Projeto de Modernização e Renovação de Estação de Tratamento de Efluentes com Processo A2/O-MBBR
Com o aumento contínuo da consciência ambiental do público, as estações de tratamento de águas residuais precisam de realizar ativamente atividades de modernização e renovação, adotar tecnologias avançadas para tratar águas residuais, conseguir a reutilização de águas residuais e contribuir com a sua parte para o desenvolvimento social sustentável. Um grande desafio encontrado durante a modernização e renovação das estações de tratamento de águas residuais é a remoção de azoto e fósforo. Ao utilizar a tecnologia MBBR, este problema é efetivamente resolvido. Este artigo se concentra na estação de tratamento de águas residuais municipal no condado de Xichou, que emprega um processo combinado de pré-tratamento + processo de tratamento biológico secundário A2/O + filtração em tecido + desinfecção com hipoclorito de sódio. A seção de tratamento biológico utiliza equipamento integrado de tratamento de águas residuais (incluindo um tanque pré-anóxico, tanque anaeróbico, tanque anóxico, tanque aeróbico, tanque de sedimentação de tubo inclinado, filtro de mídia de tecido e tanque de desinfecção).
1 Visão Geral do Projeto
A construção da rede de tubulação de esgoto que apoia a estação de tratamento de águas residuais do município de Xichou, Wenshan Zhuang e Prefeitura Autônoma de Miao, província de Yunnan, inclui projetos em seis municípios: Dongma, Lianhuatang, Banggu, Fadou, Bolin e Xinmajie. A extensão total das redes de suporte de esgoto nesses municípios é de cerca de 39.182 km, com diâmetros de tubulação variando de DN200 mm a DN500 mm, utilizando tubos corrugados de parede dupla de polietileno de alta densidade (PEAD). Estações de bombeamento integradas são construídas nos municípios de Lianhuatang e Xinmajie. No município de Xinmajie, há um tubo PE de abastecimento de água sob pressão de Q=25 m³/h, DN150 mm de 50 m, e no município de Lianhuatang, um tubo PE de abastecimento de água sob pressão Q=25 m³/h, DN200 mm de 15 m. A área total de construção da estação de tratamento de águas residuais é de 3.482 m², incluindo um edifício completo, equipamento integrado de tratamento de águas residuais, sala de transformação e distribuição, sala de monitoramento, tanque de regulação, tanque de lodo, tanque de água de reúso, sala de desidratação de lodo e galpão de armazenamento de lodo, canal de peneira, estação elevatória de bombeamento e tanque de emergência.
2 Análise da Qualidade da Água e Seleção do Processo Principal
2.1 Qualidade da Água Influente e Efluente
A análise abrangente da qualidade da água afluente da estação de tratamento de águas residuais do município de Xichou mostra que a sua concentração é estável, com uma ligeira tendência decrescente. Como o processo atual é um processo de tratamento de águas residuais de alta-eficiência, o volume dos tanques de tratamento não é grande e sua tolerância a cargas de choque não é forte. Portanto, o padrão da taxa de garantia para os indicadores de qualidade da água afluente não pode ser definido muito alto; desta vez está definido em 90%. Além disso, a usina recebe diariamente 500 m³ de lixiviado de aterro. Ao projetar a qualidade da água afluente final, é necessário confiar na tendência geral da qualidade da água para concluir com eficiência o trabalho de projeto relevante. Os indicadores de qualidade da água são apresentados emTabela 1.
A relação BOD₅/CODcr nas águas residuais é de 0,35, indicando águas residuais facilmente biodegradáveis; a relação DBO₅/TN é 3. Para atender ao padrão TN de efluentes, são necessárias medidas de tratamento adicionais, como a adição de uma fonte externa de carbono; a relação BOD₅/TP é 26,3, o que é adequado para remoção biológica de fósforo.
Atualmente, as quantidades residuais de NH₃-N e TN são relativamente altas e a eficiência de remoção é baixa. Isso indica que a nitrificação de NH₃-N não pode ser totalmente realizada no antigo tanque aeróbio. Como originalmente não foi instalado um tanque anóxico, o processo de desnitrificação não ocorreu. A remoção do nitrogênio só foi obtida pela descarga do excesso de lodo, e o método de nitrificação-desnitrificação não foi empregado.
