اثر عملیاتی پروژه ارتقاء کارخانه تصفیه فاضلاب در تیانجین
یک تصفیه خانه فاضلاب در تیانجین تحت یک پروژه ارتقا و نوسازی قرار گرفت که با استفاده از فرآیند Bardenpho اصلاح شده-MBBR کیفیت پساب را از استاندارد درجه A که در «استاندارد تخلیه آلایندهها برای تصفیه خانههای فاضلاب شهری» (GB AClass 180218-20) محلی Tijin به استاندارد محلی Tijin 180218-2 افزایش میدهد، انجام داد. 12/599-2015. فرآیند راکتور بیوفیلم بستر متحرک (MBBR) شامل افزودن حاملهای معلق MBBR به راکتور، ایجاد مکانهایی برای اتصال میکروبی و تشکیل بیوفیلمهای متصل است، در نتیجه زیست توده موثر در سیستم افزایش مییابد و آلاینده حذف میشود. فرآیند MBBR مزایایی مانند بارگیری بالا، مقاومت قوی در برابر بارهای ضربه ای، عملکرد پایدار درمان، مدیریت عملیاتی ساده و عملیات انعطاف پذیر فرآیند را ارائه می دهد. تعداد فزاینده ای از WWTP ها در چین در حال اتخاذ فرآیند MBBR برای نوسازی هستند. این مقاله عملکرد عملیاتی یک WWTP تیانجین را پس از ارتقاء آن، با هدف ارائه مرجعی برای پروژههای ارتقاء مشابه تجزیه و تحلیل میکند.
1. فرآیند حذف بیولوژیکی نیتروژن و فسفر
مخزن بیولوژیکی اصلی از فرآیند A²/O با ظرفیت تصفیه 12500 تن در روز استفاده می کرد. سن کل لجن طرح 14 روز، غلظت جامدات معلق مشروب مخلوط (MLSS) 3500 میلی گرم در لیتر، دمای آب طرح 10 درجه، بازده لجن 0.936 kgSS/kgBOD، و بارگذاری لجن 0.082 kgBOD/kgMLSS بود. عمق موثر آب مخزن بیولوژیکی 6 متر، با حجم کل مخزن 9052.2 متر مکعب و کل زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) 17.4 ساعت بود. توزیع HRT عبارت بود از: منطقه انتخابگر 0.58 ساعت، منطقه بی هوازی 1.38 ساعت، منطقه بدون اکسیژن 2.85 ساعت، منطقه نوسان 0.92 ساعت، و منطقه هوازی 11.67 ساعت. بازیافت لجن 100٪ و بازیافت داخلی مشروب مخلوط 300٪ بود. مخزن بیولوژیکی اولیه عمدتاً از بخشهای بیهوازی-بیهوازی- تشکیل شده بود. پارامترهای عملیاتی را می توان بر اساس شرایط ورودی و نیازهای پساب برای دستیابی به حذف نیتروژن و فسفر تنظیم کرد، با کیفیت پساب مطابق با استاندارد درجه A GB 18918-2002.
2. بررسی اجمالی پروژه ارتقا و نوسازی
هدف از این ارتقا، بهبود کیفیت پساب برای مطابقت با استاندارد کلاس A استاندارد محلی تیانجین "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری" (DB 12/599-2015) بود. کیفیت ورودی و پساب طراحی شده در نشان داده شده استجدول 1. با توجه به مقادیر TN ورودی و خروجی طراحی، دستیابی به TN پساب زیر 10 میلی گرم در لیتر نیازمند نرخ نیترات زدایی 75.6 درصد در سیستم مخزن بیولوژیکی است. مخزن بیولوژیکی اصلی از پیکربندی A²/O استفاده می کرد. محاسبات بر اساس پیکربندی مخزن اصلی نشان داد که نسبت بازیافت داخلی باید از 200٪ به 310٪ افزایش یابد، همراه با افزودن مقدار زیادی منبع کربن خارجی. این نه تنها هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد، بلکه حجم زیاد جریان بازیافت داخلی می تواند محیط بدون اکسیژن را مختل کند. این می تواند منجر به کاهش HRT واقعی در منطقه بدون اکسیژن از حداقل نیاز شود و بر راندمان نیترات زدایی تأثیر بگذارد. فرآیند MBBR قابلیت نیترات زدایی سیستم را افزایش می دهد و کیفیت پساب را با افزودن حامل های معلق برای افزایش غلظت زیست توده در مخزن بهبود می بخشد و در نتیجه نیازهای ارتقا را برآورده می کند.
