ניתוח ההשפעה של תיקון תהליך MBBR במתקן טיהור שפכים דרום
"עלון המצב של בנייה עירונית בסין 2022" שפורסם על ידי משרד השיכון והפיתוח העירוני-הכפרית של הרפובליקה העממית של סין באוקטובר 2023 מראה שעד סוף 2022, קיבולת הטיפול של מפעלי טיהור שפכים בסין הגיעה ל-216 מיליון מ"ר ליום, עלייה של 4% בשנה-בשנה של 4%. היקף השפכים הכולל המטופלים נמצא במגמת גידול כבר 10 שנים רצופות מאז 2013. ההתפתחות המהירה של הערים מלווה בעלייה בהזרמת שפכים, והסתירה בין הקרקע הנדרשת להרחבה ושיפוץ מכוני טיהור שפכים לבין קרקעות לפיתוח עירוני הולכת ונעשית בולטת.
להרחבת הקיבולת של מתקני טיהור שפכים קיימים, תהליך הבוצה המופעלת הקונבנציונלית מאמץ בדרך כלל את שיטת הרחבת המפעל. ככל שנפח ההרחבה גדל, עלויות רכישת הקרקע עולות בהדרגה, ותקופת הבנייה מתארכת. העמקת כושר הטיפול בתוך מתקן טיהור שפכים הקיים מהווה כיום אמצעי יעיל להגברת כושר הטיפול בשפכים עירוניים ולהקלת הסתירה בין פיתוח עירוני ושימוש בקרקע. מקורו של Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) בנורבגיה בסוף שנות ה-80. זה משפר את העשרה של חיידקים פונקציונליים ובכך משפר את יכולת הטיפול של המערכת על ידי הוספת נשאים מרחפים למיכל הביולוגי ליצירת ביופילם. בשל המאפיין שלו להיות "מוטמע" במערכת הביולוגית המקורית, הוא נמצא בשימוש נרחב בשדרוג ושיפוץ מתקני טיהור שפכים, תוך השגת שיפור קיבולת-במקום מבלי להוסיף קרקע חדשה. יתרה מזאת, בהשוואה לתהליכי שיפוץ קרקע-חסכון אחרים כגון ממברנה ביוריאקטור (MBR) ו-High Concentration Composite Powder Carrier Biological Fluidized Bed (HPB), תהליך MBBR אינו דורש החלפה או מילוי תקופתי של מנשאים, מה שהופך אותו ליותר יתרון כלכלית.
מאמר זה לוקח כדוגמה את תיקון הרחבת הקיבולת באמצעות תהליך MBBR במפעל טיהור שפכים בדרום סין. הוא מנתח את הביצועים התפעוליים של המפעל לפני ואחרי התיקון, את ביצועי הניטריפיקציה של אזור MBBR ואת מבנה הקהילה המיקרוביאלית, ומבהיר את התפקיד המעשי של תהליך MBBR בהרחבת קיבולת- באתר. המטרה היא לספק הפניות והצעות לתכנון ותפעול של מתקני טיהור שפכים דומים.
1 סקירת פרויקט
למפעל טיהור שפכים בדרום סין קיבולת טיפול מתוכננת כוללת של 7.5×10⁴ מ"ק/ד', עם קיבולת שלב I של 5×10⁴ מ"ר ליום ושלב II ב-2.5×10⁴ מ"ק/ד'. שני השלבים השתמשו בתחילה בתהליך Modified Bardenpho. יעדי הטיפול העיקריים הם שפכים ביתיים מאזור האיסוף ושפכים תעשייתיים חלקיים מפארק תעשייה. איכות הקולחים חייבת לעמוד בתקן דרגה A המצוין ב"תקן הזרמה של מזהמים למפעלים עירוניים לטיהור שפכים" (GB 18918-2002). עם ההתפתחות המהירה של הבנייה העירונית והכלכלה, הולכת וגוברת הזרמת שפכים, והפרויקט פעל במלוא התפוקה או מעבר לכך. בשנת 2021, על פי דרישות הרשויות הממשלתיות, נדרש הפרויקט להרחיב את הקיבולת שלו ב-2.5×10⁴ מ"ר/ד' נוספים בהתבסס על קנה המידה המקורי, ולהגיע לקיבולת טיפול כוללת של 1×10⁵ מ"ק ליום. תקן הקולחים נשאר דרגה A של GB 18918-2002. איכות ההשפעה והקולחים המעוצבת מוצגות בטבלה 1.
