Bối cảnh dự án
Nhà máy xử lý nước thải đô thị (WWTP) có diện tích 35.000 m2 và ban đầu được xây dựng ở khu vực ngoại ô được bao quanh bởi ao cá và không gian mở. Với sự phát triển của đô thị hóa, hiện nay nó nằm trong khu dân cư và thương mại đông dân cư. Mùi nước thải và tiếng ồn từ nhà máy ảnh hưởng đáng kể đến người dân xung quanh.
Nhà máy ban đầu được thiết kế để xử lý tốc độ dòng nước thải là 140.000 m³/ngày. Chất lượng nước thải của nó phải đáp ứng Loại 1B của "Tiêu chuẩn xả chất ô nhiễm cho các nhà máy xử lý nước thải đô thị" của Trung Quốc (GB 18918-2002).
Trước khi bơm đến thiết bị xử lý, nước thải được xử lý sơ bộ qua sàng thô, sàng trung bình và sàng mịn. Xử lý sơ cấp bao gồm buồng chứa cát sục khí, tiếp theo là xử lý thứ cấp thông qua mương oxy hóa và bể lắng thứ cấp. Cuối cùng, nước thải được thải ra giếng bên ngoài thông qua đường ống có đường kính 1 mét, từ đó chảy vào mạng lưới cống hộp kín.
Nâng cấp kế hoạch thiết kế
Mục tiêu về quy mô và chất lượng nước thải
Dựa trên các nghiên cứu khả thi, công suất của nhà máy vẫn ở mức 140.000 m³/ngày, lượng nước thải dư thừa được chuyển đến trạm bơm để chuyển sang nhà máy xử lý khác. Nước thải không chỉ thải ra sông mà còn tái sử dụng nước ở các hồ gần đó. Do đó, nước thải phải tuân thủ cả Loại 1A của GB 18918-2002 và "Tiêu chuẩn chất lượng nước để tái sử dụng nước thải đô thị trong nước môi trường cảnh quan" (GB/T 18921-2002). Ngoài ra, để ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng trong hồ, nước thải phải đáp ứng tiêu chuẩn Loại IV theo "Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt" (GB 3838-2002).
Thiết kế dòng quy trình
Dự án đã chọn quy trình "AAO + MBR" để nâng cấp nhà máy. Quá trình xử lý bùn sử dụng máy tách nước ly tâm để giảm độ ẩm của bùn xuống dưới 80%, sạn và bùn được đưa về trung tâm xử lý bùn của thành phố.
Để xác định các điều kiện và thông số vận hành tối ưu, các mô phỏng toàn diện đã được thực hiện bằng phần mềm Biowin dựa trên Mô hình phân hủy bùn hoạt tính (ASDM), với mức tiêu thụ năng lượng và hóa chất ở mức tối thiểu.
Thiết kế tổng thể
Nhà máy có diện tích giới hạn khoảng 33.000 m2. Chúng tôi giữ lại các cấu trúc hiện có như tòa nhà hành chính và kiểm soát. Các công trình sản xuất không đáp ứng các tiêu chuẩn về nước thải hoặc xây dựng, chẳng hạn như tiền xử lý, mương oxy hóa, khu vực khử nước bùn và phòng điều khiển, đã được nâng cấp ở các mức độ khác nhau.
Ví dụ, chúng tôi đã chế tạo một thiết bị MBR để thay thế bể lắng thứ cấp, tích hợp các chức năng như bể hiếu khí, bể màng, phòng thổi khí và phòng định lượng hóa chất cũng như bể khử trùng. Những thiết bị này đưa nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải đối với nước tái chế.
