בשנת 2004, מפעל טיהור שפכים ב-Xilinhot, מונגוליה הפנימית, החל לטפל ב-38,000 מ"ק ליום עם תעלת חמצון DE. הוא תוכנן לביוב עירוני. מה שהוא קיבל היה שפכים של משחטות - שטיפות במכלאות, דם, שומן, שאריות עצמות וזבל - שדוחפים COD משפיע אל2,000 מ"ג/ליטרוחנקן אמוניה ל120 מ"ג/ליטר. תעלת החמצון, רכיבה על אופניים בין מצב אירובי ואנוקסי בעיר שבה הטמפרטורות נשארות נמוכות כל השנה-, לא הצליחה לעמוד בקצב. חמצן מומס ריחף מתחת ל-1 mg/L. חיידקים מחנקים מעולם לא הוקמו. קולחין החטיא את Class B לעתים קרובות יותר מאשר פגע בו. השדרוג הוסיף טיפול מקדים DAF, שלב ביולוגי חדש AAO+MBBR וטיפול מתקדם - וחתך את כל ארבע הבעיות בבת אחת. קולחים עומדים כעת ביציבות בדרגה A. עלות:0.85 יואן למטר מעוקב.
1. המפעל המקורי - ומדוע הוא נכשל
מפעל שלב I הופעל באוגוסט 2004 עם קיבולת עיצוב של40,000 m³/d. הקטע הביולוגי השתמש בתהליך תעלת החמצון של DE (ראה איור 1), עם קולחים הנדרשים כדי לעמוד ב-תקן Class Bשל GB 18918-2002. הזרימה בפועל דרך רשת הצינורות הייתה כ-38,000 מ"ק ליום. התכנון המקורי הניח מאפייני ביוב עירוניים טיפוסיים. המציאות הייתה שונה: חלק גדול מההשפעה הגיע מבתי מטבחיים, וריכוזי המזהמים עלו באופן מסיבי על בסיס התכנון.
ארבע בעיות ברורות התכנסו כדי להפוך את תעלת החמצון של DE לתהליך שגוי עבור אתר זה:
בעיה 1 - הניטריפיקציה דוכאת COD
COD המשפיע מגיע באופן קבוע ל-2,000 מ"ג/ליטר. חיידקים הטרוטרופיים, שניזונים משפע אורגני זה, התרבו במהירות וצרכו חמצן מומס בקצב שמערכת האוורור לא יכלה להתאים לו. DO בתעלת החמצון נשארמתחת ל-1 מ"ג/ליטרלתקופות ממושכות. אוטוטרופים של חיידקים מחנקים - שזקוקים ל-DO גבוה ולא אורגניים גבוהים - היו מורעבים מחמצן. סילוק חנקן אמוניה קרס כתוצאה ישירה מעומס יתר של COD.
בעיה 2 - פסולת בית המטבחיים התנגדה לפירוק ביולוגי
שפכי בית המטבחיים הם תערובת מורכבת: מי שטיפת מכלאות הנושאים זבל חזירים ומזון לא מעוכל; דם, שומן, שאריות בשר, שאריות עצמות, שיער וצואה מרצפת ההרג. מי השפכים אדומים-חום עם ריח דגים הניתן לזיהוי במרחק של כמה מטרים. זרמי האמוניה הגבוהים-ב-COD והגבוהים- האלה מתרקבים במהירות. מוגבל על ידי נפח המיכל הביולוגי, זמן השמירה ההידראולי היה קצר מדי מכדי שהחומרים האורגניים הסוררים הללו יתפרקו לרמה נמוכה. מוצקים אורגניים מרחפים שלא נשמרו, נשפכו עם הקולחים, צורכים חמצן מומס במים המקבלים ופוגעים במערכת האקולוגית.
בעיה 3 - מצב אירובי/אנוקסי לסירוגין נכשל בקור
ל- Xilinhot יש טמפרטורות נמוכות כל השנה-. הצמיחה של חיידקים איטית; חיידקים מחנקים הם הרגישים ביותר לקור- מכולם. תעלת החמצון של ה-DE מחליפה בין תנאים אירוביים (מעדיפים ניטריפירים) ואנוקסיים (מעדיפים דניטריפירים). בפעולה אירובית, החלון המספיק לחמצן- היה קצר מדי עבור ניטריפירים כדי לבנות אוכלוסיה בת קיימא לפני שהמחזור חזר לאנוקסי, ודיכא אותם שוב. חיידקים מגניבים, שהותאמו למצבים אנוקסיים, סבלו באותה מידה מהמחזוריות המתמדת. משטר החמצן המתחלף, נסבל באקלים חם יותר, הפך לרוצח לסילוק חנקן- בקור של מונגוליה הפנימית.
