Многие очистные сооружения в конечном итоге сталкиваются с одной и той же проблемой: увеличивается расход или нагрузка загрязняющих веществ, ужесточаются ограничения на сбросы, но остается мало места для еще одного биологического резервуара. В таких ситуациях расширение мощностей не всегда требует масштабного гражданского строительства. Выявив истинное узкое место процесса и модернизировав удержание биомассы, аэрацию, осветление, мембранное разделение или управление процессом, существующая установка может быть способна очищать значительно больше сточных вод в пределах существующей площади.
Почему существующие биологические резервуары становятся узким местом
Станция очистки сточных вод может оказаться «полной» по нескольким причинам. На некоторых объектах средний гидравлический расход увеличился из-за роста населения, промышленного расширения или дополнительных производственных линий. В других странах сток остается аналогичным, но приток ХПК, БПК, аммиака или общего содержания азота увеличился.
Более строгие требования к сточным водам также могут привести к тому, что существующий биологический процесс будет казаться недооцененным. Резервуар, который когда-то обеспечивал достаточное удаление углерода, может не иметь достаточно эффективной биомассы, способности переносить кислород или времени удержания твердых веществ для достижения стабильной нитрификации или более требовательных ограничений по питательным веществам.
Вот почему инженеры должны различать гидравлическая мощность и биологическая способность . Гидравлическая емкость описывает, какой объем потока может физически пройти через резервуар за приемлемое время удерживания. Биологическая емкость показывает, какой объем загрязняющих веществ может фактически удалить сохранившаяся микробная популяция.
| Типичное узкое место | Распространенный симптом | Что это может означать |
|---|---|---|
| Органическая загрузка | Высокий уровень ХПК или БПК в сточных водах | Недостаточная активная биомасса, кислород или время контакта. |
| Нитрификация | Высокие выбросы аммиака | Низкая SRT, низкая температура, нехватка кислорода или недостаточная нитрифицирующая биомасса. |
| Аэрация | Постоянно низкий уровень растворенного кислорода | Недостаточная способность по переносу кислорода |
| Разъяснение | Высокий уровень взвешенных веществ в сточных водах или слой поднимающегося осадка | Ограничение содержания твердых веществ во вторичном отстойнике |
| Гидравлика | Короткая ЗГТ или нестабильная производительность во время пиков | Ограничение производительности, связанное с потоком |
Существующий биологический резервуар может быть гидравлически ограничен до того, как он будет биологически оптимизирован, или биологически перегружен, даже если время его гидравлического удержания все еще кажется приемлемым.
Увеличение биомассы без увеличения объема резервуара: модернизация MBBR и IFAS
Одним из наиболее эффективных способов увеличения мощности биологической очистки в существующем резервуаре является сохранение более активной биомассы. Технологии биопленочного реактора с подвижным слоем и технологии интегрированного активированного ила с фиксированной пленкой обеспечивают пластиковые носители, на которых микроорганизмы могут расти в виде прикрепленной биопленки.
В традиционном процессе с активным илом количество биомассы, которое может быть удержано, тесно связано с осаждением ила и операцией возврата активного ила. За счет введения биопленочных носителей часть микробной популяции сохраняется на носителях независимо от вторичного осветлителя.
Это может быть особенно ценно для нитрификации, поскольку микроорганизмы, окисляющие аммиак, растут относительно медленно. Биопленка обеспечивает стабильную поверхность, на которой эти организмы могут оставаться в системе, даже если удержание взвешенных твердых частиц ограничено.
В Модернизация МББР Присоединенная биомасса может выполнять большую часть функций по очистке. В Модернизация МФСА Процесс взвешенного активного ила сохраняется, в то время как носители биопленки добавляют дополнительную популяцию прикрепленных микроорганизмов.
Коэффициент заполнения, геометрия носителя, эффективная защищенная площадь поверхности, смешивание, аэрация, экраны, удерживающие среду, подача кислорода, характеристики сточных вод и способность удаления мишени должны рассматриваться вместе.
Чрезмерные коэффициенты наполнения могут затруднить смешивание, увеличить потребность в воздухе, создать неравномерное движение носителя и повысить гидравлическую нагрузку на удерживающие сита. Таким образом, успешная модернизация начинается с расчета биологической нагрузки, а не простого заполнения резервуара как можно большим количеством среды.
Модернизируйте аэрацию перед расширением биологического процесса
Некоторые растения, которым, по-видимому, требуется больший биологический объем, на самом деле ограничены в переносе кислорода. Увеличение биомассы или загрузка без достаточного количества кислорода может ухудшить эффективность очистки, даже если сам биологический реактор достаточно велик.