بدون تغییر حجم مخزن بیولوژیکی موجود، مناطق عملکردی داخلی مخزن بیولوژیکی مجدداً پیکربندی شد. پیکربندی اولیه A²/O (بی هوازی-بی هوازی-هوازی) به پیکربندی مرحله 6{4}}باردنفو تغییر یافت: منطقه بی هوازی، منطقه بدون اکسیژن، منطقه نوسانی، منطقه هوازی، منطقه پست-منطقه بدون اکسیژن، و منطقه پست-هوازی. به طور خاص، منطقه انتخابگر اصلی به یک منطقه بی هوازی تبدیل شد. منطقه بی هوازی اولیه، منطقه نوسانی (قسمت جلویی)، و منطقه بدون اکسیژن همگی به عنوان منطقه قبل از بی هوازی استفاده شدند. نیمه جلوی راهرو اول در منطقه هوازی اولیه به یک منطقه نوسانی تنظیم شده بود. راهروهای هوازی اول، دوم و سوم به منطقه MBBR تبدیل شدند، جایی که حامل های معلق، همراه با سیستم های غربالگری ورودی/خروجی و یک سیستم هوادهی کمکی پایین اضافه شدند. راهروی هوازی چهارم به یک منطقه پست{14}بی اکسیژن تبدیل شد. منطقه نوسان اولیه از نظر عملکردی تقسیم شده و به مناطق پست{15}آناکسیک و پس از هوازی تنظیم شد. پارامترهای مخزن بیولوژیکی بازسازی شده در نشان داده شده استجدول 2.
با توجه به عملیات فرآیند، مشروب مخلوط از منطقه هوازی به منطقه بدون اکسیژن بازیافت می شود و یک منبع کربن در منطقه بدون اکسیژن اضافه می شود. باکتری های نیترات زدایی از منبع کربن برای نیترات زدایی برای حذف نیتروژن نیترات تولید شده در ناحیه هوازی استفاده می کنند. نیتروژن نیترات باقیمانده وارد منطقه پست{2}}آنوکسیک می شود، جایی که منبع کربن اضافی برای ادامه نیترات زدایی اضافه می شود. پس از نوسازی، غلظت جامدات معلق مشروب مخلوط (MLSS) 4000 میلی گرم در لیتر، بازیافت لجن 50٪ تا 100٪، بازیافت داخلی مشروب مخلوط 200٪ - 250٪ و اکسیژن محلول در منطقه MBBR 2-5 میلی گرم در لیتر است. نمودار جریان فرآیند پس از بازسازی نشان داده شده استشکل 1.
3. راه اندازی سیستم پس از نوسازی مخزن بیولوژیکی
پس از اتمام بازسازی مخزن بیولوژیکی، مرحله راه اندازی آغاز شد. لجن آبگیری از WWTP دیگر به مخزن بیولوژیکی اضافه شد و غلظت لجن را به سرعت به بالای 3000 میلی گرم در لیتر در مدت زمان کوتاهی افزایش داد. این امر دوره کشت لجن و سازگاری را کوتاه کرد و امکان راه اندازی سریع مخزن بیولوژیکی و بازیابی ظرفیت حذف نیتروژن و فسفر آن را فراهم کرد. در طول دوره عملیات آزمایشی، به دلیل جریان ورودی نسبتا کم و غلظت آلاینده، بار عملیاتی واقعی کمتر از بار طراحی بود. رویکرد این بود که ابتدا لجن فعال را تا زمانی که سیستم بیولوژیکی تثبیت شود و کیفیت پساب به استانداردها برسد، کشت و عادت داده شود، سپس حامل های MBBR برای تشکیل بیوفیلم اضافه شود.