בעיה 4 - אוורור פני השטח דימם את החום
מאווררי פני השטח פועלים על ידי מיקסום אזור המגע של שפכים-אוויר כדי להניע את העברת החמצן. אותו אזור מגע מניע גם איבוד חום. באקלים של Xilinhot, כל יחידת חמצן שהועברה הגיעה עם עונש תרמי - מי השפכים בתעלת החמצון איבדו חום מוגבל לאוויר הקר, מה שדיכא עוד יותר את הקינטיקה הביוכימית האיטית כבר-.
2. אסטרטגיית השדרוג: DAF + AAO+MBBR + שני-הסרת חנקן
השדרוג נאלץ לפתור ארבעה אילוצים בו-זמנית: COD גבוה, אמוניה גבוהה, טמפרטורה נמוכה, וללא קרקע זמינה לבניית טנקים חדשים. הפתרון נבנה סביבטכנולוגיית MBBR- נבחר בשל יכולת ההסתגלות החזקה שלו למזג אוויר קר-, טביעת הרגל הקומפקטית והיכולת לשלב עם תהליכים קונבנציונליים מבלי להידרש לנפח מיכל נוסף.
נשאי MBBR באזור האירובי מקדמים את צמיחת החיידקים המחנקים בצורה מועדפת, וביופילם המתנתק מהנשאים מחסן ברציפות את הבוצה המופעלת המרחפת בניטריפירים. זה מפצה ישירות על חוסר הניטריפיקציה שפקד את תעלת החמצון המקורית של DE. התהליך גם מדגים סובלנות חזקה לזעזועים רעילים - חשוב בהתחשב בשונות של הפרשות משחטה.
חמש החלטות עיצוב הגדירו את השדרוג:
1. טיפול מקדים DAF.נוספה יחידת ציפה אוויר מומסת להסרת שמן ו-SS מחלק המשחטה לפני שהגיע לשלב הביולוגי. SS וגריז בעלי השפעה גבוהה העמיסו על תעלת החמצון מהיום הראשון.
2. טנק AAO חדש עם מנשאי MBBR.נבנה מיכל אנאירובי/אנוקסי/אירובי ראשי חדש לחלוטין, עם נושאי HDPE MBBR (שטח פנים ספציפי של 500 מ"ר/מ"ר, גלילי, קוטר של ~20 מ"מ × 10 מ"מ אורך) הן באזור האנוקסי (נפח נשא של 3,110 מ"ר) והן באזור האירובי (6,264 מ"ר). עיצוב MLSS: 4,000 מ"ג/ליטר. טיפול הורמונלי אנאירובי: 2.0 שעות. HRT אנוקסי: 6.2 שעות. HRT אירובי: 12.5 שעות.
3. תעלת חמצון הוסבה ל-AO משני.תעלת החמצון הקיימת ב-DE שוחזרה למיכל אנוקסי/אירובי משני (סה"כ HRT 12.2 שעות, 6.1 שעות בכל אזור). כאשר TN השפע מגיע ל-130 מ"ג/ליטר, AO-שלב אחד לא יוכל להשיג את ההסרה הנדרשת - יחסי המחזור הפנימי יצטרכו לעלות על 1,000%. שני- AO הופך את הסרת החנקן לניתנת להשגה מתמטית ביחסי מחזור מעשיים (300% ראשוני, 200% שניוני).
4. טיפול מתקדם.מיכל שיקוע-ביעילות גבוהה (טעינת פני השטח 7.3 מ"ר/מ"ר לשעה, עם חומרי מתיישב צינורות) ואחריו מסנני חול רציפים (48 יחידות, AS 50020, 5.5 מ"ר כל אחד, שטח סינון כולל 288 מ"ר, קצב סינון עיצובי 5.78 מ"ר לחומר הפוליש השני לחומר הפוליש השני) תקנים.
5. אוורור חכם ומינון כימיקלים.איוורור מדויק-מבוסס IoT ומינון כימיקלים אוטומטי החליפו שליטה ידנית-מבוססת - ומבטלת את ה-אוורור-היתר ומינון היתר, שניפחו את עלויות התפעול של המפעל המקורי.
3. בנייה ללא כיבוי - שלושה אתגרים
המפעל לא יכול היה להפסיק לטפל בשפכים במהלך השדרוג. עלו שלושה אתגרים:
אתגר 1 - שמירה על תאימות במהלך שיקום הטנק.הוצאת מיכל ביולוגי אחד למצב לא מקוון במהלך העונה הגשומה (יולי-ספטמבר) הגדילה את העומס על המיכלים הנותרים. פתרון: טנקים שוחזרו בזה אחר זה. מיכל עיבוי הבוצה הישן הוסב למיכל שיקוע זמני לאיסוף והחזרת מים משניים במחזור, ומונע מהם להוסיף עומס למקטע הביולוגי. מיכלי חירום התרוקנו לפני שצפוי גשמים עזים.