השטח המקיף את הפרויקט הוא קרקע חקלאית, ולא הייתה מספיק קרקע שמורה להרחבה באתר המפעל המקורי. בנוסף, במהלך הבנייה הראשונית של שלב ב', יחידות הטיפול המקדים כבר נבנו בהספק של 5×10⁴ מ"ק ליום. לפיכך, המיקוד של פרויקט שיפוץ זה היה מיצוי מלא של פוטנציאל הטיפול של המיכלים הביולוגיים הקיימים ולמזער את תפוסת הקרקע לצורך שינוי המיכלים הביולוגיים. תהליך MBBR נמצא בשימוש נרחב בהרחבת קיבולת- באתר ושיפוץ של מתקני טיהור שפכים בשל המאפיין ה"מוטבע" שלו. לדוגמה, מפעל טיהור שפכים בצפון סין השתמש בתהליך MBBR להגדלת הקיבולת, למקסם את השימוש בנפחי המיכלים הקיימים ובזרימת התהליך, והשגת הרחבת קיבולת- של 20%-במקום, כאשר שפכים עומדים ביציבות בתקני דרגה A. מפעל אחר בגואנגדונג השתמש בתהליך MBBR לשיפור-במקום של ביצועי הטיפול הביולוגי, והשיג אפקט טוב של 50% הרחבת קיבולת-במקום עם שפכים טובים יותר באופן יציב מתקן הפריקה. לכן, בהתחשב בצרכים האמיתיים של מתקן טיהור שפכים והערכה מקיפה של גורמים כגון שימוש בקרקע ותפעול, בסופו של דבר, תהליך MBBR נבחר כתהליך הטיפול עבור הרחבת קיבולת זו.
2 עיצוב תהליך
2.1 זרימת תהליך
הליבה של הרחבת הקיבולת מחדש הייתה לשפר את קיבולת הטיפול של המיכלים הביולוגיים- באתר באמצעות MBBR, הבטחת עמידה יציבה בתקני שפכים למרות עלייה של 100% בזרימה. מאחר שיחידות הטיפול המקדמות והטיפול המתקדם כבר נבנו בקיבולת של 5×10⁴ מ"ר/ד', שיפוץ זה התמקד בשימוש חוזר במתקנים קיימים. שינוי הליבה היה המיכלים הביולוגיים, יחד עם בניית מיכל שיקוע משני חדש שיענה על הדרישה לטיפול לאחר הגדלת הזרימה. זרימת התהליך לאחר תיקון מחדש מוצג באיור 1. השפע עובר טיפול מקדים דרך מסכים גסים/עדינים ותא גרגירים, ואז נכנס למיכל ה-Modified Bardenpho-MBBR להסרת פחמן, חנקן, זרחן ומזהמים אחרים. הקולחים מהמיכלים הביולוגיים עוברים דרך מיכלי שיקוע ומנקה ביעילות גבוהה- כדי להבטיח עמידה יציבה בתקני SS ו-TP. לאחר החיטוי, הקולחים הסופיים מוזרמים לנחל הקולט לצורך חידוש מים אקולוגי.
2.2 תיקון טנק ביולוגי
התוכנית לתיקון הטנק הביולוגי מוצגת באיור 2. תוך הכפלת זרימת הטיפול, הנפחים של האזורים האנאירוביים והאנוקסיים המקוריים נותרו ללא שינוי. 20% מהנפח מהאזור האירובי המקורי חולק ליצירת אזור אנוקסי נוסף, והרחיב את נפח האזור האנוקסי הכולל כדי לעמוד בדרישת הדניטריפיקציה. נשאים מרחפים נוספו לנפח הנותר של האזור האירובי כדי ליצור את אזור MBBR האירובי. הותקנו מערכות סינון כניסות/יציאות תומכות ומיקסרים ספציפיים ל-MBBR-. מערכת אוורור השרשרת המקורית הוחלפה במערכת אוורור מחוררת תחתית כדי להבטיח נזילות טובה של המובילים התלויים ולמנוע אובדן עם זרימת המים. לאחר התיקון, זמן השמירה ההידראולי הכולל (HRT) של המיכלים הביולוגיים הוא 8.82 שעות, עם HRT של אזור אנאירובי ב-1.13 שעות, HRT של אזור אנוקסי ב-3.05 שעות, ו-HRT של אזור אירובי ב-4.64 שעות. יחס המיחזור הפנימי של המערכת הכולל הוא 150%, וגיל הבוצה הוא 16 ימים.
