Smalko burbuļu aerācijas sistēmas veiktspējas mērīšana un novērtēšana AAO procesā vasarā un ziemā
Lielākā daļa Ķīnas sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtu (NAI) izmanto aerobos bioloģiskos procesus, lai no notekūdeņiem atdalītu organiskās vielas, slāpekli, fosforu un citus piesārņotājus. Izšķīdušā skābekļa (DO) piegāde ūdenī ir priekšnoteikums mikrobu dzīves pieprasījuma un apstrādes efektivitātes uzturēšanai aerobajā bioloģiskajā procesā. Līdz ar toaerācijas iekārta ir aerobās bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas kodols. Vienlaikus aerācijas sistēma ir arīgalvenā enerģijas{0}}patēriņa vienībaNAI, uzskaitot45% līdz 75% no kopējā augu enerģijas patēriņa. Papildus ekspluatācijas apstākļiem aerācijas sistēmas enerģijas patēriņu ietekmē tādi faktori kā notekūdeņu kvalitāte un vides apstākļi. Lielākajā daļā Ķīnas reģionu ir atšķirīgi četri gadalaiki, bagātīgs nokrišņu daudzums un ievērojamas sezonālās temperatūras svārstības. Vasaras nokrišņi atšķaida NAI ieplūstošo piesārņotāju koncentrāciju, savukārt zemā ziemas temperatūra ietekmē mikrobu aktivitāti, tādējādi ietekmējot notekūdeņu kvalitāti. Ieplūdes plūsmas ātruma un kvalitātes svārstības arī rada izaicinājumus precīzai NAI aerācijas sistēmas kontrolei. Bez pietiekamas izpratnes par smalko burbuļu difuzoru skābekļa pārneses veiktspējas izmaiņām un to apkopi darbības laikā, smalko burbuļu aerācijas sistēmu augstās skābekļa pārvades efektivitātes (OTE) priekšrocības nevar pilnībā izmantot, izraisot enerģijas izšķērdēšanu.
Pašlaik visplašāk izmantotais veids irsmalku burbuļu difuzors, kura darbība ir tieši saistīta ar aerācijas sistēmas darbības enerģijas patēriņu. Smalko burbuļu difuzoru skābekļa pārneses veiktspējas mērīšanas metodes ietver statiskos testus (piemēram, tīra ūdens testu) un dinamiskos testus (piemēram, izplūdes{1}}gāzu analīzes metodi). Pētījumos par statiskajiem testiem galvenokārt tiek pievērsta uzmanība laboratorijas-mēroga simulācijām, savukārt par dinamiskajām testēšanas metodēm tiek ziņots reti tādu faktoru dēļ kā pārbaudes vietas prasības un lauka testēšanas ierobežojumi. Pašlaik Ķīna ir noteikusi tikai atbilstošus standartus tīra ūdens testa metodei. Faktiskās darbības laikā difuzoru skābekļa pārneses veiktspēju ietekmē tādi faktori kā ieplūdes kvalitāte, dūņu īpašības, darbības apstākļi un difuzora piesārņojums. Faktiskā veiktspēja ievērojami atšķiras no tīra ūdens testa rezultātiem, kas rada ievērojamas novirzes, izmantojot tīra ūdens datus, lai prognozētu faktisko gaisa padeves pieprasījumu. Efektīvu monitoringa metožu trūkums aerācijas sistēmu energoefektivitātes rādītājiem NAI rada enerģijas izšķērdēšanu. Tāpēc ir nepieciešams izmērīt un novērtēt difuzoru skābekļa pārneses veiktspēju faktiskās darbības laikā, lai vadītu savlaicīgu aerācijas stratēģiju pielāgošanu un palīdzētu panākt enerģijas ietaupījumu un patēriņa samazinājumu aerācijas sistēmās. Šis pētījums aizņempiemēram, pašvaldības NAI Šanhajā. Veicot lauka mērījumus piesārņojošo vielu koncentrācijai aerobajā tvertnē un OTE izmaiņu modeļus gar smalko burbuļu aerācijas sistēmas ceļu vasarā un ziemā, tika sistemātiski mērīta un novērtēta piesārņotāju noņemšanas efektivitāte un aerācijas sistēmas veiktspēja. Mērķis ir izpētīt sezonālo izmaiņu ietekmi uz aerācijas sistēmas skābekļa pārneses veiktspēju, sniedzot norādījumus precīzai notekūdeņu attīrīšanas aerācijas sistēmu vadībai un enerģiju taupošai darbībai.
