Daugiapakopių AAO nuotekų valymo įrenginių tikslios vėdinimo sistemos projektavimas ir paleidimas{0}}
Apžvalga
Nuotekų valymas yra gyvybiškai svarbi miesto statybos dalis. Pastaraisiais metais Kinijos nuotekų valymo pramonė sparčiai vystėsi. Didelis nuotekų valymo įrenginių dalyvavimas bendrai mažinant išmetamųjų teršalų kiekį yra svarbi parama kuriant mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią visuomenę, plėtojant mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią ekonomiką ir siekiant tvarios miestų plėtros. Pagal „dvigubo anglies dioksido“ tikslus mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių nuotekų valymo įrenginių koncepcija patraukė pramonės dėmesį. Norint suderinti su mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių nuotekų valymo įrenginių plėtros strategija, būtina išanalizuoti ir ištirti pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos energijos taupymui ir emisijų mažinimui.
Daugumoje buitinių nuotekų valymo naudojami aktyviojo dumblo procesai. Pagrindinis šio apdorojimo veiksnys yra tinkamo deguonies kiekio tiekimas mikroorganizmų oksidacijos reakcijoms biologiniuose rezervuaruose, todėl labai svarbu kontroliuoti aeracijos tūrį. Tradicinis vėdinimo valdymas, pasiekiamas naudojant rankinius jungiklius, visų pirma priklauso nuo -svetainės operatorių patirties, todėl kyla didelis netikrumas ir švaistymas. Siekdami automatiškai valdyti tikslias aeravimo sistemas ir sumažinti rankinį įsikišimą, mokslininkai plačiai ištyrė aeracijos valdymo metodus, įskaitant neaiškią valdymą, neuroninius tinklus, neaiškius neuroninius tinklus, genetinius algoritmus ir paramos vektorines mašinas. Šiame dokumente pagrindinis dėmesys skiriamas Šendženo nuotekų valymo įrenginio daugiapakopiniam AAO procesui, analizuojamas ir apibendrintas tikslios aeracijos sistemos projektavimo ir paleidimo procesas, kad būtų pateikta nuoroda į panašius projektus.
1 Sistemos apžvalga
1.1 Tikslios aeracijos sistemos principas
Biologinis valymas yra svarbiausias nuotekų valymo proceso etapas, kuriuo paprastai siekiama pašalinti arba sumažinti tikslines medžiagas nuotekose, kad jos atitiktų išleidimo standartus, palaikant ilgalaikį ir veiksmingą mikrobų augimą ir skatinant biocheminius procesus. Tradicinės kontrolės strategijos negali laiku ir tiksliai reaguoti į šiuolaikinių nuotekų valymo įrenginių eksploatacinių parametrų pokyčius. Pradinės bandomosios operacijos metu dažnai koreguojami tik orapūtės arba terminalų aeracijos vamzdžiai, nesugebama atlikti-realaus laiko, pagal poreikį reguliuojamo aeracijos tūrio reakcijos rezervuaruose, atsižvelgiant į faktinius eksploatacinių sąlygų pokyčius, tuo pačiu taupant energiją.
Ištirpęs deguonis (DO) yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos biologinio valymo procesui. DO kontrolės kokybė tiesiogiai veikia nuotekų valymo efektyvumą. Tiksli vėdinimo sistema pristato kelių-parametrų valdymo metodą, jungiantį „fedforward + feedback + model“, efektyviai sprendžiant tokias charakteristikas kaip didelis laiko delsimas ir ne{5}}tiesiškumas nuotekų valymo įrenginiuose. Jame visapusiškai atsižvelgiama į orapūtes, reguliuojančius vožtuvus ant aeracijos vamzdynų, taip pat į DO ir vandens apkrovą, kad būtų galima tiksliai valdyti biologinės reakcijos procesą, pasiekti aeraciją pagal poreikį, taip padidinant sistemos veikimo stabilumą ir taupant energiją.