אתגר 2 - בנייה ובטיחות חופפים.עבודות אזרחיות והתקנת צינורות תהליכים פעלו בו זמנית במיכל ה-AO המשני. פתרון: נקבע פרוטוקול תקשורת ותיאום מובנה, עם תוכניות בטיחות מפורטות ונהלי תגובה לשעת חירום המגדירים את תחומי האחריות של כל צד.
אתגר 3 - סילוק בוצה מהמכל שהוצא משימוש.מיכל ה-AO המשני הכיל 4.5 מ' של מי בוצה פעילה בתוספת 0.5 מ' של משקעים אנאורגניים. פתרון: מערכת פיזור הבוצה החדשה הוזמנה מוקדם; חלק מהבוצה הופק, וחלק הועבר לזרע את מיכל ה-AAO הראשוני החדש.
4. תוצאות: מחלקה א' שפלה מדרגה ב'+ השפעה
4.1 איכות המים - לפני ואחרי
מאפייני ההשפעה חמורים בכל קנה מידה - תערובת של ביוב עירוני והזרמת משחטה. טבלה 1 מציגה את העיצוב והערכים בפועל על פני שבעה פרמטרים, יחד עם שיעורי ההסרה שהושגו לאחר השדרוג.
| פָּרָמֶטֶר | עיצוב משפיע (מ"ג/ליטר) | השפעה בפועל (מ"ג/ליטר) | שפכים עיצוביים (מ"ג/ליטר) | קולחים בפועל (מ"ג/ליטר) | שיעור הסרה |
| בַּקָלָה | 2,000 | פחות או שווה ל-2,000 | פחות או שווה ל-50 | פחות או שווה ל-50 | גדול או שווה ל-97.5% |
| BOD₅ | 800 | פחות או שווה ל-800 | פחות או שווה ל-10 | פחות או שווה ל-10 | גדול או שווה ל-98.8% |
| SS | 380 | פחות או שווה ל-380 | פחות או שווה ל-10 | פחות או שווה ל-10 | גדול או שווה ל-97.3% |
| TN | 130 | פחות או שווה ל-130 | פחות או שווה ל-15 | פחות או שווה ל-15 | גדול או שווה ל-88.5% |
| NH₃-N | 110 | פחות או שווה ל-110 | פחות או שווה ל-5 (8)* | פחות או שווה ל-5 (8)* | גדול או שווה ל-95.5% |
| שמן וגריז | 190 | פחות או שווה ל-190 | פחות או שווה ל-1 | פחות או שווה ל-1 | גדול או שווה ל-99.5% |
| TP | 14 | פחות או שווה ל-14 | פחות או שווה ל-0.5 | פחות או שווה ל-0.5 | גדול או שווה ל-96.4% |
*NH₃-מגבלת הקולחים של N היא 5 מ"ג/ליטר בדרך כלל; 8 מ"ג/ליטר חל כאשר טמפרטורת המים נמוכה מ-12 מעלות.
לאחר השדרוג, כל מחווני הקולחין עמדו ביציבותתקן Class A של GB 18918-2002, למרות ריכוזי ההשפעה העולים בהרבה על בסיס התכנון המקורי. יעילות הטיפול של המערכת הביולוגית השתפרה באופן משמעותי בכל הפרמטרים (ראה איור 3).
4.2 פירוט עלויות תפעול
עלות התפעול הישירה השנתית היא בקירוב12.45 מיליון יואן, נותן עלות יחידה של0.8528 RMB/m³(לא כולל פחת ציוד ומימון). החשמל שולט, אחראי62.4%של עלות התפעול - כתוצאה ישירה של דרישת החמצן הגבוהה מהשפעה מרוכזת והאקלים הקר שמאט את הקינטיקה הביולוגית.
| רכיב עלות | RMB/m³ | נתח בסך הכל | נהג מפתח |
| חַשְׁמַל | 0.5319 | 62.4% | מפוחים (מותקנים 1,035 קילוואט), משאבות, ערבוב MBBR |
| כימיקלים | 0.2459 | 28.8% | PAC, PAM, כלור דו חמצני, מקור פחמן |
| עֲבוֹדָה | 0.0750 | 8.8% | צוות תפעול ואחזקה |
| סַך הַכֹּל | 0.8528 | 100% | סה"כ שנתי: ~12.45 מיליון יואן |
5. אופטימיזציה של אנרגיה: בקרות חכמות על ניחוש ידני
עם חשמל ב-62% מעלות התפעול, יעילות אנרגטית לא הייתה אופציונלית. שלושה מדדים הוטמעו בעיצוב:
1. איוורור מדויק מבוסס IoT-.פלטפורמת האינטרנט של הדברים אוספת בזמן אמת-נתוני DO, אמוניה וזרימה, ולאחר מכן מתאימה את תפוקת המפוח באופן אוטומטי. במקום להפעיל מפוחים במהירות קבועה המבוססת על חווית המפעיל, המערכת מספקת בדיוק את האוויר שהביולוגיה צריכה - לא יותר ולא פחות.
