ترقية معالجة مياه الصرف الصحي إلى معايير شبه -من الفئة الرابعة: تطبيق عملية BIOLAK وتحسينها

تطبيق عملية BIOLAK في ترقية محطة معالجة مياه الصرف الصحي إلى معايير شبه -من الفئة الرابعة

تم تقديم عملية BIOLAK إلى الصين في أوائل القرن الحادي والعشرين، وقد اكتسبت تطبيقًا واسعًا في معالجة مياه الصرف الصحي البلدية نظرًا لبنيتها البسيطة وتكاليف الاستثمار المنخفضة. في السنوات الأخيرة، ومع تشديد معايير التفريغ وزيادة الأتمتة، تواجه معظم مصانع BIOLAK الحالية عمليات ترقية. يتم تنفيذ تحسينات مثل إضافة ناقلات معلقة، وتعديل الخزانات، وإعادة تحديد المناطق الوظيفية لتحسين إزالة النيتروجين والفوسفور. في حين أن المصانع المبنية حديثًا تعتمد في الغالب عمليات A²/O وخندق الأكسدة، إلا أن هناك القليل من التقارير حول الأداء الفعلي لـ BIOLAK، خاصة في ظل معايير الانبعاثات الصارمة. تستخدم عملية BIOLAK سلاسل تهوية متأرجحة لإنشاء مناطق زمنية خالية من الأكسجين وهوائية، وتعمل بشكل أساسي كعملية A/O متعددة -المراحل. من خلال التحسين التشغيلي، يمكن لجودة النفايات السائلة أن تلبي بشكل ثابت معيار المياه السطحية شبه -من الدرجة الرابعة.

1 خلفية المشروع

تستخدم محطة معالجة مياه الصرف الصحي في مقاطعة Hebei عملية BIOLAK باعتبارها التكنولوجيا الأساسية لها. ويتراوح التدفق من 18.000 إلى 22.000 متر مكعب في اليوم، بمتوسط ​​19.000 متر مكعب في اليوم، ويعالج في المقام الأول مياه الصرف الصحي المنزلية في المناطق الحضرية وكمية صغيرة من مياه الصرف الصحي المعالجة الزراعية. يتم عرض الصفات المؤثرة والنفايات السائلة المصممة فيالجدول 1. كان معيار التصريف الأصلي هو معيار الدرجة الأولى *"معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB 18918-2002)*. بعد الترقية التي تضمنت تقسيم المنطقة اللاهوائية لتعزيز عملية نزع النتروجين وإزالة الفسفور، تتوافق المحطة الآن مع حدود منطقة التحكم الرئيسية *"معايير تصريف ملوثات المياه لحوض نهر داتشينغ" (DB13/2795-2018)*. باستثناء النيتروجين الإجمالي، فإن جميع المؤشرات الأخرى تلبي معايير الفئة الرابعة المحددة في *"معايير الجودة البيئية للمياه السطحية" (GB 3838-2002)*. يظهر تدفق العملية فيالشكل 1.

يستخدم المصنع هيبوكلوريت الصوديوم للتطهير. تتم إزالة الماء من الحمأة عن طريق لوحة الضغط العالي وترشيح الإطار إلى ما يقل عن 60% من محتوى الرطوبة قبل نقلها للمعالجة المشتركة- في قمائن الأسمنت.

تم حساب مساهمة كل وحدة معالجة في إزالة الملوثات على أساس توازن الكتلة، مع الإشارة إلى طرق محددة من الأدبيات.

2 تدابير تحسين التحكم التشغيلي

تم تنفيذ العديد من إجراءات التحسين أثناء التشغيل لتعزيز استقرار النفايات السائلة وتحقيق وفورات في الطاقة والتكلفة.

2.1 التحكم المعزز في الأكسجين المذاب (DO).

غالبًا ما تشير مشاريع التعديل التحديثي الحالية لـ BIOLAK إلى ضعف تقسيمها إلى مناطق كمتغير A/O متعدد-المراحل، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة إزالة النتروجين. في هذا المشروع، مع ضمان امتثال نيتروجين الأمونيا السائل، تم الحفاظ على الحد الأقصى من أكسيد الأوكسجين في نهاية منطقة التهوية عند 0.5-1.0 ملجم/لتر، وهو أقل من متطلبات التحكم التقليدية في أكسيد الأوكسجين.

