مشروع تطوير وتجديد محطة معالجة مياه الصرف الصحي بعملية A2/O-MBBR
ومع الزيادة المستمرة في الوعي البيئي العام، تحتاج محطات معالجة مياه الصرف الصحي إلى القيام بنشاط بأنشطة الترقية والتجديد، واعتماد تقنيات متقدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي، وتحقيق إعادة استخدام مياه الصرف الصحي، والمساهمة بحصتها في التنمية الاجتماعية المستدامة. أحد التحديات الرئيسية التي تمت مواجهتها أثناء تطوير وتجديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي هو إزالة النيتروجين والفوسفور. ومن خلال استخدام تقنية MBBR، يتم حل هذه المشكلة بشكل فعال. تركز هذه الورقة على محطة معالجة مياه الصرف الصحي في البلدة في مقاطعة Xichou، والتي تستخدم عملية مشتركة من المعالجة المسبقة + عملية المعالجة البيولوجية الثانوية A2/O + ترشيح وسائط القماش + تطهير هيبوكلوريت الصوديوم. يستخدم قسم المعالجة البيولوجية معدات متكاملة لمعالجة مياه الصرف الصحي (بما في ذلك خزان نقص الأكسجين المسبق، وخزان اللاهوائي، وخزان نقص الأكسجين، وخزان هوائي، وخزان ترسيب الأنبوب المائل، وفلتر وسائط القماش، وخزان التطهير).
1 نظرة عامة على المشروع
يشمل بناء شبكة أنابيب الصرف الصحي التي تدعم محطة معالجة مياه الصرف الصحي في مقاطعة شيتشو بولاية ونشان ذاتية الحكم لقومي تشوانغ ومياو بمقاطعة يوننان، مشاريع في ست بلدات: دونغما، وليانهواتانغ، وبانغغو، وفادو، وبولين، وشينماجي. يبلغ إجمالي طول شبكات أنابيب الصرف الصحي الداعمة في هذه البلدات حوالي 39.182 كيلومترًا، وتتراوح أقطار الأنابيب من DN200 ملم إلى DN500 ملم، باستخدام الأنابيب المموجة ذات الجدار المزدوج من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). تم إنشاء محطات ضخ متكاملة في بلدتي ليانهواتانغ وشينماجي. في بلدة Xinmajie، يوجد أنبوب PE لإمداد المياه بضغط Q=25 متر مكعب في الساعة، DN150 ملم بطول 50 مترًا، وفي بلدة Lianhuatang، يوجد أنبوب PE لإمداد المياه بضغط Q=25 متر مكعب في الساعة، DN200 ملم بطول 15 مترًا. تبلغ المساحة الإجمالية لبناء محطة معالجة مياه الصرف الصحي 3,482 مترًا مربعًا، بما في ذلك مبنى شامل، ومعدات متكاملة لمعالجة مياه الصرف الصحي، وغرفة المحولات والتوزيع، وغرفة المراقبة، وخزان التنظيم، وخزان الحمأة، وخزان مياه إعادة الاستخدام، وغرفة نزح الحمأة، وسقيفة تخزين الحمأة، وقناة الغربلة، ومحطة ضخ الرفع، وخزان الطوارئ.
2 تحليل نوعية المياه واختيار العملية الرئيسية
2.1 نوعية المياه المتدفقة والنفايات السائلة
يُظهر التحليل الشامل لنوعية المياه المتدفقة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في بلدة شيتشو أن تركيزها مستقر مع اتجاه هبوطي طفيف. نظرًا لأن العملية الحالية عبارة عن-عملية معالجة مياه الصرف الصحي عالية الكفاءة، فإن حجم خزانات المعالجة ليس كبيرًا، كما أن تحملها لأحمال الصدمات ليس قويًا. ولذلك، لا يمكن وضع معيار معدل الضمان لمؤشرات جودة المياه المتدفقة على مستوى مرتفع للغاية؛ هذه المرة تم ضبطه على 90٪. علاوة على ذلك، يستقبل المصنع 500 متر مكعب من سوائل النفايات يوميًا. عند تصميم نوعية المياه المؤثرة النهائية، من الضروري الاعتماد على الاتجاه العام لجودة المياه لإكمال أعمال التصميم ذات الصلة بكفاءة. تظهر مؤشرات جودة المياه فيالجدول 1.
