פרויקט שדרוג ושיפוץ של מפעל לטיהור שפכים עם תהליך A2/O-MBBR
עם העלייה המתמשכת במודעות הסביבתית הציבורית, מפעלי טיהור שפכים צריכים לבצע באופן אקטיבי פעילויות שדרוג ושיפוץ, לאמץ טכנולוגיות מתקדמות לטיפול בשפכים, להשיג שימוש חוזר בשפכים ולתרום את חלקם לפיתוח חברתי בר קיימא. אתגר מרכזי שנתקל בו במהלך שדרוג ושיפוץ מתקני טיהור שפכים הוא פינוי חנקן וזרחן. על ידי שימוש בטכנולוגיית MBBR, בעיה זו נפתרת ביעילות. מאמר זה מתמקד במפעל טיהור שפכים בעיר במחוז Xichou, שמשתמש בתהליך משולב של טיפול מקדים + תהליך טיפול ביולוגי משני A2/O + סינון חומרי בד + חיטוי נתרן היפוכלוריט. מדור הטיפול הביולוגי עושה שימוש בציוד משולב לטיפול בשפכים (כולל מיכל טרום-אנוקסי, מיכל אנאירובי, מיכל אנוקסי, מיכל אירובי, מיכל שיקוע צינור משופע, מסנן חומרי בד ומיכל חיטוי).
1 סקירת פרויקט
בניית רשת צינורות הביוב התומכת במפעל לטיהור שפכים של העיירה במחוז Xichou, Wenshan Zhuang ו-Miao Autonomous Prefecture, מחוז יונאן, כולל פרויקטים בשש עיירות: Dongma, Lianhuatang, Banggu, Fadou, Bolin, Xinmajie. האורך הכולל של רשתות צינורות ביוב התומכות בעיירות אלה הוא כ-39.182 ק"מ, עם קוטרי צינורות הנעים בין DN200 מ"מ ל-DN500 מ"מ, תוך שימוש בצינורות גליים מסוג פוליאתילן כפול (HDPE) בצפיפות גבוהה. תחנות שאיבה משולבות נבנות בעיירות Lianhuatang ו-Xinmajie. בעיר Xinmajie, יש Q=25 m³/h, DN150 מ"מ צינור אספקת מים בלחץ PE של 50 מ', ובעיירה Lianhuatang, Q=25 מ"ק/שעה, DN200 מ"מ צינור PE של אספקת מים בלחץ של 15 מ'. שטח הבנייה הכולל של המתקן לטיפול בשפכים הוא 3,482 מ"ר, כולל מבנה מקיף, ציוד משולב לטיפול בשפכים, חדר שנאים וחלוקה, חדר ניטור, מיכל ויסות, מיכל בוצה, מיכל שימוש חוזר, חדר פיזור בוצה וסככת אגירת בוצה, תעלת מסך, תחנת משאבת הרמה ומיכל חירום.
2 ניתוח איכות מים ובחירת התהליך העיקרי
2.1 איכות מי השפע והקולחים
ניתוח מקיף של איכות המים המשפיעה של מפעל טיהור שפכים של מחוז Xichou מראה שהריכוז שלו יציב עם מגמת ירידה קלה. מכיוון שהתהליך הנוכחי הוא תהליך של טיפול בשפכים-ביעילות גבוהה, נפח מיכלי הטיפול אינו גדול, והסבילות שלו לעומסי זעזועים אינה חזקה. לכן, לא ניתן להגדיר גבוה מדי את תקן תעריף הערבות עבור מדדי איכות מים משפיעים; הפעם הוא נקבע על 90%. כמו כן, המפעל מקבל מדי יום 500 מ"ר של שטיפת הטמנה. בעת תכנון איכות המים המשפיעה הסופית, יש צורך להסתמך על המגמה הכוללת של איכות המים כדי להשלים ביעילות את עבודת התכנון הרלוונטית. מחווני איכות המים מוצגים בטבלה 1.