Nuotekų valymo įrenginiuose perdavimo signalai daugiausia apima srauto ir kokybės signalus; grįžtamojo ryšio signalai daugiausia apima DO, mišrių skystų suspenduotų medžiagų (MLSS) ir biologinio rezervuaro lygio signalus.
Tiksliųjų aeravimo sistemų DO valdymo strategija paprastai turi du būdus: valdymo tikslą nustato kaip pastovią vertę arba kaip dinaminę vertę.
Paprastai pagal strategiją, kai DO kontrolės tikslas yra nustatytas kaip pastovi vertė, tiksli aeravimo sistema apskaičiuoja reikiamą oro tūrį kiekvienai biologinio rezervuaro zonai ir bendrą reikalingą oro tūrį, remdamasi tokiais signalais kaip įtekančio srauto kokybė, įtekančio srautas, DO nustatyta vertė ir biologinio rezervuaro MLSS. Tada jis sureguliuoja orapūtės pagrindinę valdymo sistemą ir elektrinius vožtuvus ant aeracijos vamzdžių, kad oro tiekimas atitiktų poreikį ir taip valdoma DO tikslinė vertė.
Taikant tikslią aeravimo sistemą, nuotekų valymo įrenginiai gali geriau pasiekti šiuos tikslus:
(1) Sumažinkite energijos suvartojimą vienam išvalytų nuotekų vienetui, sumažindami išlaidas.
(2) Gerinti bendrą nuotekų valymo operacijų stabilumą ir patikimumą.
(3) Automatiškai sureguliuokite aeraciją pagal išvalyto vandens apkrovą ir taršos apkrovą, iš tikrųjų pasieksite -pagal poreikį ir automatinį valdymą.
(4) Gerinti nuotekų kokybę ir padidinti nuotekų kokybės atitikties rodiklį.
1.2 Bendras tikslios vėdinimo sistemos projektas
Šio nuotekų valymo įrenginio projektinis valymo pajėgumas yra 50 000 m³/d. Jame naudojamas kelių-pakopų AAO procesas su 2 biologiniais rezervuarais. Pagrindiniai nuotekų kokybės rodikliai atitinka IV paviršinio vandens klasės standartus. Nuotekų valymo proceso srautas parodytas1 pav.
Projekte yra 2 biologiniai rezervuarai. Kiekvienas biologinis rezervuaras yra padalintas į 6 DO valdymo zonas, todėl iš viso gamyklos biologiniams rezervuarams yra 12 DO valdymo zonų. Jo tikslios vėdinimo sistemos projektinė schema parodyta2 pav.
Norint pasiekti tikslią aeraciją, reikalingas visas tikslios aeracijos sistemos valdymo tinklas. Tikslios aeracijos sistemos automatinio ryšio topologija parodyta3 pav.
Tiksli aeravimo sistemos pagrindinė stotis tiesiogiai gauna atitinkamus parametrus iš aeracijos orapūtių per ryšį, renka signalus iš vietinių stebėjimo prietaisų ir siunčia valdymo reguliavimo komandas įrangos vožtuvams ir orapūtės sistemai, taip užtikrindama visišką automatinį aeracijos proceso valdymą ir suderintą srauto valdymo vožtuvų ir pūstuvų reguliavimą.
1.3 Tikslios aeracijos sistemos aparatinės įrangos komponentai
Kiekvienai DO valdymo zonai sukonfigūruojamas vienas internetinis DO analizatorius. Vienas šilumos dujų srauto matuoklis ir vienas elektrinis valdymo vožtuvas yra sukonfigūruoti ant aeracijos atšakos vamzdžio, atitinkančio kiekvieną DO valdymo zoną. Orapūtės patalpoje ant pagrindinio išleidimo vamzdžio sumontuotas vienas šilumos dujų srauto matuoklis ir vienas slėgio siųstuvas.
Tikslios aeracijos sistemos įrangos ir prietaisų konfigūracijos lentelė parodyta1 lentelė.