1. Materiāli un metodes
1.1. NAI darbības pārskats
Šanhajas pašvaldības NAI izmanto procesu kombinācijupirmapstrāde + AAO process + dziļās gultas šķiedras filtrs + UV dezinfekcija. Theattīrīšanas jauda ir 3,0×10⁵ m³/d. Galvenā NAI procesa plūsma ir parādīta1. attēls. Ietekme galvenokārt irsadzīves notekūdeņi, un notekūdeņi pirms novadīšanas Jandzi atbilst A pakāpes standartam "Komunālo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu piesārņojošo vielu izplūdes standarts" (GB 18918-2002). Šīs iekārtas bioloģiskās tvertnes anaerobās tvertnes, anoksiskās tvertnes un aerobās tvertnes hidrauliskās aiztures laiki (HRT) ir attiecīgi 1,5 h, 2,7 h un 7,1 stunda. Gan iekšējā atteces koeficients, gan ārējā atteces koeficients ir 100%. Dūņu vecums tiek kontrolēts no 10 līdz 15 dienām. Rūpnīcā kopā ir 8 aerobikas tvertnes. Vienas aerobikas tvertnes izmēri ir 116,8 m × 75,1 m × 7,0 m (garums × platums × augstums), un tās tilpums ir 11 093 m³. Jauktā šķidruma suspendēto cietvielu (MLSS) koncentrācija tiek kontrolēta aptuveni 4 g/l. Apakšdaļa ir aprīkota arUkrainas Ecopolemer polietilēna cauruļveida smalko burbuļu difuzori, izmērs ir 120 mm × 1000 mm (D × L). Gaisa -un-ūdens attiecība ir 5,7:1. Katra aerobikas tvertne sastāv no 3 kanāliem (1. zona, 2. zona un 3. zona). Pamatojoties uz DO koncentrāciju, ko mēra ar gāzes plūsmas mērītājiem kanālos, vienpakāpes centrbēdzes pūtēju (4 darbības, 2 gaidstāves) virzošās lāpstiņas tiek noregulētas, lai uzturētu DO koncentrāciju aerobajā tvertnē starp 2-5 mg/l. Katra pūtēja nominālais gaisa plūsmas ātrums ir 108 m³/min, spiediens 0,06 kPa un jauda 160 kW. Katrs kanāls tiek kontrolēts atsevišķi, izmantojot gāzes plūsmas mērītājus. Apvienojumā ar DO nolasīšanas atgriezenisko saiti faktiskā gaisa padeve tiek kontrolēta, regulējot vienpakāpes centrbēdzes pūtēju virzošās lāpstiņas, lai uzturētu vidējo DO aerobajā tvertnē starp 2-5 mg/l. Projektētā ieplūdes/notekūdeņu kvalitāte un rūpnīcas 2019. gada ieplūdes kvalitāte ir parādīta1. tabula.
1.2. Testa punkta izkārtojums
Jūlijā (vasarā) un decembrī (ziemā) tika veikti divi smalko burbuļu aerācijas sistēmas skābekļa pārvades veiktspējas testi reālos darbības apstākļos. Plūsmas virzienā tika izveidoti 22 pārbaudes punkti atbilstoši aerobikas tvertnes pārbaudes portu izvietojumam. Attālums starp diviem blakus esošiem testa punktiem bija aptuveni 5 m, attiecīgi 7, 7 un 8 pārbaudes punkti 1. zonā, 2. zonā un 3. zonā. Pārbaudes punktu sadalījums ir parādīts2. attēls. Smalko burbuļu difuzoru faktiskais OTE katrā punktā tika aprēķināts, mērot skābekļa saturu izplūdes gāzē, kas izplūst no ūdens virsmas. Vienlaikus DO koncentrācija un ūdens temperatūra katrā punktā tika mērīta, izmantojot daudzparametru ūdens kvalitātes mērītāju (HQ 30d, Hach, ASV), un katrā punktā tika mērīta un analizēta piesārņojošās vielas koncentrācija, lai iegūtu tās variācijas modeli gar ceļu. Lai novērstu CODKrparaugiem, kas noārdījās pārvietošanas laikā, paraugi, kas ņemti gar aerobisko tvertni, pirms mērīšanas tika filtrēti uz vietas-.
