Proyecto de Modernización y Renovación de Planta de Tratamiento de Aguas Residuales con Proceso A2/O-MBBR
Con el aumento continuo de la conciencia ambiental pública, las plantas de tratamiento de aguas residuales deben llevar a cabo activamente actividades de mejora y renovación, adoptar tecnologías avanzadas para tratar las aguas residuales, lograr la reutilización de las aguas residuales y contribuir con su parte al desarrollo social sostenible. Un desafío importante encontrado durante la mejora y renovación de las plantas de tratamiento de aguas residuales es la eliminación de nitrógeno y fósforo. Al utilizar la tecnología MBBR, este problema se resuelve de manera efectiva. Este artículo se centra en la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio del condado de Xichou, que emplea un proceso combinado de pretratamiento + proceso de tratamiento biológico secundario A2/O + filtración con medio de tela + desinfección con hipoclorito de sodio. La sección de tratamiento biológico utiliza equipos integrados de tratamiento de aguas residuales (que incluyen un tanque pre-anóxico, un tanque anaeróbico, un tanque anóxico, un tanque aeróbico, un tanque de sedimentación de tubo inclinado, un filtro de tela y un tanque de desinfección).
1 Descripción general del proyecto
La construcción de la red de tuberías de alcantarillado que respalda la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio en el condado de Xichou, prefectura autónoma de Wenshan Zhuang y Miao, provincia de Yunnan, incluye proyectos en seis municipios: Dongma, Lianhuatang, Banggu, Fadou, Bolin y Xinmajie. La longitud total de las redes de tuberías de alcantarillado de estos municipios es de aproximadamente 39,182 km, con diámetros de tubería que van desde DN200 mm hasta DN500 mm, utilizando tuberías corrugadas de polietileno de alta-densidad de doble pared (HDPE). Se construyen estaciones de bombeo integradas en los municipios de Lianhuatang y Xinmajie. En el municipio de Xinmajie, hay una tubería de PE de suministro de agua a presión de Q=25 m³/h, DN150 mm de 50 m, y en el municipio de Lianhuatang, una tubería de PE de suministro de agua a presión de Q=25 m³/h, DN200 mm de 15 m. El área total de construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales es de 3.482 m², incluyendo una edificación integral, equipo integrado de tratamiento de aguas residuales, sala de transformación y distribución, sala de monitoreo, tanque de regulación, tanque de lodos, tanque de agua de reutilización, sala de deshidratación de lodos y galpón de almacenamiento de lodos, canal de criba, estación de bombeo elevador y tanque de emergencia.
2 Análisis de la calidad del agua y selección del proceso principal
2.1 Calidad del agua afluente y efluente
Un análisis exhaustivo de la calidad del agua afluente de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Xichou muestra que su concentración es estable con una ligera tendencia a la baja. Como el proceso actual es un proceso de tratamiento de aguas residuales de alta-eficiencia, el volumen de los tanques de tratamiento no es grande y su tolerancia a las cargas de choque no es fuerte. Por lo tanto, el estándar de tasa de garantía para los indicadores de calidad del agua afluente no puede fijarse demasiado alto; esta vez se fija en el 90%. Además, la planta recibe diariamente 500 m³ de lixiviados del vertedero. Al diseñar la calidad final del agua afluente, es necesario confiar en la tendencia general de la calidad del agua para completar de manera eficiente el trabajo de diseño relevante. Los indicadores de calidad del agua se muestran enTabla 1.
La relación DBO₅/CODcr en las aguas residuales es 0,35, lo que indica aguas residuales fácilmente biodegradables; la relación DBO₅/TN es 3. Para cumplir con el estándar TN del efluente, se requieren medidas de tratamiento adicionales, como agregar una fuente de carbono externa; la relación DBO₅/TP es 26,3, que es adecuada para la eliminación biológica de fósforo.
Actualmente, las cantidades residuales de NH₃-N y TN son relativamente altas y la eficiencia de eliminación es deficiente. Esto indica que la nitrificación de NH₃-N no se puede llevar a cabo por completo en el antiguo tanque aeróbico. Dado que originalmente no se instaló un tanque anóxico, el proceso de desnitrificación no ocurrió. La eliminación de nitrógeno solo se logró descargando el exceso de lodo y no se empleó el método de nitrificación-desnitrificación.
