التأثير التشغيلي لمشروع تطوير محطة معالجة مياه الصرف الصحي في تيانجين
خضعت إحدى محطات معالجة مياه الصرف الصحي في تيانجين لمشروع ترقية وتجديد باستخدام عملية Bardenpho{0}}MBBR المعدلة، مما أدى إلى رفع جودة النفايات السائلة من معيار الدرجة A المحدد في "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB 18918-2002) إلى معيار الفئة A من معيار تيانجين المحلي DB 12/599-2015. تتضمن عملية مفاعل الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة (MBBR) إضافة حاملات MBBR المعلقة إلى المفاعل، وتوفير مواقع للالتصاق الميكروبي وتشكيل الأغشية الحيوية المرفقة، وبالتالي زيادة الكتلة الحيوية الفعالة في النظام وتحقيق إزالة الملوثات. توفر عملية MBBR مزايا مثل تحميل المعالجة العالي، والمقاومة القوية لأحمال الصدمات، وأداء المعالجة المستقر، والإدارة التشغيلية البسيطة، وتشغيل العملية المرنة. يعتمد عدد متزايد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي في الصين عملية MBBR للتجديد. تحلل هذه الورقة الأداء التشغيلي لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي في تيانجين بعد ترقيتها، بهدف توفير مرجع لمشاريع الترقية المماثلة.
1. عملية إزالة النيتروجين والفوسفور البيولوجية الحالية
استخدم الخزان البيولوجي الأصلي عملية A²/O بقدرة معالجة تبلغ 12,500 طن/اليوم. كان عمر الحمأة التصميمي الإجمالي 14 يومًا، وكان تركيز المواد الصلبة العالقة المختلطة (MLSS) 3,500 ملغم / لتر، وكانت درجة حرارة الماء التصميمية 10 درجات، وكان إنتاج الحمأة 0.936 كجم / كجم BOD، وكان تحميل الحمأة 0.082 كجم BOD / كجم MLSS. كان عمق الماء الفعال للخزان البيولوجي 6 أمتار، ويبلغ إجمالي حجم الخزان 9052.2 مترًا مكعبًا ويبلغ إجمالي وقت الاحتفاظ الهيدروليكي (HRT) 17.4 ساعة. كان توزيع العلاج التعويضي بالهرمونات: منطقة التحديد 0.58 ساعة، المنطقة اللاهوائية 1.38 ساعة، منطقة نقص الأكسجين 2.85 ساعة، منطقة التأرجح 0.92 ساعة، والمنطقة الهوائية 11.67 ساعة. كانت نسبة إعادة تدوير الحمأة 100%، وإعادة تدوير السوائل المختلطة داخليًا 300%. يتكون الخزان البيولوجي الأصلي في المقام الأول من الأجزاء الهوائية اللاهوائية-غير المؤكسدة-. يمكن تعديل معلمات التشغيل بناءً على الظروف المؤثرة ومتطلبات النفايات السائلة لتحقيق إزالة النيتروجين والفوسفور، مع تلبية جودة النفايات السائلة لمعايير الدرجة الأولى GB 18918-2002.
2. نظرة عامة على مشروع الترقية والتجديد
تهدف هذه الترقية إلى تحسين جودة النفايات السائلة لتلبية معيار الفئة أ من معيار تيانجين المحلي "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (DB 12/599-2015). يتم عرض الجودة المؤثرة والنفايات السائلة المصممة فيالجدول 1. وفقًا لقيم TN المؤثرة والنفايات السائلة في التصميم، يتطلب تحقيق تدفق TN أقل من 10 مجم / لتر معدل إزالة النتروجين بنسبة 75.6٪ في نظام الخزان البيولوجي. استخدم الخزان البيولوجي الأصلي تكوين A²/O. أشارت الحسابات المستندة إلى التكوين الأصلي للخزان إلى أن نسبة إعادة التدوير الداخلية ستحتاج إلى الزيادة من 200% الأصلية إلى 310%، إلى جانب إضافة كمية كبيرة من مصدر الكربون الخارجي. لن يؤدي هذا إلى زيادة تكاليف التشغيل فحسب، بل قد يؤدي الحجم الكبير لتدفق إعادة التدوير الداخلي أيضًا إلى تعطيل البيئة الخالية من الأكسجين. قد يؤدي هذا إلى أن يكون العلاج التعويضي بالهرمونات الفعلي في منطقة نقص الأكسجين أقل من الحد الأدنى من المتطلبات، مما يؤثر على كفاءة إزالة النتروجين. تعمل عملية MBBR على تعزيز قدرة النظام على إزالة النتروجين وتحسين جودة النفايات السائلة عن طريق إضافة ناقلات معلقة لزيادة تركيز الكتلة الحيوية داخل الخزان، وبالتالي تلبية متطلبات الترقية.
