AAOAO-MBBR و ارتقاء اکسیداسیون ازن: دستیابی به استانداردهای شبه-کلاس IV آب در WWTP چینگدائو

ارتقاء طراحی و عملکرد کارخانه تصفیه آب با کیفیت Xin'an Qianhe بر اساس فرآیند AAOAO-MBBR و اکسیداسیون ازن

چینگدائو، به عنوان یک شهر مرکزی ساحلی ملی، نتایج قابل توجهی در مدیریت زیست محیطی به دست آورده است. با این حال، در مقایسه با کلانشهرهای{1}سطح بین‌المللی، سیستم مدیریت محیط آب شهری آن هنوز با چالش‌های ساختاری مواجه است.

در حال حاضر، بین میزان پوشش شبکه لوله زهکشی، کارایی عملیاتی تاسیسات تصفیه فاضلاب و انتظارات عمومی برای یک محیط آبی با کیفیت بالا فاصله وجود دارد. همچنین فاصله ای با تحقق چشم انداز زیست محیطی ساخت یک «چینگدائوی زیبا» وجود دارد.

برای مقابله با این چالش ها، چینگدائو نیاز فوری به اجرای اقدامات سیستماتیک مانند برنامه ریزی علمی، تخصیص بهینه منابع و تقویت سرمایه گذاری زیرساختی دارد. هدف این تلاش‌ها افزایش کارایی شبکه جمع‌آوری فاضلاب و ظرفیت تصفیه پایانه است و در نتیجه پایه‌های اکولوژیکی توسعه پایدار شهر را مستحکم می‌کند.

پروژه کارخانه تصفیه آب با کیفیت Xin'an Qianhe در منطقه جدید ساحل غربی چینگدائو واقع شده است. دارای ظرفیت تصفیه طراحی شده 50000 مترمربع در روز، مساحت کل سایت 33154 متر مربع و سرمایه گذاری کل 182.4 میلیون یوان است. گزارش امکان سنجی پروژه در مارس 2021 تکمیل شد، طرح اولیه و بودجه در ژوئن همان سال تصویب شد و ساخت و ساز به طور رسمی در آوریل 2023 آغاز شد و در حال حاضر در مرحله ساخت است. طرح اولیه مستلزم آن بود که پارامترهای کلیدی پساب با استانداردهای کلاس V مشخص شده در GB 3838-2002 "استانداردهای کیفیت محیطی برای آب‌های سطحی" مطابقت داشته باشند، در حالی که نیتروژن کل (TN) و سایر شاخص‌ها باید استانداردهای درجه A GB 18918-2002 "Disciplutcharge Standard" را برآورده کنند.

در مارس 2022، اداره امور آب چینگدائو "اعلامیه ای در مورد انجام کارهای ارتقا و نوسازی برای تاسیسات تصفیه فاضلاب شهری در چینگدائو" صادر کرد. این اطلاعیه به تصفیه خانه‌های اطراف خلیج Jiaozhou، خلیج Bohai، و در امتداد رودخانه‌ها برای تکمیل ارتقاء نیاز داشت و استاندارد تخلیه را به کیفیت آب سطحی شبه-کلاس IV با TN پساب بین 10-12 میلی‌گرم در لیتر کنترل می‌کرد. انتشار این سیاست در فاصله زمانی بین تایید طراحی اولیه پروژه (ژوئن 2021) و شروع فیزیکی آن (آوریل 2023)، ایجاد شکاف فنی بین استانداردهای طراحی اولیه تایید شده قبلی و آخرین الزامات زیست محیطی ایجاد کرد. به عنوان یک تاسیسات جدید تصفیه فاضلاب در منطقه جدید ساحل غربی، برای اطمینان از انطباق پس از اتمام، انجام همزمان بهینه سازی فرآیند در طول مرحله ساخت و ساز و توسعه یک طرح ارتقاء اقتصادی از طریق مطالعات امکان سنجی ضروری شد.

1. طراحی و انتخاب طرح فرآیند

1.1 کیفیت پساب طراحی شده

استانداردهای پساب پروژه از شبه-کلاس V به شبه-کیفیت آب سطحی کلاس IV ارتقاء یافت. راه حل های فنی منطقی برای کاهش بیشتر مقادیر شاخص هایی مانند BOD، COD مورد نیاز بود_کروم،TN، NH3-N، و TP در پساب. تجزیه و تحلیل خاص در نشان داده شده استجدول 1.

