การวิเคราะห์ผลของการปรับปรุงกระบวนการ MBBR ในโรงบำบัดน้ำเสียภาคใต้
"ประกาศสถานะการก่อสร้างในเมืองของจีนประจำปี 2022" ที่เผยแพร่โดยกระทรวงที่อยู่อาศัยและการพัฒนาเมือง-การพัฒนาชนบทของสาธารณรัฐประชาชนจีนในเดือนตุลาคม 2023 แสดงให้เห็นว่าภายในสิ้นปี 2022 ความสามารถในการบำบัดของโรงบำบัดน้ำเสียในจีนสูงถึง 216 ล้าน ลบ.ม./วัน ต่อปี-จาก-เพิ่มขึ้น 4.04% ปริมาณน้ำเสียที่ได้รับการบำบัดทั้งหมดมีแนวโน้มการเติบโตเป็นเวลา 10 ปีติดต่อกันนับตั้งแต่ปี 2556 การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเมืองมาพร้อมกับการปล่อยน้ำเสียที่เพิ่มขึ้น และความขัดแย้งระหว่างที่ดินที่จำเป็นสำหรับการขยายและปรับปรุงโรงบำบัดน้ำเสียและที่ดินการพัฒนาเมืองก็มีความโดดเด่นมากขึ้น
สำหรับการขยายขีดความสามารถของโรงบำบัดน้ำเสียที่มีอยู่ กระบวนการตะกอนเร่งแบบธรรมดาโดยทั่วไปจะใช้วิธีการขยายโรงงาน เมื่อปริมาณการขยายตัวเพิ่มขึ้น ต้นทุนการได้มาซึ่งที่ดินก็ค่อยๆ เพิ่มขึ้น และระยะเวลาการก่อสร้างก็ขยายออกไป การเพิ่มความสามารถในการบำบัดน้ำเสียภายในโรงบำบัดน้ำเสียที่มีอยู่ในปัจจุบันเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มขีดความสามารถในการบำบัดน้ำเสียในเมือง และบรรเทาความขัดแย้งระหว่างการพัฒนาเมืองและการใช้ประโยชน์ที่ดิน เครื่องปฏิกรณ์ชีวฟิล์มแบบเคลื่อนย้ายได้ (MBBR) มีต้นกำเนิดในประเทศนอร์เวย์ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ช่วยเพิ่มคุณค่าให้กับแบคทีเรียที่ทำหน้าที่ได้ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยเพิ่มความสามารถในการบำบัดของระบบโดยการเพิ่มตัวพาสารแขวนลอยลงในถังชีวภาพเพื่อสร้างแผ่นชีวะ เนื่องจากคุณลักษณะของความสามารถในการ "ฝัง" เข้ากับระบบชีวภาพดั้งเดิมได้ จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการอัพเกรดและปรับปรุงโรงบำบัดน้ำเสีย โดยบรรลุ-การเพิ่มขีดความสามารถในแหล่งกำเนิดโดยไม่ต้องเพิ่มพื้นที่ใหม่ นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการตกแต่งเพิ่มเติมเพื่อประหยัดที่ดิน- เช่น เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเมมเบรน (MBR) และฟลูอิไดซ์เบดชีวภาพตัวพาผงความเข้มข้นสูง (HPB) กระบวนการ MBBR ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนหรือเติมตัวพาเป็นระยะๆ ทำให้ได้เปรียบทางเศรษฐกิจมากขึ้น
บทความนี้จะยกตัวอย่างการปรับปรุงการขยายกำลังการผลิตโดยใช้กระบวนการ MBBR ที่โรงบำบัดน้ำเสียทางตอนใต้ของประเทศจีน โดยจะวิเคราะห์ประสิทธิภาพการดำเนินงานของโรงงานก่อนและหลังการปรับปรุง ประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชันของโซน MBBR และโครงสร้างชุมชนจุลินทรีย์ เพื่อชี้แจงบทบาทในทางปฏิบัติของกระบวนการ MBBR ใน-การขยายกำลังการผลิตในแหล่งกำเนิด จุดมุ่งหมายคือการให้ข้อมูลอ้างอิงและข้อเสนอแนะสำหรับการออกแบบและการทำงานของโรงบำบัดน้ำเสียที่คล้ายคลึงกัน
1 ภาพรวมโครงการ
โรงงานบำบัดน้ำเสียทางตอนใต้ของประเทศจีนมีความสามารถในการบำบัดที่ออกแบบมารวม 7.5×10⁴ m³/d โดยความจุของเฟส 1 อยู่ที่ 5×10⁴ ลูกบาศก์เมตร/วัน และเฟส 2 อยู่ที่ 2.5×10⁴ ลูกบาศก์เมตร/วัน ทั้งสองขั้นตอนเริ่มแรกใช้กระบวนการ Modified Bardenpho เป้าหมายการบำบัดหลักคือน้ำเสียชุมชนจากพื้นที่รวบรวมและน้ำเสียอุตสาหกรรมบางส่วนจากสวนอุตสาหกรรม คุณภาพน้ำทิ้งต้องเป็นไปตามมาตรฐานเกรด A ที่ระบุไว้ใน "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (GB 18918-2002) ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการก่อสร้างในเมืองและเศรษฐกิจ การปล่อยน้ำเสียจึงเพิ่มขึ้น และโครงการได้ดำเนินการอย่างเต็มกำลังการผลิตหรือเกินกว่านั้น ในปี 2021 ตามที่หน่วยงานรัฐบาลกำหนด โครงการจำเป็นต้องขยายกำลังการผลิตเพิ่มเติมอีก 2.5×10⁴ m³/d ตามขนาดเดิม ซึ่งจะทำให้มีความสามารถในการบำบัดรวม 1×10⁵ m³/d มาตรฐานน้ำทิ้งยังคงเป็นเกรด A ของ GB 18918-2002 คุณภาพน้ำที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งที่ออกแบบไว้จะแสดงอยู่ในตารางที่ 1.
