Xin'an Qianhe Su Kalitesi Arıtma Tesisinin AAOAO-MBBR Sürecine ve Ozon Oksidasyonuna Dayalı Tasarım ve Uygulamasının İyileştirilmesi
Qingdao, önemli bir ulusal kıyı merkezi şehri olarak, ekolojik yönetişimde önemli sonuçlar elde etti. Ancak,-üst düzey uluslararası metropollerle karşılaştırıldığında, kentsel su ortamı yönetim sistemi hâlâ yapısal zorluklarla karşı karşıyadır.
Şu anda drenaj borusu ağının kapsama oranı, atık su arıtma tesislerinin operasyonel verimliliği ve halkın yüksek-kaliteli su ortamına yönelik beklentileri arasında boşluklar var. Ayrıca "Güzel Qingdao" inşa etmeye yönelik ekolojik vizyonun gerçekleştirilmesine de bir mesafe var.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için Qingdao'nun bilimsel planlama, optimize edilmiş kaynak tahsisi ve güçlendirilmiş altyapı yatırımı gibi sistematik önlemleri acilen uygulaması gerekiyor. Bu çabalar, atık su toplama ağının ve terminal arıtma kapasitesinin verimliliğini kapsamlı bir şekilde artırmayı ve böylece şehrin sürdürülebilir kalkınmasının ekolojik temelini sağlamlaştırmayı amaçlıyor.
Xin'an Qianhe Su Kalitesi Arıtma Tesisi projesi, Qingdao'nun Batı Kıyısı Yeni Bölgesi'nde yer almaktadır. 50.000 m³/d tasarımlı arıtma kapasitesine, toplam 33.154 m² saha alanına ve toplam 182,4 milyon yuan yatırıma sahiptir. Projenin fizibilite raporu Mart 2021'de tamamlanmış, avan proje ve bütçesi aynı yılın Haziran ayında onaylanmış, inşaatı ise Nisan 2023'te resmi olarak başlamıştır. Şu anda inşaat aşamasındadır. Orijinal tasarım, temel atık su parametrelerinin GB 3838-2002 "Yüzey Suyu için Çevresel Kalite Standartları"nda belirtilen Sınıf V standartlarını karşılamasını gerektirirken, toplam nitrojen (TN) ve diğer göstergelerin GB 18918-2002 "Belediye Atıksu Arıtma Tesisleri için Kirleticilerin Deşarj Standardı"nın A Sınıfı standartlarını karşılaması gerekiyordu.
Mart 2022'de, Qingdao Su İşleri İdaresi, "Qingdao'daki Kentsel Atık Su Arıtma Tesislerinin İyileştirme ve Yenileme Çalışmalarının Yürütülmesine İlişkin Bildirim"i yayınladı. Bu bildirim, Jiaozhou Körfezi, Bohai Körfezi çevresindeki ve nehirler boyunca yer alan arıtma tesislerinin iyileştirmelerini tamamlamasını, atık su TN'sinin 10-12 mg/L arasında kontrol edilmesiyle deşarj standardını yarı-Sınıf IV yüzey suyu kalitesine yükseltmesini gerektiriyordu. Bu politikanın yayımlanması, projenin ön tasarım onayı (Haziran 2021) ile fiziksel başlangıcı (Nisan 2023) arasındaki süreye denk geldi ve bu durum, halihazırda onaylanmış orijinal tasarım standartları ile en son çevresel gereksinimler arasında teknik bir boşluk yarattı. Batı Yakası Yeni Bölgesi'nde yeni bir atık su arıtma tesisi olarak, tamamlandığında mevzuata uygunluğun sağlanması için inşaat aşamasında eş zamanlı olarak süreç optimizasyonunun gerçekleştirilmesi ve fizibilite çalışmaları aracılığıyla ekonomik açıdan uygun bir iyileştirme planının geliştirilmesi zorunlu hale geldi.
