Efecte d'operació del projecte d'actualització de la planta de tractament d'aigües residuals a Tianjin
Una planta de tractament d'aigües residuals a Tianjin es va sotmetre a un projecte de millora i renovació adoptant el procés Bardenpho-MBBR modificat, que va elevar la qualitat de l'efluent de l'estàndard de grau A especificat a la "Norma d'abocament de contaminants per a plantes de tractament d'aigües residuals municipals" (GB 18918-2002) a l'estàndard local Classe A de la norma DB Tianjin/5995120. El procés Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) implica afegir portadors suspesos MBBR al reactor, proporcionant llocs per a la fixació microbiana i formant biofilms units, augmentant així la biomassa efectiva al sistema i aconseguint l'eliminació de contaminants. El procés MBBR ofereix avantatges com ara una alta càrrega de tractament, una forta resistència a les càrregues de xoc, un rendiment estable del tractament, una gestió operativa senzilla i un funcionament del procés flexible. Un nombre creixent d'EDAR a la Xina estan adoptant el procés MBBR per a la renovació. Aquest article analitza el rendiment operatiu d'una EDAR de Tianjin després de la seva actualització, amb l'objectiu de proporcionar una referència per a projectes de millora similars.
1. Procés actual d'eliminació de nitrogen i fòsfor biològic
El dipòsit biològic original utilitzava un procés A²/O amb una capacitat de tractament de 12.500 t/d. L'edat total dels fangs de disseny va ser de 14 dies, la concentració de sòlids en suspensió de licors mixtos (MLSS) va ser de 3.500 mg/L, la temperatura de l'aigua de disseny va ser de 10 graus, el rendiment del fang va ser de 0,936 kgSS/kgBOD i la càrrega de fangs va ser de 0,082 kgBOD/kgMLSS. La profunditat efectiva de l'aigua del dipòsit biològic era de 6 m, amb un volum total del dipòsit de 9.052,2 m³ i un temps total de retenció hidràulica (HRT) de 17,4 hores. La distribució de la TRH va ser: zona de selecció 0,58 h, zona anaeròbica 1,38 h, zona anòxica 2,85 h, zona de swing 0,92 h i zona aeròbica 11,67 h. El reciclatge de fangs va ser del 100% i el reciclatge intern de licors barrejats va ser del 300%. El tanc biològic original consistia principalment en seccions anaeròbies-anòxiques-aeròbiques. Els paràmetres de funcionament es podrien ajustar en funció de les condicions de l'afluent i dels requisits de l'efluent per aconseguir l'eliminació de nitrogen i fòsfor, amb la qualitat de l'efluent que compleixi l'estàndard de grau A de GB 18918-2002.
2. Visió general del projecte de millora i reforma
Aquesta actualització tenia com a objectiu millorar la qualitat dels efluents per complir amb l'estàndard de classe A de la norma local de Tianjin "Norma d'abocament de contaminants per a plantes de tractament d'aigües residuals municipals" (DB 12/599-2015). Es mostra la qualitat de l'afluent i l'efluent dissenyatTaula 1. Segons els valors de TN d'afluent i efluent de disseny, aconseguir un TN d'efluent per sota de 10 mg/L requereix una taxa de desnitrificació del 75,6% en el sistema de tancs biològics. El tanc biològic original utilitzava una configuració A²/O. Els càlculs basats en la configuració original del dipòsit van indicar que la proporció de reciclatge intern hauria d'augmentar del 200% al 310% original, juntament amb l'addició d'una gran quantitat de font externa de carboni. Això no només augmentaria els costos operatius, sinó que també el gran volum de flux intern de reciclatge podria alterar l'entorn anòxic. Això podria provocar que la TRH real a la zona anòxica sigui inferior al requisit mínim, afectant l'eficiència de la desnitrificació. El procés MBBR millora la capacitat de desnitrificació del sistema i millora la qualitat de l'efluent afegint portadors suspesos per augmentar la concentració de biomassa dins del dipòsit, complint així els requisits d'actualització.
Sense canviar el volum del dipòsit biològic existent, es van reconfigurar les zones funcionals internes del dipòsit biològic. La configuració original A²/O (aeròbica-anòxica-anaeròbica) es va modificar a una configuració de 6-etapes de Bardenpho: zona anaeròbica, zona anòxica, zona de balanceig, zona aeròbica, zona post-anòxica i zona post-aeròbica. Concretament, la zona de selecció original es va convertir en una zona anaeròbica. La zona anaeròbica original, la zona de balanceig (part frontal) i la zona anòxica es van utilitzar com a zona pre-anòxica. La meitat davantera del primer passadís a la zona aeròbica original es va ajustar a una zona de swing. El primer, segon i tercer passadissos aeròbics originals es van convertir a la zona MBBR, on es van afegir portadors suspesos, juntament amb sistemes de cribratge d'entrada/sortida i un sistema d'aireació auxiliar inferior. El quart corredor aeròbic es va convertir en una zona post-anòxica. La zona de swing original es va dividir funcionalment i es va ajustar en zones post-anòxicas i postaeròbiques. Els paràmetres del dipòsit biològic renovat es mostren aTaula 2.
