การประยุกต์ใช้กระบวนการ BIOLAK ในการยกระดับโรงบำบัดน้ำเสียให้เป็นเสมือน-มาตรฐานคลาส IV
กระบวนการ BIOLAK เปิดตัวในประเทศจีนเมื่อต้นศตวรรษที่ 21 และได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในการบำบัดน้ำเสียชุมชน เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีต้นทุนการลงทุนต่ำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความเข้มงวดของมาตรฐานการปล่อยก๊าซและระบบอัตโนมัติที่เพิ่มมากขึ้น โรงงาน BIOLAK ที่มีอยู่ส่วนใหญ่จึงต้องเผชิญกับการอัพเกรด การปรับปรุงต่างๆ เช่น การเพิ่มตัวพาแบบแขวนลอย ถังดัดแปลง และการกำหนดโซนการทำงานใหม่ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส แม้ว่าโรงงานที่สร้างขึ้นใหม่ส่วนใหญ่จะใช้กระบวนการ A²/O และกระบวนการออกซิเดชั่นเป็นหลัก แต่ก็มีรายงานเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับประสิทธิภาพที่แท้จริงของ BIOLAK โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้มาตรฐานการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เข้มงวด กระบวนการ BIOLAK ใช้โซ่เติมอากาศแบบแกว่งเพื่อสร้างโซนที่เป็นพิษและแอโรบิกชั่วคราว โดยพื้นฐานแล้วทำหน้าที่เป็นกระบวนการ A/O หลาย-ขั้นตอน ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงาน คุณภาพน้ำทิ้งจึงสามารถตอบสนองมาตรฐานน้ำผิวดินเสมือน-คลาส IV ได้อย่างเสถียร
1 ความเป็นมาของโครงการ
โรงงานบำบัดน้ำเสียในมณฑลเหอเป่ยใช้กระบวนการ BIOLAK เป็นเทคโนโลยีหลัก การไหลเข้ามีตั้งแต่ 18,000 ถึง 22,000 m³/d โดยเฉลี่ย 19,000 m³/d โดยการบำบัดน้ำเสียจากชุมชนเมืองเป็นหลักและน้ำเสียจากกระบวนการทางการเกษตรจำนวนเล็กน้อย คุณภาพน้ำที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งที่ออกแบบไว้จะแสดงอยู่ในตารางที่ 1. มาตรฐานการปล่อยทิ้งเดิมคือมาตรฐานเกรด A ของ *"มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (GB 18918-2002)* หลังจากการอัปเกรดซึ่งรวมถึงการแบ่งโซนแอนแอโรบิกเพื่อเพิ่มการแยกไนตริฟิเคชั่นและการลดฟอสฟอรัส ขณะนี้โรงงานได้ปฏิบัติตามข้อจำกัดพื้นที่ควบคุมที่สำคัญของ *"มาตรฐานการปล่อยมลพิษทางน้ำสำหรับลุ่มน้ำ Daqing" (DB13/2795-2018)* ยกเว้นไนโตรเจนทั้งหมด ตัวบ่งชี้อื่นๆ ทั้งหมดตรงตามมาตรฐาน Class IV ที่ระบุไว้ใน *"มาตรฐานคุณภาพสิ่งแวดล้อมสำหรับน้ำผิวดิน" (GB 3838-2002)* ผังกระบวนการแสดงอยู่ในรูปที่ 1.
