กรณีศึกษาประสิทธิภาพของที่ราบสูงเย็น MBBR: วิธีที่โรงงานขนาด 85,000 ลบ.ม./วัน ที่ความสูง 2,200 ม. สามารถรักษาสภาพไนตริฟิเคชั่นในฤดูหนาวได้ 93%+

อุณหภูมิที่เย็นจัดเป็นศัตรูของการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพ เมื่ออุณหภูมิของน้ำลดลงต่ำกว่า 15 องศา แบคทีเรียไนตริไฟนิ่งจะชะลอกิจกรรมการเผาผลาญของพวกมันลงอย่างมาก - และที่ระดับความสูง อากาศที่บางลงจะทำให้เกิดปัญหาโดยการลดประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนได้ถึง 22% กรณีศึกษานี้ตรวจสอบว่าโรงบำบัดน้ำเสียขนาด 85,000 ลบ.ม./วัน บนที่ราบสูงชิงไห่-ที่ระดับความสูง 2,200 ม. ใช้เทคโนโลยี MBBR เพื่อรักษาไว้ได้อย่างไรกำจัดแอมโมเนียได้ 93–96% แม้ที่อุณหภูมิ 9 องศาเป็นไปตามมาตรฐานน้ำทิ้งเกรด 1A ของจีนตลอดทั้งปี-

ความเป็นมาของโครงการ

ตั้งอยู่ในพื้นที่เมืองที่มีประชากรหนาแน่นบนที่ราบสูงชิงไห่- WWTP นี้เริ่มดำเนินการครั้งแรกในปี 2010 ด้วยกระบวนการ "ถังเติมอากาศ + จานชีวภาพ" แบบธรรมดาที่ออกแบบมาเพื่อการกำจัดซีโอดีและแอมโมเนียเท่านั้น ในเวลานั้น น้ำทิ้งจำเป็นต้องเป็นไปตามมาตรฐานเกรด 1B เท่านั้น ภายใต้ GB 18918-2002 - ซึ่งเป็นเป้าหมายที่ค่อนข้างผ่อนปรน อย่างไรก็ตาม ด้วยการขยายตัวของเมืองอย่างรวดเร็ว ปริมาณการปล่อยก๊าซที่เพิ่มขึ้น และกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้นซึ่งกำหนดให้กำจัดไนโตรเจนทั้งหมดเป็นเกรด 1A (NH₃-N น้อยกว่าหรือเท่ากับ 5 มก./ลิตร TN น้อยกว่าหรือเท่ากับ 15 มก./ลิตร) โรงงานจึงเผชิญกับความจำเป็นในการปรับปรุงใหม่อย่างเร่งด่วน ความท้าทายไม่ใช่แค่ด้านเทคนิคเท่านั้น แต่ยังทางกายภาพอีกด้วย ปริมาตรถังที่มีอยู่ได้รับการแก้ไขแล้ว และการขยายพื้นที่ใช้งานไม่สามารถทำได้เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบหนาแน่น

กลยุทธ์การติดตั้งเพิ่มเติมทำให้สามารถกำจัดไนโตรเจนได้สูงสุดภายในรูปทรงถังที่มีข้อจำกัด ช่อง 1 และครึ่งแรกของช่อง 2 ถูกแปลงเป็นโซนที่เป็นพิษสำหรับการแยกไนตริฟิเคชั่น ในขณะที่ครึ่งหลังของช่อง 2 และช่อง 3 และ 4 ถูกกำหนดให้เป็นโซนแอโรบิก MBBR สำหรับการเกิดไนตริฟิเคชั่น แทนที่จะเปลี่ยนแผ่นเติมอากาศที่มีอยู่ ทีมวิศวกรยังคงรักษาแผ่นเติมอากาศไว้และแนะนำสื่อ MBBR ลงในช่องแอโรบิกโดยตรง - เพื่อเปลี่ยนระบบให้เป็นกระบวนการบำบัดตะกอนเร่งแบบฟิล์ม (IFAS) คงที่แบบบูรณาการแบบไฮบริด. แนวทางนี้ช่วยลดต้นทุนในการติดตั้งเพิ่มเติมในขณะที่ใช้ประโยชน์จากการลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่

พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ

วิทยาศาสตร์พาหะและไบโอฟิล์ม

การเลือกใช้สื่อพาหะถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการออกแบบในการใช้งาน MBBR ในสภาพอากาศหนาวเย็น- โครงการนี้เลือกตัวพาทรงกระบอกโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) - และเหตุผลเผยให้เห็นว่าเหตุใดวิศวกรรมตัวพาจึงมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่ตระหนัก