تبلغ نسبة BOD₅/CODcr في مياه الصرف الصحي 0.35، مما يشير إلى مياه الصرف الصحي القابلة للتحلل بسهولة؛ نسبة BOD₅/TN هي 3. لتلبية معيار TN للنفايات السائلة، يلزم اتخاذ تدابير معالجة إضافية، مثل إضافة مصدر كربون خارجي؛ تبلغ نسبة BOD₅/TP 26.3، وهي مناسبة لإزالة الفسفور البيولوجي.
حاليًا، الكميات المتبقية من NH₃-N وTN مرتفعة نسبيًا، وكفاءة الإزالة ضعيفة. يشير هذا إلى أن نترجة NH₃-N لا يمكن تنفيذها بشكل كامل في الخزان الهوائي القديم. نظرًا لعدم إنشاء خزان نقص الأكسجين في الأصل، لم تحدث عملية نزع النتروجين. تم تحقيق إزالة النيتروجين فقط عن طريق تفريغ الحمأة الزائدة، ولم يتم استخدام طريقة نزع النتروجين - من النترجة.
2.3 العملية الرئيسية
بعد التحليل الشامل للوضع المحدد لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي في مقاطعة Xichou، كان لا بد من استكمال عملية التطوير والتجديد داخل موقع المحطة. المساحة داخل منطقة المصنع محدودة للغاية. عند تحديد عملية معالجة مياه الصرف الصحي، كان من الضروري النظر بشكل شامل في ظروف الموقع والاستفادة بشكل معقول من عملية معالجة الخزانات البيوكيميائية الحالية. وبعد بحث مكثف، أدى اعتماد عملية A2/O-MBBR (المشار إليها باسم عملية MBBR) إلى معالجة استخدام الأراضي والقضايا التشغيلية بشكل فعال. سهّل هذا الأسلوب التوسع-ثلاثي الأبعاد لسعة خزان الكيمياء الحيوية ومكّن من البناء النشط لخزانات نقص الأكسجين واللاهوائية. تجمع عملية MBBR بين الحمأة المنشطة والأغشية الحيوية. تتجلى مزاياها في بصمتها الصغيرة نسبيًا، وسلسلة بيولوجية طويلة، والقدرة على تحقيق معايير جودة مياه الصرف الصحي المثالية، والتشغيل المستقر. تُظهر طريقة الأغشية الحيوية لإزالة النيتروجين أيضًا نتائج جيدة خلال مواسم درجات الحرارة المنخفضة. يظهر تدفق عملية MBBR فيالشكل 1.
2.4 مزايا عملية MBBR
بمقارنة عملية MBBR وطرق الأغشية الحيوية للوسائط الثابتة وعمليات الحمأة المنشطة، تتميز عملية MBBR بأبرز المزايا، على وجه التحديد: ① الناقلات المعلقة مصنوعة بشكل أساسي من مواد معدلة مثل PP وPE، مما يوفر متانة جيدة. نظرًا لسهولة بدء تشغيل الناقلات المعلقة وتشغيلها، نادرًا ما تحدث مشكلات مثل التكتل والانسداد. ولذلك، عند تطبيقها على نظام التهوية وأجهزة الصرف الصحي لنظام معالجة مياه الصرف الصحي، فإن معدل الاستهلاك وتكرار الاستبدال منخفض للغاية. ② تمتلك عملية MBBR قدرة قوية على إزالة النيتروجين. يمكن أن تتعايش البيئات الهوائية ونقص الأكسجين واللاهوائية على الحوامل المعلقة، مما يسمح بإكمال تفاعلات النترجة ونزع النتروجين داخل مفاعل واحد. يمكن أن تنمو البكتيريا الآزوتية بسرعة على الأغشية الحيوية المتكونة على الحوامل المعلقة، مما يحقق النترجة المثالية. ③ تتمتع عملية MBBR بتحمل جيد لأحمال الصدمات، مما يعزز استقرار النفايات السائلة ومقاومة المواد السامة. ④ من خلال اعتماد عملية MBBR، يمكن الاستفادة من الترقية والتجديد المعقول لمعدات المعالجة الأصلية، مع عدم وجود أي تغيير تقريبًا في استخدام الأراضي، وبالتالي توفير المساحة. ⑤ تتطلب معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية إضافة إطارات دعم الناقل في خزان التهوية، في حين أن عملية MBBR تلغي هذه الخطوة، وبالتالي تقليل صعوبة صيانة أجهزة التهوية وإدارة الحاملات.