1.2 انتخاب طرح فنی مهندسی

جریان فرآیند کارخانه در حال ساخت در نشان داده شده استشکل 1.

کارخانه در حال ساخت فرآیند "پیش تصفیه + مخزن بیوشیمیایی AAOAO اصلاح شده + مخزن ته نشینی ثانویه + مخزن ته نشینی با راندمان بالا + V- نوع فیلتر + اکسیداسیون ازن" را اتخاذ می کند. چیدمان سازه ها فشرده است و هیچ زمین مازادی برای پروژه بهسازی باقی نمی گذارد، بنابراین باید بر اساس ساخت و ساز در حال انجام باشد. این ارتقا در درجه اول حذف آلاینده هایی مانند COD را هدف قرار می دهد_Cr، NH3-N، TN و TP. دو طرح مقایسه ای پیشنهاد شد، همانطور که در جزئیات توضیح داده شده استجدول 2.

طرح 1: AAOAO-MBBR + فرآیند مخزن ته نشینی با کارایی بالا-

• اصلاح سیستم بیوشیمیایی: ساختار مخزن بیوشیمیایی AAOAO در حال ساخت را بهینه کنید. ظرفیت نیترات زدایی را با افزایش حجم ناحیه بدون اکسیژن افزایش دهید. به طور همزمان، حامل های MBBR را به صورت موضعی در منطقه هوازی اضافه کنید تا یک فرآیند ترکیبی تشکیل شود و کارایی حذف بیوشیمیایی NH3-N و TN تقویت شود.
• ارتقاء سیستم فیزیکوشیمیایی: ساختار مخزن و پارامترهای تجهیزات پشتیبانی مخزن ته نشینی با راندمان بالا را برای اطمینان از انطباق پایدار TP بهینه کنید.
• بهبود درمان پیشرفته: افزایش دوز در واحد اکسیداسیون ازن برای تخریب بیشتر مواد آلی نسوز، تضمین COD_Crرعایت تخلیه

طرح 2:-مخزن ته نشینی با راندمان بالا + فرآیند فیلتر کردن بستر عمیق

• بهینه سازی حالت عملیات: ساختار اصلی مخزن بیوشیمیایی AAOAO را حفظ کنید. دستگاه‌های هوادهی قابل تنظیم را در ناحیه پست{1}}آنوکسیک اضافه کنید تا به صورت پویا بین حالت‌های بدون اکسیژن/هوازی بر اساس کیفیت ورودی سوئیچ کنید و از اثربخشی درمان NH3-N اطمینان حاصل کنید.
• ارتقاء سیستم فیزیکوشیمیایی: ساختار مخزن و پارامترهای تجهیزات پشتیبانی مخزن ته نشینی با راندمان بالا را برای اطمینان از انطباق پایدار TP بهینه کنید.
• استفاده از فیلتر نیترات زدایی: با استفاده از دوز منبع کربن برای افزایش قابلیت حذف TN، فیلتر نوع V- را به فیلتر بستر عمیق نیترات زدایی تبدیل کنید.
• بهبود درمان پیشرفته: افزایش دوز در واحد اکسیداسیون ازن برای تخریب بیشتر مواد آلی نسوز، تضمین COD_Crرعایت تخلیه

هر دو طرح می توانند الزامات حذف نیتروژن و فسفر را برآورده کنند. طرح 1 از تغییراتی در مخزن بیوشیمیایی برای دستیابی به حذف TN استفاده می کند. مزیت آن در استفاده کامل از منبع کربن ورودی است. هنگامی که TN ورودی نوسان می کند، یک منبع کربن خارجی نیز می تواند در منطقه بدون اکسیژن برای حذف TN اضافه شود. در مقایسه، فیلتر بستر عمیق نیترات زدایی که در طرح 2 استفاده می شود، استفاده از منبع کربن خارجی را ضروری می کند و به نگهداری طولانی مدت فعالیت میکروبی در فیلتر نیاز دارد و هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد. اگرچه هزینه‌های سرمایه‌گذاری ساخت‌وساز برای هر دو طرح قابل مقایسه است، اما بر اساس ملاحظات چند بعدی از جمله کنترل هزینه عملیاتی، پایداری فرآیند، و بهره‌وری استفاده از منبع کربن، طرح 1-که هم کارایی اقتصادی و هم انعطاف‌پذیری عملیاتی را ارائه می‌دهد، در نهایت به عنوان فرآیند اجرایی برای پروژه ارتقاء انتخاب شد.

