ניתוח השוואתי של יעילות הסרת חנקן וזרחן בין תהליכי Bardenpho ו-AAO
1 סקירת פרויקט וזרימת תהליך
1.1 סקירת פרויקט
למפעל המים המוחזרים מס' 5 של שיאן (לשעבר "מתקן לטיהור מי שפכים מס' 5", להלן "WuWu") יש קיבולת עיצוב כוללת של 400,000 מ"ר ליום, המשתרע על שטח של 387.57 mu (כ-258,380 מ"ר). היא משרתת שטח כולל של כ-5,330 דונם ואוכלוסייה של כ-900,000. המפעל יכול לטפל בשפכים ביתיים ובשפכים תעשייתיים באמצעות תהליך AAO קונבנציונלי או תהליך ברדנפו בן חמישה-שלבים. המבנים העיקריים לטיפול בשפכים כוללים רשתות גסות, תחנות משאבת הרמה, רשתות עדינות, תאי גרגירים מאווררים, מיכלי שיקוע ראשוניים, מיכלי תגובה ביולוגיים, מיכלי שיקוע משניים, מכלי שיקוע ביעילות גבוהה, מסננים מסוג V- ומכלי חיטוי מגע אל מיכלי ההזרמה הסופיים של נהר ה-Ba. איכות הקולחים תואמת לתקן דרגה A המצוין בטבלה 1 של "תקן להזרמת מי שפכים של מחוז שאאנשי הצהוב" (DB61/224-2018). (הערה: מגבלת ה-TN תואמת את הדרישה של 12 מ"ג/ליטר שנקבעה ב"תוכנית פעולה תלת-שנתית של שיאן עירוני שיקום מכון טיהור שפכים עירוני שדרוג, כיסוי והסרת ריח (2018-2020)" (מסמך המשרד העירוני [2018] מס'. 100)). איכות מי הקולחין וההשפעה העיצובית מוצגים בטבלה 1.
1.2 זרימת תהליך
תרשימי זרימה המשווים את תהליך Bardenpho לתהליך ה-AAO המסורתי מוצגים באיורים 1 ו-2.
2 פרמטרי עיצוב
2.1 עיצוב איכות מי השפע והקולחים
2.2 פרמטרי הפעלה
המיכלים הביולוגיים המשתתפים בהשוואה חולקים ממדים זהים. כל מיכל ביולוגי מחולק ל-3 תעלות, עם מימד ערוץ בודד של L × W × H=86 מ' × 15 מ' × 9 מ'. ריכוז ה-MLSS הממוצע במיכלים הביולוגיים נע בין 6,500~7,000 מ"ג/ליטר. זמני השמירה ההידראולית (HRT) עבור תהליך ה-AAO הרגיל הם: אזור אנאירובי 1.983 שעות, אזור אנוקסי 5.534 שעות, אזור אירובי 9.029 שעות, בסך הכל 16.546 שעות. HRTs עבור תהליך Bardenpho הם: אזור אנאירובי 1.983 שעות, אזור אנוקסי ראשון 4.643 שעות, אזור אירובי ראשון 7.163 שעות, אזור אנוקסי שני 1.973 שעות, אזור אירובי שני 0.822 שעות, בסך הכל 16.584 שעות.
3 רקע הפרויקט, מטרת המחקר ומתודולוגיה
3.1 רקע הפרויקט ומטרת המחקר
תהליכי הטיפול הביולוגיים העיקריים ב-WuWu הם תהליך ה-AAO הקונבנציונלי ותהליך Bardenpho. תהליך ה-AAO המקובל הוא שיטת טיפול ביולוגית נפוצה במפעלי טיהור שפכים. עם השיפור המתמיד של תקני הזרמת שפכים של סין, תהליך Bardenpho, הנגזר מתהליך ה-AAO הקונבנציונלי וידוע ביעילות גבוהה יותר של סילוק חנקן, אומץ באופן נרחב על ידי מכוני טיהור שפכים ביתיים. כדי לאפשר בחירת תהליכים טובה יותר, WuWu ערכה השוואה מקיפה של תהליכי AAO ו-Bardenpho הקונבנציונליים מנקודת המבט של סילוק חנקן וזרחן. זה מספק בסיס לשדרוג של מתקני טיהור שפכים ביתיים עירוניים אחרים ולתכנון פרויקטים חדשים.
3.2 מתודולוגיית מחקר
לכל מיכל ביולוגי ב-WuWu קיבולת טיפול יומית של 50,000 מ"ק ליום. לניסוי השוואתי זה, נבחרו המיכלים הביולוגיים מסדרות A1 ו-B1. סדרת A1 משתמשת בתהליך Bardenpho, כאשר המערכת הביולוגית שלה מחולקת ברצף ל: אזור אנאירובי, אזור אנוקסי ראשון, אזור אירובי ראשון, אזור אנוקסי שני ואזור אירובי שני. סדרת B1 משתמשת בתהליך ה-AAO המקובל, כאשר המערכת הביולוגית שלה מחולקת ברצף ל: אזור אנאירובי, אזור אנוקסי ואזור אירובי. במהלך הניסוי, שתי הסדרות פעלו בתנאים זהים, כאשר נקודות הדגימה מפוזרות לאורך זרימת התהליך לפי הצורך.
שיטות מדידת מזהמים: TP נמדד בשיטת אמוניום מוליבדאט ספקטרופוטומטרית; TN באמצעות שיטת עיכול אלקליין אשלגן פרסולפט UV ספקטרופוטומטרי; NH₃-N בשיטת Nessler's Reagent Spectrophotometric; COD באמצעות שיטת הספקטרופוטומטרית אשלגן דיכרומט.