พื้นที่ผิวจำเพาะสูง (800 ตร.ม./ตร.ม.):ที่อัตราส่วนการเติม 30% พื้นที่ผิวของแผ่นชีวะที่มีประสิทธิภาพจะอยู่ที่ประมาณ 240 ตารางเมตรต่อลูกบาศก์เมตรของปริมาตรถัง - ประมาณ 8 ถึง 10 เท่าของปริมาณตะกอนเร่งแบบธรรมดาที่สามารถให้ได้ พื้นที่ผิวขนาดมหึมานี้หมายความว่าเครื่องปฏิกรณ์สามารถรองรับความหนาแน่นของประชากรไนตริฟายเออร์ที่-ระบบการเจริญเติบโตที่ระงับไว้นั้นไม่สามารถเทียบเคียงได้ ซึ่งเป็นเหตุผลพื้นฐานที่ MBBR ทำงานได้ดีกว่าที่อุณหภูมิต่ำ แม้ว่าอัตราเมตาบอลิซึมจะลดลงที่ 9 องศา แต่ปริมาณไนตริไฟเออร์ที่แท้จริงที่ยังคงอยู่ในพาหะจะชดเชยจลนศาสตร์ต่อ-เซลล์ที่ช้าลง

การลอยตัวที่เป็นกลางใกล้- (0.96 ก./ซม.):ที่ระดับความสูง ซึ่งความกดอากาศบางส่วนของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศมีค่าเพียงประมาณ 78% ของค่าระดับน้ำทะเล- การถ่ายเทออกซิเจนจะถูกกระทบโดยฟิสิกส์อยู่แล้ว ความหนาแน่นของพาหะที่อยู่ใต้น้ำทำให้มั่นใจว่าตัวกลางจะยังคงลอยอยู่และหมุนเวียนอย่างอิสระโดยมีการป้อนพลังงานการเติมอากาศน้อยที่สุด - ซึ่งเป็นข้อพิจารณาด้านการดำเนินงานและเศรษฐกิจที่สำคัญ เมื่อกำลังของโบลเวอร์ทุก ๆ kWh ต้องเอาชนะทั้งความต้องการทางชีวภาพและระดับความสูง-ที่เกิดจากความไร้ประสิทธิภาพในการถ่ายโอน

รูปทรงพื้นผิวภายในที่ได้รับการป้องกัน:รูปร่างทรงกระบอกที่มีการค้ำยันขวางภายใน-สร้างสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่กำบัง โดยฟิล์มชีวะจะถูกป้องกันจากแรงเฉือนไฮดรอลิกในระหว่างการผสม การป้องกันนี้ช่วยให้แผ่นชีวะมีความหนาและยืดหยุ่นมากขึ้นเพื่อพัฒนา - ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในสภาพอากาศหนาวเย็น ซึ่งอัตราการเติบโตของแผ่นชีวะนั้นช้าโดยธรรมชาติ และชุมชนจุลินทรีย์ต้องการข้อได้เปรียบทุกประการเพื่อสร้างและคงอยู่ตลอดช่วงเดือนฤดูหนาวที่ยาวนาน

กลไกการทำให้ไนตริฟิเคชันของสภาพอากาศเย็น-

ที่อุณหภูมิต่ำ การทำไนตริฟิเคชั่นทางชีวภาพต้องเผชิญกับความท้าทายสามประการที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งแอคติเวทสลัดจ์แบบธรรมดาต้องดิ้นรนเพื่อเอาชนะ:

1. อัตราการเผาผลาญลดลง:แบคทีเรียแอมโมเนีย-ออกซิไดซ์ (AOB) และไนไตรท์-แบคทีเรียออกซิไดซ์ (NOB) มีอัตราการเติบโตจำเพาะต่ำกว่า 15 องศาต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ในระบบการเจริญเติบโตแบบระงับ- ซึ่งหมายความว่าประชากรไนตริไฟเออร์สามารถถูกชะล้างออกจากเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างแท้จริง หากเวลากักเก็บของแข็ง (SRT) ไม่เพียงพอ - ซึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ทางคณิตศาสตร์เมื่ออัตราการเติบโตลดลงต่ำกว่าอัตราการสูญเสีย MBBR แก้ปัญหานี้ด้วยการตรึงไนตริไฟเออร์ในแผ่นชีวะ โดยที่ SRT ที่มีประสิทธิผลเกินเวลากักเก็บไฮดรอลิกมาก แม้ว่าอุณหภูมิจะอยู่ที่ 9 องศา แต่ประชากรก็ยังคงมีเสถียรภาพและใช้งานได้ดี