Regarding equipment, 4 sets of submersible mixers were added to the anoxic zone (Power P = 4 kW, Impeller Diameter D = 620 mm). SPR-III type suspended carriers were added to the aerobic MBBR zone, with a diameter of (25.0 ± 0.5) mm, height of (10.0 ± 1.0) mm, effective specific surface area >800 m²/m³, וצפיפות של 0.94 ~ 0.97 גרם/cm³. הצפיפות מתקרבת לזו של מים לאחר הצמדת ביופילם, ועומדת בתקן התעשייה "מילוי פוליאתילן תלוי פוליאתילן תלוי בצפיפות גבוהה לטיפול במים" (CJ/T 461-2014). יחס המילוי הוא 45%. נוספו שתי קבוצות של מיקסרים צוללים ספציפיים-לספק תלוי (P=5.5 קילוואט). נוספו 22 סטים של מערכות אוורור ניתנות להרמה, 4 סטים של מערכות אוורור קבועות, ו-45 סטים של מאווררי בועות עדינות. הוחלפו שתי משאבות מיחזור פנימיות (זרימה Q=1600 m³/h, ראש H=0.60 m, P=7.5 קילוואט).
2.3 בניית מיכל שיקוע משני חדש
בשל הזרימה המוגברת, מיכלי השקיעה המשניים הקיימים לא יכלו לעמוד בדרישות הקולחים. היה צורך במיכל שיקוע משני חדש כדי לתמוך ביכולת הטיפול המוגברת. המיכל החדש עולה בקנה אחד עם אלה המקוריים, תוך שימוש בסוג זרימה אופקית מלבני. נפח המיכל האפקטיבי הוא 4900 מ"ר, עם HRT=7 שעות. נוספה מגרד בוצה מסוג משאבה- (מהירות פעולה V=0.8 מ"ד/דקה). נוספו שש משאבות זרימה צירית טבולות (משאבות מיחזור חיצוניות) (Q=180 m³/h, H=4 m, P=5.5 kW). נוספו שתי משאבות בוצה לפסולת (Q=105 m³/h, H=11 m, P=7.5 קילוואט).
3 ניתוח אפקט MBBR Retrofit
הביצועים התפעוליים לפני ואחרי שלב II, הביצועים התפעוליים בו-זמניים של שלב I ושל שלב II, שינויי איכות המים לאורך התהליך בשלב II, ויכולת הניטריפיקציה של שלבי הביופילם והבוצה המרחפת בשלב II נותחו כדי להעריך את השפעת השיפור של תיקון MBBR על יכולת הטיפול של המערכת.
3.1 השוואת ביצועים תפעוליים
לפני התיקון, שלב II כבר פעל מעל הזרימה המתוכננת שלו, עם זרימה ממוצעת בפועל של (3.02 ± 0.46) ×10⁴ מ"ק/ד. לאחר התיקון, הזרימה עלתה עוד יותר ל- (5.31 ± 0.76) ×10⁴ מ"ק/ד, עלייה בפועל של כ-76%. הזרימה התפעולית המקסימלית הגיעה ל-7.61×10⁴ מ"ק/ד', פי 1.52 מערך התכנון. איכות ההשפעה והקולחים לפני ואחרי תיקון מחודש מוצגות בטבלה 2ואיור 3. לגבי העמסת השפע, לאחר שיפוץ, העמסות חנקן האמוניה (NH₃-N), החנקן הכולל (TN), COD ו-TP עלו לרמות של 1.61, 1.66, 1.60 ופי 1.53 מהרמות הטרום-, בהתאמה. במונחים של איכות השפע/קולח בפועל, השפעת NH₃-N ו-TN לפני/אחרי התיקון היו (22.15±3.73)/(20.17±4.74) mg/L ו-(26.28±4.07)/(23.19±3.66) מ"ג/ליטר בהתאמה קולחים NH₃-N ו-TN לפני/אחרי תיקון מחודש היו (0.16±0.14)/(0.14±0.08) מ"ג/ליטר ו-(8.62±1.79)/(7.01±1.76) מ"ג/ליטר, עם שיעורי הסרה