Contesto del progetto
L'impianto di trattamento delle acque reflue urbane (WWTP) copre un'area di 35.000 m² ed è stato originariamente costruito in un'area suburbana circondata da stagni di pesci e spazi aperti. Con lo sviluppo dell'urbanizzazione, oggi è situato in una zona residenziale e commerciale densamente popolata. L'odore delle acque reflue e il rumore dell'impianto influiscono notevolmente sui residenti vicini.
L'impianto è stato originariamente progettato per trattare una portata di liquami pari a 140.000 m³/giorno. La qualità degli effluenti deve soddisfare la Classe 1B dello "Standard sullo scarico di sostanze inquinanti per gli impianti di trattamento delle acque reflue urbane" cinese (GB 18918-2002).
Prima di essere pompate all'unità di trattamento, le acque reflue vengono sottoposte a un trattamento preliminare attraverso una griglia grossolana, una griglia media e una griglia fine. Il trattamento primario prevede una camera di dissabbiatura aerata, seguita dal trattamento secondario attraverso un canale di ossidazione e un chiarificatore secondario. Infine, i liquami vengono scaricati in un pozzo esterno attraverso un tubo del diametro di 1 metro, da dove confluiscono in una rete di canali sotterranei a scatola chiusa.
Piano di progettazione dell'aggiornamento
Obiettivi di scala e qualità degli effluenti
Sulla base degli studi di fattibilità, la capacità dell'impianto rimane pari a 140.000 m³/giorno, con le acque reflue in eccesso deviate ad una stazione di pompaggio per il trasferimento ad un altro impianto di trattamento. Gli effluenti non solo scaricano nei fiumi ma riutilizzano anche l'acqua dei laghi vicini. Pertanto, l'effluente deve essere conforme sia alla Classe 1A di GB 18918-2002 che agli "Standard di qualità dell'acqua per il riutilizzo delle acque reflue urbane nelle acque ambientali paesaggistiche" (GB/T 18921-2002). Inoltre, per prevenire l'eutrofizzazione nei laghi, gli effluenti devono soddisfare gli standard di Classe IV previsti dallo "Standard di qualità dell'acqua superficiale" (GB 3838-2002).
Progettazione del flusso di processo
Il progetto ha selezionato un processo "AAO + MBR" per l'aggiornamento dell'impianto. Il processo di trattamento dei fanghi utilizza una macchina di disidratazione centrifuga per ridurre il contenuto di umidità dei fanghi al di sotto dell'80% e la sabbia e i fanghi vengono inviati al centro municipale di trattamento dei fanghi della città.
Per determinare le condizioni ottimali e i parametri operativi, sono state condotte simulazioni complete utilizzando il software Biowin basato su un modello di digestione dei fanghi attivi (ASDM), con un consumo energetico e chimico ridotto al minimo.
Progettazione complessiva
Lo stabilimento ha una superficie limitata di circa 33.000 m². Abbiamo mantenuto le strutture esistenti, come l'edificio amministrativo e di controllo. Le strutture di produzione che non soddisfacevano gli standard di depurazione o di costruzione, come il pretrattamento, il canale di ossidazione, l'area di disidratazione dei fanghi e la sala di controllo, sono state migliorate a vari livelli.
Ad esempio, abbiamo realizzato un'unità MBR in sostituzione del chiarificatore secondario, integrando funzioni quali vasche aerobiche, vasche a membrana, sale soffianti e sale di dosaggio chimico, oltre a vasche di disinfezione. Questi dispositivi portano le acque reflue agli standard di scarico per l'acqua riciclata.
Parametri chiave di progettazione delle strutture
Modifiche pre-del trattamento
1) Schermi grossolani
Dimensioni: 5,6 x 8,1 m, altezza: 4,9 m
Canali: 3, in sostituzione degli esistenti vagli grossolani da 50 mm con vagli rotanti da 20 mm
Larghezza del canale: 1,9 m, profondità dell'acqua prima dello schermo: 0,95 m, angolo di installazione: 70 gradi, distanza tra lo schermo: 20 mm
2) Schermi medi
Dimensioni: 5,8 x 10,1 m, altezza: 4,9 m
Canali: 4, aggiornando le macchine con vagli da 15 mm a vagli rotanti da 6 mm
Larghezza del canale: 1,9 m, profondità dell'acqua prima dello schermo: 0,70 m, angolo di installazione: 70 gradi, distanza tra lo schermo: 5 mm
3) Schermi fini
Dimensioni: 7,1 x 11,15 m, altezza: 1,5 m
Passaggio da vagli rotanti da 6 mm a vagli a lamiera forata da 3 mm mantenendo i canali esistenti
Larghezza del canale: 2,1 m, profondità dell'acqua prima dello schermo: 1,5 m, distanza dello schermo: 3 mm
Dotato di 4 vagli a piastre forate (1,5 kW ciascuno) e 2 pompe controlavaggio con portata di 36 m³/h ciascuna4) Modifiche al vaglio a membrana
La sala pompe originale di ritorno dei fanghi è stata riconvertita come sala di filtraggio a membrana. Le dimensioni del vaglio sottile sono 6,1 m × 8,8 m con un'altezza di 2,2 m. Sono installati quattro schermi a membrana, di cui tre operativi e uno in stand-by, ciascuno con una potenza nominale di 1,5 kW. Ciascun canale ha una larghezza di 1,4 m, una profondità dell'acqua prima dello schermo di 1,1 m e uno spazio tra lo schermo di 1 mm. Vengono fornite due pompe di controlavaggio, ciascuna con una portata di 36 m³/h e una potenza di 15 kW, con tempi di funzionamento impostati su un rapporto di apertura-a-arresto di 1:2–1:4.
