Komunālās notekūdeņu attīrīšanas iekārtas smalkās{0}}burbuļvēdināšanas sistēmas modernizēšanas un veiktspējas pētījums

Komunālās notekūdeņu attīrīšanas iekārtas smalkās{0}}burbuļvēdināšanas sistēmas modernizēšanas un veiktspējas pētījums

Ievads

Pašlaik galvenie Ķīnā izmantotie notekūdeņu attīrīšanas procesi ir oksidācijas grāvis, SBR, aktīvās dūņas un citi. Oksidācijas grāvju procesam ir liela enerģijas patēriņa problēma, īpaši bioloģiskajā sekcijā, kas veido 65–80% no kopējā enerģijas patēriņa. Parasti oksidācijas grāvju procesos izmantotās aerācijas iekārtas ietver aerācijas birstes, aerācijas diskus, vertikālās vārpstas aeratorus un smalko -burbuļu aeratorus. Piemēram, pēc tam, kad noteiktā pilsētā komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārta nomainīja tradicionālo virsmas mehānisko aerāciju uz grunts smalko-burbuļu aerāciju, enerģijas patēriņš samazinājās par 20,11%, savukārt attīrīšanas ūdens kvalitāte kļuva stabilāka. Turklāt smalkajai -burbulīšu aerācijai ir raksturīga zonēta skābekļa padeve, kas var nodrošināt precīzu skābekļa padevi atbilstoši skābekļa pieprasījumam dažādās oksidācijas grāvja vietās, vēl vairāk uzlabojot slāpekļa un fosfora atdalīšanas efektivitāti.

Virszemes aerācijas sistēma atsevišķās sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtās darbojās jau vairāk nekā desmit gadus ar nopietnu iekārtu novecošanos un ekspluatācijas grūtībām. Bija grūti izpildīt jaunākos izkraušanas standartus, tādēļ tehniskā atjaunošana bija steidzama. Šī projekta ietvaros sistēma tika modernizēta uz smalku -burbuļu aerācijas sistēmu, kas var ievērojami samazināt enerģijas patēriņu, optimizēt darbību, pagarināt aprīkojuma kalpošanas laiku un samazināt uzturēšanas izmaksas, ievērojot valsts enerģijas taupīšanas un emisiju samazināšanas politiku. Šajā renovācijas projektā iekārtu demontāžas un uzstādīšanas laikā tika īstenota zaļās būvniecības prakse: veco iekārtu klasificēta otrreizējā pārstrāde, saliekamās instalācijas pieņemšana un zema-trokšņa un zemu{5}}emisiju tehnikas izmantošana, panākot "procesa-celtniecības" divu-dimensiju enerģijas ietaupījumu un atbalstot notekūdeņu attīrīšanas iekārtas ilgtspējīgu attīstību.

1 Projekta pārskats

1.1 Pašreizējā situācija

Komunālās notekūdeņu attīrīšanas iekārtas noteiktā pilsētā ar kopējo jaudu 50 000 tonnu/dienā, būvē trīs kārtās. I fāzē tika izmantots oksidācijas grāvju process, II fāzē un uzlabotās apstrādes projektā tika pieņemts arī oksidācijas grāvju process, kam sekoja uzlabota apstrāde, izmantojot koagulācijas sedimentāciju + auduma vides filtrēšanu + ultravioletās dezinfekcijas procesu. III fāze pieņēma modificēto A²O procesu. Pašlaik notekūdeņi atbilst DB32/1072-2018 standartam.