โรงงานใช้โซเดียมไฮโปคลอไรต์ในการฆ่าเชื้อ กากตะกอนจะถูกแยกน้ำออกโดย-แผ่นแรงดันสูงและการกรองแบบเฟรมให้มีความชื้นต่ำกว่า 60% ก่อนที่จะขนส่งเพื่อ-แปรรูปร่วมในเตาเผาปูนซีเมนต์
การมีส่วนร่วมของแต่ละหน่วยบำบัดในการกำจัดมลพิษคำนวณจากความสมดุลของมวล โดยมีวิธีการเฉพาะที่อ้างอิงมาจากเอกสารวิจัย
2 มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมการปฏิบัติงาน
มีการนำมาตรการเพิ่มประสิทธิภาพหลายประการมาใช้ในระหว่างการปฏิบัติงานเพื่อเพิ่มความเสถียรของน้ำทิ้ง และประหยัดพลังงานและต้นทุน
2.1 การควบคุมออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ขั้นสูง
โครงการติดตั้งเพิ่มเติม BIOLAK ที่มีอยู่มักจะสังเกตการแบ่งเขตที่อ่อนแอเนื่องจากเป็นตัวแปร A/O แบบหลาย- ขั้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแยกไนตริฟิเคชั่นต่ำ ในโครงการนี้ ในขณะที่รับประกันการปฏิบัติตามแอมโมเนียไนโตรเจนของน้ำทิ้ง DO สูงสุดที่ส่วนท้ายของโซนเติมอากาศยังคงอยู่ที่ 0.5–1.0 มก./ลิตร ซึ่งต่ำกว่าข้อกำหนดการควบคุม DO ทั่วไป
2.2 การตรวจสอบข้อมูลกระบวนการที่เพิ่มขึ้น
เพื่อเป็นแนวทางในการควบคุม DO และการจ่ายแหล่งคาร์บอนภายนอก ไนเตรตไนโตรเจนและแอมโมเนียไนโตรเจนได้รับการตรวจสอบที่ส่วนท้ายของโซนไร้ออกซิเจนและถัง BIOLAK เพื่อกำหนดช่วงการควบคุมที่เหมาะสมที่สุด ในระหว่างการทำงาน การให้ปริมาณแหล่งคาร์บอนภายนอกลดลงหรือหยุดลงเมื่อไนเตรตไนโตรเจนอยู่ที่ส่วนท้ายของโซนไร้อากาศ<2 mg/L, and increased when it was ≥2 mg/L. Similarly, blower output was reduced to lower DO to 0.5 mg/L when ammonia nitrogen at the end of the BIOLAK tank was ≤0.5 mg/L, and increased to raise DO to 1.0 mg/L when it was ≥0.5 mg/L. Adjustments to carbon source dosage and blower frequency were made every 8–16 hours, with each adjustment ranging from 5% to 15%.
2.3 การกำหนดเป้าหมายการควบคุมน้ำทิ้งภายใน
เพื่อให้มั่นใจว่ามีการปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างมีเสถียรภาพ เป้าหมายการควบคุมภายในจึงถูกกำหนดไว้ที่ 30%–80% ของขีดจำกัดการปล่อยทิ้ง โดยขึ้นอยู่กับความยากในการควบคุมสารมลพิษแต่ละชนิด เกินขีดจำกัดภายในเหล่านี้ กระตุ้นให้เกิดการปรับพารามิเตอร์กระบวนการทันทีเพื่อให้ความเข้มข้นของน้ำทิ้งกลับสู่ช่วงที่ยอมรับได้ เป้าหมายการควบคุมภายในประจำปีสำหรับซีโอดี แอมโมเนียไนโตรเจน ไนโตรเจนทั้งหมด และฟอสฟอรัสทั้งหมดอยู่ที่ 15 มก./ลิตร 0.5 มก./ลิตร 12 มก./ลิตร และ 0.12 มก./ลิตร ตามลำดับ
2.4 การรักษาความเข้มข้นของตะกอนที่เหมาะสม