1. Süreç Şeması Tasarımı ve Seçimi
1.1 Tasarlanmış Çıkış Suyu Kalitesi
Projenin atık su standartları, yarı-Sınıf V'ten, yarı-Sınıf IV yüzey suyu kalitesine yükseltildi. BOİ, KOİ gibi göstergelerin değerlerini daha da azaltmak için makul teknik çözümlere ihtiyaç vardı.Cr,Atık sudaki TN, NH₃-N ve TP. Spesifik analiz şu şekilde gösterilmiştir:Tablo 1.
1.2 Mühendislik Teknik Şeması Seçimi
İnşaat halindeki tesisin proses akışı şekilde gösterilmiştir.Şekil 1.
İnşaatı devam eden tesiste "Ön Arıtma + Modifiye AAOAO Biyokimyasal Tank + İkincil Sedimantasyon Tankı + Yüksek-Verimli Sedimantasyon Tankı + V-Tip Filtre + Ozon Oksidasyon" prosesi uygulanmaktadır. Yapıların yerleşimi kompakt olup, iyileştirme projesi için fazla arazi bırakmamaktadır, dolayısıyla bu projenin devam eden inşaata dayanması gerekmektedir. Yükseltme öncelikle KOİ gibi kirleticilerin giderilmesini hedefliyorCR, NH₃-N, TN ve TP. Ayrıntılı olarak belirtildiği üzere iki karşılaştırmalı şema önerilmiştir.Tablo 2.
Şema 1: AAOAO-MBBR + Yüksek-Verimli Sedimantasyon Tankı Süreci
- Biyokimyasal Sistem Modifikasyonu: Yapım aşamasında olan AAOAO biyokimyasal tankının yapısını optimize edin. Anoksik bölge hacmini genişleterek denitrifikasyon kapasitesini artırın. Eş zamanlı olarak, NH₃-N ve TN'nin biyokimyasal uzaklaştırma verimliliğini güçlendiren kompozit bir işlem oluşturmak için aerobik bölgeye yerel olarak MBBR taşıyıcıları ekleyin.
- Fizikokimyasal Sistem Yükseltmesi: İstikrarlı TP uyumluluğu sağlamak için yüksek-verimli çökeltme tankının tank yapısını ve destekleyici ekipman parametrelerini optimize edin.
- Gelişmiş Tedavi İyileştirmesi: Refrakter organik maddeyi daha da parçalamak ve KOİ sağlamak için ozon oksidasyon ünitesindeki dozajı artırınCRdeşarj uyumluluğu.
Şema 2: Yüksek-Verimli Sedimantasyon Tankı + Denitrifikasyon Derin Yatak Filtre Süreci
- Çalışma Modu Optimizasyonu: AAOAO biyokimyasal tankının orijinal yapısını koruyun. Etki kalitesine göre anoksik/aerobik modlar arasında dinamik olarak geçiş yapmak ve NH₃-N tedavisinin etkinliğini sağlamak için anoksik sonrası bölgeye ayarlanabilir havalandırma cihazları ekleyin.
- Fizikokimyasal Sistem Yükseltmesi: İstikrarlı TP uyumluluğu sağlamak için yüksek-verimli çökeltme tankının tank yapısını ve destekleyici ekipman parametrelerini optimize edin.
- Denitrifikasyon Filtresinin Kabulü: TN giderme kapasitesini artırmak için karbon kaynağı dozajını kullanarak V-tipi filtreyi, nitrifikasyonu gideren derin yataklı bir filtreye dönüştürün.
- Gelişmiş Tedavi İyileştirmesi: Refrakter organik maddeyi daha da parçalamak ve KOİ sağlamak için ozon oksidasyon ünitesindeki dozajı artırınCRdeşarj uyumluluğu.
