Actualització de l'EDAR de Mongòlia Interior: com AAO + MBBR van substituir una rasa d'oxidació DE fallida per tractar 2.000 mg/L de DQO a 0,85 RMB/m³

L'any 2004, una planta de tractament d'aigües residuals a Xilinhot, Mongòlia Interior, va començar a tractar 38.000 m³/d amb una rasa d'oxidació DE. Va ser dissenyat per al clavegueram municipal. El que va obtenir van ser aigües residuals de l'escorxador: rentat de bolígrafs, sang, greix, residus ossis i fems;2.000 mg/Li nitrogen amoníac a120 mg/L. La rasa d'oxidació, que passava entre els modes aeròbic i anòxic en una ciutat on les temperatures es mantenen baixes durant tot l'any, no va poder mantenir-se al dia. L'oxigen dissolt es va situar per sota d'1 mg/L. Els bacteris nitrificants no s'han establert mai. L'efluent va perdre la classe B més sovint que no l'ha colpejat. L'actualització va afegir el pretractament DAF, una nova etapa biològica AAO + MBBR i un tractament avançat, i va eliminar els quatre problemes alhora. Ara l'efluent compleix de manera estable la classe A. Cost:0,85 RMB per metre cúbic.

1. LA PLANTA ORIGINAL - I PER QUÈ HA FALLAT

La planta de la Fase I es va posar en funcionament l'agost de 2004 amb una capacitat de disseny de40,000 m³/d. La secció biològica va utilitzar el procés de rasa d'oxidació DE (vegeu la figura 1), amb l'efluent necessari per complir els requisitsEstàndard de classe Bde GB 18918-2002. El cabal real a través de la xarxa de canonades va ser d'aproximadament 38.000 m³/d. El disseny original va assumir les característiques típiques de les aigües residuals municipals. La realitat era diferent: una gran part de l'afluent provenia dels escorxadors, i les concentracions de contaminants superen massivament la base de disseny.

Quatre problemes diferents van confluir per fer que la rasa d'oxidació DE fos el procés incorrecte per a aquest lloc:

Problema 1 - La nitrificació suprimida per COD

El DQO influït arriba regularment a 2.000 mg/L. Els bacteris heteròtrofs, alimentant-se d'aquesta abundància orgànica, es van multiplicar ràpidament i van consumir oxigen dissolt a un ritme que el sistema d'aireació no podia igualar. DO a la rasa d'oxidació es va quedarinferior a 1 mg/Lper períodes prolongats. Els bacteris nitrificants, autòtrofs que necessiten un alt DO, no un alt contingut orgànic, no tenien oxigen. L'eliminació de nitrogen d'amoníac es va col·lapsar com a conseqüència directa de la sobrecàrrega de COD.

Problema 2 - Els residus de l'escorxador resisteixen la biodegradació

Les aigües residuals de l'escorxador són una barreja complexa: aigua de rentat de corrals que transporta fems de porc i pinso no digerit; sang, greix, restes de carn, residus ossis, cabells i excrements del pis de matança. Les aigües residuals són de color vermell marronós amb una olor de peix detectable a metres de distància. Aquests corrents d'alt COD i alt amoníac es podreixen ràpidament. Limitat pel volum del dipòsit biològic, el temps de retenció hidràulica era massa curt perquè aquests orgànics recalcitrants es biodegradessin a un nivell baix. Sòlids orgànics en suspensió no retinguts abocats amb l'efluent, consumint oxigen dissolt a l'aigua receptora i danyant l'ecosistema.

Problema 3 - El mode alternatiu aeròbic/anòxic ha fallat amb el fred

Xilinhot té temperatures baixes durant tot l'any. El creixement microbià és lent; Els bacteris nitrificants són els més sensibles al fred de tots. La rasa d'oxidació DE alterna entre condicions aeròbiques (afavoreixen els nitrificants) i anòxiques (afavoreixen els desnitrificants). Sota l'operació aeròbica, la finestra suficient d'oxigen era massa curta perquè els nitrificadors construïssin una població viable abans que el cicle tornés a l'anòxic, suprimint-los de nou. Els bacteris desnitrificants, adaptats a condicions anòxiques, van patir igualment el cicle constant. El règim alternatiu d'oxigen, tolerable en un clima més càlid, es va convertir en un assassí de l'eliminació de nitrogen al fred de Mongòlia Interior.

Problema 4 - L'aireació superficial va eliminar la calor

Els airejadors de superfície funcionen maximitzant l'àrea de contacte aigua residual-aire per impulsar la transferència d'oxigen. La mateixa àrea de contacte també provoca la pèrdua de calor. Al clima de Xilinhot, cada unitat d'oxigen transferida presentava una penalització tèrmica: les aigües residuals de la rasa d'oxidació perdien calor limitat a l'aire fred, deprimint encara més la cinètica bioquímica que ja era lenta.