2.3 Processo Principal
Após uma análise minuciosa da situação específica da estação de tratamento de águas residuais do município de Xichou, a modernização e a renovação tiveram de ser concluídas no local da estação. O espaço dentro da área da planta é muito limitado. Ao determinar o processo de tratamento de águas residuais, foi necessário considerar de forma abrangente as condições do local e fazer uso razoável do processo de tratamento bioquímico de tanques existente. Após extensa pesquisa, a adoção do processo A2/O-MBBR (referido como processo MBBR) abordou efetivamente questões operacionais e de uso da terra. Essa abordagem facilitou a expansão tri-dimensional da capacidade do tanque bioquímico e permitiu a construção ativa de tanques anóxicos e anaeróbicos. O processo MBBR combina lodo ativado com biofilme. Suas vantagens se manifestam em sua pegada relativamente pequena, longa cadeia biológica, capacidade de atingir padrões ideais de qualidade de água de efluentes e operação estável. O método de biofilme para remoção de nitrogênio também apresenta bons resultados durante estações-de baixas temperaturas. O fluxo do processo MBBR é mostrado emFigura 1.
2.4 Vantagens do Processo MBBR
Comparando o processo MBBR, os métodos de biofilme de meio-fixo e os processos de lodo ativado, o processo MBBR se destaca com as vantagens mais importantes, especificamente: ① Os transportadores suspensos são feitos principalmente de materiais modificados, como PP e PE, oferecendo boa durabilidade. Como os transportadores suspensos são fáceis de iniciar e operar, raramente ocorrem problemas como aglomeração e entupimento. Portanto, quando aplicado ao sistema de aeração e aos dispositivos de efluentes do sistema de tratamento de águas residuais, sua taxa de depreciação e frequência de substituição são muito baixas. ② O processo MBBR possui forte capacidade de remoção de nitrogênio. Ambientes aeróbicos, anóxicos e anaeróbicos podem coexistir nos transportadores suspensos, permitindo que as reações de nitrificação e desnitrificação sejam concluídas dentro de um único reator. As bactérias nitrificantes podem crescer rapidamente no biofilme formado nos transportadores suspensos, alcançando uma nitrificação ideal. ③ O processo MBBR possui boa tolerância a cargas de choque, melhorando a estabilidade do efluente e a resistência a substâncias tóxicas. ④ Ao adotar o processo MBBR, pode-se utilizar uma atualização e renovação razoável do equipamento de tratamento original, quase sem alteração no uso do solo, economizando assim espaço. ⑤ O tratamento tradicional de águas residuais requer a adição de estruturas de suporte de transportadores no tanque de aeração, enquanto o processo MBBR elimina esta etapa, reduzindo assim a dificuldade de manutenção dos dispositivos de aeração e gerenciamento dos transportadores.
3 Plano de renovação de tanques bioquímicos
3.1 Construção de Novos Tanques Anaeróbicos e 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 graus, e o gerenciamento de indicadores como concentração de sólidos suspensos em licor misto, concentração de nitrato de desnitrificação e taxa de desnitrificação foi bem implementado. Pode ocorrer fonte insuficiente de carbono no inverno; uma quantidade apropriada de fonte de carbono pode ser adicionada para aumentar a eficiência da desnitrificação. O tanque anóxico recém-construído está equipado com um total de 16 unidades de misturadores de turbina verticais de 5 kW; a zona anóxica do tanque bioquímico existente está equipada com um total de 8 conjuntos de hélices verticais de 5 kW; o tanque anaeróbico está equipado com um total de 6 conjuntos de misturadores submersíveis de 6,5 kW.