1.2. Esošās problēmas

1.2.1. Ietekme uz ārējo cauruļu tīklu

Šīs stacijas cauruļu tīkla savākšanas sfērā esošie notekūdeņi ietver daudzu rūpniecības uzņēmumu ieguldījumu. Ikdienas darbības laikā var rasties ietekme no neparastiem notekūdeņiem no rūpniecības uzņēmumiem, kā rezultātā DO vērtība bioloģiskajā tvertnē kļūst ļoti zema, pat sasniedzot 0 mg/L, neatbilstot ražošanas prasībām. Savukārt, mainoties ārējiem apstākļiem, jo ​​arvien vairāk apkalpes zonā esošo rūpniecības uzņēmumu notekūdeņus novada cauruļu tīklā, turpmāk šai iekārtai būs jāsaskaras ar smagāku pieplūdes ūdens kvalitāti. Kad ieplūde svārstās, izšķīdušā skābekļa daudzums bioloģiskajā tvertnē ievērojami samazināsies, un aerācijas tilpuma regulēšanas diapazons no rotējošiem diskiem ir ierobežots. Dažos periodos DO aerobajā tvertnē sasniedz 0 mg/L, liekot iekārtai samazināt apstrādes jaudu, reaģējot uz to, būtiski ietekmējot bioloģiskās tvertnes aerobo vidi un attīrīšanas jaudu.

1.2.2. Zems DO aerācijas tvertnē

Sakarā ar rotējošo disku darbības traucējumiem, kas izraisa zemu aeratoru oksigenācijas efektivitāti, faktiskās ražošanas darbības laikā vēsturiskie darbības dati liecina, ka vidējās DO vērtības no instrumentiem aerācijas tvertnes vidū un izejā nepārsniedz 1 mg/L, zemākajai sasniedzot 0 mg/L, nopietni ietekmējot bioķīmiskās reakcijas efektivitāti.

1.2.3. Liels enerģijas patēriņš

Šīs rūpnīcas I un II fāzes bioloģiskās tvertnes ir oksidācijas grāvja formā. I fāzes oksidācijas grāvī izmanto 8 rotējošus disku aeratorus ar jaudu 18,5 kW, ar kopējo virsmas aeratora jaudu 148 kW. II fāzes oksidācijas grāvis ir četru-kanālu karuseļa grāvju tips, kurā tiek izmantoti 13 Hitachi pašsūknējošie{7}}aeratori, tostarp 2 komplekti ar 11 kW, 2 komplekti 18,5 kW un 9 komplekti pa 15 kW, ar kopējo virsmas aeratora jaudu 194 kW. Normālas darbības apstākļos, lai nodrošinātu pietiekamu ūdens daudzumu, esošo skābekļa padeves iekārtu zemās oksigenācijas efektivitātes dēļ visiem aeratoriem jābūt pilnībā ieslēgtiem.

Enerģijas patēriņš uz tonnu ūdens I un II fāzes aeratoriem ir: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/t. Pamatojoties uz aptauju par bioloģisko sistēmu enerģijas patēriņu vairākās apkārtējās sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, enerģijas patēriņš 25 000 tonnu dienā sadzīves notekūdeņu iekārtām, kurās tiek izmantota apakšējā smalkā{9}}burbuļa aerācijas sistēma, parasti ir 0,09–0,1 RMB/t. Rotējošā diska aeratora enerģijas patēriņš ir 2,4–2,7 reizes lielāks nekā apakšējās smalkās{15}}burbuļu aerācijas sistēmas enerģijas patēriņš, kas norāda uz salīdzinoši lielu enerģijas patēriņu.

1.2.4. Augsts iekārtu atteices rādītājs

Rotējošiem disku aeratoriem novecojot, iekārtu atteices līmenis pakāpeniski palielinās. Pēc 11 gadu darbības šajā rūpnīcā rotējošo disku aerācijas sistēma attīstīja diska deformāciju, izraisot lielu iekārtu noslodzi un ievērojamu vibrāciju. Ilgstoša-lietošana izraisīja dibena atslābināšanu, izraisot novirzes abos galos un citas problēmas, izraisot lielāku gultņu nodilumu un augstu atteices līmeni. Galvenās vārpstas, lāpstiņriteņi, savienojumi un pamata zobrati ir vairākkārtēji remontēti vai nomainīti, būtībā sasniedzot nomaiņas punktu. Pašsūcējošo aeratoru gultņi un aeratora galvas lāpstiņas bija stipri nolietotas. Jaunākā statistika liecina, ka rūpnīcā katru gadu tika veikti gandrīz 30 rotējošo disku aeratoru un paš-pašuzsūcēju aeratoru remontdarbi.

