ترقية التصميم والممارسة لمحطة تنقية جودة المياه في Xin'an Qianhe استنادًا إلى عملية AAOAO-MBBR وأكسدة الأوزون
حققت تشينغداو، باعتبارها مدينة مركزية ساحلية وطنية رئيسية، نتائج مهمة في الحوكمة البيئية. ومع ذلك، بالمقارنة مع المدن الكبرى-العالمية من الدرجة الأولى، لا يزال نظام إدارة بيئة المياه الحضرية يواجه تحديات هيكلية.
توجد حاليًا فجوات بين معدل تغطية شبكة أنابيب الصرف والكفاءة التشغيلية لمرافق معالجة مياه الصرف الصحي والتوقعات العامة بشأن بيئة مياه عالية الجودة{{0}. هناك أيضًا مسافة بعيدة عن تحقيق الرؤية البيئية لبناء "تشينغداو الجميلة".
ولمواجهة هذه التحديات، تحتاج تشينغداو بشكل عاجل إلى تنفيذ تدابير منهجية مثل التخطيط العلمي، والتخصيص الأمثل للموارد، وتعزيز الاستثمار في البنية التحتية. وتهدف هذه الجهود إلى تعزيز كفاءة شبكة جمع مياه الصرف الصحي وقدرة المعالجة النهائية بشكل شامل، وبالتالي ترسيخ الأساس البيئي للتنمية المستدامة للمدينة.
يقع مشروع محطة تنقية جودة المياه Xin'an Qianhe في منطقة الساحل الغربي الجديدة في تشينغداو. لديه قدرة معالجة مصممة تبلغ 50,000 متر مكعب في اليوم، ومساحة موقع إجمالية تبلغ 33,154 مترًا مربعًا، وإجمالي استثمار يبلغ 182.4 مليون يوان. تم الانتهاء من تقرير دراسة الجدوى للمشروع في مارس 2021، وتمت الموافقة على التصميم الأولي والميزانية في يونيو من نفس العام، وبدأ البناء رسميًا في أبريل 2023، وهو حاليًا في مرحلة البناء. يتطلب التصميم الأصلي أن تفي معلمات النفايات السائلة الرئيسية بمعايير الفئة V المحددة في GB 3838-2002 "معايير الجودة البيئية للمياه السطحية"، في حين كان من المفترض أن يفي إجمالي النيتروجين (TN) والمؤشرات الأخرى بمعايير الدرجة A الخاصة بـ GB 18918-2002 "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية".
في مارس 2022، أصدرت إدارة شؤون المياه في تشينغداو "إشعارًا بشأن تنفيذ أعمال التطوير والتجديد لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية في تشينغداو". يتطلب هذا الإشعار من محطات المعالجة حول خليج جياوزو وخليج بوهاي وعلى طول الأنهار استكمال التحسينات، ورفع مستوى التصريف إلى جودة المياه السطحية شبه -من الدرجة الرابعة، مع التحكم في التدفق السائل المتدفق بين 10-12 ملجم/لتر. وقد وقع إصدار هذه السياسة خلال الفترة الفاصلة بين الموافقة الأولية على التصميم للمشروع (يونيو 2021) وبدء تشغيله فعليًا (أبريل 2023)، مما أدى إلى خلق فجوة فنية بين معايير التصميم الأصلية المعتمدة بالفعل وأحدث المتطلبات البيئية. باعتبارها منشأة جديدة لمعالجة مياه الصرف الصحي في منطقة الساحل الغربي الجديدة، ولضمان الامتثال عند الانتهاء، أصبح من الضروري إجراء تحسين العملية بشكل متزامن أثناء مرحلة البناء ووضع خطة ترقية مجدية اقتصاديًا من خلال دراسات الجدوى.
1. تصميم مخطط العملية واختياره
1.1 جودة النفايات السائلة المصممة
تمت ترقية معايير النفايات السائلة للمشروع من شبه -الفئة الخامسة إلى شبه-جودة المياه السطحية من الفئة الرابعة. وكانت هناك حاجة إلى حلول تقنية معقولة لزيادة خفض قيم المؤشرات مثل BOD وCODالكروم،TN، NH₃-N، وTP في التدفق. ويرد تحليل محدد فيالجدول 1.