1.3. Smalko burbuļu difuzoru skābekļa pārneses veiktspējas mērīšana faktiskajos apstākļos
Smalko burbuļu difuzoru skābekļa pārneses veiktspējas mērīšanai faktiskos apstākļos tika izmantots izplūdes{0}}gāzu analizators, ko neatkarīgi izstrādājusi Šanhajas Elektroenerģijas universitāte un kas sastāv no gāzes savākšanas sistēmas, gāzes analīzes sistēmas un signālu pārveidošanas sistēmas. Izplūdes-gāze tika savākta, izmantojot gāzes sūkni (KVP15-KM-2-C-S, Karier, Ķīna) un pārsegu, un tika piegādāta elektroķīmiskajam skābekļa sensoram (A-01, ITG, Vācija) analīzei. Signāla pārveidošanas sistēma pārveidoja sensora izejas sprieguma signālu skābekļa parciālajā spiedienā gāzē. Izplūdes gāzu testēšanas laikā vispirms tika mērīts skābekļa parciālais spiediens apkārtējā gaisā. Pēc tam nosūcējs tika piestiprināts pie aerobikas tvertnes ūdens virsmas, lai savāktu izplūdes gāzes un izmērītu skābekļa parciālo spiedienu. Dati tika reģistrēti pēc tam, kad izeja stabilizējās 5 minūtes. Parametri, kas iegūti, izmantojot izplūdes gāzu analizatoru, ietvēra skābekļa parciālo spiedienu apkārtējā gaisā un izplūdes gāzēs, no kuriem tika aprēķināts skābekļa procentuālais daudzums, kas pārnests no gāzes fāzes uz sajaukto šķidrumu, ti, smalko burbuļu difuzora OTE, kā norādīts1. vienādojums.
Kur:
Y(O₂,gaisu)- Skābekļa īpatsvars gaisā;
Y(O₂,izslēgta{0}}gāze)- Skābekļa īpatsvars izplūdes-gāzē;
AOTE- OTE vērtība.
Ar izplūdes{0}}gāzu analizatoru izmērītā OTE tika koriģēta pēc DO, temperatūras un sāļuma, lai iegūtu standarta OTE (SOTE) smalko burbuļu difuzoram notekūdeņos standarta apstākļos, kā(2) vienādojums. Piesātinātā DO aprēķins ūdenī ir parādīts(3) vienādojums.
Kur:
θ- Temperatūras korekcijas koeficients, pieņemts kā 1,024, bez izmēriem;
ASOTE- SOTE vērtība;
- Jauktā šķīduma sāļuma koeficients (aprēķināts, pamatojoties uz kopējo izšķīdušo cieto vielu daudzumu jauktā šķīdumā), bez izmēra, parasti tiek pieņemts kā 0,99;
- Difuzora skābekļa pārneses efektivitātes attiecība notekūdeņos pret tīra ūdens apstākļiem, bezizmēra;
C - DO koncentrācija ūdenī, mg/L;
CS,T- Piesātinātā DO koncentrācija ūdenī pie temperatūras T, mg/L;
CS,20- Piesātinātā DO koncentrācija ūdenī 20 grādu temperatūrā, mg/L;
T- Ūdens temperatūra, grāds .
1.4. Aerācijas sistēmas enerģijas patēriņa aprēķināšanas metode
Aerobās tvertnes teorētiskais skābekļa patēriņš tika aprēķināts pēc aktīvo dūņu modeļa (ASM). Skābekļa patēriņš tika aprēķināts, pamatojoties uz ĶSPKrun amonjaka slāpekļa noņemšanas rezultātus, lai noteiktu aerobās tvertnes kopējo skābekļa patēriņu (TOD), kā(4) vienādojums.
