Komunalinių nuotekų valymo įrenginių smulkios{0}}burbulinės aeracijos sistemos modernizavimas ir veikimo tyrimas

Komunalinių nuotekų valymo įrenginių smulkios{0}}burbulinės aeracijos sistemos modernizavimas ir veikimo tyrimas

Įvadas

Šiuo metu Kinijoje pagrindiniai nuotekų valymo procesai yra oksidacijos griovys, SBR, aktyvusis dumblas ir kt. Oksidacijos griovio procesas turi didelių energijos sąnaudų problemą, ypač biologinėje sekcijoje, kuri sudaro 65–80% viso energijos suvartojimo. Įprasta aeravimo įranga, naudojama oksidacijos griovių procesuose, apima aeravimo šepečius, aeravimo diskus, vertikalaus veleno aeratorius ir smulkius -burbulinius aeratorius. Pavyzdžiui, tam tikrame mieste komunalinių nuotekų valymo įrenginiuose tradicinę paviršinę mechaninę aeraciją pakeitus į apatinę smulkią{6}}burbulinę aeraciją, energijos suvartojimas sumažėjo 20,11 %, o valymo vandens kokybė tapo stabilesnė. Be to, smulkiai -burbulinei aeracijai būdingas zoninis deguonies tiekimas, kuris gali užtikrinti tikslų deguonies tiekimą, atsižvelgiant į deguonies poreikį įvairiose oksidacijos griovio vietose, taip dar labiau pagerindamas azoto ir fosforo šalinimo efektyvumą.

Paviršinės aeracijos sistema tam tikroje komunalinių nuotekų valykloje veikė daugiau nei dešimt metų, buvo rimtų įrenginių senėjimo ir veikimo sunkumų. Buvo sunku laikytis naujausių iškrovimo standartų, todėl techninė renovacija buvo skubi. Pagal šį projektą sistema buvo atnaujinta iki puikios-burbulinės aeracijos sistemos, kuri gali žymiai sumažinti energijos suvartojimą, optimizuoti veikimą, pailginti įrangos eksploatavimo laiką ir sumažinti priežiūros išlaidas, suderindama su nacionaline energijos taupymo ir emisijų mažinimo politika. Šiame renovacijos projekte išmontuojant ir montuojant buvo įdiegta ekologiškos statybos praktika: klasifikuotas senos įrangos perdirbimas, surenkamų įrengimų pritaikymas ir mažo-triukšmo,{5}}mažo teršalų išmetimo mechanizmų naudojimas, siekiant sutaupyti „proceso-statybos“ dviejų-matmenų energijos ir palaikyti tvarų nuotekų valymo įrenginių plėtrą.

1 Projekto apžvalga

1.1 Dabartinė padėtis

Tam tikrame mieste komunalinių nuotekų valymo įrenginių bendras pajėgumas yra 50 000 tonų per parą, pastatytas trimis etapais. I etape buvo pritaikytas oksidacijos griovio procesas, II fazėje ir pažangiojo apdorojimo projekte taip pat buvo pritaikytas oksidacijos griovio procesas, o vėliau pažangus apdorojimas naudojant koaguliacijos sedimentaciją + audinio terpės filtravimą + ultravioletinių spindulių dezinfekcijos procesą. III fazė priėmė modifikuotą A²O procesą. Šiuo metu nuotekos atitinka DB32/1072-2018 standartą.

1.2 Esamos problemos

1.2.1 Išorinio vamzdyno tinklo poveikis

Į nuotekas, kurios yra surinktos šios gamyklos vamzdžių tinkle, įneša daug pramonės įmonių. Kasdienės eksploatacijos metu gali atsirasti nenormalių pramonės įmonių nuotekų poveikio, dėl kurio DO vertė biologiniame rezervuare tampa labai žema, net pasiekia 0 mg/L, neatitinka gamybos reikalavimų. Tuo tarpu, pasikeitus išorinėms sąlygoms, vis daugiau aptarnavimo zonoje esančių pramonės įmonių nuotekas išleidžia į vamzdynų tinklą, ateityje ši jėgainė susidurs su sunkesnėmis įtekančio vandens kokybe. Įtekamajam srautui svyruojant, ištirpusio deguonies kiekis biologiniame rezervuare žymiai sumažės, o besisukančių diskų aeracijos tūrio reguliavimo diapazonas yra ribotas. Kai kuriais laikotarpiais DO aerobiniame rezervuare pasiekia 0 mg/l, todėl gamykla reaguodama į tai verčia sumažinti apdorojimo pajėgumus, o tai daro didelę įtaką biologinio rezervuaro aerobinei aplinkai ir apdorojimo pajėgumams.

