Histórico do projeto
A estação de tratamento de águas residuais urbanas (ETAR) ocupa uma área de 35.000 m² e foi originalmente construída numa zona suburbana rodeada de viveiros de peixes e espaços abertos. Com o desenvolvimento da urbanização, está agora localizada numa zona residencial e comercial densamente povoada. O odor do esgoto e o ruído da usina afetam significativamente os moradores próximos.
A planta foi originalmente projetada para tratar uma vazão de esgoto de 140 mil m³/dia. A qualidade do seu efluente deve atender à Classe 1B do "Padrão de Descarga de Poluentes para Estações de Tratamento de Águas Residuais Urbanas" da China (GB 18918-2002).
Antes de ser bombeado para a unidade de tratamento, o efluente passa por um tratamento preliminar através de uma peneira grossa, uma peneira média e uma peneira fina. O tratamento primário inclui uma câmara de areia arejada, seguido de tratamento secundário através de uma vala de oxidação e um clarificador secundário. Por fim, o esgoto é descarregado em um poço externo através de uma tubulação de 1 metro de diâmetro, de onde flui para uma rede de bueiros tipo caixa fechada.
Atualizando o Plano de Design
Metas de escala e qualidade de efluentes
Com base em estudos de viabilidade, a capacidade da estação permanece em 140 mil m³/dia, com o excesso de águas residuais desviado para uma estação elevatória para transferência para outra estação de tratamento. O efluente não só é despejado nos rios, mas também reutiliza a água em lagos próximos. Portanto, o efluente deve estar em conformidade com a Classe 1A da GB 18918-2002 e com os "Padrões de qualidade da água para reutilização de águas residuais urbanas em águas ambientais paisagísticas" (GB/T 18921-2002). Além disso, para evitar a eutrofização em lagos, o efluente deve atender aos padrões de Classe IV do “Padrão de Qualidade de Águas Superficiais” (GB 3838-2002).
Projeto de Fluxo de Processo
O projeto selecionou um processo “AAO + MBR” para a modernização da planta. O processo de tratamento de lodo usa uma máquina de desidratação centrífuga para reduzir o teor de umidade do lodo para menos de 80%, e a areia e o lodo são enviados para o centro municipal de tratamento de lodo da cidade.
Para determinar as condições ideais e os parâmetros operacionais, simulações abrangentes foram realizadas usando o software Biowin baseado em um Modelo de Digestão de Lodo Ativado (ASDM), com consumo minimizado de energia e produtos químicos.
Projeto geral
A fábrica possui uma área limitada de cerca de 33.000 m². Mantivemos as estruturas existentes, como o edifício de administração e controle. As estruturas de produção que não atendiam aos padrões de esgoto ou de construção, como pré-tratamento, vala de oxidação, área de desidratação de lodo e sala de controle, foram modernizadas em graus variados.
Por exemplo, construímos uma unidade MBR para substituir o clarificador secundário, integrando funções como tanques aeróbicos, tanques de membrana, salas de sopradores e salas de dosagem de produtos químicos, além de tanques de desinfecção. Esses dispositivos elevam seu esgoto aos padrões de descarte de água reciclada.
Principais parâmetros de projeto de estruturas
Modificações pré{0}}do tratamento
1) Telas grosseiras
Dimensões: 5,6 m x 8,1 m, altura: 4,9 m
Canais: 3, substituindo as peneiras grossas existentes de 50 mm por peneiras rotativas de 20 mm
Largura do canal: 1,9 m, profundidade da água antes da tela: 0,95 m, ângulo de instalação: 70 graus, folga da tela: 20 mm
2) Telas médias
Dimensões: 5,8 mx 10,1 m, altura: 4,9 m
Canais: 4, atualizando as máquinas de peneira de 15 mm para peneiras rotativas de 6 mm
Largura do canal: 1,9 m, profundidade da água antes da tela: 0,70 m, ângulo de instalação: 70 graus, folga da tela: 5 mm
3) Telas Finas
Dimensões: 7,1 m x 11,15 m, altura: 1,5 m
Atualização de peneiras rotativas de 6 mm para peneiras de placas perfuradas de 3 mm, mantendo os canais existentes
Largura do canal: 2,1 m, profundidade da água antes da tela: 1,5 m, folga da tela: 3 mm
Equipado com 4 telas de placas perfuradas (1,5 kW cada) e 2 bombas de retrolavagem com vazão de 36 m³/h cada4) Modificações da tela de membrana
A sala de bombas de retorno de lodo original foi reaproveitada como sala de tela de membrana. As dimensões da tela fina são 6,1 m × 8,8 m com altura de 2,2 m. Estão instaladas quatro telas de membrana, sendo três operacionais e uma em espera, cada uma com potência de 1,5 kW. Cada canal tem largura de 1,4 m, profundidade de água antes da tela de 1,1 m e folga da tela de 1 mm. São fornecidas duas bombas de retrolavagem, cada uma com vazão de 36 m³/h e potência de 15 kW, com tempos de operação definidos para uma proporção de abertura-para-parada de 1:2–1:4.