2. ข้อจำกัดในการถ่ายโอนออกซิเจน:ที่ระดับความสูง 2,200 เมตร ความเข้มข้นของความอิ่มตัวของออกซิเจนในน้ำจะต่ำกว่าระดับน้ำทะเลประมาณ 22% ซึ่งช่วยลดแรงผลักดันในการถ่ายโอนมวลออกซิเจนจากฟองก๊าซไปยังของเหลว สถาปัตยกรรมไบโอฟิล์มช่วยลดสิ่งนี้: ชั้นแอโรบิกด้านนอกจะใช้ออกซิเจนที่มีอยู่อย่างแข็งขันสำหรับการทำไนตริฟิเคชั่น โดยคงระดับความเข้มข้นที่สูงชันซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนให้สูงสุด ในขณะที่โซนแอนซิกด้านในรองรับการแยกไนตริฟิเคชั่นโดยใช้ไนเตรตที่ผลิตในชั้นนอก

3. ข้อจำกัดการแพร่กระจายของพื้นผิว:น้ำเย็นจะมีความหนืดมากกว่า ซึ่งทำให้โมเลกุลของแอมโมเนียและออกซิเจนแพร่กระจายเข้าสู่แผ่นชีวะได้ช้าลง วิธี MBBR แก้ไขปัญหานี้โดยการรักษาชั้นฟิล์มชีวะด้านนอกที่บางและมีฤทธิ์ในการเผาผลาญ (โดยทั่วไปคือ 150–300 μm) ซึ่งจะลดความยาวเส้นทางการแพร่กระจายให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้มั่นใจได้ว่าสารตั้งต้นจะไปถึงไนตริไฟเออร์แม้ในน้ำเย็นที่มีความหนืด

ผลลัพธ์การปฏิบัติงาน

โรงงานที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ดำเนินกิจการได้อย่างมั่นคงนับตั้งแต่เริ่มดำเนินการ และข้อมูลก็บอกเล่าเรื่องราวที่น่าสนใจได้ ตารางต่อไปนี้แสดงตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักในเงื่อนไขตามฤดูกาล - โปรดทราบว่าการเสื่อมสภาพเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยระหว่างการดำเนินการในฤดูร้อนและฤดูหนาว

ตารางที่ 1: ประสิทธิภาพ MBBR ในช่วงอุณหภูมิตามฤดูกาล

การแสดงในฤดูหนาวนั้นน่าทึ่งมาก แม้จะอยู่ที่ 9 องศาก็ตามการกำจัด NH₃-N ยังคงสูงกว่า 93%โดยมีน้ำทิ้งสม่ำเสมอต่ำกว่า 3.2 มก./ลิตร - อย่างสบายๆ ภายในเพดานเกรด 1A ที่ 5 มก./ลิตร การกำจัด TN อยู่ที่ 74–78% เป็นไปตามมาตรฐาน 15 มก./ลิตร การกำจัด COD ยังคงมีเสถียรภาพที่ 89–91% ซึ่งยืนยันว่ากิจกรรมเฮเทอโรโทรฟิคมีความไวต่ออุณหภูมิ-ในระบบฟิล์มชีวภาพน้อยกว่าอย่างมาก-โครงสร้างการเจริญเติบโตแบบแขวนลอย

ปัจจัยความสำเร็จที่สำคัญ

ต่ำ-โหลดไบโอฟิล์มปรับตัวให้เข้ากับสภาพเดิม

ก่อนเริ่มฤดูหนาว โรงงานได้ดำเนินการลดอัตราการบรรทุกสารอินทรีย์อย่างค่อยเป็นค่อยไปอย่างตั้งใจในช่วงระยะเวลา 3{2}} สัปดาห์ ทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญ? ที่ปริมาณสารอินทรีย์ที่ต่ำกว่า แบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิค - ซึ่งเติบโตเร็วกว่าไนตริไฟเออร์ - จะถูกอดอาหารจากสารตั้งต้นหลัก ทำให้แบคทีเรียไนตริไฟอิงที่เติบโตช้ากว่า-มีความได้เปรียบทางการแข่งขัน กลยุทธ์ก่อน-การปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมใหม่นี้ทำให้ประชากรไนตริไฟเออร์มีความหนาแน่นสูงสุดก่อนที่อุณหภูมิจะลดลง ทำให้เกิดบัฟเฟอร์ทางชีวภาพที่คงประสิทธิภาพไว้ตลอดเดือนที่หนาวที่สุด หากไม่มีขั้นตอนนี้ ไนตริไฟเออร์ที่เข้าสู่ฤดูหนาวที่ประชากรต่ำกว่าจุดสูงสุดจะแสดงประสิทธิภาพที่ลดลงอย่างมาก