Các thông số thiết kế chính của kết cấu
Sửa đổi trước{0}}điều trị
1) Màn hình thô
Kích thước: 5,6 mx 8,1 m, cao: 4,9 m
Kênh: 3, thay thế sàng thô 50 mm hiện có bằng sàng quay 20 mm
Chiều rộng kênh: 1,9 m, độ sâu nước trước màn hình: 0,95 m, góc lắp đặt: 70 độ, khoảng cách màn hình: 20 mm
2) Màn hình trung bình
Kích thước: 5,8 mx 10,1 m, cao: 4,9 m
Kênh: 4, nâng cấp máy sàng 15 mm lên sàng quay 6 mm
Chiều rộng kênh: 1,9 m, độ sâu nước trước màn hình: 0,70 m, góc lắp đặt: 70 độ, khoảng cách màn hình: 5 mm
3) Màn hình đẹp
Kích thước: 7,1 mx 11,15 m, cao: 1,5 m
Nâng cấp từ sàng quay 6 mm lên sàng tấm đục lỗ 3 mm trong khi vẫn duy trì các kênh hiện có
Chiều rộng kênh: 2,1 m, độ sâu nước trước sàng: 1,5 m, khoảng cách sàng: 3 mm
Được trang bị 4 màn chắn dạng tấm đục lỗ (mỗi màn 1,5 kW) và 2 máy bơm rửa ngược với tốc độ dòng chảy 36 m³/h mỗi màn4)
Phòng bơm hồi lưu bùn ban đầu đã được tái sử dụng làm phòng sàng màng. Kích thước của màn hình mịn là 6,1 m × 8,8 m với chiều cao 2,2 m. Bốn màn chắn dạng màng được lắp đặt, trong đó ba màn hoạt động và một màn ở chế độ chờ, mỗi màn có công suất định mức là 1,5 kW. Mỗi kênh có chiều rộng 1,4 m, độ sâu của nước trước màn chắn là 1,1 m và khoảng cách giữa màn chắn là 1 mm. Hai máy bơm rửa ngược, mỗi máy có tốc độ dòng chảy 36 m³/h và công suất 15 kW, được cung cấp với thời gian vận hành được đặt ở tỷ lệ mở-đến{18}}dừng là 1:2–1:4.
Sửa đổi mương oxy hóa
Hai mương oxy hóa hiện có đã được cải tạo thành bể kỵ khí-thiếu khí, mỗi bể có lưu lượng thiết kế là 70.000 m³/ngày. Phần kỵ khí có thời gian lưu là 1,0 giờ, trong khi phần thiếu khí có thời gian lưu là 2,7 giờ, với độ sâu hiệu dụng là 3,9 m. Mỗi bể kỵ khí được trang bị sáu máy trộn chìm tốc độ cao-có công suất 3,7 kW, trong khi mỗi bể anoxic có mười hai máy trộn chìm tốc độ-thấp với công suất 2,3 kW. Tỷ lệ bùn thu hồi từ bể thiếu khí sang bể kỵ khí dao động từ 100% đến 200%.
Cấu trúc toàn diện MBR
Bốn bể lắng thứ cấp hiện có đã được thay thế bằng hai cấu trúc MBR (Membrane Bioreactor) mới, mỗi cấu trúc có công suất thiết kế 70.000 m³/ngày. Kích thước của mỗi đơn vị MBR là 82,34 m × 38,18 m và bao gồm các thành phần sau:
1) Bể hiếu khí
Kích thước: 37,70 m × 36,25 m với độ sâu hiệu dụng của nước là 6,0 m
Thời gian lưu nước: 2,4 giờ, được trang bị 1.216 thiết bị sục khí dạng ống trên mỗi bể (tổng cộng 2.432 trên cả hai bể)
Mỗi thiết bị sục khí có lưu lượng dòng khí là 7,2 m³/h, tốc độ hồi lưu bùn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí là 300%.
