Antecedentes del proyecto
La depuradora de aguas residuales urbanas (EDAR) tiene una superficie de 35.000 m² y se construyó originalmente en una zona suburbana rodeada de estanques piscícolas y espacios abiertos. Con el desarrollo de la urbanización, ahora se encuentra en una zona residencial y comercial densamente poblada. El olor a aguas residuales y el ruido de la planta afectan considerablemente a los vecinos.
La planta fue diseñada originalmente para tratar un caudal de aguas residuales de 140.000 m³/día. La calidad de su efluente debe cumplir con la Clase 1B del "Estándar de descarga de contaminantes para plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas" de China (GB 18918-2002).
Antes de ser bombeadas a la unidad de tratamiento, las aguas residuales se someten a un tratamiento preliminar a través de un tamiz grueso, un tamiz medio y un tamiz fino. El tratamiento primario incluye un desarenador aireado, seguido de un tratamiento secundario mediante zanja de oxidación y un clarificador secundario. Finalmente, las aguas residuales se vierten a un pozo externo a través de una tubería de 1 metro de diámetro, desde donde desembocan en una red de alcantarillas de cajón cerrado.
Actualización del plan de diseño
Objetivos de escala y calidad de efluentes
Según los estudios de viabilidad, la capacidad de la planta se mantiene en 140.000 m³/día, y el exceso de aguas residuales se desvía a una estación de bombeo para transferirla a otra planta de tratamiento. El efluente no sólo se vierte a los ríos sino que también reutiliza el agua en lagos cercanos. Por lo tanto, el efluente debe cumplir tanto con la Clase 1A de GB 18918-2002 como con los "Estándares de calidad del agua para la reutilización de aguas residuales urbanas en aguas ambientales paisajísticas" (GB/T 18921-2002). Además, para evitar la eutrofización en los lagos, el efluente debe cumplir con los estándares de Clase IV según el "Estándar de calidad del agua superficial" (GB 3838-2002).
Diseño de flujo de proceso
El proyecto seleccionó un proceso "AAO + MBR" para la actualización de la planta. El proceso de tratamiento de lodos utiliza una máquina de deshidratación centrífuga para reducir el contenido de humedad del lodo por debajo del 80%, y la arena y el lodo se envían al centro municipal de tratamiento de lodos de la ciudad.
Para determinar las condiciones óptimas y los parámetros operativos, se realizaron simulaciones exhaustivas utilizando el software Biowin basado en un modelo de digestión de lodos activados (ASDM), con un consumo mínimo de energía y productos químicos.
Diseño general
La planta tiene una superficie limitada de unos 33.000 m². Mantuvimos sus estructuras existentes, como el edificio de administración y control. Las estructuras de producción que no cumplían con los estándares de alcantarillado o construcción, como el pretratamiento, el foso de oxidación, el área de deshidratación de lodos y la sala de control, fueron mejoradas en diversos grados.
Por ejemplo, construimos una unidad MBR para reemplazar el clarificador secundario, integrando funciones como tanques aeróbicos, tanques de membrana, salas de sopladores y salas de dosificación de químicos, así como tanques de desinfección. Estos dispositivos ajustan sus aguas residuales a los estándares de descarga de agua reciclada.
Parámetros clave de diseño de estructuras
Modificaciones previas al tratamiento-
1) Cribas gruesas
Dimensiones: 5,6 mx 8,1 m, altura: 4,9 m
Canales: 3, reemplazando las cribas gruesas existentes de 50 mm por cribas rotativas de 20 mm
Ancho del canal: 1,9 m, profundidad del agua antes de la pantalla: 0,95 m, ángulo de instalación: 70 grados, espacio de la pantalla: 20 mm
2) Pantallas medianas
Dimensiones: 5,8 mx 10,1 m, altura: 4,9 m
Canales: 4, actualización de las máquinas de cribado de 15 mm a cribas rotativas de 6 mm.
