Ανάλυση της επίδρασης της αναβάθμισης της διαδικασίας MBBR σε μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων του Νότου
Το "Δελτίο Κατάστασης Αστικής Κατασκευής της Κίνας 2022" που κυκλοφόρησε από το Υπουργείο Στέγασης και Αστικής-Αγροτικής Ανάπτυξης της Λαϊκής Δημοκρατίας της Κίνας τον Οκτώβριο του 2023 δείχνει ότι μέχρι το τέλος του 2022, η ικανότητα επεξεργασίας των σταθμών επεξεργασίας λυμάτων στην Κίνα είχε φτάσει τα 216 εκατομμύρια m³/ημέρα, ετησίως αύξηση{4}{4} ετησίως{5}. Ο συνολικός όγκος των επεξεργασμένων λυμάτων βρίσκεται σε αυξητική τάση για 10 συναπτά έτη από το 2013. Η ταχεία ανάπτυξη των πόλεων συνοδεύεται από αύξηση της απόρριψης λυμάτων και η αντίφαση μεταξύ της γης που απαιτείται για την επέκταση και ανακαίνιση των σταθμών επεξεργασίας λυμάτων και της γης αστικής ανάπτυξης γίνεται ολοένα και πιο εμφανής.
Για την επέκταση της δυναμικότητας των υφιστάμενων μονάδων επεξεργασίας λυμάτων, η συμβατική διαδικασία ενεργού ιλύος υιοθετεί γενικά τη μέθοδο επέκτασης των εγκαταστάσεων. Καθώς ο όγκος επέκτασης αυξάνεται, το κόστος απόκτησης γης σταδιακά αυξάνεται και η περίοδος κατασκευής παρατείνεται. Η εμβάθυνση της ικανότητας επεξεργασίας εντός της υπάρχουσας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων είναι επί του παρόντος ένα αποτελεσματικό μέτρο για την περαιτέρω ενίσχυση της ικανότητας επεξεργασίας αστικών λυμάτων και την άμβλυνση της αντίφασης μεταξύ αστικής ανάπτυξης και χρήσης γης. Το Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) δημιουργήθηκε στη Νορβηγία στα τέλη της δεκαετίας του 1980. Ενισχύει τον εμπλουτισμό των λειτουργικών βακτηρίων και συνεπώς βελτιώνει την ικανότητα επεξεργασίας του συστήματος προσθέτοντας αιωρούμενους φορείς στη βιολογική δεξαμενή για να σχηματιστούν βιοφίλμ. Λόγω του χαρακτηριστικού του ότι μπορεί να «ενσωματωθεί» στο αρχικό βιολογικό σύστημα, χρησιμοποιείται ευρέως στην αναβάθμιση και την ανακαίνιση μονάδων επεξεργασίας λυμάτων, επιτυγχάνοντας επιτόπια ενίσχυση χωρητικότητας χωρίς προσθήκη νέας γης. Επιπλέον, σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες εκσυγχρονισμού εξοικονόμησης γης, όπως ο Bioreactor Membrane (MBR) και το High Concentration Composite Powder Carrier Biological Fluidized Bed (HPB), η διαδικασία MBBR δεν απαιτεί περιοδική αντικατάσταση ή αναπλήρωση φορέων, γεγονός που την καθιστά πιο συμφέρουσα από οικονομική άποψη.
Αυτό το άρθρο λαμβάνει ως παράδειγμα τη μετασκευή επέκτασης χωρητικότητας χρησιμοποιώντας τη διαδικασία MBBR σε μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στη νότια Κίνα. Αναλύει τη λειτουργική απόδοση της μονάδας πριν και μετά τη μετασκευή, την απόδοση νιτροποίησης της ζώνης MBBR και τη δομή της μικροβιακής κοινότητας, διευκρινίζοντας τον πρακτικό ρόλο της διαδικασίας MBBR στην-επιτόπια επέκταση χωρητικότητας. Στόχος είναι η παροχή παραπομπών και προτάσεων για το σχεδιασμό και τη λειτουργία παρόμοιων μονάδων επεξεργασίας λυμάτων.