Kur:
MTOD- TOD vērtība, kg O₂/h;
Q- Ieplūdes plūsmas ātrums, m³/d;
ΔCCODCr- Atšķirība starp ieplūdes un notekūdeņu ĶSP Cr koncentrāciju, mg/L;
ΔCAmonjaka slāpeklis- Atšķirība starp ieplūstošā un izplūdes amonjaka slāpekļa koncentrāciju, mg/L; 4,57 ir amonjaka slāpekļa pārrēķina koeficients NO₃⁻-N.
Smalko burbuļu aerācijas sistēmas skābekļa padeves ātrumu aprēķina, kā norādīts(5) vienādojums.
Kur:
MOTR- Faktiskā skābekļa padeves ātruma vērtība, kg O₂/d;
QAFR- Gaisa plūsmas ātrums, m³/h;
ŷO₂- Skābekļa masas daļa gaisā, 0,276.
Ventilatora jaudu nosaka faktiskais ventilatora gaisa padeves ātrums un izplūdes spiediens, ko savukārt nosaka ieplūdes spiediens, gaisa spiediena zudums cauruļvadā, paša smalko burbuļu difuzora spiediena zudums un statiskais ūdens spiediens tvertnes apakšā, kā tas ir.(6) vienādojums.
Kur:
ρgaisu- Gaisa blīvums, g/l, pieņemts kā 1,29 g/l;
N - Ventilatora jauda, kW;
R- Universālā gāzes konstante, 8,314 J/(mol·K);
Tgaisu- Atmosfēras temperatūra, grāds ;
B- Ventilatora konversijas koeficients, pieņemts kā 29,7;
- Gāzes īpatnējā siltuma attiecība, pieņemta kā konstante 0,283;
η- Motora un pūtēja apvienotā efektivitāte, ņemot vērā konstanti 0,8;
Pi- Ventilatora ieplūdes spiediens, Pa;
Z- Iegremdējamā ūdens spiediens uz difuzoru, Pa;
Pzaudējums- Spiediena zudums pašā smalko burbuļu difuzorā, Pa;
hL- Gaisa spiediena zudums cauruļvadā, Pa.
Testa apstākļos ūdenī pārnestais skābekļa daudzums uz difuzora patērētās elektriskās enerģijas vienību [kg/(kW·h)] ir standarta aerācijas efektivitāte (SAE), kā norādīts(7) vienādojums. SAE vērtību var izmantot, lai novērtētu smalko burbuļu difuzora faktisko lietošanas efektivitāti.
Kur:
ASAE- SAE vērtība.
1.5. Parastās indikatoru mērīšanas metodes
Jauktā dzēriena paraugi tika filtrēti caur kvalitatīvu filtrpapīru. Šķīstošs ĶSPKr(SCODKr), amonjaka slāpeklis, NO₃--N un TP tika mērīti, izmantojot valsts standarta metodes.
2. Rezultāti un diskusija
2.1. Piesārņotāju noņemšanas efektivitāte
Galveno piesārņojošo vielu ietekmes kvalitāte vasarā un ziemā NAI ir parādīta3. attēls. Vidējais apstrādes plūsmas ātrums vasarā un ziemā bija attiecīgi 3,65 × 10⁵ m³/d un 3,13 × 10⁵ m³/d.Vasaras ietekme ĶSPKrun amonjaka slāpekļa koncentrācija bija (188,38 ± 52,53) mg/L un (16,93 ± 5,10) mg/L, attiecīgi.Ziemas ietekme ĶSPKrun amonjaka slāpekļa koncentrācija bija (187,94 ± 28,26) mg/L un (17,91 ± 3,42) mg/L, attiecīgi. Lielāks vasaras nokrišņu daudzums liek NAI darboties "augstas hidrauliskās slodzes - zemas piesārņojošās slodzes" režīmā. Hidrauliskās slodzes palielināšanās saīsina sistēmas HAT, samazinot reakcijas laiku bioloģiskajā tvertnē un ietekmējot piesārņojošo vielu noņemšanu. Zema ieplūstošo piesārņotāju slodze NAI var viegli izraisīt pārmērīgi zemu dūņu slodzi, izraisot pārmērīgu-aerāciju un dūņu sadalīšanos. NAI būtu savlaicīgi jāpielāgo dūņu slodze un gaisa padeves ātrums, lai mazinātu zemas piesārņojošās slodzes darbības ietekmi.Vasaras ūdens temperatūra bija (27,32 ± 1,34) grādi, kas ir ievērojami augstāka nekā ziemas temperatūra (17,39 ± 0,75). Temperatūra ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē sistēmas piesārņotāju noņemšanas spēju. Filamentveida baktēriju tolerance ir augstāka