实现低流量季节性限制,避免资本成本

总结

Star下水道污水处理厂是位于博伊西附近的Star Idaho的1.25 MGD膜生物反应器(MBR)市政设施。Star已经发布了总磷(TP)的季节性限制,从5月到9月为0.07毫克/升,其余时间为0.35毫克/升,从2025年4月起生效。在评估了包括资本项目和化学凝固剂在内的满足这一限制的选项后,该设施选择将Neo WaterFX 300直接注入MBR系统。万博手机版manbetx从2018年5月到2019年7月,WaterFX 300的平均剂量为20-25加仑/天。使用WaterFX 300后,出水TP降至0.07 mg/L以下,出水总悬浮物(TSS)和浊度也有所降低。因此,该设施继续满足污水TP限值要求,并避免了大约520万美元的三级过滤额外设备安装费用。

图1。星下水道MBR系统

Star Sewar案例研究星下水道MBR系统

2017年试点试验

Star下水道是一个1.25 MGD的城市污水处理厂,其整体MBR流程如图1和2所示。历史上,在这个过程中没有使用过混凝剂。在没有添加化学添加剂或三级过滤的情况下,该工厂优化了MBR工艺,并于2017年在以下出水条件下运行。

表1。2017中试前的出水情况

工厂废水 2017年平均
BOD(毫克/升) 6.4
TSS(毫克/升) 9.2
氨氮(mg/L) 2.0
总氮量N (mg/L) 6.0
总磷(mg/L) 1.1

Star的总磷(TP)最终排放限值为0.07 mg/L,该限值于2015年在NPDES许可证中颁发,将于2025年4月1日生效。Star最初研究了使用两种化学物质的4种场景。

  • 第一种方案是安装三级过滤系统,在过滤器之前添加硫酸铝(明矾),以去除MBR工艺之外的磷酸盐
  • 第二个方案是安装三级过滤系统,并在过滤器前添加WaterFX 300以去除MBR工艺之外的磷酸盐
  • 第三种方案是直接向MBR中添加明矾,以去除MBR内的磷酸盐
  • 第四个方案是将WaterFX 300直接添加到MBR中,以去除MBR内的磷酸盐
Star Sewar案例研究2017中试前的出水情况 Star Sewar案例研究2017中试前的出水情况 Star Sewar案例研究2017中试前的出水情况

图2。试点试验图片

试验研究测量了化学剂量与流出物P、污泥生成/处理成本、化学成本、资本成本、电力成本和劳动力的所有4种情况。结果值在20年的生命周期内进行了比较,见表2。

试验结果

表2。试点试验结果

场景1:明矾和三级过滤器 场景2:WaterFX 300和三级过滤器 场景3:MBR中的明矾 场景4:MBR中的WaterFX 300
Sitework 110000美元 110000美元 30000美元 30000美元
建筑 800000美元 800000美元 420000美元 420000美元
化学进料设备(已安装) 100000美元 100000美元 110000美元 110000美元
过滤设备(安装) 1330000美元 1330000美元 - - - - - - - - - - - -
电气/控制 260000美元 260000美元 80000美元 80000美元
一般条件(10%) 260000美元 260000美元 70000美元 70000美元
应急(30%) 860000美元 860000美元 220000美元 220000美元
承包商OH&P (15%) 560000美元 560000美元 140000美元 140000美元
建设小计 4280000美元 4280000美元 1070000美元 1070000美元
软成本(工程和CMS 22%) 950000美元 950001美元 240000美元 240000美元
项目总成本 5230000美元 5230001美元 1310000美元 1310000美元
一年一度的化学物质 30000美元 41000美元 171000美元 151000美元
年度电力 4000美元 4000美元 1000美元 1000美元
一年一度的部分 19000美元 19000美元 7000美元 7000美元
年度劳动 9000美元 9000美元 3000美元 3000美元
每年额外的污泥 2000美元 1000美元 14000美元 6000美元
总共20年的生命周期成本 6510000美元 6710001美元 5230000美元 4670000美元

在初步研究中,向MBR方案中添加的化学物质满足了TP小于0.07 mg/L和TSS小于10 mg/L的预期流出条件;但是,两者的化学剂量要求和相关费用不同。采用工程砂滤的三级过滤系统能够达到规定的TP限值,而布介质三级过滤试验不能达到规定的TP限值。在所有情况下,向MBR中添加化学物质也被证明比安装三级过滤系统去除P的成本要低得多。试验还确定了达到0.07 mg/L的出水TP所需的混凝剂初始体积。

表3。飞行员化学剂量

化学要求
明矾 430

ppmv

WaterFX 300 40 ppmv

从表3中可以看出,WaterFX 300只需要相对于明矾10%的化学体积(ppmv =按体积计算的百万分之一,uL/L,或每百万分之一加仑处理的水所需要的化学物质)。由于化学体积显著降低,WaterFX 300的年成本比明矾的年成本低12%,将出水TP降低到0.07。添加较少化学物质的另一个好处是产生较少的化学污泥,这也作为污泥处理成本计入了生命周期成本。

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WaterFX 300 明矾

图3。Star产生的化学污泥的比较

初步试验最终得出结论,在20年的使用寿命中,直接向MBR系统中添加WaterFX 300是最经济的选择,比明矾节约12%,比添加三级过滤系统节省35%。WaterFX 300证明了与明矾相比的其他优势;pH值调节(碱度的碱添加量较少),凝固点低于明矾,非危险化学品分类,出水条件一致性更高。

