Tneħħija Avvanzata tan-Nitroġenu f'WWTPs: Disinn tal-Proċess ta' Biofilm MBBR Pur u Analiżi tal-Prestazzjoni|Studju ta' Każ

Disinn ta 'Inġinerija u Prestazzjoni ta' Proċess MBBR tal-Bijofilm Pur għat-Tneħħija Avvanzata tan-Nitroġenu

Bl-avvanz komprensiv tal-kostruzzjoni taċ-ċiviltà ekoloġika taċ-Ċina, l-istandards ta 'skariku għall-impjanti tat-trattament tad-drenaġġ (WWTPs) saru dejjem aktar stretti. L-istandard tal-Grad A tal-"Istandard ta' Skariku ta' Pollutanti għal Impjanti ta' Trattament tal-Ilma Mormi Muniċipali" (GB 18918-2002) jeħtieġ TN Inqas minn jew ugwali għal 15 mg/L, filwaqt li standards lokali f'reġjuni bħal Beijing u Shandong espliċitament jistabbilixxu l-limitu għal TN Inqas minn jew ugwali għal 10 mg/L. Dawn l-istandards elevati jestendu lil hinn mill-limiti tal-kwalità tal-ilma biss, u jpoġġu talbiet aktar stretti fuq l-istabbiltà tal-effluwent. Konsegwentement, hemm ħtieġa urġenti li tittejjeb il-kapaċità tat-tneħħija tan-nitroġenu tal-proċessi tat-trattament. Approċċ wieħed huwa li tiżdied id-dożaġġ tas-sors tal-karbonju fil-proċess eżistenti biex tittejjeb id-denitrifikazzjoni, iżda dan iwassal għal spejjeż operattivi għoljin u żieda fl-emissjonijiet tal-karbonju. Alternattivament, iż-żieda ta 'faċilitajiet avvanzati għat-tneħħija tan-nitroġenu, ħafna drabi bl-użu ta' metodi ta 'bijofilm biex jarrikkixxu b'mod effiċjenti batterji denitrifikanti, tista' ttejjeb it-tneħħija tat-TN, tnaqqas il-ħtieġa għal sorsi esterni tal-karbonju, u tnaqqas l-emissjonijiet tal-karbonju. Ir-Reattur Moving Bed Biofilm (MBBR), bil-vantaġġi tiegħu ta 'arrikkiment qawwi ta' batterji funzjonali, footprint żgħir, u tħaddim u manutenzjoni sempliċi, ġie applikat b'mod wiesa 'fil-kostruzzjoni, l-espansjoni u l-aġġornament ta' WWTPs. Jista' jikseb b'mod stabbli standards ta' skariku aħjar mill-kwalità tal-ilma tal-wiċċ kważi-Klassi IV u għandu potenzjal sinifikanti u vantaġġi għat-tneħħija avvanzata tan-nitroġenu f'WWTPs. Dan l-artikolu jieħu WWTP fi Shandong bħala studju ta 'każ biex janalizza r-raġuni tad-disinn u l-prestazzjoni operattiva tal-applikazzjoni ta' proċess MBBR tal-bijofilm pur għat-tneħħija avvanzata tan-nitroġenu, bil-għan li jipprovdi referenza teknika għal denitrifikazzjoni effiċjenti tal-ilma mormi.

1. Ħarsa ġenerali tal-proġett

1.1 Introduzzjoni tal-Proġett

WWTP fi Shandong inbniet f'żewġ fażijiet. L-ewwel fażi, bl-użu tal-proċess BIOLAK, ġiet ikkummissjonata uffiċjalment f'Novembru 2003 b'kapaċità ta' trattament ta' 40,000 m³/d. It-tqassim tal-proċess BIOLAK u ż-żona disponibbli għall-aġġornament huma murija fiFigura 1. Inizjalment, il-kwalità tal-effluwent laħqet l-istandard tal-Grad B ta 'GB 18918-2002. Sal-2020, permezz ta 'dożaġġ imtejjeb tas-sors tal-karbonju u ż-żieda ta' trattament avvanzat, il-kwalità tal-effluwent tjiebet għall-istandard tal-Grad A. Sal-2023, wara tliet snin ta’ tħaddim, il-kwalità ġenerali tal-effluwent setgħet ġeneralment tilħaq l-istandard tal-Grad A, iżda ffaċċjat żewġ sfidi kbar fir-rigward tat-tneħħija tan-nitroġenu:

Dożaġġ ta' Sors ta' Karbonju Għoli: Biex tintlaħaq il-mira ta' TN Inqas minn jew ugwali għal 15 mg/L, kien meħtieġ ammont sostanzjali ta' sors estern tal-karbonju. Kalkoli bbażati fuq sezzjonijiet tal-proċess urew proporzjon C/N għoli daqs 5.9, filwaqt li l-proċess AAO fit-tieni fażi tal-impjant kien jeħtieġ biss C/N ta '4.5–5.0 biex jiżgura konformità stabbli TN. Iż-żieda kbira tas-sors tal-karbonju affettwat ħażin ukoll il-proċess ta 'nitrifikazzjoni aerobika, u żiedet id-domanda għall-ossiġnu fiż-żona aerobika.

Stabbiltà Fqira tat-Tneħħija tan-Nitroġenu: Peress li n-nitrifikazzjoni u d-denitrifikazzjoni seħħew fl-istess tank taħt kundizzjonijiet meħtieġa differenti, il-parametri operattivi kellhom bżonn aġġustament frekwenti bbażat fuq bidliet fl-influwenti. Il-kontroll ta' NH₃-N u TN kien kontradittorju, li jagħmilha diffiċli biex jinżamm bilanċ stabbli bejn nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni. Ir-reżistenza tat-tagħbija tax-xokk tas-sistema kienet medja, li wasslet għal stabbiltà fqira tal-effluwent.

Għalhekk, kien meħtieġ aġġornament tal-proċess oriġinali BIOLAK, bl-għanijiet ewlenin li jissolvew il-kunflitt bejn nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni, jitnaqqsu l-ispejjeż operattivi tat-tneħħija tan-nitroġenu, u jtejbu l-istabbiltà tal-effluwent.

1.2 Sfidi ta' Aġġornament

Billi l-proċess BIOLAK ma kienx addattat għall-modifika fit--tank biex tittejjeb il-prestazzjoni, il-pjan kien li jissaħħaħ it-trattament billi tinbena unità avvanzata ġdida għat-tneħħija tan-nitroġenu. Il-proċess oriġinali BIOLAK iffoka primarjament fuq nitrifikazzjoni bid-denitrifikazzjoni bħala sekondarja, filwaqt li l-proċess il-ġdid jiffoka fuq id-denitrifikazzjoni. Minħabba l-ħtiġijiet attwali ta 'rinnovazzjoni, il-proġett iffaċċja żewġ sfidi ewlenin: art disponibbli limitata għall-proċess il-ġdid u rekwiżiti ta' effiċjenza operazzjonali għolja.

Art Disponibbli Limitata għal Proċess Ġdid: Il-kostruzzjoni l-ġdida kellha titlesta fi ħdan is-sit tal-impjant eżistenti, li essenzjalment ma kellu l-ebda art riżervata. Il-kostruzzjoni kienet possibbli biss fuq greenbelt maġenb it-tankijiet BIOLAK, b'erja disponibbli ta' 400 m². Dan fisser li l-footprint tal-proġett il-ġdid għal kull unità ta' ilma trattat kellha tkun Inqas minn jew ugwali għal 0.01 m²/(m³·d).