2.2 زيادة مراقبة بيانات العملية

لتوجيه التحكم في DO وجرعات مصدر الكربون الخارجي، تمت مراقبة نيتروجين النترات ونيتروجين الأمونيا في نهاية المنطقة اللاهوائية وخزان BIOLAK لتحديد نطاقات التحكم المثالية. أثناء التشغيل، تم تقليل جرعات مصدر الكربون الخارجي أو إيقافها عندما تم خفض نترات النيتروجين في نهاية المنطقة اللاهوائية<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.

2.3 تحديد أهداف التحكم في النفايات السائلة الداخلية

ولضمان الامتثال المستقر، تم تحديد أهداف الرقابة الداخلية بنسبة 30% إلى 80% من حدود التصريف، بناءً على صعوبة التحكم في كل ملوث. أدى تجاوز هذه الحدود الداخلية إلى إجراء تعديلات فورية على معلمات العملية لإعادة تركيزات النفايات السائلة إلى نطاق مقبول. كانت أهداف الرقابة الداخلية السنوية لـ COD ونيتروجين الأمونيا والنيتروجين الكلي والفوسفور الكلي 15 مجم / لتر، 0.5 مجم / لتر، 12 مجم / لتر، و0.12 مجم / لتر، على التوالي.

2.4 الحفاظ على تركيز الحمأة المناسب

تم تعديل هدر الحمأة بناءً على التدفق والحمل والموسم. تم الحفاظ على زمن الاحتفاظ بالحمأة (SRT) عند 15-25 يومًا، وتركيز المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS) عند 2500-4500 ملجم / لتر. على وجه التحديد، تم التحكم في MLSS عند 2500-3500 ملغم/لتر في الصيف والخريف، مع حمولة حمأة تبلغ حوالي 0.06 كجم COD/(kgMLSS·d)، وعند 3500-4500 ملغم/لتر في الشتاء والربيع، مع حمولة حمأة تبلغ حوالي 0.04 كجم COD/(kgMLSS·d).

2.5 ضبط تشغيل وحدات المعالجة المتقدمة

أثرت درجات الحرارة المنخفضة في الشتاء على التلبد والترسيب. يمكن أن يؤدي الغسيل العكسي غير المناسب للمرشحات من النوع V- إلى ارتفاع المواد الصلبة العالقة المتدفقة وCOD. لذلك، أثناء التشغيل الشتوي، تم زيادة تكرار الغسيل العكسي بناءً على أداء التخثر، وتم تكثيف تصريف الحمأة من خزان الترسيب - لتقليل تركيز المواد الصلبة العالقة.

3 أداء العلاج

تراوح COD المؤثر السنوي من 109 إلى 248 مجم / لتر، بمتوسط ​​176 مجم / لتر. تراوحت كمية COD من النفايات السائلة من 9.5 إلى 20.1 ملجم / لتر، بمتوسط ​​12.1 ملجم / لتر. عندما يتجاوز COD النفايات السائلة هدف التحكم الداخلي (15 مجم / لتر)، تمت زيادة تردد الغسيل العكسي للمرشح لتقليل المواد الصلبة العالقة. يوصى بترقية -خزان الترسيب إلى خزان ترسيب-عالي الكثافة أو تخثر مغناطيسي-لتحسين كفاءة التخثر.

تراوحت نسبة نيتروجين الأمونيا المتدفقة سنويًا من 17.8 إلى 54.9 ملجم / لتر، بمتوسط ​​31.9 ملجم / لتر. تراوحت نسبة نيتروجين الأمونيا السائلة من 0.12 إلى 1.30 ملجم/لتر، بمتوسط ​​0.5 ملجم/لتر. وعندما تجاوز هدف الرقابة الداخلية، تم تعديل التهوية وفقًا لإجراءات التحسين. تتوافق جودة النفايات السائلة بشكل ثابت مع حدود منطقة التحكم الرئيسية *DB13/2795-2018* على مدار العام.

نظرًا لانخفاض تركيز مصدر الكربون المؤثر، كان التركيز على تحسين ظروف العملية لتعزيز إزالة النيتروجين والفوسفور، بهدف توفير الطاقة والتكلفة.

3.1 قم بتحسين التحكم وإزالة النيتروجين بالكامل

تراوح إجمالي النيتروجين المؤثر السنوي (TN) من 20.3 إلى 55.6 ملغم / لتر (انظرالشكل 2)، بمتوسط ​​42.1 ملغم/لتر. تراوحت النفايات السائلة TN من 2.5 إلى 14.2 ملجم / لتر، بمتوسط ​​8.8 ملجم / لتر، ضمن هدف الرقابة الداخلية (12 ملجم / لتر). وكان متوسط ​​معدل إزالة TN 79.1%. مع نسبة إعادة تدوير الحمأة تبلغ 90% (بدون إعادة تدوير السوائل المختلطة الداخلية)، كانت كفاءة إزالة النتروجين النظرية 47.4%، مما يشير إلى أن عملية إزالة النتروجين حدثت أيضًا في مناطق عملية أخرى خارج المحدد اللاهوائي. وتظهر التغييرات في النيتروجين على طول مسار العلاج في دورة نموذجية فيالشكل 3.

