ผลการดำเนินงานของโครงการอัพเกรดโรงบำบัดน้ำเสียในเทียนจิน
โรงบำบัดน้ำเสียในเทียนจินได้รับการปรับปรุงและปรับปรุงโครงการโดยใช้กระบวนการ Modified Bardenpho-MBBR ซึ่งยกระดับคุณภาพน้ำทิ้งจากมาตรฐานเกรด A ที่ระบุไว้ใน "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียของเทศบาล" (GB 18918-2002) ให้เป็นมาตรฐานคลาส A ของมาตรฐานท้องถิ่นเทียนจิน DB 12/599-2015 กระบวนการเครื่องปฏิกรณ์แผ่นชีวะแบบเคลื่อนย้ายเตียง (MBBR) เกี่ยวข้องกับการเพิ่มตัวพาสารแขวนลอย MBBR เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้เกิดพื้นที่สำหรับการเกาะติดของจุลินทรีย์และสร้างแผ่นชีวะที่เกาะติด ซึ่งจะเป็นการเพิ่มมวลชีวมวลที่มีประสิทธิภาพในระบบและบรรลุการกำจัดมลพิษ กระบวนการ MBBR มีข้อดี เช่น ปริมาณการบำบัดสูง ความต้านทานต่อแรงกระแทกสูง ประสิทธิภาพการบำบัดที่มั่นคง การจัดการการปฏิบัติงานที่เรียบง่าย และการดำเนินงานกระบวนการที่ยืดหยุ่น WWTP จำนวนมากขึ้นในจีนกำลังใช้กระบวนการ MBBR ในการปรับปรุง เอกสารนี้วิเคราะห์ประสิทธิภาพการปฏิบัติงานของ WWTP เทียนจินหลังการอัพเกรด โดยมีเป้าหมายเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับโครงการอัพเกรดที่คล้ายกัน
1. กระบวนการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทางชีวภาพในปัจจุบัน
ถังชีวภาพดั้งเดิมใช้กระบวนการ A²/O ที่มีความสามารถในการบำบัด 12,500 ตัน/วัน อายุตะกอนรวมที่ออกแบบคือ 14 วัน ความเข้มข้นของสารแขวนลอยสุราผสม (MLSS) อยู่ที่ 3,500 มก./ลิตร อุณหภูมิของน้ำที่ออกแบบคือ 10 องศา ผลผลิตของตะกอนคือ 0.936 kgSS/kgBOD และปริมาณตะกอนคือ 0.082 kgBOD/kgMLSS ความลึกของน้ำที่มีประสิทธิภาพของถังชีวภาพคือ 6 ม. โดยมีปริมาตรถังรวม 9,052.2 ลบ.ม. และเวลากักเก็บไฮดรอลิกรวม (HRT) อยู่ที่ 17.4 ชั่วโมง การกระจายตัวของ HRT คือ: โซนตัวเลือก 0.58 ชม., โซนแอนแอโรบิก 1.38 ชม., โซนแอนซิก 2.85 ชม., โซนสวิง 0.92 ชม. และโซนแอโรบิก 11.67 ชม. การรีไซเคิลตะกอนคือ 100% และการรีไซเคิลภายในสุราผสมคือ 300% ถังชีวภาพดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนแบบแอโรบิก-ส่วนที่เป็นพิษ-แบบแอโรบิก พารามิเตอร์การทำงานสามารถปรับได้ตามเงื่อนไขและข้อกำหนดของน้ำทิ้งเพื่อให้บรรลุการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส โดยคุณภาพน้ำทิ้งเป็นไปตามมาตรฐานเกรด A GB 18918-2002
2. ภาพรวมโครงการปรับปรุงและปรับปรุง
การอัปเกรดนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงคุณภาพน้ำทิ้งให้เป็นไปตามมาตรฐาน Class A ของมาตรฐานท้องถิ่นเทียนจิน "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (DB 12/599-2015) คุณภาพน้ำที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งที่ออกแบบไว้จะแสดงอยู่ในตารางที่ 1. ตามการออกแบบที่มีอิทธิพลและค่า TN ของน้ำทิ้ง การได้รับ TN ของน้ำทิ้งที่ต่ำกว่า 10 มก./ลิตร จำเป็นต้องมีอัตราการดีไนตริฟิเคชันที่ 75.6% ในระบบถังชีวภาพ ถังชีวภาพดั้งเดิมใช้โครงร่าง A²/O การคำนวณตามการกำหนดค่าถังเดิมระบุว่าอัตราส่วนการรีไซเคิลภายในจะต้องเพิ่มขึ้นจากเดิม 200% เป็น 310% พร้อมกับการเติมแหล่งคาร์บอนภายนอกจำนวนมาก สิ่งนี้ไม่เพียงแต่จะเพิ่มต้นทุนการดำเนินงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณการรีไซเคิลภายในจำนวนมากที่อาจส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษอีกด้วย สิ่งนี้อาจนำไปสู่ HRT จริงในโซนที่เป็นพิษน้อยกว่าข้อกำหนดขั้นต่ำ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการแยกไนตริฟิเคชัน กระบวนการ MBBR ช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกไนตริฟิเคชันของระบบและปรับปรุงคุณภาพน้ำทิ้งโดยการเพิ่มตัวพาแบบแขวนลอยเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของชีวมวลภายในถัง ดังนั้นจึงเป็นไปตามข้อกำหนดการอัพเกรด
โดยไม่ต้องเปลี่ยนปริมาตรถังชีวภาพที่มีอยู่ โซนการทำงานภายในของถังชีวภาพได้รับการกำหนดค่าใหม่ การกำหนดค่า A²/O ดั้งเดิม (แอนแอโรบิก-แอนซิก-แอโรบิก) ได้รับการแก้ไขเป็นการกำหนดค่าสเตจ Bardenpho 6-: โซนแอนแอโรบิก โซนแอนซิก โซนสวิง โซนแอโรบิก โพสต์-โซนแอนซิก และหลัง-โซนแอโรบิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โซนตัวเลือกเดิมถูกแปลงเป็นโซนแอนแอโรบิก โซนแอนแอโรบิกดั้งเดิม โซนสวิง (ส่วนหน้า) และโซนแอนซิกทั้งหมดถูกใช้เป็นโซนก่อน-แอนซิก ครึ่งหน้าของทางเดินแรกในโซนแอโรบิกเดิมถูกปรับเป็นโซนสวิง ทางเดินแอโรบิกที่หนึ่ง สอง และสามดั้งเดิมถูกแปลงเป็นโซน MBBR โดยมีการเพิ่มพาหะแบบแขวน พร้อมด้วยระบบคัดกรองทางเข้า/ออก และระบบเติมอากาศเสริมด้านล่าง ทางเดินแอโรบิกที่สี่ถูกแปลงเป็นโซนหลัง-โซนที่เป็นพิษ โซนสวิงเดิมถูกแบ่งตามหน้าที่และปรับเป็นโซนหลัง{15}}ขาดออกซิเจนและหลังแอโรบิก พารามิเตอร์ของถังชีวภาพที่ได้รับการปรับปรุงใหม่จะแสดงอยู่ในตารางที่ 2.
ในส่วนของการดำเนินการของกระบวนการ สุราผสมจากโซนแอโรบิกจะถูกรีไซเคิลไปยังโซนที่ไม่เป็นพิษ และแหล่งคาร์บอนจะถูกเพิ่มเข้าไปภายในโซนที่ไม่เป็นพิษ แบคทีเรียที่ทำลายไนตริไฟอิงจะใช้แหล่งคาร์บอนในการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเพื่อกำจัดไนเตรตไนโตรเจนที่ผลิตในโซนแอโรบิก ไนโตรเจนไนเตรตที่ตกค้างจะเข้าสู่หลัง-โซนที่เป็นพิษ ซึ่งมีการเติมแหล่งคาร์บอนเพิ่มเติมเพื่อทำการดีไนตริฟิเคชั่นต่อไป หลังการปรับปรุง ความเข้มข้นของสารแขวนลอยสุราผสม (MLSS) คือ 4,000 มก./ลิตร การรีไซเคิลตะกอนคือ 50%–100% การรีไซเคิลภายในสุราผสมคือ 200%–250% และออกซิเจนละลายในโซน MBBR คือ 2–5 มก./ลิตร แผนภูมิผังกระบวนการหลังการปรับปรุงแสดงอยู่ในรูปที่ 1.