พื้นที่โดยรอบโครงการนี้เป็นที่ดินเพื่อเกษตรกรรม และมีพื้นที่สงวนไม่เพียงพอสำหรับการขยายพื้นที่ภายในที่ตั้งโรงงานเดิม นอกจากนี้ ในระหว่างการก่อสร้างระยะที่ 2 ครั้งแรก หน่วยปรับสภาพได้ถูกสร้างขึ้นแล้วตามความจุ 5×10⁴ m³/d ดังนั้น จุดเน้นของโครงการปรับปรุงนี้คือการใช้ศักยภาพในการบำบัดของถังชีวภาพที่มีอยู่อย่างเต็มที่ และลดการใช้ที่ดินเพื่อปรับเปลี่ยนถังชีวภาพ กระบวนการ MBBR ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน-การขยายกำลังการผลิตในแหล่งกำเนิดและการปรับปรุงโรงบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากมีลักษณะ "ฝังตัว" ตัวอย่างเช่น โรงงานบำบัดน้ำเสียทางตอนเหนือของจีนใช้กระบวนการ MBBR ในการเพิ่มกำลังการผลิต โดยเพิ่มการใช้ปริมาตรถังที่มีอยู่และการไหลของกระบวนการให้เกิดประโยชน์สูงสุด ทำให้สามารถขยายกำลังการผลิตในแหล่งกำเนิดได้ 20%- โดยมีน้ำทิ้งที่ได้มาตรฐานเกรด A อย่างเสถียร โรงงานอีกแห่งหนึ่งในมณฑลกวางตุ้งใช้กระบวนการ MBBR ในการเพิ่มประสิทธิภาพ-การบำบัดทางชีวภาพในแหล่งกำเนิด โดยให้ผลลัพธ์ที่ดีถึง 50% -ในการขยายกำลังการผลิตในแหล่งกำเนิดโดยมีน้ำทิ้งที่เสถียรกว่ามาตรฐานการปล่อย ดังนั้น เมื่อพิจารณาความต้องการที่แท้จริงของโรงบำบัดน้ำเสียและประเมินปัจจัยอย่างครอบคลุม เช่น การใช้ที่ดินและการดำเนินงาน ในที่สุดกระบวนการ MBBR ก็ได้รับเลือกให้เป็นกระบวนการบำบัดสำหรับการปรับปรุงเพิ่มกำลังการผลิตนี้
2 การออกแบบกระบวนการ
2.1 ผังกระบวนการ
หัวใจหลักของการปรับปรุงขยายกำลังการผลิตนี้คือการเพิ่มขีดความสามารถในการบำบัดของถังชีวภาพใน-แหล่งกำเนิดผ่าน MBBR เพื่อให้มั่นใจว่าปฏิบัติตามมาตรฐานน้ำทิ้งอย่างมั่นคงแม้จะมีการไหลเพิ่มขึ้น 100% เนื่องจากหน่วยบำบัดขั้นต้นและหน่วยบำบัดขั้นสูงได้ถูกสร้างขึ้นแล้วสำหรับความจุ 5×10⁴ ลบ.ม./วัน การปรับปรุงใหม่นี้มุ่งเน้นไปที่การนำสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่ การปรับเปลี่ยนหลักคือถังชีวภาพ ควบคู่ไปกับการสร้างถังตกตะกอนรองใหม่ที่ตั้งไว้เพื่อตอบสนองความต้องการในการบำบัดหลังจากการไหลเพิ่มขึ้น ผังกระบวนการหลังการปรับปรุงเพิ่มเติมจะแสดงอยู่ในรูปที่ 1. สารที่มีอิทธิพลจะผ่านการบำบัดเบื้องต้นผ่านตะแกรงหยาบ/ละเอียดและห้องกรวด จากนั้นเข้าสู่ถัง Modified Bardenpho-MBBR เพื่อกำจัดคาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และสารมลพิษอื่นๆ น้ำทิ้งจากถังชีวภาพจะไหลผ่านถังตกตะกอนและบ่อพักประสิทธิภาพสูง-เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามมาตรฐาน SS และ TP อย่างมีเสถียรภาพ หลังจากการฆ่าเชื้อ น้ำทิ้งสุดท้ายจะถูกปล่อยลงสู่แม่น้ำรับเพื่อเติมน้ำในระบบนิเวศ
2.2 การปรับปรุงถังชีวภาพ