ממוצעים של 99.28%/9 67.20%/69.77%, בהתאמה. למרות הגידול המשמעותי בזרימה והעמסת ההשפעה לאחר השיפוץ, איכות הקולחים עדיין הייתה טובה יותר מאשר לפני התיקון. הנפח המוגדל של האזור האנוקסי הבטיח הסרה טובה של TN, כאשר TN של שפכים ירד עוד יותר לאחר התיקון. האזור האירובי השיג שיפור משמעותי ביכולת הניטריפיקציה באמצעות הביופילם הנשא התלוי. אפילו עם הפחתה של 20% בנפח האזור האירובי בהשוואה לקדם-תיקון מחדש ועליה משמעותית בזרימה ובטעינת ההשפעה, נשמרה הסרת NH₃-N יעילה ביותר. COD ו-TP משפיעים לפני/אחרי תיקון מחודש היו (106.82±34.37)/(100.52±25.93) מ"ג/ליטר ו-(2.16±0.54)/(1.96±0.49) מ"ג/ליטר, בהתאמה. COD ו-TP של קולחים לפני/אחרי תיקון מחודש היו (10.76±2.04)/(11.15±3.65) מ"ג/ליטר ו-(0.14±0.07)/(0.17±0.05) מ"ג/ליטר, עם שיעורי הסרה ממוצעים של 89.93%/93.59%/93.59%,%/8, בהתאמה. לאחר תיקון מחודש, איכות הקולחים נשארה טובה ביציבות מתקן הפריקה בתכנון.
נתונים תפעוליים מנובמבר עד ינואר של השנה שלאחר מכן (אחרי-התקן מחדש) נבחרו עוד כדי להשוות את הביצועים של שלב I ושלב II בתנאי טמפרטורה-נמוכים (טמפרטורה מינימלית 12 מעלות). ריכוזי מזהמי ההשפעה והקולחים עבור שני השלבים מוצגים באיור 4. בתנאי טמפרטורה-נמוכים בחורף, הקולחים משני התהליכים היו טובים ביציבות מתקן הפריקה בתכנון. במיוחד עבור הסרת NH₃-N, הרגישה לטמפרטורות נמוכות, עם ריכוז NH₃-N משפיע של (18.98±4.57) מ"ג/ליטר, שפכים שלב I NH₃-N היה (0.27±0.17) ± 0.17 מ"ג/2 מ"ג/2. מ"ג/ליטר, שניהם מפגינים עמידות טובה לטמפרטורות נמוכות. יש לציין, לאחר תיקון MBBR בשלב II, ה-HRT של האזור האירובי היה רק 66.07% מזה שבשלב I, והשיג שיפור משמעותי בביצועי הניטריפיקציה.
3.2 ניתוח ביצועים של אזור MBBR
כדי לקבוע עוד יותר את ההשפעה האמיתית של כל אזור תפקודי, נלקחו דגימות מים מקצה כל אזור תפקודי בשלבים I ו-2 עבור מדידה מקבילה. התוצאות מוצגות באיור 5. ריכוזי NH₃-השפעת היו 18.85 מ"ג/ליטר ו-18.65 מ"ג/ליטר, וריכוזי NH₃-N בשפכים היו 0.35 מ"ג/ליטר ו-0.21 מ"ג/ליטר, עם שיעורי הסרה של NH₃-N של 7.4% ו-%9.1 בהתאמה. מהשינויים בפרופיל החנקן, הסרת NH₃-N בשלב II התרחשה בעיקר באזור MBBR האירובי. ריכוז ה-NH₃-N בשפכים של אזור MBBR היה 0.31 מ"ג/ליטר, ותרם 99.46% להסרה הכוללת של NH₃-N, כבר טוב יותר מתקן הפריקה בתכנון. אזור הבוצה המופעלת האירובית שלאחר מכן שימש תפקיד הגנה. יתר על כן, מתקני טיהור שפכים המשתמשים ב-MBBR באזור האירובי מציגים בדרך כלל ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית (SND). עם זאת, בפרויקט זה לא נצפתה הסרה של חנקן אורגני (TIN) באזור MBBR האירובי, מה שעשוי להיות קשור לריכוז המצע המשפיע הנמוך יחסית בפרויקט זה.