1.2.2 Žemas DO aeracijos bake

Dėl besisukančių diskų gedimų, dėl kurių mažas aeratorių prisotinimo deguonimi efektyvumas, faktinės gamybos operacijos metu istoriniai eksploataciniai duomenys rodo, kad vidutinės DO vertės iš instrumentų, esančių aeracijos bako viduryje ir išleidimo angoje, neviršija 1 mg/L, o žemiausia siekia 0 mg/L, stipriai paveikianti biocheminės reakcijos efektyvumą.

1.2.3 Didelis energijos suvartojimas

Šio augalo I ir II fazės biologiniai rezervuarai yra oksidacijos griovio formos. I fazės oksidacijos griovyje naudojami 8 besisukantys diskiniai aeratoriai, kurių galia 18,5 kW, bendra paviršinio aeratoriaus galia 148 kW. II fazės oksidacijos griovys yra keturių-kanalų karuselinis griovys, naudojant 13 Hitachi savaime-siurbiančių aeratorių, įskaitant 2 rinkinius po 11 kW, 2 rinkinius po 18,5 kW ir 9 rinkinius po 15 kW, o bendra paviršinio aeratoriaus galia 194 kW. Esant normaliai eksploatacijai, norint užtikrinti pakankamą vandens kiekį, dėl žemo esamos deguonies tiekimo įrangos deguonies efektyvumo visi aeratoriai turi būti visiškai įjungti.

I ir II fazių aeratorių energijos suvartojimas tonai vandens yra: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25, 000=0.2392 RMB/t. Remiantis biologinės sistemos energijos suvartojimo keliuose aplinkiniuose komunalinių nuotekų valymo įrenginiuose tyrimu, 25 000 tonų per dieną komunalinių buitinių nuotekų įrenginyje, kuriame naudojama apatinė smulkia{9}}burbulinė aeravimo sistema, paprastai sunaudojama 0,09–0,1 RMB/t. Besisukančio disko aeratoriaus energijos sąnaudos yra 2,4–2,7 karto didesnės nei apatinės smulkios{15}}burbulinės aeracijos sistemos, o tai rodo, kad energijos suvartojimas yra gana didelis.

1.2.4 Didelis įrangos gedimų procentas

Besisukamiesiems diskiniams aeratoriams senstant, įrangos gedimų dažnis palaipsniui didėja. Po 11 metų eksploatavimo šioje gamykloje besisukančioje diskinėje aeracijos sistemoje atsirado disko deformacija, sukeldama didelę įrangos apkrovą ir didelę vibraciją. Ilgalaikis-naudojimas lėmė dugnas atsipalaidavimą, dėl kurio atsirado abiejų galų nesutapimų ir kitų problemų, dėl kurių padidėjo guolių susidėvėjimas ir didelis gedimų dažnis. Pagrindiniai velenai, sparnuotės, movos ir pagrindinės pavaros buvo daug kartų taisytos arba pakeistos, iš esmės pasiekė keitimo tašką. Savaiminio{6}}siurbimo aeratorių guoliai ir aeratoriaus galvutės mentės buvo labai susidėvėjusios. Naujausia statistika rodo, kad gamykloje kasmet buvo suremontuota beveik 30 besisukančių diskinių aeratorių ir savaime{9}}siurbiančių aeratorių.

2 Modernizuoto techninio sprendimo projektavimas

Bendras modernizavimo metodas yra toks: nuimkite originalius besisukančius diskinius aeratorius ir pakeiskite juos apatiniais smulkiais{0}}burbuliniais aeratoriais, atitinkamai pridedant pūstuvus; pakelti biologinio rezervuaro nuotekų užtvanką, kad padidėtų efektyvus biologinio rezervuaro vandens gylis; Pridėkite maišytuvus į aerobinę sekciją naudodami originalią kanalo struktūrą, kad išvengtumėte vietinio dumblo kaupimosi.