Her iki plan da nitrojen ve fosfor giderimi gerekliliklerini karşılayabilir. Şema 1, TN'nin uzaklaştırılmasını sağlamak için biyokimyasal tankta yapılan modifikasyonları kullanır. Avantajı, nüfuz eden karbon kaynağının tam olarak kullanılmasında yatmaktadır. Girişteki TN dalgalandığında, TN'nin uzaklaştırılması için anoksik bölgeye harici bir karbon kaynağı da eklenebilir. Buna karşılık, Şema 2'de kullanılan nitrifikasyondan arındırıcı derin yatak filtresi, harici bir karbon kaynağının kullanımını gerektirir ve filtredeki mikrobiyal aktivitenin uzun-süreli korunmasını gerektirir, bu da işletme maliyetlerini artırır. Her iki planın inşaat yatırım maliyetleri karşılaştırılabilir olsa da, operasyonel maliyet kontrolü, süreç istikrarı ve karbon kaynağı kullanım verimliliği gibi çok boyutlu değerlendirmelere dayalı olarak, hem ekonomik verimlilik hem de operasyonel esneklik sunan Şema 1-, sonuçta iyileştirme projesinin uygulama süreci olarak seçildi.
2. Temel Mühendislik Tasarım Noktaları
2.1 Biyokimyasal Sistem Modifikasyonu
MBBR prosesinin temel teknolojisi, asılı taşıyıcıların tasarım yoluyla verimli akışkanlaştırılmış hareketini sağlamakta ve böylece sistemin kirletici maddelere yönelik biyolojik bozunma verimliliğini önemli ölçüde arttırmada yatmaktadır. Bu süreç sistemi beş temel unsurdan oluşur: yüksek-mekanik-mukavemetli biyofilm taşıyıcılar, uyarlanmış bir hidrolik tank yapısı, yönlü bir havalandırma sistemi, hassas bir önleme perdesi cihazı ve sıvı tahrik ekipmanı. Bölgesel kanalizasyon sistemi içindeki operasyonel 20.000 m³/gün atık su arıtma ekipmanı (MBBR) kiralama projesinin ayarlanan tank hacimleri ve tasarım parametrelerine dayanarak, askıdaki taşıyıcıların hesaplanan toplam gerekli etkin yüzey alanı yaklaşık 2.164.000 m²'dir. MBBR taşıyıcılarının tasarlanan etkin özgül yüzey alanı 750 m²/m³'ün üzerindedir. Değiştirilmiş AAOAO-MBBR tank hacmine ilişkin tasarım hesaplama tablosu şurada gösterilmiştir:Tablo 3.
2.2 Fizikokimyasal Sistem Yükseltmesi
Yüksek-verimli çökeltme tankı iki paralel grupta çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu birimin yenilenmesi, ekipman tedarikçisinin tam-süreç teknik garantileri ve performans taahhütleri sağladığı bir süreç paketi biçimini benimser. Temel proses parametreleri ve ekipman konfigürasyonları aşağıdaki gibidir.
Koagülasyon tankı toplam 4 bölmeli iki gruptan oluşmaktadır. Tasarlanan tek bölme ölçüsü 2.675 m × 2.725 m × 5,9 m’dir. En yüksek alıkonma süresi yaklaşık 3,8 dakikadır ve hız gradyanı (G) 250 s-¹'den büyük veya ona eşittir. Her karıştırıcı, 4 kW'lık tek-ünite gücüyle yapılandırılmıştır.
Flokülasyon tankı toplam 2 bölmeli iki gruptan oluşmaktadır. Tasarlanan tek bölme boyutu 5,65 m × 5,65 m × 5,9 m’dir. En yüksek gözaltı süresi yaklaşık 8,3 dakikadır. Çekme borusunun iç çapı 2.575 mm'dir. Her biri 7,5 kW gücünde olan Φ2.500 mm türbin-tipi karıştırıcılarla yapılandırılmıştır.
Sedimantasyon tankı iki gruptan oluşur. Tek bir grup için eğimli tüp alanı yaklaşık 84 m²'dir. Sedimantasyon tankının çapı 11,7 m'dir. Eğimli boru yüzeyinde tasarlanan ortalama hidrolik yükleme oranı 12,4 m³/(m²·saat), tepe değeri ise 16,1 m³/(m²·saat)'tir. Sedimantasyon bölgesi için tasarlanan ortalama hidrolik yükleme oranı 7,6 m³/(m²·saat), tepe değeri ise 9,9 m³/(m²·saat)'tir.