2.3 Proceso principal
Después de un análisis exhaustivo de la situación específica de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Xichou, se tuvo que completar la mejora y renovación dentro del sitio de la planta. El espacio dentro del área de la planta es muy limitado. Al determinar el proceso de tratamiento de aguas residuales, fue necesario considerar exhaustivamente las condiciones del sitio y hacer un uso razonable del proceso de tratamiento de tanques bioquímicos existente. Después de una extensa investigación, la adopción del proceso A2/O-MBBR (conocido como proceso MBBR) abordó eficazmente los problemas operativos y de uso de la tierra. Este enfoque facilitó la expansión tridimensional-de la capacidad del tanque bioquímico y permitió la construcción activa de tanques anóxicos y anaeróbicos. El proceso MBBR combina lodos activados con biopelícula. Sus ventajas se manifiestan en su huella relativamente pequeña, su larga cadena biológica, su capacidad para alcanzar estándares ideales de calidad del agua efluente y su funcionamiento estable. El método de biopelícula para la eliminación de nitrógeno también muestra buenos resultados durante las temporadas de baja-temperatura. El flujo del proceso MBBR se muestra enFigura 1.
2.4 Ventajas del proceso MBBR
Comparando el proceso MBBR, los métodos de biopelículas-en medios fijos y los procesos de lodos activados, el proceso MBBR se destaca por sus ventajas más destacadas, específicamente: ① Los soportes suspendidos están hechos principalmente de materiales modificados como PP y PE, lo que ofrece buena durabilidad. Como los transportadores suspendidos son fáciles de poner en marcha y operar, rara vez ocurren problemas como aglomeraciones y obstrucciones. Por lo tanto, cuando se aplica al sistema de aireación y a los dispositivos de efluentes del sistema de tratamiento de aguas residuales, su tasa de depreciación y frecuencia de reemplazo son muy bajas. ② El proceso MBBR posee una fuerte capacidad de eliminación de nitrógeno. En los portadores suspendidos pueden coexistir entornos aeróbicos, anóxicos y anaeróbicos, lo que permite que se completen reacciones de nitrificación y desnitrificación dentro de un solo reactor. Las bacterias nitrificantes pueden crecer rápidamente sobre la biopelícula formada sobre los soportes suspendidos, logrando una nitrificación óptima. ③ El proceso MBBR tiene buena tolerancia a cargas de choque, lo que mejora la estabilidad del efluente y la resistencia a sustancias tóxicas. ④ Al adoptar el proceso MBBR, se pueden realizar mejoras y renovaciones razonables del equipo de tratamiento original, casi sin cambios en el uso del suelo, ahorrando así espacio. ⑤ El tratamiento de aguas residuales tradicional requiere agregar marcos de soporte de portadores en el tanque de aireación, mientras que el proceso MBBR elimina este paso, lo que reduce la dificultad de mantener los dispositivos de aireación y administrar los portadores.
3 Plan de renovación de tanques bioquímicos
3.1 Construcción de Nuevos Tanques Anaeróbicos y Anóxicos
After demolishing the buildings on the west side of the plant's biochemical tank area, new anoxic and anaerobic tanks were constructed on the cleared land. The anoxic zone was modified from the initial section of the existing biochemical tank. Active construction of the anoxic and anaerobic tanks was carried out. Their plan dimensions and effective volume must meet relevant usage requirements, and the hydraulic retention time was scientifically planned to enable them to play an important role. During the construction of the anoxic tank, the minimum temperature was controlled to >12 grados, y se implementó bien la gestión de indicadores como la concentración de sólidos suspendidos del licor mixto, la concentración de nitrato de desnitrificación y la tasa de desnitrificación. En invierno puede haber una fuente insuficiente de carbono; Se puede agregar una cantidad adecuada de fuente de carbono para mejorar la eficiencia de la desnitrificación. El tanque anóxico de nueva construcción está equipado con un total de 16 unidades de mezcladores de turbina vertical de 5 kW; la zona anóxica del tanque bioquímico existente está equipada con un total de 8 juegos de hélices verticales de 5 kW; El tanque anaeróbico está equipado con un total de 6 juegos de mezcladores sumergibles de 6,5 kW.