1.4 Tikslios aeracijos sistemos programinės įrangos komponentai
Tikslios aeracijos sistemos programinė įranga yra įdiegta ir veikia tikslios aeracijos sistemos darbo vietoje, tarnauja kaip pagrindinis sistemos apdorojimo įrenginys. Remdamasis surinktais lauko signalais, šis įrenginys apskaičiuoja biologinių rezervuarų biologinio oro poreikį naudodamas modelį ir tuo pat metu duoda reguliavimo komandas lauko valdymo įrenginiams. Funkciškai jis apima pagrindinius modulius, tokius kaip aeracijos tūrio skaičiavimo modulis, oro paskirstymo modulis ir ventiliatoriaus optimizavimo nustatymo modulis.
Tiksli vėdinimo sistemos programinė įranga pirmiausia sukurta remiantis šiais dviem aspektais:
(1) Tiksli aeravimo sistema padalija aerobinę sekciją į keletą nepriklausomų DO valdymo zonų, galinčių prisitaikyti prie proceso valdymo srauto reikalavimų, automatiškai reguliuodama aeracijos srautą, kad atitiktų DO paskirstymo proceso sąlygas, kurių reikalauja apdorojimo įrenginiai.
(2) Tiksli aeravimo sistema leidžia vartotojams savarankiškai nustatyti tikslinius DO lygius ir palaiko dinamines DO nuostatas. Atsižvelgiant į patogumą ir operatyvumą, atitinkamus duomenis galima peržiūrėti ir konfigūruoti centrinėje valdymo patalpoje.
Tikslaus vėdinimo valdymo mechanizmas teikia pirmenybę laukui, o po to yra centrinis valdymo viršutinis kompiuteris, daugiausia apimantis vožtuvų valdymą ir ventiliatoriaus valdymą.
Vožtuvo valdymas turi du režimus: vietinio valdymo režimą ir nuotolinio valdymo režimą. Centriniame valdymo viršutiniame kompiuteryje yra du pasirinkimai: rankinis režimas ir tikslaus vėdinimo režimas.
Ventiliatoriaus slėgio valdymas apima:
(1) Kai pagrindinė valdymo spinta persijungia į vietinį režimą, slėgio kontrolinę vertę galima nustatyti rankiniu būdu vietoje.
(2) Kai pagrindinė valdymo spinta pereina į nuotolinį automatinį režimą, slėgio nustatymas yra padalintas į du režimus: rankinis ir tikslus aeravimas bei valdymo jungikliai į centrinį valdymo kambarį.
Kadangi ji turi tris valdymo režimus - pilnas automatinis valdymas, dalinis automatinis valdymas ir rankinis priverstinis valdymas - ir leidžia perjungti režimą arba -svetainėje, arba pagrindinėje valdymo patalpoje, tiksli aeravimo sistema gali tinkamai valdyti įvairias situacijas, su kuriomis susiduriama dirbant nuotekų valymo įrenginiuose.
1.5 Tikslios aeracijos sistemos funkcijos
1.5.1 Oro poreikio apskaičiavimas
Tiksli aeravimo sistema gali dinamiškai apskaičiuoti tikrąjį oro poreikį pagal įvairių biologinių rezervuarų veiksnių pokyčius, todėl aeravimo sistema gali tiekti orą pagal poreikį. Tikslios aeracijos sistemos oro poreikio skaičiavimo modelis parodytasPaveikslas4.
Praktiškai taikant tikslią aeracijos kontrolę nuotekų valymo įrenginiuose, tiksli aeravimo sistema gali apskaičiuoti tikrąjį oro poreikį realiuoju laiku-, kintant įtekamajam srautui ir kokybės apkrovoms, užtikrinant pagrįstą aeraciją, atitinkančią biocheminius reikalavimus ir taupant nereikalingas aeracijos energijos sąnaudas.
1.5.2 Aeracijos tūrio pasiskirstymas
Tiksli aeravimo sistema apima kelis aeracijos valdymo blokus. Sistema apima kelių-vožtuvų atjungimo valdymo strategiją, kad būtų išvengta trukdžių, atsirandančių dėl vieno-vožtuvo reguliavimo kituose vožtuvuose. Jis taip pat turi kelių-vožtuvų optimalaus atidarymo valdymo strategiją, leidžiančią greitai ir optimaliai reguliuoti vožtuvo atidarymą, kad būtų galima greitai ir tiksliai perduoti ir paskirstyti aeracijos tūrį tarp skirtingų aeracijos valdymo blokų.