Modificações na vala de oxidação
As duas valas de oxidação existentes foram modificadas em tanques anaeróbicos-anóxicos, cada um com vazão projetada de 70.000 m³/dia. A seção anaeróbica tem tempo de retenção de 1,0 hora, enquanto a seção anóxica tem tempo de retenção de 2,7 horas, com profundidade efetiva de água de 3,9 m. Cada tanque anaeróbico é equipado com seis misturadores submersíveis de alta-velocidade com potência de 3,7 kW, enquanto cada tanque anóxico possui doze misturadores-submersíveis de baixa velocidade com potência de 2,3 kW. A taxa de retorno de lodo dos tanques anóxicos para os anaeróbicos varia de 100% a 200%.
Estrutura Abrangente do MBR
Os quatro clarificadores secundários existentes foram substituídos por duas novas estruturas MBR (Biorreator de Membrana), cada uma com capacidade projetada de 70.000 m³/dia. As dimensões de cada unidade MBR são 82,34 m × 38,18 m e incluem os seguintes componentes:
1) Tanque Aeróbico
Dimensões: 37,70 m × 36,25 m com profundidade efetiva de água de 6,0 m
Tempo de retenção: 2,4 horas, equipado com 1.216 aeradores tubulares por tanque (2.432 no total em ambos os tanques)
Cada aerador tem vazão de ar de 7,2 m³/h, e a taxa de retorno do lodo do tanque aeróbico para o anóxico é de 300%.
2) Tanque de membrana MBR
Dimensões totais por tanque: 45,46 m × 31,85 m, incluindo distribuição, membrana, canais de retorno e tanques de limpeza
Profundidade do tanque de membrana: 5 m com uma profundidade efetiva de água de 3,7 m
Canal de distribuição: 39,6 m × 2,1 m, canal de retorno: 39,6 m × 1,5 m
Tanque de membrana dividido em oito células, cada uma com 26,65 m × 4,6 m, com três células de limpeza para limpeza com água, ácido e alcalino
Cada tanque possui oito fileiras, seis com dez módulos de membrana de fibra oca PVDF e duas com nove módulos
A capacidade projetada por módulo de membrana é de 897,5 m³/dia, com fluxo de 17,81 L/(m³·h) e taxa de aeração de 849,6 Nm³/min, mantendo uma relação ar-para{4}}água de 8,7:1
A taxa de retorno do lodo do tanque de membrana para o tanque aeróbio é de 400%.