Al comparar los coeficientes de dificultad de las tareas de eliminación de fósforo y eliminación de nitrógeno, la eliminación de nitrógeno es evidentemente más desafiante. Por lo general, se pueden obtener efectos satisfactorios de eliminación de fósforo mediante métodos químicos de eliminación de fósforo. Para optimizar los efectos de eliminación de nitrógeno, cuando las temperaturas son bajas y el nitrógeno total entrante es alto, el lodo se puede reciclar a la sección anaeróbica para garantizar un tiempo de retención más prolongado en la sección anóxica.
3.2 Renovación de tanques bioquímicos existentes
Después de la renovación, el tanque bioquímico existente se divide en cuatro partes: se añade una pared divisoria entre la primera y la cuarta parte. Las áreas antes y después de la pared divisoria en estas dos partes son la zona anóxica y la zona portadora (zona MBBR), y la zona MBBR y la zona de desgasificación, respectivamente. La segunda y tercera parte son zonas MBBR. Agregar una pared divisoria en la cuarta parte puede controlar la concentración de oxígeno disuelto del licor mezclado de reciclaje interno dentro de un rango razonable. Además, en la zona MBRR se instalan equipos como rejillas y aireadores de tuberías perforadas para mejorar la eficiencia operativa del tanque bioquímico. Una vez completada la renovación de la zona aeróbica del tanque bioquímico, el volumen efectivo total del tanque de la zona de desgasificación y la zona MBBR alcanza los 38.000 m³. La zona de desgasificación está equipada con un total de 12 unidades de bombas de flujo axial de 18,5 kW, 4 de ellas en standby; Se utilizan soportes suspendidos de HDPE puro.
3.3 Renovación de la sala de sopladores y del sistema de aireación
Hay 4 sopladores en la sala de sopladores: 3 son sopladores viejos con un caudal de entrada de 480 m³/min y uno es un soplador nuevo. La refrigeración por agua es el principal método de refrigeración de los antiguos sopladores, con una potencia de 830 kW cada uno; La refrigeración por aire es el método principal del nuevo soplador, con una potencia de 670 kW. Al comparar el estado operativo de los sopladores nuevos y antiguos, el nuevo soplador funciona de manera más eficiente y efectiva. Los sopladores antiguos no sólo tienen una baja eficiencia operativa sino que también requieren elevados costos de mantenimiento y reparación.
Al diseñar el volumen de aireación para la zona aeróbica, se debe basar en la mayor demanda de oxígeno de la zona aeróbica, con un valor final seleccionado de 720 m³/min. La configuración de los tubos de aireación perforados debe basarse en el volumen de aire de los 4 sopladores. El trabajo de sustitución de los viejos sopladores debe realizarse de forma eficaz. Recomprar 3 sopladores nuevos para reemplazar los viejos es beneficioso para reducir el volumen de aireación. Al reemplazar los tubos de aireación, sólo se reemplazan los viejos tubos de aireación dentro del tanque aeróbico.
3.4 Sistema de Tratamiento de Lodos
El principal equipo de tratamiento de lodos utilizado en la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Xichou es un filtro prensa de deshidratación y espesamiento de lodos. El análisis exhaustivo de los procesos de deshidratación y espesamiento de lodos y la integración de las operaciones de espesamiento y deshidratación de lodos pueden minimizar los costos de inversión de capital y reducir la dosis de floculantes con alto contenido de -polímeros. Para evitar el daño ambiental causado por el tratamiento de lodos, se eligió la tecnología mecánica de espesamiento y deshidratación de lodos para controlar eficientemente la contaminación ambiental y atmosférica.
3.5 Sistema de desodorización
Existen muchos métodos para tratar los olores; los más utilizados incluyen métodos biológicos, químicos y físicos. Los diferentes métodos de tratamiento de olores tienen diferencias significativas en sus mecanismos de desodorización, condiciones de aplicación y tipos técnicos. Después de analizar exhaustivamente las circunstancias específicas de este proyecto y considerar las ventajas y desventajas de las diferentes tecnologías de desodorización, finalmente se seleccionó el proceso de desodorización iónica para llevar a cabo las operaciones relevantes.