1 Επισκόπηση έργου
Μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στη νότια Κίνα έχει συνολική σχεδιασμένη ικανότητα επεξεργασίας 7,5×104 m3/d, με χωρητικότητα Φάσης Ι στα 5×104 m3/d και Φάση II σε 2,5×104 m3/d. Και οι δύο φάσεις χρησιμοποίησαν αρχικά τη διαδικασία τροποποιημένου Bardenpho. Οι κύριοι στόχοι επεξεργασίας είναι τα οικιακά λύματα από την περιοχή συλλογής και τα μερικά βιομηχανικά λύματα από ένα βιομηχανικό πάρκο. Η ποιότητα των λυμάτων πρέπει να συμμορφώνεται με το πρότυπο βαθμού Α που καθορίζεται στο "Πρότυπο απόρριψης ρύπων για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων" (GB 18918-2002). Με την ταχεία ανάπτυξη των αστικών κατασκευών και της οικονομίας, η απόρριψη λυμάτων έχει αυξηθεί και το έργο λειτουργεί με ή πέρα από την πλήρη δυναμικότητα. Το 2021, όπως απαιτείται από τις κυβερνητικές αρχές, το έργο χρειάστηκε να επεκτείνει τη χωρητικότητά του κατά επιπλέον 2,5×104 m3/ημέρα με βάση την αρχική κλίμακα, φτάνοντας σε συνολική ικανότητα επεξεργασίας 1×105 m3/ημέρα. Το πρότυπο εκροής παρέμεινε Βαθμός Α του GB 18918-2002. Η σχεδιασμένη ποιότητα εισροής και εκροής παρουσιάζονται στοΠίνακας 1.
Η περιοχή γύρω από αυτό το έργο είναι γεωργική γη και δεν υπήρχε επαρκής δεσμευμένη γη για επέκταση εντός της αρχικής τοποθεσίας του εργοστασίου. Επιπλέον, κατά την αρχική κατασκευή της Φάσης ΙΙ, οι μονάδες προεπεξεργασίας είχαν ήδη κατασκευαστεί με χωρητικότητα 5×104 m³/ημέρα. Ως εκ τούτου, το επίκεντρο αυτού του έργου μετασκευής ήταν να αξιοποιήσει πλήρως το δυναμικό επεξεργασίας των υπαρχουσών βιολογικών δεξαμενών και να ελαχιστοποιήσει την κατοχή γης για την τροποποίηση των βιολογικών δεξαμενών. Η διαδικασία MBBR χρησιμοποιείται ευρέως στην-επιτόπια επέκταση και ανακαίνιση δυναμικότητας σταθμών επεξεργασίας λυμάτων λόγω του "ενσωματωμένου" χαρακτηριστικού της. Για παράδειγμα, μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στη βόρεια Κίνα χρησιμοποίησε τη διαδικασία MBBR για αύξηση χωρητικότητας, μεγιστοποιώντας τη χρήση των υφιστάμενων όγκων δεξαμενών και ροής διεργασιών, επιτυγχάνοντας επιτόπια επέκταση χωρητικότητας 20% με τα λύματα να πληρούν σταθερά τα πρότυπα Βαθμού Α. Ένα άλλο εργοστάσιο στο Γκουανγκντόνγκ χρησιμοποίησε τη διαδικασία MBBR για{10}}επί τόπου βελτίωση της απόδοσης της βιολογικής επεξεργασίας, επιτυγχάνοντας ένα καλό αποτέλεσμα της τάξης του 50%{12}}επί τόπου επέκτασης της χωρητικότητας με τα απόβλητα να είναι σταθερά καλύτερα από το πρότυπο απόρριψης. Ως εκ τούτου, λαμβάνοντας υπόψη τις πραγματικές ανάγκες της μονάδας επεξεργασίας λυμάτων και τη συνολική αξιολόγηση παραγόντων όπως η χρήση γης και η λειτουργία, η διαδικασία MBBR επιλέχθηκε τελικά ως η διαδικασία επεξεργασίας για αυτήν την αναβάθμιση επέκτασης δυναμικότητας.
2 Σχεδιασμός διαδικασίας
2.1 Ροή διαδικασίας
Ο πυρήνας αυτής της αναβάθμισης επέκτασης χωρητικότητας ήταν η ενίσχυση της ικανότητας επεξεργασίας των βιολογικών δεξαμενών επιτόπου μέσω του MBBR, διασφαλίζοντας σταθερή συμμόρφωση με τα πρότυπα εκροής παρά την αύξηση της ροής κατά 100%. Δεδομένου ότι οι αρχικές μονάδες προεπεξεργασίας και προηγμένης επεξεργασίας είχαν ήδη κατασκευαστεί για χωρητικότητα 5×104 m³/ημέρα, αυτή η μετασκευή επικεντρώθηκε στην επαναχρησιμοποίηση των υφιστάμενων εγκαταστάσεων. Η βασική τροποποίηση ήταν οι βιολογικές δεξαμενές, μαζί με την κατασκευή μιας νέας δευτερεύουσας δεξαμενής καθίζησης που θα καλύψει τη ζήτηση επεξεργασίας μετά την αύξηση της ροής. Η ροή της διαδικασίας μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση φαίνεται στοΕικόνα 1. Το εισερχόμενο υποβάλλεται σε προεπεξεργασία μέσω χονδροειδών/λεπτών οθονών και ενός θαλάμου άμμου και, στη συνέχεια, εισέρχεται στη δεξαμενή τροποποιημένου Bardenpho-MBBR για απομάκρυνση άνθρακα, αζώτου, φωσφόρου και άλλων ρύπων. Τα απόβλητα από τις βιολογικές δεξαμενές διέρχονται από δεξαμενές καθίζησης και από έναν διαυγαστή υψηλής απόδοσης{{3} για να διασφαλιστεί η σταθερή συμμόρφωση με τα πρότυπα SS και TP. Μετά την απολύμανση, τα τελικά λύματα απορρίπτονται στον ποταμό υποδοχής για οικολογική αναπλήρωση νερού.