2.1 Aeratoriaus pasirinkimas ir išdėstymas

2.1.1 Aeratoriaus disko parametrai

Pasirinktas EPDM membraninio aeratoriaus disko modelis DD330, kaip parodyta1 pav, su konkrečiais parametrais, nurodytais1 lentelė.

2.1.2 Aeratoriaus disko išdėstymas

Aeratoriaus diskų skaičius: I fazės rezervuaro dugno grynasis plotas 864 m², II fazės rezervuaro dugno grynasis plotas 1 412 m², vidutinis eksploatacinis plotas 0,8 m²/diskas, su saugos koeficientu 1,05–1,10. Nustatytas galutinis bendras aeratoriaus diskų skaičius: I fazė 1150 diskų, II fazė 1900 diskų.

Išdėstymo principas: tolygiai paskirstytas įprastu trikampiu tinkleliu. Atstumas nuo rezervuaro sienelės Didesnis arba lygus 0,3 m, kad būtų išvengta negyvų zonų; atstumas nuo kanalo pertvaros Didesnis arba lygus 0,4 m, kad būtų lengviau prižiūrėti. Skirstymas pagal vandens srauto kryptį su vienu elektriniu oro valdymo vožtuvu kiekvienoje zonoje, kad būtų pasiektas DO zonos valdymas. Venkite dumblo siurblio įsiurbimo angų, mėginių ėmimo lovių ir kabelių lovelių, vietoje reguliuodami atstumą iki 1,5 m, išlaikant aptarnavimo plotą vienam diskui, mažesniam nei 0,8 m² arba lygiam.

Montavimo aukštis ir vamzdžių klasifikacija: Viršutinis membraninio disko paviršius yra 0,25 m atstumu nuo rezervuaro dugno, užtikrinant panardinimą Didesnis nei 5,0 m arba lygus minimaliam vandens lygiui, kad būtų išvengta ventiliatoriaus viršįtampio. Atšakos vamzdžiai naudoja ABS DN50 su perforuotu oro paskirstymu; magistraliniai vamzdžiai išdėstyti kilpa, oro greitis reguliuojamas 10–12 m·s⁻¹, medžiaga SS304. Pora flanšinių greito-jungimo jungiamųjų detalių yra kas 10 diskų, leidžiančių atlikti bendrą pakėlimą techninei priežiūrai neištuštinant bako.

2.2 Orapūtės sistemos optimizavimas

2.2.1 Pūstuvų pridėjimas

Kaip pagrindiniai mazgai buvo nupirkti importiniai orapūtės orapūtės, pastatyta nauja orapūtė su nerūdijančio plieno ortakiais.

2.2.2 Pūstuvo pasirinkimas

Atsižvelgiant į faktines įrenginio eksploatavimo sąlygas ir atsižvelgiant į būsimus vandens kokybės pokyčius, modernizavimo plane įtekančio ChDS koncentracija reikšmingai nesiskiria nuo projektinės vertės, o vidutinė koncentracija yra apie 320 mg/L. BDS koncentracija buvo apskaičiuota pagal III fazės projektinę vertę 150 mg/L, o kiti įtekamieji rodikliai buvo apskaičiuoti pagal III fazės projektines įtekėjimo koncentracijas. Reikalingas darbinis oro kiekis I ir II gamyklos fazėse yra 103,7 m³/min (6 225,1 m³/val., du darbiniai ir vienas budėjimo, vieno vieneto oro tūris 50 m³/min).

Visapusiškai įvertinus įvairius veiksnius, buvo nupirkti du importuoti pneumatinės pakabos orapūtės NX75-C060 kaip pagrindiniai I ir II fazės agregatai. Reikėjo pastatyti naują orapūtės patalpą, preliminariai esančią pirminio dumblo nusausinimo cecho pietinėje pusėje, su nerūdijančio plieno ortakiais į oksidacijos griovį. Orapūtės parametrai: oro slėgis 0,049 MPa, oro tūris 50 m³/min, maksimali išėjimo galia 64,3 kW tokiomis darbo sąlygomis.

2.2.3 Vėdinimo sistemos patobulinimas

Aeracijos būdas buvo pakeistas į apatinį aeravimą. I ir II fazės biologiniuose rezervuaruose naudojamas atitinkamas diskinių aeratorių ir UPVC aeracijos vamzdžių skaičius. Specifinis modifikavimo metodas: I fazės biologiniame rezervuare numatoma naudoti 780 rinkinių DD330 diskinių aeratorių ir UPVC aeravimo vamzdžių, II fazės biologiniame bake – 1 276 rinkinius DD330 diskinių aeratorių ir UPVC aeravimo vamzdžių, kurių vieno aeratoriaus darbinis oro tūris bus 3,45 m³/h. Aeratoriaus galvutės išdėstymas parodytas2 ir 3 pav.

2.3 Proceso parametrų optimizavimas

2.3.1 Oksidacijos griovio zonavimas ir DO kontrolės strategija

Išilgai oksidacijos griovio vandens tekėjimo krypties aeracijos sekcija padalinta į keturias zonas. 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. Didžiausio nitrifikacijos reakcijos greičio taške tarp 2 ir 3 zonų sumontuotas amoniakinio azoto proceso instrumentas, galiausiai kontroliuojantis nuotekų NH₃-N Mažiau arba lygų 1,5 mg/L.

2.3.2 Vėdinimo periodo optimizavimas

Prie esamos SCADA sistemos buvo pridėtas „pertraukiamo aeravimo“ modulis, sudarantis DO internetinį instrumentą + laiko dviguba uždara kilpa, siekiant užtikrinti, kad DO aerobinės sekcijos viduryje išliktų 0,2 mg/l. Jei DARYTI<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 Modifikavimo poveikio analizė

Šio inžinerinio modifikavimo įtaka bendrai proceso veiklai buvo ištirta lyginant nuotekų teršalų pokyčius prieš ir po modernizavimo.

3.1 Nuotekų vandens kokybės palyginimas prieš ir po atnaujinimo

Kaip parodyta, nuotekų vandens kokybė prieš ir po modifikavimo buvo stabili4 pav. Prieš ir po modifikavimo vidutinis nuotekų ChDS išliko mažesnis nei 30 mg/L, TP iš esmės liko mažesnis arba lygus 0,3 mg/L, NH₃-N mažesnis arba lygus 1,5 mg/l, o TN svyravo apie 10 mg/l. Bendra vandens kokybė pasiekė beveik -IV klasės paviršinio vandens standartus ir gerokai viršija gamyklai reikalingus išleidimo standartus.

Siekiant intuityviau išanalizuoti galimą modernizavimo poveikį vandens kokybei, buvo palygintos vienerių metų nuotekų vandens kokybės tendencijos prieš ir po modernizavimo.5 pav. Iš paveikslo matyti, kad neįvertinus įtekamų koncentracijų pokyčių įtakos, CHD ir TP nuotekų koncentracijų svyravimai po modernizavimo buvo stabilesni nei prieš modernizavimą. Nors vidutinės azoto rodiklių reikšmės, palyginti su prieš modernizavimą, padidėjo, bendra tendencija buvo gana stabili, todėl bendras augalų energijos suvartojimas ir cheminių medžiagų taupymas sumažėjo.

3.2 Teršalų pašalinimo prieš ir po modernizavimo palyginimas

Dėl aeracijos sistemos pagerėjimo bendras elektrinės elektros suvartojimas sumažėjo 1,7%, palyginti su anksčiau, o valymo pajėgumai padidėjo 8,33%, o atitinkamai sumažėjo ir teršalų kiekis, kaip matyti6 pav. Apskaičiavus, ChDS sumažėjo 948,5 t, TP padidėjo 7,0 t, NH₃-N padidėjo 100,4 t, o TN padidėjo 125,9 t.

Faktinis teršalų pašalinimas taip pat atitinkamai pasikeitė, kaip parodyta2 lentelė. Po modifikavimo, išskyrus sumažėjusį NH₃-N pašalinimo greitį, visų kitų rodiklių pašalinimo rodikliai padidėjo.

