100.000 m³/d WWTP Potenziamento in-situ: MBBR + biofiltro di denitrificazione + coagulazione magnetica Soddisfano DB51/2311 senza nuovo terreno

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Applicazione di MBBR + biofiltro di denitrificazione + sedimentazione con coagulazione magnetica per l'ammodernamento in-situ di un impianto di trattamento delle acque reflue

Pubblicato: 25-5-2026 • Categoria:Casi• Tag:MBBR · Biofiltro di denitrificazione · Coagulazione magnetica · Aggiornamento dell'impianto di depurazione

SEZIONE 1

1 Panoramica del progetto

1.1 Contesto del progetto

Un parco industriale con impianto centralizzato di trattamento delle acque reflue a Chengdu con una capacità di100,000 m³/dè stato messo in funzione nel 2013. Adotta il processo di camera di sabbiatura aerata + AAO + serbatoio di sedimentazione secondaria + filtro di tipo D- + disinfezione UV e la qualità dell'effluente soddisfa lo standard di Classe A delStandard di scarico degli inquinanti per l'impianto di trattamento delle acque reflue municipali(GB 18918–2002). La portata di trattamento varia da 91.000 a 118.000 m³/d, di cui le acque reflue industriali rappresentano circa il 48%. Con il rilascio delStandard di scarico degli inquinanti idrici per i bacini urbani e fluviali nella provincia del Sichuan(DB51/2311–2016) nel 2017, l'impianto è tenuto a conformarsi allo standard di scarico per gli impianti centralizzati di trattamento delle acque reflue dei parchi industriali. L'effluente esistente soddisfa sostanzialmente lo standard di Classe A, ma la qualità dell'effluente varia notevolmente, con occasionali superamenti di TN e TP. Allo stesso tempo, l'elevato contenuto di sabbia nell'affluente fa sì che la camera di dissabbiatura aerata richieda frequenti svuotamenti per la dissilatura. Pertanto, è necessario aggiornare questo impianto.

1.2 Qualità degli affluenti e degli effluenti

Sulla base dei dati statistici del 2017 e del 2018, il confronto tra la qualità dell'affluente di progetto originale e la qualità effettiva dell'affluente è mostrato nella Tabella 1. Si può vedere che il COD e il BOD₅ effettivi dell'affluente sono inferiori ai valori di progetto, mentre SS e TP dell'affluente sono molto più alti dei valori di progetto.

Tabella 1 Confronto tra progettazione e qualità effettiva degli influenti

Unità: mg/l

Il confronto tra la qualità effettiva degli effluenti del 2017 e del 2018, lo standard degli effluenti progettato originariamente e il nuovo standard degli effluenti è mostrato nella Tabella 2. Confrontando i nuovi e vecchi standard, i requisiti per COD e NH₄-N sono più severi, mentre altri indicatori rimangono invariati. Dalla Tabella 2 si può vedere che con il vecchio standard sugli effluenti, TP e TN non possono soddisfare stabilmente lo standard con un tasso di garanzia del 100%; secondo il nuovo standard sugli effluenti, NH₄-N non può soddisfare stabilmente lo standard anche con un tasso di garanzia del 95%. Pertanto, raggiungere una conformità stabile di TP, TN e NH₄-N con il nuovo standard di scarico è la soluzionepunto chiave di questo aggiornamento.

Tabella 2 Confronto della qualità degli effluenti

Unità: mg/l

1.3 Problemi esistenti

SEZIONE 2

2 Schema di progettazione dell'aggiornamento

2.1 Adeguamento della qualità dell'acqua di progetto

Sulla base della qualità dell'acqua influente misurata nel 2017 e nel 2018, viene proiettata la qualità dell'affluente di progetto. Il valore di progetto BOD₅ viene abbassato, mentre i valori di progetto SS e TP vengono aumentati, mantenendo un certo margine rispetto ai valori misurati. La qualità dell'affluente e dell'effluente di progetto per l'aggiornamento è mostrata nella Tabella 3.

Tabella 3 Tassi di progettazione degli influenti, della qualità degli effluenti e di rimozione

Unità: mg/l

2.2 Schema di aggiornamento

I principali vincoli per l'ammodernamento di questo impianto sono: (1) l'ammodernamento deve essere completato in-situ senza aggiungere nuovo terreno; (2) l'affluente ha un elevato contenuto di sabbia, la camera di sabbia aerata richiede frequenti operazioni di desilificazione e anche una nuova vasca di sedimentazione primaria dovrebbe affrontare il problema dell'accumulo di sabbia; (3) i costi operativi dopo la ricostruzione devono essere mantenuti a un livello relativamente basso. Considerando questi vincoli e i requisiti di aggiornamento, viene determinato il percorso del processo per ciascuna fase di trattamento.

2.2.1 Miglioramento del pretrattamento

L'efficacia del pretrattamento influisce direttamente sul-normale funzionamento a lungo termine del serbatoio biologico. L'impianto ha un elevato contenuto di sabbia nell'affluente e la camera di sabbia aerata è sovraccarica, portando inevitabilmente sabbia all'interno del serbatoio biologico. UNtecnologia di separazione rapida dei solidi-liquidiè progettato per migliorare il pretrattamento. Il suo principio è quello di lasciare che l'acqua non depurata scorra attraverso un tessuto filtrante a rotazione continua per ottenere la separazione dei solidi-liquidi e utilizzare acqua depurata per sgrassare e rimuovere continuamente le impurità solide trattenute sul tessuto filtrante. Un vantaggio di questa tecnologia è la sua elevata precisione di filtrazione: la dimensione dei pori del tessuto filtrante è di 0,2 mm, ovvero 1/15 della dimensione dei pori dello schermo fine convenzionale, e può intercettare più del 90% di schiuma, sabbia fine, capelli e altre impurità, migliorando significativamente l'effetto del pretrattamento. Un'altra caratteristica è l'elevato carico di trattamento e l'ingombro ridotto, con un tempo di ritenzione idraulica di soli 5 secondi circa.

Nell'ammodernamento, tre set di dispositivi di separazione rapida di solidi-liquidi vengono installati dopo il vaglio grossolano, fornendo una capacità di pretrattamento di 30.000 m³/giorno, coprendo un'area di 184 m², operando in parallelo con il vaglio fine originale + camera di dissabbiatura aerata, che funziona a capacità ridotta. Le imprese industriali servite dallo stabilimento operano principalmente nella produzione di macchinari, prodotti elettronici e produzione di display. Gli inquinanti caratteristici includono metalli pesanti, fluoro e COD refrattario. Lo scarico aziendale soddisfa iStandard di qualità delle acque reflue per lo scarico nelle fognature comunali(GB/T 31962–2015). Per far fronte agli shock improvvisi degli inquinanti tossici, è stato progettato un nuovo serbatoio di stoccaggio di emergenza con un volume utile di 33.000 m³, completamente interrato, con paesaggistica e strade fuori terra.

2.2.2 Modifica Sezione Biologica

La rimozione di TP, NH₃-N e TN deve essere migliorata nella sezione del trattamento biologico. A causa dei vincoli del terreno e dell'impossibilità di aumentare il volume totale del serbatoio, vengono apportate tre modifiche in-situ al serbatoio biologico AAO originale:

Figura 1Modifica biologica complessiva del serbatoio (AAO + MBBR incorporati)

2.2.3 Modifica della sezione Trattamento avanzato

Il ruolo della sezione di trattamento avanzato è garantire la conformità finale di TN, TP e SS. La combinazione di filtro di denitrificazione e serbatoio di sedimentazione ad alta-efficienza è un percorso tecnico relativamente maturo con molti casi applicativi e questo progetto intende adottarlo.

(1) Selezione del filtro di denitrificazione

Attualmente, i filtri di denitrificazione più utilizzati in Cina sono il filtro a letto profondo di denitrificazione e il biofiltro di denitrificazione. ILManuale di progettazione per l'approvvigionamento idrico e il drenaggioVolume 5 (Drenaggio urbano) e ilSpecifica Tecnica Generale per il Biofiltro Denitrificatore(GB/T 37528–2019) specificano i parametri di progettazione di questi due filtri, come mostrato nella Tabella 4. Si può vedere che il biofiltro di denitrificazione a flusso ascendente che utilizza media filtrante ceramsite ha una velocità di filtrazione e un carico di denitrificazione più elevati rispetto al filtro a letto profondo di denitrificazione a flusso discendente che utilizza sabbia di quarzo. Gli studi hanno dimostrato che i media filtranti ceramsite, rispetto alla sabbia di quarzo, presentano i vantaggi di un'elevata capacità di trasporto del biofilm, un elevato utilizzo della fonte di carbonio, un breve tempo di formazione del biofilm e una distribuzione uniforme delle colonie microbiche, mentre il vantaggio della sabbia di quarzo risiede nella sua maggiore capacità di rimozione di TN e SS. Il filtro a monte ha un ciclo di controlavaggio più lungo e una minore perdita di carico di filtrazione rispetto al filtro a valle.

Tabella 4 Principali parametri di progettazione del filtro denitrificazione negli standard e nei codici

Questo progetto ha un territorio limitato e gli standard aggiornati sugli effluenti non impongono requisiti più severi sulla rimozione di TN e SS. Considerando in modo complessivo, il biofiltro di denitrificazione a flusso ascendente con media filtrante ceramsite viene scelto come unità di denitrificazione per il trattamento avanzato. Allo stesso tempo, prima del filtro è installato uno schermo fine con piastra con orifizio di flusso interno con dimensione dei pori di 1 mm per ridurre le impurità del particolato che entrano nel filtro.

(2) -Serbatoio di sedimentazione ad alta efficienza - Coagulazione magnetica

È stata progettata una vasca di sedimentazione per coagulazione magnetica. Il serbatoio di sedimentazione per coagulazione magnetica aggiunge materiale magnetico + policloruro di alluminio (PAC) + poliacrilammide (PAM) al filtrato, formando fiocchi compatti attraverso la miscelazione e la flocculazione, ottenendo così un'elevata velocità di flusso con un carico idraulico superficiale fino a20 m³/(m²·h), di gran lunga superiore ai 6–13 m³/(m²·h) dei normali serbatoi di sedimentazione ad alta-efficienza. Oltre alla buona rimozione di TP e SS, il serbatoio di sedimentazione per coagulazione magnetica ha anche un certo effetto di rimozione sul COD refrattario, sui metalli pesanti e sul colore. Questo progetto ha un terreno limitato e l'affluente contiene una certa percentuale di acque reflue industriali, rendendo la vasca di sedimentazione a coagulazione magnetica più adatta.

(3) Considerazione globale.Il biofiltro di denitrificazione viene posizionato prima del serbatoio di sedimentazione per coagulazione magnetica principalmente per sfruttare appieno il BOD₅ residuo nell'effluente del serbatoio di sedimentazione secondaria come fonte di carbonio per la denitrificazione. Prima del filtro è previsto un tubo di bypass che consente alle acque reflue di fluire direttamente nella vasca di sedimentazione a coagulazione magnetica senza passare attraverso il filtro, risparmiando energia per il sollevamento secondario. Il flusso complessivo del processo dopo l'aggiornamento è mostrato nella Figura 2.

Figura 2Flusso complessivo del processo dopo l'aggiornamento (separazione rapida di solidi-liquidi + AAO/MBBR + biofiltro di denitrificazione + sedimentazione di coagulazione magnetica)

2.3 Strutture principali e parametri di progettazione

SEZIONE 3

3 Analisi delle prestazioni operative

3.1 Prestazioni del dispositivo di separazione rapida di solidi-liquidi

Il consumo energetico del dispositivo di separazione rapida di solidi-liquidi durante il funzionamento è 9,12 × 10⁴ kW·h/m³. Le impurità separate comprendono rifiuti domestici, sabbia fine, grasso solido, capelli e fibre. Il contenuto medio di umidità del residuo scaricato è del 72,31%, e la produzione di residuo secco è di 104,6 kg/m³. La produzione di residui secchi degli impianti di pretrattamento convenzionali è di 37,3 kg/m³, mentre la produzione di residui secchi del dispositivo di separazione rapida solido-liquido è2,8 voltequello del pretrattamento convenzionale. L'affluente e l'effluente del dispositivo vengono essiccati e pesati e i risultati mostrano che l'efficienza di intercettazione del tessuto filtrante con pori da 0,2 mm per sabbia e fibre capillari è92.99%–94.95%. Finora il dispositivo funziona stabilmente da tre anni.

3.2 Prestazioni del serbatoio biologico

I dati medi annuali sulla qualità dell'acqua in entrata e in uscita prima (2018) e dopo (2023) la modifica sono riepilogati, come mostrato nella Tabella 5. Si può vedere che la qualità dell'effluente del serbatoio biologico è stata complessivamente migliorata dopo la modifica. COD, BOD₅, NH₃-N, TN e TP sono diminuiti del 14,94%, 12,95%,62.28%, 25,41% e 39,16%, rispettivamente, con le maggiori riduzioni di NH₃-N, TN e TP. Allo stesso tempo, anche la stabilità di ciascun indicatore di effluente è notevolmente migliorata.

Tabella 5 Qualità dell'acqua dell'affluente e dell'effluente del serbatoio biochimico - prima e dopo la ristrutturazione

Dopo la modifica il contenuto di sostanza organica dei fanghi attivi nel serbatoio biologico è aumentato. Secondo i dati dei test, il rapporto medio MLVSS/MLSS è stato pari a 0,58 nel 2018 e 0,63 nel 2023, con un incremento dell’8,6%. L'aumento del contenuto di materia organica indica una migliore attività dei fanghi, principalmente per due ragioni: in primo luogo, il pretrattamento è stato rafforzato e una maggiore quantità di materia inorganica come la sabbia viene intercettata dal dispositivo di separazione rapida solido-liquido, riducendo la proporzione di componenti inorganici nel fango attivo; in secondo luogo, l'aggiunta del sistema MBBR nella vasca biologica aumenta la biomassa microbica totale, aumentando la componente organica nei fanghi attivi.

Nel mese di agosto sono state misurate le concentrazioni di fanghi nella zona di pre-denitrificazione, zona anaerobica, zona anossica e zona MBBR del serbatoio biologico, con un rapporto di ricircolo dei fanghi esterno del 100% e un rapporto di ricircolo interno del 200%. Sono state prelevate tre serie di campioni paralleli e i valori medi sono mostrati nella Tabella 6. Si può vedere che le concentrazioni di fanghi nelle quattro unità di trattamento del serbatoio biologico differiscono, con la più alta nella zona MBBR, seguita dalla zona anossica. L'analisi suggerisce che il biofilm attaccato ai supporti MBBR si stacca continuamente e si mescola ai fanghi attivi a causa dell'attrito, della collisione e del dilavamento idraulico, aumentando la concentrazione dei fanghi in questa zona di circa il 3,54% rispetto alla zona anossica.

Tabella 6 Concentrazione dei fanghi di ciascuna unità nel serbatoio biochimico

Unità: mg/l

3.3 Esecuzione del Trattamento Avanzato

Poiché il TN nell'effluente del serbatoio biologico soddisfa già stabilmente lo standard, per risparmiare sui costi operativi, al biofiltro di denitrificazione non viene effettivamente aggiunta alcuna fonte di carbonio aggiuntiva. Secondo i dati sulla qualità dell'acqua del 2023, il TN nell'effluente del serbatoio biologico è (7,04 ± 1,01) mg/L. Senza considerare la rimozione del TN nella vasca di sedimentazione secondaria, il TN nell'effluente del biofiltro di denitrificazione è (6,43 ± 0,92) mg/L, con un tasso di rimozione dell'8,7%. Il TP nell'effluente del serbatoio biologico è (0,16 ± 0,09) mg/L. Senza considerare la rimozione del TP nella vasca di sedimentazione secondaria, il TP nell'effluente della vasca di sedimentazione della coagulazione magnetica è (0,08 ± 0,04) mg/L, con un tasso di rimozione del 50%.

SEZIONE 4

4 Costi di ricostruzione e di esercizio

SEZIONE 5

5 Conclusione