3. การทดสอบระบบหลังการปรับปรุงถังชีวภาพ
หลังจากการปรับปรุงถังชีวภาพเสร็จสิ้น ขั้นตอนการว่าจ้างก็เริ่มขึ้น ตะกอนแยกน้ำจาก WWTP อื่นถูกเติมลงในถังชีวภาพ ส่งผลให้ความเข้มข้นของตะกอนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนสูงกว่า 3,000 มก./ลิตรในระยะเวลาอันสั้น สิ่งนี้ทำให้การเพาะตะกอนและระยะเวลาในการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมสั้นลง ช่วยให้เริ่มต้นถังชีวภาพได้อย่างรวดเร็วและฟื้นฟูความสามารถในการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ในระหว่างช่วงทดลองดำเนินการ เนื่องจากการไหลเข้าที่ค่อนข้างต่ำและความเข้มข้นของสารมลพิษ ปริมาณการปฏิบัติงานจริงจึงต่ำกว่าปริมาณการออกแบบ วิธีการแรกคือการเพาะเลี้ยงและปรับสภาพตะกอนเร่งจนกระทั่งระบบชีวภาพมีความเสถียรและคุณภาพน้ำทิ้งเป็นไปตามมาตรฐาน จากนั้นจึงเพิ่มตัวพา MBBR สำหรับการก่อตัวของแผ่นชีวะ
หลังจากที่ตัวพาหะถูกเพิ่มเข้าไปในส่วนแอโรบิกของถังชีวภาพแล้ว พวกมันจะถูกจุ่มลงในครั้งแรก จุลินทรีย์จะค่อยๆเกาะติดกับพื้นผิวของมัน เมื่อมองเห็นแล้ว สีของพื้นผิวพาหะเปลี่ยนจากสีขาวเป็นสีเหลืองเอิร์ธโทนจาง ๆ เนื่องจากมีจุลินทรีย์เกาะอยู่มากขึ้นและแผ่นชีวะก็หนาแน่นขึ้น สีพาหะจะค่อยๆเข้มขึ้น สองเดือนหลังจากการเติมพาหะ การก่อตัวของไบโอฟิล์มก็ดี โดยพื้นผิวพาหะปรากฏเป็นสีเหลือง-สีน้ำตาลและสีจะค่อยๆเข้มขึ้น สี่เดือนหลังจากการเติมพาหะ ไบโอฟิล์มบนพื้นผิวพาหะปรากฏเป็นสีน้ำตาลเข้มและมีความหนาแน่น ความก้าวหน้าของการก่อตัวของแผ่นชีวะสามารถสังเกตได้โดยสัญชาตญาณโดยขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของสีของพาหะ ดังที่แสดงในรูปที่ 2. ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2564 การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ของตะกอนเร่งจากถังชีวภาพและตะกอนจากตัวพา เผยให้เห็นโครงสร้างตะกอนขนาดกะทัดรัดพร้อมคุณสมบัติการดูดซับและการตกตะกอนที่ดี เมื่อมองเห็น ตัวพาจะแสดงการก่อตัวของไบโอฟิล์มที่ชัดเจน การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ระบุสิ่งมีชีวิต เช่น Vorticella, Opercularia และ Epistylis โดยมีการพบเห็น ciliates ที่เคลื่อนที่ได้เป็นครั้งคราว ซึ่งบ่งชี้ถึงความสมบูรณ์ของระยะการสร้างฟิล์มชีวะ
4. ผลการปฏิบัติงานหลังการปรับปรุงถังชีวภาพ
4.1 ประสิทธิภาพการกำจัด COD และ BOD หลังการปรับปรุง