Kimyasal dozaj sistemi şu şekilde yapılandırılmıştır: Ticari Polialüminyum Klorür (PAC) sıvısı (%10 Al₂O₃), pıhtılaştırıcı olarak tasarlanmıştır ve pıhtılaşma tankının giriş bölümünde birden fazla noktada dozlanır. Tasarlanan maksimum dozaj 300 mg/L'dir ve ortalama dozaj 150-200 mg/L'dir. 10-kat çevrimiçi seyreltme sistemiyle yapılandırılmış mekanik diyaframlı ölçüm pompaları kullanılır. Anyonik Poliakrilamid (PAM), yüksek-verimli çökeltme tankının topaklaştırma bölümünde dozlanan topaklaştırıcı olarak tasarlanmıştır. 2 g/L solüsyon konsantrasyonuna sahip tam otomatik sürekli PAM solüsyonu hazırlama ve dozajlama ünitesi seti kullanılmaktadır. Tasarlanan maksimum dozaj 0,6 mg/L'dir ve ortalama dozaj 0,3 mg/L'dir. Dozaj pompaları vidalı dozaj pompalarıdır ve ayrıca 10 kat çevrimiçi seyreltme sistemiyle donatılmıştır.
2.3 Pilot-Ölçekli Ozon Oksidasyon Deneyi Doğrulaması
İyileştirilen tesisin atık sularının Sınıf IV yüzey suyu standartlarını (KOİ konsantrasyonu 30 mg/L'den az veya eşit) istikrarlı bir şekilde karşılamasının fizibilitesini doğrulamak için bu çalışma, Haziran 2024'te Lianwanhe Su Kalitesi Arıtma Tesisinin birinci ve ikinci aşamalarından gelen ikincil atık suyu araştırma konusu olarak seçti. "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" ileri arıtma süreci için bir performans doğrulama deneyi gerçekleştirildi. Deney, bu sürecin Xin'an proje tasarımına uygulanabilirliğini ve hedefin ulaşılabilirliğini değerlendirmeyi amaçladı.
Bu deneyde Lianwanhe fabrikasındaki mevcut küçük-ölçekli kum filtreleme ünitesi (arıtma kapasitesi 1,5 m³/saat) kullanıldı. Sahada pilot-ölçekli bir ozon oksidasyon reaksiyon cihazı (kule reaktörü, etkili hacim 0,5 m³) kuruldu-. Mevcut ikincil sedimantasyon tankının atık suyu küçük kum filtresiyle filtrelendi, ardından bir pompayla kaldırılarak ozon oksidasyon kulesine üstten girdi. Ozonun oksitleyici etkisi, giriş suyundaki refrakter organik maddeyi uzaklaştırmak için kullanıldı ve KOİ'nin daha da azaltılması sağlandı.
2.3.1 20 mg/L Ozon Dozajında ve 30 dk HRT'de "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" Performansı
Bu araştırma aşamasında, içerideki KOİ konsantrasyonu 38,2 ile 43,4 mg/L arasında değişiyordu ve ortalama 40,4 mg/L idi. "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" prosesi ile arıtıldıktan sonra nihai çıkış KOİ'si ortalama 28,8 mg/L oldu. Deney, KOİ konsantrasyonu yüksek olduğunda, atık sudaki KOİ'nin standardı karşılayamadığı durumların hâlâ mevcut olduğunu buldu. Ek olarak, pilot testten elde edilen nihai atık su rengi, deşarj standardını karşılamadan, giriş suyundan daha yüksek kalmıştır. Ayrıntılar şurada gösterilmiştir:Şekil 2(a).
2.3.2 25 mg/L Ozon Dozajında ve 30 dk HRT'de "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" Performansı
KOİ giderimini daha da geliştirmek ve atık suyun rengini azaltmak için bu aşama, HRT'yi 30 dakikada korurken ozon dozajını artırmaya devam etti. Bu deney aşamasında, içeri giren KOİ konsantrasyonu 36,3 ile 46,2 mg/L arasında değişmiş olup ortalama 40,4 mg/L'dir. İşlemden sonra KOİ konsantrasyonu 28 mg/L'ye düşürüldü. Pilot testten elde edilen nihai atık su rengi hala giriş suyundan daha yüksek kaldı ve deşarj standardını karşılamadı. Ayrıntılar şurada gösterilmiştir:Şekil 2(b).