יחס BOD₅/CODcr בשפכים הוא 0.35, מה שמצביע על שפכים מתכלים בקלות; היחס BOD₅/TN הוא 3. כדי לעמוד בתקן TN של שפכים, נדרשים אמצעי טיפול נוספים, כגון הוספת מקור פחמן חיצוני; היחס BOD₅/TP הוא 26.3, המתאים להסרת זרחן ביולוגי.
נכון לעכשיו, הכמויות הנותרות של NH₃-N ו-TN גבוהות יחסית, ויעילות ההסרה ירודה. זה מצביע על כך שלא ניתן לבצע ניטריפיקציה של NH₃-N במלואה במיכל האירובי הישן. מכיוון שלא הוקם במקור מיכל אנוקסי, תהליך הדניטריפיקציה לא התרחש. סילוק חנקן הושג רק על ידי פריקת בוצה עודפת, ושיטת הניטריפיקציה-לא הופעלה.
2.3 תהליך עיקרי
לאחר ניתוח יסודי של המצב הספציפי של מפעל טיהור שפכים בעיר מחוז שיצ'ו, היה צורך להשלים את השדרוג והשיפוץ באתר המפעל. השטח בתוך שטח המפעל מוגבל מאוד. בעת קביעת תהליך הטיפול בשפכים, היה צורך לשקול באופן מקיף את תנאי האתר ולעשות שימוש סביר בתהליך הטיפול הביוכימי הקיים. לאחר מחקר מקיף, אימוץ תהליך A2/O-MBBR (המכונה תהליך MBBR) טיפל ביעילות בבעיות תפעול ושימוש בקרקע. גישה זו הקלה על ההרחבה התלת-ממדית של קיבולת המיכל הביוכימי ואיפשרה בנייה אקטיבית של מיכלים אנוקסיים ואנאירוביים. תהליך MBBR משלב בוצה פעילה עם ביופילם. יתרונותיו באים לידי ביטוי בטביעת הרגל הקטנה יחסית, בשרשרת ביולוגית ארוכה, ביכולת להשיג תקני איכות אידיאליים של מי קולחין ובפעולה יציבה. שיטת הביופילם להסרת חנקן מציגה תוצאות טובות גם בעונות{10}}בטמפרטורה נמוכה. זרימת התהליך של MBBR מוצגת באיור 1.
2.4 יתרונות תהליך MBBR
בהשוואה של תהליך MBBR, שיטות ביו-פילם קבועות של-מדיה ותהליכי בוצה פעילה, תהליך MBBR בולט עם היתרונות הבולטים ביותר, במיוחד: ① הנשאים התלויים עשויים בעיקר מחומרים מתוקנים כגון PP ו-PE, המציעים עמידות טובה. מכיוון שהמנשאים התלויים קלים להפעלה ולתפעול, בעיות כמו גושים וסתימה מתרחשות לעתים רחוקות. לכן, כאשר מיושמים על מערכת האוורור והתקני שפכים של מערכת הטיפול בשפכים, שיעור הפחת ותדירות ההחלפה שלהם נמוכים מאוד. ② תהליך MBBR הוא בעל יכולת הסרת חנקן חזקה. סביבות אירוביות, אנוקסיות ואנאירוביות יכולות להתקיים במקביל על הנשאים התלויים, מה שמאפשר השלמת תגובות ניטריפיקציה והן דניטריפיקציה בתוך כור יחיד. חיידקים מחנקים יכולים לגדול במהירות על הביופילם שנוצר על הנשאים המרחפים, ולהשיג ניטריפיקציה אופטימלית. ③ לתהליך MBBR יש סבילות טובה לעומסי זעזועים, מה שמשפר את יציבות הקולחים ועמידות לחומרים רעילים. ④ על ידי אימוץ תהליך MBBR, ניתן לנצל שדרוג ושיפוץ סבירים של ציוד הטיפול המקורי, כמעט ללא שינוי בשימוש הקרקע, ובכך לחסוך מקום. ⑤ טיפול בשפכים מסורתי מצריך הוספת מסגרות תמיכה למנשא במיכל האוורור, בעוד שתהליך MBBR מבטל את השלב הזה, ובכך מפחית את הקושי בתחזוקת התקני אוורור וניהול המובילים.