2) Bể màng MBR
Tổng kích thước mỗi bể: 45,46 m × 31,85 m, bao gồm bể phân phối, màng, kênh hồi lưu và bể làm sạch
Độ sâu bể màng: 5 m với độ sâu nước hiệu quả là 3,7 m
Kênh phân phối: 39,6 m × 2,1 m, kênh hồi lưu: 39,6 m × 1,5 m
Bể màng được chia thành 8 ô, mỗi ô 26,65 m × 4,6 m, có 3 ô làm sạch để làm sạch nước, axit và kiềm
Mỗi bể có tám hàng, sáu hàng có mười mô-đun màng sợi rỗng PVDF và hai hàng có chín mô-đun
Công suất thiết kế trên mỗi mô-đun màng là 897,5 m³/ngày, với lưu lượng 17,81 L/(m³·h) và tốc độ sục khí là 849,6 Nm³/phút, duy trì tỷ lệ không khí-to-nước là 8,7:1
Tỷ lệ bùn hồi lưu từ bể màng về bể hiếu khí là 400%.
3) Phòng bơm hồi lưu bùn
Hai phòng bơm, mỗi phòng có kích thước 10,9 m × 8,51 m, với 8 máy bơm hồi lưu
Bốn máy bơm chuyển bùn từ màng lọc sang bể hiếu khí (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Bốn máy bơm đưa bùn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Phòng thiết bị tổng hợp
Kết cấu khung + bê tông hai tầng-thép{1}}, 44,5 m × 6,61 m
Tầng trên: Phòng điều khiển hệ thống MBR và thiết bị định lượng natri hypoclorit và axit xitric
Tầng dưới: 9 máy bơm nước (8 đang sử dụng, 1 dự phòng, tần số thay đổi, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) và 4 máy bơm bùn (3 đang sử dụng, 1 dự phòng, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Phòng thổi
Được xây phía trên bể hiếu khí, kích thước mỗi phòng thổi: 38,46 m × 7,8 m
Mỗi phòng có ba máy thổi khí (một lớn và hai nhỏ, có thể hoán đổi cho nhau để dự phòng)
Máy thổi lớn: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Máy thổi nhỏ: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Bốn máy thổi màng (hai lớn và hai nhỏ, có dự phòng giữa một máy thổi lớn và hai máy thổi nhỏ)
Máy thổi lớn: Q=213 m³/phút, H=4.5 m, N=223 kW
Máy thổi nhỏ: Q=106.5 m³/phút, H=4.5 m, N=112 kW
Bể tiếp xúc khử trùng / Phòng định lượng / Phòng bơm nâng nước thải
Bể tiếp xúc khử trùng, phòng định lượng và phòng bơm nâng nước thải được kết hợp thành một công trình duy nhất với công suất 140.000 m³/ngày. Bể tiếp xúc khử trùng có tổng diện tích 25,05 m × 23,35 m, chiều cao 4,9 m và độ sâu hiệu quả 4,0 m, mang lại thể tích hiệu quả là 2.300 m³. Thời gian tiếp xúc là 23,66 phút, cộng thêm 7,12 phút trong đường ống nước thải, tổng thời gian tiếp xúc là 30,78 phút. Bốn máy bơm chìm được lắp đặt (3 máy hoạt động, 1 máy dự phòng), mỗi máy có công suất Q=2.000 m³/h, H=16 m và N=132 kW.
Phòng định lượng, nằm phía trên bể khử trùng, sử dụng clo dioxide làm chất khử trùng ở mức 8 mg/L. Polyaluminum clorua rắn (PAC) được định lượng ở tốc độ tối đa 30 mg/L để loại bỏ phốt pho hóa học và natri axetat được sử dụng làm nguồn carbon bên ngoài để tăng cường loại bỏ TN, với tốc độ định lượng tối đa là 30 mg/L.
Bể chứa bùn
Bể chứa bùn mới được xây dựng là bể bê tông cốt thép ngầm có diện tích 9,0 m × 9,0 m và độ sâu hiệu dụng của nước là 5 m, cung cấp thể tích hiệu dụng là 405 m³. Một máy trộn chìm được lắp đặt bên trong bể để đảm bảo hiệu suất khử nước ổn định bằng cách trộn trong quá trình khử nước bùn. Bể cũng được trang bị máy đo mức bùn siêu âm, cho phép hiển thị-thể tích bùn theo thời gian thực trong cả phòng điều khiển trung tâm và khu vực khử nước. Máy bơm bùn cấp có thể dừng khi mức bùn quá cao và máy trộn dừng khi mức bùn quá thấp.
