Projekthintergrund
Die städtische Kläranlage (WWTP) umfasst eine Fläche von 35.000 m² und wurde ursprünglich in einem Vorstadtgebiet umgeben von Fischteichen und Freiflächen errichtet. Mit der Entwicklung der Urbanisierung liegt es heute in einem dicht besiedelten Wohn- und Gewerbegebiet. Der Abwassergeruch und der Lärm der Anlage beeinträchtigen die Anwohner erheblich.
Die Anlage war ursprünglich für die Behandlung eines Abwasserdurchsatzes von 140.000 m³/Tag ausgelegt. Seine Abwasserqualität muss der Klasse 1B des chinesischen „Pollutant Discharge Standard for Urban Wastewater Treatment Plants“ (GB 18918-2002) entsprechen.
Bevor das Abwasser zur Kläranlage gepumpt wird, wird es einer Vorbehandlung durch ein Grobsieb, ein Mittelsieb und ein Feinsieb unterzogen. Die Primärbehandlung umfasst eine belüftete Sandkammer, gefolgt von einer Sekundärbehandlung über einen Oxidationsgraben und ein Sekundärklärbecken. Schließlich wird das Abwasser über ein Rohr mit einem Durchmesser von 1 Meter in einen externen Brunnen abgeleitet, von wo aus es in ein geschlossenes Durchlassnetz fließt.
Aktualisierung des Designplans
Maßstabs- und Abwasserqualitätsziele
Basierend auf Machbarkeitsstudien bleibt die Kapazität der Anlage bei 140.000 m³/Tag, wobei überschüssiges Abwasser zu einer Pumpstation zur Weiterleitung an eine andere Kläranlage umgeleitet wird. Das Abwasser wird nicht nur in Flüsse eingeleitet, sondern auch in nahegelegenen Seen wiederverwendet. Daher muss das Abwasser sowohl der Klasse 1A von GB 18918-2002 als auch den „Wasserqualitätsstandards für die Wiederverwendung von städtischem Abwasser in Landschaftswasser“ (GB/T 18921-2002) entsprechen. Um eine Eutrophierung in Seen zu verhindern, muss das Abwasser außerdem den Standards der Klasse IV gemäß dem „Surface Water Quality Standard“ (GB 3838-2002) entsprechen.
Prozessablaufdesign
Für die Anlagenmodernisierung wählte das Projekt ein „AAO + MBR“-Verfahren. Bei der Schlammbehandlung kommt eine Zentrifugalentwässerungsmaschine zum Einsatz, um den Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms auf unter 80 % zu senken. Sand und Schlamm werden dann zum städtischen Schlammbehandlungszentrum geschickt.
Um optimale Bedingungen und Betriebsparameter zu ermitteln, wurden umfassende Simulationen mit der Biowin-Software auf Basis eines Belebtschlamm-Vergärungsmodells (ASDM) mit minimiertem Energie- und Chemikalienverbrauch durchgeführt.
Gesamtdesign
Das Werk verfügt über eine begrenzte Fläche von ca. 33.000 m². Die bestehenden Strukturen wie das Verwaltungs- und Kontrollgebäude haben wir beibehalten. Produktionsstrukturen, die nicht den Abwasser- oder Baustandards entsprachen, wie Vorbehandlung, Oxidationsgraben, Schlammentwässerungsbereich und Kontrollraum, wurden in unterschiedlichem Maße modernisiert.
Beispielsweise haben wir eine MBR-Einheit gebaut, um das Nachklärbecken zu ersetzen und Funktionen wie Aerobic-Tanks, Membrantanks, Gebläseräume und Chemikaliendosierräume sowie Desinfektionstanks zu integrieren. Diese Geräte bringen das Abwasser auf die Einleitungsnormen für recyceltes Wasser.