2.3.3 30 mg/L Ozon Dozajında ve 30 dk HRT'de "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" Performansı
30 mg/L ozon dozajı ve 30 dakikalık HRT koşulları altında, "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" prosesi, ikincil atık KOİ için iyi arıtma etkinliği göstermiştir. Bu test aşamasında, içeri giren KOİ konsantrasyonu 38,2 ile 42,2 mg/L arasında değişmiş olup ortalama 40,2 mg/L'dir. Arıtmadan sonra atık KOI konsantrasyonu 30 mg/L'nin altında, ortalama 26 mg/L'de sabit kaldı. Bu aşamada süreç aynı zamanda iyi bir renk giderme etkinliği de gösterdi; ölçülen renk sürekli olarak 20'nin altındaydı ve deşarj standardını istikrarlı bir şekilde karşılıyordu. Ayrıntılar şurada gösterilmiştir:Şekil 2(c).
2.3.4 Deneysel Sonuç
Deneysel sonuçlara göre, optimal reaksiyon koşullarında, ozon arıtma ünitesindeki ozon dozajının (30 mg/L) KOİ giderimine (12,2 mg/L) oranı 2,45:1,00 idi.
Pilot deney, "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" ileri arıtma prosesinin, Lianwanhe tesisinden gelen temsili ikincil atık suyun KOİ değerini etkili bir şekilde azaltabildiğini kanıtladı. Bu nedenle, Xin'an Qianhe projesi için ileri arıtma süreci olarak "Kum Filtrasyonu + Ozon Oksidasyonu" prosesinin benimsenmesi iyi bir fizibiliteye sahiptir ve projenin atık KOİ'sinin 30 mg/L'nin altında sabit kalmasını sağlayabilir.
3. Sonuç
Bu araştırma üç temel modifikasyon modülüne odaklanmaktadır: biyokimyasal arıtma sistemi, AAOAO-MBBR hibrit (askıya alınmış ve eklenmiş büyüme) sürecini benimser; fizikokimyasal arıtma ünitesi, yüksek-verimli çökeltme tankı için tank yapısını ve ekipman seçimini optimize eder; ve gelişmiş arıtma bağlantısı, pilot-ölçekli bir ozon oksidasyon deneyi yoluyla doğrulanır.
Bu süreç zincirinin sinerjik optimizasyonu yoluyla,-"Biyokimyasal İyileştirme – Fizikokimyasal İyileştirme – Gelişmiş Koruma"dan oluşan tam bir süreç arıtma sistemi inşa edilmiştir. Eş zamanlı olarak, bu mühendislik tasarımı devam eden mevcut proje inşaatının nesnel gerçeğini takip ederek, mevcut tesislerin kullanımını en üst düzeye çıkarmak ve yenileme iş yükünü en aza indirmek için tüm yapılar için inşaat sıralarının koordineli optimizasyonunu gerektirir.
Proje, tasarım giriş suyu kalitesi için referans noktası olarak inşaat halindeki tesisin atık su kalite standardını kullanıyor. COD deşarj konsantrasyonlarıCR, BOD₅, NH₃-N ve TP, GB 3838-2002 "Yüzey Suyu için Çevresel Kalite Standartları"nda belirtilen Sınıf IV standartlarına (TN 10/12 mg/L'den az veya eşit) uygun olacaktır. Diğer göstergeler GB 18918-2002 "Belediye Atıksu Arıtma Tesisleri için Kirleticilerin Deşarj Standardı" A Sınıfı standartlarına uygun olacaktır. Bu iyileştirme projesinin tasarım ölçeği 50.000 m³/gün, toplam yatırımı 27.507 milyon yuan, işletme maliyeti 0,3 yuan/m³, toplam maliyeti 0,39 yuan/m³ ve işletme suyu fiyatı 0,45 yuan/m³'tür.