แผนการปรับปรุงถังชีวภาพแสดงอยู่ในรูปที่ 2. ในขณะที่ขั้นตอนการบำบัดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ปริมาตรของโซนแอนาโรบิกและโซนแอนซิกเดิมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง. 20% ของปริมาตรจากโซนแอโรบิกเดิมถูกแบ่งพาร์ติชันเพื่อสร้างโซนแอนซิกเพิ่มเติม ซึ่งขยายปริมาตรของโซนแอนซิกโดยรวมเพื่อให้เป็นไปตามความต้องการในการดีไนตริฟิเคชัน ตัวพาที่ถูกแขวนลอยถูกเพิ่มเข้าไปในปริมาตรที่เหลือของโซนแอโรบิกเพื่อสร้างโซนแอโรบิก MBBR มีการติดตั้งระบบคัดกรองทางเข้า/ทางออกที่รองรับและเครื่องผสมเฉพาะ MBBR- ระบบเติมอากาศแบบโซ่แบบเดิมถูกแทนที่ด้วยระบบเติมอากาศแบบมีรูด้านล่างเพื่อให้แน่ใจว่าตัวพาแบบแขวนลอยจะไหลได้ดี และป้องกันการสูญเสียไปกับการไหลของน้ำ หลังการปรับปรุงใหม่ เวลากักเก็บไฮดรอลิก (HRT) ทั้งหมดของถังชีวภาพคือ 8.82 ชั่วโมง โดยมี HRT โซนแอนแอโรบิกที่ 1.13 ชั่วโมง HRT โซนแอนซิกที่ 3.05 ชั่วโมง และโซนแอโรบิก HRT ที่ 4.64 ชั่วโมง อัตราส่วนการรีไซเคิลภายในของระบบทั้งหมดคือ 150% และอายุของตะกอนคือ 16 วัน
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 ตร.ม./ลบ.ม. และความหนาแน่น 0.94 ~ 0.97 ก./ซม. ความหนาแน่นจะเข้าใกล้ความหนาแน่นของน้ำหลังจากติดแผ่นชีวะ ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม "ตัวเติมโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง{4}}สำหรับการบำบัดน้ำ" (CJ/T 461-2014) อัตราส่วนการเติมคือ 45% มีการเพิ่มเครื่องผสมใต้น้ำเฉพาะสำหรับผู้ให้บริการขนส่งแบบแขวนลอย-สองชุด (P=5.5 kW) ได้เพิ่มระบบเติมอากาศแบบยกได้จำนวน 22 ชุด ระบบเติมอากาศแบบคงที่ 4 ชุด และเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียด 45 ชุด มีการเปลี่ยนปั๊มรีไซเคิลภายในสองตัว (อัตราการไหล Q=1600 ลบ.ม./ชม. ส่วนหัว H=0.60 ม., P=7.5 กิโลวัตต์)
2.3 การก่อสร้างถังตกตะกอนทุติยภูมิแห่งใหม่
เนื่องจากการไหลที่เพิ่มขึ้น ถังตกตะกอนทุติยภูมิที่มีอยู่จึงไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดของน้ำทิ้งได้ จำเป็นต้องมีถังตกตะกอนรองใหม่เพื่อรองรับความสามารถในการบำบัดที่เพิ่มขึ้น ถังใหม่มีความสอดคล้องกับถังเดิมโดยใช้ประเภทการไหลแนวนอนเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ปริมาตรถังที่มีประสิทธิภาพคือ 4900 m³ โดยมี HRT=7 ชม. เพิ่มเครื่องขูดตะกอนแบบปั๊ม-หนึ่งตัว (ความเร็วการทำงาน V = 0.8 ม./นาที) เพิ่มปั๊มไหลตามแนวแกนแบบจุ่มใต้น้ำ 6 ตัว (ปั๊มรีไซเคิลภายนอก) (Q=180 m³/h, H=4 m, P=5.5 kW) เพิ่มปั๊มกากตะกอนเสียสองเครื่อง (Q=105 m³/h, H=11 m, P=7.5 kW)
3 การวิเคราะห์ผลการติดตั้งเพิ่มเติม MBBR
ประสิทธิภาพการปฏิบัติงานก่อนและหลังการปรับปรุงระยะที่ 2 ประสิทธิภาพการปฏิบัติงานพร้อมกันของระยะที่ 1 และระยะที่ 2 คุณภาพน้ำที่เปลี่ยนแปลงไปตามกระบวนการในระยะที่ 2 และความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวภาพและระยะตะกอนแขวนลอยในระยะที่ 2 ได้รับการวิเคราะห์เพื่อประเมินผลการปรับปรุงของการปรับปรุง MBBR ต่อความสามารถในการบำบัดของระบบ
3.1 การเปรียบเทียบผลการปฏิบัติงาน