Ancho del canal: 1,9 m, profundidad del agua antes de la pantalla: 0,70 m, ángulo de instalación: 70 grados, espacio de la pantalla: 5 mm
3) Pantallas finas
Dimensiones: 7,1 mx 11,15 m, altura: 1,5 m
Actualización de cribas rotativas de 6 mm a cribas de placa perforada de 3 mm manteniendo los canales existentes
Ancho del canal: 2,1 m, profundidad del agua antes de la criba: 1,5 m, espacio de la criba: 3 mm
Equipado con 4 cribas de placa perforada (1,5 kW cada una) y 2 bombas de retrolavado con un caudal de 36 m³/h cada una4) Modificaciones de cribas de membrana
La sala de bombas de retorno de lodos original se ha reutilizado como sala de cribas de membrana. Las dimensiones de la pantalla fina son 6,1 m × 8,8 m con una altura de 2,2 m. Se instalan cuatro pantallas de membrana, tres operativas y una en standby, cada una con una potencia nominal de 1,5 kW. Cada canal tiene un ancho de 1,4 m, una profundidad de agua antes de la pantalla de 1,1 m y un espacio de pantalla de 1 mm. Se proporcionan dos bombas de retrolavado, cada una con un caudal de 36 m³/h y una potencia de 15 kW, con tiempos de funcionamiento establecidos en una relación de apertura-a-parada de 1:2–1:4.
Modificaciones de zanjas de oxidación
Las dos zanjas de oxidación existentes se han modificado para convertirlas en tanques anaeróbicos-anóxicos, cada uno con un caudal de diseño de 70.000 m³/día. La sección anaeróbica tiene un tiempo de retención de 1,0 horas, mientras que la sección anóxica tiene un tiempo de retención de 2,7 horas, con una profundidad efectiva de agua de 3,9 m. Cada tanque anaeróbico está equipado con seis mezcladores sumergibles de alta-velocidad con una potencia de 3,7 kW, mientras que cada tanque anóxico tiene doce mezcladores sumergibles de baja-velocidad con una potencia de 2,3 kW. La proporción de retorno de lodos de los tanques anóxicos a anaeróbicos varía del 100% al 200%.
Estructura integral de MBR
Los cuatro clarificadores secundarios existentes han sido sustituidos por dos nuevas estructuras MBR (Biorreactor de Membrana), cada una con una capacidad de diseño de 70.000 m³/día. Las dimensiones de cada unidad MBR son 82,34 m × 38,18 m e incluyen los siguientes componentes:
1) Tanque aeróbico
Dimensiones: 37,70 m × 36,25 m con una profundidad efectiva de agua de 6,0 m
Tiempo de retención: 2,4 horas, equipado con 1216 aireadores tubulares por tanque (2432 en total en ambos tanques)
Cada aireador tiene un caudal de aire de 7,2 m³/h y la tasa de retorno de lodos del tanque aeróbico al anóxico es del 300%.
2) Tanque de membrana MBR
Dimensiones totales por tanque: 45,46 m × 31,85 m, incluyendo tanques de distribución, membrana, canales de retorno y limpieza.
Profundidad del tanque de membrana: 5 m con una profundidad efectiva de agua de 3,7 m
Canal de distribución: 39,6 m × 2,1 m, canal de retorno: 39,6 m × 1,5 m
Tanque de membrana dividido en ocho celdas, cada una de 26,65 m × 4,6 m, con tres celdas de limpieza para limpieza con agua, ácido y alcalino.
Cada tanque tiene ocho filas, seis con diez módulos de membrana de fibra hueca de PVDF y dos con nueve módulos.
La capacidad de diseño por módulo de membrana es de 897,5 m³/día, con un flujo de 17,81 L/(m³·h) y una tasa de aireación de 849,6 Nm³/min, manteniendo una relación aire-a-agua de 8,7:1
La tasa de retorno de lodos desde el tanque de membrana al tanque aeróbico es del 400%.
3) Sala de bombas de retorno de lodos
Dos salas de bombas, cada una de 10,9 m × 8,51 m, con ocho bombas de retorno
Cuatro bombas transfieren lodos desde la membrana al tanque aeróbico (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Cuatro bombas devuelven lodos del tanque aeróbico al anóxico (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Sala de Equipos Integrales
Estructura de dos-acero-hormigón + estructura de marco, 44,5 m × 6,61 m
Planta superior: Sala de control del sistema MBR e instalaciones de dosificación de hipoclorito de sodio y ácido cítrico.