nekā floc{2}}veidojošo baktēriju panesamība, tādēļ tās var vairoties zemas-temperatūras vidē, izraisot dūņu uzkrāšanos. Zemākas temperatūras samazina arī mikroorganismu enzīmu aktivitāti aktīvajās dūņās, samazinot substrāta degradācijas ātrumu un endogēnās elpošanas ātrumu, kā rezultātā samazinās piesārņotāju noņemšanas efektivitāte. NAI var veikt tādus pasākumus kā palielināt dūņu vecumu un MLSS bioloģiskajā tvertnē, lai mazinātu zemas temperatūras negatīvo ietekmi uz piesārņojošo vielu noņemšanu. Tā kā hidrauliskā slodze ziemā ir mazāka nekā vasarā, HRT aerobajā tvertnē ir nedaudz pagarināts ar pietiekamu aerāciju, kompensējot zemas temperatūras negatīvo ietekmi uz nitrifikāciju. Tāpēc notekūdeņu kvalitāte gan vasarā, gan ziemā atbilda A klases standartam GB 18918-2002.
2.2. Piesārņojošo vielu formu variācijas aerobajā tvertnē
Pārbaudes dienās,ietekmīgais SCODKrkoncentrācija vasarā un ziemā bija attiecīgi 186,76 mg/l un 248,42 mg/l, un amonjaka slāpekļa koncentrācija bija 22,05 mg/l un 25,91 mg/l., attiecīgi. Iespējams, kombinētās kanalizācijas pārplūdes un gruntsūdeņu infiltrācijas dēļ ieplūdes kvalitāte bija zemāka par projektētajām vērtībām. Piesārņojošo vielu izmaiņas aerobajā tvertnē ir parādītas4. attēls.
Sakarā ar fosfora izdalīšanos anaerobajā tvertnē, denitrifikāciju anoksiskajā tvertnē un atšķaidīšanu ar dūņu atdevi, piesārņojošās vielas koncentrācija ievērojami samazinājās pirms nokļūšanas aerobajā tvertnē. SCODKrkoncentrācijas aerobās tvertnes ieplūdē vasarā un ziemā bija attiecīgi 30,32 mg/L un 52,48 mg/L, un amonjaka slāpekļa koncentrācija bija attiecīgi 3,90 mg/L un 4,62 mg/L. TN koncentrācijas pie aerobās tvertnes ieplūdes vasarā un ziemā bija attiecīgi 4,86 mg/L un 6,16 mg/L, notekūdeņos nedaudz samazinoties līdz 4,46 mg/L un 5,70 mg/l, kas liecina par relatīvi zemu vienlaicīgas nitrifikācijas un denitrifikācijas īpatsvaru aerobajā tvertnē. SCODKrkoncentrācija ievērojami samazinājās 1. zonā līdz 19,36 mg/L un 30,20 mg/L attiecīgi vasarā un ziemā; amonjaka slāpekļa koncentrācija samazinājās līdz 1,75 mg/L un 2,80 mg/L. Piesārņojošo vielu koncentrācijas samazināšanās tendence 2. zonā palēninājās, norādot, ka mazmolekulārā organiskā viela ir pilnībā noārdījusies un nitrifikācija ir pabeigta. Piesārņojošo vielu koncentrācija 2. zonas beigās jau atbilda notekūdeņu novadīšanas standartam. Piesārņojošo vielu koncentrācija 3. zonā saglabājās gandrīz nemainīga, bet DO vērtība jauktajā šķidrumā palielinājās, norādot, ka lielākā daļa šajā zonā piegādātā skābekļa izšķīst dūņu jauktajā šķidrumā un netika izmantots ĶSP.Kroksidēšana un amonjaka oksidēšana. Notekūdeņu SCODKrkoncentrācijas no aerobās tvertnes vasarā un ziemā bija attiecīgi 15,36 mg/L un 26,51 mg/L, un izplūdes amonjaka slāpekļa koncentrācija bija attiecīgi 0,17 mg/L un 0,50 mg/L.Lielāks amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums vasarā bija saistīts ar augstāku ūdens temperatūru, kas uzlabo mikroorganismu nitrifikācijas{0}}denitrifikācijas aktivitāti.. Džans Tao et al. atrada tozema ziemas temperatūra samazina amonjaka -oksidējošo baktēriju un nitrītu-oksidējošo baktēriju daudzumu, samazinot amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrumu NAI.