กากตะกอนที่สูญเสียไปถูกปรับตามการไหล ปริมาณ และฤดูกาล รักษาเวลากักตะกอน (SRT) ไว้ที่ 15–25 วัน และความเข้มข้นของสารแขวนลอยสุราผสม (MLSS) อยู่ที่ 2,500–4,500 มก./ลิตร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง MLSS ถูกควบคุมที่ 2,500–3,500 มก./ลิตรในฤดูร้อนและฤดูใบไม้ร่วง โดยมีปริมาณตะกอนประมาณ 0.06 กก.COD/(kgMLSS·d) และที่ 3,500–4,500 มก./ลิตรในฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิ โดยมีปริมาณตะกอนประมาณ 0.04 กก.COD/(kgMLSS·d)
2.5 การปรับการทำงานของหน่วยบำบัดขั้นสูง
อุณหภูมิที่ต่ำในฤดูหนาวส่งผลต่อการตกตะกอนและการตกตะกอน การล้างย้อนกลับของตัวกรองประเภท V- อย่างไม่เหมาะสมอาจทำให้ของแข็งแขวนลอยและ COD ของน้ำทิ้งเพิ่มขึ้น ดังนั้น ในระหว่างการดำเนินการในฤดูหนาว ความถี่ในการล้างย้อนจึงเพิ่มขึ้นตามประสิทธิภาพการจับตัวเป็นก้อน และกากตะกอนที่ปล่อยออกจากถังตกตะกอน-มีความเข้มข้นมากขึ้นเพื่อลดความเข้มข้นของของแข็งแขวนลอยของน้ำทิ้ง
3 ประสิทธิภาพการรักษา
ค่า COD ที่มีอิทธิพลต่อปีอยู่ระหว่าง 109 ถึง 248 มก./ลิตร โดยเฉลี่ย 176 มก./ลิตร ค่า COD ของน้ำทิ้งอยู่ระหว่าง 9.5 ถึง 20.1 มก./ลิตร โดยเฉลี่ย 12.1 มก./ลิตร เมื่อค่าซีโอดีของเสียเกินเป้าหมายการควบคุมภายใน (15 มก./ลิตร) ความถี่ในการล้างย้อนกลับของตัวกรองจะเพิ่มขึ้นเพื่อลดสารแขวนลอย ขอแนะนำให้อัปเกรด-ถังตกตะกอนให้มีความหนาแน่นสูงหรือถังตกตะกอนแบบแม่เหล็ก-เพื่อประสิทธิภาพในการแข็งตัวที่ดีขึ้น
แอมโมเนียไนโตรเจนที่มีอิทธิพลต่อปีอยู่ระหว่าง 17.8 ถึง 54.9 มก./ลิตร เฉลี่ย 31.9 มก./ลิตร แอมโมเนียไนโตรเจนที่ปล่อยออกมาอยู่ระหว่าง 0.12 ถึง 1.30 มก./ลิตร โดยเฉลี่ย 0.5 มก./ลิตร เมื่อเกินเป้าหมายการควบคุมภายใน การเติมอากาศจะถูกปรับตามมาตรการเพิ่มประสิทธิภาพ คุณภาพน้ำทิ้งเป็นไปตามขีดจำกัดพื้นที่ควบคุมหลัก *DB13/2795-2018* อย่างคงที่ตลอดทั้งปี
เนื่องจากความเข้มข้นของแหล่งคาร์บอนที่มีอิทธิพลต่ำ จึงมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงสภาวะของกระบวนการให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส โดยมีเป้าหมายเพื่อประหยัดพลังงานและต้นทุน
3.1 การเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุม DO และการกำจัดไนโตรเจนทั้งหมด
ไนโตรเจนรวม (TN) ที่มีอิทธิพลต่อปีอยู่ระหว่าง 20.3 ถึง 55.6 มก./ลิตร (ดูรูปที่ 2) เฉลี่ย 42.1 มก./ลิตร TN ของน้ำทิ้งอยู่ระหว่าง 2.5 ถึง 14.2 มก./ลิตร โดยเฉลี่ย 8.8 มก./ลิตร ภายในเป้าหมายการควบคุมภายใน (12 มก./ลิตร) อัตราการกำจัด TN เฉลี่ยอยู่ที่ 79.1% ด้วยอัตราส่วนการรีไซเคิลตะกอนที่ 90% (ไม่มีการรีไซเคิลสุราผสมภายใน) ประสิทธิภาพการแยกไนตริฟิเคชั่นตามทฤษฎีอยู่ที่ 47.4% ซึ่งบ่งชี้ว่าการแยกไนตริฟิเคชั่นยังเกิดขึ้นในโซนกระบวนการอื่นนอกเหนือจากตัวเลือกแบบไม่ใช้ออกซิเจนอีกด้วย การเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจนตลอดขบวนการบำบัดในรอบทั่วไปจะแสดงอยู่ในรูปที่ 3.