Rekwiżiti Għoli ta 'Effiċjenza Operattiva: Dan ma kienx aġġornament sempliċi iżda ottimizzazzjoni ulterjuri taż-żona funzjonali bijokimika. L-unità l-ġdida kienet mistennija li timmaniġġja tagħbija ta 'tneħħija tan-nitroġenu ta' 20 mg/L. Dan il-proċess mhux biss kellu jitlesta fuq art limitata iżda jeħtieġ ukoll li jitnaqqas id-dożaġġ tas-sors tal-karbonju meta mqabbel mad-denitrifikazzjoni oriġinali BIOLAK filwaqt li tiġi żgurata prestazzjoni stabbli tad-denitrifikazzjoni. Għalhekk, tqiegħdu talbiet għoljin kemm fuq l-effiċjenza tat-tneħħija tan-nitroġenu kif ukoll fuq l-effiċjenza fl-użu tas-sors tal-karbonju.

2. Tqabbil u Għażla tal-Proċess

Wara t-trattament bil-proċess BIOLAK, l-effluwent TN jikkonsisti prinċipalment minn nitroġenu tan-nitrat. Bħalissa, proċessi avvanzati maturi tat-tneħħija tan-nitroġenu primarjament jutilizzaw metodi ta 'bijofilm, ikkaratterizzati minn mikro-organiżmi li jarrikkixxu b'mod effiċjenti fuq uċuħ trasportaturi fi stat mehmuż, li joffru effiċjenza ta' arrikkiment ta 'batterji funzjonali b'mod sinifikanti ogħla minn proċessi konvenzjonali ta' ħama attivata. Il-proċessi tal-bijofilm jistgħu jinqasmu ulterjorment f'tipi ta'-sodda fissa u-sodda li tiċċaqlaq ibbażati fuq fluwidizzazzjoni tal-ġarr, kif muri f'Figura 2.Filtri denitrifikanti, proċessi tipiċi tal-bijofilm fis-{0}}sodda, jużaw medja ta' filtru granulari fissi bħala trasportaturi tat-tkabbir tal-mikrobi. Billi jżidu sors ta 'karbonju estern, huma jinfluwenzaw id-denitrifikazzjoni tal-bijofilm u l-filtrazzjoni tal-midja biex jiksbu t-tneħħija simultanja ta' NO₃^--N, SS, u sustanzi oħra li jniġġsu. Vantaġġi jinkludu kwalità ta 'ilma trattat stabbli, l-ebda ħtieġa għal kjarifikaturi sekondarji, u tqassim kompatt, li jagħmluhom użati b'mod wiesa' fl-aġġornamenti tal-WWTP bħala unità ta 'trattament avvanzat biex issaħħaħ it-tneħħija tat-TN mill-effluwent sekondarju. Madankollu, l-attenzjoni operattiva trid tkun fuq l-impatt tas-C/N fuq l-effiċjenza avvanzata tad-denitrifikazzjoni. Il-proġett ta' titjib tal-Pingtang WWTP Phase I, ukoll b'kapaċità ta' 40,000 m³/d, uża filtru denitrifikanti + flotazzjoni tal-arja maħlula b'effiċjenza għolja (DAF) bħala l-proċess ta' trattament avvanzat biex jgħolli l-effluwent TN għal standards tal-ilma tal-wiċċ kważi-Klassi IV, u kiseb footprint ta' madwar 45 m²/0.0. li jippermetti trattament effiċjenti, iżda b'C/N għoli daqs 18.34. Biex jilħaq standards lokali ġodda għall-effluwent TN, l-Impjant ta' Riklamazzjoni tal-Ilma ta' Chengdu Nru. 9 adotta tank ta' sedimentazzjoni ta'-densità għolja u filtru tas-sodda-denitrifikanti fil-fond bħala l-proċess ta 'aġġornament, b'C/N ta' 5.7, li kiseb trattament avvanzat taħt standards għoljin. Id-WWTP ta 'Dingqiao f'Haining ma setgħetx tilħaq l-istandards ta' rimi ta 'Grad A meħtieġa għall-Baċin tax-Xmara Qiantang. Gao Feiya et al. uża filtru tas-sodda denitrifikanti fil-fond-għal trattament avvanzat ta' TN, fl-istess ħin neħħiet SS u TP, u ressaq il-kwalità tal-effluwent qrib l-istandards kważi-Klassi IV, iżda b'C/N għoli ta' 15.68, li jwassal għal spejjeż għoljin għat-tneħħija tan-nitroġenu. Barra minn hekk, il-proċessi tal-filtri jeħtieġu backwashing regolari, tipikament bl-użu ta' għorik bl-arja-ilma, li jista' jkollu impatt fuq l-istabbiltà operattiva.