پس از اینکه حامل ها به بخش هوازی مخزن بیولوژیکی اضافه شدند، ابتدا آنها را غوطه ور کردند. میکروارگانیسم ها به تدریج به سطوح خود متصل می شوند. از نظر بصری، رنگ سطح حامل از سفید به زرد خاکی کم رنگ تغییر کرد زیرا میکروارگانیسمهای بیشتری به آن متصل شدند و بیوفیلم متراکمتر شد. رنگ حامل به تدریج عمیق تر شد. دو ماه پس از افزودن حامل، تشکیل بیوفیلم خوب بود، با سطح ناقل قهوهای مایل به زرد-و رنگ به تدریج عمیقتر شد. چهار ماه پس از افزودن حامل، بیوفیلم روی سطح حامل قهوهای تیره و متراکم به نظر میرسد. پیشرفت تشکیل بیوفیلم را می توان به طور شهودی بر اساس تغییرات در رنگ حامل مشاهده کرد، همانطور که در نشان داده شده است.شکل 2. در دسامبر 2021، بررسی میکروسکوپی لجن فعال از مخزن بیولوژیکی و لجن از حامل ها ساختارهای لخته فشرده با خاصیت جذب و ته نشینی خوب را نشان داد. از نظر بصری، حاملها تشکیل بیوفیلم آشکاری را نشان دادند. بررسی میکروسکوپی ارگانیسم هایی مانند Vorticella، Opercularia و Epistylis را با مشاهده گاه به گاه چند مژک دار متحرک شناسایی کرد که نشان دهنده تکمیل مرحله تشکیل بیوفیلم است.
4. عملکرد عملیاتی پس از نوسازی مخزن بیولوژیکی
4.1 عملکرد حذف برای COD و BOD پس از بازسازی
مقادیر COD و BOD پساب برای سال 2022 در نشان داده شده استشکل 3. COD پساب از 10.2 تا 24.9 میلی گرم در لیتر، با میانگین 18.0 میلی گرم در لیتر متغیر بود. BOD خروجی از 2.1 تا 4.9 میلی گرم در لیتر، با میانگین 3.4 میلی گرم در لیتر متغیر بود. هر دو پساب COD و BOD به طور پایدار با استاندارد کلاس A محلی تیانجین مطابقت داشتند. سیستم بازسازی شده نه تنها عملکرد حذف خوبی برای COD و BOD نشان داد، بلکه سطوح COD و BOD پساب را در طول فصل سیل ثابت و منطبق نگه داشت، حتی زمانی که بار ورودی واقعی نیروگاه به 110 درصد ظرفیت طراحی آن رسید. این نشان می دهد که سیستم از مقاومت خوبی در برابر بارهای ضربه ای برخوردار است.
4.2 عملکرد حذف برای TN و NH3-N پس از بازسازی
مقادیر TN و NH3-N پساب برای سال 2022 در نشان داده شده استشکل 4. TN از 3.72 تا 8.74 میلی گرم در لیتر، با میانگین 6.43 میلی گرم در لیتر متغیر بود. NH3{5}}N بین 0.02 تا 1.25 میلی گرم در لیتر، با میانگین 0.12 میلی گرم در لیتر متغیر بود. در طول عملیات زمستانی، به دلیل کاهش دما، میزان نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی کاهش یافت. در عمل، غلظت لجن به بالای 6000 میلی گرم در لیتر افزایش یافت. عملکرد در غلظت لجن بالا برای بهبود مقاومت سیستم بیولوژیکی در برابر بارهای ضربه ای، به ویژه در دماهای پایین مفید است. هم افزایی بین غلظت بالای لجن و بیوفیلم متصل به حامل های MBBR اثر تصفیه سیستم بیولوژیکی را افزایش می دهد.
حامل های MBBR محیط مساعدی را برای جوامع میکروبی فراهم می کنند و از رشد و تولید مثل آنها حمایت می کنند. پس از سازگاری و بلوغ، ظرفیت نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی بیوفیلم تقویت می شود. میکروارگانیسم ها به صورت لایه لایه روی سطح حامل می چسبند و رشد می کنند، تراکم جانوران وحشی را افزایش می دهند و ساختارهای لجنی بزرگ، متراکم و سریعاً پایدار را تشکیل می دهند. هنگام مواجهه با تغییرات خارجی کیفیت آب، میکروارگانیسمهای روی سطح حامل مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) را برای محافظت از خود ترشح میکنند و در نتیجه تأثیر تغییرات ناگهانی کیفیت آب بر روی میکروارگانیسمهای لایه داخلی کاهش مییابد.