ก่อนการปรับปรุงเพิ่มเติม ระยะที่ 2 ทำงานเหนือการไหลที่ออกแบบไว้แล้ว โดยมีการไหลเฉลี่ยตามจริงที่ (3.02 ± 0.46) ×10⁴ m³/d หลังจากปรับปรุงใหม่ อัตราการไหลเพิ่มขึ้นอีกเป็น (5.31 ± 0.76) ×10⁴ ลบ.ม./วัน ซึ่งเพิ่มขึ้นจริงประมาณ 76% อัตราการไหลในการดำเนินงานสูงสุดอยู่ที่ 7.61×10⁴ m³/d หรือ 1.52 เท่าของมูลค่าการออกแบบ คุณภาพที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งก่อนและหลังการปรับปรุงใหม่จะแสดงอยู่ในตารางที่ 2และรูปที่ 3. ในส่วนของการโหลดที่มีอิทธิพล หลังจากการติดตั้งเพิ่มเติม ปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจน (NH₃-N) ไนโตรเจนทั้งหมด (TN) COD และการโหลด TP เพิ่มขึ้นเป็น 1.61, 1.66, 1.60 และ 1.53 เท่าของระดับก่อน-การติดตั้งเพิ่มเติม ตามลำดับ ในแง่ของคุณภาพที่ไหลเข้า/น้ำทิ้งที่เกิดขึ้นจริง NH₃-N และ TN ที่มีอิทธิพล ก่อน/หลังการปรับปรุงใหม่คือ (22.15±3.73)/(20.17±4.74) มก./ลิตร และ (26.28±4.07)/(23.19±3.66) มก./ลิตร ตามลำดับ น้ำทิ้ง NH₃-N และ TN ก่อน/หลังการปรับปรุงคือ (0.16±0.14)/(0.14±0.08) มก./ลิตร และ (8.62±1.79)/(7.01±1.76) มก./ลิตร โดยมีอัตราการกำจัดเฉลี่ย 99.28%/99.31% และ 67.20%/69.77% ตามลำดับ แม้ว่าการไหลและปริมาณที่มีอิทธิพลจะเพิ่มขึ้นอย่างมากหลังการปรับปรุงใหม่ แต่คุณภาพน้ำทิ้งก็ยังดีกว่าก่อนการปรับปรุงเพิ่มเติม ปริมาตรโซนที่เป็นพิษที่เพิ่มขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่ามีการกำจัด TN ที่ดี โดยที่ TN ของเสียจะลดลงอีกหลังจากการติดตั้งเพิ่มเติม โซนแอโรบิกประสบความสำเร็จในการปรับปรุงความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นอย่างมีนัยสำคัญผ่านแผ่นชีวะตัวพาแขวนลอย แม้ว่าปริมาตรโซนแอโรบิกจะลดลง 20% เมื่อเทียบกับก่อน-การติดตั้งเพิ่มเติม และการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของการไหลและการโหลดที่มีอิทธิพล การกำจัด NH₃-N ที่มีประสิทธิภาพสูงยังคงอยู่ ค่า COD ที่มีอิทธิพลและ TP ก่อน/หลังการปรับปรุงคือ (106.82±34.37)/(100.52±25.93) มก./ลิตร และ (2.16±0.54)/(1.96±0.49) มก./ลิตร ตามลำดับ ค่า COD และ TP ของเสียก่อน/หลังการปรับปรุงคือ (10.76±2.04)/(11.15±3.65) มก./ลิตร และ (0.14±0.07)/(0.17±0.05) มก./ลิตร โดยมีอัตราการกำจัดเฉลี่ย 89.93%/93.52% และ 88.91%/91.33% ตามลำดับ หลังการปรับปรุงใหม่ คุณภาพน้ำทิ้งยังคงดีกว่ามาตรฐานการปล่อยทิ้งที่ออกแบบไว้อย่างคงที่
ข้อมูลการดำเนินงานตั้งแต่เดือนพฤศจิกายนถึงมกราคมของปีถัดไป (หลัง-การปรับปรุงเพิ่มเติม) ได้รับการคัดเลือกเพิ่มเติมเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของระยะที่ 1 และระยะที่ 2 ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ- (อุณหภูมิต่ำสุด 12 องศา ) ความเข้มข้นของสารมลพิษที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งสำหรับทั้งสองเฟสจะแสดงอยู่ในรูปที่ 4. ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำในฤดูหนาว- น้ำทิ้งจากทั้งสองกระบวนการมีความเสถียรดีกว่ามาตรฐานการปล่อยทิ้งที่ออกแบบไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกำจัด NH₃-N ซึ่งไวต่ออุณหภูมิต่ำ โดยมีความเข้มข้นของ NH₃-N ที่มีอิทธิพลอยู่ที่ (18.98±4.57) มก./ลิตร น้ำทิ้งระยะที่ 1 NH₃-N คือ (0.27±0.17) มก./ลิตร และระยะที่ 2 คือ (0.29±0.15) มก./ลิตร ซึ่งทั้งสองแสดงให้เห็น ทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลังจากการปรับปรุง MBBR ในระยะที่ 2 HRT โซนแอโรบิกมีเพียง 66.07% ของการปรับปรุงในระยะที่ 1 ซึ่งบรรลุการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชั่น
3.2 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของโซน MBBR
เพื่อระบุผลกระทบที่แท้จริงของแต่ละโซนการทำงานเพิ่มเติม จึงได้นำตัวอย่างน้ำจากจุดสิ้นสุดของแต่ละโซนการทำงานในระยะที่ 1 และระยะที่ 2 มาทำการตรวจวัดแบบขนาน ผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 5. ความเข้มข้นของ NH₃-N ที่มีอิทธิพลคือ 18.85 มก./ลิตรและ 18.65 มก./ลิตร และความเข้มข้นของ N ของน้ำทิ้งที่ NH₃-N คือ 0.35 มก./ลิตรและ 0.21 มก./ลิตร โดยมีอัตราการกำจัด NH₃-N อยู่ที่ 98.14% และ 98.87% ตามลำดับ จากการเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์ไนโตรเจน การกำจัด NH₃-N ในเฟส II ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในโซน MBBR แบบแอโรบิก ความเข้มข้นของ NH₃-N ที่น้ำทิ้งโซน MBBR อยู่ที่ 0.31 มก./ลิตร ซึ่งมีส่วนช่วย 99.46% ในการกำจัด NH₃-N โดยรวม ซึ่งดีกว่ามาตรฐานการปล่อยออกแบบอยู่แล้ว โซนตะกอนเร่งแบบแอโรบิกที่ตามมาทำหน้าที่ในการปกป้อง นอกจากนี้ โรงบำบัดน้ำเสียที่ใช้ MBBR ในโซนแอโรบิกมักแสดงการทำไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน (SND) อย่างไรก็ตาม ในโครงการนี้ ไม่พบการกำจัดไนโตรเจนอนินทรีย์ (TIN) ทั้งหมดในโซน MBBR แบบแอโรบิก ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่มีอิทธิพลค่อนข้างต่ำในโครงการนี้
เพื่อตรวจสอบเพิ่มเติมถึงผลกระทบของการเพิ่มตัวพาแบบแขวนลอยต่อประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชั่นของระบบ จึงได้นำส่วนลอยเหนือตะกอนจากน้ำทิ้งของโซนที่เป็นพิษของระยะที่ 1 การทดสอบประสิทธิภาพการทำไนตริฟิเคชันได้ดำเนินการกับตะกอนบริสุทธิ์ระยะที่ 1, ตะกอนบริสุทธิ์ระยะที่ 2, ฟิล์มชีวะบริสุทธิ์ระยะที่ 2 และระบบตะกอนฟิล์มชีวะรวมระยะที่ 2- ภายใต้เงื่อนไขที่สอดคล้องกับโครงการจริง (อัตราส่วนการเติมตัวพา ความเข้มข้นของตะกอน อุณหภูมิของน้ำ) โดยมีการควบคุม DO อยู่ที่ 6 มก./ลิตร เพื่อกำหนดประสิทธิภาพการทำไนตริฟิเคชันที่เหมาะสมที่สุด ผลลัพธ์จะแสดงในตารางที่ 3. อัตราการไนตริฟิเคชันสำหรับตะกอนบริสุทธิ์ระยะที่ 1, ตะกอนบริสุทธิ์ระยะที่ 2, ฟิล์มชีวภาพบริสุทธิ์ระยะที่ 2 และฟิล์มชีวภาพรวมระยะที่ 2- อยู่ที่ 0.104, 0.107, 0.158 และ 0.267 กิโลกรัม/(m³·d) ตามลำดับ การเพิ่มตัวพาแบบแขวนลอยช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชันของระบบ อัตราการไนตริฟิเคชันของระบบตะกอนเร่งฟิล์มชีวะรวมระยะที่ 2- สูงถึง 2.57 เท่าของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันของระบบตะกอนเร่งบริสุทธิ์ระยะที่ 1 ยิ่งไปกว่านั้น โหลดไบโอฟิล์มบริสุทธิ์ยังสูงกว่าปริมาณตะกอนเร่งอยู่แล้ว ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อแรงกระแทกของระบบได้อย่างมาก ในระบบรวมระยะที่ 2 แผ่นชีวะมีส่วนช่วย 59.92% ในการทำไนตริฟิเคชั่น ซึ่งครองตำแหน่งที่โดดเด่น