instabbiltà fil-filtri denitrifikanti, ir-riċerka dwar l-applikazzjoni ta' denitrifikazzjoni awtotrofika bbażata fuq il-kubrit-(SAD) għal filtri denitrifikanti kisbet l-attenzjoni. SAD jutilizza kubrit elementali jew komposti tal-kubrit bħala donaturi ta' elettroni taħt kundizzjonijiet anerobiċi jew anosiċi biex inaqqas l-NO₃^--N sa N₂. Joffri vantaġġi bħal effiċjenza tajba tad-denitrifikazzjoni, l-ebda ħtieġa għal sors ta 'karbonju organiku, spiża operattiva baxxa, u produzzjoni ta' ħama baxxa. Kanzunetta Qingyuan et al. studja l-effett tat-tneħħija tan-nitroġenu ta 'filtru SAD fuq effluwent sekondarju. Wara l-ottimizzazzjoni tal-kundizzjonijiet pilota, it-tneħħija tan-nitrat baqgħet stabbli 'l fuq minn 95%, iżda r-rata tal-konsum tal-midja laħqet 20% kull sena, akkumpanjata minn żieda fil-konċentrazzjoni tas-sulfat tal-effluwent u tnaqqis fil-pH. Biex jiġu evitati riskji ta 'tniġġis sekondarju minn SAD, Li Tianxin et al. midja ppreparata billi pelletizing taħlita ta 'kubrit u trab tal-franka. Iż-żieda ta 'ċertu proporzjon ta' ġebla tal-ġir mas-sodda tal-filtru innewtralizza l-aċidità ġġenerata u pproduċiet CaSO₄ preċipitat, tnaqqas il-konċentrazzjoni tas-sulfat tal-effluwent u tindirizza b'mod effettiv il-kwistjonijiet tal-produzzjoni tal-aċidu u livelli għoljin ta 'sulfat. Madankollu, l-ispazju tal-franka okkupat maħsub għall-midja donatur ta 'elettroni fi ħdan is-sistema, iddgħajjef il-kapaċità ta' denitrifikazzjoni avvanzata, iżid l-ebusija tal-effluwent, u jgħolli l-ispejjeż operattivi. Ir-riċerka attwali dwar it-teknoloġija SAD hija primarjament fuq skala tal-laboratorju u pilota, b'esperjenza ta 'inġinerija insuffiċjenti għal referenza. Hija meħtieġa aktar riċerka applikata qabel il-promozzjoni fuq skala-industrijali.