دون تغيير حجم الخزان البيولوجي الحالي، تمت إعادة تشكيل المناطق الوظيفية الداخلية للخزان البيولوجي. تم تعديل تكوين A²/O الأصلي (اللاهوائي-نقص الأكسجين-الهوائي) إلى تكوين مرحلة Bardenpho 6-: المنطقة اللاهوائية، ومنطقة نقص الأكسجين، ومنطقة التأرجح، والمنطقة الهوائية، ومنطقة ما بعد-نقص الأكسجين، ومنطقة ما بعد- الهوائية. وعلى وجه التحديد، تم تحويل منطقة التحديد الأصلية إلى منطقة لاهوائية. تم استخدام المنطقة اللاهوائية الأصلية ومنطقة التأرجح (الجزء الأمامي) ومنطقة نقص الأكسجين كمنطقة ما قبل نقص الأكسجين. تم تعديل النصف الأمامي من الممر الأول في المنطقة الهوائية الأصلية إلى منطقة التأرجح. تم تحويل الممرات الهوائية الأصلية الأولى والثانية والثالثة إلى منطقة MBBR، حيث تمت إضافة الناقلات المعلقة، إلى جانب أنظمة فحص المدخل/المخرج ونظام تهوية مساعد سفلي. تم تحويل الممر الهوائي الرابع إلى منطقة ما بعد-نقص الأكسجين. تم تقسيم منطقة التأرجح الأصلية وظيفيًا وتعديلها إلى مناطق ما بعد-نقص الأكسجين وما بعد التمارين الهوائية. يتم عرض معلمات الخزان البيولوجي الذي تم تجديده فيالجدول 2.
فيما يتعلق بتشغيل العملية، يتم إعادة تدوير السائل المختلط من المنطقة الهوائية إلى منطقة نقص الأكسجين، ويتم إضافة مصدر الكربون داخل منطقة نقص الأكسجين. تستخدم بكتيريا إزالة النتروجين مصدر الكربون لإزالة النتروجين لإزالة نترات النيتروجين المنتجة في المنطقة الهوائية. يدخل نيتروجين النترات المتبقي إلى منطقة ما بعد نقص الأكسجين، حيث تتم إضافة مصدر كربون إضافي لمواصلة عملية نزع النتروجين. بعد التجديد، يبلغ تركيز المواد الصلبة العالقة المختلطة (MLSS) 4000 ملجم / لتر، وإعادة تدوير الحمأة 50٪ - 100٪، وإعادة التدوير الداخلي للسائل المختلط 200٪ - 250٪، والأكسجين المذاب في منطقة MBBR هو 2 - 5 ملجم / لتر. يظهر مخطط تدفق العملية بعد التجديد فيالشكل 1.
3. تشغيل النظام بعد تجديد الخزان البيولوجي
وبعد الانتهاء من تجديد الخزان البيولوجي، بدأت مرحلة التشغيل. تمت إضافة الحمأة المنزوعة الماء من محطة معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى إلى الخزان البيولوجي، مما أدى بسرعة إلى زيادة تركيز الحمأة إلى أكثر من 3000 ملجم / لتر في وقت قصير. وقد أدى ذلك إلى تقصير فترة زراعة الحمأة والتأقلم، مما أتاح بدء التشغيل السريع للخزان البيولوجي واستعادة قدرته على إزالة النيتروجين والفوسفور. خلال فترة التشغيل التجريبي، وبسبب التدفق المنخفض نسبيًا وتركيزات الملوثات، كان الحمل التشغيلي الفعلي أقل من الحمل التصميمي. كان النهج هو زراعة الحمأة المنشطة وتأقلمها أولاً حتى يستقر النظام البيولوجي وتلبي معايير جودة النفايات السائلة، ثم إضافة حاملات MBBR لتكوين الأغشية الحيوية.