در WWTPهایی که از فرآیند MBBR استفاده می کنند، پدیده نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان (SND) در ناحیه حامل هوازی مشاهده شده است. آزمایش مقادیر TN ورودی و پساب از منطقه حامل هوازی تفاوت 2-6 میلی گرم در لیتر را نشان داد. این تفاوت به ویژه هنگامی که اکسیژن محلول در مخزن هوازی کمتر از 2 میلی گرم در لیتر کنترل می شد، آشکارتر بود، که نشان دهنده SND قابل توجه تر در شرایط اکسیژن محلول کم است. TN پساب از مخزن ته نشینی ثانویه به طور کامل استانداردها را برآورده کرده است، به این معنی که حذف TN در مرحله تصفیه بیولوژیکی کامل شده است. در عملیات واقعی، فیلتر بستر عمیق- نیترات زدایی به عنوان یک فرآیند حفاظتی عمل می کند. در شرایط عادی، به عنوان یک فیلتر معمولی عمل می کند تا اطمینان حاصل شود که نشانگرهای SS استانداردها را برآورده می کنند.
4.3 عملکرد حذف برای TP و SS پس از بازسازی
مقادیر TP و SS پساب برای سال 2022 در نشان داده شده استشکل 5. TP پساب فاضلاب WWTP از 0.04 تا 0.22 میلی گرم در لیتر، با میانگین 0.10 میلی گرم در لیتر متغیر بود. پساب SS از 1 تا 4 میلی گرم در لیتر، با میانگین 2.2 میلی گرم در لیتر متغیر بود. پس از ارتقا، TP پساب مخزن رسوب ثانویه حدود 1.0 میلی گرم در لیتر و SS حدود 26 میلی گرم در لیتر بود. با افزودن کلرید آهن و PAM در مخزن ته نشینی با راندمان بالا برای افزایش انعقاد و از طریق تصفیه بیشتر در فیلتر بستر عمیق{13} نیترات زدایی، پساب TP و SS به طور پایدار با استاندارد کلاس A محلی تیانجین مطابقت داشتند و مقدار رنگ به میزان قابل توجهی کاهش یافت.
5. نتیجه گیری
برای برآورده کردن استاندارد کلاس A محلی تیانجین، فرآیند اولیه A²/O در WWTP به پیکربندی پنج مرحلهای Bardenpho تبدیل شد و فرآیند MBBR را در بخش هوازی برای بهبود حذف نیتروژن بیولوژیکی، کاهش TN و NH3{1}N پساب وارد کرد. در طول فصل سیل با جریان اضافه بار، همه شاخص ها به طور پایدار استانداردها را برآورده کردند و مقاومت خوبی در برابر ضربه نشان دادند. پس از بازسازی مخزن بیولوژیکی، نسبت بازیافت داخلی 200% تا 300%، بازیافت لجن خارجی 50% تا 100%، غلظت لجن 4000 تا 6000 میلیگرم در لیتر، اکسیژن محلول در ناحیه هوازی در 3 تا 5 میلیگرم در لیتر کنترل شد، و در ناحیه شاهد آنااکسی 0 محلول در 0.50 میلیگرم در لیتر بود. میلی گرم در لیتر. در سال 2022، کیفیت پساب WWTP این بود: COD 10.2–24.9 mg/L، میانگین 18.0 mg/L. BOD 2.1-4.9 mg/L، میانگین 3.4 mg/L. NH3{24}}N 0.02-1.25 mg/L، میانگین 0.12 mg/L. TN 3.72-8.74 mg/L، میانگین 6.43 mg/L. TP 0.04-0.22 میلی گرم در لیتر، متوسط 0.1 میلی گرم در لیتر. SS 1-4 میلی گرم در لیتر، متوسط 2.2 میلی گرم در لیتر. همه به طور پایدار با استاندارد کلاس A استاندارد محلی تیانجین "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری" (DB 12/599-2015) مطابقت داشتند.