2.3. Izslēgts-Gāzes testa rezultāti gar aerobikas tvertni
Smalko burbuļu aerācijas sistēmas skābekļa pārneses veiktspējas lauka testi tika veikti gar aerobikas tvertni vasarā un ziemā, izmantojot izplūdes{0}}gāzu analizatoru. Rezultāti ir parādīti5. attēls. DO koncentrācija aerobajā tvertnē pakāpeniski palielinājās plūsmas virzienā. DO koncentrācija jauktajā šķidrumā ir atkarīga no skābekļa daudzuma, ko difuzori (ti, OTR) pārnes no gāzes fāzes uz šķidro fāzi, un no skābekļa daudzuma, ko patērē mikroorganismi (ti, OUR). Aerobās tvertnes priekšpusē ir daudz substrāta, un mikroorganismiem ir nepieciešams vairāk skābekļa, lai noārdītu substrātu. Tāpēc DO koncentrācija bija viszemākā 1. zonā gan vasarā, gan ziemā, attiecīgi (1,54 ± 0,22) mg/l un (1,85 ± 0,31) mg/l. DO koncentrācija 2. zonā palielinājās attiecīgi līdz (2,27 ± 0,45) mg/L un (2,04 ± 0,13) mg/l. 3. zonā DO koncentrācija bija attiecīgi (4,48 ± 0,55) mg/l un (4,53 ± 1,68) mg/l. DO variācijas pa ceļam atbilst piesārņojošās vielas koncentrācijai. Organisko vielu sadalīšanās un nitifikācija pamatā tika pabeigta 2. zonā. Organisko vielu saturs 3. zonā ir mazāks, samazinot skābekļa patēriņu, kā rezultātā skābeklis netiek pilnībā izmantots un tiek uzglabāts ūdens fāzē kā DO, kā rezultātā DO koncentrācija palielinās līdz pārmērīgi augstam līmenim. Vidējais DO 3. zonā bija ievērojami augstāks par 2,0 mg/l, kas liecina par pārmērīgu-aerāciju aerobās tvertnes galā. Aktivēto dūņu endogēnā elpošana samazina dūņu aktivitāti un var viegli izraisīt dūņu masas palielināšanos, vienlaikus tērējot enerģiju. Pārmērīgi augstā DO koncentrācija aerobās tvertnes galā rada arī augstāku DO koncentrāciju atgaitas šķidrumā, kas ne tikai palielina DO koncentrāciju, kas nonāk bezskābekļa tvertnē ar ārēju atteci, bet arī samazina pieejamā COD Cr daudzumu, tādējādi pazeminot denitrifikācijas efektivitāti. Tāpēc 3.zonā ieteicams samazināt gaisa padevi, saglabājot tikai nepieciešamo maisīšanas intensitāti, lai taupītu aerācijas enerģijas patēriņu.
Kā parādīts5. attēls, pastāv būtiskas atšķirības difuzoru skābekļa pārvades veiktspējā dažādos kanālos faktiskās darbības laikā starp vasaru un ziemu. Ziemā mērītais vidējais OTE bija 9,72%, kas ir zemāks par vasarā mērīto rezultātu (16,71%). Tas ir tāpēcūdens temperatūras pazemināšanās samazina mikroorganismu aktivitāti NAI aerobajā tvertnē, kā rezultātā samazinās skābekļa izmantošanas līmenis. Pēc temperatūras, sāļuma un DO korekcijas vidējās SOTE vērtības vasarā un ziemā bija attiecīgi 17,69% un 14,21%. Vasaras SOTE bija nedaudz augstāka nekā ziemā, iespējams, tāpēcilgstoša darbība pastiprināta difuzora piesārņošana, bloķējot poras un samazinot difuzora skābekļa pārvades veiktspēju.