2.2 Αναβάθμιση βιολογικής δεξαμενής
Το σχέδιο μετασκευής βιολογικής δεξαμενής παρουσιάζεται στοΕικόνα 2. Ενώ διπλασιάστηκε η ροή επεξεργασίας, οι όγκοι της αρχικής αναερόβιας και ανοξικής ζώνης παρέμειναν αμετάβλητοι. 20% του όγκου από την αρχική αερόβια ζώνη κατανεμήθηκε για να δημιουργηθεί μια πρόσθετη ανοξική ζώνη, επεκτείνοντας τον συνολικό όγκο ανοξικής ζώνης για να καλύψει τη ζήτηση απονιτροποίησης. Στον υπόλοιπο όγκο της αερόβιας ζώνης προστέθηκαν αιωρούμενοι φορείς για να σχηματιστεί η αερόβια ζώνη MBBR. Εγκαταστάθηκαν υποστηρικτικά συστήματα ελέγχου εισόδου/εξόδου και ειδικοί μίκτες MBBR-. Το αρχικό σύστημα αερισμού αλυσίδας αντικαταστάθηκε με ένα σύστημα αερισμού με διάτρητο κάτω μέρος για να διασφαλιστεί η καλή ρευστοποίηση των αναρτημένων φορέων και να αποτραπεί η απώλεια τους με τη ροή του νερού. Μετά την μετασκευή, ο συνολικός χρόνος συγκράτησης υδραυλικού συστήματος (HRT) των βιολογικών δεξαμενών είναι 8,82 ώρες, με HRT αναερόβιας ζώνης στις 1,13 ώρες, HRT ανοξικής ζώνης στις 3,05 ώρες και αερόβιας ζώνης HRT στις 4,64 ώρες. Ο συνολικός λόγος εσωτερικής ανακύκλωσης του συστήματος είναι 150%, και η ηλικία λάσπης είναι 16 ημέρες.
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 και πυκνότητα 0,94 ~ 0,97 g/cm³. Η πυκνότητα προσεγγίζει αυτή του νερού μετά την προσάρτηση βιοφίλμ, σύμφωνα με το βιομηχανικό πρότυπο "High-density Polyethylene Suspended Carrier Fillers for Water Treatment" (CJ/T 461-2014). Η αναλογία πλήρωσης είναι 45%. Προστέθηκαν δύο σετ αιωρούμενων φορέων-ειδικών υποβρύχιων αναμικτών (P=5.5 kW). Προστέθηκαν είκοσι δύο σετ ανυψούμενων συστημάτων αερισμού, 4 σετ σταθερών συστημάτων αερισμού και 45 σετ αεριστηρίων λεπτής φυσαλίδας. Αντικαταστάθηκαν δύο εσωτερικές αντλίες ανακύκλωσης (Ροή Q=1600 m³/h, κεφαλή H=0.60 m, P=7.5 kW).
2.3 Κατασκευή Νέας Δεξαμενής Δευτεροβάθμιας Καθίζησης
Λόγω της αυξημένης ροής, οι υπάρχουσες δεξαμενές δευτερεύουσας καθίζησης δεν μπορούσαν να καλύψουν τις απαιτήσεις εκροής. Χρειαζόταν μια νέα δευτερεύουσα δεξαμενή καθίζησης για την υποστήριξη της αυξημένης ικανότητας επεξεργασίας. Η νέα δεξαμενή είναι συνεπής με τις αρχικές, χρησιμοποιώντας ορθογώνιο τύπο οριζόντιας ροής. Ο ενεργός όγκος της δεξαμενής είναι 4900 m³, με HRT=7 h. Προστέθηκε ένα ξύστρο λάσπης-τύπου αντλίας (Ταχύτητα λειτουργίας V=0.8 m/min). Προστέθηκαν έξι υποβρύχιες αντλίες αξονικής ροής (αντλίες εξωτερικής ανακύκλωσης) (Q=180 m³/h, H=4 m, P=5.5 kW). Προστέθηκαν δύο αντλίες λυματολάσπης (Q=105 m³/h, H=11 m, P=7.5 kW).