بعد إضافة الحاملات إلى القسم الهوائي للخزان البيولوجي، تم غمرها أولاً. الكائنات الحية الدقيقة تعلق تدريجيا على أسطحها. بصريًا، تغير لون السطح الحامل من الأبيض إلى الأصفر الترابي الباهت مع التصاق المزيد من الكائنات الحية الدقيقة وأصبح الغشاء الحيوي أكثر كثافة. يتعمق لون الناقل تدريجيًا. بعد شهرين من إضافة المادة الحاملة، كان تكوين الغشاء الحيوي جيدًا، حيث ظهر سطح المادة الحاملة باللون البني المصفر-ويزداد اللون عمقًا تدريجيًا. بعد أربعة أشهر من إضافة المادة الحاملة، ظهر الغشاء الحيوي الموجود على سطح الناقل باللون البني الداكن وكان كثيفًا. يمكن ملاحظة تطور تكوين الأغشية الحيوية بشكل بديهي بناءً على التغيرات في لون الناقل، كما هو موضح فيالشكل 2. في ديسمبر 2021، كشف الفحص المجهري للحمأة المنشطة من الخزان البيولوجي والحمأة من الحاملات عن هياكل كتلة مدمجة ذات خصائص امتصاص وترسيب جيدة. بصريا، أظهرت الناقلات تشكيل بيوفيلم واضح. حدد الفحص المجهري كائنات حية مثل Vorticella وOpercularia وEpstylis، مع رؤية عرضية لعدد قليل من الهدبيات المتحركة، مما يشير إلى اكتمال مرحلة تكوين الغشاء الحيوي.
4. الأداء التشغيلي بعد تجديد الخزان البيولوجي
4.1 أداء إزالة COD وBOD بعد التجديد
تظهر قيم COD وBOD للنفايات السائلة لعام 2022 فيالشكل 3. تراوحت قيمة COD للنفايات السائلة من 10.2 إلى 24.9 ملجم/لتر، بمتوسط 18.0 ملجم/لتر. وتراوحت نسبة BOD السائلة من 2.1 إلى 4.9 ملغم/لتر، بمتوسط 3.4 ملغم/لتر. كل من COD و BOD للنفايات السائلة يفي بشكل ثابت بمعايير Tianjin المحلية من الفئة A. لم يُظهر النظام الذي تم تجديده أداءً جيدًا في إزالة COD وBOD فحسب، بل حافظ أيضًا على مستويات مستقرة ومتوافقة للتدفقات السائلة من COD وBOD خلال موسم الفيضان، حتى عندما وصل حمل التدفق الفعلي للمحطة إلى 110% من طاقتها التصميمية. يشير هذا إلى أن النظام يتمتع بمقاومة جيدة لأحمال الصدمات.
4.2 أداء الإزالة لـ TN وNH₃-N بعد التجديد
يتم عرض قيم التدفقات السائلة TN وNH₃-N لعام 2022 فيالشكل 4. تراوحت نسبة TN من 3.72 إلى 8.74 ملجم/لتر، بمتوسط 6.43 ملجم/لتر. تراوح NH₃-N من 0.02 إلى 1.25 ملجم/لتر، بمتوسط 0.12 ملجم/لتر. أثناء التشغيل في فصل الشتاء، بسبب انخفاض درجات الحرارة، انخفضت معدلات النترجة ونزع النتروجين. ومن الناحية العملية، تم زيادة تركيز الحمأة إلى ما يزيد عن 6000 ملغم/لتر. يعد التشغيل بتركيزات عالية من الحمأة مفيدًا لتحسين مقاومة النظام البيولوجي لأحمال الصدمات، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة. إن التآزر بين تركيز الحمأة العالي والأغشية الحيوية المرتبطة بحاملات MBBR يعزز تأثير معالجة النظام البيولوجي.
توفر ناقلات MBBR بيئة مواتية للمجتمعات الميكروبية، مما يدعم نموها وتكاثرها. بعد التأقلم والنضج، تتعزز قدرة النترجة ونزع النتروجين للأغشية الحيوية. تلتصق الكائنات الحية الدقيقة وتنمو على شكل طبقات على السطح الحامل، مما يزيد من كثافة الحيوان الحيواني ويشكل هياكل حمأة كبيرة وكثيفة وسريعة الثبات. عند مواجهة تغيرات في جودة المياه الخارجية، تفرز الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على السطح الحامل مواد بوليمرية خارج الخلية (EPS) للحماية الذاتية-، وبالتالي تقليل تأثير التغيرات المفاجئة في جودة المياه على الكائنات الحية الدقيقة في الطبقة الداخلية-.
في محطات معالجة مياه الصرف الصحي التي تستخدم عملية MBBR، لوحظت ظواهر النترجة ونزع النتروجين (SND) المتزامنة في منطقة الناقل الهوائية. كشف اختبار قيم TN للسائل والنفايات السائلة من منطقة الناقل الهوائية عن وجود فرق قدره 2-6 مجم / لتر. كان هذا الاختلاف أكثر وضوحًا، خاصة عندما تم التحكم في الأكسجين المذاب في الخزان الهوائي أقل من 2 مجم / لتر، مما يشير إلى وجود SND أكثر أهمية في ظل ظروف الأكسجين المذاب المنخفض. لقد استوفت النفايات السائلة TN من خزان الترسيب الثانوي المعايير بالكامل، مما يعني أن إزالة TN قد اكتملت في مرحلة المعالجة البيولوجية. في التشغيل الفعلي، يعمل مرشح الطبقة العميقة لإزالة النتروجين-كعملية وقائية. في ظل الظروف العادية، يعمل كمرشح عادي لضمان تلبية مؤشرات SS للمعايير.
4.3 أداء الإزالة لـ TP وSS بعد التجديد
تظهر قيم TP و SS للنفايات السائلة لعام 2022 فيالشكل 5. تراوحت كمية النفايات السائلة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي من 0.04 إلى 0.22 ملغم/لتر، بمتوسط 0.10 ملغم/لتر. وتراوحت نسبة النفايات السائلة من 1 إلى 4 ملغم/لتر، بمتوسط 2.2 ملغم/لتر. بعد الترقية، كان حجم النفايات السائلة في خزان الترسيب الثانوي TP حوالي 1.0 مجم/لتر وSS حوالي 26 مجم/لتر. من خلال إضافة كلوريد الحديديك وPAM في خزان الترسيب عالي الكفاءة- لتعزيز التخثر ومن خلال المزيد من التنقية في مرشح الطبقة العميقة- لإزالة النتروجين، يفي التدفق السائل TP وSS بشكل ثابت بمعيار الفئة A المحلي في تيانجين، كما تم تقليل قيمة اللون بشكل كبير.
5. الاستنتاج
للوفاء بمعايير الفئة A المحلية في تيانجين، تم تحويل عملية A²/O الأصلية في محطة معالجة مياه الصرف الصحي إلى تكوين Bardenpho المكون من خمس -مراحل، مع دمج عملية MBBR في القسم الهوائي لتعزيز إزالة النيتروجين البيولوجي، وتقليل التدفق السائل TN وNH₃-N. خلال موسم الفيضان مع التدفق الزائد، استوفت جميع المؤشرات المعايير بشكل ثابت، مما يدل على مقاومة جيدة للصدمات. بعد تجديد الخزان البيولوجي، كانت نسبة إعادة التدوير الداخلية 200% - 300%، وكانت إعادة تدوير الحمأة الخارجية 50% - 100%، وكان تركيز الحمأة 4000-6000 ملغم / لتر، وتم التحكم في الأكسجين المذاب في المنطقة الهوائية عند 3-5 ملغم / لتر، وتم التحكم في الأكسجين المذاب في المنطقة اللاهوائية عند 0.2-0.5 ملغم / لتر. في عام 2022، كانت جودة النفايات السائلة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي: COD 10.2–24.9 ملجم/لتر، متوسط 18.0 ملجم/لتر؛ BOD 2.1-4.9 ملغم / لتر، متوسط 3.4 ملغم / لتر؛ NH₃-N 0.02–1.25 مجم/لتر، متوسط 0.12 مجم/لتر؛ TN 3.72-8.74 ملجم/لتر، متوسط 6.43 ملجم/لتر؛ TP 0.04-0.22 ملغم / لتر، متوسط 0.1 ملغم / لتر؛ SS 1-4 ملغم / لتر، متوسط 2.2 ملغم / لتر. جميعها استوفت بشكل ثابت معيار الفئة أ لمعيار تيانجين المحلي "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (DB 12/599-2015).