כדי להמשיך ולחקור את ההשפעה של הוספת נשאים מרחפים על ביצועי הניטריפיקציה של המערכת, נלקח סופרנטנט מהשפכים של האזור האנוקסי של שלב I. בדיקות ביצועי ניטריפיקציה נערכו על בוצה טהורה שלב I, בוצה טהורה שלב II, ביופילם טהור שלב II ומערכת ביופילם משולבת שלב II-. בתנאים התואמים את הפרויקט בפועל (יחס מילוי מנשא, ריכוז בוצה, טמפרטורת מים), כאשר DO נשלט ב-6 מ"ג/ליטר כדי לקבוע את ביצועי הניטריפיקציה האופטימליים. התוצאות מוצגות בטבלה 3. שיעורי הניטריפיקציה עבור בוצה טהורה שלב I, בוצה טהורה שלב II, ביופילם טהור שלב II ומערכת בוצה משולבת ביופילם שלב II היו 0.104, 0.107, 0.158 ו-0.267 ק"ג/(מ³·d), בהתאמה. תוספת של מנשאים מרחפים שיפרה את ביצועי הניטריפיקציה של המערכת. קצב הניטריפיקציה של מערכת הבוצה המשולבת של ביופילם שלב II- הגיע פי 2.57 מזה של מערכת הבוצה הפעילה הטהורה שלב I. יתרה מכך, עומס הביופילם הטהור כבר היה גבוה יותר מעומס הבוצה הפעילה, מה ששיפר משמעותית את עמידות המערכת בעומס ההלם. במערכת המשולבת Phase II, הביופילם תרם 59.92% לניטריפיקציה, והחזיק בעמדה דומיננטית.
3.3 ניתוח רציונליות של ה-Retrofit
כדי לנתח את הרציונליות של שימוש בתהליך המשולב ביופילם-בוצה עבור תיקון זה, בוצעו חישובים לגבי השפעת הוספת הספק, עמידות המערכת בעומס ההלם והמתאם בין עליית הזרימה להוספת הספק. אם שלב II של פרויקט זה לא היה מותקן ומשתמש בתהליך הבוצה הפעילה המסורתי, המבוסס על NH₃-N של זרמים/קולחים המתוכננים ועל קצב הניטריפיקציה הנפחי האופטימלי של בוצה מופעלת שלב I (DO=6 mg/L), ריכוז הקולחין המחושב NH₃{{4} לא יעמוד ב-5 mg,N. תקן קולחים. אם מחושב בהתבסס על קצב הניטריפיקציה האופטימלי שהתקבל מבדיקת המערכת המשולבת שלב II, בזרימת ההשפעה המתוכננת, שלב II יכול לסבול ריכוז NH₃-N השפע מרבי של עד 55 מ"ג/ליטר, שהוא פי 2.20 מערך התכנון, מה שמגביר משמעותית את עמידות המערכת בעומס ההלם. לכן, השימוש ב-MBBR עבור תיקון זה הוא רציונלי ומבטיח למעשה עמידה יציבה בתקני שפכים. אם שלב I יותקן גם בתהליך MBBR, המבוסס על ריכוזי מזהמי ההשפעה/הקולחים המתוכננים, ניתן היה להגדיל את זרימת הטיפול ביותר מפי 1, ולספק את האפשרות למפעלי טיהור שפכים להתאים לפיתוח עירוני מהיר ולהשיג שדרוגים חלקים.
4 מצב התקשרות ביופילם וניתוח חיידקים
חיבור הביופילם על הנשאים התלויים בפרויקט זה מוצג באיור 6. ביופילם מצפה באופן אחיד את פני השטח הפנימיים של הנשאים, בהיותו צפוף ללא חומר קצף בנקבוביות הנשא. העובי הממוצע היה (345.78 ± 74.82) מיקרומטר. הביומסה הממוצעת של ביופילם הייתה (18.87 ± 0.93) גרם/מ"ר, יחס מוצקים מרחפים נדיפים (VSS)/SS היה יציב על 0.68 ± 0.02, וה-VSS הממוצע היה (12.77 ± 0.61) גרם/מ"ר.