Pel que fa al funcionament del procés, el licor barrejat de la zona aeròbica es recicla a la zona anòxica i s'afegeix una font de carboni dins de la zona anòxica. Els bacteris desnitrificants utilitzen la font de carboni per a la desnitrificació per eliminar el nitrogen nitrat produït a la zona aeròbica. El nitrogen de nitrat residual entra a la zona post-anòxica, on s'afegeix una font de carboni addicional per continuar la desnitrificació. Després de la renovació, la concentració de sòlids en suspensió de licor mixt (MLSS) és de 4.000 mg/L, el reciclatge de fangs és del 50% al 100%, el reciclatge intern del licor mixt és del 200% al 250% i l'oxigen dissolt a la zona MBBR és de 2 a 5 mg/L. El diagrama de flux del procés després de la renovació es mostra aFigura 1.
3. Posada en funcionament del sistema després de la renovació del dipòsit biològic
Un cop finalitzada la renovació del dipòsit biològic, va començar la fase de posada en marxa. Els fangs deshidratats d'una altra EDAR es van afegir al dipòsit biològic, augmentant ràpidament la concentració de fangs per sobre de 3.000 mg/L en poc temps. Això va escurçar el període de cultiu i aclimatació dels fangs, permetent una ràpida posada en marxa del dipòsit biològic i la restauració de la seva capacitat d'eliminació de nitrogen i fòsfor. Durant el període d'operació de prova, a causa del flux d'afluent relativament baix i les concentracions de contaminants, la càrrega operativa real va ser inferior a la càrrega de disseny. L'enfocament va ser primer conrear i aclimatar el fang activat fins que el sistema biològic s'estabilitzés i la qualitat de l'efluent compleixi els estàndards, i després afegir portadors MBBR per a la formació de biofilm.
Després d'afegir els portadors a la secció aeròbica del tanc biològic, es van submergir primer. Els microorganismes es van unir gradualment a les seves superfícies. Visualment, el color de la superfície del portador va canviar de blanc a un groc terrós tènue a mesura que s'hi van unir més microorganismes i el biofilm es va fer més dens. El color portador es va aprofundir gradualment. Dos mesos després de l'addició del portador, la formació de biofilm va ser bona, amb la superfície del portador semblant marró groguenc- i el color es va aprofundir gradualment. Quatre mesos després de l'addició del portador, el biofilm a la superfície del portador semblava marró fosc i era dens. La progressió de la formació de biofilm es pot observar de manera intuïtiva a partir dels canvis en el color del portador, tal com es mostra aFigura 2. El desembre de 2021, l'examen microscòpic dels fangs activats del dipòsit biològic i els fangs dels portadors va revelar estructures de floc compactes amb bones propietats d'adsorció i sedimentació. Visualment, els portadors van mostrar una formació òbvia de biofilm. L'examen microscòpic va identificar organismes com Vorticella, Opercularia i Epistylis, amb avistaments ocasionals d'alguns ciliats mòbils, que indicaven la finalització de l'etapa de formació del biofilm.
4. Rendiment operatiu després de la renovació del dipòsit biològic
4.1 Rendiment d'eliminació de COD i BOD després de la renovació
Els valors de DQO i DBO de l'efluent per al 2022 es mostren aFigura 3. El DQO efluent va oscil·lar entre 10,2 i 24,9 mg/L, amb una mitjana de 18,0 mg/L. La DBO de l'efluent va oscil·lar entre 2,1 i 4,9 mg/L, amb una mitjana de 3,4 mg/L. Tant l'efluent COD com la DBO complien de manera estable l'estàndard local de Classe A de Tianjin. El sistema renovat no només va demostrar un bon rendiment d'eliminació de DQO i DBO, sinó que també va mantenir els nivells de DQO i DBO dels efluents estables i compatibles durant la temporada d'inundacions, fins i tot quan la càrrega d'afluent real de la planta va arribar al 110% de la seva capacitat de disseny. Això indica que el sistema té una bona resistència a les càrregues de xoc.