3 Ανάλυση του MBBR Retrofit Effect
Η λειτουργική απόδοση πριν και μετά την αναβάθμιση Φάσης ΙΙ, η ταυτόχρονη λειτουργική απόδοση της Φάσης Ι και Φάσης ΙΙ, οι αλλαγές ποιότητας του νερού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας στη Φάση ΙΙ και η ικανότητα νιτροποίησης του βιοφίλμ και των φάσεων της αιωρούμενης λάσπης στη Φάση ΙΙ αναλύθηκαν για να αξιολογηθεί η επίδραση ενίσχυσης της μετασκευής MBBR στην ικανότητα επεξεργασίας του συστήματος.
3.1 Σύγκριση λειτουργικών επιδόσεων
Πριν από τη μετασκευή, η Φάση II λειτουργούσε ήδη πάνω από τη σχεδιασμένη ροή της, με πραγματική μέση ροή (3,02 ± 0,46) ×104 m3/d. Μετά την μετασκευή, η ροή αυξήθηκε περαιτέρω σε (5,31 ± 0,76) × 104 m3/d, μια πραγματική αύξηση περίπου 76%. Η μέγιστη λειτουργική ροή έφτασε τα 7,61×104 m3/d, 1,52 φορές την τιμή σχεδιασμού. Η ποιότητα εισροής και εκροής πριν και μετά την αναβάθμιση παρουσιάζονται στοΠίνακας 2καιΕικόνα 3. Όσον αφορά τη φόρτωση εισροής, μετά την αναβάθμιση, τα φορτία αζώτου αμμωνίας (NH3-N), ολικού αζώτου (TN), COD και TP αυξήθηκαν σε 1,61, 1,66, 1,60 και 1,53 φορές τα επίπεδα προ-μετασκευής, αντίστοιχα. Όσον αφορά την πραγματική ποιότητα εισροής/εκροής, τα εισερχόμενα NH3-N και TN πριν/μετά την αναβάθμιση ήταν (22,15±3,73)/(20,17±4,74) mg/L και (26,28±4,07)/(23,19±3,66) mg/L, αντίστοιχα. Τα απόβλητα NH3-N και TN πριν/μετά την εκ των υστέρων μετασκευή ήταν (0,16±0,14)/(0,14±0,08) mg/L και (8,62±1,79)/(7,01±1,76) mg/L, με μέσους ρυθμούς απομάκρυνσης 99,28% και 7% 76% 0,14±0,08 mg/L. αντίστοιχα. Παρά τη σημαντική αύξηση της ροής και της εισροής φόρτισης μετά την εκ των υστέρων μετασκευή, η ποιότητα των αποβλήτων ήταν ακόμα καλύτερη από ό,τι πριν από την αναβάθμιση. Ο αυξημένος όγκος της ανοξικής ζώνης εξασφάλισε καλή απομάκρυνση του ΤΝ, με την εκροή ΤΝ να μειώνεται περαιτέρω μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση. Η αερόβια ζώνη πέτυχε σημαντική βελτίωση στην ικανότητα νιτροποίησης μέσω του αιωρούμενου βιοφίλμ φορέα. Ακόμη και με 20% μείωση του όγκου αερόβιας ζώνης σε σύγκριση με την προ{36}}μετασκευή και σημαντικές αυξήσεις στη ροή και στη φόρτιση εισροής, διατηρήθηκε η εξαιρετικά αποτελεσματική αφαίρεση NH3-. Το εισερχόμενο COD και το TP πριν/μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση ήταν (106,82±34,37)/(100,52±25,93) mg/L και (2,16±0,54)/(1,96±0,49) mg/L, αντίστοιχα. Τα εκροή COD και TP πριν/μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση ήταν (10,76±2,04)/(11,15±3,65) mg/L και (0,14±0,07)/(0,17±0,05) mg/L, με μέσους ρυθμούς απομάκρυνσης 89,93%/93,52% και 891% αντίστοιχα. Μετά την μετασκευή, η ποιότητα των λυμάτων παρέμεινε σταθερά καλύτερη από το πρότυπο εκκένωσης σχεδιασμού.
Τα λειτουργικά δεδομένα από τον Νοέμβριο έως τον Ιανουάριο του επόμενου έτους (μετά-μετασκευή) επιλέχθηκαν περαιτέρω για να συγκριθεί η απόδοση της Φάσης Ι και της Φάσης ΙΙ σε συνθήκες χαμηλής- θερμοκρασίας (ελάχιστη θερμοκρασία 12 βαθμοί ). Οι συγκεντρώσεις ρύπων εισροής και εκροής και για τις δύο φάσεις φαίνονται στοΕικόνα 4. Υπό χειμερινές συνθήκες χαμηλής-θερμοκρασίας, τα λύματα και από τις δύο διεργασίες ήταν σταθερά καλύτερα από το πρότυπο εκκένωσης σχεδιασμού. Ιδιαίτερα για την απομάκρυνση NH3-N, η οποία είναι ευαίσθητη σε χαμηλές θερμοκρασίες, με συγκέντρωση εισερχόμενου NH3-N ίση με (18,98±4,57) mg/L, το εκρέον NH3-Ν ήταν (0,27±0,17 mg II, 2±0,17 mg/L) και η Phase II ήταν (1.5) mg/L. παρουσιάζουν καλή αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες. Συγκεκριμένα, μετά την αναβάθμιση MBBR στη Φάση II, η αερόβια ζώνη HRT ήταν μόνο 66,07% αυτής της Φάσης Ι, επιτυγχάνοντας σημαντική βελτίωση στην απόδοση νιτροποίησης.
3.2 Ανάλυση απόδοσης Ζώνης MBBR
Για να προσδιοριστεί περαιτέρω η πραγματική επίδραση κάθε λειτουργικής ζώνης, λήφθηκαν δείγματα νερού από το τέλος κάθε λειτουργικής ζώνης στη Φάση Ι και Φάση ΙΙ για παράλληλη μέτρηση. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΕικόνα 5. Οι συγκεντρώσεις εισερχόμενου NH3-N ήταν 18,85 mg/L και 18,65 mg/L, και οι συγκεντρώσεις εκρέοντος NH3-N ήταν 0,35 mg/L και 0,21 mg/L, με ρυθμούς απομάκρυνσης NH3-N 98,18% και 98,14% αντίστοιχα. Από τις αλλαγές του προφίλ αζώτου, η αφαίρεση NH3-Ν στη Φάση II συνέβη κυρίως στην αερόβια ζώνη MBBR. Η συγκέντρωση NH3-N στην εκροή ζώνης MBBR ήταν 0,31 mg/L, συνεισφέροντας 99,46% στη συνολική απομάκρυνση του NH3-N, ήδη καλύτερη από το πρότυπο εκκένωσης σχεδιασμού. Η επακόλουθη αερόβια ζώνη ενεργοποιημένης λάσπης εξυπηρετούσε προστατευτικό ρόλο. Επιπλέον, οι μονάδες επεξεργασίας λυμάτων που χρησιμοποιούν MBBR στην αερόβια ζώνη συνήθως παρουσιάζουν ταυτόχρονη νιτροποίηση και απονιτροποίηση (SND). Ωστόσο, σε αυτό το έργο, δεν παρατηρήθηκε απομάκρυνση ολικού ανόργανου αζώτου (TIN) στην αερόβια ζώνη MBBR, κάτι που μπορεί να σχετίζεται με τη σχετικά χαμηλή συγκέντρωση υποστρώματος εισροής σε αυτό το έργο.
Για περαιτέρω διερεύνηση της επίδρασης της προσθήκης αιωρούμενων φορέων στην απόδοση νιτροποίησης του συστήματος, λήφθηκε υπερκείμενο υγρό από την εκροή ανοξικής ζώνης της Φάσης Ι. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές απόδοσης νιτροποίησης σε καθαρή λάσπη Φάσης Ι, καθαρή λάσπη Φάσης ΙΙ, καθαρό βιοφίλμ Φάσης ΙΙ και σύστημα ιλύος συνδυασμένου βιοφίλμ Φάσης ΙΙ-. Υπό συνθήκες που συνάδουν με το πραγματικό έργο (αναλογία πλήρωσης φορέα, συγκέντρωση λάσπης, θερμοκρασία νερού), με DO ελεγχόμενη στα 6 mg/L για τον προσδιορισμό της βέλτιστης απόδοσης νιτροποίησης. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στοΠίνακας 3. Οι ρυθμοί νιτροποίησης για την καθαρή λάσπη Φάσης Ι, την καθαρή ιλύ Φάσης ΙΙ, το καθαρό βιοφίλμ Φάσης ΙΙ και το σύστημα συνδυασμένου βιοφίλμ- φάσης ΙΙ ήταν 0,104, 0,107, 0,158 και 0,267 kg/(m³·d), αντίστοιχα. Η προσθήκη αιωρούμενων φορέων ενίσχυσε την απόδοση νιτροποίησης του συστήματος. Ο ρυθμός νιτροποίησης του συστήματος ιλύος συνδυασμένου βιοφίλμ-Φάσης ΙΙ έφτασε το 2,57 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του συστήματος καθαρής ενεργού λάσπης Φάσης Ι. Επιπλέον, το καθαρό φορτίο βιοφίλμ ήταν ήδη υψηλότερο από το φορτίο της ενεργοποιημένης λάσπης, βελτιώνοντας σημαντικά την αντίσταση του συστήματος σε κρουστικό φορτίο. Στο συνδυασμένο σύστημα Φάσης ΙΙ, το βιοφίλμ συνεισέφερε 59,92% στη νιτροποίηση, κατέχοντας δεσπόζουσα θέση.
