Modernizace designu a praxe zařízení na čištění kvality vody Xin'an Qianhe na základě procesu AAOAO-MBBR a oxidace ozónem
Qingdao, jako klíčové národní pobřežní centrální město, dosáhlo významných výsledků v ekologické správě. Ve srovnání s nejvyššími-mezinárodními metropolemi však její systém správy vodního prostředí ve městech stále čelí strukturálním problémům.
V současné době existují rozdíly mezi mírou pokrytí sítě odvodňovacích trubek, provozní účinností zařízení na čištění odpadních vod a očekáváním veřejnosti ohledně vysoce-kvalitního vodního prostředí. Je zde také odstup od realizace ekologické vize vybudování „Krásného Qingdao“.
K řešení těchto výzev potřebuje Qingdao naléhavě zavést systematická opatření, jako je vědecké plánování, optimalizované přidělování zdrojů a posílené investice do infrastruktury. Cílem těchto snah je komplexně zvýšit účinnost sběrné sítě odpadních vod a kapacity konečného čištění, čímž se upevní ekologický základ pro udržitelný rozvoj města.
Projekt závodu na čištění vody Xin'an Qianhe Water Quality Purification Plant se nachází v nové oblasti západního pobřeží Qingdao. Má navrženou kapacitu zpracování 50 000 m³/den, celkovou plochu areálu 33 154 m² a celkovou investici 182,4 milionů juanů. Zpráva studie proveditelnosti projektu byla dokončena v březnu 2021, předběžný návrh a rozpočet byly schváleny v červnu téhož roku a stavba byla oficiálně zahájena v dubnu 2023. V současné době je ve fázi výstavby. Původní návrh vyžadoval, aby klíčové parametry odpadních vod splňovaly standardy třídy V uvedené v GB 3838-2002 „Normy kvality životního prostředí pro povrchové vody“, zatímco celkový dusík (TN) a další ukazatele měly splňovat normy stupně A podle GB 18918-2002 „Standard vypouštění znečišťujících látek pro čistírny městských odpadních vod“.
V březnu 2022 vydala Qingdao Water Affairs Administration „Oznámení o provádění modernizačních a renovačních prací pro městské čistírny odpadních vod v Qingdao“. Toto oznámení vyžadovalo, aby čistírny odpadních vod v okolí zálivu Jiaozhou, zálivu Bohai a podél řek dokončily modernizaci, čímž se standard vypouštění zvýšil na kvalitu povrchové vody kvazi-třídy IV, s odtokem TN kontrolovaným mezi 10–12 mg/l. Zveřejnění této politiky spadalo do intervalu mezi předběžným schválením projektu (červen 2021) a jeho fyzickým zahájením (duben 2023), čímž vznikla technická mezera mezi již schválenými původními konstrukčními normami a nejnovějšími environmentálními požadavky. Jako nové zařízení na čištění odpadních vod v oblasti West Coast New Area se pro zajištění souladu po dokončení stalo nezbytností souběžně provádět optimalizaci procesu během fáze výstavby a vypracovat ekonomicky proveditelný plán modernizace prostřednictvím studií proveditelnosti.
1. Návrh a výběr schématu procesu
1.1 Navrhovaná kvalita odpadních vod
Standardy odpadních vod v rámci projektu byly upgradovány z kvality povrchové vody kvazi-třídy V na kvazi-třídu IV. Pro další snížení hodnot ukazatelů jako BSK, CHSK bylo zapotřebí rozumných technických řešeníCr,TN, NH₃-N a TP v odpadních vodách. Konkrétní analýza je uvedena vTabulka 1.
1.2 Výběr inženýrsko-technického schématu
Procesní tok závodu ve výstavbě je znázorněn vObrázek 1.
Závod ve výstavbě využívá proces „Předběžná úprava + modifikovaná biochemická nádrž AAOAO + sekundární sedimentační nádrž + vysoce-účinná sedimentační nádrž + filtr typu V-+ oxidace ozonem“. Dispoziční řešení staveb je kompaktní, nezůstávají žádné nadbytečné pozemky pro projekt modernizace, který proto musí vycházet z probíhající výstavby. Upgrade se primárně zaměřuje na odstranění znečišťujících látek, jako je CHSKCr, NH₃-N, TN a TP. Byla navržena dvě srovnávací schémata, jak je podrobně uvedeno vTabulka 2.