3 خطة تجديد الخزان البيوكيميائي
3.1 بناء الخزانات اللاهوائية ونقص الأكسجين الجديدة
After demolishing the buildings on the west side of the plant's biochemical tank area, new anoxic and anaerobic tanks were constructed on the cleared land. The anoxic zone was modified from the initial section of the existing biochemical tank. Active construction of the anoxic and anaerobic tanks was carried out. Their plan dimensions and effective volume must meet relevant usage requirements, and the hydraulic retention time was scientifically planned to enable them to play an important role. During the construction of the anoxic tank, the minimum temperature was controlled to >12 درجة، وإدارة المؤشرات مثل تركيز المواد الصلبة العالقة المختلطة، وتركيز نترات نزع النتروجين، ومعدل نزع النتروجين تم تنفيذها بشكل جيد. قد يحدث مصدر غير كافي للكربون في الشتاء؛ يمكن إضافة كمية مناسبة من مصدر الكربون لتعزيز كفاءة نزع النتروجين. تم تجهيز خزان الأكسجين المبني حديثًا بإجمالي 16 وحدة من خلاطات التوربينات العمودية بقدرة 5 كيلووات؛ تم تجهيز منطقة نقص الأكسجين في خزان البيوكيميائية الحالية بإجمالي 8 مجموعات من المراوح العمودية بقدرة 5 كيلووات؛ تم تجهيز الخزان اللاهوائي بإجمالي 6 مجموعات من الخلاطات الغاطسة بقدرة 6.5 كيلووات.
بمقارنة معاملات صعوبة إزالة الفوسفور ومهام إزالة النيتروجين، من الواضح أن إزالة النيتروجين أكثر صعوبة. عادة، يمكن الحصول على نتائج مرضية لإزالة الفسفور عن طريق طرق إزالة الفسفور الكيميائي. لتحسين تأثيرات إزالة النيتروجين، عندما تكون درجات الحرارة منخفضة ويكون إجمالي النيتروجين المؤثر مرتفعًا، يمكن إعادة تدوير الحمأة إلى القسم اللاهوائي لضمان وقت استبقاء أطول في القسم الذي يعاني من نقص الأكسجين.
3.2 تجديد خزانات البيوكيميائية الموجودة
بعد التجديد، تم تقسيم الخزان البيوكيميائي الحالي إلى أربعة أجزاء: يضاف جدار فاصل بين الجزء الأول والرابع. المناطق قبل وبعد الجدار الفاصل في هذين الجزأين هي منطقة نقص الأكسجين ومنطقة الناقل (منطقة MBBR)، ومنطقة MBBR ومنطقة التفريغ، على التوالي. الجزءان الثاني والثالث هما منطقتان MBBR. إن إضافة جدار فاصل في الجزء الرابع يمكن أن يتحكم في تركيز الأكسجين المذاب في السائل المختلط المعاد تدويره داخليًا ضمن نطاق معقول. علاوة على ذلك، تم تركيب معدات مثل الشاشات وأجهزة تهوية الأنابيب المثقبة في منطقة MBRR لتحسين الكفاءة التشغيلية للخزان الكيميائي الحيوي. بعد الانتهاء من تجديد المنطقة الهوائية للخزان الكيميائي الحيوي، يصل إجمالي حجم الخزان الفعال لمنطقة تفريغ الغاز ومنطقة MBBR إلى 38000 متر مكعب. تم تجهيز منطقة تفريغ الغاز بإجمالي 12 وحدة من مضخات التدفق المحوري بقدرة 18.5 كيلووات، مع 4 منها كمضخات احتياطية؛ يتم استخدام ناقلات HDPE المعلقة النقية.