2.4. Aerobikas tvertnes aerācijas sistēmas enerģijas optimizācijas potenciāla analīze
Saskaņā ar (3) un (4) vienādojumu tika aprēķināts skābekļa patēriņš, skābekļa padeves ātrums un ventilatora jauda katram aerobikas tvertnes kanālam vasarā un ziemā, kā parādīts2. tabula. Kopējais aerobās tvertnes skābekļa patēriņš ziemā bija par aptuveni 34,91% lielāks nekā vasarā, ko izraisīja augstāka ieplūstošā ĶSP.Krun amonjaka slāpekļa piesārņojuma slodze ziemā salīdzinājumā ar vasaru. Skābekļa pieprasījums katrā aerobās tvertnes zonā samazinās, jo ieplūstošie piesārņotāji tiek degradēti ceļā. 1. zonā ir vislielākā piesārņojošo vielu koncentrācija un pietiekams substrāts, kā rezultātā palielinās mikrobu aktivitāte, līdz ar to tās skābekļa patēriņš ir vislielākais. Piesārņojošām vielām nepārtraukti noārdoties, skābekļa pieprasījums 2. un 3. zonā pakāpeniski samazinās. Vasarā trīs zonu skābekļa patēriņa proporcijas bija attiecīgi 72,62%, 21,65% un 5,73% no kopējā aerobā tvertņu skābekļa pieprasījuma. Ziemā proporcijas bija attiecīgi 72,84%, 24,53% un 2,63%. Parastos aktīvo dūņu reaktoros skābekļa patēriņš priekšējai sekcijai ir 45%-55%, vidējai sekcijai 25%-35% un aizmugurējai sekcijai 15%-25%. Apstrādes slodze šīs aerobās tvertnes galā ir zemāka par parastajām vērtībām. Gaisa padevi priekšējā galā varētu atbilstoši samazināt, ļaujot dažiem piesārņotājiem noārdīties aizmugurējās daļās.
Salīdzinot ar vasaru,bioloģiskās attīrīšanas procesa skābekļa patēriņš ziemā ir lielāks, un smalko burbuļu aerācijas sistēmas skābekļa pārvades efektivitāte ir zemāka, tādējādi nodrošinot lielāku nepieciešamo gaisa padevi. Pēc NAI ekspluatācijas datiem, kopējie pūtēju gaisa padeves ātrumi vasarā un ziemā bija attiecīgi 76,23 m³/h un 116,70 m³/h. Gaisa padeve bija visaugstākā 1. zonā, savukārt gaisa padeve 2. un 3. zonā bija līdzīga, bet zemāka nekā 1. zonā. Skābekļa padeve vasarā bija par 38,99% lielāka nekā skābekļa pieprasījums, kas liecina par būtisku enerģijas taupīšanas potenciālu. Skābekļa padeve gan 2., gan 3. zonā pārsniedza faktisko skābekļa patēriņu. Skābekļa padeve ziemā bija par 7,07% lielāka nekā skābekļa patēriņš. Skābekļa piedāvājums un pieprasījums 1. un 2. zonā tika saskaņoti, savukārt 3. zonā notika pārmērīga-aerācija. Ventilatora jauda ir proporcionāla gaisa padeves ātrumam, kā norādīts vienādojumā (6). Pūtēju jaudas patēriņš vasarā un ziemā bija attiecīgi 85,21 kW un 130,44 kW. Henkel to iesakagaisa temperatūras paaugstināšanās samazina pūtēju jaudu aerācijas sistēmās. Reaģējot uz skābekļa pieprasījuma atšķirībām dažādos kanālos, NAI jāveic atbilstoši aerācijas regulēšanas pasākumi, piemēram, konusveida aerācija. Tas varētu ietvert gaisa padeves atzarojuma cauruļu pilnīgu atvēršanu priekšējā galā, to atvēršanu vidējā galā līdz pusei un atzarojuma cauruļu noregulēšanu galā līdz minimālajai atvēršanaiietaupīt gaisa padevi un aerācijas enerģijas patēriņu.