Modifiche del canale di ossidazione
I due fossati di ossidazione esistenti sono stati modificati in serbatoi anaerobici-anossici, ciascuno con una portata prevista di 70.000 m³/giorno. La sezione anaerobica ha un tempo di ritenzione di 1,0 ore, mentre la sezione anossica ha un tempo di ritenzione di 2,7 ore, con una profondità effettiva dell'acqua di 3,9 m. Ogni vasca anaerobica è dotata di sei miscelatori sommergibili ad alta-velocità con una potenza di 3,7 kW, mentre ogni vasca anossica è dotata di dodici miscelatori sommersi a bassa-velocità con una potenza di 2,3 kW. Il rapporto di ritorno dei fanghi dai serbatoi anossici a quelli anaerobici varia dal 100% al 200%.
Struttura completa dell'MBR
I quattro chiarificatori secondari esistenti sono stati sostituiti con due nuove strutture MBR (Membrane Bioreactor), ciascuna con una capacità progettuale di 70.000 m³/giorno. Le dimensioni di ciascuna unità MBR sono 82,34 m × 38,18 m e comprendono i seguenti componenti:
1) Serbatoio aerobico
Dimensioni: 37,70 m × 36,25 m con una profondità effettiva dell'acqua di 6,0 m
Tempo di ritenzione: 2,4 ore, dotato di 1.216 aeratori tubolari per serbatoio (2.432 in totale su entrambi i serbatoi)
Ciascun aeratore ha una portata d'aria di 7,2 m³/h e la velocità di ritorno dei fanghi dal serbatoio aerobico a quello anossico è del 300%.
2) Serbatoio a membrana MBR
Dimensioni totali per serbatoio: 45,46 m × 31,85 m, compresi distribuzione, membrana, canali di ritorno e serbatoi di pulizia
Profondità del serbatoio a membrana: 5 m con una profondità effettiva dell'acqua di 3,7 m
Canale di distribuzione: 39,6 m × 2,1 m, canale di ritorno: 39,6 m × 1,5 m
Serbatoio a membrana diviso in otto celle, ciascuna di 26,65 m × 4,6 m, con tre celle di pulizia per la pulizia con acqua, acido e alcalino
Ogni serbatoio ha otto file, sei con dieci moduli di membrana a fibra cava in PVDF e due con nove moduli
La capacità di progetto per modulo a membrana è di 897,5 m³/giorno, con un flusso di 17,81 L/(m³·h) e un tasso di aerazione di 849,6 Nm³/min, mantenendo un rapporto aria-a-acqua di 8,7:1
La velocità di ritorno dei fanghi dal serbatoio a membrana al serbatoio aerobico è del 400%.