Planta inferior: 9 bombas de agua (8 en uso, 1 de respaldo, frecuencia variable, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) y 4 bombas de lodos (3 en uso, 1 en espera, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Sala de sopladores
Construido sobre el tanque aeróbico, dimensiones de cada sala de sopladores: 38,46 m × 7,8 m
Cada habitación tiene tres ventiladores de aireación (uno grande y dos pequeños, intercambiables para redundancia)
Soplador grande: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Soplador pequeño: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Cuatro sopladores de membrana (dos grandes y dos pequeños, con redundancia entre un soplador grande y dos pequeños)
Soplador grande: Q=213 m³/min, H=4.5 m, N=223 kW
Soplador pequeño: Q=106.5 m³/min, H=4.5 m, N=112 kW
Tanque de contacto de desinfección / Sala de dosificación / Sala de bombas de elevación de efluentes
El tanque de contacto de desinfección, la sala de dosificación y la sala de bombas de elevación de efluentes se combinan en una única estructura con una capacidad de 140.000 m³/día. El tanque de contacto de desinfección tiene una superficie total de 25,05 m × 23,35 m, con una altura de 4,9 m y una profundidad efectiva de 4,0 m, lo que da como resultado un volumen efectivo de 2300 m³. El tiempo de contacto es de 23,66 minutos, con 7,12 minutos adicionales en la tubería de efluente, para un tiempo total de contacto de 30,78 minutos. Se instalan cuatro bombas sumergibles (3 operativas, 1 de reserva), cada una con Q=2,000 m³/h, H=16 m y N=132 kW.
La sala de dosificación, ubicada encima del tanque de desinfección, utiliza dióxido de cloro como desinfectante a 8 mg/L. El cloruro de polialuminio (PAC) sólido se dosifica a una tasa máxima de 30 mg/L para la eliminación química del fósforo, y el acetato de sodio se utiliza como fuente externa de carbono para mejorar la eliminación de TN, con una tasa de dosificación máxima de 30 mg/L.
Tanque de almacenamiento de lodos
El tanque de almacenamiento de lodos recién construido es un tanque subterráneo de hormigón armado con una superficie de 9,0 m × 9,0 m y una profundidad de agua efectiva de 5 m, lo que proporciona un volumen efectivo de 405 m³. Se instala un mezclador sumergible dentro del tanque para garantizar un rendimiento de deshidratación estable mediante la mezcla durante la deshidratación de lodos. El tanque también está equipado con un medidor ultrasónico de nivel de lodos, que permite visualizar en tiempo real-el volumen de lodos tanto en la sala de control central como en el área de deshidratación. La bomba de alimentación de lodos se puede detener cuando el nivel de lodos es demasiado alto y el mezclador se detiene cuando el nivel es bajo.
Renovación de la sala de deshidratación de lodos
Hasta ahora se utilizaba un secador de cinta para el tratamiento de lodos. Después de la actualización, el secador de banda original cumplió con los requisitos de capacidad de deshidratación de lodos, pero los problemas de olores asociados con los lodos no se pudieron abordar adecuadamente. Por lo tanto, se introducen máquinas deshidratadoras centrífugas para reemplazar el secador de cinta. Se diseñan cuatro máquinas deshidratadoras decantadoras de espiral horizontal, tres en uso y una de respaldo, que trabajan durante 12 horas diarias. Cada máquina tiene una capacidad (Q) de 60 m³/h y una potencia (N) de 66 kW.
Sistema de control de olores
Debido a la disponibilidad limitada de terreno en esta planta de tratamiento de aguas residuales, el proyecto adoptó-un tratamiento de olores descentralizado en el sitio, con seis ubicaciones designadas:
1. Sistema de control de olores 1: Apunta a los olores del área de pretratamiento mediante un sistema desodorizante basado en una planta-con una capacidad de 6200 m³/h.
2. Sistema de Control de Olores 2: Diseñado para la sala de deshidratación de lodos y tanque de almacenamiento de lodos, con un sistema de desodorización basado en planta-con capacidad de 4.500 m³/h.
3. Sistema de control de olores 3: Se enfoca en los olores de los tanques anaeróbicos/anóxicos. Cada tanque tiene una capacidad total de tratamiento de 13.000 m³/h. Debido a las limitaciones de espacio en la sala donde se encuentran los tanques, se instalaron dos sistemas de control de olores por biofiltración, cada uno con una capacidad de 6.500 m³/h, en dos salas separadas en la estructura del tanque. Las dos unidades comparten una única chimenea de escape y pueden funcionar de forma independiente.
4. Equipo de Control Biológico de Olores 4: Diseñado para dos estructuras integradas de MBR, con dos unidades de biofiltración instaladas encima de los tanques aeróbicos, tratando olores a una capacidad total de 43.000 m³/h para ahorrar espacio.
Discusión sobre conceptos de diseño ecológico en el diseño de plantas de aguas residuales
1. AquaSust utiliza una variedad de plantas para crear configuraciones de plantas de múltiples-capas y múltiples-formas para demostrar el impacto ecológico de la comunidad vegetal.