3.3 Energijos suvartojimo palyginimas prieš ir po modifikavimo

Šio modernizavimo projekto energijos suvartojimas parodytas3 lentelė. Po modernizavimo I fazės biologinio rezervuaro aeracijos sistemos energijos suvartojimas tonai sumažėjo 67,3%, o II fazės – 80,9%. Bendras įrenginio vidutinis energijos suvartojimas vienai tonai vandens sumažėjo 55,3 %, o tai rodo reikšmingą energijos{5}taupymo poveikį. Bendras įrenginio energijos suvartojimas vienai tonai vandens sumažėjo iki 0,21 kW·h/m³, energijos suvartojimo verčių ribose panašiems oksidacijos griovių procesams visoje šalyje (0,292±0,192) kW·h/m³. Energijos suvartojimas teršalo svorio vienetui prieš ir po modifikavimo visai gamyklai parodytas4 lentelė. Modifikavus visą gamyklos aeravimo sistemą, energijos sąnaudos 1 kg apdoroto ChDS sumažėjo 26,2%, 1 kg apdoroto TP sumažėjo 15,7%, 1 kg apdoroto NH₃-N sumažėjo 29,3%, o 1 kg apdoroto TN sumažėjo 36,1%, o tai rodo gerą energijos taupymą.

3.4 Cheminis palyginimas prieš ir po modifikavimo

Prieš modifikavimą dėl dažnų aeracijos sistemos gedimų DO biologinėje sistemoje buvo sunkiai kontroliuojamas, o siekiant azoto rodiklių standartų, reikėjo papildomai papildomai naudoti išorinį anglies šaltinį, kad būtų užtikrintas pašalinimo efektyvumas. Po modernizavimo išorinio anglies šaltinio papildymo iš esmės nebereikėjo. Po modifikavimo žymiai pagerėjo biologinio fosforo šalinimo ir denitrifikacijos efektyvumas, atitinkamai sumažėjo lydinčios fosforo šalinimo cheminės medžiagos PAC ir dumblo sausinimo cheminės medžiagos PAM. Metinės cheminių medžiagų sąnaudos sumažėjo maždaug 167 000 RMB, palyginti su ankstesnėmis. Konkretūs pakeitimai rodomi5 lentelė.

3.5 Investicijų palyginimas prieš ir po modernizavimo

Prieš modifikavimą paviršinių aeratorių metinės išlaidos buvo 1,6281 mln. RMB, o įrangos remonto išlaidos ne mažesnės nei 250 000 RMB. Po modernizavimo pūstuvų ir maišytuvų metinės išlaidos buvo 714 600 RMB. Remiantis šiuo skaičiavimu, per metus sutaupyta 913 500 RMB elektros energijos, be to, sutaupyta 250 000 RMB per metus, iš viso sutaupoma 1,1635 mln. RMB per metus. Remiantis bendromis 3,704 mln. RMB investicijomis, atsipirkimo laikotarpis yra 3,18 metų.

3.6 Proceso stabilumas

Prieš modifikavimą, gedimo laikotarpiais, ištirpusio deguonies kiekis biologiniame rezervuare dažniausiai buvo mažesnis nei 1,0 mg/l. Po modifikavimo, ištirpusio deguonies biologiniame rezervuare vidutiniškai buvo 1,5–2,0 mg/l. Priklausomai nuo įleidžiamo skysčio koncentracijos ir proceso reikalavimų, ištirpusio deguonies reguliavimo diapazonas gali būti 1,0–2,5 mg/l. Kai įtekančio vandens koncentracija yra didelė, normalų ištirpusio deguonies lygį biologiniame rezervuare taip pat galima palaikyti reguliuojant ventiliatoriaus galią. Todėl po modernizavimo tenkinamos stabilios nuotekų atitikties sąlygos.

4 Išvada

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, DARYTI dažnai<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, gali atkartoti šią techninę renovaciją. Remiantis šiuo pavyzdžiu sutaupyta 55,3 % elektros energijos, 3,18 -metų atsipirkimo laikotarpiu ir ribine nauda – 3–5 % padidinta teršalų mažinimo norma, kaip matyti iš šio pavyzdžio, investicijos į renovaciją turi didelę saugumo ribą ir gali iš karto atskleisti anglies dioksido mažinimo potencialą, suteikdamos pakartojamas ir pakankamas sąlygas ekologiškam ir mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančiam senų oksidacijos griovių atnaujinimui.