การออกแบบการเก็บรักษาผู้ให้บริการ

มีการติดตั้งตะแกรงลวดสเตนเลสสตีล-ที่มีช่องเปิดขนาด 3 มม. ที่แม่นยำที่ทางออกของถัง ขนาดช่องเปิดนี้ได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวัง - ใหญ่พอที่จะให้สารแขวนลอยสุราผสม (MLSS) ไหลผ่านได้อย่างอิสระ แต่เล็กพอที่จะเก็บตัวพาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 มม. ไว้ได้อย่างน่าเชื่อถือ การอุดตันของตัวกรอง ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยในการปฏิบัติงานของ MBBR ได้รับการป้องกันโดยระบบกำจัดสิ่งสกปรกในอากาศเป็นระยะๆ แบบอัตโนมัติ ซึ่งจะช่วยขจัดของแข็งที่สะสมอยู่ก่อนที่จะก่อตัวเป็นแผ่น

กลยุทธ์การเติมอากาศแบบก้าวหน้า

ความเข้มของการเติมอากาศค่อยๆ ลดลงจากโซนทางเข้าไปยังโซนทางออก โดยจับคู่ปริมาณออกซิเจนเข้ากับความต้องการที่แตกต่างกันเชิงพื้นที่ ที่ทางเข้าซึ่งมีความเข้มข้นของแอมโมเนียสูงที่สุด อัตราการเติมอากาศที่สูงขึ้นจะกระตุ้นให้เกิดไนตริฟิเคชั่นอย่างรวดเร็ว เมื่อหันไปทางทางออก การเติมอากาศที่ลดลงจะช่วยประหยัดพลังงานในขณะที่รักษา DO ไว้ที่ 2–3 มก./ลิตร ในโซนไนตริฟิเคชั่น รูปแบบที่เรียวนี้ยังสร้างการไล่ระดับสีระดับไมโคร-ภายในฟิล์มชีวะที่ส่งเสริมไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน-ดีไนตริฟิเคชั่น (SND)- จอกศักดิ์สิทธิ์ของการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพ - โดยที่ไนเตรตที่ผลิตในชั้นฟิล์มชีวะชั้นนอกแบบแอโรบิกจะแพร่กระจายเข้าด้านในและถูกดีไนตริฟิเคชันในแกนกลางที่เป็นพิษ ทั้งหมดอยู่ภายในพาหะเดียว

ข้าม-การเปรียบเทียบสภาพภูมิอากาศ

โรงงานชิงไห่เปรียบเทียบกับการติดตั้ง MBBR ในสภาพอากาศที่อุ่นกว่าอย่างไร ตารางที่ 2 ให้คำตอบ - และเป็นประโยชน์มากกว่าที่วิศวกรหลายคนคาดหวัง

ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ MBBR ข้ามเขตภูมิอากาศ

ข้อมูลยืนยันรูปแบบที่สอดคล้องกัน: ระบบ MBBR ในสภาพอากาศเย็น-ต้องการ HRT ที่สูงขึ้นปานกลาง (8.2 เทียบกับ. 5.0 ชั่วโมง) และอัตราส่วนการเติม (30% เทียบกับ. 20%) เพื่อชดเชยจลนศาสตร์ทางชีวภาพที่ช้าลง แต่บรรลุประสิทธิภาพการบำบัดที่เทียบเคียงได้กับระบบภูมิอากาศอบอุ่น-. ความแตกต่าง 2–3 เปอร์เซ็นต์ในฤดูหนาว การกำจัด NH₃-N ระหว่างชิงไห่และระบบเขตร้อนนั้นมีขนาดเล็กมากเนื่องจากมีช่องว่างอุณหภูมิ 16–23 องศา นี่เป็นการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพของการกำจัดไนโตรเจนโดยใช้ฟิล์มชีวะ-ในฐานะเทคโนโลยีที่มีความยืดหยุ่นต่อสภาพอากาศ-

