm MBBR chet elda 20 yildan ortiq muvaffaqiyatli operatsion tajribaga ega va Xitoyda tobora kengroq qo'llanilishini ko'rmoqda. Zheng Zhijia va boshqalar. Kengaytirilgan denitrifikatsiya uchun ikki bosqichli sof biofilm MBBR jarayonidan foydalangan. C/N=4.0 da tizimdagi chiqindi nitrat azoti (1,87 ± 1,07) mg/L da barqarorlashdi, o‘rtacha TNni olib tashlash darajasi 93,3% ni tashkil etdi. Muayyan shahardagi ishlab chiqarish zonasi WWTP kuchaytirilgan denitrifikatsiya uchun uchinchi darajali ilg'or tozalash sifatida yangi MBBR bio-tank qurdi. Toza biofilm MBBR ning anoksik qismida TNni olib tashlash yuki 1,1 g/(m²·d) ni tashkil etib, tizimni denitrifikatsiya qilish ishonchliligini oshirdi. Gao Yanbo va boshqalar dastlabki zavod quvvatini oshirish maqsadida yangi ikki bosqichli AO sof biofilm MBBR bio-tankasini qurdilar va yuqori denitrifikatsiya samaradorligi bilan 5 mg/L dan past barqaror chiqindi TN ga erishdilar. Shunday qilib, sof biofilm MBBR jarayoni yuqori uglerod manbalaridan foydalanish samaradorligi, yuqori tozalash yuki va kichik iz kabi afzalliklarni birlashtirgan holda WWTPlarda azotni ilg'or olib tashlash uchun katta imkoniyatlarni ko'rsatadi. Shu bilan birga, u uskunalarga yuqori talablarni qo'yadi, bu esa barqaror jarayonni qo'llab-quvvatlash uchun ishonchli uskunalarni talab qiladi. Umumiy ilg'or azotni olib tashlash jarayonlarini taqqoslashda ko'rsatilgan1-jadval.

Keng qamrovli taqqoslashga asoslanib, SAD jarayoni uglerod manbasini qo'shishni talab qilmasa ham, uning joriy qo'llanilishi hali etuk emas va ikkilamchi ifloslanish xavfini o'z ichiga oladi, shuning uchun bu yangilanish uchun ko'rib chiqilmagan. Denitrifikator filtrlar keng qo'llanilsa-da, ular asosan WWTPni yangilashda qo'llaniladi, bu erda dizayndagi oqim / chiqindi suv TN ko'pincha 15/12 mg / L bo'lib, nisbatan kichik TNni olib tashlash yukini ko'taradi. Ushbu loyiha uzoq{4}}muddatli, yuqori TNni olib tashlash talablarini qondirishni talab qilganligi sababli, operatsiya filtrni qayta yuvish siklini sezilarli darajada qisqartirib, ishlash qiyinligi va beqarorligini oshiradi. Sof biofilm MBBR jarayoni yuqori ugleroddan foydalanish samaradorligi, qayta yuvishning hojati yo'q, etuk dastur va ikkilamchi ifloslanish kabi afzalliklarni birlashtiradi. Jarayonning qiyinchiliklari va taʼmirlash talablarini hisobga olgan holda, loyiha yakunida C/N=4.5 bilan ishlab chiqilgan va rejalashtirilgan investitsiyalarni qoplash muddati 7,37 yil boʻlgan birinchi bosqich uchun azotni yoʻqotish boʻyicha ilgʻor yechim sifatida yangi sof bioplyonka MBBR bio-tank (keyingi oʻrinlarda MBBR tanki deb yuritiladi) qurilishini tanladi.

3. Yangi qurilish rejasi

3.1 Jarayon oqimi

Ta'mirlashdan keyin oqava suvlarni tozalash jarayonining oqimi ko'rsatilgan3-rasm. Zavodning suv oqimi organik moddalar, ammiak azot va boshqalarni olib tashlash uchun BIOLAK bio-tangiga kirishdan oldin nozik ekranlar, vorteksli qum kameralari va birlamchi cho'ktirish tanklaridan o'tadi. Keyin u TNni ilg'or olib tashlash uchun nasoslar orqali MBBR tankiga ko'tariladi. MBBR tanki 35 mg / l oqim TN va 15 mg / L dan kam yoki teng bo'lgan chiqindi TN uchun mo'ljallangan. MBBR oqava suvlari ikkilamchi nasoslar orqali qattiq suyuqliklarni ajratish va loyni isrof qilish uchun zavoddagi mavjud ilg'or tozalashga-tashiladi. Yakuniy oqava suv qabul qiluvchi daryoga oqizishdan oldin dezinfektsiya qilinadi. Ortiqcha loy quyuqlashtiriladi, suvsizlanadi va utilizatsiya qilish uchun-tashiladi.

3.2 Yangi MBBR tanki

MBBR tankida modulli yig'ish uchun Lipp tanklari yordamida qurilgan, 30 kun ichida yakunlangan AO jarayoni qo'llaniladi. Tizimning umumiy gidravlik ushlab turish vaqti (HRT) 1,43 soatni tashkil qiladi. SPR-III turdagi ixtisoslashtirilgan aerob va anoksik to'xtatilgan tashuvchilar tanklar ichiga qo'shiladi, aerob zonada 60% va anoksik zonada 55% to'ldirish nisbati mavjud. Tashuvchilar tekis silindrsimon, diametri 25 mm va balandligi 10 mm, samarali o'ziga xos sirt maydoni 800 m² / m³ dan katta yoki unga teng. Anoksik zona har biri N{15}} kVt quvvatga ega 4 MBBR-ajratilgan oʻzgaruvchan chastotali mikserlar (SPR kimyoviy quvvat turi) bilan jihozlangan boʻlib, tashuvchilar uchun bir xil va yetarli suyuqlikni taʼminlaydi. Biofilm pishganidan so'ng, 2 mikser muntazam ravishda ishlaydi, qolgan 2 tasi issiq kutish rejimida. Aerob zonasi shamollatish uchun vintli puflagichlardan foydalanadi. Bitta puflagichning havo quvvati 14,50 m³/min, bosim 90 kPa, N{23}} kVt. Aerobik zonaga mo'ljallangan teshilgan quvurli diffuzerlarning bir to'plami (SPR turi) o'rnatilgan. Aeratsiya hajmining pastligi sababli, mavjud bo'lgan I fazali shamollatgichlardan odatda foydalanish mumkin, yangi shamollatgich va I fazali shamollatgichlar o'zaro zaxira sifatida xizmat qiladi. Aerob va anoksik zonalarda 12 mm qalinlikdagi, xizmat qilish muddati 30 yil bo'lgan yangi materiallarni ushlab turish ekranlari (SPR turi) o'rnatilgan.

3.3 Yangi yordamchi inshootlar

• Ta'sir qilish tizimi: BIOLAK bio-tanqidan chiqindi suv MBBR rezervuariga koʻtariladi. 4 har biri Q=840 m³/soat, H=65 kPa, N=30 kVt boʻlgan kirish nasoslari oʻrnatildi (2 ta navbatchi, 2 ta kutish).
• Uglerod manbasini dozalash tizimi: I bosqich BIOLAK bio-tanqidan chiqadigan oqava suvda faqat foydalanish qiyin bo'lgan KOI mavjud. MBBR tankining anoksik zonasida ilg'or denitrifikatsiyani ta'minlash uchun natriy asetat tashqi uglerod manbasi sifatida ishlatiladi{2}} har biri Q=300 L/soat, H=200 kPa, N=0.37 kVt bo'lgan o'lchash nasoslari (2 ta ish, 2 ta kutish).