3) Sala da bomba de retorno de lodo
Duas salas de bombas, cada uma com 10,9 m × 8,51 m, com oito bombas de retorno
Quatro bombas transferem o lodo da membrana para o tanque aeróbio (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Quatro bombas retornam o lodo do tanque aeróbico para o tanque anóxico (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Sala de Equipamentos Abrangente
Estrutura de-aço-de dois andares + estrutura, 44,5 m × 6,61 m
Piso superior: sala de controle do sistema MBR e instalações de dosagem de hipoclorito de sódio e ácido cítrico
Piso inferior: 9 bombas de água (8 em uso, 1 como reserva, frequência variável, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) e 4 bombas de lodo (3 em uso, 1 em espera, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Sala do soprador
Construído acima do tanque aeróbico, dimensões de cada sala de ventilação: 38,46 m × 7,8 m
Cada sala possui três sopradores de aeração (um grande e dois pequenos, intercambiáveis para redundância)
Soprador grande: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Soprador pequeno: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Quatro sopradores de membrana (dois grandes e dois pequenos, com redundância entre um soprador grande e dois pequenos)
Soprador grande: Q=213 m³/min, H=4.5 m, N=223 kW
Soprador pequeno: Q=106.5 m³/min, H=4.5 m, N=112 kW
Tanque de contato de desinfecção/sala de dosagem/sala de bombas de elevação de efluentes
O tanque de contato de desinfecção, sala de dosagem e sala de bombas elevatórias de efluentes são reunidos em uma única estrutura com capacidade de 140 mil m³/dia. O tanque de contato para desinfecção tem área total de 25,05 m × 23,35 m, com altura de 4,9 m e profundidade efetiva de 4,0 m, resultando em um volume efetivo de 2.300 m³. O tempo de contato é de 23,66 minutos, com acréscimo de 7,12 minutos na tubulação de efluente, totalizando um tempo de contato de 30,78 minutos. Quatro bombas submersíveis estão instaladas (3 operacionais, 1 reserva), cada uma com Q=2.000 m³/h, H=16 m e N=132 kW.
A sala de dosagem, localizada acima do tanque de desinfecção, utiliza dióxido de cloro como desinfetante a 8 mg/L. O cloreto de polialumínio sólido (PAC) é dosado a uma taxa máxima de 30 mg/L para remoção química de fósforo, e o acetato de sódio é usado como fonte externa de carbono para aumentar a remoção de TN, com uma taxa de dosagem máxima de 30 mg/L.
Tanque de armazenamento de lodo
O tanque de armazenamento de lodo recém-construído é um tanque subterrâneo de concreto armado com uma área útil de 9,0 m × 9,0 me uma profundidade efetiva de água de 5 m, proporcionando um volume efetivo de 405 m³. Um misturador submersível é instalado dentro do tanque para garantir um desempenho de desidratação estável, misturando durante a desidratação do lodo. O tanque também é equipado com um medidor ultrassônico de nível de lodo, permitindo a exibição-em tempo real do volume de lodo tanto na sala de controle central quanto na área de desidratação. A bomba de lodo de alimentação pode ser parada quando o nível de lodo estiver muito alto e o misturador para quando o nível estiver baixo.
Renovação da sala de desidratação de lamas
Anteriormente, um secador de esteira era usado para tratamento de lodo. Após a atualização, o secador de correia original atendeu aos requisitos de capacidade de desidratação de lodo, mas os problemas de odor associados ao lodo não puderam ser resolvidos de forma adequada. Portanto, máquinas centrífugas de desidratação são introduzidas para substituir o secador de correia. Foram projetadas quatro máquinas de desaguamento com decantação espiral horizontal, sendo três em uso e uma como reserva, trabalhando 12 horas por dia. Cada máquina tem capacidade (Q) de 60 m³/h e potência (N) de 66 kW.
Sistema de controle de odores
Devido à disponibilidade limitada de terreno nesta estação de tratamento de águas residuais, o projeto adotou-tratamento descentralizado de odores no local, com seis locais designados:
1. Sistema de controle de odores 1: combate os odores da área de pré-tratamento, usando um sistema de desodorização-baseado em planta com capacidade de 6.200 m³/h.
2. Sistema de controle de odor 2: Projetado para sala de desidratação de lodo e tanque de armazenamento de lodo, com sistema de desodorização-baseado em planta com capacidade de 4.500 m³/h.
3. Sistema de Controle de Odores 3: Visa os odores dos tanques anaeróbicos/anóxicos. Cada tanque tem capacidade total de tratamento de 13 mil m³/h. Devido às limitações de espaço na sala que abriga os tanques, dois sistemas de controle de odor de biofiltração, cada um com capacidade de 6.500 m³/h, são instalados em duas salas separadas na estrutura do tanque. As duas unidades compartilham uma única chaminé de exaustão e podem operar de forma independente.
4. Equipamento Biológico de Controle de Odores 4: Projetado para duas estruturas integradas MBR, com duas unidades de biofiltração instaladas no topo dos tanques aeróbios, tratando odores com capacidade total de 43.000 m³/h para economia de espaço.
Discussão sobre conceitos de design verde em projetos de estações de águas residuais
1. AquaSust usa uma variedade de plantas para criar configurações de plantas com múltiplas-camadas e{2}}formas para demonstrar o impacto ecológico da comunidade vegetal.