في دورة نموذجية، كان TN المؤثر 42.0 ملغم / لتر، مع مجموع الأمونيا ونترات النيتروجين 35.2 ملغم / لتر. بعد المحدد اللاهوائي، كان TN 16.7 مجم/لتر، مما أدى إلى معدل إزالة 43.5% عبر توازن الكتلة، بما يتوافق مع القيمة النظرية. ساهم خزان BIOLAK في إزالة TN بنسبة 24.0%. تم تقليل التدفق السائل TN بشكل أكبر في خزان الترسيب الثانوي، مما ساهم في إزالة إضافية بنسبة 11.3%، ويرجع ذلك أساسًا إلى وقت الاحتفاظ الهيدروليكي الطويل (8.6 ساعات) مما يسمح بإزالة النتروجين من مصدر الكربون الداخلي-. ساهمت الوحدات الأخرى في الإزالة بنسبة 1.9٪. وكان التدفق النهائي للنفايات السائلة TN 8.1 ملغم/لتر، بمعدل إزالة إجمالي قدره 80.7%.

تُظهر الخبرة التشغيلية أن التحكم في DO أمر بالغ الأهمية لإزالة TN في عملية BIOLAK. في العمليات التقليدية، يتم عادةً قياس DO في نهاية المنطقة الهوائية في بنية القناة حيث يكون DO موحدًا نسبيًا عبر المقطع العرضي-. ومع ذلك، في خزان BIOLAK، يبلغ عرض نهاية منطقة التهوية حوالي 70 مترًا، مع زيادة الأوكسجين المذاب من حافة المنحدر إلى المركز، ويختلف بمقدار 0.5-1.0 ملجم / لتر. ولذلك، فإن موقع تحقيقات D O يتطلب اهتماما دقيقا.

من خلال التحكم الصارم في الحد الأقصى من DO في نهاية منطقة التهوية BIOLAK، تم ضمان بيئة خالية من الأكسجين اللازمة لنزع النتروجين بشكل فعال. تم تحقيق النترجة ونزع النتروجين المتزامنين (SND) باستخدام مصادر الكربون الداخلية، مما أدى إلى إزالة TN بشكل فعال.

3.2 إزالة الفسفور بالكامل وتحسين التشغيل

تراوح إجمالي الفوسفور المؤثر السنوي (TP) من 1.47 إلى 4.80 ملغم / لتر (انظرالشكل 4)، بمتوسط ​​2.99 ملغم/لتر. تراوحت النفايات السائلة TP من 0.04 إلى 0.17 ملجم / لتر. تم تعديل جرعة عامل إزالة الفوسفور بناءً على هدف التحكم الداخلي (0.12 ملغم/لتر). كان متوسط ​​تركيز TP للنفايات السائلة 0.07 ملجم/لتر، وهو ما يلبي بشكل ثابت معيار التفريغ، مع متوسط ​​معدل إزالة TP يبلغ 98.3%.

وتظهر التغيرات في الفوسفات على طول مسار العلاج في دورة نموذجية فيالشكل 5.

كان الفوسفات المؤثر 2.70 ملجم / لتر، وكان فوسفات الحمأة الراجعة 0.58 ملجم / لتر، مما يجعل الفوسفات النظري الذي يدخل في المحدد اللاهوائي 1.70 ملجم / لتر. بعد إطلاق الفسفور اللاهوائي بواسطة الكائنات المتراكمة للبولي فوسفات -، وصل تركيز الفوسفات إلى 3.2 ملجم/لتر. وكانت نسبة تركيز الفوسفات (الحد الأقصى في المنطقة اللاهوائية / المؤثر) 1.9، مما يشير إلى إطلاق كبير. كان السبب الرئيسي هو إزالة النتروجين الفعالة في ظل ظروف انخفاض الأكسجين، مما أدى إلى انخفاض تركيز النترات في الحمأة العائدة إلى المنطقة اللاهوائية، والحفاظ على بيئة لاهوائية جيدة (ORP بشكل عام أقل من -200 مللي فولت) وتعزيز إطلاق الفوسفور.

