Projectachtergrond
De stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI) heeft een oppervlakte van 35.000 m² en werd oorspronkelijk gebouwd in een buitenwijk, omringd door visvijvers en open ruimte. Met de ontwikkeling van de verstedelijking bevindt het zich nu in een dichtbevolkt woon- en commercieel gebied. De geur van rioolwater en het geluid van de installatie hebben grote gevolgen voor omwonenden.
De installatie was oorspronkelijk ontworpen voor de behandeling van een rioolwaterdebiet van 140.000 m³/dag. De kwaliteit van het afvalwater moet voldoen aan klasse 1B van China's "Verontreinigende lozingsnorm voor stedelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties" (GB 18918-2002).
Voordat het afvalwater naar de zuiveringsinstallatie wordt gepompt, ondergaat het een voorbehandeling via een grove zeef, een middenzeef en een fijne zeef. De primaire behandeling omvat een beluchte gritkamer, gevolgd door een secundaire behandeling via een oxidatiesloot en een secundaire zuiveringsinstallatie. Ten slotte wordt het rioolwater via een buis met een diameter van 1 meter naar een externe put geloosd, vanwaar het in een gesloten boxrioolnetwerk stroomt.
Ontwerpplan upgraden
Schaal- en effluentkwaliteitsdoelstellingen
Op basis van haalbaarheidsstudies blijft de capaciteit van de installatie 140.000 m³/dag, waarbij overtollig afvalwater wordt omgeleid naar een pompstation voor overdracht naar een andere zuiveringsinstallatie. Het afvalwater loost niet alleen in rivieren, maar hergebruikt ook water in nabijgelegen meren. Daarom moet het effluent voldoen aan zowel klasse 1A van GB 18918-2002 als aan de "Waterkwaliteitsnormen voor hergebruik van stedelijk afvalwater in landschapsmilieuwater" (GB/T 18921-2002). Om eutrofiëring in meren te voorkomen, moet het afvalwater bovendien voldoen aan de normen van klasse IV onder de "Surface Water Quality Standard" (GB 3838-2002).
Processtroomontwerp
Het project selecteerde een "AAO + MBR"-proces voor de upgrade van de fabriek. Bij het slibbehandelingsproces wordt gebruik gemaakt van een centrifugale ontwateringsmachine om het vochtgehalte van het slib terug te brengen tot onder de 80%. Het gruis en slib worden naar het gemeentelijke slibverwerkingscentrum van de stad gestuurd.
Om de optimale omstandigheden en bedrijfsparameters te bepalen, werden uitgebreide simulaties uitgevoerd met behulp van Biowin-software op basis van een Activated Sludge Digestion Model (ASDM), met een minimaal energie- en chemicaliënverbruik.
Algemeen ontwerp
De fabriek heeft een beperkte oppervlakte van ongeveer 33.000 m². We behielden de bestaande structuren, zoals het administratie- en controlegebouw. Productiestructuren die niet voldeden aan de riolerings- of constructienormen, zoals de voorbehandeling, de oxidatiesloot, de slibontwateringsruimte en de controlekamer, werden in verschillende mate gemoderniseerd.
We hebben bijvoorbeeld een MBR-unit gebouwd ter vervanging van de secundaire bezinktank, waarin functies zoals aerobe tanks, membraantanks, blowerkamers en chemische doseerkamers, evenals desinfectietanks zijn geïntegreerd. Deze apparaten zorgen ervoor dat het rioolwater voldoet aan de lozingsnormen voor gerecycled water.
Belangrijke ontwerpparameters van constructies
Aanpassingen voorafgaand aan de behandeling
1) Grove zeven
Afmetingen: 5,6 mx 8,1 m, hoogte: 4,9 m
Kanalen: 3, ter vervanging van de bestaande 50 mm grove zeven door 20 mm roterende zeven
Kanaalbreedte: 1,9 m, waterdiepte vóór scherm: 0,95 m, installatiehoek: 70 graden, schermopening: 20 mm
2) Middelgrote schermen
Afmetingen: 5,8 mx 10,1 m, hoogte: 4,9 m
Kanalen: 4, upgrade van de 15 mm zeefmachines naar 6 mm roterende zeven
Kanaalbreedte: 1,9 m, waterdiepte vóór scherm: 0,70 m, installatiehoek: 70 graden, schermopening: 5 mm
3) Fijne schermen
Afmetingen: 7,1 mx 11,15 m, hoogte: 1,5 m
Opwaarderen van 6 mm roterende schermen naar 3 mm geperforeerde plaatschermen met behoud van de bestaande kanalen
Kanaalbreedte: 2,1 m, waterdiepte voor scherm: 1,5 m, zeefspleet: 3 mm
Uitgerust met 4 geperforeerde platenschermen (elk 1,5 kW) en 2 terugspoelpompen met een debiet van elk 36 m³/h4) Membraanschermmodificaties
De oorspronkelijke slibretourpompkamer is opnieuw ingericht als membraanschermkamer. De afmetingen van het fijnscherm zijn 6,1 m x 8,8 m met een hoogte van 2,2 m. Er zijn vier membraanschermen geïnstalleerd, waarvan er drie operationeel zijn en één stand-by, elk met een vermogen van 1,5 kW. Elk kanaal heeft een breedte van 1,4 m, een waterdiepte vóór het scherm van 1,1 m en een zeefspleet van 1 mm. Er zijn twee terugspoelpompen aanwezig, elk met een debiet van 36 m³/u en een vermogen van 15 kW, met een bedrijfstijd ingesteld op een open-tot-stop-verhouding van 1:2–1:4.