1.2 اختيار المخطط الفني الهندسي
يظهر تدفق عملية المصنع قيد الإنشاء فيالشكل 1.
المصنع قيد الإنشاء يعتمد عملية "المعالجة المسبقة + خزان AAOAO البيوكيميائي المعدل + خزان الترسيب الثانوي + خزان الترسيب ذو الكفاءة العالية - + مرشح النوع V- + أكسدة الأوزون". تصميم الهياكل مدمج، ولا يترك أي أرض فائضة لمشروع التطوير، والذي يجب بالتالي أن يعتمد على البناء المستمر. تستهدف الترقية في المقام الأول إزالة الملوثات مثل CODكرو NH₃-N وTN وTP. تم اقتراح خطتين مقارنتين، كما هو مفصل فيالجدول 2.
المخطط 1: AAOAO-MBBR + - عملية خزان الترسيب ذات الكفاءة العالية
- تعديل النظام البيوكيميائي: تحسين هيكل خزان البيوكيميائية AAOAO قيد الإنشاء. تعزيز قدرة نزع النتروجين عن طريق توسيع حجم منطقة الأكسجين. في الوقت نفسه، قم بإضافة ناقلات MBBR محليًا في المنطقة الهوائية لتشكيل عملية مركبة، مما يعزز كفاءة الإزالة البيوكيميائية لـ NH₃-N وTN.
- ترقية النظام الفيزيائي الكيميائي: تحسين هيكل الخزان ومعلمات المعدات الداعمة لخزان الترسيب عالي الكفاءة- لضمان توافق مستقر مع TP.
- تعزيز العلاج المتقدم: قم بزيادة الجرعة في وحدة أكسدة الأوزون لزيادة تحلل المواد العضوية المقاومة للحرارة، مما يضمن CODكرالامتثال التفريغ.
المخطط 2: خزان الترسيب ذو الكفاءة العالية - + عملية تصفية الطبقة العميقة لإزالة النتروجين
- تحسين وضع التشغيل: الحفاظ على الهيكل الأصلي للخزان البيوكيميائي AAOAO. أضف أجهزة تهوية قابلة للتعديل في منطقة ما بعد نقص الأكسجين للتبديل ديناميكيًا بين أوضاع نقص الأكسجين/الهوائية بناءً على الجودة المؤثرة، مما يضمن فعالية معالجة NH₃-N.
- ترقية النظام الفيزيائي الكيميائي: تحسين هيكل الخزان ومعلمات المعدات الداعمة لخزان الترسيب عالي الكفاءة- لضمان توافق مستقر مع TP.
- اعتماد مرشح إزالة النتروجين: قم بتحويل مرشح النوع V- إلى مرشح ذو قاعدة عميقة لإزالة النتروجين، باستخدام جرعات مصدر الكربون لتعزيز إمكانية إزالة TN.
- تعزيز العلاج المتقدم: قم بزيادة الجرعة في وحدة أكسدة الأوزون لزيادة تحلل المواد العضوية المقاومة للحرارة، مما يضمن CODكرالامتثال التفريغ.
يمكن لكلا المخططين تلبية متطلبات إزالة النيتروجين والفوسفور. يستخدم المخطط 1 تعديلات على الخزان البيوكيميائي لتحقيق إزالة TN. تكمن ميزتها في الاستفادة الكاملة من مصدر الكربون المؤثر. عندما يتقلب TN المؤثر، يمكن أيضًا إضافة مصدر كربون خارجي في منطقة نقص الأكسجين لإزالة TN. بالمقارنة، فإن مرشح الطبقة العميقة لإزالة النتروجين المستخدم في المخطط 2 يستلزم استخدام مصدر كربون خارجي ويتطلب صيانة طويلة الأمد- للنشاط الميكروبي في المرشح، مما يزيد من تكاليف التشغيل. على الرغم من أن تكاليف الاستثمار في البناء لكلا المخططين قابلة للمقارنة، استنادًا إلى اعتبارات متعددة الأبعاد بما في ذلك التحكم في التكاليف التشغيلية واستقرار العملية وكفاءة استخدام مصدر الكربون، فقد تم اختيار المخطط 1-الذي يوفر كلاً من الكفاءة الاقتصادية والمرونة التشغيلية - في النهاية كعملية تنفيذ لمشروع الترقية.