3.3 การวิเคราะห์เหตุผลของชุดติดตั้งเพิ่มเติม
เพื่อวิเคราะห์เหตุผลของการใช้ฟิล์มชีวภาพ-กระบวนการ MBBR แบบตะกอนสำหรับการปรับปรุงนี้ ได้มีการคำนวณเกี่ยวกับผลกระทบของการเติมตัวพา ความต้านทานต่อโหลดกระแทกของระบบ และความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของการไหลและการเติมตัวพา หากระยะที่ 2 ของโครงการนี้ไม่ได้รับการดัดแปลงและใช้กระบวนการแอคทิเวเต็ดตะกอนแบบดั้งเดิม โดยอิงตามค่า NH₃-N ของไหลเข้า/น้ำทิ้งที่ออกแบบไว้ และอัตราการเกิดไนตริฟิเคชันเชิงปริมาตรที่เหมาะสมที่สุดของตะกอนเร่งระยะ 1 (DO=6 มก./ลิตร) ความเข้มข้นของน้ำทิ้ง NH₃-N ของน้ำทิ้งที่คำนวณได้จะอยู่ที่ 5.55 มก./ลิตร ซึ่งไม่เป็นไปตามมาตรฐานน้ำทิ้ง หากคำนวณตามอัตราการไนตริฟิเคชันที่เหมาะสมที่สุดที่ได้รับจากการทดสอบระบบรวมระยะที่ 2 ที่การไหลเข้าที่ออกแบบไว้ ระยะที่ 2 สามารถทนต่อความเข้มข้นของ NH₃-N ที่มีอิทธิพลสูงสุดได้สูงสุดถึง 55 มก./ลิตร ซึ่งเท่ากับ 2.20 เท่าของค่าการออกแบบ ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อโหลดของระบบได้อย่างมาก ดังนั้น การใช้ MBBR สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมนี้จึงสมเหตุสมผลและรับประกันการปฏิบัติตามมาตรฐานน้ำทิ้งอย่างมีเสถียรภาพ หากระยะที่ 1 ได้รับการดัดแปลงด้วยกระบวนการ MBBR ด้วย โดยขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมลพิษที่มีอิทธิพล/น้ำทิ้งที่ออกแบบไว้ การไหลของการบำบัดอาจเพิ่มขึ้นมากกว่า 1 เท่า ทำให้โรงบำบัดน้ำเสียมีความเป็นไปได้ที่สอดคล้องกับการพัฒนาเมืองอย่างรวดเร็วและบรรลุการอัพเกรดที่ราบรื่น
4 สถานะการเกาะติดแผ่นชีวะและการวิเคราะห์จุลินทรีย์
เอกสารแนบไบโอฟิล์มบนตัวพาที่ถูกระงับในโครงการนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 6. ไบโอฟิล์มเคลือบพื้นผิวด้านในของพาหะอย่างสม่ำเสมอ โดยมีความหนาแน่นโดยไม่มีวัสดุตกตะกอนในรูพรุนของพาหะ ความหนาเฉลี่ยอยู่ที่ (345.78 ± 74.82) μm มวลชีวมวลเฉลี่ยของแผ่นชีวะคือ (18.87 ± 0.93) กรัม/ตร.ม. อัตราส่วนสารแขวนลอยที่ระเหยง่าย (VSS)/SS คงที่ที่ 0.68 ± 0.02 และ VSS เฉลี่ยอยู่ที่ (12.77 ± 0.61) กรัม/ตร.ม.
เพื่อสำรวจเพิ่มเติมถึงผลการปรับปรุงของการปรับปรุง MBBR ต่อความสามารถในการบำบัดระบบจากมุมมองของกล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างของตะกอนเร่งระยะที่ 1 ตะกอนเร่งระยะที่ 2 และแผ่นชีวะถูกถ่ายสำหรับการจัดลำดับปริมาณงานสูง-ของแอมพลิคอน 16S แสดงความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของจุลินทรีย์ในระดับสกุลภายในระบบรูปที่ 7.