3.3 تجديد غرفة المنفاخ ونظام التهوية
هناك 4 منافيخ في غرفة المنافيخ: 3 منافيخ قديمة بمعدل تدفق مدخل 480 متر مكعب/دقيقة، وواحد منفاخ جديد. التبريد المائي هو طريقة التبريد الرئيسية للمنافيخ القديمة، حيث تبلغ قوة كل منها 830 كيلووات؛ تبريد الهواء هو الطريقة الرئيسية للمنفاخ الجديد، بقوة 670 كيلوواط. وبمقارنة الحالة التشغيلية للمنافيخ القديمة والجديدة، يعمل المنفاخ الجديد بكفاءة وفعالية أكبر. لا تتمتع المنافيخ القديمة بكفاءة تشغيلية منخفضة فحسب، بل تتطلب أيضًا تكاليف صيانة وإصلاح باهظة الثمن.
عند تصميم حجم التهوية للمنطقة الهوائية، يجب أن يعتمد على أعلى طلب للأكسجين في المنطقة الهوائية، مع قيمة نهائية مختارة تبلغ 720 م3/دقيقة. يجب أن يعتمد تكوين أنابيب التهوية المثقبة على حجم الهواء للمنافيخ الأربعة. يجب أن تتم أعمال استبدال المنافيخ القديمة بفعالية. إن إعادة شراء 3 منافيخ جديدة لتحل محل المنافيخ القديمة مفيد في تقليل حجم التهوية. عند استبدال أنابيب التهوية، يتم استبدال أنابيب التهوية القديمة فقط الموجودة داخل خزان الهواء.
3.4 نظام معالجة الحمأة
معدات معالجة الحمأة الرئيسية المستخدمة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في مقاطعة Xichou هي مكبس ترشيح وتثخين الحمأة ونزح المياه. من خلال التحليل الشامل لعمليات نزح الحمأة وتثخينها، يمكن أن يؤدي دمج عمليات نزح الحمأة وتثخينها إلى تقليل تكاليف الاستثمار الرأسمالي وتقليل جرعة مواد ندف البوليمر العالية-. لتجنب الأضرار البيئية الناجمة عن معالجة الحمأة، تم اختيار تقنية سماكة الحمأة الميكانيكية ونزح المياه للتحكم بكفاءة في التلوث البيئي والجوي.
3.5 نظام إزالة الروائح الكريهة
هناك العديد من الطرق لمعالجة الروائح، وتشمل الطرق المستخدمة بشكل شائع الطرق البيولوجية والكيميائية والفيزيائية. تختلف طرق معالجة الرائحة المختلفة اختلافًا كبيرًا في آليات إزالة الروائح الكريهة وشروط التطبيق والأنواع التقنية. بعد التحليل الشامل للظروف المحددة لهذا المشروع والنظر في مزايا وعيوب تقنيات إزالة الروائح المختلفة، تم اختيار عملية إزالة الروائح الكريهة الأيونية في النهاية لتنفيذ العمليات ذات الصلة.
3.6 النقاط الرئيسية لتجديد العملية
3.6.1 اختيار الناقل
عند اختيار الناقلات المعلقة، يجب التأكد من أن مادة التصنيع لديها مقاومة كافية للتآكل وأن إجمالي مساحة السطح المحددة الفعالة تلبي معايير النفايات السائلة، وبالتالي ضمان الكتلة الحيوية. في الوقت نفسه، يجب أن يتوافق عمر الخدمة، ومقاومة التآكل، وقوة الحاملات المعلقة مع المعايير، مع الحفاظ على عمر الخدمة لأكثر من 15 عامًا.
3.6.2 تراكم الناقل
ومع تدفق المياه، تغير الحاملات موقعها، مما يتسبب في تراكم عدد كبير من الحاملات أمام شاشات الاعتراض. بعد مرور بعض الوقت، قد تصبح شاشات الاعتراض مسدودة. يتم استخدام زيادة التهوية لطرد الناقلات المتراكمة. يحدث فقدان الرأس عند كل شاشة اعتراض. يتراكم عدد كبير من الناقلات تحت ضغط اختلاف منسوب المياه عبر الشاشة. ومع زيادة الفرق في مستوى الماء، تزداد أيضًا كمية تراكم الناقل. يتم تثبيت جهاز إعادة تدوير الناقل في منطقة الناقل. يتم إرجاع الناقلات الموجودة في نهاية منطقة الناقل، التي يتم تشغيلها بواسطة جهاز نقل جوي، إلى الواجهة الأمامية، مما يمنع تراكم الناقلات.