3.3 Ανάλυση ορθολογικότητας της αναβάθμισης
Για να αναλυθεί η ορθολογικότητα της χρήσης της διαδικασίας συνδυασμένου βιοφίλμ-ιλύος MBBR για αυτήν την εκ των υστέρων προσαρμογή, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί σχετικά με την επίδραση της προσθήκης φορέα, την αντίσταση του φορτίου κραδασμού του συστήματος και τη συσχέτιση μεταξύ αύξησης ροής και προσθήκης φορέα. Εάν η Φάση II αυτού του έργου δεν είχε εκ των υστέρων τοποθετηθεί και χρησιμοποιήσει την παραδοσιακή διαδικασία ενεργού ιλύος, με βάση τη σχεδιασμένη εισροή/εκροή NH3-N και τον βέλτιστο ογκομετρικό ρυθμό νιτροποίησης της ενεργοποιημένης ιλύος Φάσης Ι (DO=6 mg/L), η υπολογιζόμενη συγκέντρωση εκροών θα ήταν ίση με Failet NH3, NH3, NH35{4}L. πρότυπο εκροών. Εάν υπολογιστεί με βάση τον βέλτιστο ρυθμό νιτροποίησης που λήφθηκε από τη δοκιμή συνδυασμένου συστήματος Φάσης II, στη σχεδιασμένη ροή εισροής, η Φάση II θα μπορούσε να ανεχθεί μέγιστη συγκέντρωση εισροής NH3-N έως και 55 mg/L, που είναι 2,20 φορές η τιμή σχεδιασμού, ενισχύοντας σημαντικά την αντίσταση στο φορτίο κρούσης του συστήματος. Επομένως, η χρήση του MBBR για αυτήν την εκ των υστέρων προσαρμογή είναι ορθολογική και διασφαλίζει αποτελεσματικά τη σταθερή συμμόρφωση με τα πρότυπα εκροής. Εάν η Φάση Ι εγκατασταθεί επίσης εκ των υστέρων με τη διαδικασία MBBR, με βάση τις σχεδιασμένες συγκεντρώσεις ρύπων εισροής/εκροής, η ροή επεξεργασίας θα μπορούσε να αυξηθεί περισσότερο από 1 φορές, παρέχοντας τη δυνατότητα στις μονάδες επεξεργασίας λυμάτων να ταιριάζουν με την ταχεία αστική ανάπτυξη και να επιτύχουν ομαλές αναβαθμίσεις.
4 Κατάσταση προσάρτησης βιοφίλμ και μικροβιακή ανάλυση
Η προσάρτηση βιοφίλμ στους αιωρούμενους φορείς σε αυτό το έργο φαίνεται στοΕικόνα 6. Το βιοφίλμ επικάλυψε ομοιόμορφα την εσωτερική επιφάνεια των φορέων, όντας πυκνό χωρίς κροκιδωτικό υλικό στους πόρους του φορέα. Το μέσο πάχος ήταν (345,78 ± 74,82) μm. Η μέση βιομάζα βιοφίλμ ήταν (18,87 ± 0,93) g/m², η αναλογία πτητικά αιωρούμενα στερεά (VSS)/SS ήταν σταθερή στο 0,68 ± 0,02 και η μέση VSS ήταν (12,77 ± 0,61) g/m².
Για περαιτέρω διερεύνηση του βελτιωτικού αποτελέσματος της μετασκευής MBBR στην ικανότητα επεξεργασίας του συστήματος από μικροσκοπική προοπτική, λήφθηκαν δείγματα ενεργοποιημένης ιλύος Φάσης Ι, ενεργοποιημένης ιλύος Φάσης ΙΙ και βιοφίλμ για αλληλουχία υψηλής απόδοσης 16S αμπλικονίου{{1}. Η σχετική αφθονία μικροοργανισμών σε επίπεδο γένους εντός του συστήματος φαίνεται στοΕικόνα 7.
Τα κυρίαρχα γένη νιτροποίησης στο αιωρούμενο βιοφίλμ φορέα ήταν το Nitrospira και το Nitrosomonas, με σχετική αφθονία 7,98% και 1,01%, αντίστοιχα. Αντίθετα, το κυρίαρχο γένος νιτροποίησης και στην ενεργοποιημένη ιλύ Φάσης Ι και Φάσης ΙΙ ήταν το Nitrospira, με σχετική αφθονία 1,05% και 1,27%, αντίστοιχα. Το Nitrospira είναι το πιο κοινό γένος νιτροποίησης σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων. Πολλά από τα είδη του έχουν αποδειχθεί ότι διαθέτουν πλήρη ικανότητα οξείδωσης αμμωνίας (comammox), που σημαίνει ότι ένας μόνο μικροοργανισμός μπορεί να ολοκληρώσει τη διαδικασία από την αμμωνία στα νιτρικά. Η διαδικασία MBBR, με τη μορφή βιοφίλμ, πέτυχε αποτελεσματικό εμπλουτισμό του Nitrospira, με σχετική αφθονία 7,58 φορές μεγαλύτερη από αυτήν στην ενεργό ιλύ, παρέχοντας μια μικροσκοπική βάση για τη βελτίωση της απόδοσης νιτροποίησης του συστήματος. Μπορεί επίσης να παρατηρηθεί ότι η σχετική αφθονία νιτροποιητικών βακτηρίων στην ενεργοποιημένη ιλύ από το ίδιο σύστημα με το βιοφίλμ (Φάση ΙΙ) ήταν ελαφρώς υψηλότερη από ό,τι στο σύστημα καθαρής ενεργοποιημένης ιλύος Φάσης Ι. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι η απόρριψη βιοφίλμ από τους αιωρούμενους φορείς εμβολίασε την ενεργοποιημένη ιλύ κατά τη δυναμική ανανέωση, αυξάνοντας τη σχετική αφθονία των νιτροποιητικών βακτηρίων στη λάσπη.