Modificaties van oxidatiesloot
De twee bestaande oxidatiesloten zijn omgebouwd tot anaërobe-anoxische tanks, elk met een ontwerpdebiet van 70.000 m³/dag. Het anaërobe gedeelte heeft een verblijftijd van 1,0 uur, terwijl het anoxische gedeelte een verblijftijd heeft van 2,7 uur, met een effectieve waterdiepte van 3,9 meter. Elke anaerobe tank is uitgerust met zes hoge-dompelbare mixers met een vermogen van 3,7 kW, terwijl elke anoxische tank twaalf lage-snelheid dompelbare mixers heeft met een vermogen van 2,3 kW. De slibretourverhouding van de anoxische naar anaerobe tanks varieert van 100% tot 200%.
MBR uitgebreide structuur
De vier bestaande secundaire zuiveringsinstallaties zijn vervangen door twee nieuwe MBR-structuren (Membraan Bioreactor), elk met een ontwerpcapaciteit van 70.000 m³/dag. De afmetingen van elke MBR-eenheid zijn 82,34 mx 38,18 m en omvatten de volgende componenten:
1) Aërobe tank
Afmetingen: 37,70 m x 36,25 m met een effectieve waterdiepte van 6,0 m
Verblijftijd: 2,4 uur, uitgerust met 1.216 buisbeluchters per tank (2.432 in totaal over beide tanks)
Elke beluchter heeft een luchtdebiet van 7,2 m³/u en het slibretourpercentage van de aerobe naar de anoxische tank bedraagt 300%.
2) MBR-membraantank
Totale afmetingen per tank: 45,46 m × 31,85 m, inclusief distributie, membraan, retourkanalen en reinigingstanks
Diepte membraantank: 5 m met een effectieve waterdiepte van 3,7 m
Distributiekanaal: 39,6 m × 2,1 m, retourkanaal: 39,6 m × 1,5 m
Membraantank verdeeld in acht cellen, elk 26,65 mx 4,6 m, met drie reinigingscellen voor water-, zuur- en alkalische reiniging
Elke tank heeft acht rijen, zes met tien PVDF-hollevezelmembraanmodules en twee met negen modules
De ontwerpcapaciteit per membraanmodule is 897,5 m³/dag, met een flux van 17,81 l/(m³·u) en een beluchtingssnelheid van 849,6 Nm³/min, waardoor een lucht-tot-waterverhouding van 8,7:1 wordt gehandhaafd
Het slibretourpercentage van de membraantank naar de aërobe tank bedraagt 400%.
3) Pompkamer voor slibretour
Twee pompkamers, elk 10,9 mx 8,51 m, met acht retourpompen
Vier pompen transporteren slib van het membraan naar de aerobe tank (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Vier pompen voeren het slib terug van de aerobe naar de anoxische tank (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Uitgebreide uitrustingsruimte
Twee-verdiepingen van staal-beton + frameconstructie, 44,5 m × 6,61 m
Bovenverdieping: controlekamer MBR-systeem en doseerfaciliteiten voor natriumhypochloriet en citroenzuur
Benedenverdieping: 9 waterpompen (8 in gebruik, 1 als backup, variabele frequentie, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) en 4 slibpompen (3 in gebruik, 1 stand-by, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Blowerruimte
Gebouwd boven de aërobe tank, afmetingen van elke blaaskamer: 38,46 m × 7,8 m
Elke kamer heeft drie beluchtingsventilatoren (één grote en twee kleine, uitwisselbaar voor redundantie)
Grote ventilator: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Kleine ventilator: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Vier membraanblowers (twee grote en twee kleine, met redundantie tussen een grote en twee kleine blowers)
Grote ventilator: Q=213 m³/min, H=4.5 m, N=223 kW
Kleine ventilator: Q=106.5 m³/min, H=4.5 m, N=112 kW
Desinfectie Contacttank / Doseerkamer / Afvoerlift Pompkamer
De desinfectiecontacttank, doseerkamer en effluentliftpompkamer zijn gecombineerd tot één structuur met een capaciteit van 140.000 m³/dag. De desinfectiecontacttank heeft een totale voetafdruk van 25,05 m x 23,35 m, met een hoogte van 4,9 m en een effectieve diepte van 4,0 m, wat resulteert in een effectief volume van 2.300 m³. De contacttijd bedraagt 23,66 minuten, met nog eens 7,12 minuten in de effluentleiding, voor een totale contacttijd van 30,78 minuten. Er zijn vier dompelpompen geïnstalleerd (3 operationeel, 1 stand-by), elk met Q=2.000 m³/h, H=16 m en N=132 kW.