Wichtige Entwurfsparameter von Strukturen
Modifikationen vor der Behandlung
1) Grobe Siebe
Abmessungen: 5,6 m x 8,1 m, Höhe: 4,9 m
Kanäle: 3, wobei die vorhandenen 50-mm-Grobsiebe durch 20-mm-Rotationssiebe ersetzt werden
Kanalbreite: 1,9 m, Wassertiefe vor Sieb: 0,95 m, Einbauwinkel: 70 Grad, Siebspalt: 20 mm
2) Mittlere Bildschirme
Abmessungen: 5,8 m x 10,1 m, Höhe: 4,9 m
Kanäle: 4, Aufrüstung der 15-mm-Siebmaschinen auf 6-mm-Rotationssiebe
Kanalbreite: 1,9 m, Wassertiefe vor Sieb: 0,70 m, Einbauwinkel: 70 Grad, Siebspalt: 5 mm
3) Feinsiebe
Abmessungen: 7,1 m x 11,15 m, Höhe: 1,5 m
Umrüstung von 6-mm-Rotationssieben auf 3-mm-Lochplattensiebe unter Beibehaltung der vorhandenen Kanäle
Kanalbreite: 2,1 m, Wassertiefe vor Sieb: 1,5 m, Siebspalt: 3 mm
Ausgestattet mit 4 Lochplattensieben (je 1,5 kW) und 2 Rückspülpumpen mit einer Förderleistung von je 36 m³/h4) Membransiebmodifikationen
Der ursprüngliche Pumpenraum für die Schlammrückführung wurde als Membransiebraum umfunktioniert. Die Abmessungen des Feinsiebs betragen 6,1 m × 8,8 m bei einer Höhe von 2,2 m. Es sind vier Membransiebe installiert, davon drei in Betrieb und eines im Standby-Modus, jeweils mit einer Leistung von 1,5 kW. Jeder Kanal hat eine Breite von 1,4 m, eine Wassertiefe vor dem Sieb von 1,1 m und einen Siebspalt von 1 mm. Es sind zwei Rückspülpumpen mit einer Förderleistung von jeweils 36 m³/h und einer Leistung von 15 kW vorgesehen, deren Betriebszeiten auf ein Öffnungs-zu-Stopp-Verhältnis von 1:2–1:4 eingestellt sind.
Modifikationen des Oxidationsgrabens
Die beiden vorhandenen Oxidationsgräben wurden zu anaerob-anoxischen Tanks mit einer geplanten Durchflussrate von jeweils 70.000 m³/Tag umgebaut. Der anaerobe Abschnitt hat eine Verweilzeit von 1,0 Stunden, während der anoxische Abschnitt eine Verweilzeit von 2,7 Stunden hat, bei einer effektiven Wassertiefe von 3,9 m. Jedes anaerobe Becken ist mit sechs schnelllaufenden Tauchrührwerken mit einer Leistung von 3,7 kW ausgestattet, während jedes anoxische Becken mit zwölf langsam laufenden Tauchrührwerken mit einer Leistung von 2,3 kW ausgestattet ist. Das Schlammrückführungsverhältnis vom anoxischen zum anaeroben Becken liegt zwischen 100 % und 200 %.
Umfassende MBR-Struktur
Die vier bestehenden Nachklärbecken wurden durch zwei neue MBR-Strukturen (Membrane-Bioreaktor) mit einer Auslegungskapazität von jeweils 70.000 m³/Tag ersetzt. Die Abmessungen jeder MBR-Einheit betragen 82,34 m × 38,18 m und umfassen die folgenden Komponenten:
1) Aerobic-Tank
Abmessungen: 37,70 m × 36,25 m mit einer effektiven Wassertiefe von 6,0 m
Verweilzeit: 2,4 Stunden, ausgestattet mit 1.216 Rohrbelüftern pro Tank (insgesamt 2.432 in beiden Tanks)
Jeder Belüfter hat einen Luftdurchsatz von 7,2 m³/h und die Schlammrückführungsrate vom aeroben in den anoxischen Tank beträgt 300 %.
2) MBR-Membrantank
Gesamtabmessungen pro Tank: 45,46 m × 31,85 m, inklusive Verteilung, Membran, Rücklaufkanälen und Reinigungstanks
Tiefe des Membrantanks: 5 m bei einer effektiven Wassertiefe von 3,7 m
Verteilerkanal: 39,6 m × 2,1 m, Rücklaufkanal: 39,6 m × 1,5 m
Membrantank unterteilt in acht Zellen, jeweils 26,65 m × 4,6 m, mit drei Reinigungszellen für die Wasser-, Säure- und Alkalireinigung
Jeder Tank besteht aus acht Reihen, sechs mit zehn PVDF-Hohlfasermembranmodulen und zwei mit neun Modulen
Die Auslegungskapazität pro Membranmodul beträgt 897,5 m³/Tag, mit einem Durchfluss von 17,81 l/(m³·h) und einer Belüftungsrate von 849,6 Nm³/min, wodurch ein Luft-Wasser-Verhältnis von 8,7:1 aufrechterhalten wird
Die Schlammrücklaufrate vom Membranbecken zum Aerobicbecken beträgt 400 %.
3) Schlammrücklaufpumpenraum
Zwei Pumpenräume, jeweils 10,9 m × 8,51 m, mit acht Rückförderpumpen
Vier Pumpen transportieren Schlamm von der Membran zum Aerobic-Tank (Q=2,910 m³/h, H=0.5 m, N=18.5 kW)
Vier Pumpen fördern den Schlamm vom aeroben in den anoxischen Tank (Q=2,190 m³/h, H=3.0 m, N=37 kW)
4) Umfassender Geräteraum
Zweigeschossige Stahlbeton- und Rahmenkonstruktion, 44,5 m × 6,61 m
Obergeschoss: Kontrollraum der MBR-Anlage und Dosieranlagen für Natriumhypochlorit und Zitronensäure
Untergeschoss: 9 Wasserpumpen (8 im Einsatz, 1 als Backup, variable Frequenz, Q=493 m³/h, H=11–13 m, N=22 kW) und 4 Schlammpumpen (3 im Einsatz, 1 im Standby-Modus, Q=80 m³/h, H=20 m, N=11 kW)
5) Gebläseraum
Über dem Aerobic-Tank gebaut, Abmessungen jedes Gebläseraums: 38,46 m × 7,8 m
Jeder Raum verfügt über drei Belüftungsgebläse (ein großes und zwei kleine, aus Redundanzgründen austauschbar).
Großes Gebläse: Q=146 m³/m, H=7.5 m, N=223 kW
Kleines Gebläse: Q=73 m³/m, H=7.5 m, N=112 kW
Vier Membrangebläse (zwei große und zwei kleine, mit Redundanz zwischen einem großen und zwei kleinen Gebläsen)
Großes Gebläse: Q=213 m³/min, H=4.5 m, N=223 kW
Kleines Gebläse: Q=106.5 m³/min, H=4.5 m, N=112 kW
Desinfektionskontakttank / Dosierraum / Abwasserhebepumpenraum
Der Desinfektionskontaktbehälter, der Dosierraum und der Abwasserhebepumpenraum sind in einem einzigen Gebäude mit einer Kapazität von 140.000 m³/Tag zusammengefasst. Der Desinfektionskontaktbehälter hat eine Gesamtgrundfläche von 25,05 m × 23,35 m, bei einer Höhe von 4,9 m und einer Nutztiefe von 4,0 m, was zu einem Nutzvolumen von 2.300 m³ führt. Die Kontaktzeit beträgt 23,66 Minuten, mit zusätzlichen 7,12 Minuten im Abflussrohr, was einer Gesamtkontaktzeit von 30,78 Minuten entspricht. Es sind vier Tauchpumpen installiert (drei in Betrieb, eine im Standby-Modus) mit jeweils Q=2.000 m³/h, H=16 m und N=132 kW.
Der über dem Desinfektionstank befindliche Dosierraum verwendet Chlordioxid als Desinfektionsmittel mit 8 mg/L. Festes Polyaluminiumchlorid (PAC) wird mit einer maximalen Dosierung von 30 mg/L zur chemischen Phosphorentfernung dosiert, und Natriumacetat wird als externe Kohlenstoffquelle zur Verbesserung der TN-Entfernung verwendet, mit einer maximalen Dosierung von 30 mg/L.
Schlammlagertank
Der neu errichtete Schlammspeicher ist ein unterirdischer Stahlbetontank mit einer Grundfläche von 9,0 m × 9,0 m und einer effektiven Wassertiefe von 5 m, was einem effektiven Volumen von 405 m³ entspricht. Im Inneren des Tanks ist ein Tauchrührwerk installiert, das durch Mischen während der Schlammentwässerung eine stabile Entwässerungsleistung gewährleistet. Der Tank ist außerdem mit einem Ultraschall-Schlammfüllstandsmesser ausgestattet, der eine Echtzeitanzeige des Schlammvolumens sowohl im zentralen Kontrollraum als auch im Entwässerungsbereich ermöglicht. Die Förderschlammpumpe kann gestoppt werden, wenn der Schlammpegel zu hoch ist, und der Mischer stoppt, wenn der Pegel niedrig ist.
Renovierung des Schlammentwässerungsraums
Bisher wurde zur Schlammbehandlung ein Bandtrockner eingesetzt. Nach der Modernisierung erfüllte der ursprüngliche Bandtrockner die Anforderungen an die Schlammentwässerungskapazität, die mit dem Schlamm verbundenen Geruchsprobleme konnten jedoch nicht angemessen behoben werden. Daher werden Zentrifugalentwässerungsmaschinen eingeführt, um den Bandtrockner zu ersetzen. Es wurden vier horizontale Spiralentwässerungsmaschinen entwickelt, von denen drei im Einsatz sind und eine als Backup dient und 12 Stunden am Tag arbeitet. Jede Maschine hat eine Kapazität (Q) von 60 m³/h und eine Leistung (N) von 66 kW.
Geruchskontrollsystem
Aufgrund der begrenzten Landverfügbarkeit in dieser Kläranlage wurde im Rahmen des Projekts eine dezentrale Geruchsbehandlung vor Ort eingeführt, wobei sechs Standorte festgelegt wurden:
1. Geruchskontrollsystem 1: Bekämpft Gerüche aus dem Vorbehandlungsbereich mithilfe eines pflanzenbasierten Desodorierungssystems mit einer Kapazität von 6.200 m³/h.
2. Geruchskontrollsystem 2: Entwickelt für den Schlammentwässerungsraum und den Schlammlagertank, mit einer Kapazität des pflanzenbasierten Desodorierungssystems von 4.500 m³/h.
3. Geruchskontrollsystem 3: Bekämpft Gerüche aus den anaeroben/anoxischen Tanks. Jeder Tank verfügt über eine Gesamtaufbereitungskapazität von 13.000 m³/h. Aufgrund der Platzbeschränkungen im Raum, in dem sich die Tanks befinden, sind zwei Biofiltrations-Geruchskontrollsysteme mit einer Kapazität von jeweils 6.500 m³/h in zwei separaten Räumen auf der Tankstruktur installiert. Die beiden Einheiten teilen sich einen einzigen Abgaskamin und können unabhängig voneinander betrieben werden.
4. Biologische Geruchskontrollausrüstung 4: Entwickelt für zwei integrierte MBR-Strukturen mit zwei Biofiltrationseinheiten, die oben auf den Aerobic-Tanks installiert sind und Gerüche mit einer Gesamtkapazität von 43.000 m³/h behandeln, um Platz zu sparen.
Diskussion über grüne Designkonzepte bei der Gestaltung von Abwasseranlagen
1. AquaSust verwendet eine Vielzahl von Pflanzen, um vielschichtige, vielgestaltige Pflanzenkonfigurationen zu erstellen, um die ökologischen Auswirkungen der Pflanzengemeinschaft zu demonstrieren.
Zweitens befindet sich die Anlage in der Mitte der Bildungszone und wir haben an ihrem Haupteingang ein keramisches Wasserspiel aufgestellt. Das aufbereitete Wasser wird für die Landschaftsgestaltung wiederverwendet, um das Bewusstsein der Menschen für Wassereinsparung und Umweltschutz zu stärken.
2. Bei der Landschafts- und Grünflächengestaltung steht unser Motto „Ressourcen schonen und Umweltschutz“ im Einklang mit dem Low-Impact-Entwicklungskonzept der „Schwammstadt“. Zu den innovativen Initiativen von AquaSust gehören Gründächer, vertikale Begrünung und umweltfreundliche Parkplätze.
Außerdem bedecken wir den Oxidationsgraben mit Erde, um einen städtischen „Minipark“ zu schaffen, der die ökologische Schönheit und Harmonie zwischen Mensch und Natur widerspiegelt. Das „Schwammstadt“-Konzept kann als Wärmedämmstoff für Gebäude eingesetzt werden und Dachabfluss und Umweltverschmutzung reduzieren.