1.5.3 Orapūtės optimizavimo valdymas
Energijos taupymas aeracijos procese pasiekiamas optimizuojant orapūtės veikimą. Aeracijos sistemos esmė yra orapūtės veikimo reguliavimas pagal veikimo parametrus. Viena vertus, reguliuojant ventiliatorių reikia atsižvelgti į faktinius veikimo parametrus; kita vertus, reguliuojant ventiliatorių reikia atsižvelgti ir į įrangos apsaugą. Bendras principas yra eksploatuoti pūstuvus ekonomiškiausiomis sąlygomis, tuo pačiu užkertant kelią neįprastoms oro pūtimo sąlygoms (pvz., šuoliui).
Tiksli aeravimo sistema apskaičiuoja reikiamą oro kiekį pagal esamus proceso veikimo parametrus ir siunčia signalą į orapūtės valdymo spintą. Tokios operacijos, kaip pūstuvų paleidimas / išjungimas ir angų reguliavimo angos, atliekamos pagal bendrą oro tūrio nustatytą tašką, kad būtų patenkintas biologinės sistemos aeracijos poreikis, o apsaugos nuo viršįtampių slėgis naudojamas apsaugoti orapūtes nuo bangavimo. Orapūtės yra pagrindinė nuotekų valymo įrenginių proceso įranga. Tiksli aeravimo sistema turėtų reguliuoti orapūtės veikimą, kad būtų patenkintas biologinių rezervuarų aeracijos poreikis ir būtų išvengta orapūtės bangavimo.
2 Tikslios aeracijos sistemos paleidimas
Norint užtikrinti normalų tikslios vėdinimo sistemos veikimą, atskiri sistemos įrenginiai pirmiausia turi būti paleisti po vieną. Vėliau būtinas suderintas biologinių rezervuarų aeracijos vožtuvų ir orapūtių paleidimas, nustatant orapūtės oro kiekį ir reguliuojant vamzdyno slėgio stebėjimą. Pradedant eksploatuoti, visos operacijos ir reguliavimai neturi turėti įtakos gamybai. Konkrečiai, reikėtų pabrėžti atsargumo priemones avariniam orapūtės veikimui:
(1) Esant trumpalaikiams -dideli ventiliatoriaus atidarymo svyravimai. Šioje sistemoje naudojami išcentriniai pūstuvai su magnetiniais guoliais, kurie realiu laiku gali priimti tikslios aeracijos sistemos siunčiamas nuostatas. Pūstuvas reguliuoja atsidarymo ir veikimo laiką pagal skirtumą. Tiksli aeravimo sistema turi apsauginį mechanizmą, apsaugantį nuo orapūtės svyravimų, kad būtų išvengta svyravimų sukeliamo bangavimo. Galimos trumpalaikių reikšmingų orapūtės atidarymo svyravimų priežastys: staigūs įtakos kokybės pokyčiai, nesuderinami sistemos reguliavimo parametrai, staigūs vamzdyno slėgio pokyčiai ir biologinio bako prietaiso gedimai. Įrangos saugumui užtikrinti, siekiant išvengti didelių vamzdyno slėgio svyravimų ir orapūtės bangavimo pavojaus, tikslią aeravimo sistemą galima rankiniu būdu perjungti ir įjungti rankinį režimą.
(2) Pūstuvo bangavimo metu. Pirminio paleidimo metu pūstuvo bangavimas kartais yra neišvengiamas. Galimos priežastys yra nepakankamas vožtuvų ir orapūtių koordinavimas, dėl kurio padidėja slėgis vamzdyne ir kyla bangos; arba patys neprotingi orapūtės parametrai, kai atidarymo reguliavimas per greitas, todėl pati pūstuvo banga kyla. Atsiradus šiam gedimui, tikslią vėdinimo sistemą galima rankiniu būdu pakeisti ir perjungti į rankinį režimą.