De doseerruimte, gelegen boven de desinfectietank, gebruikt chloordioxide als desinfectiemiddel van 8 mg/L. Vast polyaluminiumchloride (PAC) wordt gedoseerd met een maximale snelheid van 30 mg/l voor chemische fosforverwijdering, en natriumacetaat wordt gebruikt als externe koolstofbron om de TN-verwijdering te verbeteren, met een maximale dosering van 30 mg/l.
Slibopslagtank
De nieuw gebouwde slibopslagtank is een ondergrondse tank van gewapend beton met een voetafdruk van 9,0 m x 9,0 m en een effectieve waterdiepte van 5 m, wat een effectief volume oplevert van 405 m³. In de tank is een dompelmixer geïnstalleerd om stabiele ontwateringsprestaties te garanderen door te mengen tijdens het ontwateren van slib. De tank is ook uitgerust met een ultrasone slibniveaumeter, waardoor real-time weergave van het slibvolume in zowel de centrale controlekamer als de ontwateringsruimte mogelijk is. De voedingsslibpomp kan worden gestopt als het slibniveau te hoog is, en de mixer stopt als het niveau te laag is.
Renovatie van de slibontwateringsruimte
Voorheen werd voor de slibbehandeling een banddroger gebruikt. Na de upgrade voldeed de oorspronkelijke banddroger aan de eisen voor de slibontwateringscapaciteit, maar de geurproblemen die verband hielden met slib konden niet adequaat worden aangepakt. Daarom worden centrifugale ontwateringsmachines geïntroduceerd ter vervanging van de banddroger. Er zijn vier horizontale spiraalbezinkingsontwateringsmachines ontworpen, waarvan er drie in gebruik zijn en één als back-up, die 12 uur per dag werken. Elke machine heeft een capaciteit (Q) van 60 m³/h en een vermogen (N) van 66 kW.
Geurcontrolesysteem
Vanwege de beperkte beschikbaarheid van land bij deze afvalwaterzuiveringsinstallatie, werd bij het project -decentrale geurbehandeling ter plaatse ingevoerd, met zes aangewezen locaties:
1. Geurcontrolesysteem 1: bestrijdt geuren uit het voorbehandelingsgebied met behulp van een op planten-gebaseerd deodorisatiesysteem met een capaciteit van 6.200 m³/u.
2. Geurcontrolesysteem 2: Ontworpen voor de slibontwateringsruimte en de slibopslagtank, met een capaciteit van een installatie-gebaseerd ontgeuringssysteem van 4.500 m³/u.
3. Geurcontrolesysteem 3: bestrijdt geuren uit de anaërobe/anoxische tanks. Elke tank heeft een totale behandelingscapaciteit van 13.000 m³/u. Vanwege de beperkte ruimte in de ruimte waarin de tanks staan, zijn twee biofiltratie-geurbestrijdingssystemen, elk met een capaciteit van 6.500 m³/u, in twee afzonderlijke ruimtes op de tankconstructie geïnstalleerd. De twee units delen een enkele uitlaatpijp en kunnen onafhankelijk van elkaar werken.
4. Apparatuur voor biologische geurbestrijding 4: Ontworpen voor twee geïntegreerde MBR-structuren, met twee biofiltratie-eenheden geïnstalleerd bovenop de aërobe tanks, die geuren behandelen met een totale capaciteit van 43.000 m³/u om ruimte te besparen.
Discussie over groene ontwerpconcepten bij het ontwerp van afvalwaterzuiveringsinstallaties
1. AquaSust gebruikt een verscheidenheid aan planten om meer-gelaagde, meer- plantconfiguraties te creëren om de ecologische impact van de plantengemeenschap aan te tonen.
Ten tweede bevindt de fabriek zich in het midden van de onderwijszone en hebben we bij de hoofdingang een keramisch waterornament geplaatst. Het behandelde water wordt hergebruikt voor landschapsarchitectuur om het bewustzijn van mensen over waterbehoud en milieubescherming te vergroten.