Системы аэрации со временем теряют производительность. Диффузоры могут засориться, падение давления может увеличиться, распределение воздушного потока может стать неравномерным, а старым системам с крупными пузырьками может потребоваться большая мощность вентилятора для передачи того же количества кислорода.
Высокие концентрации MLSS могут еще больше снизить реальную эффективность переноса кислорода по сравнению с чистой водой. Глубина резервуара, химический состав сточных вод, поверхностно-активные вещества, температура, состояние диффузора и схема аэрации также влияют на количество кислорода, фактически доступного микроорганизмам.
Вопросы, которые следует проверить перед добавлением большего биологического объема
| Аэрация Problem | Возможные действия по модернизации |
|---|---|
| Высокий перепад давления в диффузоре | Очистите или замените устаревшие диффузоры. |
| Низкая эффективность переноса кислорода | Оценка модернизации мелкопузырчатого диффузора |
| Неравномерное распределение растворенного кислорода | Оптимизируйте расположение диффузора и распределение воздушного потока. |
| Вентилятор почти на пределе мощности | Уменьшите потерю давления в системе или оцените модернизацию воздуходувки. |
| Высокая энергия аэрации | Улучшите контроль воздушного потока и эффективность переноса кислорода. |
Для многих существующих электростанций восстановление или повышение эффективности переноса кислорода является одним из самых быстрых способов восстановить неиспользованную биологическую мощность без изменения площади реактора.
Увеличьте SRT и концентрацию биомассы, но следите за осветлителем
Обычная установка с активным илом иногда может обрабатывать дополнительную нагрузку за счет увеличения времени удерживания твердых веществ и поддержания большего количества биомассы в биологическом процессе. Это может включать сокращение потерь ила, увеличение MLSS или оптимизацию работы с возвратным активным илом.
Однако эта стратегия имеет практические ограничения. Более высокий MLSS увеличивает массу твердых веществ, которые должны пройти через вторичный отстойник. Это также увеличивает потребность в кислороде и может увеличить вязкость смешанного раствора, снижая эффективность переноса кислорода и затрудняя отделение осадка.
Если биологическая емкость увеличивается, а вторичное осветление остается неизменным, на заводе могут возникнуть проблемы с более высоким содержанием ила, уносом твердых частиц, нестабильным осаждением или проблемами TSS в сточных водах.
Поэтому инженерам следует оценить скорость перелива через поверхность, скорость загрузки твердых частиц, индекс объема ила, емкость возвратного ила и характеристики пикового расхода, прежде чем значительно увеличивать MLSS.
В подходящих приложениях для осветления трубчатые отстойники или пластинчатые модули могут увеличить эффективную площадь осаждения в пределах существующей площади осветлителя. Этот подход может быть привлекательным, когда основным ограничением является производительность гидравлического осветления, хотя он не является универсальным решением для каждого вторичного осветлителя с активным илом. В первую очередь необходимо оценить характеристики ила и гидравлическое поведение.
Используйте модернизацию MBR, когда разделение твердых частиц становится ограничением производительности
На некоторых заводах биологический реактор не является основной проблемой. Настоящее ограничение — это вторичный осветлитель. Когда требуется больше биомассы, но гравитационное осаждение не может надежно ее удержать, мембранное разделение может стать еще одним путем модернизации.
Мембранный биореактор отделяет очищенную воду от смешанной жидкости с помощью физического мембранного барьера, а не обычного осаждения ила. Это позволяет концентрации биомассы меньше зависеть от производительности осветлителя и может поддерживать более высокую производительность MLSS при компактных размерах.
MBR также может производить сточные воды с низким содержанием взвешенных веществ и особенно привлекателен там, где повторное использование воды, ограниченность земель или более строгие требования к качеству сброса являются частью цели расширения.
Компромисс — более высокая сложность системы. Мембранные модули требуют очистки воздухом, откачки пермеата, контроля загрязнения, периодической химической очистки, предварительной обработки и возможной замены мембраны.
| Вариант модернизации | Наиболее подходит, когда |
|---|---|
| МББР / МФСА | Требуется большая биологическая емкость или нитрифицирующая биомасса. |
| Аэрация Upgrade | Перенос кислорода ограничивает возможности лечения |
| Оптимизация MLSS/SRT | Система активного ила все еще имеет эксплуатационный запас |
| Обновление осветлителя | Гидравлическая способность или способность отделения твердых частиц ограничена. |
| Модернизация МБР | Требуется высокое удержание биомассы, высокое качество сточных вод или сокращение занимаемого пространства. |
Оптимизируйте управление процессом перед добавлением оборудования
Не каждая проблема с производительностью требует нового оборудования. Плохой контроль процесса может привести к тому, что существующая установка будет казаться физически недостаточной, даже если значительный потенциал очистки остается неиспользованным.