ในรอบปกติ TN ที่มีอิทธิพลคือ 42.0 มก./ลิตร โดยผลรวมของแอมโมเนียและไนเตรตไนโตรเจนอยู่ที่ 35.2 มก./ลิตร หลังจากตัวเลือกแบบไม่ใช้ออกซิเจน TN อยู่ที่ 16.7 มก./ลิตร ส่งผลให้มีอัตราการกำจัด 43.5% ผ่านความสมดุลของมวล ซึ่งสอดคล้องกับค่าทางทฤษฎี ถัง BIOLAK ช่วยกำจัด TN 24.0% TN ของเสียถูกลดลงเพิ่มเติมในถังตกตะกอนทุติยภูมิ ซึ่งมีส่วนช่วยกำจัดเพิ่มเติม 11.3% สาเหตุหลักมาจากเวลากักเก็บไฮดรอลิกที่ยาวนาน (8.6 ชั่วโมง) ทำให้สามารถขจัดไนตริฟิเคชั่นจากแหล่งคาร์บอนภายนอก-ได้ หน่วยอื่นๆ มีส่วนกำจัด 1.9% TN ของน้ำทิ้งสุดท้ายคือ 8.1 มก./ลิตร โดยมีอัตราการกำจัดทั้งหมด 80.7%
ประสบการณ์การปฏิบัติงานแสดงให้เห็นว่าการควบคุม DO มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำจัด TN ในกระบวนการ BIOLAK ในกระบวนการทั่วไป โดยทั่วไป DO จะถูกวัดที่ส่วนท้ายของโซนแอโรบิกในโครงสร้างช่องสัญญาณ โดยที่ DO ค่อนข้างสม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าตัด- อย่างไรก็ตาม ในถัง BIOLAK ปลายโซนเติมอากาศมีความกว้างเกือบ 70 เมตร โดย DO เพิ่มขึ้นจากขอบลาดไปจนถึงกึ่งกลาง ต่างกัน 0.5–1.0 มก./ลิตร ดังนั้นตำแหน่งของโพรบ DO จึงต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวัง
ด้วยการควบคุมค่า DO สูงสุดที่ส่วนท้ายของโซนเติมอากาศ BIOLAK อย่างเคร่งครัด ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษซึ่งจำเป็นสำหรับการแยกไนตริฟิเคชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ บรรลุการเกิดไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่น (SND) พร้อมกันโดยใช้แหล่งคาร์บอนภายนอก ส่งผลให้มีการกำจัด TN ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3.2 การกำจัดฟอสฟอรัสทั้งหมดและการเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงาน
ฟอสฟอรัสรวม (TP) ที่มีอิทธิพลต่อปีอยู่ระหว่าง 1.47 ถึง 4.80 มก./ลิตร (ดูรูปที่ 4) เฉลี่ย 2.99 มก./ลิตร TP ของน้ำทิ้งอยู่ระหว่าง 0.04 ถึง 0.17 มก./ลิตร ขนาดยาของสารกำจัดฟอสฟอรัสถูกปรับตามเป้าหมายการควบคุมภายใน (0.12 มก./ลิตร) ความเข้มข้นของ TP ของน้ำทิ้งโดยเฉลี่ยคือ 0.07 มก./ลิตร ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยออกอย่างเสถียร โดยมีอัตราการกำจัด TP เฉลี่ยอยู่ที่ 98.3%
การเปลี่ยนแปลงของฟอสเฟตตลอดขบวนการบำบัดในรอบปกติจะแสดงไว้ในรูปที่ 5.
ฟอสเฟตที่ไหลเข้าคือ 2.70 มก./ลิตร และตะกอนฟอสเฟตที่ไหลกลับคือ 0.58 มก./ลิตร ทำให้ฟอสเฟตตามทฤษฎีที่เข้าสู่ตัวเลือกแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือ 1.70 มก./ลิตร หลังจากปล่อยฟอสฟอรัสแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยโพลีฟอสเฟต-สิ่งมีชีวิตสะสม (PAO) ความเข้มข้นของฟอสเฟตจะสูงถึง 3.2 มก./ลิตร อัตราส่วนความเข้มข้นของฟอสเฟต (สูงสุดในโซนไร้ออกซิเจน/ที่มีอิทธิพล) เท่ากับ 1.9 ซึ่งบ่งชี้ถึงการปลดปล่อยที่มีนัยสำคัญ เหตุผลหลักคือการดีไนตริฟิเคชันที่มีประสิทธิผลภายใต้สภาวะ DO ต่ำ ส่งผลให้ความเข้มข้นของไนเตรตต่ำในกากตะกอนที่ส่งคืนไปยังโซนไร้ออกซิเจน รักษาสภาพแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ดี (ORP โดยทั่วไปต่ำกว่า -200 มิลลิโวลต์) และส่งเสริมการปล่อยฟอสฟอรัส