บทเรียนการปฏิบัติงานที่ได้เรียนรู้

อากาศเย็น-เริ่มต้น-:การทดสอบการใช้งานในช่วงฤดูหนาวเป็นเรื่องที่ท้าทายแต่ก็เป็นไปได้ทั้งหมดด้วยกากตะกอนเมล็ดพืชจากระบบไนตริไฟริงที่เจริญเต็มที่และระยะเวลาเพิ่มขึ้น-สัปดาห์ที่ 4-6 สัปดาห์ แผ่นชีวะจะใช้เวลานานกว่าในการสร้างที่อุณหภูมิต่ำ แต่เมื่อก่อตัวแล้ว ก็จะสามารถ-ดำรงอยู่ได้เอง ความพยายามที่จะลัดช่วงการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพเริ่มแรกไม่ดีเสมอไป

การเพิ่มประสิทธิภาพการผสมผู้ให้บริการ:ที่อัตราส่วนการเติม 30% อัตราการเติมอากาศ 3–5 Nm³/m²·h เพียงพอสำหรับการหมุนเวียนของตัวพาโดยสมบูรณ์ ทีมงานพบว่าการเติมอากาศที่มากเกินไปเกินช่วงนี้ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานโดยไม่ปรับปรุงการผสม - ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดบ่อยครั้งในการทำงาน MBBR ที่ผู้ปฏิบัติงานถือว่า "อากาศมากขึ้นเท่ากับการผสมที่ดีขึ้น"

การตรวจสอบความหนาของฟิล์มชีวะ:การวัดความหนาของฟิล์มชีวะเป็นระยะโดยใช้การสุ่มตัวอย่างแบบพาหะและกล้องจุลทรรศน์ - โดยมีเป้าหมายที่ 150–300 μm - ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ SRT และป้องกันการสะสมของฟิล์มชีวะมากเกินไป แผ่นชีวะที่หนากว่า 300 μm มีความเสี่ยงที่จะเกิดโซนแอนแอโรบิก ซึ่งอาจทำให้เกิดการหลุดลอกและประสิทธิภาพการทำงานที่ไม่อาจคาดเดาได้

การควบคุมการเกิดฟองในฤดูหนาว:เริ่มต้น-ในช่วงเดือนที่อากาศหนาวเย็นอาจทำให้เกิดฟองเส้นใยเล็กน้อยเนื่องจากอัตราส่วนอาหาร-ต่อ-จุลินทรีย์ (F/M) ต่ำ โรงงานจัดการเรื่องนี้ด้วยการควบคุมการสูญเสียตะกอนและการเติม-การป้องกันโฟมชั่วคราว - ซึ่งสร้างความรำคาญเล็กน้อยในการปฏิบัติงานที่ไม่ควรห้ามปรามโรงงานจากการทดสอบเดินเครื่องในฤดูหนาว

บทสรุป

โครงการชิงไห่แสดงให้เห็นโดยสรุปว่าเทคโนโลยี MBBR สามารถให้การกำจัดไนโตรเจนที่น่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพสูง-ในสภาพแวดล้อมที่ราบสูงเย็น ซึ่งตะกอนเร่งแบบธรรมดาจะต้องดิ้นรนเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยที่ทันสมัย ปัจจัยทางเทคนิคที่สำคัญสี่ประการที่สนับสนุน- ตัวพา HDPE บนพื้นผิว-เฉพาะพื้นที่สูง-สูง-ที่รักษา-ไนตริไฟเออร์ที่เติบโตช้า สถาปัตยกรรมฟิล์มชีวะที่สนับสนุนการทำให้ไนตริฟิเคชั่น-การดีไนตริฟิเคชันพร้อมกัน ก่อน-กลยุทธ์การปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมในฤดูหนาวที่สร้างชุมชนจุลินทรีย์ที่มีความยืดหยุ่น และการออกแบบการเติมอากาศแบบเรียวซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน - ในรูปแบบ กรอบการทำงานที่สามารถทำซ้ำได้ซึ่งโรงงานที่เผชิญกับความท้าทายที่คล้ายคลึงกันสามารถนำไปใช้ได้อย่างมั่นใจ

สำหรับวิศวกรและผู้จัดการโรงงานที่ต้องรับมือกับสภาพอากาศหนาวเย็น ระดับความสูง พื้นที่ใช้งานที่จำกัด หรือการจำกัดการปล่อยไนโตรเจนที่เข้มงวดมากขึ้น MBBR นำเสนอเส้นทางการปรับปรุงเพิ่มเติม{0}}ที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าที่ได้รับการพิสูจน์แล้วที่ไม่ต้องมีงานโยธาที่สำคัญหรือขยายถังน้ำมัน