4 אתגרים תפעוליים ומצב נוכחי
תהליך ה-AAO הקונבנציונלי הוא גם גרסה של תהליך הבוצה מופעלת AO. הסרת ה-TN שלו תלויה לחלוטין במחזור. תקני שפכים גבוהים יותר ושיעורי פינוי נדרשים גדולים יותר מחייבים זרימות מחזור גדולות יותר, מלווה בצריכת אנרגיה מוגברת וכימיקלים. עבור תקנים דרגה A, תהליך ה-AAO המקובל עדיין מקובל. עם זאת, עבור תקני TN מחמירים יותר, ברור שתהליכים קונבנציונליים אינם מתאימים יותר.
תהליך Bardenpho הוא תהליך טיפוסי בחמישה-שלבים. על ידי הוספת אזור פוסט- דניטריפיקציה לאחר תהליך ה-AAO הרגיל, הוא שובר את המגבלה של הסרת TN התלויה ביחס המחזור, ובכך משפר את הסרת החנקן. מכיוון שמפעלי טיהור שפכים עומדים בפני תקני פריקת TN מחמירים יותר ויותר, תהליך Bardenpho מפגין יתרונות משמעותיים.
5 תוצאות מחקר ודיון
הסרת 5.1 NH₃-N
רמות NH₃-N בהשפעת האזורים האנאירוביים והקולחים של המיכלים הביולוגיים עבור A1 ו-B1 נוטרו שוב ושוב במשך 15 ימים. התוצאות מוצגות באיור 3. ההסרה הממוצעת של NH₃-N עבור תהליך Bardenpho הייתה 12.7 מ"ג/ליטר, בעוד עבור תהליך ה-AAO הרגיל זה היה 11.68 מ"ג/ליטר. התוצאות מצביעות על כך שבאותם תנאים עונתיים, פרק זמן, חלוקת השפעה אחידה ועם הוספת מקור פחמן באזור הפרה-האנוקסי, תהליך Bardenpho השיג הסרה טובה יותר של NH₃-N מאשר תהליך ה-AAO הרגיל.
5.2 הסרת TN
רמות TN בהשפעת האזורים האנאירוביים והקולחים של המיכלים הביולוגיים עבור A1 ו- B1 נוטרו שוב ושוב במשך 10 ימים. התוצאות מוצגות באיור 4. הסרת ה-TN הממוצעת עבור תהליך Bardenpho הייתה 6.23 מ"ג/ליטר, בעוד עבור תהליך ה-AAO הרגיל זה היה 2.65 מ"ג/ליטר. התוצאות מצביעות על כך שבאותם תנאים, תהליך Bardenpho השיג הסרה כללית טובה יותר של TN מאשר תהליך ה-AAO הרגיל.
5.3 הסרת TP
רמות TP בהשפעת האזורים האנאירוביים והקולחים של המיכלים הביולוגיים עבור A1 ו-B1 נוטרו שוב ושוב במשך 22 ימים. התוצאות מוצגות באיור 5. הסרת ה-TP הממוצעת עבור תהליך Bardenpho הייתה 0.561 מ"ג/ליטר, בעוד עבור תהליך ה-AAO הרגיל זה היה 0.449 מ"ג/ליטר. התוצאות מצביעות על כך שבאותם תנאים, תהליך Bardenpho השיג הסרה כללית טובה יותר של TP מאשר תהליך ה-AAO הרגיל.
5.4 הסרת COD
רמות COD בהשפעת האזורים האנאירוביים והקולחים של המיכלים הביולוגיים עבור A1 ו- B1 נוטרו שוב ושוב במשך 9 ימים. התוצאות מוצגות באיור 6. צריכת COD הממוצעת עבור תהליך Bardenpho הייתה 13 מ"ג/ליטר, בעוד עבור תהליך AAO הקונבנציונלי היא הייתה 19 מ"ג/ליטר. התוצאות מצביעות על כך שבאותם תנאים, לתהליך ה-AAO הקונבנציונלי היה ביקוש COD גבוה יותר מאשר לתהליך Bardenpho.
6 מסקנה ותחזית
6.1 מסקנה
באותם תנאי הפעלה עונתיים, תהליך Bardenpho הוכיח מגמה כוללת של יעילות הסרה מעולה עבור TN, TP ו-NH₃-N בשפכים בהשוואה לתהליך ה-AAO הרגיל.
נכון לעכשיו, השימוש השנתי בחומר להסרת זרחן לטיפול בשפכים בתהליך ה-AAO הרגיל ב-WuWu הוא כ-2,961 טון; עבור תהליך Bardenpho, זה בערך 2,000 טון. זה מתורגם לחיסכון שנתי בעלויות של כ-450,000 יואן, מה שמוכיח יתרונות כלכליים משמעותיים.
פעולת תהליך Bardenpho תעמוד במידה רבה בדרישות של תקני הזרמת שפכים המתהדקים בסין ותפחית את הזיהום במערכת המים של נהר Ba במורד הזרם. זה יוביל לשיפורים משמעותיים באיכות המים, הן מבחינה תפיסתית והן מבחינת הפחתת רמות הזיהום, תוך שיקום הדרגתי של תפקודים סביבתיים. יש לו חשיבות מיוחדת להגנה על הסביבה האקולוגית של גופי מים במורד הזרם. ביסודו של דבר, טיפול בשפכים שולט בזיהום של שפכים עירוניים למקורות מי תהום. לכן, הוא ממלא תפקיד מגן על מקורות אספקת מים עירוניים ומקורות מים במורד הזרם, ומשקם בהדרגה סביבות אקולוגיות מזוהמות. הדבר ישפר משמעותית את סביבת המגורים לתושבים העירוניים ואת סביבת הייצור לתעשייה ומסחר, ישפר את תדמיתה החיצונית של העיר ויתרום לפיתוח בריא ובר-קיימא של הכלכלה והחברה.