כדי להמשיך ולחקור את השפעת השיפור של תיקון MBBR על קיבולת הטיפול במערכת מנקודת מבט מיקרוסקופית, נלקחו דגימות של בוצה מופעלת שלב I, בוצה מופעלת שלב II וביופילם עבור רצף תפוקה גבוהה של 16S אמפליקון-. השפע היחסי של מיקרואורגניזמים ברמת הסוג בתוך המערכת מוצג באיור 7.
הסוגים הניטרליים הדומיננטיים בביופילם הנשא היו ניטרוספירה וניטרוסומונס, עם שפע יחסי של 7.98% ו-1.01%, בהתאמה. לעומת זאת, הסוג החנקן הדומיננטי בבוצה מופעלת שלב I ושלב II היה Nitrospira, עם שפע יחסי של 1.05% ו-1.27%, בהתאמה. Nitrospira הוא הסוג החנקן הנפוץ ביותר במפעלי טיהור שפכים. רבים מהמינים שלו הוכחו כבעלי יכולת חמצון מלאה של אמוניה (קוממוקס), כלומר מיקרואורגניזם בודד יכול להשלים את התהליך מאמוניה לחנקה. תהליך MBBR, בצורה של ביופילם, השיג העשרה יעילה של Nitrospira, עם שפע יחסי פי 7.58 מזה של בוצה פעילה, מה שמספק בסיס מיקרוסקופי לשיפור ביצועי הניטריפיקציה של המערכת. כמו כן, ניתן להבחין כי השפע היחסי של חיידקים מחנקים בבוצה המופעלת מאותה מערכת של הביופילם (שלב II) היה מעט גבוה יותר מאשר במערכת הבוצה הפעילה הטהורה שלב I. ייתכן שהסיבה לכך היא שפיכת ביופילם מהנשאים התלויים חיסנה את הבוצה המופעלת במהלך חידוש דינמי, והגדילה את השפע היחסי של חיידקים מחנקים בבוצה.
הסוגים הדומיננטיים בשתי המערכות היו מועשרים בעיקר בבוצה הפעילה והיו דומים יחסית בהרכבם, כולל Terrimonas, Flavobacterium, Dechloromonas, Hyphomicrobium וכו'. השפע היחסי של זנים דניטריפי בשלבים I ו-2 היה 8.76% ו-7.52% בהתאמה. מנקודת מבט פונקציונלית, בנוסף לדניטריפיקציה, מינים מסוימים בתוך Terrimonas יכולים לפרק חומרים דמויי אנתרצין-; Flavobacterium יכול לפרק פלסטיק מתכלה (למשל, PHBV); Hyphomicrobium יכול להשתמש בתרכובות אורגניות רעילות וקשות-ל-לפירוק שונות לצורך דניטריפיקציה, כגון דיכלורומתאן, דימתיל גופרתי, מתנול וכו'. ההשפעה של פרויקט זה מכילה מעט שפכים תעשייתיים, מה שמוביל להתמחות של קהילות מיקרוביאליות פונקציונליות תחת אסמכתא{10} ארוכת טווח. למרות שפרויקט זה לא הפגין השפעות SND מקרוסקופיות משמעותיות, עדיין נמצאו כמה קבוצות פונקציונליות דניטריות בביופילם הנשא, כולל Hyphomicrobium, Dechloromonas, Terrimonas ו-OLB13, עם שיעור כולל של 2.78%. זה מצביע על כך שלאחר שהביופילם מגיע לעובי מסוים, המיקרו-סביבות האנוקסיות/אנאירוביות שנוצרות בפנים יכולות לספק תנאים להעשרת חיידקים דניטריפיים, ומציעות גם אפשרות להופעת SND באזור MBBR האירובי. יתר על כן, Proteiniclasticum זוהה הן בבוצה שלב I והן שלב II, עם שפע יחסי של 1.09% ו-1.18%, בהתאמה. לסוג זה יש יכולת טובה לפירוק והפיכת חומרים חלבוניים. העשרתו עשויה להיות קשורה לנוכחותם של מפעלי מוצרי חלב רבים בתחום האיסוף של פרויקט זה.