2. Wat betreft het ontwerp van het landschap en de groene ruimte komt ons thema 'hulpbronnen sparen en het milieu beschermen' overeen met het ontwikkelingsconcept met lage- impact van 'sponsstad'. Tot de innovatieve initiatieven van AquaSust behoren onder meer groene daken, verticale vergroening en milieuvriendelijke parkeerterreinen.
We bedekken de oxidatiesloot ook met aarde om een stedelijk ‘minipark’ te creëren dat de ecologische schoonheid en harmonie tussen mens en natuur weerspiegelt. Het "sponsstad"-concept kan worden gebruikt als thermisch isolatiemateriaal voor gebouwen en kan het wegstromen van daken en vervuiling verminderen.
Resultaten van waterkwaliteitsbehandeling
Na het kwaliteitsverbeteringsproject is de vernieuwde afvalwaterzuiveringsinstallatie in december 2016 officieel in gebruik genomen. De gemiddelde instroom- en uitstroomwaterkwaliteit van januari tot en met december 2017 is weergegeven in Tabel 2.
Samenvatting van de uitgebreide voordelenanalyse
Landbesparing
Het project beslaat een totale oppervlakte van 34.991,54 m², met een landgebruiksindicator van 0,25 m²/(m³∙d), slechts 25-30% van de 0,80–0,95 m²/(m³·d) gespecificeerd in de *Standards for Urban Sewage Treatment Engineering Project Construction* uit 2001 voor secundaire biochemische + geavanceerde zuiveringsprocessen, waardoor meer dan 77.000 m² grond en ongeveer 170 miljoen CNY.
Energiebesparing
Het elektriciteitsverbruik van het behandelde rioolwater van het project bedraagt 0,46 kWh/m³, vergeleken met 0,50–0,60 kWh/m³ in bestaande huishoudelijke installaties met membraanbehandelingsprocessen, wat een redelijk laag-energieverbruik vertegenwoordigt. De jaarlijkse energiebesparingen bedragen minimaal 2 miljoen kWh, met een besparing op de elektriciteitskosten van ongeveer 1,6 miljoen CNY.
Waterbehoud
Het afvalwater van het project kan, na geavanceerde behandeling, optioneel worden hergebruikt als meerwater in de herfst en winter, waardoor de afhankelijkheid van leidingwater wordt verminderd. Deze aanpak bespaart jaarlijks conservatief ongeveer 4 miljoen m³ water.
Materiaalbesparingen
Bij het ontwerp wordt gebruik gemaakt van bestaande faciliteiten (bijvoorbeeld een wachthuis, hoofdgebouw, voorbehandelingsruimte, oxidatiesloten, slibontwateringsruimte en centrale controlekamer), waardoor ongeveer 80 miljoen CNY aan investeringen wordt bespaard. Het gebruik van PAK en koolstofbronnen blijft onder de 30 mg/l, vergeleken met ongeveer 50 mg/l in vergelijkbare projecten, waardoor ongeveer 20 mg/l wordt bespaard. De jaarlijkse besparingen op PAC en koolstofbronnen bedragen in totaal ongeveer 1.000 ton of 2,5 miljoen CNY.
Milieuvoordelen
Door de kwaliteitsverbetering wordt de hoeveelheid verontreinigende stoffen die in de rivieren worden geloosd aanzienlijk verminderd. Op een zuiveringsschaal van 140.000 m³/d wordt geschat dat de verontreinigende stoffen met de volgende jaarlijkse hoeveelheden worden verminderd: CODCr met 13.100 ton, BZV5 met 4.740 ton, SS met 8.320 ton, TN met 960 ton en TP met 140 ton.
Ecologische landschapsvoordelen
Het project zorgt voor volledige- geur- en geluidsreductie voor de fabriek en verbetert tegelijkertijd de algehele landschapsarchitectuur van de fabriek, waardoor deze wordt getransformeerd in een stadstuin die de levenskwaliteit voor omwonenden aanzienlijk verbetert.
Conclusie
AquaSust voltooide het afvalwaterzuiveringsproject van de fabriek via het "AAO + MBR"-proces, gebaseerd op het groene, circulaire en koolstofarme afvalwaterzuiveringsconcept-.
Ondanks uitdagingen zoals beperkte landoppervlakte, milieugevoeligheid en strikte emissienormen laten bedrijfsgegevens zien dat we de vele doelstellingen met succes hebben bereikt. Deze omvatten het verbeteren van de waterzuiveringsnormen, het recyclen en hergebruiken van afvalwater, het optimaliseren van geur- en geluidsreductie, en het verbeteren van het algehele landschap.