2. نقاط التصميم الهندسي الرئيسية
2.1 تعديل النظام الكيميائي الحيوي
تكمن التكنولوجيا الأساسية لعملية MBBR في تحقيق حركة مميعة فعالة للناقلات المعلقة من خلال التصميم، وبالتالي تعزيز كفاءة التحلل الحيوي للنظام للملوثات بشكل كبير. يتكون نظام المعالجة هذا من خمسة عناصر رئيسية: حاملات الأغشية الحيوية -الميكانيكية العالية القوة-، وهيكل خزان هيدروليكي مُكيَّف، ونظام تهوية اتجاهي، وجهاز شاشة اعتراض دقيق، ومعدات دفع السوائل. استنادًا إلى أحجام الخزانات المعدلة ومعايير التصميم لمشروع تأجير معدات معالجة مياه الصرف الصحي (MBBR) بقدرة 20,000 متر مكعب في اليوم ضمن نظام الصرف الصحي الإقليمي، يبلغ إجمالي المساحة السطحية الفعالة المحسوبة المطلوبة للحوامل المعلقة حوالي 2,164,000 متر مربع. تبلغ مساحة السطح المحددة الفعالة المصممة لحاملات MBBR أكبر من 750 مترًا مربعًا / مترًا مكعبًا. يظهر في جدول حساب التصميم لحجم خزان AAOAO-MBBR المعدلالجدول 3.
2.2 ترقية النظام الفيزيائي الكيميائي
تم تصميم خزان الترسيب عالي الكفاءة- للعمل في مجموعتين متوازيتين. يعتمد تجديد هذه الوحدة نموذج حزمة العملية، حيث يقدم مورد المعدات -ضمانات فنية كاملة للعملية والتزامات بالأداء. معلمات العملية الأساسية وتكوينات المعدات هي كما يلي.
يتكون خزان التخثر من مجموعتين بإجمالي 4 حجرات. يبلغ حجم المقصورة المفردة المصممة 2.675 م × 2.725 م × 5.9 م. يبلغ وقت الذروة للاحتجاز حوالي 3.8 دقيقة، مع تدرج للسرعة (G) أكبر من أو يساوي 250 ثانية-¹. يتم تكوين كل محرض بوحدة طاقة واحدة-تبلغ 4 كيلووات.
يتكون خزان التلبد من مجموعتين بإجمالي مقصورتين. حجم المقصورة المفردة المصممة هو 5.65 م × 5.65 م × 5.9 م. وقت الذروة للاحتجاز هو حوالي 8.3 دقيقة. القطر الداخلي لأنبوب السحب هو 2,575 ملم. تم تكوينه باستخدام أدوات تقليب توربينية بقطر Φ2,500 مم-، تبلغ قوة كل منها 7.5 كيلووات.
يتكون خزان الترسيب من مجموعتين. تبلغ مساحة الأنبوب المائل لمجموعة واحدة حوالي 84 مترًا مربعًا. قطر خزان الترسيب 11.7 م. يبلغ متوسط معدل التحميل الهيدروليكي المصمم على سطح الأنبوب المائل 12.4 م³/(م²·ساعة)، مع قيمة ذروة تبلغ 16.1 م³/(م²·ساعة). يبلغ متوسط معدل التحميل الهيدروليكي المصمم لمنطقة الترسيب 7.6 م³/(م²·ساعة)، مع قيمة ذروة تبلغ 9.9 م³/(م²·ساعة).