Ergebnisse der Wasserqualitätsbehandlung
Nach dem Projekt zur Qualitätsverbesserung nahm die modernisierte Kläranlage im Dezember 2016 offiziell den Betrieb auf. Die durchschnittliche Qualität des Zu- und Abflusswassers von Januar bis Dezember 2017 ist in Tabelle 2 dargestellt.
Zusammenfassung der umfassenden Nutzenanalyse
Landeinsparungen
Das Projekt umfasst eine Gesamtfläche von 34.991,54 m², mit einem Landnutzungsindikator von 0,25 m²/(m³·Tag), was nur 25–30 % der 0,80–0,95 m²/(m³·Tag) entspricht, die in den *Standards for Urban Sewage Treatment Engineering Project Construction* von 2001 für sekundäre biochemische + fortschrittliche Behandlungsprozesse festgelegt sind, wodurch über 77.000 m² Land eingespart werden 170 Millionen CNY.
Energieeinsparungen
Der Stromverbrauch des Projekts für gereinigtes Abwasser beträgt 0,46 kWh/m³, verglichen mit 0,50–0,60 kWh/m³ in bestehenden Hausanlagen mit Membranaufbereitungsprozessen, was einem angemessen niedrigen Energieverbrauchsniveau entspricht. Die jährlichen Energieeinsparungen belaufen sich auf mindestens 2 Millionen kWh, die Stromkosteneinsparungen belaufen sich auf ca. 1,6 Millionen CNY.
Wasserschutz
Das Abwasser des Projekts kann nach einer fortgeschrittenen Behandlung optional im Herbst und Winter als Seewasser wiederverwendet werden, wodurch die Abhängigkeit von Leitungswasser verringert wird. Dieser Ansatz spart konservativ etwa 4 Millionen m³ Wasser pro Jahr.
Materialeinsparungen
Bei dem Entwurf werden vorhandene Einrichtungen (z. B. Wachhaus, Hauptgebäude, Vorbehandlungsbereich, Oxidationsgräben, Schlammentwässerungsraum und zentraler Kontrollraum) wiederverwendet, wodurch rund 80 Millionen CNY an Investitionen eingespart werden. Der Einsatz von PAC und Kohlenstoffquellen bleibt unter 30 mg/L, verglichen mit etwa 50 mg/L bei ähnlichen Projekten, wodurch etwa 20 mg/L eingespart werden. Die jährlichen Einsparungen an PAC und Kohlenstoffquellen belaufen sich auf rund 1.000 Tonnen oder 2,5 Millionen CNY.
Vorteile für die Umwelt
Durch die Qualitätsverbesserung wird der Schadstoffeintrag in Flüsse deutlich reduziert. Bei einem Behandlungsmaßstab von 140.000 m³/d wird eine Schadstoffreduzierung um folgende jährliche Mengen geschätzt: CODCr um 13.100 t, BSB5 um 4.740 t, SS um 8.320 t, TN um 960 t und TP um 140 t.
Vorteile der ökologischen Landschaft
Das Projekt sorgt für eine umfassende Geruchs- und Lärmreduzierung der Anlage und verbessert gleichzeitig die gesamte Landschaftsgestaltung der Anlage und verwandelt sie in einen Stadtgarten, der die Lebensqualität der Anwohner erheblich verbessert.
Abschluss
AquaSust hat das Abwasseraufbereitungsprojekt der Anlage mit dem „AAO + MBR“-Verfahren abgeschlossen, das auf dem umweltfreundlichen, zirkulären und kohlenstoffarmen Abwasseraufbereitungskonzept basiert.
Trotz Herausforderungen wie begrenzter Fläche, Umweltsensibilität und strengen Emissionsstandards zeigen die Betriebsdaten, dass wir die vielfältigen Ziele erfolgreich erreicht haben. Dazu gehören die Verbesserung der Wasseraufbereitungsstandards, das Recycling und die Wiederverwendung von Abwasser, die Optimierung der Geruchs- und Lärmreduzierung sowie die Verbesserung der Gesamtlandschaft.