สกุลไนตริไฟเออร์ที่โดดเด่นบนฟิล์มชีวะตัวพาสารแขวนลอยคือไนโตรสไปราและไนโตรโซโมแนส โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ที่ 7.98% และ 1.01% ตามลำดับ ในทางตรงกันข้าม ประเภทไนตริไฟเออร์ที่โดดเด่นในตะกอนเร่งระยะที่ 1 และระยะที่ 2 คือไนโตรสไปรา โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 1.05% และ 1.27% ตามลำดับ ไนโตรสไปราเป็นสกุลไนตริไฟริ่งที่พบมากที่สุดในโรงบำบัดน้ำเสีย หลายชนิดได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสามารถในการออกซิเดชันของแอมโมเนีย (comammox) อย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าจุลินทรีย์เพียงตัวเดียวสามารถทำกระบวนการตั้งแต่แอมโมเนียไปจนถึงไนเตรตได้ กระบวนการ MBBR ในรูปแบบของแผ่นชีวะ ได้รับการเสริมสมรรถนะของไนโตรสไปราอย่างมีประสิทธิผล โดยมีความอุดมสมบูรณ์ประมาณ 7.58 เท่าของปริมาณในตะกอนเร่ง ทำให้เกิดรากฐานระดับจุลภาคสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชันของระบบ นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตได้ว่าความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของแบคทีเรียไนตริไฟเออร์ในตะกอนเร่งจากระบบเดียวกันกับฟิล์มชีวะ (ระยะที่ II) นั้นสูงกว่าในระบบตะกอนเร่งบริสุทธิ์ระยะที่ 1 เล็กน้อย อาจเป็นเพราะการหลั่งฟิล์มชีวะจากพาหะแขวนลอยจะปลูกฝังตะกอนเร่งในระหว่างการต่ออายุแบบไดนามิก ซึ่งจะเพิ่มความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของแบคทีเรียไนตริไฟอิงในตะกอน
จำพวกดีไนตริไฟเออร์ที่โดดเด่นในทั้งสองระบบส่วนใหญ่ได้รับการเสริมสมรรถนะในตะกอนเร่งและมีองค์ประกอบค่อนข้างคล้ายกัน รวมถึง Terrimonas, Flavobacterium, Dechloromonas, Hyphomicrobium เป็นต้น ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของจำพวกดีไนตริไฟเออร์ในระยะที่ 1 และระยะที่ 2 อยู่ที่ 8.76% และ 7.52% ตามลำดับ จากมุมมองด้านการใช้งาน นอกเหนือจากการดีไนตริฟิเคชันแล้ว สัตว์บางชนิดในเทอร์ริโมนาสยังสามารถย่อยสลายสารที่มีลักษณะคล้ายแอนทราซีน-ได้ Flavobacterium สามารถย่อยสลายพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (เช่น PHBV) ไฮโฟไมโครเบียมสามารถใช้สารประกอบอินทรีย์ที่เป็นพิษและแข็ง-เพื่อ-ย่อยสลายสำหรับการแยกไนตริฟิเคชัน เช่น ไดคลอโรมีเทน ไดเมทิลซัลไฟด์ เมทานอล เป็นต้น อิทธิพลของโครงการนี้ประกอบด้วยน้ำเสียทางอุตสาหกรรมบางส่วน ซึ่งนำไปสู่ความเชี่ยวชาญพิเศษของชุมชนจุลินทรีย์เชิงหน้าที่ภายใต้-การปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมในระยะยาว แม้ว่าโครงการนี้จะไม่แสดงผล SND ด้วยตาเปล่าที่มีนัยสำคัญ แต่ก็ยังพบกลุ่มฟังก์ชันดีไนตริฟายเออร์บางกลุ่มบนแผ่นชีวะพาหะแขวนลอย รวมถึง Hyphomicrobium, Dechloromonas, Terrimonas และ OLB13 โดยมีสัดส่วนรวม 2.78% สิ่งนี้บ่งชี้ว่าหลังจากที่แผ่นชีวะมีความหนาถึงระดับหนึ่ง สภาพแวดล้อมจุลภาคแบบแอนซิก/แบบไม่ใช้ออกซิเจนที่เกิดขึ้นภายในสามารถให้เงื่อนไขสำหรับการเสริมสมรรถนะของแบคทีเรียดีไนตริไฟอิง และยังเสนอความเป็นไปได้สำหรับการเกิด SND ในโซน MBBR แบบแอโรบิกอีกด้วย นอกจากนี้ ตรวจพบ Proteiniclasticum ในตะกอนทั้งระยะที่ 1 และระยะที่ 2 โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 1.09% และ 1.18% ตามลำดับ สกุลนี้มีความสามารถในการย่อยสลายและเปลี่ยนรูปสารโปรตีนได้ดี การเพิ่มคุณค่าอาจเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของวิสาหกิจผลิตภัณฑ์นมจำนวนมากภายในพื้นที่รวบรวมของโครงการนี้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Candidatus Microthrix ในตะกอนเร่งระยะที่ 1 สูงถึง 3.72% มันเป็นแบคทีเรียเส้นใยทั่วไปในตะกอนเร่งซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการพองตัวของตะกอน อย่างไรก็ตาม ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ในตะกอนระยะที่ 2 และแผ่นชีวะมีเพียง 0.57% และ 1.03% ตามลำดับ หลังจากการปรับปรุงเพิ่มเติมด้วยกระบวนการ MBBR การฟลูอิไดเซชันของตัวพาสารแขวนลอยจะส่งผลต่อการตัดเฉือนแบคทีเรียที่เป็นเส้นใย ซึ่งลดโอกาสที่จะเกิดการพองตัวของเส้นใยในตะกอนเร่ง