3.7 تحليل ما بعد-الفعالية التشغيلية للتجديد
ويبلغ إجمالي الاستثمار لهذا المشروع 219.91 مليون يوان. متوسط تكلفة تشغيل الوحدة هو 0.4 يوان/م3، ومتوسط التكلفة الإجمالية للوحدة هو 0.5 يوان/م3. بعد الانتهاء من مشروع التجديد الذي تمت ترقيته وتشغيله، أصبح تأثير تدفق المياه مرضيًا للغاية، والحالة التشغيلية جيدة، ويمكن أن تلبي معايير جودة المياه السائلة المتطلبات ذات الصلة.
4 الاستنتاج
أثناء بناء مشروع التطوير والتجديد هذا، تم استخدام الهياكل القائمة بشكل فعال. من خلال الاستخدام الرشيد لتكنولوجيا MBBR، حققت أعمال تجديد التخطيط نتائج جيدة دون زيادة البصمة، مما عزز بشكل كبير قدرة إزالة النيتروجين والفوسفور لنظام معالجة مياه الصرف الصحي وتحسين كفاءة إزالة الملوثات. تعتبر تقنية MBBR متقدمة للغاية، ولا تمتلك فقط مزايا تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية ولكن أيضًا تستخدم بكفاءة قدرة المعالجة العالية لحاملاتها الخاصة، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة تنقية الملوثات.
بناءً على التحليل والتوضيح، لضمان عقلانية الخطة، يوصى باعتماد مخطط عملية MBBR. من خلال إجراء تجديد في الموقع- للنظام البيولوجي الأصلي، فإن إضافة ناقلات إلى المنطقة الهوائية لزيادة سعة التحميل تضمن تلبية معالجة النيتروجين للمعايير. يمكن أن يضمن الاستخدام اللاحق لخزانات الترسيب عالية الكثافة- + مرشحات الوسائط القماشية للتحكم في SS وTP تدفقًا مستقرًا يفي بمعايير الدرجة 1A. إن عملية MBBR، بالإضافة إلى العمليات المشتركة المختلفة التي تدمج MBBR في أنظمة الحمأة المنشطة، تعمل بشكل مستقر، وسهلة التشغيل والضبط، وتتمتع بتحمل قوي للتغيرات في الجودة والكمية المؤثرة، وتوفر تأثيرات جيدة لإزالة النيتروجين والفوسفور، وتمثل طريقة اقتصادية وفعالة ومستقرة لمعالجة مياه الصرف الصحي. مع زيادة المتطلبات الوطنية والمحلية لجودة النفايات السائلة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تعد هذه العملية حلاً مناسبًا جدًا للمشاريع التي تواجه تحديات مثل البناء المبكر مع عدم قدرة العمليات على تلبية المتطلبات الجديدة، ومحدودية توافر الأراضي، وارتفاع تكاليف الأراضي، وصعوبات التمويل. ومن المحتم أن يتم تطبيقه على نطاق أوسع في تطوير وتجديد محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية أو الصناعية.
علاوة على ذلك، خلال مشروع التجديد هذا، تم اتخاذ تدابير مستهدفة للتحكم في مسار نزع النتروجين بناءً على الظروف الفعلية عند تجديد الخزانات البيوكيميائية، بما في ذلك تعزيز إدارة المؤشرات مثل تركيز نترات نزع النتروجين ومعدل نزع النتروجين. ركز تجديد العملية على تحسين اختيار الناقل وإدارة التراكم. ومن خلال دمج التجديدات في غرفة النفخ ونظام التهوية، ونظام معالجة الحمأة، ونظام إزالة الروائح الكريهة، تم تعزيز قدرة المعالجة الشاملة لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي.