Progetto di ammodernamento e ristrutturazione dell'impianto di trattamento delle acque reflue con processo A2/O-MBBR
Con il continuo aumento della consapevolezza ambientale pubblica, gli impianti di trattamento delle acque reflue devono svolgere attivamente attività di miglioramento e rinnovamento, adottare tecnologie avanzate per trattare le acque reflue, ottenere il riutilizzo delle acque reflue e contribuire allo sviluppo sociale sostenibile. Una delle principali sfide incontrate durante l’ammodernamento e il rinnovamento degli impianti di trattamento delle acque reflue è la rimozione di azoto e fosforo. Utilizzando la tecnologia MBBR, questo problema viene risolto in modo efficace. Questo articolo si concentra sull'impianto di trattamento delle acque reflue della contea di Xichou, che impiega un processo combinato di pretrattamento + processo di trattamento biologico secondario A2/O + filtrazione con tessuto + disinfezione con ipoclorito di sodio. La sezione di trattamento biologico utilizza apparecchiature integrate per il trattamento delle acque reflue (tra cui un serbatoio pre-anossico, un serbatoio anaerobico, un serbatoio anossico, un serbatoio aerobico, un serbatoio di sedimentazione a tubo inclinato, un filtro in tessuto e un serbatoio di disinfezione).
1 Panoramica del progetto
La costruzione della rete di condotte fognarie a sostegno dell'impianto di trattamento delle acque reflue della contea di Xichou, Wenshan Zhuang e nella prefettura autonoma di Miao, provincia dello Yunnan, comprende progetti in sei municipalità: Dongma, Lianhuatang, Banggu, Fadou, Bolin e Xinmajie. La lunghezza totale delle reti di tubazioni fognarie di supporto in questi comuni è di circa 39,182 km, con diametri dei tubi che vanno da DN200 mm a DN500 mm, utilizzando tubi corrugati a doppia parete in polietilene ad alta densità (HDPE). Stazioni di pompaggio integrate vengono costruite nei comuni di Lianhuatang e Xinmajie. Nella municipalità di Xinmajie, è presente un tubo in PE per la fornitura di acqua in pressione Q=25 m³/h, DN 150 mm di 50 m, e nella municipalità di Lianhuatang, un tubo in PE per la fornitura di acqua in pressione Q=25 m³/h, DN 200 mm di 15 m. L'area di costruzione totale dell'impianto di trattamento delle acque reflue è di 3.482 m², compreso un edificio completo, apparecchiature integrate per il trattamento delle acque reflue, locale di trasformazione e distribuzione, sala di monitoraggio, serbatoio di regolazione, serbatoio dei fanghi, serbatoio dell'acqua di riutilizzo, locale di disidratazione dei fanghi e capannone di stoccaggio dei fanghi, canale di schermatura, stazione di pompaggio di sollevamento e serbatoio di emergenza.
2 Analisi della qualità dell'acqua e selezione del processo principale
2.1 Qualità dell'acqua influente ed effluente
Un'analisi approfondita della qualità dell'acqua affluente dell'impianto di trattamento delle acque reflue del comune della contea di Xichou mostra che la sua concentrazione è stabile con una leggera tendenza al ribasso. Poiché il processo attuale è un processo di trattamento delle acque reflue ad alta-efficienza, il volume dei serbatoi di trattamento non è grande e la loro tolleranza ai carichi d'urto non è elevata. Pertanto, lo standard del tasso di garanzia per gli indicatori della qualità delle acque influenti non può essere fissato a un livello troppo elevato; questa volta è impostato al 90%. Inoltre l'impianto riceve giornalmente 500 m³ di percolato di discarica. Quando si progetta la qualità finale dell'acqua affluente, è necessario fare affidamento sull'andamento generale della qualità dell'acqua per completare in modo efficiente il relativo lavoro di progettazione. Gli indicatori della qualità dell'acqua sono mostrati inTabella 1.
Il rapporto BOD₅/CODcr nelle acque reflue è 0,35, indicando acque reflue facilmente biodegradabili; il rapporto BOD₅/TN è 3. Per soddisfare lo standard TN degli effluenti, sono necessarie misure di trattamento aggiuntive, come l'aggiunta di una fonte esterna di carbonio; il rapporto BOD5/TP è 26,3, che è adatto per la rimozione biologica del fosforo.
Attualmente, le quantità residue di NH₃-N e TN sono relativamente elevate e l'efficienza di rimozione è scarsa. Ciò indica che la nitrificazione di NH₃-N non può essere effettuata completamente nella vecchia vasca aerobica. Non essendo originariamente predisposta una vasca anossica, il processo di denitrificazione non è avvenuto. La rimozione dell'azoto è stata ottenuta solo scaricando i fanghi in eccesso e non è stato utilizzato il metodo di nitrificazione-denitrificazione.
2.3 Processo principale
Dopo un'analisi approfondita della situazione specifica dell'impianto di trattamento delle acque reflue del comune della contea di Xichou, è stato necessario completare l'ammodernamento e la ristrutturazione all'interno del sito dell'impianto. Lo spazio all'interno dell'area dell'impianto è molto limitato. Nel determinare il processo di trattamento delle acque reflue, è stato necessario considerare in modo esaustivo le condizioni del sito e fare un uso ragionevole del processo di trattamento del serbatoio biochimico esistente. Dopo ricerche approfondite, l'adozione del processo A2/O-MBBR (denominato processo MBBR) ha risolto in modo efficace l'utilizzo del territorio e le questioni operative. Questo approccio ha facilitato l'espansione tridimensionale della capacità del serbatoio biochimico e ha consentito la costruzione attiva di serbatoi anossici e anaerobici. Il processo MBBR combina i fanghi attivi con il biofilm. I suoi vantaggi si manifestano nell'ingombro relativamente ridotto, nella lunga catena biologica, nella capacità di raggiungere standard ideali di qualità dell'acqua effluente e nel funzionamento stabile. Anche il metodo del biofilm per la rimozione dell'azoto mostra buoni risultati durante le stagioni a bassa-temperatura. Il flusso del processo MBBR è mostrato inFigura 1.
2.4 Vantaggi del processo MBBR
Confrontando il processo MBBR, i metodi con biofilm a supporto fisso- e i processi a fanghi attivi, il processo MBBR si distingue per i vantaggi più importanti, in particolare: ① I supporti sospesi sono costituiti principalmente da materiali modificati come PP e PE, che offrono una buona durata. Poiché i trasportatori sospesi sono facili da avviare e da utilizzare, raramente si verificano problemi come grumi e intasamenti. Pertanto, se applicati al sistema di aerazione e ai dispositivi di efflusso del sistema di trattamento delle acque reflue, il loro tasso di ammortamento e la frequenza di sostituzione sono molto bassi. ② Il processo MBBR possiede una forte capacità di rimozione dell'azoto. Ambienti aerobici, anossici e anaerobici possono coesistere sui trasportatori sospesi, consentendo il completamento delle reazioni di nitrificazione e denitrificazione all'interno di un singolo reattore. I batteri nitrificanti possono crescere rapidamente sul biofilm formato sui trasportatori sospesi, ottenendo una nitrificazione ottimale. ③ Il processo MBBR ha una buona tolleranza ai carichi d'urto, migliorando la stabilità dell'effluente e la resistenza alle sostanze tossiche. ④ Adottando il processo MBBR, è possibile utilizzare un ragionevole miglioramento e rinnovamento dell'attrezzatura di trattamento originale, quasi senza alcuna modifica all'uso del terreno, risparmiando così spazio. ⑤ Il trattamento tradizionale delle acque reflue richiede l'aggiunta di telai di supporto del trasportatore nel serbatoio di aerazione, mentre il processo MBBR elimina questo passaggio, riducendo così la difficoltà di manutenzione dei dispositivi di aerazione e di gestione dei trasportatori.
3 Piano di ristrutturazione dei serbatoi biochimici
3.1 Costruzione di Nuovi Serbatoi Anaerobici e Anossici
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 gradi e la gestione di indicatori quali la concentrazione di solidi sospesi nel liquore misto, la concentrazione di nitrato di denitrificazione e il tasso di denitrificazione è stata ben implementata. In inverno può verificarsi una fonte di carbonio insufficiente; è possibile aggiungere una quantità adeguata di fonte di carbonio per migliorare l'efficienza della denitrificazione. La vasca anossica di nuova costruzione è dotata complessivamente di 16 unità di miscelatori a turbina verticale da 5 kW; la zona anossica del serbatoio biochimico esistente è dotata di un totale di 8 gruppi di eliche verticali da 5 kW; la vasca anaerobica è dotata complessivamente di 6 gruppi di miscelatori sommergibili da 6,5 kW.
Confrontando i coefficienti di difficoltà delle attività di rimozione del fosforo e di rimozione dell'azoto, la rimozione dell'azoto è evidentemente più impegnativa. Di solito, effetti soddisfacenti di rimozione del fosforo possono essere ottenuti mediante metodi di rimozione chimica del fosforo. Per ottimizzare gli effetti di rimozione dell'azoto, quando le temperature sono basse e l'azoto totale in ingresso è elevato, i fanghi possono essere riciclati nella sezione anaerobica per garantire un tempo di ritenzione più lungo nella sezione anossica.
3.2 Ristrutturazione di Serbatoi Biochimici Esistenti
Dopo la ristrutturazione, il serbatoio biochimico esistente viene diviso in quattro parti: tra la prima e la quarta parte viene aggiunto un muro divisorio. Le aree prima e dopo la parete divisoria in queste due parti sono rispettivamente la zona anossica e la zona portante (zona MBBR), la zona MBBR e la zona di degasaggio. La seconda e la terza parte sono entrambe zone MBBR. L'aggiunta di una parete divisoria nella quarta parte può controllare la concentrazione di ossigeno disciolto del liquore misto di riciclo interno entro un intervallo ragionevole. Inoltre, nella zona MBRR sono installate attrezzature come schermi e aeratori a tubi forati per migliorare l'efficienza operativa del serbatoio biochimico. Una volta completata la ristrutturazione della zona aerobica del serbatoio biochimico, il volume effettivo totale del serbatoio della zona di degasaggio e della zona MBBR raggiunge i 38.000 m³. La zona di degasaggio è dotata di un totale di 12 unità di pompe a flusso assiale da 18,5 kW, di cui 4 di riserva; vengono utilizzati supporti sospesi in puro HDPE.
3.3 Ristrutturazione della sala soffianti e del sistema di aerazione
Nella sala ventilatori sono presenti 4 ventilatori: 3 sono vecchi ventilatori con una portata in ingresso di 480 m³/min e uno è un nuovo ventilatore. Il raffreddamento ad acqua è il principale metodo di raffreddamento dei vecchi soffiatori, con potenza di 830 kW ciascuno; il raffreddamento ad aria è il metodo principale per la nuova soffiante, con una potenza di 670 kW. Confrontando lo stato operativo della vecchia e della nuova soffiante, la nuova soffiante funziona in modo più efficiente ed efficace. I vecchi ventilatori non solo hanno una bassa efficienza operativa ma richiedono anche costosi costi di manutenzione e riparazione.
Quando si progetta il volume di aerazione per la zona aerobica, questo dovrebbe basarsi sulla domanda di ossigeno più elevata nella zona aerobica, con un valore finale selezionato di 720 m³/min. La configurazione dei tubi di aerazione perforati dovrebbe essere basata sul volume d'aria dei 4 ventilatori. I lavori di sostituzione delle vecchie soffianti dovranno essere svolti in modo efficace. Il riacquisto di 3 nuovi ventilatori per sostituire quelli vecchi è utile per ridurre il volume di aerazione. Quando si sostituiscono i tubi di aerazione, vengono sostituiti solo i vecchi tubi di aerazione all'interno del serbatoio aerobico.
3.4 Impianto Trattamento Fanghi
La principale attrezzatura per il trattamento dei fanghi utilizzata nell'impianto di trattamento delle acque reflue del comune della contea di Xichou è una filtropressa per l'ispessimento e la disidratazione dei fanghi. L'analisi approfondita dei processi di disidratazione e ispessimento dei fanghi e l'integrazione delle operazioni di ispessimento e disidratazione dei fanghi possono ridurre al minimo i costi di investimento di capitale e ridurre il dosaggio di flocculanti ad alto contenuto di polimeri-. Per evitare danni ambientali derivanti dal trattamento dei fanghi, è stata scelta la tecnologia meccanica di ispessimento e disidratazione dei fanghi per controllare in modo efficiente l'inquinamento ambientale e atmosferico.
3.5 Sistema di deodorizzazione
Esistono molti metodi per trattare gli odori, quelli comunemente usati includono metodi biologici, chimici e fisici. Diversi metodi di trattamento degli odori presentano differenze significative nei meccanismi di deodorazione, nelle condizioni di applicazione e nelle tipologie tecniche. Dopo aver analizzato in modo approfondito le circostanze specifiche di questo progetto e considerato i vantaggi e gli svantaggi delle diverse tecnologie di deodorizzazione, alla fine è stato selezionato il processo di deodorizzazione ionica per eseguire le operazioni pertinenti.
3.6 Punti chiave del rinnovamento del processo
3.6.1 Selezione del vettore
Quando si scelgono i supporti sospesi, è necessario garantire che il materiale di fabbricazione abbia una sufficiente resistenza alla corrosione e che la superficie specifica effettiva totale soddisfi gli standard degli effluenti, garantendo così la biomassa. Allo stesso tempo, la durata di servizio, la resistenza all'usura e la robustezza dei supporti sospesi devono soddisfare gli standard, con una durata di servizio mantenuta a oltre 15 anni.
3.6.2 Accumulo di vettori
Man mano che l'acqua scorre, i trasportatori cambiano posizione, provocando l'accumulo di un gran numero di trasportatori davanti agli schermi di intercettazione. Dopo un po' di tempo, le schermate di intercettazione potrebbero ostruirsi. L'aumento dell'aerazione viene utilizzato per eliminare i portatori accumulati. Ad ogni schermata di intercettazione si verifica una perdita di testa. Un gran numero di portatori si accumulano sotto la pressione della differenza di livello dell'acqua sullo schermo. All’aumentare della differenza del livello dell’acqua, aumenta anche la quantità di accumulo di trasportatori. Nella zona dei trasportatori è installato un dispositivo di riciclaggio dei trasportatori. Guidati da un dispositivo di trasporto aereo, i vettori alla fine della zona dei vettori vengono riportati al front-end, prevenendo l'accumulo di vettori.
3.7 Analisi dell'efficacia operativa post-ristrutturazione
L'investimento totale per questo progetto è di 219,91 milioni di yuan. Il costo operativo unitario medio è di 0,4 yuan/m³ e il costo totale unitario medio è di 0,5 yuan/m³. Dopo che il progetto di ristrutturazione aggiornato è stato completato e messo in funzione, l'effetto del flusso d'acqua è molto soddisfacente, lo stato operativo è buono e gli standard di qualità dell'acqua effluente possono soddisfare i requisiti pertinenti.
4 Conclusione
Durante la realizzazione di questo progetto di ammodernamento e ristrutturazione, le strutture esistenti sono state effettivamente utilizzate. Utilizzando razionalmente la tecnologia MBBR, il lavoro di rinnovamento del layout ha ottenuto buoni risultati senza aumentare l’impronta, migliorando significativamente la capacità di rimozione di azoto e fosforo del sistema di trattamento delle acque reflue e ottimizzando l’efficienza di rimozione degli inquinanti. La tecnologia MBBR è altamente avanzata e possiede non solo i vantaggi delle tecnologie convenzionali di trattamento delle acque reflue, ma utilizza anche in modo efficiente l'elevata capacità di trattamento dei suoi vettori speciali, migliorando significativamente l'efficienza di purificazione degli inquinanti.
Sulla base dell'analisi e della dimostrazione, per garantire la razionalità del piano, si raccomanda di adottare lo schema del processo MBBR. Eseguendo il rinnovamento in-situ del sistema biologico originale, aggiungendo trasportatori alla zona aerobica per aumentarne la capacità di carico, si garantisce che il trattamento con azoto soddisfi gli standard. L'uso successivo di serbatoi di sedimentazione ad alta-densità + filtri in tessuto per controllare SS e TP può garantire un effluente stabile che soddisfa lo standard di grado 1A. Il processo MBBR, così come i vari processi combinati che incorporano MBBR nei sistemi a fanghi attivi, funzionano in modo stabile, sono facili da utilizzare e regolare, hanno una forte tolleranza ai cambiamenti nella qualità e quantità degli affluenti, offrono buoni effetti di rimozione di azoto e fosforo e rappresentano un metodo di trattamento delle acque reflue economico, efficiente e stabile. Poiché i requisiti nazionali e locali per la qualità degli effluenti provenienti dagli impianti di trattamento delle acque reflue aumentano, questo processo è una soluzione molto adatta per progetti che affrontano sfide come la costruzione anticipata con processi incapaci di soddisfare nuovi requisiti, disponibilità limitata di terreno, costi elevati del terreno e difficoltà di finanziamento. È destinato ad essere applicato più ampiamente nel miglioramento e nel rinnovamento degli impianti di trattamento delle acque reflue municipali o industriali.
Inoltre, durante questo progetto di ristrutturazione, sono state adottate misure mirate di controllo del percorso di denitrificazione basate sulle condizioni reali durante il rinnovamento dei serbatoi biochimici, compreso il rafforzamento della gestione di indicatori come la concentrazione di nitrati di denitrificazione e il tasso di denitrificazione. Il rinnovamento del processo si è concentrato sul miglioramento della selezione dei vettori e della gestione dell'accumulo. Integrando i lavori di ristrutturazione della sala soffianti e del sistema di aerazione, del sistema di trattamento dei fanghi e del sistema di deodorizzazione, è stata migliorata la capacità di trattamento completa dell'impianto di trattamento delle acque reflue.