3 תוכנית שיפוץ טנק ביוכימי
3.1 בניית מיכלים אנאירוביים ואנוקסיים חדשים
After demolishing the buildings on the west side of the plant's biochemical tank area, new anoxic and anaerobic tanks were constructed on the cleared land. The anoxic zone was modified from the initial section of the existing biochemical tank. Active construction of the anoxic and anaerobic tanks was carried out. Their plan dimensions and effective volume must meet relevant usage requirements, and the hydraulic retention time was scientifically planned to enable them to play an important role. During the construction of the anoxic tank, the minimum temperature was controlled to >12 מעלות, וניהול אינדיקטורים כגון ריכוז מוצקים מרחפים של משקה מעורב, ריכוז חנקות דניטריפיקציה וקצב דניטריפיקציה יושם היטב. מקור פחמן לא מספיק עלול להתרחש בחורף; ניתן להוסיף כמות מתאימה של מקור פחמן כדי לשפר את יעילות הדניטריפיקציה. הטנק האנוקסי החדש שנבנה מצויד בסך הכל ב-16 יחידות של מערבלי טורבינה אנכיים של 5 קילוואט; האזור האנוקסי של הטנק הביוכימי הקיים מצויד בסך הכל ב-8 סטים של מדחפים אנכיים של 5 קילוואט; המיכל האנאירובי מצויד בסך הכל ב-6 סטים של מיקסרים טבולים של 6.5 קילוואט.
בהשוואה בין מקדמי הקושי של משימות פינוי זרחן וסילוק חנקן, פינוי חנקן הוא כנראה מאתגר יותר. בדרך כלל, ניתן להשיג השפעות סילוק זרחן משביע רצון בשיטות כימיות להסרת זרחן. כדי לייעל את השפעות הסרת החנקן, כאשר הטמפרטורות נמוכות והחנקן הכולל המשפיע גבוה, ניתן למחזר בוצה לקטע האנאירובי כדי להבטיח זמן שמירה ארוך יותר בקטע האנוקסי.
3.2 שיפוץ מכלים ביוכימיים קיימים
לאחר שיפוץ, המיכל הביוכימי הקיים מחולק לארבעה חלקים: בין החלק הראשון לרביעי מתווסף קיר מפריד. האזורים לפני ואחרי הקיר המפריד בשני חלקים אלה הם האזור האנוקסי ואזור הנשא (MBBR zone), ואזור MBBR ואזור הסרת הגזים, בהתאמה. החלק השני והשלישי הם שניהם אזורי MBBR. הוספת קיר מפריד בחלק הרביעי יכולה לשלוט בריכוז החמצן המומס של המשקאות המעורבים למיחזור הפנימי בטווח סביר. יתר על כן, ציוד כגון מסכים ומאווררי צינורות מחוררים מותקן באזור MBRR כדי לשפר את היעילות התפעולית של המיכל הביוכימי. לאחר השלמת השיפוץ של האזור האירובי של המיכל הביוכימי, נפח המיכל האפקטיבי הכולל של אזור הסרת הגז ואזור MBBR מגיע ל-38,000 מ"ק. אזור הסרת הגז מצויד בסך הכל ב-12 יחידות של משאבות זרימה צירית של 18.5 קילוואט, עם 4 ככוננות; משתמשים במנשאים תלויים HDPE טהורים.