Em segundo lugar, a fábrica está localizada no centro da zona educacional e montamos um elemento de água em cerâmica na sua entrada principal. A água tratada é reutilizada em paisagismo para aumentar a conscientização das pessoas sobre a conservação da água e a proteção ambiental.
2. Em termos de projeto paisagístico e de espaços verdes, nosso tema de "economizar recursos e proteger o meio ambiente" é consistente com o conceito de desenvolvimento de baixo-impacto da "cidade esponja". As iniciativas inovadoras da AquaSust incluem telhados verdes, vegetação vertical e estacionamentos ecológicos.
Cobrimos também a vala de oxidação com terra para criar um “mini parque” urbano que reflete a beleza ecológica e a harmonia entre o homem e a natureza. O conceito de "cidade esponja" pode ser usado como material de isolamento térmico para edifícios e reduzir o escoamento e a poluição dos telhados.
Resultados do tratamento da qualidade da água
Após o projecto de melhoria da qualidade, a estação de tratamento de águas residuais melhorada começou oficialmente a funcionar em Dezembro de 2016. A qualidade média da água de entrada e saída de Janeiro a Dezembro de 2017 é apresentada na Tabela 2.
Resumo da análise abrangente de benefícios
Poupança de terras
O projeto cobre uma área total de 34.991,54 m², com um indicador de uso-do solo de 0,25 m²/(m³∙d), apenas 25-30% dos 0,80–0,95 m²/(m³·d) especificados nas *Normas para Construção de Projetos de Engenharia de Tratamento de Esgoto Urbano* de 2001 para processos bioquímicos secundários + tratamento avançado, economizando mais de 77.000 m² de terreno e aproximadamente 170 milhões de CNY.
Economia de energia
O consumo de eletricidade de esgoto tratado do projeto é de 0,46 kWh/m³, em comparação com 0,50–0,60 kWh/m³ em plantas domésticas existentes com processos de tratamento por membrana, representando um nível razoavelmente baixo-de consumo de energia. A poupança anual de energia ascende a pelo menos 2 milhões de kWh, com poupanças nos custos de eletricidade de aproximadamente 1,6 milhões de CNY.
Conservação da Água
O efluente do projeto, após tratamento avançado, pode ser reutilizado opcionalmente como água do lago durante o outono e o inverno, reduzindo a dependência da água da torneira. Esta abordagem economiza cerca de 4 milhões de m³ de água anualmente.
Economia de materiais
O projeto reutiliza instalações existentes (por exemplo, guarita, edifício principal, área de pré-tratamento, valas de oxidação, sala de desidratação de lodo e sala de controle central), economizando cerca de 80 milhões de CNY em investimentos. O uso de PAC e fontes de carbono permanece abaixo de 30 mg/L, em comparação com cerca de 50 mg/L em projetos semelhantes, economizando aproximadamente 20 mg/L. A economia anual em PAC e fontes de carbono totaliza cerca de 1.000 toneladas ou 2,5 milhões de CNY.
Benefícios Ambientais
A melhoria da qualidade reduz significativamente os poluentes lançados nos rios. Numa escala de tratamento de 140.000 m³/d, estima-se a redução de poluentes nas seguintes quantidades anuais: CODCr em 13.100 t, BOD5 em 4.740 t, SS em 8.320 t, TN em 960 t e TP em 140 t.
Benefícios da paisagem ecológica
O projeto proporciona-redução total de odores e ruídos para a planta e, ao mesmo tempo, melhora o paisagismo geral da planta, transformando-a em um jardim urbano que melhora muito a qualidade de vida dos moradores próximos.
Conclusão
A AquaSust concluiu o projeto de tratamento de águas residuais da estação através do processo "AAO + MBR" baseado no conceito de tratamento de águas residuais verde, circular e de baixo-carbono.
Apesar de desafios como terras limitadas, sensibilidade ambiental e padrões rigorosos de emissões, os dados operacionais mostram que atingimos com sucesso os múltiplos objetivos. Estas incluem a melhoria dos padrões de tratamento de água, a reciclagem e reutilização de águas residuais, a otimização da redução de odores e de ruído, bem como a melhoria da paisagem geral.