5 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์
ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อลูกบาศก์เมตรก่อนและหลังการปรับปรุงนี้คือ 0.227 kWh/m³ และ 0.242 kWh/m³ ตามลำดับ ที่ราคาค่าไฟฟ้า 0.66 หยวน/(kWh) ค่าไฟฟ้าในการดำเนินงานอยู่ที่ 0.150 หยวน/ลบ.ม. และ 0.160 หยวน/ลบ.ม. ปริมาณการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นมีสาเหตุหลักมาจากการผสมโซนแอนซิกใหม่และอุปกรณ์ไฟฟ้าเพิ่มเติมจากถังตกตะกอนทุติยภูมิใหม่ สารเคมีกำจัดฟอสฟอรัสที่ใช้ในโครงการนี้คือโพลีเฟอริกคลอไรด์ (PFC) และโพลีอะคริลาไมด์ (PAM) ปริมาณการใช้ยังคงสม่ำเสมอทั้งก่อนและหลังการปรับปรุง: ปริมาณ PFC 2.21 ตัน/วัน ราคา 0.014 RMB/ลบ.ม. ปริมาณ PAM 17.081 กก./วัน ราคา 0.0028 RMB/m³ โครงการนี้ใช้แหล่งคาร์บอนในอิทธิพลดิบเพื่อการแยกไนตริฟิเคชันอย่างเต็มที่ ไม่มีการเพิ่มแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ภายนอกก่อนหรือหลังการปรับปรุงเพิ่มเติม ค่าไฟฟ้าทางตรงและค่าเคมีต่อลูกบาศก์เมตรก่อนและหลังการปรับปรุงอยู่ที่ 0.167 หยวน/ลบ.ม. และ 0.177 หยวน/ลบ.ม. ตามลำดับ
6 บทสรุปและแนวโน้ม
(1) ระยะที่ 2 ของโรงบำบัดน้ำเสียทางใต้ใช้กระบวนการ MBBR สำหรับการปรับปรุงเพิ่มกำลังการผลิต โดยจัดการกับปัญหาต่างๆ เช่น การขาดแคลนที่ดิน หลังการปรับปรุงใหม่ การไหลของการบำบัดเพิ่มขึ้นจาก (3.02±0.46) ×10⁴ m³/d เป็น (5.31±0.76) ×10⁴ m³/d ซึ่งบรรลุถึง 76% ในการขยายกำลังการผลิตใน- อัตราการไหลในการปฏิบัติงานสูงสุดถึง 1.52 เท่าของมูลค่าการออกแบบ โดยน้ำทิ้งมีความเสถียรมากกว่ามาตรฐานการปล่อยทิ้งที่ออกแบบ
(2) โดยการฝังกระบวนการ MBBR ในระยะทางชีววิทยา ทำให้สามารถกำจัด NH₃-N ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเสถียรภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำในฤดูหนาว- แม้ว่า HRT แบบแอโรบิกจะมีเพียง 66.07% ของการกำจัดดังกล่าวในกระบวนการตะกอนเร่งก็ตาม โซน MBBR มีส่วนช่วย 99.46% ในการกำจัด NH₃-N หากเฟส II ไม่ได้ถูกดัดแปลงใหม่ ภายใต้การไหลและคุณภาพน้ำเดียวกัน น้ำทิ้ง NH₃-N จะสูงถึง 5.55 มก./ลิตร ดังนั้น การใช้ MBBR สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมนี้จึงมีความจำเป็นและสมเหตุสมผล
(3) แผ่นชีวะตัวพาสารแขวนลอยช่วยเพิ่มสมรรถนะของไนตริไฟริงสกุล Nitrospira ปริมาณสัมพัทธ์ในแผ่นชีวะอยู่ที่ 7.58 เท่าของปริมาณตะกอนเร่ง ซึ่งเป็นรากฐานระดับจุลภาคสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของไนตริฟิเคชันของระบบ นอกจากนี้ การเพิ่มคุณค่าของสกุลดีไนตริฟายเออร์ในแผ่นชีวะยังเสนอความเป็นไปได้ในการเกิด SND
โปรเจ็กต์นี้ใช้กระบวนการรวมฟิล์มชีวะ-เพื่อบรรลุ-ความสามารถในการเพิ่มกำลังการผลิตในแหล่งกำเนิด อย่างไรก็ตาม การดำเนินงานจริงยังคงถูกจำกัดด้วยการเก็บรักษาและการนำกากตะกอนเร่งกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งทำให้ไม่สามารถเพิ่มขีดความสามารถในการบำบัดต่อไปได้ ในปัจจุบัน กระบวนการฟิล์มชีวะบริสุทธิ์ได้ถูกนำมาใช้ในโครงการจริง โดยละทิ้งตะกอนเร่งโดยสิ้นเชิง และใช้คุณลักษณะโหลดสูง-ของฟิล์มชีวะเพื่อการกำจัดมลพิษอย่างมีประสิทธิภาพ ไม่ถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดของตะกอนเร่ง นี่เป็นโซลูชั่นใหม่สำหรับการก่อสร้าง การปรับปรุง หรือการขยายโรงบำบัดน้ำเสียใหม่