יש לציין, השפע היחסי של Candidatus Microthrix בבוצה מופעלת בשלב I הגיע ל-3.72%. זהו חיידק חוטי נפוץ בבוצה פעילה, הקשור לעתים קרובות להצטברות בוצה. עם זאת, השפע היחסי שלו בבוצה שלב II וביופילם היה רק 0.57% ו-1.03%, בהתאמה. לאחר התאמה מחודשת לתהליך MBBR, לנזילות של נשאים מרחפים יש אפקט גזירה על חיידקים חוטיים, ומפחיתה את הסבירות להתנפחות חוטית בבוצה הפעילה.
5 ניתוח כלכלי
צריכת החשמל למטר מעוקב לפני ואחרי תיקון זה הייתה 0.227 קוט"ש/מ"ק ו-0.242 קוט"ש/מ"ק, בהתאמה. במחיר חשמל של 0.66 RMB/(kWh), עלויות החשמל התפעוליות היו 0.150 RMB/m³ ו-0.160 RMB/m³. העלייה בצריכת החשמל נבעה בעיקר מערבוב חדש של אזורים אנוקסיים וציוד חשמלי נוסף ממיכל השקיעה המשני החדש. הכימיקלים להסרת זרחן המשמשים בפרויקט זה הם פוליפרי כלוריד (PFC) ופוליאקרילאמיד (PAM). המינון נשאר עקבי לפני ואחרי תיקון: מינון PFC 2.21 t/d, עלות 0.014 RMB/m³; מינון PAM 17.081 ק"ג ליום, עלות 0.0028 RMB/m³. פרויקט זה מנצל באופן מלא את מקור הפחמן בשפך הגולמי לצורך דניטריפיקציה. לא התווסף מקור פחמן אורגני חיצוני לפני או אחרי התיקון. עלויות החשמל והכימיקלים הישירות למטר מעוקב לפני ואחרי התיקון היו 0.167 RMB/m³ ו-0.177 RMB/m³, בהתאמה.
6 מסקנות ותחזית
(1) שלב II של מפעל טיהור שפכים דרומי השתמש בתהליך MBBR לצורך הרחבת קיבולת מחדש, תוך התייחסות לבעיות כגון מחסור בקרקע. לאחר תיקון לאחור, זרימת הטיפול גדלה מ-(3.02±0.46) ×10⁴ מ"ק/ד ל-(5.31±0.76) ×10⁴ מ"ק/ד, והשיגה הרחבת קיבולת- של 76%. הזרימה התפעולית המקסימלית הגיעה ל-1.52 פעמים מערך התכנון, כאשר שפכים טובים יותר באופן יציב מתקן הזרמת התכנון.
(2) על ידי הטבעת תהליך MBBR בשלב הביולוגי, הושגה הסרת NH₃-N יעילה ויציבה ביותר בתנאי טמפרטורה-נמוכים בחורף, למרות שה-HRT האירובי היה רק 66.07% מזה בתהליך הבוצה הפעילה. אזור MBBR תרם 99.46% להסרת NH₃-N. אם שלב II לא היה מותקן בדיעבד, תחת אותה זרימה ואיכות מים, הקולחים NH₃-N יגיע ל-5.55 מ"ג/ליטר. לכן, השימוש ב-MBBR עבור תיקון זה היה הכרחי ורציונלי.
(3) הביופילם הנשא התלוי הגביר את השפעת ההעשרה של הסוג Nitrifiing הליבה Nitrospira. השפע היחסי שלו בביופילם היה פי 7.58 מהבוצה הפעילה, מה שמספק בסיס מיקרוסקופי לשיפור ביצועי הניטריפיקציה של המערכת. בנוסף, העשרה של סוגים דניטריפיים בביופילם מציעה אפשרות להתרחשות SND.
פרויקט זה השתמש בתהליך המשולב של ביופילם-בוצה כדי להשיג הגדלת קיבולת-במקום. עם זאת, הפעולה בפועל עדיין מוגבלת על ידי החזקה והחלמה של בוצה פעילה, ומונעת שיפור נוסף של יכולת הטיפול. נכון לעכשיו, תהליכי ביופילם טהורים יושמו בפרויקטים בפועל, תוך נטישה מוחלטת של בוצה פעילה וניצול מאפייני העומס הגבוהים- של ביופילם להסרת מזהמים יעילה, ללא הגבלות על ידי מגבלות בוצה פעילה. זה מספק פתרון חדש לבנייה חדשה, שיפוץ או הרחבה של מתקני טיהור שפכים.