بعد منطقة التهوية BIOLAK، حدث امتصاص كبير للفوسفور، مما أدى إلى تقليل تركيز الفوسفات في النهاية إلى 0.3 ملجم/لتر، مما حقق كفاءة إزالة الفوسفور البيولوجي بنسبة 88.9%. وبعد خزانات الترسيب والتثبيت ارتفع تركيز الفوسفات إلى 0.64 ملغم/لتر. يشير التحليل إلى أن هذا كان بسبب العلاج التعويضي بالهرمونات الطويل في خزان الترسيب والتحكم الصارم في DO في خزان BIOLAK، مما خلق حالة لاهوائية في خزان الترسيب وتسبب في إطلاق الفوسفور الثانوي. بعد الجرعات الكيميائية في وحدة التخثر، تم تخفيض الفوسفات السائل إلى 0.06 ملغم / لتر. ولذلك، وبالنظر إلى التكاليف الاقتصادية والتعقيد التشغيلي، فإن التضحية ببعض كفاءة إزالة الفسفور البيولوجي لتعزيز عملية إزالة النتروجين هي استراتيجية تحسين قابلة للتطبيق لمصانع مماثلة.

4 التكاليف التشغيلية

تشمل التكاليف التشغيلية المباشرة الكهرباء والمواد الكيميائية والتخلص من الحمأة. بناءً على الإحصائيات السنوية، كان استهلاك الطاقة المحدد 0.66 كيلووات ساعة/م3. مع سعر كهرباء يبلغ 0.65 يوان صيني/كيلووات ساعة (استنادًا إلى معدلات الذروة/الإيقاف-الذروية المركبة)، كانت تكلفة الكهرباء 0.429 يوان صيني/متر مكعب. وهذا الاستهلاك في الجانب الأعلى وفقًا لـ "معيار التقييم للجودة التشغيلية لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية"، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض كفاءة استخدام الأكسجين في نظام التهوية بشكل طفيف. بلغت التكاليف الكيميائية، بما في ذلك أسيتات الصوديوم، وعامل إزالة الفوسفور، وPAM، وهيبوكلوريت الصوديوم، والمواد الكيميائية لنزح المياه، 0.151 يوان صيني/م3. يتم عرض الاستخدام والتكاليف المحددة فيالجدول 2.

تنشأ الحمأة بشكل رئيسي من مصادر بيولوجية وكيميائية (خزان التخثر). يتم استخدام لوحة الضغط العالي وإطار الترشيح مع الجير وكلوريد الحديديك كعوامل تكييف. تبلغ جرعة الجير حوالي 25% من وزن الحمأة الجافة. تحتوي الكعكة المنزوعة الماء على نسبة رطوبة تصل إلى 60%. يبلغ إنتاج الحمأة المنزوعة الماء يوميًا حوالي 9 أطنان، مع إنتاجية محددة للحمأة الجافة تبلغ حوالي 0.15%. تبلغ تكلفة نقل الحمأة 250 يوان صيني/طن، مما يؤدي إلى تكلفة التخلص من الحمأة تبلغ حوالي 0.118 يوان صيني/م3. لذلك، إجمالي تكلفة الإنتاج المباشرة هي 0.698 CNY/m³.

5 استنتاجات

① محطة معالجة مياه الصرف الصحي في مقاطعة خبي، باستخدام عملية BIOLAK لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية، تعمل بشكل مستمر لمدة عام واحد بجودة النفايات السائلة التي تتوافق بشكل ثابت مع حدود منطقة التحكم الرئيسية *DB13/2795-2018* (معيار المياه السطحية شبه من الدرجة الرابعة).

② كبديل لعملية A/O متعددة-المراحل، أدى التحكم في الحد الأقصى من DO في نهاية منطقة تهوية BIOLAK عند 0.5-1.0 مجم/لتر إلى معدل إزالة TN يبلغ 24.0% في منطقة BIOLAK و11.3% في خزان الترسيب. حقق هذا عملية إزالة النتروجين - المتزامنة وإزالة النتروجين من مصدر الكربون الداخلي، مما يدل على قدرة كبيرة على إزالة النيتروجين.

③ بلغت التكلفة التشغيلية المباشرة لعملية BIOLAK 0.698 CNY/m³. يمكن أن توفر تدابير تحسين التشغيل، بما في ذلك مراقبة بيانات العملية وتحديد أهداف معقولة للرقابة الداخلية، مراجع لتحسين التشغيل وتحقيق وفورات في الطاقة/التكلفة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي المماثلة.