3.6 Puntos clave de la renovación del proceso
3.6.1 Selección del operador
En la selección de soportes suspendidos se debe asegurar que el material de fabricación tenga suficiente resistencia a la corrosión y que la superficie específica efectiva total cumpla con los estándares de efluentes, garantizando así la biomasa. Al mismo tiempo, la vida útil, la resistencia al desgaste y la solidez de los soportes suspendidos deben cumplir con los estándares, manteniéndose una vida útil de más de 15 años.
3.6.2 Acumulación de portadoras
A medida que el agua fluye, los portaaviones cambian de posición, lo que provoca que un gran número de portaaviones se acumulen frente a las pantallas de interceptación. Después de un tiempo, las pantallas de interceptación pueden obstruirse. Se utiliza una aireación cada vez mayor para eliminar los portadores acumulados. Se produce una pérdida de cabeza en cada pantalla de intercepción. Una gran cantidad de portadores se acumulan bajo la presión de la diferencia de nivel del agua a través de la pantalla. A medida que aumenta la diferencia en el nivel del agua, también aumenta la cantidad de acumulación de portador. Un dispositivo de reciclaje de transportistas está instalado en la zona de transportistas. Impulsados por un dispositivo de transporte aéreo, los transportadores al final de la zona de transporte regresan al extremo delantero, evitando la acumulación de transportadores.
3.7 Análisis de la eficacia operativa posterior-a la renovación
La inversión total para este proyecto es de 219,91 millones de yuanes. El costo operativo unitario promedio es de 0,4 yuanes/m³ y el costo total unitario promedio es de 0,5 yuanes/m³. Una vez completado y puesto en funcionamiento el proyecto de renovación mejorado, su efecto de flujo de agua es muy satisfactorio, el estado operativo es bueno y los estándares de calidad del agua efluente pueden cumplir con los requisitos pertinentes.
4 Conclusión
Durante la construcción de este proyecto de mejora y renovación, se utilizaron eficazmente las estructuras existentes. Al emplear racionalmente la tecnología MBBR, el trabajo de renovación del diseño logró buenos resultados sin aumentar la huella, mejorando significativamente la capacidad de eliminación de nitrógeno y fósforo del sistema de tratamiento de aguas residuales y optimizando la eficiencia de eliminación de contaminantes. La tecnología MBBR es muy avanzada y no sólo posee las ventajas de las tecnologías convencionales de tratamiento de aguas residuales, sino que también utiliza eficientemente la alta capacidad de tratamiento de sus portadores especiales, lo que mejora significativamente la eficiencia de la purificación de contaminantes.
Con base en el análisis y la demostración, para garantizar la racionalidad del plan, se recomienda adoptar el esquema de proceso MBBR. Al realizar la renovación-in situ del sistema biológico original y agregar portadores a la zona aeróbica para aumentar su capacidad de carga se garantiza que el tratamiento con nitrógeno cumpla con los estándares. El uso posterior de tanques de sedimentación de alta-densidad + filtros de tela para controlar SS y TP puede garantizar un efluente estable que cumpla con el estándar de Grado 1A. El proceso MBBR, así como varios procesos combinados que incorporan MBBR en sistemas de lodos activados, operan de manera estable, son fáciles de operar y ajustar, tienen una fuerte tolerancia a los cambios en la calidad y cantidad del afluente, ofrecen buenos efectos de eliminación de nitrógeno y fósforo y representan un método de tratamiento de aguas residuales económico, eficiente y estable. A medida que aumentan los requisitos nacionales y locales para la calidad de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, este proceso es una solución muy adecuada para proyectos que enfrentan desafíos como una construcción temprana con procesos que no pueden cumplir con los nuevos requisitos, disponibilidad limitada de terreno, altos costos de terreno y dificultades de financiamiento. Seguramente se aplicará más ampliamente en la mejora y renovación de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales o industriales.
Además, durante este proyecto de renovación, se tomaron medidas específicas de control de la vía de desnitrificación basadas en las condiciones reales al renovar los tanques bioquímicos, incluido el fortalecimiento de la gestión de indicadores como la concentración de nitrato de desnitrificación y la tasa de desnitrificación. La renovación del proceso se centró en mejorar la selección de transportistas y la gestión de la acumulación. Al integrar las renovaciones de la sala de sopladores y el sistema de aireación, el sistema de tratamiento de lodos y el sistema de desodorización, se mejoró la capacidad de tratamiento integral de la planta de tratamiento de aguas residuales.