Τα κυρίαρχα γένη απονιτροποίησης και στα δύο συστήματα εμπλουτίστηκαν κυρίως στην ενεργοποιημένη ιλύ και ήταν σχετικά παρόμοια σε σύνθεση, συμπεριλαμβανομένων των Terrimonas, Flavobacterium, Dechloromonas, Hyphomicrobium, κ.λπ. Από λειτουργική άποψη, εκτός από την απονιτροποίηση, ορισμένα είδη στο Terrimonas μπορούν να αποικοδομήσουν ουσίες που μοιάζουν με το ανθρακένιο-. Το φλαβοβακτήριο μπορεί να αποικοδομήσει βιοδιασπώμενα πλαστικά (π.χ. PHBV). Το Hyphomicrobium μπορεί να χρησιμοποιήσει διάφορες τοξικές και σκληρές--οργανικές ενώσεις για απονιτροποίηση, όπως διχλωρομεθάνιο, διμεθυλοσουλφίδιο, μεθανόλη κ.λπ. Η εισροή αυτού του έργου περιέχει ορισμένα βιομηχανικά λύματα, οδηγώντας στην εξειδίκευση λειτουργικών μικροβιακών κοινοτήτων υπό μακροπρόθεσμη{10} περιορισμό. Αν και αυτό το έργο δεν εμφάνισε σημαντικά μακροσκοπικά αποτελέσματα SND, ορισμένες απονιτροποιητικές λειτουργικές ομάδες εξακολουθούν να βρέθηκαν στο αιωρούμενο βιοφίλμ φορέα, συμπεριλαμβανομένων των Hyphomicrobium, Dechloromonas, Terrimonas και OLB13, με συνολική αναλογία 2,78%. Αυτό δείχνει ότι αφού το βιοφίλμ φτάσει σε ένα ορισμένο πάχος, τα ανοξικά/αναερόβια μικροπεριβάλλοντα που σχηματίζονται στο εσωτερικό μπορούν να παρέχουν συνθήκες για τον εμπλουτισμό των απονιτροποιητικών βακτηρίων, προσφέροντας επίσης τη δυνατότητα εμφάνισης SND στην αερόβια ζώνη MBBR. Επιπλέον, το Proteiniclasticum ανιχνεύθηκε και στη λάσπη Φάσης Ι και Φάσης ΙΙ, με σχετική αφθονία 1,09% και 1,18%, αντίστοιχα. Αυτό το γένος έχει καλή ικανότητα για αποσύνθεση και μετασχηματισμό πρωτεϊνικών ουσιών. Ο εμπλουτισμός του μπορεί να σχετίζεται με την παρουσία πολυάριθμων επιχειρήσεων γαλακτοκομικών προϊόντων στον χώρο συλλογής αυτού του έργου.
Συγκεκριμένα, η σχετική αφθονία του Candidatus Microthrix στην ενεργό ιλύ Φάσης Ι έφτασε το 3,72%. Είναι ένα κοινό νηματοειδές βακτήριο στην ενεργοποιημένη ιλύ, που συχνά σχετίζεται με τη διόγκωση της ιλύος. Ωστόσο, η σχετική αφθονία του σε ιλύ Φάσης ΙΙ και βιοφίλμ ήταν μόνο 0,57% και 1,03%, αντίστοιχα. Μετά την εκ των υστέρων προσαρμογή με τη διαδικασία MBBR, η ρευστοποίηση των αιωρούμενων φορέων έχει διατμητική επίδραση στα νηματοειδή βακτήρια, μειώνοντας την πιθανότητα διόγκωσης νηματώδους στην ενεργοποιημένη ιλύ.