หลังจากโซนเติมอากาศ BIOLAK การดูดซึมฟอสฟอรัสอย่างมากเกิดขึ้น ส่งผลให้ความเข้มข้นของฟอสเฟตในตอนท้ายลดลงเหลือ 0.3 มก./ลิตร ทำให้ได้ประสิทธิภาพในการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพที่ 88.9% หลังจากถังตกตะกอนและถังปรับเสถียร ความเข้มข้นของฟอสเฟตเพิ่มขึ้นเป็น 0.64 มก./ลิตร การวิเคราะห์ชี้ให้เห็นว่านี่เป็นเพราะ HRT ที่ยาวนานในถังตกตะกอนและ DO ที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดในถัง BIOLAK ทำให้เกิดสภาวะไร้ออกซิเจนในถังตกตะกอน และทำให้เกิดการปลดปล่อยฟอสฟอรัสทุติยภูมิ หลังจากการจ่ายสารเคมีในหน่วยการแข็งตัว น้ำทิ้งฟอสเฟตลดลงเหลือ 0.06 มก./ลิตร ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนทางเศรษฐกิจและความซับซ้อนในการดำเนินงาน การเสียสละประสิทธิภาพในการกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพบางส่วนเพื่อปรับปรุงการแยกไนตริฟิเคชันจึงเป็นกลยุทธ์การหาค่าเหมาะที่สุดที่เป็นไปได้สำหรับโรงงานที่คล้ายคลึงกัน
4 ต้นทุนการดำเนินงาน
ต้นทุนการดำเนินงานทางตรง ได้แก่ ค่าไฟฟ้า สารเคมี และการกำจัดตะกอน จากสถิติประจำปี การใช้พลังงานจำเพาะคือ 0.66 kWh/m³ ด้วยราคาค่าไฟฟ้า 0.65 CNY/kWh (ขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าสูงสุด/ปิด-) ค่าไฟฟ้าอยู่ที่ 0.429 CNY/m³ ปริมาณการใช้นี้อยู่ในระดับสูงตาม "มาตรฐานการประเมินคุณภาพการปฏิบัติงานของโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" สาเหตุหลักมาจากประสิทธิภาพการใช้ออกซิเจนของระบบเติมอากาศลดลงเล็กน้อย ต้นทุนสารเคมี รวมถึงโซเดียมอะซิเตต สารกำจัดฟอสฟอรัส PAM โซเดียมไฮโปคลอไรต์ และสารเคมีแยกน้ำ รวมเป็น 0.151 หยวนจีน/ลบ.ม. การใช้งานและต้นทุนเฉพาะจะแสดงอยู่ในตารางที่ 2.
ตะกอนส่วนใหญ่มาจากแหล่งทางชีวภาพและเคมี (ถังตกตะกอน) การกรองแบบแผ่นและเฟรมแรงดันสูง-ใช้กับปูนขาวและเฟอร์ริกคลอไรด์เป็นสารปรับสภาพ ปริมาณมะนาวคือประมาณ 25% ของน้ำหนักตะกอนแห้ง เค้กที่แยกน้ำออกมีความชื้น 60% การผลิตตะกอนแยกน้ำในแต่ละวันอยู่ที่ประมาณ 9 ตัน โดยมีผลผลิตตะกอนแห้งจำเพาะประมาณ 0.15% ค่าขนส่งตะกอนอยู่ที่ 250 หยวนต่อตัน ส่งผลให้ต้นทุนการกำจัดตะกอนอยู่ที่ประมาณ 0.118 หยวนต่อลูกบาศก์เมตร ดังนั้นต้นทุนการผลิตทางตรงทั้งหมดคือ 0.698 หยวนต่อลูกบาศก์เมตร
5 ข้อสรุป
1 โรงบำบัดน้ำเสียในมณฑลเหอเป่ยที่ใช้กระบวนการ BIOLAK ในการบำบัดน้ำเสียชุมชน ดำเนินการอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งปีโดยมีคุณภาพน้ำทิ้งที่เสถียรตรงตามขีดจำกัดพื้นที่ควบคุมหลัก *DB13/2795-2018* (มาตรฐานน้ำผิวดินกึ่งคลาส IV)
2 เนื่องจากเป็นตัวแปรหนึ่งของกระบวนการ A/O หลาย-ขั้นตอน การควบคุม DO สูงสุดที่ส่วนท้ายของโซนเติมอากาศ BIOLAK ที่ 0.5–1.0 มก./ลิตร ส่งผลให้อัตราการกำจัด TN อยู่ที่ 24.0% ในโซน BIOLAK และ 11.3% ในถังตกตะกอน สิ่งนี้ทำให้เกิดไนตริฟิเคชั่น-และการแยกไนตริฟิเคชั่นจากแหล่งคาร์บอนภายนอกไปพร้อมๆ กัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกำจัดไนโตรเจนได้อย่างมีนัยสำคัญ
3 ต้นทุนการดำเนินงานโดยตรงสำหรับกระบวนการ BIOLAK คือ 0.698 CNY/m³ มาตรการเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงาน รวมถึงการตรวจสอบข้อมูลกระบวนการและการกำหนดเป้าหมายการควบคุมภายในที่เหมาะสม สามารถให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงาน และบรรลุการประหยัดพลังงาน/ต้นทุนในโรงบำบัดน้ำเสียที่คล้ายคลึงกัน