2 Modernizētā tehniskā risinājuma projektēšana

Vispārējā modernizācijas pieeja ir šāda: noņemiet oriģinālos rotējošo disku aeratorus un nomainiet tos ar apakšējo smalko{0}}burbuļu aerāciju, pievienojot atbilstošus pūtējus; paaugstināt bioloģiskās tvertnes notekūdeņu aizsprostu, lai palielinātu bioloģiskās tvertnes efektīvo ūdens dziļumu; pievienojiet maisītājus aerobajā sekcijā, izmantojot sākotnējo kanāla struktūru, lai novērstu lokalizētu dūņu uzkrāšanos.

2.1. Aeratora izvēle un izkārtojums

2.1.1. Aeratora diska parametri

Tika izvēlēts EPDM membrānas aeratora diska modelis DD330, kā parādīts attēlā1. attēls, ar konkrētiem parametriem, kas parādīti1. tabula.

2.1.2. Aeratora diska izkārtojums

Aeratora disku skaits: I fāzes tvertnes dibena neto laukums 864 m², II fāzes tvertnes apakšas neto laukums 1412 m², vidējais apkalpošanas laukums 0,8 m²/disks, ar drošības koeficientu 1,05–1,10. Noteikts galīgais kopējais aeratora disku skaits: I fāze 1150 diski, II fāze 1900 diski.

Izkārtojuma princips: vienmērīgi sadalīts regulārā trīsstūrveida režģa rakstā. Attālums no tvertnes sienas Lielāks vai vienāds ar 0,3 m, lai izvairītos no mirušajām zonām; attālums no kanāla starpsienas Lielāks vai vienāds ar 0,4 m, lai atvieglotu apkopi. Sadaliet gar ūdens plūsmas virzienu ar vienu elektrisko gaisa vadības vārstu katrā zonā, lai panāktu DO zonālo vadību. Izvairieties no dūņu sūkņa iesūkšanas pieslēgvietām, paraugu ņemšanas vannām un kabeļu renēm, lokāli pielāgojot atstarpi līdz 1,5 m, vienlaikus saglabājot apkalpošanas laukumu uz vienu disku. Mazāks vai vienāds ar 0,8 m².

Uzstādīšanas augstums un cauruļu klasifikācija: Membrānas diska augšējā virsma atrodas 0,25 m attālumā no tvertnes dibena, nodrošinot iegremdēšanu, kas ir lielāka vai vienāda ar 5,0 m pie minimālā ūdens līmeņa, lai novērstu ventilatora pārspriegumu. Atzaru caurulēs tiek izmantots ABS DN50 ar perforētu gaisa sadali; maģistrālās caurules ir sakārtotas cilpā, ar gaisa kustības ātrumu 10–12 m·s⁻¹, materiāls SS304. Uz katriem 10 diskiem ir paredzēts pāris atloku ātrās -savienojuma veidgabalu, kas ļauj veikt kopējo pacelšanu apkopei, neiztukšojot tvertni.

2.2 Ventilācijas sistēmas optimizācija

2.2.1. Pūtēju pievienošana

Kā galvenās vienības tika iegādāti importētie pneimatiskās balstiekārtas pūtēji, un tika uzbūvēta jauna pūtēju telpa ar nerūsējošā tērauda gaisa vadiem.