Schéma 1: AAOAO-MBBR + vysoce{3}}účinný proces sedimentační nádrže
- Modifikace biochemického systému: Optimalizujte strukturu biochemické nádrže AAOAO ve výstavbě. Zvyšte denitrifikační kapacitu rozšířením objemu anoxické zóny. Současně přidejte nosiče MBBR lokálně v aerobní zóně, abyste vytvořili kompozitní proces, posílili účinnost biochemického odstraňování NH₃-N a TN.
- Fyzikálně-chemický upgrade systému: Optimalizujte strukturu nádrže a parametry podpůrného vybavení vysokoúčinné sedimentační nádrže{0}, abyste zajistili stabilní shodu s TP.
- Pokročilé vylepšení léčby: Zvyšte dávkování v jednotce pro oxidaci ozonu, abyste dále degradovali žáruvzdornou organickou hmotu a zajistili CHSKCrvyhovění vypouštění.
Schéma 2: Vysoce účinná sedimentační nádrž- + proces denitrifikačního hlubokého filtru
- Optimalizace provozního režimu: Udržujte původní strukturu biochemické nádrže AAOAO. Přidejte nastavitelná provzdušňovací zařízení v post-anoxické zóně, abyste mohli dynamicky přepínat mezi anoxickými/aerobními režimy na základě kvality přítoku a zajistit tak účinnost léčby NH₃-N.
- Fyzikálně-chemický upgrade systému: Optimalizujte strukturu nádrže a parametry podpůrného vybavení vysokoúčinné sedimentační nádrže{0}, abyste zajistili stabilní shodu s TP.
- Použití denitrifikačního filtru: Převeďte filtr typu V{0}} na denitrifikační filtr s hlubokým ložem, který využívá dávkování zdroje uhlíku ke zlepšení schopnosti odstraňování TN.
- Pokročilé vylepšení léčby: Zvyšte dávkování v jednotce pro oxidaci ozonu, abyste dále degradovali žáruvzdornou organickou hmotu a zajistili CHSKCrvyhovění vypouštění.
Obě schémata mohou splňovat požadavky na odstranění dusíku a fosforu. Schéma 1 využívá modifikace biochemické nádrže k dosažení odstranění TN. Jeho výhoda spočívá v plném využití přílivového zdroje uhlíku. Když přítok TN kolísá, může být do anoxické zóny také přidán externí zdroj uhlíku pro odstranění TN. Ve srovnání s tím denitrifikační hluboký filtr použitý ve schématu 2 vyžaduje použití externího zdroje uhlíku a vyžaduje dlouhodobou-udržování mikrobiální aktivity ve filtru, což zvyšuje provozní náklady. Ačkoli jsou investiční náklady na výstavbu obou schémat srovnatelné, na základě vícerozměrných úvah včetně řízení provozních nákladů, stability procesu a účinnosti využití zdrojů uhlíku, bylo nakonec jako implementační proces pro projekt modernizace vybráno schéma 1-, které nabízí ekonomickou efektivitu i provozní flexibilitu.
2. Klíčové body technického návrhu
2.1 Modifikace biochemického systému
Základní technologie procesu MBBR spočívá v dosažení účinného fluidního pohybu zavěšených nosičů prostřednictvím konstrukce, čímž se výrazně zvyšuje účinnost biodegradace systému pro znečišťující látky. Tento procesní systém se skládá z pěti klíčových prvků: vysoko-mechanických{2}}nosičů biofilmu, přizpůsobené konstrukce hydraulické nádrže, systému směrového provzdušňování, přesného záchytného zařízení a zařízení pro pohon kapalin. Na základě upravených objemů nádrží a projektových parametrů provozního projektu pronájmu zařízení na čištění odpadních vod (MBBR) o objemu 20 000 m³/d v rámci regionální kanalizace je vypočtená celková požadovaná efektivní plocha závěsných nosičů přibližně 2 164 000 m². Navržená efektivní měrná plocha nosičů MBBR je větší než 750 m²/m³. Konstrukční výpočetní tabulka pro upravený objem nádrže AAOAO-MBBR je uvedena vTabulka 3.
2.2 Aktualizace fyzikálně-chemického systému
Vysoce účinná usazovací nádrž je navržena tak, aby fungovala ve dvou paralelních skupinách. Renovace této jednotky má formu procesního balíčku, přičemž dodavatel zařízení poskytuje úplné-technické záruky procesu a závazky týkající se výkonu. Základní parametry procesu a konfigurace zařízení jsou následující.