2018年全尺寸测试

Star下水道评估的最后阶段是2018年夏天在MBR中进行的全面测试。用水fx 300控制出水TP浓度低于0.07 mg/L,并测量了TP、膜污染、碱度、污泥和出水毒性的相关影响。

从2018年5月开始,WaterFX 300被直接注入到MBR入口流上方。研究发现,WaterFX 300剂量随着时间的推移从最初的平均40 ppmv下降到最终稳定的平均18-22 ppmv,同时继续控制出水TP浓度(见下文图4)。

Star案例研究WaterFX 300剂量(gpd)

图4。WaterFX 300剂量随时间变化

表4。全面成本比较

化学和剂量 年度成本($)
水fx 300剂量40 ppmv 151000美元
水fx 300剂量22 ppmv 83000美元

与试点试验相比,这种化学品使用的差异甚至比表2估计的节省更多。下表5将20年预测中WaterFX 300的估计剂量替换为实际的WaterFX 300剂量,费用最低的备选方案是WaterFX 300,减少近200万美元,不考虑碱的使用减少。

表5所示。实际剂量校正20年生命周期成本

场景1:明矾和三级过滤器 场景2:WaterFX 300和三级过滤器 场景3:MBR中的明矾 场景4:MBR中的WaterFX 300
Sitework 110000美元 110000美元 30000美元 30000美元
建筑 800000美元 800000美元 420000美元 420000美元
化学进料设备(已安装) 100000美元 100000美元 110000美元 110000美元
过滤设备(安装) 1330000美元 1330000美元 - - - - - - - - - - - -
电气/控制 260000美元 260000美元 80000美元 80000美元
一般条件(10%) 260000美元 260000美元 70000美元 70000美元
应急(30%) 860000美元 860000美元 220000美元 220000美元
承包商OH&P (15%) 560000美元 560000美元 140000美元 140000美元
建设小计 4280000美元 4280000美元 1070000美元 1070000美元
软成本(工程和CMS 22%) 950000美元 950001美元 240000美元 240000美元
项目总成本 5230000美元 5230001美元 1310000美元 1310000美元
一年一度的化学物质 30000美元 41000美元 171000美元 83000美元
年度电力 4000美元 4000美元 1000美元 1000美元
一年一度的部分 19000美元 19000美元 7000美元 7000美元
年度劳动 9000美元 9000美元 3000美元 3000美元
每年额外的污泥 2000美元 1000美元 14000美元 6000美元
总共20年的生命周期成本 6510000美元 6710001美元 5230000美元 3310000美元

全面试验还测量了WaterFX 300对膜和膜污染的影响。试验确定,使用WaterFX 300可以减少污染,降低计划清洗前的跨膜压力。清洗似乎使薄膜恢复到设计的通量和压力水平。试验结束时的破坏性测试也确定了使用WaterFX 300没有任何负面影响。

全面试验的第三个目标是评估对污泥的化学影响。与2017年不使用化学品相比,在400 ppmv的高剂量下引入明矾,污泥体积从570磅/天增加到890磅/天,增加了56%,而同一时期的进水流量只增加了14%。WaterFX 300增加的污泥量仅为每天615磅,增幅为8%,这也是由于添加的化学药剂量较低所致。

试验的最后一个观察结果是碱化学添加量的减少。该装置采用苛性碱添加平衡出水pH值;然而,高剂量的低pH明矾与系统的碱度竞争和中和,这需要更多的碱的加入来克服这个反应。相比之下,WaterFX 300的酸性较低,在Star WaterFX 300需要的化学品体积比明矾少10-20倍。这实际上意味着WaterFX 300向系统中添加的酸比明矾少1000-2000倍,而且不会与苛碱竞争或消耗系统碱度。Star发现,烧碱使用量从每天约40加仑减少到每天约5加仑。这种减少腐蚀性的使用所带来的成本和安全效益没有包括在这些生命周期计算中。

在整个试验过程中,还对废水的毒性进行了监测。在使用WaterFX 300之前和使用过程中进行了2个月的整个出水毒性(WET)测试,没有明显的毒性问题(如下表6所示)。还对流出的稀土浓度进行了监测,并一致发现其平均浓度为0.02毫克/升,见下表7。相比之下,使用明矾的工厂对铝的典型废水浓度超过1.0毫克/升。

表6所示。湿测试结果

Star案例研究WET测试结果

表7所示。出水镧系(WaterFX中的有效成分)浓度

考试日期 总镧系元素(毫克/升)
6/5/2018 0.056
7/16/2018 0.02
8/2/2018 0.018
8/15/2018 0.0062
8/30/2018 0.0046

结论

在两年的评估过程中,WaterFX 300被证明是Star下水道MBR工厂最具成本效益的解决方案,以满足他们对总磷的低排放要求。与明矾相比,直接在MBR中添加WaterFX 300可以满足明显更小的化学体积和更低的总成本的出水条件,同时还可以减少膜污染、化学污泥体积和腐蚀性使用。在20年的预测中,WaterFX 300也被证明比包括三级过滤资本项目在内的备选方案更具成本效益。