2. نکات کلیدی طراحی مهندسی

2.1 اصلاح سیستم بیوشیمیایی

فناوری اصلی فرآیند MBBR در دستیابی به حرکت سیال کارآمد حامل های معلق از طریق طراحی نهفته است، در نتیجه به طور قابل توجهی کارایی تجزیه زیستی سیستم را برای آلاینده ها افزایش می دهد. این سیستم فرآیندی از پنج عنصر کلیدی تشکیل شده است: حامل‌های بیوفیلم-مکانیکی بالا، ساختار مخزن هیدرولیک سازگار، سیستم هوادهی جهت دار، دستگاه صفحه نمایش دقیق رهگیری، و تجهیزات رانش سیال. بر اساس حجم مخزن تنظیم شده و پارامترهای طراحی پروژه اجاره تجهیزات تصفیه فاضلاب عملیاتی 20000 متر مکعب در روز (MBBR) در سیستم فاضلاب منطقه ای، کل مساحت موثر مورد نیاز محاسباتی حامل های معلق تقریباً 2164000 متر مربع است. سطح ویژه موثر طراحی شده حامل های MBBR بیش از 750 متر مربع بر متر مکعب است. جدول محاسبه طراحی برای حجم مخزن اصلاح شده AAOAO{12}}MBBR در نشان داده شده استجدول 3.

2.2 ارتقاء سیستم فیزیکوشیمیایی

مخزن ته نشینی با راندمان بالا برای کار در دو گروه موازی طراحی شده است. بازسازی این واحد یک فرم بسته فرآیندی را اتخاذ می‌کند که تامین‌کننده تجهیزات تضمین‌های فنی کامل-فرآیند و تعهدات عملکرد را ارائه می‌دهد. پارامترهای فرآیند اصلی و پیکربندی تجهیزات به شرح زیر است.

مخزن انعقاد از دو گروه با 4 محفظه تشکیل شده است. اندازه تک محفظه طراحی شده 2.675 متر × 2.725 متر × 5.9 متر است. زمان اوج بازداشت تقریباً 3.8 دقیقه است، با گرادیان سرعت (G) بیشتر یا مساوی 250 ثانیه-¹. هر همزن با یک واحد{10}قدرت 4 کیلووات پیکربندی شده است.

مخزن لخته سازی از دو گروه با 2 محفظه تشکیل شده است. اندازه تک محفظه طراحی شده 5.65 متر × 5.65 متر × 5.9 متر است. زمان اوج بازداشت تقریباً 8.3 دقیقه است. قطر داخلی لوله کشش 2575 میلی متر است. با همزن‌های نوع توربین{13}}Φ2500، هر کدام با قدرت 7.5 کیلووات پیکربندی شده است.

مخزن ته نشینی از دو گروه تشکیل شده است. مساحت لوله شیبدار برای یک گروه تقریباً 84 متر مربع است. قطر مخزن رسوب 11.7 متر است. میانگین نرخ بارگیری هیدرولیکی طراحی شده بر روی سطح لوله شیبدار 12.4 m³/(m²·h) با مقدار پیک 16.1 m³/(m²·h) است. میانگین نرخ بارگذاری هیدرولیکی طراحی شده برای منطقه رسوب 7.6 m³/(m²·h)، با مقدار پیک 9.9 m³/(m²·h) است.