3) Sala pompe ritorno fanghi
Due sale pompe, ciascuna di 10,9 m × 8,51 m, con otto pompe di ritorno
Quattro pompe trasferiscono i fanghi dalla membrana al serbatoio aerobico (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Quattro pompe riportano i fanghi dal serbatoio aerobico a quello anossico (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Sala attrezzature completa
Struttura a due piani-in acciaio-cemento + telaio, 44,5 m × 6,61 m
Piano superiore: sala controllo sistema MBR e impianti di dosaggio ipoclorito di sodio e acido citrico
Piano inferiore: 9 pompe dell'acqua (8 in uso, 1 di riserva, frequenza variabile, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) e 4 pompe per i fanghi (3 in uso, 1 di riserva, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Sala Ventilatori
Costruita sopra la vasca aerobica, dimensioni di ciascuna sala ventilatori: 38,46 m × 7,8 m
Ogni stanza è dotata di tre ventilatori di aerazione (uno grande e due piccoli, intercambiabili per ridondanza)
Ventilatore grande: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Ventilatore piccolo: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Quattro soffianti a membrana (due grandi e due piccole, con ridondanza tra una soffiante grande e due piccole)
Ventilatore grande: Q=213 m³/min, H=4.5 m, N=223 kW
Ventilatore piccolo: Q=106.5 m³/min, H=4.5 m, N=112 kW
Serbatoio di contatto per la disinfezione/sala di dosaggio/sala pompe di sollevamento degli effluenti
Il serbatoio di disinfezione, la sala di dosaggio e la sala pompe di sollevamento degli effluenti sono combinati in un'unica struttura con una capacità di 140.000 m³/giorno. Il serbatoio di disinfezione a contatto ha un ingombro totale di 25,05 m × 23,35 m, con un'altezza di 4,9 me una profondità effettiva di 4,0 m, per un volume effettivo di 2.300 m³. Il tempo di contatto è di 23,66 minuti, con ulteriori 7,12 minuti nel tubo dell'effluente, per un tempo di contatto totale di 30,78 minuti. Sono installate quattro pompe sommergibili (3 operative, 1 di riserva), ciascuna con Q=2.000 m³/h, H=16 m e N=132 kW.
La sala di dosaggio, situata sopra il serbatoio di disinfezione, utilizza biossido di cloro come disinfettante a 8 mg/l. Il cloruro di polialluminio solido (PAC) viene dosato a una velocità massima di 30 mg/L per la rimozione chimica del fosforo e l'acetato di sodio viene utilizzato come fonte esterna di carbonio per migliorare la rimozione del TN, con una velocità di dosaggio massima di 30 mg/L.
Serbatoio di stoccaggio dei fanghi
Il serbatoio di stoccaggio dei fanghi di nuova costruzione è un serbatoio sotterraneo in cemento armato con un'impronta di 9,0 m × 9,0 me una profondità effettiva dell'acqua di 5 m, fornendo un volume effettivo di 405 m³. All'interno del serbatoio è installato un miscelatore sommergibile per garantire prestazioni di disidratazione stabili mediante miscelazione durante la disidratazione dei fanghi. Il serbatoio è inoltre dotato di un misuratore del livello dei fanghi a ultrasuoni, che consente la visualizzazione in tempo reale-del volume dei fanghi sia nella sala di controllo centrale che nell'area di disidratazione. La pompa dei fanghi di alimentazione può essere arrestata quando il livello dei fanghi è troppo alto e il miscelatore si arresta quando il livello è basso.
Ristrutturazione sala disidratazione fanghi
In precedenza, per il trattamento dei fanghi veniva utilizzato un essiccatore a nastro. Dopo l'aggiornamento, l'essiccatore a nastro originale soddisfaceva i requisiti di capacità di disidratazione dei fanghi, ma i problemi di odore associati ai fanghi non potevano essere affrontati adeguatamente. Pertanto, vengono introdotte macchine di disidratazione centrifughe per sostituire l'essiccatore a nastro. Sono progettate quattro macchine di disidratazione con sedimentazione a spirale orizzontale, di cui tre in uso e una di riserva, che funzionano per 12 ore al giorno. Ogni macchina ha una capacità (Q) di 60 m³/h e una potenza (N) di 66 kW.
Sistema di controllo degli odori
A causa della limitata disponibilità di terreno presso questo impianto di trattamento delle acque reflue, il progetto ha adottato un trattamento degli odori decentralizzato in loco, con sei luoghi designati:
1. Sistema di controllo degli odori 1: combatte gli odori provenienti dall'area di pretrattamento, utilizzando un sistema di deodorizzazione a base vegetale-con una capacità di 6.200 m³/h.
2. Sistema di controllo degli odori 2: progettato per la sala di disidratazione dei fanghi e il serbatoio di stoccaggio dei fanghi, con una capacità del sistema di deodorizzazione a base vegetale-di 4.500 m³/h.
3. Sistema di controllo degli odori 3: mira agli odori provenienti dai serbatoi anaerobici/anossici. Ogni serbatoio ha una capacità di trattamento totale di 13.000 m³/h. A causa dei limiti di spazio nel locale che ospita i serbatoi, due sistemi di biofiltrazione per il controllo degli odori, ciascuno con una capacità di 6.500 m³/h, sono installati in due locali separati sulla struttura del serbatoio. Le due unità condividono un unico camino di scarico e possono funzionare in modo indipendente.
4. Attrezzatura per il controllo biologico degli odori 4: progettata per due strutture integrate MBR, con due unità di biofiltrazione installate sopra i serbatoi aerobici, che trattano gli odori con una capacità totale di 43.000 m³/h per risparmiare spazio.
Discussione sui concetti di progettazione verde nella progettazione di impianti di acque reflue
1. AquaSust utilizza una varietà di piante per creare configurazioni di piante multi-strato e multi-forma per dimostrare l'impatto ecologico della comunità vegetale.
In secondo luogo, lo stabilimento è situato al centro della zona educativa e all'ingresso principale abbiamo allestito un gioco d'acqua in ceramica. L'acqua trattata viene riutilizzata per la paesaggistica per aumentare la consapevolezza delle persone sulla conservazione dell'acqua e sulla protezione dell'ambiente.
2. In termini di progettazione del paesaggio e degli spazi verdi, il nostro tema di "risparmio di risorse e protezione dell'ambiente" è coerente con il concetto di sviluppo a basso-impatto di "città spugna". Le iniziative innovative di AquaSust includono tetti verdi, inverdimento verticale e parcheggi rispettosi dell'ambiente.
Ricopriamo anche il fossato di ossidazione con terra per creare un “mini parco” urbano che rifletta la bellezza ecologica e l'armonia tra uomo e natura. Il concetto di "città spugna" può essere utilizzato come materiale di isolamento termico per gli edifici e ridurre il deflusso e l'inquinamento del tetto.
Risultati del trattamento della qualità dell'acqua
Dopo il progetto di miglioramento della qualità, l'impianto di trattamento delle acque reflue potenziato è entrato ufficialmente in funzione nel dicembre 2016. La qualità media dell'acqua in ingresso e in uscita da gennaio a dicembre 2017 è mostrata nella Tabella 2.
Riepilogo dell'analisi completa dei vantaggi
Risparmio di terra
Il progetto copre un'area totale di 34.991,54 m², con un indicatore di utilizzo del suolo-di 0,25 m²/(m³∙d), appena il 25-30% degli 0,80–0,95 m²/(m³·d) specificati negli *Standard per la costruzione di progetti di ingegneria del trattamento delle acque reflue urbane* del 2001 per processi biochimici secondari + trattamento avanzato, con un risparmio di oltre 77.000 m² di terreno e circa 170 milioni di CNY.
Risparmio energetico
Il consumo di elettricità delle acque reflue trattate del progetto è di 0,46 kWh/m³, rispetto a 0,50–0,60 kWh/m³ negli impianti domestici esistenti con processi di trattamento a membrana, che rappresenta un livello di consumo energetico ragionevolmente basso-. Il risparmio energetico annuo ammonta ad almeno 2 milioni di kWh, con un risparmio sui costi dell'elettricità di circa 1,6 milioni di CNY.
Conservazione dell'acqua
Gli effluenti del progetto, dopo un trattamento avanzato, possono essere facoltativamente riutilizzati come acqua di lago durante l'autunno e l'inverno, riducendo la dipendenza dall'acqua del rubinetto. Questo approccio consente di risparmiare circa 4 milioni di m³ di acqua all’anno.
Risparmio di materiale
Il progetto riutilizza le strutture esistenti (ad esempio, corpo di guardia, edificio principale, area di pretrattamento, fossati di ossidazione, sala di disidratazione dei fanghi e sala di controllo centrale), risparmiando circa 80 milioni di CNY in investimenti. L’uso di PAC e fonti di carbonio rimane inferiore a 30 mg/L, rispetto a circa 50 mg/L in progetti simili, con un risparmio di circa 20 mg/L. Il risparmio annuo in PAC e fonti di carbonio ammonta a circa 1.000 tonnellate o 2,5 milioni di CNY.
Benefici ambientali
Il miglioramento della qualità riduce significativamente gli inquinanti scaricati nei fiumi. Su una scala di trattamento di 140.000 m³/giorno, si stima di ridurre gli inquinanti dei seguenti quantitativi annuali: CODCr di 13.100 t, BOD5 di 4.740 t, SS di 8.320 t, TN di 960 t e TP di 140 t.
Benefici ecologici del paesaggio
Il progetto fornisce-la riduzione su vasta scala degli odori e del rumore della pianta, migliorando al tempo stesso il paesaggio complessivo della pianta, trasformandola in un giardino urbano che migliora notevolmente la qualità della vita dei residenti nelle vicinanze.
Conclusione
AquaSust ha completato il progetto di trattamento delle acque reflue dell'impianto attraverso il processo "AAO + MBR" basato sul concetto di trattamento delle acque reflue ecologico, circolare e a basso-carbonio.
Nonostante sfide quali territorio limitato, sensibilità ambientale e rigorosi standard sulle emissioni, i dati operativi mostrano che abbiamo raggiunto con successo i molteplici obiettivi. Questi includono il miglioramento degli standard di trattamento delle acque, il riciclaggio e il riutilizzo delle acque reflue, l’ottimizzazione della riduzione degli odori e del rumore, nonché il miglioramento del paesaggio generale.