2.2.2. Ventilatora izvēle

Pamatojoties uz faktiskajiem iekārtas darbības apstākļiem un ņemot vērā turpmākās ūdens kvalitātes izmaiņas, modernizācijas plānā ieplūstošā ĶSP koncentrācija būtiski neatšķiras no projektētās vērtības ar vidējo koncentrāciju aptuveni 320 mg/L. BSP koncentrācija tika aprēķināta, pamatojoties uz III fāzes projektēto vērtību 150 mg/L, un citi ieplūstošie rādītāji tika aprēķināti, pamatojoties uz III fāzes projektētās ieplūdes koncentrācijām. Iekārtas I un II fāzei nepieciešamais darba gaisa daudzums ir 103,7 m³/min (6 225,1 m³/h, divi darba bloki un viens rezerves, vienas vienības gaisa apjoms 50 m³/min).

Visaptveroši ņemot vērā dažādus faktorus, kā galvenie I un II fāzes bloki tika iegādāti divi importētie pneimatiskās balstiekārtas pūtēji NX75-C060. Bija nepieciešams izbūvēt jaunu pūtēju telpu, kas provizoriski atrodas sākotnējā dūņu atūdeņošanas ceha dienvidu pusē, ar nerūsējošā tērauda gaisa vadiem, kas pievienoti oksidācijas grāvim. Ventilatora parametri: gaisa spiediens 0,049 MPa, gaisa tilpums 50 m³/min, ar maksimālo izejas jaudu 64,3 kW šajos darba apstākļos.

2.2.3. Aerācijas sistēmas modernizēšana

Aerācijas metode tika mainīta uz apakšējo aerāciju. I un II fāzes bioloģiskajās tvertnēs tiek izmantots atbilstošs disku aeratoru un UPVC aerācijas cauruļu skaits. Īpaša modernizācijas pieeja: I fāzes bioloģiskajā tvertnē ir paredzēts izmantot 780 komplektus DD330 disku aeratoru un UPVC aerācijas cauruļu, II fāzes bioloģiskajā tvertnē ir paredzēts izmantot 1276 DD330 disku aeratoru un UPVC aerācijas cauruļu komplektus ar viena aeratora darba gaisa tilpumu 3,45 m³/h. Aeratora galvas izkārtojums ir parādīts2. un 3. attēls.

2.3 Procesa parametru optimizācija

2.3.1. Oksidācijas grāvju zonēšana un DO kontroles stratēģija

Pa oksidācijas grāvja ūdens plūsmas virzienu aerācijas sekcija ir sadalīta četrās zonās. 1. zona: DO 0,3–0,5 mg/L, 2. zona: DO 0,2–0,3 mg/L, 3. zona: DO 1,5–2,0 mg/L, 4. zona: DO 1,0–1,5 mg/L. Amonjaka slāpekļa procesa instruments ir uzstādīts visaugstākā nitrifikācijas reakcijas ātruma punktā starp 2. un 3. zonu, galu galā kontrolējot notekūdeņu NH₃-N mazāku vai vienādu ar 1,5 mg/l.

2.3.2. Aerācijas perioda optimizācija

Esošajai SCADA sistēmai tika pievienots "intermitējošās aerācijas" modulis, veidojot DO tiešsaistes instrumentu + laika dubultā slēgtā cilpa, lai nodrošinātu, ka DO aerobās sekcijas vidū paliek 0,2 mg/l. Ja DARĪT<0.2 mg/L at the end of the air-off period, an additional 5 minutes of micro-aeration is automatically added (to protect mixers). After the cycle count reaches 12 times (6×24/120=12), the blower is forced to rest for 30 minutes (to prevent overheating from frequent start-stop cycles).

3 Modernizācijas ietekmes analīze

Šīs inženiertehniskās modernizācijas ietekme uz kopējo procesa darbību tika pārbaudīta, salīdzinot notekūdeņu piesārņotāju izmaiņas pirms un pēc modernizācijas.