سیستم دوز شیمیایی به صورت زیر پیکربندی شده است: مایع تجاری پلی‌آلومینیوم کلرید (PAC) (10% Al2O3) به عنوان منعقد کننده طراحی شده است که در چندین نقطه در بخش ورودی مخزن انعقاد دوز می‌شود. حداکثر دوز طراحی شده 300 میلی گرم در لیتر، با دوز متوسط ​​150-200 میلی گرم در لیتر است. پمپ‌های اندازه‌گیری دیافراگمی مکانیکی استفاده می‌شوند که با یک سیستم رقیق‌سازی آنلاین 10{8} برابری پیکربندی شده‌اند. پلی آکریل آمید آنیونی (PAM) به عنوان لخته ساز طراحی شده است که در بخش لخته سازی مخزن رسوب{15} با راندمان بالا دوز می شود. مجموعه ای از واحد آماده سازی و دوز محلول PAM پیوسته تمام اتوماتیک با غلظت محلول 2 گرم در لیتر استفاده می شود. حداکثر دوز طراحی شده 0.6 میلی گرم در لیتر، با دوز متوسط ​​0.3 میلی گرم در لیتر است. پمپ های دوز، پمپ های اندازه گیری پیچی هستند که به سیستم رقیق سازی آنلاین 10 برابری نیز مجهز هستند.

2.3 آزمایشی آزمایشی{1}}تأیید آزمایش اکسیداسیون ازن در مقیاس

برای تأیید امکان‌سنجی پساب کارخانه ارتقا یافته به‌طور پایدار مطابق با استانداردهای آب سطحی کلاس IV (غلظت COD کمتر یا مساوی 30 میلی‌گرم در لیتر)، این مطالعه پساب ثانویه از فازهای اول و دوم کارخانه تصفیه با کیفیت آب لیانوانه را به عنوان موضوع تحقیق در ژوئن 2024 انتخاب کرد. انجام شد. این آزمایش با هدف ارزیابی کاربرد این فرآیند در طراحی پروژه Xin'an و دستیابی به هدف انجام شد.

این آزمایش از واحد تصفیه شنی موجود در مقیاس کوچک (ظرفیت تصفیه 1.5 متر مکعب در ساعت) در کارخانه Lianwanhe استفاده کرد. یک دستگاه آزمایشی-واکنش اکسیداسیون ازن در مقیاس (راکتور برج، حجم مؤثر 0.5 m³) در- سایت راه اندازی شد. پساب مخزن ته نشینی ثانویه موجود توسط فیلتر شنی کوچک فیلتر شد، سپس توسط یک پمپ بلند شد تا از بالا وارد برج اکسیداسیون ازن شود. از اثر اکسید کننده ازن برای حذف مواد آلی نسوز از پساب استفاده شد و به کاهش COD بیشتر رسید.

2.3.1 عملکرد "فیلتراسیون ماسه + اکسیداسیون ازن" در دوز ازن 20 میلی گرم در لیتر و HRT 30 دقیقه

در طول این مرحله تحقیقاتی، غلظت COD ورودی از 38.2 تا 43.4 میلی گرم در لیتر، با میانگین 40.4 میلی گرم در لیتر متغیر بود. پس از تصفیه با فرآیند «فیلتراسیون شنی + اکسیداسیون ازن»، COD پساب نهایی به طور متوسط ​​28.8 میلی گرم در لیتر بود. این آزمایش نشان داد که وقتی غلظت COD بالا بود، هنوز مواردی وجود داشت که COD پساب از استاندارد مطابقت نداشت. علاوه بر این، رنگ پساب نهایی از آزمایش آزمایشی بالاتر از پساب باقی ماند و استاندارد تخلیه را رعایت نکرد. جزئیات در نشان داده شده استشکل 2 (الف).

2.3.2 عملکرد "فیلتراسیون ماسه + اکسیداسیون ازن" در دوز ازن 25 میلی گرم در لیتر و HRT 30 دقیقه

برای بهبود بیشتر حذف COD و کاهش رنگ پساب، این مرحله به افزایش دوز ازن ادامه داد و در عین حال HRT را در 30 دقیقه حفظ کرد. در این مرحله آزمایشی، غلظت COD ورودی از 36.3 تا 46.2 میلی گرم در لیتر، به طور متوسط ​​40.4 میلی گرم در لیتر متغیر بود. پس از درمان، غلظت COD به 28 میلی گرم در لیتر کاهش یافت. رنگ پساب نهایی از آزمایش آزمایشی همچنان بالاتر از پساب باقی مانده است و استاندارد تخلیه را برآورده نمی کند. جزئیات در نشان داده شده استشکل 2 (ب).