2. מינון כימיקלים אינטליגנטי.קצבי המינון של PAC, PAM וכלור דו-חמצני קשורים לזרימה-בזמן אמת ולעומס המזהמים, ומבטלים את זחילת גורם הבטיחות שמנפחת את צריכת הכימיקלים במפעלים המופעלים ידנית.
3. מצבי פעולה אדפטיביים.בתקופות של ריכוז השפעות נמוך, תהליך ה-MBBR יכול לעבור למצב הפעלה מופחת-אנרגיה - פחות מפוחים מקוונים, עוצמת ערבוב נמוכה יותר - מבלי להסתכן בעמידה בקולחים. עיצוב הבניין גם ממקסם את האוורור הטבעי כדי להפחית את הדרישה להספק HVAC.
טייק אווי מפתח
1. תעלות חמצון DE נכשלות באקלים קר עם מי שפכים בעלי חוזק- גבוה.המחזור האירובי/אנוקסי המתחלף מונע מאוכלוסיות ניטריפיירים או דניטריפירים להתייצב, ואוורור פני השטח עולה חום. אם לצמח שלך יש גם טמפרטורה נמוכה וגם אמוניה גבוהה, תעלת חמצון DE היא תהליך ביולוגי שגוי.
2. נושאי MBBR מחסנים ניטריפירים לתוך הבוצה המרחפת.זהו מנגנון המפתח המפצה על חוסר הניטריפיקציה של התהליך המקורי. הביופילם על הנשאים מצמיח באופן מועדף חיידקים מחנקים ומזריע ללא הרף את המשקאות המעורבים - צורה של הגדלה ביולוגית- באתר שאינה דורשת מקור פחמן חיצוני.
3. AO דו-שלבי הופכים את הסרת החנקן בחוזק- גבוה למעשית.עם TN משפיע ב-130 מ"ג/ליטר, AO-שלב אחד יזדקק ליחסי מחזור פנימיים העולים על 1,000%. פיצול עומס החנקן על פני מיכל AAO+MBBR ראשי ומיכל AO משני משיג TN Class A (פחות או שווה ל-15 מ"ג/ליטר) ביחסי מחזור ניתנים לניהול.
4. טיפול מקדים של DAF אינו ניתן- למשא ומתן כאשר שפכים של בית המטבחיים נמצאים בתערובת.שמן ושומן מפעולות טיוח יפגעו בנשאי MBBR וידכא העברת חמצן. הסר אותם לפני השלב הביולוגי, או שלם את הקנס בחשמל מפוח.
5. בנייה ללא השבתה ניתנת להשגה עם רצף טנקים מדורג.בנו תחילה את מיכל ה-AAO הראשי החדש, הפעילו אותו, ואז קחו את תעלת החמצון הישנה במצב לא מקוון להמרה ל-AO משני. מיכל עיבוי הבוצה הישן יכול לשמש כחיץ שיקוע זמני במהלך החתך.
6. עלות תפעול של 0.85 RMB/m³ עבור 2,000 mg/L COD השפעת היא תחרותית.מבנה העלויות-השולט בחשמל (62%) משקף את דרישת החמצן האמיתית של שפכים אלה. בקרת אוורור מבוססת IoT- ומצבי הפעלה אדפטיביים הם המנופים שמונעים ממנו לעלות גבוה יותר.
מתכננים שדרוג WWTP או זקוקים ל-MBBR Media?
Juntai מספקת מנשאי MBBR ביופילם, מדיה למתיישבים עם צינורות משופעים ומוצרים נלווים לטיפול במים עם תמיכה מלאה בתכנון תהליך. אם המפעל שלך מתמודד עם אתגרים דומים - בעל חוזק רב-השפעה, כשל בניטריפיקציה של אקלים קר- או אילוצי קיבולת ללא קרקע להתרחבות - נוכל לעזור לך להעריך אפשרויות תהליך ולציין את המדיה המתאימה לשלב הביולוגי שלך.
| MBBR ומוצרי Tube Settler | בקש תמיכה בתכנון תהליך | מגוון מוצרים מלא |