2. L'ESTRATÈGIA D'ACTUALITZACIÓ: DAF + AAO+MBBR + ELIMINACIÓ DE NITROGEN EN DUES ETAPES

L'actualització va haver de resoldre quatre limitacions simultàniament: DQO alt, amoníac alt, temperatura baixa i no hi ha terreny disponible per a la construcció de nous tancs. La solució es va construir al voltantTecnologia MBBR- seleccionat per la seva forta adaptabilitat al clima fred, la seva empremta compacta i la seva capacitat de combinar-se amb processos convencionals sense requerir volum addicional del dipòsit.

Els portadors MBBR a la zona aeròbica promouen preferentment el creixement dels bacteris nitrificants i el biofilm que es desprèn dels portadors inocula contínuament el fang activat en suspensió amb nitrificadors. Això compensa directament la deficiència de nitrificació que va afectar la rasa d'oxidació DE original. El procés també demostra una forta tolerància als xocs tòxics, important donada la variabilitat de la descàrrega de l'escorxador.

Cinc decisions de disseny van definir l'actualització:

1. Pretractament DAF.Es va afegir una unitat de flotació d'aire dissolt per eliminar l'oli i SS de la fracció de l'escorxador abans que arribés a l'etapa biològica. Els SS i el greix d'alt influència havien estat sobrecarregant la rasa d'oxidació des del primer dia.

2. Nou tanc AAO amb portadors MBBR.Es va construir un tanc primari anaeròbic/anòxic/aeròbic completament nou, amb portadors HDPE MBBR (500 m²/m³ de superfície específica, cilíndrica, ~20 mm de diàmetre × 10 mm de longitud) tant a la zona anòxica (3.110 m³ de volum de transport) com a la zona aeròbica (6.264 m³ de volum de transport). Disseny MLSS: 4.000 mg/L. TRH anaeròbica: 2,0 h. TRH anòxica: 6,2 h. TRH aeròbica: 12,5 h.

3. Sèquia d'oxidació convertida en AO secundari.La sèquia d'oxidació DE existent es va reutilitzar en un dipòsit secundari anòxic/aeròbic (HRT total 12,2 h, 6,1 h cada zona). Amb el TN de l'influent arribant als 130 mg/L, un AO d'una sola etapa no podria aconseguir l'eliminació requerida: les proporcions de recirculació interna haurien de superar el 1.000%. L'AO en dues etapes fa que l'eliminació de nitrogen sigui matemàticament assolible amb proporcions pràctiques de recirculació (300% primari, 200% secundari).

4. Tractament avançat.Un dipòsit de sedimentació d'alta eficiència (càrrega superficial 7,3 m³/m²·h, amb medi de sedimentació de tubs) seguit de filtres de sorra continus (48 unitats, AS 50020, 5,5 m² cadascun, àrea de filtració total 288 m², velocitat de filtració de disseny 5,78 m/h) es va afegir després del clarificador secundari per polir els estàndards de classe A.

5. Aeració intel·ligent i dosificació química.L'aireació de precisió basada en IoT i la dosificació automatitzada de productes químics van substituir el control manual basat en l'experiència, eliminant la sobreaireació i la sobredosi cròniques que havien inflat els costos operatius de la planta original.

3. CONSTRUCCIÓ SENSE PARADA - TRES REPTES

La planta no va poder deixar de tractar les aigües residuals durant l'actualització. Van sorgir tres reptes:

Repte 1 - Mantenir el compliment durant la reconstrucció del tanc.Fer fora de línia un dipòsit biològic durant la temporada de pluges (juliol-setembre) va augmentar la càrrega dels tancs restants. Solució: els tancs es van reconstruir un per un. L'antic dipòsit d'espessiment de fangs es va convertir en un dipòsit de sedimentació temporal per recollir i retornar l'aigua de circulació secundària, evitant que aportés càrrega a la secció biològica. Els dipòsits d'emergència es van buidar abans de la previsió de pluges abundants.

Repte 2 - Construcció i seguretat superposades.L'obra civil i la instal·lació de canonades de procés es van executar simultàniament al dipòsit secundari d'AO. Solució: s'ha establert un protocol estructurat de comunicació i coordinació, amb plans de seguretat detallats i procediments de resposta a emergències que defineixen les responsabilitats de cada part.

Repte 3 - Eliminació de fangs del dipòsit fora de servei.El dipòsit secundari d'AO contenia 4,5 m d'aigua de fang activat més 0,5 m de sediment inorgànic. Solució: el nou sistema de deshidratació de fangs es va posar en funcionament anticipadament; part dels fangs es va deshidratar i una part es va traslladar a sembrar el nou dipòsit primari d'AAO.