Аэрация является распространенным примером. Непрерывная работа воздуходувок с фиксированной мощностью может привести к избытку кислорода в периоды низкой нагрузки и недостаточному количеству кислорода во время пиковых нагрузок. Контроль на основе DO или контроль аэрации на основе аммиака может лучше согласовывать подачу кислорода с фактической биологической потребностью.
Управление SRT не менее важно. Чрезмерная трата ила может снизить нитрифицирующую биомассу, тогда как недостаточная трата может создать неоправданно высокий MLSS и проблемы с осветлением. Оптимизация RAS, WAS, внутренней рециркуляции, дозирования углерода и периодической аэрации иногда может существенно восстановить стабильность процесса.
Выравнивание потока также может помочь. Установка может быть способна справляться с ежедневной нагрузкой в среднем, но выходить из строя во время коротких пиковых расходов или сильных явлений. Выравнивание перераспределяет эти пики с течением времени, снижая нагрузку на биологический реактор и осветлитель.
Биологический контроль
SRT, MLSS, F/M, удаление ила и обращение с возвратным илом.
Контроль аэрации
Контроль растворенного кислорода, аэрация на основе аммиака, балансировка воздушного потока и оптимизация вентилятора.
Гидравлическое управление
Выравнивание расхода, управление пиковым расходом и оптимизация внутренней рециркуляции.
Онлайн-мониторинг
NH₄-N, NO₃-N, DO, расход, мутность и другие показатели процесса.
Как определить реальное узкое место перед выбором модернизации
Успешная модернизация мощностей предприятия должна начинаться с аудита процесса, а не с выбора оборудования. Цель состоит в том, чтобы точно определить, что мешает существующей установке обрабатывать больший поток или нагрузку.
Проверьте входную загрузку
Просмотрите средний и пиковый расход, ХПК, БПК, TSS, аммиак, общий азот, температуру, промышленные выбросы и историю ударных нагрузок.
Проверьте биологическую эффективность
Просмотрите MLSS, MLVSS, SRT, соотношение F/M, DO, удаление аммиака, образование осадка и эффективность сезонной очистки.
Проверьте мощность аэрации
Измерьте расход воздуха, нагрузку нагнетателя, потерю давления в диффузоре, распределение растворенного кислорода и фактические ограничения по переносу кислорода.
Проверьте разъяснения
Проверьте скорость поверхностного перелива, загрузку твердых частиц, глубину слоя ила, SVI, работу возвратного ила и взвешенные твердые частицы в сточных водах.
Сопоставьте модернизацию с ограничением
Ограничение биомассы может указывать на MBBR или IFAS; ограничение кислорода в сторону модернизации аэрации; ограничение осветления в сторону улучшения отделения твердых частиц; и экологический след плюс ограничения качества сточных вод в отношении MBR.
Модернизация и строительство новых резервуаров: как сравнить экономику
Модернизация привлекательна, поскольку сокращает объемы гражданского строительства, но не является автоматически самым дешевым решением на каждом заводе. Существующие резервуары должны быть конструктивно надежными, гидравлика должна оставаться работоспособной, а требуемое увеличение производительности должно быть достижимо в рамках существующих технологических ограничений.
Для строительства нового резервуара могут потребоваться земляные работы, железобетон, новые трубопроводы, земля, разрешения, электрическая инфраструктура и длительные сроки строительства. Это также может быть затруднительно на действующих предприятиях, где обход сточных вод или остановка очистных линий нецелесообразны.
Вместо этого модернизация может включать носители биопленки, удерживающие экраны, замену диффузора, модификации воздуходувок, мембранные модули, осветительное оборудование, насосы, средства управления и временные монтажные работы.
| Фактор | Новый биологический резервуар | Модернизация существующего предприятия |
|---|---|---|
| Требования к земле | Обычно высокий | Низкий |
| Гражданское строительство | Значительный | Обычно ограничено |
| Период строительства | дольше | Часто короче |
| Прерывание процесса | Потенциально значительные | Часто легче поэтапно |
| Максимальная возможность расширения | Высокий | Ограничено существующей инфраструктурой |
| Инженерные требования | Дизайн нового процесса | Детальный аудит существующих ограничений |
Экономика модернизации зачастую наиболее эффективна там, где земля дорогая, гражданское расширение затруднено, завод должен продолжать работать непрерывно, а требуемое увеличение мощности достаточно умеренное, чтобы его можно было достичь за счет увеличения запасов биомассы, улучшения переноса кислорода, лучшего отделения твердых частиц или более эффективного управления процессом.