En segundo lugar, la planta está ubicada en el centro de la zona educativa y colocamos una fuente de agua de cerámica en su entrada principal. El agua tratada se reutiliza en paisajismo para mejorar la conciencia de la gente sobre la conservación del agua y la protección del medio ambiente.
2. En términos de diseño de paisajes y espacios verdes, nuestro tema de "ahorrar recursos y proteger el medio ambiente" es consistente con el concepto de desarrollo de bajo-impacto de "ciudad esponja". Las iniciativas innovadoras de AquaSust incluyen techos verdes, zonas verdes verticales y estacionamientos ecológicos.
También cubrimos la zanja de oxidación con tierra para crear un "mini parque" urbano que refleje la belleza ecológica y la armonía entre el hombre y la naturaleza. El concepto de "ciudad esponja" puede utilizarse como material de aislamiento térmico para edificios y reducir el escurrimiento de los tejados y la contaminación.
Resultados del tratamiento de la calidad del agua
Después del proyecto de mejora de la calidad, la planta de tratamiento de aguas residuales mejorada comenzó oficialmente a operar en diciembre de 2016. La calidad promedio del agua de entrada y salida de enero a diciembre de 2017 se muestra en la Tabla 2.
Resumen del análisis integral de beneficios
Ahorro de tierras
El proyecto cubre un área total de 34.991,54 m², con un indicador de uso de suelo-de 0,25 m²/(m³∙d), sólo el 25-30% de los 0,80–0,95 m²/(m³·d) especificados en los *Estándares para la Construcción de Proyectos de Ingeniería de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas* de 2001 para procesos bioquímicos secundarios + tratamiento avanzado, ahorrando más de 77.000 m² de terreno y aproximadamente 170 millones de CNY.
Ahorro de energía
El consumo de electricidad de las aguas residuales tratadas del proyecto es de 0,46 kWh/m³, en comparación con 0,50-0,60 kWh/m³ en las plantas domésticas existentes con procesos de tratamiento de membrana, lo que representa un nivel de consumo de energía -bajo razonable. El ahorro anual de energía asciende a al menos 2 millones de kWh, con ahorros en costos de electricidad de aproximadamente 1,6 millones de CNY.
Conservación del agua
El efluente del proyecto, después de un tratamiento avanzado, puede reutilizarse opcionalmente como agua del lago durante el otoño y el invierno, lo que reduce la dependencia del agua del grifo. De manera conservadora, este enfoque ahorra alrededor de 4 millones de m³ de agua al año.
Ahorro de materiales
El diseño reutiliza las instalaciones existentes (por ejemplo, caseta de vigilancia, edificio principal, área de pretratamiento, zanjas de oxidación, sala de deshidratación de lodos y sala de control central), ahorrando alrededor de 80 millones de CNY en inversiones. El uso de PAC y fuentes de carbono se mantiene por debajo de 30 mg/L, en comparación con alrededor de 50 mg/L en proyectos similares, ahorrando aproximadamente 20 mg/L. Los ahorros anuales en PAC y fuentes de carbono suman alrededor de 1.000 toneladas o 2,5 millones de CNY.
Beneficios ambientales
La mejora de la calidad reduce significativamente los contaminantes vertidos a los ríos. A una escala de tratamiento de 140.000 m³/d, se estima reducir los contaminantes en las siguientes cantidades anuales: CODCr en 13.100 t, DBO5 en 4.740 t, SS en 8.320 t, TN en 960 t y TP en 140 t.
Beneficios del paisaje ecológico
El proyecto proporciona-reducción de olores y ruidos a gran escala para la planta y, al mismo tiempo, mejora el paisaje general de la planta, transformándola en un jardín urbano que mejora enormemente la calidad de vida de los residentes cercanos.
Conclusión
AquaSust completó el proyecto de tratamiento de aguas residuales de la planta mediante el proceso "AAO + MBR" basado en el concepto de tratamiento de aguas residuales verde, circular y bajo-carbono.
A pesar de desafíos como la tierra limitada, la sensibilidad ambiental y los estrictos estándares de emisiones, los datos operativos muestran que hemos logrado con éxito los múltiples objetivos. Estos incluyen mejorar los estándares de tratamiento del agua, reciclar y reutilizar las aguas residuales, optimizar la reducción de olores y ruido, así como mejorar el paisaje general.