4.2 Rendiment d'eliminació de TN i NH₃-N després de la renovació
Els valors de l'efluent TN i NH₃-N per al 2022 es mostren aFigura 4. La TN va oscil·lar entre 3,72 i 8,74 mg/L, amb una mitjana de 6,43 mg/L. El NH₃-N va oscil·lar entre 0,02 i 1,25 mg/L, amb una mitjana de 0,12 mg/L. Durant el funcionament hivernal, a causa de les temperatures més baixes, les taxes de nitrificació i desnitrificació van disminuir. A la pràctica, la concentració de fangs es va augmentar per sobre dels 6.000 mg/L. El funcionament a alta concentració de fangs és beneficiós per millorar la resistència del sistema biològic a les càrregues de xoc, especialment a baixes temperatures. La sinergia entre l'alta concentració de fangs i el biofilm unit als portadors MBBR millora l'efecte de tractament del sistema biològic.
Els portadors MBBR proporcionen un entorn favorable per a les comunitats microbianes, donant suport al seu creixement i reproducció. Després de l'aclimatació i la maduració, la capacitat de nitrificació i desnitrificació del biofilm s'enforteix. Els microorganismes s'uneixen i creixen en capes a la superfície portadora, augmentant la densitat de zoogloea i formant estructures de fangs grans, denses i ràpidament estables. Quan s'enfronten a canvis externs de la qualitat de l'aigua, els microorganismes de la superfície del portador segreguen substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS) per a l'auto-protecció, reduint així l'impacte dels canvis sobtats de la qualitat de l'aigua en els microorganismes de la-capa interna.
A les EDAR que utilitzen el procés MBBR, s'han observat fenòmens de nitrificació i desnitrificació simultànies (SND) a la zona de transport aeròbic. Les proves dels valors TN de l'afluent i l'efluent de la zona del portador aeròbic van revelar una diferència de 2-6 mg/L. Aquesta diferència va ser més pronunciada, especialment quan l'oxigen dissolt al tanc aeròbic es va controlar per sota dels 2 mg/L, cosa que indica un SND més significatiu en condicions d'oxigen dissolt baix. L'efluent TN del dipòsit de sedimentació secundari ha complert totalment els estàndards, el que significa que l'eliminació de TN es va completar dins de l'etapa de tractament biològic. En funcionament real, el filtre de llit profund-desnitrificant funciona com a procés de salvaguarda. En condicions normals, funciona com un filtre regular per garantir que els indicadors SS compleixen els estàndards.
4.3 Rendiment d'eliminació de TP i SS després de la renovació
Els valors de TP i SS de l'efluent per al 2022 es mostren aFigura 5. El TP de l'efluent de l'EDAR va oscil·lar entre 0,04 i 0,22 mg/L, amb una mitjana de 0,10 mg/L. El SS efluent va oscil·lar entre 1 i 4 mg/L, amb una mitjana de 2,2 mg/L. Després de l'actualització, l'efluent del tanc de sedimentació secundari TP era d'uns 1,0 mg/L i SS d'uns 26 mg/L. Afegint clorur fèrric i PAM al tanc de sedimentació d'alta eficiència-per millorar la coagulació i mitjançant una purificació addicional al filtre de llit profund-desnitrificant, l'efluent TP i SS van complir de manera estable l'estàndard local de Classe A de Tianjin i el valor del color es va reduir significativament.
5. Conclusió
Per complir amb l'estàndard local de Classe A de Tianjin, el procés A²/O original de l'EDAR es va transformar en una configuració de cinc-etapes de Bardenpho, incorporant el procés MBBR a la secció aeròbica per millorar l'eliminació biològica de nitrogen, reduint l'efluent TN i NH₃-N. Durant la temporada d'inundacions amb flux de sobrecàrrega, tots els indicadors van complir de manera estable els estàndards, demostrant una bona resistència a l'impacte. Després de la renovació del tanc biològic, la proporció de reciclatge intern era del 200%-300%, el reciclatge de fangs extern va ser del 50%-100%, la concentració de fangs era de 4.000-6.000 mg/L, l'oxigen dissolt a la zona aeròbica es va controlar a 3-5 mg/L i l'oxigen dissolt a la zona 2-000 mg/l es va controlar. L'any 2022, la qualitat de l'efluent de l'EDAR era: DQO 10,2–24,9 mg/L, mitjana 18,0 mg/L; DBO 2,1–4,9 mg/L, mitjana 3,4 mg/L; NH₃-N 0,02–1,25 mg/L, mitjana 0,12 mg/L; TN 3,72–8,74 mg/L, mitjana 6,43 mg/L; TP 0,04–0,22 mg/L, mitjana 0,1 mg/L; SS 1–4 mg/L, mitjana 2,2 mg/L. Tots compleixen de manera estable l'estàndard de classe A de l'estàndard local de Tianjin "Norma d'abocament de contaminants per a plantes de tractament d'aigües residuals municipals" (DB 12/599-2015).