3.3 שיפוץ חדר מפוח ומערכת אוורור
בחדר המפוחים ישנם 4 מפוחים: 3 מפוחים ישנים בעלי קצב זרימת כניסה של 480 מ"ק לדקה, ואחד הוא מפוח חדש. קירור מים הוא שיטת הקירור העיקרית למפוחים הישנים, בהספק של 830 קילוואט כל אחד; קירור אוויר הוא השיטה העיקרית למפוח החדש, בהספק של 670 קילוואט. השוואת המצב התפעולי של המפוחים הישנים והחדשים, המפוח החדש פועל בצורה יעילה ואפקטיבית יותר. למפוחים הישנים לא רק יעילות תפעולית נמוכה אלא גם דורשים עלויות תחזוקה ותיקון יקרות.
בעת תכנון נפח האוורור לאזור האירובי, עליו להתבסס על דרישת החמצן הגבוהה ביותר באזור האירובי, עם ערך סופי שנבחר של 720 מ"ק לדקה. התצורה של צינורות אוורור מחוררים צריכה להתבסס על נפח האוויר של 4 המפוחים. עבודת החלפת המפוחים הישנים צריכה להתבצע בצורה יעילה. רכישה חוזרת של 3 מפוחים חדשים להחלפת הישנים מועילה להפחתת נפח האוורור. בהחלפת צינורות האוורור מחליפים רק את צינורות האיוורור הישנים בתוך המיכל האירובי.
3.4 מערכת טיפול בבוצה
הציוד העיקרי לטיפול בבוצה המשמש במפעל טיהור שפכים בעיר מחוז שיצ'ו הוא מכבש מסנן לעיבוי בוצה והסרת מים. ניתוח מקיף של תהליכי פיזור ועיבוי בוצה, שילוב של פעולות עיבוי וסילוק בוצה יכולים למזער את עלויות השקעת ההון ולהפחית את המינון של פקקים פולימרים גבוהים-. כדי למנוע נזקים סביבתיים מטיפול בבוצה, נבחרה טכנולוגיית עיבוי והשפלת בוצה מכנית כדי לשלוט ביעילות בזיהום הסביבה והאטמוספירה.
3.5 מערכת ניקוי ריח
ישנן שיטות רבות לטיפול בריחות, השיטות הנפוצות כוללות שיטות ביולוגיות, כימיות ופיזיות. לשיטות טיפול ריחות שונות יש הבדלים משמעותיים במנגנוני הפחת הריח, תנאי היישום והסוגים הטכניים שלהן. לאחר ניתוח מקיף של הנסיבות הספציפיות של פרויקט זה ושקול את היתרונות והחסרונות של טכנולוגיות דה-ריחות שונות, בסופו של דבר, תהליך דה-ריחן היונים נבחר לביצוע הפעולות הרלוונטיות.
3.6 נקודות מפתח של שיפוץ תהליך
3.6.1 בחירת ספק
בעת בחירת מנשאים תלויים, יש לוודא שלחומר הייצור יש עמידות מספקת בפני קורוזיה ושטח הפנים הספציפי הכולל האפקטיבי עומד בתקני הקולחים, ובכך להבטיח את הביומסה. במקביל, חיי השירות, עמידות הבלאי והחוזק של המנשאים התלויים חייבים לעמוד בתקנים, כאשר חיי השירות נשמרים על למעלה מ-15 שנים.
3.6.2 צבירת מנשא
עם זרימת המים, המובילים משנים מיקום, מה שגורם למספר רב של מנשאים להצטבר מול מסכי היירוט. לאחר זמן מה, מסכי היירוט עלולים להיסתם. אוורור מוגבר משמש כדי לשטוף את הנשאים שהצטברו. אובדן ראש מתרחש בכל מסך יירוט. מספר רב של מנשאים מצטברים בלחץ של הפרש מפלס המים על פני המסך. ככל שהפרש מפלס המים גדל, גם כמות הצטברות הנשאים עולה. מכשיר מיחזור מנשא מותקן באזור המוביל. מונעים באמצעות מתקן מעלית אוויר, מנשאים בקצה אזור המוביל מוחזרים לקצה הקדמי, ומונעים הצטברות מנשא.