MBBR huwa rappreżentant tipiku tal-proċessi tal-bijofilm tas-sodda fluwidizzata-u teknoloġija ġdida għat-trattament tal-ilma mormi li rċeviet attenzjoni sinifikanti f'dawn l-aħħar snin. Juża trasportaturi sospiżi b'densità qrib l-ilma biex tarrikkixxi speċifikament mikro-organiżmi, li jiffurmaw bijofilm biex tinkiseb tneħħija avvanzata tan-nitroġenu. Il-proċessi tal-bijofilm tas-sodda fluwidizzati-jevitaw ukoll kwistjonijiet ta' imblukkar tal-midja u backwashing. Bħalissa, il-biofilm pur MBBR għal denitrifikazzjoni avvanzata tal-WWTP għandu aktar minn 20 sena ta 'esperjenza operattiva ta' suċċess barra l-pajjiż u qed jara applikazzjoni dejjem aktar wiesgħa fiċ-Ċina. Zheng Zhijia et al. uża proċess MBBR tal-bijofilm pur b'żewġ-stadji għal denitrifikazzjoni avvanzata. F'C/N=4.0, in-nitroġenu nitrat effluwent tas-sistema stabbilizzat f'(1.87 ± 1.07) mg/L, b'rata medja ta' tneħħija ta' TN ta' 93.3%. Żona ta' żvilupp WWTP f'ċerta belt bniet bijo-tank ġdid tal-MBBR bħala trattament terzjarju avvanzat għal denitrifikazzjoni msaħħa. It-tagħbija tat-tneħħija TN fit-taqsima anossika tal-biofilm pur MBBR kienet 1.1 g/(m² · d), ittejjeb l-affidabbiltà tad-denitrifikazzjoni tas-sistema. Gao Yanbo et al., li jimmiraw li jżidu l-kapaċità tal-impjant oriġinali, bnew tank ġdid b'żewġ-stadji AO bijofilm pur MBBR bijo-, u kiseb effluwent stabbli TN taħt 5 mg/L b'effiċjenza għolja ta 'denitrifikazzjoni. Għalhekk, il-proċess MBBR tal-bijofilm pur juri potenzjal kbir għal tneħħija avvanzata tan-nitroġenu f'WWTPs, li jgħaqqad vantaġġi bħall-effiċjenza għolja fl-użu tas-sors tal-karbonju, tagħbija għolja ta 'trattament, u footprint żgħir. Madankollu, ipoġġi wkoll talbiet ogħla fuq it-tagħmir, li jeħtieġ tagħmir affidabbli biex isostni operazzjoni stabbli tal-proċess. Paragun ta 'proċessi avvanzati komuni ta' tneħħija tan-nitroġenu jidher fiTabella 1.

Ibbażat fuq paragun komprensiv, għalkemm il-proċess SAD ma jeħtieġ l-ebda żieda ta 'sors tal-karbonju, l-applikazzjoni attwali tiegħu għadha mhix matura u ġġorr riskji sekondarji ta' tniġġis, għalhekk ma kienx ikkunsidrat għal dan l-aġġornament. Għalkemm il-filtri denitrifikanti jintużaw ħafna, huma l-aktar impjegati fl-aġġornamenti tad-WWTP fejn l-influwent/effluwent tad-disinn TN ħafna drabi jkun 15/12 mg/L, li jimmaniġġja tagħbija ta 'tneħħija ta' TN relattivament żgħira. Peress li dan il-proġett kien jeħtieġ li jiġu sodisfatti talbiet ta' tneħħija ta' TN għal żmien twil u għoli, it-tħaddim kien iqassar b'mod sinifikanti ċ-ċiklu tal-backwashing tal-filtru, u jżid id-diffikultà operattiva u l-instabilità. Il-proċess MBBR tal-bijofilm pur jgħaqqad vantaġġi bħall-effiċjenza għolja fl-użu tal-karbonju, l-ebda ħtieġa għal backwashing, applikazzjoni matura, u l-ebda tniġġis sekondarju. Meta wieħed iqis l-isfidi tal-proċess u r-rekwiżiti ta 'rinnovazzjoni, il-proġett finalment għażel il-kostruzzjoni ta' bijo-tank MBBR tal-bijofilm pur ġdid (minn hawn 'il quddiem imsejjaħ it-tank MBBR) bħala s-soluzzjoni avvanzata għat-tneħħija tan-nitroġenu għall-ewwel fażi, iddisinjata b'C/N=4.5, u perjodu ta' ħlas lura tal-investiment ippjanat ta' 7.37 snin.