ค่า COD และ BOD ของเสียสำหรับปี 2022 แสดงอยู่ในรูปที่ 3. ค่า COD ของน้ำทิ้งอยู่ระหว่าง 10.2 ถึง 24.9 มก./ลิตร โดยมีค่าเฉลี่ย 18.0 มก./ลิตร BOD ของเสียอยู่ระหว่าง 2.1 ถึง 4.9 มก./ลิตร โดยมีค่าเฉลี่ย 3.4 มก./ลิตร ทั้งค่า COD และ BOD ของเสียเป็นไปตามมาตรฐาน Class A ของท้องถิ่นเทียนจินอย่างเสถียร ระบบที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการกำจัด COD และ BOD ที่ดีเท่านั้น แต่ยังรักษาระดับ COD และ BOD ของเสียที่เสถียรและเป็นไปตามข้อกำหนดในช่วงฤดูน้ำท่วม แม้ว่าโหลดที่มีอิทธิพลจริงของโรงงานจะสูงถึง 110% ของความสามารถในการออกแบบก็ตาม สิ่งนี้บ่งชี้ว่าระบบมีความต้านทานต่อแรงกระแทกได้ดี
4.2 ประสิทธิภาพการถอดสำหรับ TN และ NH₃-N หลังการปรับปรุง
ค่า TN และ NH₃-N ของเสียสำหรับปี 2022 แสดงอยู่ในรูปที่ 4. TN อยู่ระหว่าง 3.72 ถึง 8.74 มก./ลิตร โดยเฉลี่ย 6.43 มก./ลิตร NH₃-N อยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.02 ถึง 1.25 มก./ลิตร โดยมีค่าเฉลี่ย 0.12 มก./ลิตร ในระหว่างการปฏิบัติการในฤดูหนาว เนื่องจากอุณหภูมิที่ลดลง อัตราการเกิดไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันจึงลดลง ในทางปฏิบัติ ความเข้มข้นของตะกอนเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 6,000 มก./ลิตร การทำงานที่ความเข้มข้นของตะกอนสูงจะเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความต้านทานของระบบชีวภาพต่อโหลดกระแทก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำ การทำงานร่วมกันระหว่างความเข้มข้นของตะกอนสูงและฟิล์มชีวะที่ติดอยู่กับตัวพา MBBR ช่วยเพิ่มผลการบำบัดของระบบชีวภาพ
ผู้ให้บริการ MBBR มอบสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อชุมชนจุลินทรีย์ โดยสนับสนุนการเติบโตและการสืบพันธุ์ของพวกมัน หลังจากเคยชินกับสภาพแวดล้อมและการสุกเต็มที่ ความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะจะแข็งแกร่งขึ้น จุลินทรีย์เกาะติดและเติบโตเป็นชั้น ๆ บนพื้นผิวพาหะ เพิ่มความหนาแน่นของซูโกลเลีย และสร้างโครงสร้างตะกอนขนาดใหญ่ หนาแน่น และเสถียรอย่างรวดเร็ว เมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำภายนอก จุลินทรีย์บนพื้นผิวพาหะจะหลั่งสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) ออกมาเพื่อป้องกันตนเอง- ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำอย่างกะทันหันต่อจุลินทรีย์ในชั้น-