Вам нужна дополнительная мощность существующей станции очистки сточных вод?
Прежде чем строить еще один биологический резервуар, оцените, ограничена ли существующая система биомассой, аэрацией, осветлением, мембранным разделением или контролем процесса. NIHAO может поддержать оценку модернизации производительности с использованием сред MBBR, аэрационных диффузоров, трубчатых отстойников и мембранных решений MBR.
Для первоначального анализа укажите текущую и целевую производительность очистки, размеры резервуара, ХПК/БПК входящей воды, концентрацию аммиака или общего азота, текущий MLSS, конфигурацию аэрации, размеры отстойника и требуемое качество сточных вод.
Часто задаваемые вопросы
Может ли существующая станция очистки сточных вод увеличить производительность без добавления нового биологического резервуара?
Да, во многих случаях. Возможные стратегии включают модернизацию MBBR или IFAS, модернизацию аэрации, более высокое удержание биомассы, оптимизацию управления процессом, улучшение очистки и MBR. Правильный подход зависит от фактического узкого места процесса.
Какой объем дополнительной мощности может обеспечить модернизация MBBR?
Универсального процента не существует. Увеличение производительности зависит от нагрузки притока, целевой обработки, площади поверхности среды, коэффициента заполнения, аэрации, температуры, существующего объема резервуара, а также от того, предназначена ли модернизация главным образом для удаления углерода или нитрификации.
В чем разница между МББР и модернизацией МФСА?
MBBR в первую очередь опирается на носители прикрепленной биопленки, в то время как IFAS сочетает прикрепленную биопленку с обычным взвешенным активным илом. IFAS обычно рассматривается, когда существующая установка с активным илом нуждается в дополнительной биомассе без отказа от текущего процесса приостановленного роста.
Как мне узнать, ограничено ли мое растение биомассой или кислородом?
Проверьте DO, нагрузку воздуходувки, распределение кислорода, SRT, MLSS, удаление аммиака и загрузку органических веществ. Если присутствует достаточная биомасса, но DO остается недостаточным, аэрация может быть основным препятствием. Если кислорода достаточно, но лечение остается ограниченным по биомассе, более целесообразным может быть дополнительный прикрепленный рост.
Могу ли я просто увеличить MLSS для очистки большего количества сточных вод?
Только в практических пределах. Более высокий MLSS увеличивает запасы биомассы, но также увеличивает потребность в кислороде и загрузку твердых частиц вторичного осветлителя. Чрезмерное содержание MLSS может привести к плохому осаждению, увеличению слоя ила и переносу твердых частиц.
Повысит ли добавление среды MBBR потребность в аэрации?
Он может. Более активная биомасса увеличивает потребность в кислороде, а движение носителя также требует адекватного перемешивания. Поэтому производительность аэрации следует проверять каждый раз, когда в существующий бассейн добавляется среда MBBR или IFAS.
Могут ли мелкопузырчатые диффузоры повысить производительность очистки сточных вод?
Они могут помочь, когда перенос кислорода является ограничивающим фактором. Повышение эффективности диффузора может увеличить количество доступного кислорода без увеличения объема резервуара, хотя также необходимо оценить мощность воздуходувки, требования к давлению и состояние сточных вод.
Когда вторичный отстойник становится узким местом после биологической модернизации?
Это может произойти, когда более высокий MLSS или увеличенный гидравлический поток приводят к увеличению загрузки твердых частиц за пределы практической производительности отстойника. Симптомы включают поднимающийся слой ила, плохое осаждение и повышенное содержание общего содержания сточных вод.
Когда следует рассмотреть возможность модернизации MBR вместо MBBR?
MBR может быть привлекательным, когда основными ограничениями являются отделение твердых частиц, занимаемое пространство, высокая концентрация биомассы или высококачественные сточные воды. MBBR или IFAS часто более подходят, когда основной целью является увеличение биологической мощности существующего реактора.
Какая информация необходима для проектирования модернизации мощностей очистных сооружений?
Полезные данные включают текущий и пиковый расход, заданную емкость, размеры резервуара, ХПК/БПК, аммиак, TN, TSS, температуру, MLSS, SRT, DO, аэрационное оборудование, размеры отстойника, характеристики осаждения осадка и требуемые пределы выбросов.
Английский
عربي
испанский