Cải tạo phòng khử nước bùn
Trước đây, máy sấy đai được sử dụng để xử lý bùn. Sau khi nâng cấp, máy sấy đai ban đầu đã đáp ứng các yêu cầu về công suất khử nước bùn, nhưng vấn đề mùi hôi liên quan đến bùn không thể được giải quyết thỏa đáng. Vì vậy, máy khử nước ly tâm được ra đời để thay thế máy sấy đai. Bốn máy khử nước lắng xoắn ốc nằm ngang được thiết kế, ba máy đang sử dụng và một máy dự phòng, hoạt động 12 giờ mỗi ngày. Mỗi máy có công suất (Q) là 60 m³/h và công suất (N) là 66 kW.
Hệ thống kiểm soát mùi
Do quỹ đất tại nhà máy xử lý nước thải này có hạn nên dự án đã áp dụng-việc xử lý mùi phi tập trung tại chỗ với sáu địa điểm được chỉ định:
1. Hệ thống kiểm soát mùi 1: Xử lý mùi hôi từ khu vực tiền xử lý bằng cách sử dụng hệ thống khử mùi-làm từ nhà máy có công suất 6.200 m³/h.
2. Hệ thống kiểm soát mùi 2: Được thiết kế cho phòng khử nước bùn và bể chứa bùn, với hệ thống khử mùi-của nhà máy có công suất 4.500 m³/h.
3. Hệ thống kiểm soát mùi 3: Xử lý mùi hôi từ bể kỵ khí/thiếu khí. Mỗi bể có tổng công suất xử lý là 13.000 m³/h. Do hạn chế về không gian trong phòng chứa bể, hai hệ thống kiểm soát mùi lọc sinh học, mỗi hệ thống có công suất 6.500 m³/h, được lắp đặt ở hai phòng riêng biệt trên cấu trúc bể. Hai đơn vị chia sẻ một ống xả duy nhất và có thể hoạt động độc lập.
4. Thiết bị kiểm soát mùi sinh học 4: Được thiết kế cho hai cấu trúc tích hợp MBR, với hai bộ lọc sinh học được lắp đặt trên nóc bể hiếu khí, xử lý mùi với tổng công suất 43.000 m³/h giúp tiết kiệm không gian.
Thảo luận về các khái niệm thiết kế xanh trong thiết kế nhà máy xử lý nước thải
1. AquaSust sử dụng nhiều loại thực vật khác nhau để tạo ra các cấu hình thực vật nhiều{1}}nhiều tầng, nhiều hình dạng để chứng minh tác động sinh thái của quần thể thực vật.
Thứ hai, nhà máy nằm ở trung tâm khu giáo dục và chúng tôi lắp đặt một đài phun nước bằng gốm ở lối vào chính. Nước sau xử lý được tái sử dụng làm cảnh quan nhằm nâng cao nhận thức của người dân về bảo tồn nguồn nước và bảo vệ môi trường.
2. Về mặt thiết kế cảnh quan và không gian xanh, chủ đề "tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường" của chúng tôi phù hợp với khái niệm phát triển có tác động thấp-của "thành phố bọt biển". Các sáng kiến đổi mới của AquaSust bao gồm mái nhà xanh, cây xanh thẳng đứng và bãi đậu xe thân thiện với môi trường.
Chúng tôi cũng phủ đất lên rãnh oxy hóa để tạo ra một “công viên mini” đô thị phản ánh vẻ đẹp sinh thái và sự hài hòa giữa con người và thiên nhiên. Khái niệm "thành phố bọt biển" có thể được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cho các tòa nhà và giảm tình trạng ô nhiễm và nước chảy tràn trên mái nhà.