Vēl vairāk kvantificējot smalko burbuļu difuzoru faktisko lietošanas efektivitāti, standarta aerācijas efektivitāte (SAE) aerobajā tvertnē vasarā bija 2,57 kg O₂/kW·h, kas ir par 32,29% augstāka nekā ziemā. Ieplūstošā ūdens kvalitātes, daudzuma un temperatūras atšķirības vasarā un ziemā izraisa būtiskas atšķirības NAI aerācijas sistēmas darbībā un kontrolē. Enerģijas izšķērdēšana vasarā bija bargāka nekā ziemā, un aerācijas sistēma nodrošināja labāku piegādes-pieprasījuma līdzsvaru ziemā. Ņemot vērā ieplūstošās plūsmas ātrumu un kvalitāti,gaisa padevi varētu atbilstoši samazināt vasarāvienlaikus nodrošinot notekūdeņu kvalitāti un atbilstošu sajaukšanos aerobā tvertnē. Ziemā, lai mazinātu lielas ieplūstošās piesārņojošās slodzes un zemās temperatūras ietekmi, jānodrošina pietiekama aerācija. Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka ilgstošas darbības laikā piesārņotāji uzkrājas uz difuzoru virsmas un poru iekšpusē, pakāpeniski bloķējot poras, un skābekļa pārneses efektivitāte samazināsies. Ja difuzora tīrīšana netiek veikta savlaicīgi, tas var izraisīt nepietiekamu skābekļa padevi aerācijas sistēmā, kas ietekmē notekūdeņu kvalitāti.
NAI tiek izmantota DO{0}}pūtēja gaisa plūsmas kontroles stratēģija. Aerācijas kontroles sistēmas mērķis ir nodrošināt stabilu DO vidi mikroorganismiem aerobajā tvertnē un nodrošināt notekūdeņu atbilstību. Tomēr DO atgriezeniskās saites mehānisms vien nevar novērtēt aerācijas sistēmas enerģijas taupīšanas potenciālu. Aerācijas sistēmas skābekļa pārneses veiktspējas lauka pārbaude ļauj precīzi aprēķināt aerācijas sistēmas faktisko skābekļa padeves ātrumu un apraksta tā variācijas modeli gar ceļu. Apvienojumā ar skābekļa pieprasījuma datiem tas nodrošina precīzu aerācijas sistēmas vadību, lai sasniegtu piedāvājuma-pieprasījuma līdzsvaru un enerģijas taupīšanas un patēriņa samazināšanas mērķi.
3. Secinājums
- Augstāka vasaras ūdens temperatūra uzlabo mikrobu nitrifikācijas aktivitāti un denitrifikāciju, kā rezultātā ziemā ir augstāks COD Cr un amonjaka slāpekļa daudzums, salīdzinot ar vasaru. Tomēr, jo ziemā ir mazāka hidrauliskā slodze nekā vasarā, pagarinātais HRT aerobajā tvertnē un pietiekama aerācija kompensē zemas temperatūras negatīvo ietekmi uz nitrifikāciju. Tāpēc notekūdeņu kvalitāte gan vasarā, gan ziemā atbilda A klases standartam GB 18918-2002.
- Salīdzinot ar vasaru, bioloģiskās attīrīšanas procesa skābekļa patēriņš ziemā ir lielāks, smalko burbuļu aerācijas sistēmas skābekļa pārvades efektivitāte ir zemāka, tādējādi nodrošinot lielāku nepieciešamo gaisa padeves ātrumu un zemāku aerācijas efektivitāti.
- Skābekļa padeve vasarā un ziemā bija attiecīgi par 38,99% un 7,07% lielāka nekā skābekļa pieprasījums, kas liecina par lielāku enerģijas taupīšanas potenciālu vasarā. Piesārņojošo vielu koncentrācija pakāpeniski samazinās gar aerobo tvertni, beigās paliekot gandrīz nemainīga, savukārt DO koncentrācija beigās ir daudz augstāka nekā priekšpusē. Tas norāda, ka lielākā daļa beigās piegādātā skābekļa izšķīst dūņu jauktajā šķidrumā un netiek izmantots ĶSP.Kroksidēšanās un amonjaka oksidēšanās, kas liecina par pārmērīgu{0}}aerāciju. Tāpēc gaisa padevi aerobikas tvertnes galā var atbilstoši samazināt, vienlaikus nodrošinot notekūdeņu kvalitāti un atbilstošu sajaukšanos.