3. Pjan ta' Kostruzzjoni Ġdid

3.1 Fluss tal-Proċess

Il-fluss tal-proċess tat-trattament tad-drenaġġ wara r-rinnovazzjoni huwa muri fiFigura 3. L-influwent tal-impjant jgħaddi minn skrins fini, kmamar taż-żrar tal-vortiċi, u tankijiet tas-sedimentazzjoni primarji qabel ma jidħol fil-bijo-tank BIOLAK għat-tneħħija ta 'materja organika, nitroġenu tal-ammonja, eċċ. Imbagħad jintrefa' b'pompi fit-tank MBBR għal tneħħija avvanzata tat-TN. It-tank MBBR huwa ddisinjat għal TN influwenti ta' 35 mg/L u TN ta' effluwent Inqas minn jew ugwali għal 15 mg/L. L-effluwent tal-MBBR jittella' b'pompi sekondarji għat-trattament avvanzat eżistenti tal-impjant għas-separazzjoni ta' solidi-likwidu u ħela ta' ħama. L-effluwent finali jiġi diżinfettat qabel ma jintrema fix-xmara riċevitur. Il-ħama żejda titħaxxen, titneħħa l-ilma, u ttrasportat barra-is-sit għar-rimi.

3.2 Tank MBBR ġdid

It-tank MBBR juża proċess AO, mibni bl-użu ta 'tankijiet Lipp għal assemblaġġ modulari, komplut fi 30 jum. Il-ħin totali ta 'żamma idrawlika tas-sistema (HRT) huwa ta' 1.43 siegħa. Trasportaturi sospiżi aerobiċi u anossiċi tat-tip SPR-III huma miżjuda ġewwa t-tankijiet, b'proporzjon ta' mili ta' 60% fiż-żona aerobika u 55% fiż-żona anosika. It-trasportaturi huma ċilindriċi oblate, 25 mm fid-dijametru u 10 mm fl-għoli, b'erja tal-wiċċ speċifika effettiva akbar minn jew ugwali għal 800 m²/m³. Iż-żona anosika hija mgħammra b'4 MBBR-miksers ta' frekwenza varjabbli-dedikati (tip ta' qawwa kimika SPR), N=5.5 kW kull wieħed, li jipprovdu fluwidizzazzjoni uniformi u suffiċjenti għat-trasportaturi. Wara l-maturazzjoni tal-bijofilm, 2 miksers jitħaddmu b'mod regolari, bit-2 l-oħra bħala standby sħun. Iż-żona aerobika tuża blowers bil-kamin għall-arjazzjoni. Blower wieħed għandu kapaċità ta' arja ta' 14.50 m³/min, pressjoni 90 kPa, N=22 kW. Sett wieħed ta 'diffużuri ta' pajpijiet perforati dedikati għal żona aerobika (tip SPR) huwa installat. Minħabba l-volum ta 'arjazzjoni meħtieġ baxx, il-blowers eżistenti tal-Fażi I normalment jistgħu jiġu utilizzati, bil-blower il-ġdid u l-blowers tal-Fażi I jservu bħala backups reċiproċi. Skrins ġodda ta 'interċettazzjoni tal-materjal (tip SPR), ħxuna ta' 12 mm, b'ħajja ta 'servizz iddisinjata ta' 30 sena, huma installati kemm fiż-żoni aerobiċi kif ukoll dawk anosiċi.

3.3 Faċilitajiet Ġodda ta' Appoġġ

• Sistema Influwenti: L-effluwent mit-tank tal-bijo-BIOLAK jittella' fit-tank MBBR. 4 huma installati pompi tad-dħul (2 duty, 2 standby), kull wieħed b'Q=840 m³/h, H=65 kPa, N=30 kW.
• Sistema tad-Dożar tas-Sors tal-Karbonju: L-effluwent mit-tank tal-bijo-Fażi I BIOLAK fih biss COD li huwa diffiċli biex jiġi utilizzat. Biex tiġi żgurata denitrifikazzjoni avvanzata fiż-żona anossika tat-tank MBBR, l-aċetat tas-sodju jintuża bħala s-sors tal-karbonju estern. 4 pompi tal-kejl huma installati (2 duty, 2 standby), kull wieħed b'Q=300 L/h, H=200 kPa, N=0.37 kW.