Kết quả xử lý chất lượng nước
Sau dự án nâng cao chất lượng, nhà máy xử lý nước thải nâng cấp chính thức đi vào hoạt động vào tháng 12 năm 2016. Chất lượng nước vào và ra trung bình từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2017 được thể hiện trong Bảng 2.
Tóm tắt phân tích lợi ích toàn diện
Tiết kiệm đất
Dự án có tổng diện tích 34.991,54 mét vuông, với chỉ số sử dụng đất là 0,25 mét vuông/(m³∙d), chỉ bằng 25-30% trong số 0,80–0,95 mét vuông/(m³·d) được quy định trong *Tiêu chuẩn xây dựng dự án kỹ thuật xử lý nước thải đô thị* năm 2001 cho các quy trình sinh hóa thứ cấp + xử lý nâng cao, tiết kiệm hơn 77.000 m2 đất và khoảng 170 triệu CNY.
Tiết kiệm năng lượng
Mức tiêu thụ điện từ nước thải đã qua xử lý của dự án là 0,46 kWh/m³, so với 0,50–0,60 kWh/m³ ở các nhà máy sinh hoạt hiện có với quy trình xử lý màng, thể hiện mức tiêu thụ năng lượng-thấp hợp lý. Lượng năng lượng tiết kiệm hàng năm ít nhất là 2 triệu kWh, với chi phí điện tiết kiệm được khoảng 1,6 triệu CNY.
Bảo tồn nước
Nước thải của dự án sau khi được xử lý nâng cao có thể được tùy ý tái sử dụng làm nước hồ trong mùa thu và mùa đông, giảm sự phụ thuộc vào nước máy. Cách tiếp cận này tiết kiệm được khoảng 4 triệu m³ nước mỗi năm.
Tiết kiệm vật liệu
Thiết kế tái sử dụng các cơ sở hiện có (ví dụ: nhà bảo vệ, tòa nhà chính, khu tiền xử lý, mương oxy hóa, phòng khử nước bùn và phòng điều khiển trung tâm), tiết kiệm khoảng 80 triệu CNY đầu tư. Việc sử dụng PAC và nguồn carbon vẫn ở mức dưới 30 mg/L, so với khoảng 50 mg/L trong các dự án tương tự, tiết kiệm khoảng 20 mg/L. Tổng mức tiết kiệm hàng năm về PAC và các nguồn carbon là khoảng 1.000 tấn hoặc 2,5 triệu CNY.
Lợi ích môi trường
Việc nâng cấp chất lượng làm giảm đáng kể các chất ô nhiễm thải ra sông. Ở quy mô xử lý 140.000 m³/ngày, người ta ước tính giảm các chất ô nhiễm với lượng hàng năm như sau: CODCr giảm 13.100 tấn, BOD5 giảm 4.740 tấn, SS giảm 8.320 tấn, TN giảm 960 tấn và TP giảm 140 tấn.
Lợi ích cảnh quan sinh thái
Dự án cung cấp-giảm mùi hôi và tiếng ồn toàn diện cho nhà máy, đồng thời cải thiện cảnh quan tổng thể của nhà máy, biến nó thành một khu vườn đô thị giúp cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống cho cư dân gần đó.
Phần kết luận
AquaSust đã hoàn thành dự án xử lý nước thải của nhà máy thông qua quy trình "AAO + MBR" dựa trên ý tưởng xử lý nước thải xanh, tuần hoàn và-cacbon thấp.
Bất chấp những thách thức như đất đai hạn chế, độ nhạy cảm với môi trường và các tiêu chuẩn phát thải nghiêm ngặt, dữ liệu hoạt động cho thấy chúng tôi đã đạt được thành công nhiều mục tiêu. Chúng bao gồm cải thiện tiêu chuẩn xử lý nước, tái chế và tái sử dụng nước thải, tối ưu hóa việc giảm mùi hôi và tiếng ồn cũng như cải thiện cảnh quan tổng thể.