4. RESULTATS: EFLUENT DE CLASSE A DE CLASSE B+ INFLUENT

4.1 Qualitat de l'aigua: abans i després

Les característiques de l'influent són severes per qualsevol estàndard: una barreja d'aigües residuals municipals i abocaments d'escorxador. La taula 1 mostra el disseny i els valors reals de set paràmetres, juntament amb les taxes d'eliminació aconseguides després de l'actualització.

*El límit d'efluents de NH₃-N és de 5 mg/L normalment; 8 mg/L s'aplica quan la temperatura de l'aigua és inferior a 12 graus.

Després de l'actualització, tots els indicadors d'efluents van complir de manera estableEstàndard de classe A de GB 18918-2002, tot i que les concentracions d'influents superen amb escreix la base de disseny original. L'eficiència del tractament del sistema biològic va millorar significativament en tots els paràmetres (vegeu la figura 3).

4.2 Desglossament dels costos d'explotació

El cost d'explotació directe anual és aproximadament12,45 milions de RMB, donant un cost unitari de0,8528 RMB/m³(excloent l'amortització i el finançament d'equips). L'electricitat domina, explicant62.4%del cost d'explotació - una conseqüència directa de l'alta demanda d'oxigen de l'afluent concentrat i el clima fred que frena la cinètica biològica.

5. OPTIMITZACIÓ DE L'ENERGIA: CONTROLS INTELLIGENTS SOBRE LES ENDEVINACIONS MANUALS

Amb l'electricitat al 62% del cost d'explotació, l'eficiència energètica no era opcional. En el disseny es van incorporar tres mesures:

1. Aeració de precisió basada en IoT.Una plataforma d'Internet de les coses recull dades de DO, amoníac i flux en temps real i, a continuació, ajusta automàticament la sortida del ventilador. En lloc de fer funcionar els bufadors a una velocitat fixa segons l'experiència de l'operador, el sistema ofereix exactament l'aire que la biologia necessita, ni més ni menys.

2. Dosificació intel·ligent de productes químics.Les taxes de dosificació de PAC, PAM i diòxid de clor estan lligades al flux en temps real i la càrrega contaminant, eliminant el factor de seguretat que augmenta el consum de productes químics a les plantes d'operació manual.

3. Modes de funcionament adaptatius. During periods of low influent concentration, the MBBR process can shift to a reduced-energy operating mode - fewer blowers online, lower mixing intensity - without risking effluent compliance. The building design also maximises natural ventilation to reduce HVAC power demand.

PRINCIPALS PER EMPORTAR

1. Les sèquies d'oxidació DE fallen en climes freds amb aigües residuals d'alta resistència.El cicle alternatiu aeròbic/anòxic impedeix que les poblacions de nitrificadors o desnitrificants s'estabilitzin, i l'aireació superficial costa calor. Si la vostra planta té una temperatura baixa i un alt amoníac, la rasa d'oxidació DE és un procés biològic incorrecte.

2. Els portadors MBBR inoculen nitrificants als fangs en suspensió.Aquest és el mecanisme clau que compensa la deficiència de nitrificació del procés original. El biofilm dels portadors fa créixer preferentment bacteris nitrificants i sembra contínuament el licor mixt, una forma de bioaugment in situ que no requereix cap font externa de carboni.

3. L'AO en dues etapes fa que l'eliminació de nitrogen d'alta resistència sigui pràctica.Amb TN influent a 130 mg/L, un AO d'una sola etapa necessitaria proporcions de recirculació interna superiors al 1.000%. La divisió de la càrrega de nitrogen entre un AAO + MBBR primari i un dipòsit AO secundari aconsegueix la classe A TN (menys o igual a 15 mg/L) amb proporcions de recirculació manejables.

4. El pretractament DAF no és negociable quan hi ha aigües residuals de l'escorxador a la barreja.L'oli i el greix de les operacions de renderització contaminaran els portadors MBBR i suprimiran la transferència d'oxigen. Traieu-los abans de l'etapa biològica, o pagueu la penalització en el ventilador elèctric.

5. La construcció sense parada es pot aconseguir amb la seqüenciació de tancs per fases.Construïu primer el nou dipòsit AAO primari, encarregueu-lo i, a continuació, feu fora de línia l'antiga rasa d'oxidació per convertir-la en AO secundari. L'antic dipòsit d'espessiment de fangs pot servir com a amortidor de sedimentació temporal durant el tall.

6. El cost d'operació a 0,85 RMB/m³ per a 2.000 mg/L d'influent de DQA és competitiu.L'estructura de costos dominada per l'electricitat (62%) reflecteix la demanda real d'oxigen d'aquestes aigües residuals. El control d'aireació basat en IoT i els modes de funcionament adaptatius són les palanques que impedeixen que augmenti.