يتم تكوين نظام الجرعات الكيميائية على النحو التالي: تم تصميم سائل كلوريد الألومنيوم التجاري (PAC) (10% Al₂O₃) ليكون مادة تخثر، ويتم جرعاته في نقاط متعددة في قسم التدفق من خزان التخثر. الجرعة القصوى المصممة هي 300 ملغم/لتر، بمتوسط جرعة 150-200 ملغم/لتر. يتم استخدام مضخات قياس غشائية ميكانيكية، تم تكوينها بنظام تخفيف متصل بـ 10-أضعاف. تم تصميم بولي أكريلاميد أنيوني (PAM) باعتباره مادة مندفة، ويتم جرعاته في قسم التلبد في خزان الترسيب عالي الكفاءة-. يتم استخدام مجموعة من وحدات تحضير وجرعات محلول PAM الأوتوماتيكية بالكامل، بتركيز محلول قدره 2 جم / لتر. الجرعة القصوى المصممة هي 0.6 ملغم / لتر، بمتوسط جرعة 0.3 ملغم / لتر. مضخات الجرعات هي مضخات قياس من النوع اللولبي، ومجهزة أيضًا بنظام تخفيف متصل بـ 10 أضعاف.
2.3 اختبار تجريبي - للتحقق من تجربة أكسدة الأوزون
للتحقق من جدوى التدفق السائل للمحطة التي تمت ترقيتها لتلبية معايير المياه السطحية من الدرجة الرابعة بشكل ثابت (تركيز COD أقل من أو يساوي 30 ملغم / لتر)، اختارت هذه الدراسة التدفق الثانوي من المرحلتين الأولى والثانية من محطة Lianwanhe لتنقية جودة المياه كموضوع بحث في يونيو 2024. تم إجراء تجربة التحقق من الأداء لعملية المعالجة المتقدمة "ترشيح الرمال + أكسدة الأوزون". تهدف التجربة إلى تقييم إمكانية تطبيق هذه العملية على تصميم مشروع شينان وإمكانية تحقيق الهدف.
استخدمت هذه التجربة وحدة ترشيح الرمل الصغيرة الحجم الموجودة -(سعة المعالجة 1.5 متر مكعب/ساعة) داخل مصنع Lianwanhe. تم إنشاء جهاز تفاعل أكسدة الأوزون على نطاق - تجريبي (مفاعل برجي، الحجم الفعال 0.5 م³) في الموقع-. تمت تصفية مياه خزان الترسيب الثانوي الموجود بواسطة مرشح رملي صغير، ثم تم رفعها بواسطة مضخة لتدخل إلى برج أكسدة الأوزون من الأعلى. تم استخدام التأثير المؤكسد للأوزون لإزالة المواد العضوية المقاومة للحرارة من المواد المؤثرة، مما يحقق مزيدًا من تقليل COD.
2.3.1 أداء "الترشيح الرملي + أكسدة الأوزون" بجرعة الأوزون 20 ملغم/لتر و العلاج التعويضي بالهرمونات لمدة 30 دقيقة
خلال مرحلة البحث هذه، تراوح تركيز COD المؤثر من 38.2 إلى 43.4 ملجم / لتر، بمتوسط 40.4 ملجم / لتر. بعد المعالجة بعملية "ترشيح الرمال + أكسدة الأوزون"، بلغ متوسط COD للنفايات السائلة النهائية 28.8 ملجم/لتر. وجدت التجربة أنه عندما يكون تركيز COD مرتفعًا، لا تزال هناك حالات فشل فيها COD في تلبية المعيار. بالإضافة إلى ذلك، بقي لون النفايات السائلة النهائية من الاختبار التجريبي أعلى من اللون المتدفق، ولا يفي بمعايير التصريف. التفاصيل مبينة فيالشكل 2 (أ).
2.3.2 أداء "الترشيح الرملي + أكسدة الأوزون" بجرعة الأوزون 25 ملغم/لتر و العلاج التعويضي بالهرمونات لمدة 30 دقيقة
لمزيد من تحسين إزالة COD وتقليل لون النفايات السائلة، استمرت هذه المرحلة في زيادة جرعة الأوزون مع الحفاظ على العلاج التعويضي بالهرمونات عند 30 دقيقة. في هذه المرحلة التجريبية، تراوح تركيز COD المؤثر من 36.3 إلى 46.2 ملغم / لتر، بمتوسط 40.4 ملغم / لتر. بعد العلاج، تم تخفيض تركيز COD إلى 28 ملغم / لتر. لا يزال لون النفايات السائلة النهائية من الاختبار التجريبي أعلى من اللون المتدفق، ولا يفي بمعايير التصريف. التفاصيل مبينة فيالشكل 2 (ب).