Comparando os coeficientes de dificuldade das tarefas de remoção de fósforo e remoção de nitrogênio, a remoção de nitrogênio é evidentemente mais desafiadora. Normalmente, efeitos satisfatórios de remoção de fósforo podem ser obtidos por métodos químicos de remoção de fósforo. Para otimizar os efeitos de remoção de nitrogênio, quando as temperaturas são baixas e o nitrogênio total afluente é alto, o lodo pode ser reciclado para a seção anaeróbica para garantir um tempo de retenção mais longo na seção anóxica.
3.2 Renovação de Tanques Bioquímicos Existentes
Após a renovação, o tanque bioquímico existente é dividido em quatro partes: Uma parede divisória é adicionada entre a primeira e a quarta partes. As áreas antes e depois da parede divisória nestas duas partes são a zona anóxica e a zona transportadora (zona MBBR), e a zona MBBR e zona de desgaseificação, respectivamente. A segunda e terceira partes são zonas MBBR. A adição de uma parede divisória na quarta parte pode controlar a concentração de oxigênio dissolvido do licor misto reciclado interno dentro de uma faixa razoável. Além disso, equipamentos como telas e arejadores de tubos perfurados são instalados na zona MBRR para melhorar a eficiência operacional do tanque bioquímico. Após a conclusão da renovação da zona aeróbica do tanque bioquímico, o volume efetivo total do tanque da zona de desgaseificação e da zona MBBR atinge 38.000 m³. A zona de desgaseificação está equipada com um total de 12 unidades de bombas de fluxo axial de 18,5 kW, sendo 4 de reserva; são usados transportadores suspensos de HDPE puro.
3.3 Renovação da Sala de Ventilação e Sistema de Aeração
Existem 4 sopradores na sala de sopradores: 3 são sopradores antigos com vazão de entrada de 480 m³/min e um é um soprador novo. O resfriamento a água é o principal método de resfriamento dos sopradores antigos, com potência de 830 kW cada; o resfriamento a ar é o principal método do novo soprador, com potência de 670 kW. Comparando o status operacional dos sopradores antigos e novos, o novo soprador opera de forma mais eficiente e eficaz. Os sopradores antigos não apenas apresentam baixa eficiência operacional, mas também exigem custos elevados de manutenção e reparo.
Ao projetar o volume de aeração para a zona aeróbica, ele deverá basear-se na maior demanda de oxigênio na zona aeróbia, com um valor final selecionado de 720 m³/min. A configuração dos tubos de arejamento perfurados deve basear-se no volume de ar dos 4 sopradores. O trabalho de substituição dos sopradores antigos deve ser realizado de forma eficaz. A recompra de 3 sopradores novos para substituir os antigos é benéfica para reduzir o volume de aeração. Ao substituir os tubos de aeração, apenas os tubos de aeração antigos dentro do tanque aeróbio são substituídos.
3.4 Sistema de Tratamento de Lodos
O principal equipamento de tratamento de lodo usado na estação de tratamento de águas residuais do município de Xichou é um filtro-prensa para espessamento e desidratação de lodo. A análise abrangente dos processos de desidratação e espessamento de lodo e a integração de operações de espessamento e desidratação de lodo podem minimizar os custos de investimento de capital e reduzir a dosagem de floculantes com alto teor de-polímeros. Para evitar danos ambientais decorrentes do tratamento de lodo, foi escolhida a tecnologia mecânica de espessamento e desidratação do lodo para controlar eficientemente a poluição ambiental e atmosférica.
3.5 Sistema de Desodorização
Existem muitos métodos para tratar odores, os mais comumente usados incluem métodos biológicos, químicos e físicos. Diferentes métodos de tratamento de odores apresentam diferenças significativas em seus mecanismos de desodorização, condições de aplicação e tipos técnicos. Depois de analisar exaustivamente as circunstâncias específicas deste projeto e considerar as vantagens e desvantagens das diferentes tecnologias de desodorização, o processo de desodorização iônica foi finalmente selecionado para realizar as operações relevantes.
3.6 Pontos Chave da Renovação de Processos
3.6.1 Seleção da Transportadora
Ao selecionar transportadores suspensos, deve-se garantir que o material de fabricação tenha resistência à corrosão suficiente e que a área superficial específica efetiva total atenda aos padrões de efluentes, garantindo assim a biomassa. Simultaneamente, a vida útil, a resistência ao desgaste e a resistência dos suportes suspensos devem atender aos padrões, com uma vida útil mantida em mais de 15 anos.