ใน WWTP ที่ใช้กระบวนการ MBBR มีการสังเกตปรากฏการณ์ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่น (SND) พร้อมกันในเขตพาหะแบบแอโรบิก การทดสอบค่า TN ของสิ่งไหลเข้าและน้ำทิ้งจากโซนพาหะแบบแอโรบิก เผยให้เห็นความแตกต่าง 2–6 มก./ลิตร ความแตกต่างนี้ชัดเจนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อออกซิเจนละลายในถังแอโรบิกถูกควบคุมต่ำกว่า 2 มก./ลิตร ซึ่งบ่งชี้ว่า SND ที่มีนัยสำคัญมากขึ้นภายใต้สภาวะออกซิเจนที่ละลายในน้ำต่ำ TN ของเสียจากถังตกตะกอนทุติยภูมิมีคุณสมบัติตรงตามมาตรฐานอย่างสมบูรณ์ หมายความว่าการกำจัด TN เสร็จสิ้นภายในขั้นตอนการบำบัดทางชีวภาพ ในการทำงานจริง ตัวกรองเบดลึกแบบดีไนตริฟายเออร์-ทำหน้าที่เป็นกระบวนการป้องกัน ภายใต้สภาวะปกติ ตัวกรองจะทำหน้าที่เป็นตัวกรองปกติเพื่อให้แน่ใจว่าตัวบ่งชี้ SS ตรงตามมาตรฐาน
4.3 ประสิทธิภาพการถอดสำหรับ TP และ SS หลังการปรับปรุง
ค่า TP และ SS ของเสียสำหรับปี 2022 แสดงอยู่ในรูปที่ 5. TP น้ำทิ้งของ WWTP อยู่ระหว่าง 0.04 ถึง 0.22 มก./ลิตร โดยมีค่าเฉลี่ย 0.10 มก./ลิตร SS ของน้ำทิ้งอยู่ระหว่าง 1 ถึง 4 มก./ลิตร โดยมีค่าเฉลี่ย 2.2 มก./ลิตร หลังจากการอัพเกรด TP ของน้ำทิ้งจากถังตกตะกอนรองอยู่ที่ประมาณ 1.0 มก./ลิตร และ SS ประมาณ 26 มก./ลิตร ด้วยการเติมเฟอร์ริกคลอไรด์และ PAM ในถังตกตะกอน-ประสิทธิภาพสูงเพื่อเพิ่มการจับตัวเป็นก้อนและผ่านการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมในตัวกรองเบดแบบลึกที่มีการแยกไนตริฟายเออร์- ทำให้ TP และ SS ของเสียเป็นไปตามมาตรฐานคลาส A ในท้องถิ่นของเทียนจินอย่างเสถียร และค่าสีก็ลดลงอย่างมาก
5. บทสรุป
เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานคลาส A ในท้องถิ่นของเทียนจิน กระบวนการ A²/O ดั้งเดิมที่ WWTP ได้ถูกแปลงเป็นการกำหนดค่า Bardenpho ห้า- ขั้นตอน โดยผสมผสานกระบวนการ MBBR ในส่วนแอโรบิกเพื่อปรับปรุงการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพ โดยลด TN ของเสียและ NH₃-N ในช่วงฤดูน้ำหลากซึ่งมีน้ำไหลล้น ตัวชี้วัดทั้งหมดอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี หลังจากการปรับปรุงถังชีวภาพ อัตราส่วนการรีไซเคิลภายในอยู่ที่ 200%–300% การรีไซเคิลตะกอนภายนอกอยู่ที่ 50%–100% ความเข้มข้นของตะกอนอยู่ที่ 4,000–6,000 มก./ลิตร ออกซิเจนละลายในโซนแอโรบิกถูกควบคุมที่ 3–5 มก./ลิตร และออกซิเจนที่ละลายในโซนไร้ออกซิเจนถูกควบคุมที่ 0.2–0.5 มก./ลิตร ในปี พ.ศ. 2565 คุณภาพน้ำทิ้งของ WWTP อยู่ที่: COD 10.2–24.9 มก./ลิตร เฉลี่ย 18.0 มก./ลิตร; BOD 2.1–4.9 มก./ลิตร เฉลี่ย 3.4 มก./ลิตร; NH₃-N 0.02–1.25 มก./ลิตร เฉลี่ย 0.12 มก./ลิตร; TN 3.72–8.74 มก./ลิตร เฉลี่ย 6.43 มก./ลิตร; TP 0.04–0.22 มก./ลิตร เฉลี่ย 0.1 มก./ลิตร; SS 1–4 มก./ลิตร เฉลี่ย 2.2 มก./ลิตร ทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐาน Class A ของมาตรฐานท้องถิ่นเทียนจิน "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (DB 12/599-2015)