2.3.3 عملکرد "فیلتراسیون شنی + اکسیداسیون ازن" در دوز ازن 30 میلی گرم در لیتر و HRT 30 دقیقه

تحت شرایط دوز ازن 30 میلی گرم در لیتر و HRT 30 دقیقه، فرآیند "فیلتراسیون شنی + اکسیداسیون ازن" اثربخشی درمان خوبی را برای COD پساب ثانویه نشان داد. در این مرحله آزمایش، غلظت COD ورودی از 38.2 تا 42.2 میلی گرم در لیتر، به طور متوسط ​​40.2 میلی گرم در لیتر متغیر بود. پس از تصفیه، غلظت COD پساب زیر 30 میلی گرم در لیتر، به طور متوسط ​​26 میلی گرم در لیتر ثابت باقی ماند. در این مرحله، فرآیند همچنین اثربخشی خوبی در حذف رنگ نشان داد، با رنگ اندازه‌گیری شده به طور مداوم زیر 20، که به طور پایدار استاندارد تخلیه را برآورده می‌کند. جزئیات در نشان داده شده استشکل 2 (ج).

2.3.4 نتیجه گیری تجربی

بر اساس نتایج تجربی، در شرایط واکنش بهینه، نسبت دوز ازن (30 میلی‌گرم در لیتر) به حذف COD (2/12 میلی‌گرم در لیتر) در واحد تصفیه ازن 00/2:45/2 بود.

آزمایش آزمایشی ثابت کرد که فرآیند تصفیه پیشرفته "فیلتراسیون شنی + اکسیداسیون ازن" می تواند به طور موثر مقدار COD پساب ثانویه نماینده کارخانه Lianwanhe را کاهش دهد. بنابراین، اتخاذ فرآیند "فیلتراسیون شن و ماسه + اکسیداسیون ازن" به عنوان فرآیند تصفیه پیشرفته برای پروژه Xin'an Qianhe امکان‌سنجی خوبی دارد و می‌تواند اطمینان حاصل کند که COD پساب پروژه زیر 30 میلی‌گرم در لیتر پایدار می‌ماند.

3. نتیجه گیری

این تحقیق بر روی سه ماژول اصلاح اصلی متمرکز است: سیستم تصفیه بیوشیمیایی فرآیند هیبریدی AAOAO-MBBR (رشد معلق و متصل) را اتخاذ می‌کند. واحد تصفیه فیزیکوشیمیایی ساختار مخزن و انتخاب تجهیزات را برای مخزن رسوب-با کارایی بالا بهینه می کند. و پیوند درمان پیشرفته از طریق آزمایش آزمایشی-اکسیداسیون ازن در مقیاس تأیید شده است.

از طریق بهینه سازی هم افزایی این زنجیره فرآیند، یک سیستم کامل{0}}تصفیه فرآیند "افزایش بیوشیمیایی - بهبود فیزیکوشیمیایی - حفاظت پیشرفته" ساخته شده است. به طور همزمان، این طراحی مهندسی از واقعیت عینی ساخت و ساز پروژه جاری در حال انجام پیروی می کند و بهینه سازی هماهنگ توالی ساخت و ساز برای همه سازه ها را برای حداکثر استفاده از امکانات موجود و به حداقل رساندن بار کاری نوسازی ضروری می کند.

این پروژه از استاندارد کیفیت پساب کارخانه در حال ساخت به عنوان معیاری برای کیفیت تاثیرگذار طراحی استفاده می کند. غلظت های تخلیه COD_Cr, BOD₅, NH3-N و TP باید با استانداردهای کلاس IV (TN کمتر یا برابر با 10/12 میلی گرم در لیتر) که در GB 3838-2002 "استانداردهای کیفیت محیطی برای آب های سطحی" مشخص شده است مطابقت داشته باشند. سایر شاخص ها باید با استانداردهای درجه A GB 18918-2002 "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری" مطابقت داشته باشند. این پروژه ارتقاء دارای مقیاس طراحی 50000 متر مکعب در روز، سرمایه گذاری کل 27.507 میلیون یوان، هزینه عملیاتی 0.3 یوان در متر مکعب، هزینه کل 0.39 یوان در متر مکعب و قیمت آب عملیاتی 0.45 یوان در متر مکعب است.