Koagulační nádrž se skládá ze dvou skupin s celkem 4 odděleními. Navrhovaná velikost jednoho oddělení je 2,675 m × 2,725 m × 5,9 m. Maximální doba zadržení je přibližně 3,8 minuty, s gradientem rychlosti (G) větším nebo rovným 250 s-¹. Každé míchadlo je konfigurováno s výkonem jedné jednotky{10}}4 kW.
Vločkovací nádrž se skládá ze dvou skupin s celkem 2 odděleními. Navrhovaná velikost jednoho oddělení je 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m. Maximální doba zadržení je přibližně 8,3 minuty. Vnitřní průměr sací trubky je 2 575 mm. Je konfigurován s turbínovými{13}míchači Φ2 500 mm, z nichž každé má výkon 7,5 kW.
Usazovací nádrž se skládá ze dvou skupin. Plocha nakloněné trubky pro jednu skupinu je přibližně 84 m². Průměr sedimentační nádrže je 11,7 m. Navrhovaná průměrná rychlost hydraulického zatížení na šikmém povrchu trubky je 12,4 m³/(m²·h), s maximální hodnotou 16,1 m³/(m²·h). Navrhovaná průměrná rychlost hydraulického zatížení pro sedimentační zónu je 7,6 m³/(m²·h), s maximální hodnotou 9,9 m³/(m²·h).
Chemický dávkovací systém je nakonfigurován následovně: Komerční kapalina polyaluminiumchloridu (PAC) (10% Al2O3) je navržena jako koagulant, dávkovaný na více místech v přítokové části koagulační nádrže. Navrhovaná maximální dávka je 300 mg/l, s průměrnou dávkou 150–200 mg/l. Používají se mechanická membránová dávkovací čerpadla konfigurovaná s 10-násobným online systémem ředění. Aniontový polyakrylamid (PAM) je navržen jako flokulant, dávkovaný ve flokulační části vysokoúčinné sedimentační nádrže. Je použita sada plně automatické kontinuální jednotky pro přípravu a dávkování roztoku PAM s koncentrací roztoku 2 g/l. Navrhovaná maximální dávka je 0,6 mg/l, s průměrnou dávkou 0,3 mg/l. Dávkovací čerpadla jsou šroubová dávkovací čerpadla, rovněž vybavená 10násobným online systémem ředění.
2.3 Pilotní-ověření experimentu s oxidací ozónem
Aby se ověřila proveditelnost odtoku z modernizovaného závodu, který stabilně splňuje standardy pro povrchovou vodu třídy IV (koncentrace CHSK menší nebo rovna 30 mg/l), vybrala tato studie v červnu 2024 jako předmět výzkumu sekundární odpadní vodu z první a druhé fáze závodu na čištění vody v Lianwanhe. Byl proveden experiment ověřující výkonnost pro pokročilý proces čištění písku + ozón. Experiment měl za cíl vyhodnotit použitelnost tohoto procesu na návrh projektu Xin'an a dosažitelnost cíle.
Tento experiment využíval stávající malou{0}}pískovou filtrační jednotku (kapacita čištění 1,5 m³/h) v závodě Lianwanhe. Na místě bylo zřízeno pilotní-zařízení na oxidaci ozónu (věžový reaktor, efektivní objem 0,5 m³). Stávající odpadní voda ze sekundární sedimentační nádrže byla filtrována malým pískovým filtrem a poté zvednuta čerpadlem, aby vstoupila shora do ozonové oxidační věže. Oxidační účinek ozonu byl využit k odstranění žáruvzdorné organické hmoty z přítoku, čímž bylo dosaženo dalšího snížení CHSK.
2.3.1 Výkon "pískové filtrace + oxidace ozonem" při dávce ozonu 20 mg/l a HRT po dobu 30 minut
Během této výzkumné fáze se koncentrace CHSK v přítoku pohybovala od 38,2 do 43,4 mg/l, s průměrem 40,4 mg/l. Po zpracování procesem "Písková filtrace + oxidace ozonem" byla CHSK konečného odpadu v průměru 28,8 mg/l. Experiment zjistil, že když byla koncentrace CHSK vysoká, stále existovaly případy, kdy odpadní CHSK nesplňovala normu. Navíc konečná barva výtoku z pilotního testu zůstala vyšší než barva přítoku a nesplňovala normu výtoku. Podrobnosti jsou uvedeny vObrázek 2(a).