3.6.2 Acumulação de Portadora
À medida que a água flui, os transportadores mudam de posição, fazendo com que um grande número de transportadores se acumule em frente às telas de interceptação. Depois de algum tempo, as telas de interceptação podem ficar obstruídas. O aumento da aeração é usado para eliminar os transportadores acumulados. Uma perda de carga ocorre em cada tela de interceptação. Um grande número de transportadores se acumula sob a pressão da diferença no nível da água na tela. À medida que a diferença no nível da água aumenta, a quantidade de acumulação de transportadores também aumenta. Um dispositivo de reciclagem de portadora está instalado na zona de portadora. Acionados por um dispositivo de transporte aéreo, os transportadores no final da zona de transporte são devolvidos à extremidade frontal, evitando o acúmulo de transportadores.
3.7 Análise da eficácia operacional pós{1}}renovação
O investimento total para este projeto é de 219,91 milhões de yuans. O custo operacional unitário médio é de 0,4 yuan/m³ e o custo total unitário médio é de 0,5 yuan/m³. Depois que o projeto de renovação atualizado foi concluído e colocado em operação, seu efeito de fluxo de água é muito satisfatório, o status operacional é bom e os padrões de qualidade da água efluente podem atender aos requisitos relevantes.
4 Conclusão
Durante a construção deste projeto de modernização e renovação, as estruturas existentes foram efetivamente utilizadas. Ao empregar racionalmente a tecnologia MBBR, o trabalho de renovação do layout alcançou bons resultados sem aumentar a pegada, melhorando significativamente a capacidade de remoção de nitrogênio e fósforo do sistema de tratamento de águas residuais e otimizando a eficiência de remoção de poluentes. A tecnologia MBBR é altamente avançada, possuindo não apenas as vantagens das tecnologias convencionais de tratamento de águas residuais, mas também utilizando eficientemente a alta capacidade de tratamento de seus transportadores especiais, melhorando significativamente a eficiência da purificação de poluentes.
Com base na análise e demonstração, para garantir a racionalidade do plano, recomenda-se a adoção do esquema de processo MBBR. Ao realizar a renovação-in situ do sistema biológico original, a adição de transportadores à zona aeróbica para aumentar sua capacidade de carga garante que o tratamento de nitrogênio atenda aos padrões. O uso subsequente de tanques de sedimentação de alta-densidade + filtros de mídia de tecido para controlar SS e TP pode garantir um efluente estável que atenda ao padrão Grau 1A. O processo MBBR, bem como vários processos combinados que incorporam MBBR em sistemas de lodo ativado, operam de forma estável, são fáceis de operar e ajustar, têm forte tolerância a mudanças na qualidade e quantidade do afluente, oferecem bons efeitos de remoção de nitrogênio e fósforo e representam um método de tratamento de águas residuais econômico, eficiente e estável. À medida que aumentam os requisitos nacionais e locais para a qualidade dos efluentes das estações de tratamento de águas residuais, este processo é uma solução muito adequada para projectos que enfrentam desafios como a construção precoce com processos incapazes de satisfazer os novos requisitos, disponibilidade limitada de terrenos, custos elevados de terrenos e dificuldades de financiamento. É provável que seja aplicado de forma mais ampla na modernização e renovação de estações de tratamento de águas residuais municipais ou industriais.
Além disso, durante este projecto de renovação, foram tomadas medidas específicas de controlo das vias de desnitrificação com base nas condições reais aquando da renovação dos tanques bioquímicos, incluindo o reforço da gestão de indicadores como a concentração de nitrato de desnitrificação e a taxa de desnitrificação. A renovação do processo teve como foco melhorar a seleção de transportadores e a gestão de acumulação. Ao integrar renovações na sala de ventilação e no sistema de aeração, no sistema de tratamento de lodo e no sistema de desodorização, a capacidade abrangente de tratamento da estação de tratamento de águas residuais foi aprimorada.