3 DO Tikslios aeracijos sistemos valdymo efektyvumo ir energijos taupymo rezultatai
3.1 DO Kontroliuokite tikslios aeracijos sistemos efektyvumą
Šio projekto tikslios aeracijos sistemos veiksmingumo patikrinimas visų pirma buvo atliktas lyginant scenarijus su sistemos įsikišimu ir be jos. Tradiciniai valdymo metodai negali laiku ir tiksliai reaguoti į įvairių trikdžių poveikį. Kai internete valdoma DO vertė rodo didelius svyravimus, ištirpusio deguonies (DO) kitimas per tam tikrą laiką tam tikroje biologinio rezervuaro vietoje be tikslios aeracijos rodomas5 pav.
Palyginti su tradiciniais biologinio rezervuaro valdymo metodais, tikslus aeracijos valdymo metodas gali tiksliau valdyti DO biologiniame rezervuare, parodydamas stipresnį prisitaikymą, taip užtikrindamas geresnę aeraciją ir energijos taupymą. Ištirpusio deguonies (DO) tendencija tam tikroje biologinio rezervuaro vietoje su tikslia aeracija parodyta6 pav.
Pagal šio projekto tikslios valdymo sistemos bandomojo veikimo rezultatus, DO reikšmių pasiskirstymo ±0,5 mg/L nuo tikslinės vertės tikimybė yra 90 %; tikimybė ±0,3 mg/L ribose yra 30 %; o tikimybė ±0,2 mg/l ribose yra 20 %, atitinkanti projektavimo reikalavimus ir faktinius eksploatavimo poreikius.
3.2 DO valdymo naudojant tikslią aeravimo sistemą energijos taupymo rezultatai
Kelių{0}}pakopų AAO nuotekų valymo įrenginyje tiksli aeravimo sistema apskaičiuoja reikiamą bendrą oro tūrį realiu laiku-, atsižvelgdama į esamą įtekamąjį srautą ir apkrovą valdant orapūtę. Tada jis perduoda bendrą oro poreikio kontrolinę vertę į orapūtės pagrindinę valdymo spintą, kuri reguliuoja susijusius orapūtes pagal nustatytą tikslą. Tai užtikrina, kad aeracijos tūris atitiktų faktinius poreikius tiek didelės, tiek mažos apkrovos sąlygomis, tuo pačiu sumažinant nereikalingas aeracijos energijos sąnaudas. Esant tradiciniam valdymui, pūstuvai paprastai veikia nuolat, esant santykinai didelei galiai. Tiksliai vėdinimo sistemai valdant orapūtes, pasiekiamas{6}}darbo galios reguliavimas realiu laiku ir taip pasiekiamas energijos taupymo tikslas.
Pritaikius tikslią aeravimo sistemą, daugiapakopis AAO nuotekų valymo įrenginys turi normalų valymo įrangos veikimą, tikslius prietaiso duomenis, stabilų įtekamąjį srautą ir kokybę (neviršijantį ±20 % projektinių verčių), pakankamą ventiliatoriaus darbinį slėgį, nuolat reguliuojamą oro kiekį ir automatinį pagrindinės valdymo spintos pastovaus slėgio veikimą.
4 Išvada
Taikant tikslią aeravimo sistemą daugiapakopėje AAO nuotekų valymo įrenginyje{0}} siekiama pateikti patobulintą eksploatacinį sprendimą nuotekų valymo proceso aeracijos etape. Tikslus aeracijos sistemos sprendimas visiškai atitinka gamyklos darbo sąlygas, todėl pasiekiamas tikslus aeracijos valdymas. Tuo remiantis, mikrobų biocheminė aplinka išlieka stabili ir padeda nuotekų valymo įrenginiui pasiekti rafinuotą, energiją taupantį ir automatizuotą aeracijos sistemos veikimą, todėl gerėja nuotekų kokybės stabilumas.