2.3.3 أداء "الترشيح الرملي + أكسدة الأوزون" بجرعة الأوزون 30 ملغم/لتر و العلاج التعويضي بالهرمونات لمدة 30 دقيقة
في ظل ظروف جرعة الأوزون البالغة 30 ملجم/لتر والعلاج التعويضي بالهرمونات لمدة 30 دقيقة، أظهرت عملية "ترشيح الرمل + أكسدة الأوزون" فعالية معالجة جيدة للنفايات السائلة الثانوية COD. في مرحلة الاختبار هذه، تراوح تركيز COD المؤثر من 38.2 إلى 42.2 ملجم / لتر، بمتوسط 40.2 ملجم / لتر. بعد المعالجة، ظل تركيز COD للنفايات السائلة مستقرًا أقل من 30 ملجم / لتر، بمتوسط 26 ملجم / لتر. في هذه المرحلة، أظهرت العملية أيضًا فعالية جيدة في إزالة الألوان، مع قياس اللون بشكل ثابت أقل من 20، مما يلبي بشكل ثابت معيار التفريغ. التفاصيل مبينة فيالشكل 2 (ج).
2.3.4 الاستنتاج التجريبي
بناءً على النتائج التجريبية، وفي ظل ظروف التفاعل المثالية، كانت نسبة جرعة الأوزون (30 مجم/لتر) إلى إزالة COD (12.2 مجم/لتر) في وحدة معالجة الأوزون 2.45:1.00.
أثبتت التجربة التجريبية أن عملية المعالجة المتقدمة "ترشيح الرمال + أكسدة الأوزون" يمكن أن تقلل بشكل فعال قيمة COD للتدفقات الثانوية التمثيلية من مصنع Lianwanhe. ولذلك، فإن اعتماد عملية "ترشيح الرمال + أكسدة الأوزون" كعملية معالجة متقدمة لمشروع Xin'an Qianhe له جدوى جيدة ويمكن أن يضمن بقاء COD للنفايات السائلة للمشروع مستقرًا أقل من 30 ملجم / لتر.
3. الاستنتاج
يركز هذا البحث على ثلاث وحدات تعديل أساسية: يعتمد نظام المعالجة الكيميائية الحيوية عملية AAOAO-MBBR الهجين (النمو المعلق والمرفق)؛ تعمل وحدة المعالجة الفيزيائية والكيميائية على تحسين هيكل الخزان واختيار المعدات لخزان الترسيب عالي الكفاءة-؛ ويتم التحقق من صحة رابط المعالجة المتقدمة من خلال تجربة تجريبية على نطاق واسع لأكسدة الأوزون.
ومن خلال التحسين التآزري لسلسلة العمليات هذه، يتم إنشاء-نظام معالجة كامل للعملية بعنوان "التحسين الكيميائي الحيوي - التحسين الفيزيائي الكيميائي - الحماية المتقدمة". وفي الوقت نفسه، يتبع هذا التصميم الهندسي الحقيقة الموضوعية لبناء المشروع الحالي المستمر، مما يستلزم تحسينًا منسقًا لتسلسل البناء لجميع الهياكل لتحقيق أقصى قدر من استخدام المرافق الحالية وتقليل عبء أعمال التجديد.
يستخدم المشروع معيار جودة النفايات السائلة للمحطة قيد الإنشاء كمعيار لجودة التصميم المؤثرة. تركيزات التفريغ من CODكروBOD₅ وNH₃-N وTP يجب أن يتوافق مع معايير الفئة الرابعة (TN أقل من أو يساوي 10/12 مجم/لتر) المحددة في GB 3838-2002 "معايير الجودة البيئية للمياه السطحية". يجب أن تتوافق المؤشرات الأخرى مع معايير الدرجة A الخاصة بـ GB 18918-2002 "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية". مشروع التطوير هذا لديه حجم تصميم 50,000 متر مكعب/يوم، وإجمالي استثمار 27.507 مليون يوان، وتكلفة تشغيل 0.3 يوان/متر مكعب، وتكلفة إجمالية 0.39 يوان/متر مكعب، وسعر مياه تشغيلي 0.45 يوان/متر مكعب.