3.7 ניתוח של האפקטיביות התפעולית שלאחר-שיפוץ
ההשקעה הכוללת בפרויקט זה היא 219.91 מיליון יואן. עלות התפעול הממוצעת ליחידה היא 0.4 יואן/מ"ר, והעלות הכוללת הממוצעת ליחידה היא 0.5 יואן/מ"ר. לאחר סיום פרויקט השיפוץ המשודרג והפעלתו, אפקט זרימת המים שלו משביע רצון מאוד, המצב התפעולי טוב ותקני איכות מי הקולחין יכולים לעמוד בדרישות הרלוונטיות.
4 מסקנה
במהלך בניית פרויקט שדרוג ושיפוץ זה נוצלו מבנים קיימים ביעילות. על ידי שימוש רציונלי בטכנולוגיית MBBR, עבודת שיפוץ הפריסה השיגה תוצאות טובות מבלי להגדיל את טביעת הרגל, תוך שיפור משמעותי ביכולת סילוק החנקן והזרחן של מערכת הטיפול בשפכים וייעול יעילות פינוי המזהמים. טכנולוגיית MBBR היא מתקדמת ביותר, בעלת לא רק את היתרונות של טכנולוגיות טיפול קונבנציונליות בשפכים אלא גם מנצלת ביעילות את יכולת הטיפול הגבוהה של המובילים המיוחדים שלה, ומשפרת משמעותית את יעילות טיהור המזהמים.
בהתבסס על ניתוח והדגמה, כדי להבטיח את רציונליות התוכנית, מומלץ לאמץ את סכימת תהליך MBBR. על ידי ביצוע שיפוץ- במקום של המערכת הביולוגית המקורית, הוספת נשאים לאזור האירובי כדי להגדיל את כושר העומס שלו מבטיחה שהטיפול בחנקן עומד בתקנים. שימוש לאחר מכן במיכלי שקיעה בצפיפות- גבוהה + מסנני מדיה מבד לשליטה ב-SS ו-TP יכול להבטיח שפכים יציבים העומדים בתקן דרגה 1A. תהליך MBBR, כמו גם תהליכים משולבים שונים המשלבים MBBR במערכות בוצה פעילה, פועלים ביציבות, קלים לתפעול והתאמתם, בעלי סבילות רבה לשינויים באיכות ובכמות ההשפעה, מציעים השפעות טובות של סילוק חנקן וזרחן ומהווים שיטת טיפול חסכונית, יעילה ויציבה לשפכים. ככל שהדרישות הלאומיות והמקומיות לאיכות שפכים ממפעלי טיהור שפכים עולות, תהליך זה מהווה פתרון מתאים מאוד לפרויקטים המתמודדים עם אתגרים כמו בנייה מוקדמת עם תהליכים שאינם מסוגלים לעמוד בדרישות חדשות, זמינות קרקע מוגבלת, עלויות קרקע גבוהות וקשיי מימון. הוא חייב להיות מיושם באופן נרחב יותר בשדרוג ושיפוץ של מתקני טיהור שפכים עירוניים או תעשייתיים.
יתרה מכך, במהלך פרויקט שיפוץ זה, ננקטו אמצעי בקרה ממוקדים של מסלולי דניטריפיקציה בהתבסס על התנאים בפועל בעת שיפוץ המיכלים הביוכימיים, לרבות חיזוק ניהול האינדיקטורים כמו ריכוז החנקות דניטריפיקציה וקצב הניטריפיקציה. שיפוץ התהליך התמקד בשיפור בחירת הספקים וניהול הצבירה. על ידי שילוב שיפוצים בחדר המפוחים ומערכת האוורור, מערכת הטיפול בבוצה ומערכת הסרת הריח, הוגברה יכולת הטיפול המקיפה של המתקן לטיפול בשפכים.