3.1. Notekūdeņu kvalitātes salīdzinājums pirms un pēc modernizācijas

Notekūdeņu kvalitāte pirms un pēc modernizācijas bija stabila, kā parādīts attēlā4. attēls. Pirms un pēc modernizācijas vidējais notekūdeņu ĶSP saglabājās zem 30 mg/l, TP pamatā palika mazāks par vai vienāds ar 0,3 mg/l, NH₃-N mazāks vai vienāds ar 1,5 mg/l, savukārt TN svārstījās ap 10 mg/l. Kopējā ūdens kvalitāte sasniedza kvazi-IV klases virszemes ūdens standartus, ievērojami pārsniedzot rūpnīcai noteiktos izplūdes standartus.

Lai intuitīvāk analizētu modernizācijas iespējamo ietekmi uz ūdens kvalitāti, tika salīdzinātas viena gada -notekūdeņu kvalitātes tendences pirms un pēc modernizācijas, iegūstot5. attēls. No attēla redzams, ka, neņemot vērā ieplūstošās koncentrācijas izmaiņu ietekmi, ĶSP un TP notekūdeņu koncentrācijas svārstības pēc modernizācijas bija stabilākas nekā pirms modernizācijas. Lai gan slāpekļa indikatoru vidējās vērtības pieauga salīdzinājumā ar laiku pirms modernizācijas, kopējā tendence bija samērā stabila, kā rezultātā samazinājās kopējais augu enerģijas patēriņš un ķīmisko vielu ietaupījums.

3.2. Piesārņojošo vielu noņemšanas salīdzinājums pirms un pēc modernizācijas

Pateicoties aerācijas sistēmas uzlabošanai, kopējais rūpnīcas elektroenerģijas patēriņš salīdzinājumā ar iepriekšējo samazinājās par 1,7%, savukārt attīrīšanas jauda palielinājās par 8,33%, kā arī palielinājās atbilstošais piesārņojošo vielu samazinājums, kā parādīts6. attēls. Pēc aprēķina ĶSP samazinājums palielinājās par 948,5 tonnām, TP palielinājās par 7,0 tonnām, NH₃-N palielinājās par 100,4 tonnām un TN palielinājās par 125,9 tonnām.

Attiecīgi mainījās arī faktiskā piesārņotāju noņemšana, kā parādīts attēlā2. tabula. Pēc modernizācijas, izņemot NH₃-N noņemšanas ātruma samazināšanos, noņemšanas rādītāji visiem pārējiem indikatoriem palielinājās.

3.3. Enerģijas patēriņa salīdzinājums pirms un pēc modernizācijas

Šī modernizācijas projekta enerģijas patēriņš ir parādīts3. tabula. Pēc modernizācijas elektroenerģijas patēriņš uz tonnu ūdens I fāzes bioloģiskās tvertnes aerācijas sistēmai samazinājās par 67,3%, bet II fāzei - par 80,9%. Kopējais rūpnīcas vidējais enerģijas patēriņš uz tonnu ūdens samazinājās par 55,3%, parādot ievērojamu enerģijas taupīšanas efektu. Kopējais iekārtas jaudas patēriņš uz tonnu ūdens samazinājās līdz 0,21 kW·h/m³, kas ir enerģijas patēriņa vērtību diapazonā līdzīgiem oksidācijas grāvju procesiem visā valstī (0,292±0,192) kW·h/m³. Enerģijas patēriņš uz piesārņojošās vielas svara vienību pirms un pēc modernizācijas visai iekārtai ir parādīts4. tabula. Pēc kopējās rūpnīcas aerācijas sistēmas modernizācijas elektroenerģijas patēriņš uz 1 kg apstrādātā ĶSP samazinājās par 26,2%, uz 1 kg apstrādātā TP samazinājās par 15,7%, uz 1 kg apstrādātā NH₃-N samazinājās par 29,3%, un uz 1 kg apstrādātā TN samazinājās par 36,{{1%, kas liecina par labu enerģijas taupīšanu.