2.3.2 Výkon "pískové filtrace + oxidace ozonem" při dávce ozonu 25 mg/l a HRT po dobu 30 minut
Aby se dále zlepšilo odstraňování CHSK a snížila se barva výtoku, tato fáze pokračovala ve zvyšování dávky ozonu při udržování HRT na 30 min. V této experimentální fázi se koncentrace CHSK v přítoku pohybovala od 36,3 do 46,2 mg/l, v průměru 40,4 mg/l. Po ošetření byla koncentrace CHSK snížena na 28 mg/l. Konečná barva výtoku z pilotního testu stále zůstávala vyšší než barva přítoku a nesplňovala normu výtoku. Podrobnosti jsou uvedeny vObrázek 2(b).
2.3.3 Výkon "pískové filtrace + oxidace ozonem" při dávce ozonu 30 mg/l a HRT po dobu 30 minut
Za podmínek dávkování ozonu 30 mg/l a HRT 30 minut proces "Sand Filtration + Ozone Oxidation" ukázal dobrou účinnost čištění sekundárních odpadních CHSK. V této testovací fázi se koncentrace CHSK v přítoku pohybovala od 38,2 do 42,2 mg/l, v průměru 40,2 mg/l. Po ošetření zůstala koncentrace CHSK v odpadních vodách stabilní pod 30 mg/l, v průměru 26 mg/l. V této fázi proces také prokázal dobrou účinnost odstranění barvy, s naměřenou barvou trvale pod 20, stabilně splňující standard vypouštění. Podrobnosti jsou uvedeny vObrázek 2(c).
2.3.4 Experimentální závěr
Na základě experimentálních výsledků byl za optimálních reakčních podmínek poměr dávky ozonu (30 mg/l) k odstranění CHSK (12,2 mg/l) v jednotce úpravy ozonu 2,45:1,00.
Pilotní experiment prokázal, že pokročilý proces čištění „Sand Filtration + Ozone Oxidation“ může účinně snížit hodnotu CHSK reprezentativního sekundárního odpadu z elektrárny Lianwanhe. Proto je přijetí procesu „Sand Filtration + Ozone Oxidation“ jako pokročilého procesu čištění pro projekt Xin'an Qianhe dobře proveditelné a může zajistit, že CHSK v odpadních vodách projektu zůstane stabilní pod 30 mg/l.
3. Závěr
Tento výzkum se zaměřuje na tři základní moduly modifikace: systém biochemické úpravy využívá hybridní proces AAOAO-MBBR (suspendovaný a připojený růst); jednotka fyzikálně-chemického čištění optimalizuje strukturu nádrže a výběr zařízení pro vysoce účinnou sedimentační nádrž; a spojení pokročilé úpravy je ověřeno pilotním-experimentem oxidace ozónu.
Prostřednictvím synergické optimalizace tohoto procesního řetězce je zkonstruován úplný-systém zpracování procesů „Biochemical Enhancement – Physicochemical Improvement – Advanced Safeguard“. Současně tento inženýrský návrh sleduje objektivní skutečnost probíhající současné projektové výstavby, která vyžaduje koordinovanou optimalizaci stavebních sekvencí pro všechny stavby, aby se maximalizovalo využití stávajících zařízení a minimalizovalo se zatížení při rekonstrukci.
Projekt využívá standard kvality odpadních vod ve výstavbě závodu jako měřítko pro kvalitu přílivu designu. Výpustní koncentrace CHSKCr, BSK₅, NH₃-N a TP musí splňovat standardy třídy IV (TN menší nebo rovno 10/12 mg/l) specifikované v GB 3838-2002 „Normy environmentální kvality pro povrchové vody“. Ostatní indikátory musí vyhovovat normám třídy A GB 18918-2002 „Standard vypouštění znečišťujících látek z městských čistíren odpadních vod“. Tento projekt modernizace má návrhové měřítko 50 000 m³/d, celkovou investici 27,507 milionů juanů, provozní náklady 0,3 juanů/m³, celkové náklady 0,39 juanů/m³ a provozní cenu vody 0,45 juanů/m³.