5 Οικονομική Ανάλυση
Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά κυβικό μέτρο πριν και μετά από αυτήν την αναβάθμιση ήταν 0,227 kWh/m³ και 0,242 kWh/m³, αντίστοιχα. Σε τιμή ηλεκτρικής ενέργειας 0,66 RMB/(kWh), το λειτουργικό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας ήταν 0,150 RMB/m³ και 0,160 RMB/m³. Η αύξηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας οφείλεται κυρίως στη νέα ανάμειξη ανοξικών ζωνών και στον πρόσθετο ηλεκτρικό εξοπλισμό από τη νέα δεξαμενή δευτερεύουσας καθίζησης. Οι χημικές ουσίες αφαίρεσης φωσφόρου που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έργο είναι το χλωριούχο πολυσίδηρο (PFC) και το πολυακρυλαμίδιο (PAM). Η δοσολογία παρέμεινε σταθερή πριν και μετά την αναβάθμιση: Δοσολογία PFC 2,21 t/d, κόστος 0,014 RMB/m³. Δοσολογία PAM 17,081 kg/ημέρα, κόστος 0,0028 RMB/m³. Αυτό το έργο χρησιμοποιεί πλήρως την πηγή άνθρακα στην ακατέργαστη εισροή για απονιτροποίηση. Δεν προστέθηκε εξωτερική πηγή οργανικού άνθρακα πριν ή μετά την μετασκευή. Το άμεσο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας και χημικών ανά κυβικό μέτρο πριν και μετά την μετασκευή ήταν 0,167 RMB/m³ και 0,177 RMB/m³, αντίστοιχα.
6 Συμπεράσματα και Outlook
(1) Η Φάση II μιας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων του νότου χρησιμοποίησε τη διαδικασία MBBR για την αναβάθμιση επέκτασης της χωρητικότητας, αντιμετωπίζοντας ζητήματα όπως η έλλειψη γης. Μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση, η ροή επεξεργασίας αυξήθηκε από (3,02±0,46) ×104 m3/d σε (5,31±0,76) ×104 m3/d, επιτυγχάνοντας 76% σε-επιτόπια επέκταση χωρητικότητας. Η μέγιστη λειτουργική ροή έφτασε 1,52 φορές την τιμή σχεδιασμού, με τα λύματα να είναι σταθερά καλύτερα από το πρότυπο εκκένωσης σχεδιασμού.
(2) Με την ενσωμάτωση της διεργασίας MBBR στο βιολογικό στάδιο, επιτεύχθηκε εξαιρετικά αποτελεσματική και σταθερή αφαίρεση NH3-Ν υπό συνθήκες χειμερινής χαμηλής- θερμοκρασίας, παρόλο που το αερόβιο HRT ήταν μόνο 66,07% αυτού στη διαδικασία ενεργοποιημένης λάσπης. Η ζώνη MBBR συνέβαλε 99,46% στην αφαίρεση NH3-N. Εάν η Φάση ΙΙ δεν είχε τοποθετηθεί εκ των υστέρων, με την ίδια ροή και ποιότητα νερού, η εκροή ΝΗ3-Ν θα έφτανε τα 5,55 mg/L. Ως εκ τούτου, η χρήση του MBBR για αυτή τη μετασκευή ήταν απαραίτητη και ορθολογική.
(3) Το αιωρούμενο βιοφίλμ φορέα ενίσχυσε το αποτέλεσμα εμπλουτισμού του γένους Nitrospira που νιτροποιεί τον πυρήνα. Η σχετική αφθονία του στο βιοφίλμ ήταν 7,58 φορές μεγαλύτερη από αυτή στην ενεργοποιημένη ιλύ, παρέχοντας μια μικροσκοπική βάση για τη βελτίωση της απόδοσης της νιτροποίησης του συστήματος. Επιπλέον, ο εμπλουτισμός των απονιτροποιητικών γενών στο βιοφίλμ προσφέρει τη δυνατότητα εμφάνισης SND.
Αυτό το έργο χρησιμοποίησε τη διαδικασία συνδυασμού βιοφίλμ-λάσπης για να επιτύχει-επιτόπια αύξηση χωρητικότητας. Ωστόσο, η πραγματική λειτουργία εξακολουθεί να περιορίζεται από τη συγκράτηση και την ανάκτηση της ενεργοποιημένης ιλύος, αποτρέποντας την περαιτέρω ενίσχυση της ικανότητας επεξεργασίας. Επί του παρόντος, οι καθαρές διεργασίες βιοφίλμ έχουν εφαρμοστεί σε πραγματικά έργα, εγκαταλείποντας πλήρως την ενεργοποιημένη ιλύ και χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά υψηλού φορτίου του βιοφίλμ για αποτελεσματική απομάκρυνση ρύπων, χωρίς περιορισμούς από περιορισμούς ενεργοποιημένης ιλύος. Αυτό παρέχει μια νέα λύση για τη νέα κατασκευή, ανακαίνιση ή επέκταση σταθμών επεξεργασίας λυμάτων.