3.4 Ķīmiskais salīdzinājums pirms un pēc modernizācijas

Pirms modernizācijas biežu aerācijas sistēmas kļūmju dēļ DO bioloģiskajā sistēmā bija grūti kontrolēt, un slāpekļa indikatora standartu ievērošanai bija nepieciešams ārējs oglekļa avota pievienošana, lai nodrošinātu noņemšanas efektivitāti. Pēc modernizācijas ārēja oglekļa avota pievienošana būtībā vairs nebija nepieciešama. Pēc modernizācijas būtiski uzlabojās bioloģiskā fosfora atdalīšanas un denitrifikācijas efektivitāte, un attiecīgi tika samazināta fosfora atdalīšanas ķīmiskā PAC un dūņu atūdeņošanas ķīmiskā viela PAM. Gada ķīmiskās izmaksas samazinājās par aptuveni 167 000 RMB salīdzinājumā ar iepriekšējo. Konkrētas izmaiņas ir parādītas5. tabula.

3.5. Ieguldījumu salīdzinājums pirms un pēc modernizācijas

Pirms modernizācijas virszemes aeratoru gada izmaksas bija 1,6281 miljons RMB, un ikgadējās aprīkojuma remonta izmaksas bija ne mazākas par 250 000 RMB. Pēc modernizācijas pūtēju un maisītāju gada izmaksas bija 714 600 RMB. Pamatojoties uz šo aprēķinu, ikgadējais elektroenerģijas izmaksu ietaupījums bija 913 500 RMB, kā arī ikgadējais remonta izmaksu ietaupījums — 250 000 RMB, kopā gadā ietaupot 1,1635 miljonus RMB. Pamatojoties uz kopējo ieguldījumu 3,704 miljonu RMB apmērā, atmaksāšanās periods ir 3,18 gadi.

3.6. Procesa stabilitāte

Pirms modernizācijas, nepareizas darbības periodos, izšķīdušais skābeklis bioloģiskajā tvertnē lielākoties tika uzturēts zem 1,0 mg/l. Pēc modernizācijas izšķīdušais skābeklis bioloģiskajā tvertnē bija vidēji 1,5–2,0 mg/l. Atkarībā no ieplūdes koncentrācijas un procesa prasībām izšķīdušā skābekļa regulēšanas diapazons var būt 1,0–2,5 mg/l. Ja ieplūdes koncentrācija ir augsta, normālu izšķīdušā skābekļa līmeni bioloģiskajā tvertnē var uzturēt arī, regulējot ventilatora jaudu. Tāpēc pēc modernizācijas ir izpildīti stabili notekūdeņu atbilstības nosacījumi.

4 Secinājums

Before technical renovation, this plant faced common problems with the oxidation ditch process: aging rotating discs → attenuation of oxygenation efficiency → insufficient DO, along with skyrocketing energy consumption and failure rates. Replacing them with a bottom fine-bubble aeration-mixer-blower system can reversely amplify the oxygen mass transfer coefficient, increase HRT in section A, and improve zonal oxygen supply precision, simultaneously enhancing denitrification without adding carbon sources. For similar plants: any oxidation ditch that has been in operation for ≥10 years, with aeration power consumption per ton of water >0,23 kW·h, DO bieži<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, var atkārtot šo tehnisko renovāciju. Pamatojoties uz 55,3 % elektroenerģijas ietaupījumu, 3,18 {6}} gadu atmaksāšanās periodu un minimālajiem ieguvumiem, proti, par 3–5 % piesārņojošo vielu samazinājuma līmeņa palielinājumu, kas izriet no šī piemēra, renovācijas ieguldījumam ir augsta drošības rezerve un tie var nekavējoties izmantot oglekļa samazināšanas potenciālu, nodrošinot atkārtojamus un pietiekamus apstākļus veco oksidācijas grāvju videi draudzīgai un zema oglekļa satura modernizācijai.