Uporaba spletne tehnologije kemičnega čiščenja za aeratorje s finimi mehurčki v čistilnih napravah
Prezračevalniki s finimi mehurčki se pogosto uporabljajo kot oprema za prezračevanje v čistilnih napravah zaradi svoje preproste zgradbe, visoke učinkovitosti izkoriščanja kisika, zanesljivega delovanja, por, odpornih na zamašitev-, preprečevanja povratnega toka odpadne vode, enakomerne porazdelitve napetosti po obodu, dolge življenjske dobe, enostavne namestitve in vzdrževanja ter nizkih stroškov sistema. Kot ključna komponenta za oskrbo s kisikom pri čiščenju odpadne vode so prezračevalni sistemi s finimi mehurčki nagnjeni k zamašitvi zaradi obraščanja in biofilma med dolgotrajnim-delovanjem, kar predstavlja velike izzive za ohranjanje njihove učinkovitosti. Spletna tehnologija kemičnega čiščenja zagotavlja učinkovito rešitev tega problema.
1. Nastanek in nevarnosti zamašitve aeratorja s finimi mehurčki
Po dolgotrajnem delovanju so aeratorji s finimi mehurčki dovzetni za zamašitev, ki je običajno kategorizirana kot "notranja zamašitev" in "zunanja zamašitev" glede na obliko zamašitve onesnaževal. "Notranja zamašitev" se nanaša na odlaganje drobnih delcev, kot so koloidni delci in makromolekule topljencev iz mešane tekočine v porah, kar vodi do blokade por. "Zunanja zamašitev" se nanaša na odlaganje vodnega kamna na površini membrane, ki je obrnjena proti vodni strani. Ta vrsta blokade nenehno povečuje upor membrane proti izpustu zraka, kar vodi do povečanega pritiska na membrano in postopnega povečevanja velikosti por. Sčasoma lahko to zlahka povzroči trganje membrane. Ko se membrana raztrga, se vpliv razteza od uničenja učinkovitosti prezračevanja do strukturne poškodbe sistema, ki lahko zahteva zaustavitev zaradi vzdrževanja ali zamenjavo prezračevalnika.
Težave z zamašitvijo v aeratorjih s finimi mehurčki povzročajo večja operativna tveganja:
- Z vidika stroškov porabe električne energije: Ko se aeratorji zamašijo, tlak v cevovodu naraste, zaradi česar morajo puhala delovati pod visoko-obremenitvijo in visoko-porabo-energije. To poveča porabo energije in vpliva tudi na življenjsko dobo puhalnika.
- Z vidika tveganja za okolje: Neenakomerno prezračevanje zmanjša hitrost prenosa kisika, omejuje prilagodljivost nadzora procesa in lahko resno vpliva na kakovost odplak v resnih primerih.
- Z vidika ekonomskih stroškov: Stroški ročnega čiščenja po praznjenju rezervoarjev so visoki.
- Z varnostnega vidika: Ročno čiščenje po praznjenju zahteva vstop v rezervoarje za odstranitev blata, kar vključuje vstop v zaprt prostor in začasna električna dela, s čimer se povečajo tveganja za električno in osebno varnost.Slika 1prikazuje pojav kopičenja blata zaradi zamašitve aeratorja.
Zato je redno vzdrževanje in čiščenje perlatorjev s finimi mehurčki ključnega pomena za zagotovitev njihovega delovanja. Tradicionalne metode vzdrževanja in čiščenja aeratorja zahtevajo popolno izpraznitev bioloških reakcijskih rezervoarjev. Obsežno- vzdrževanje in čiščenje čistilnih naprav za odpadno vodo lahko vpliva na normalno čiščenje in odvajanje odpadne vode ali zahteva odobritev ustreznih vladnih služb, če se izvajata na določenih lokacijah (kot so območja, ki jih pokrivajo mestna drenažna omrežja ali varovana območja virov pitne vode). Ta proces vključuje več nevarnih postopkov (npr. vstop v zaprt prostor) s številnimi tveganji in slabostmi, ki nalagajo znatna gospodarska bremena in morebitne stroške (npr. usklajevanje z vladnimi odnosi, zmanjšana zmogljivost čiščenja med vzdrževanjem, prilagoditev kakovosti vode, varnostna tveganja) za čistilne naprave. Pritisk in izzivi, ki jih povzročajo praznjenje za vzdrževanje, povzročajo relativno nizko izvedljivost rednega praznjenja za čiščenje aeratorja.
Glede na številne pomanjkljivosti tradicionalnega ročnega čiščenja po praznjenju-visoke stroške, visoko operativno tveganje in neoptimalno učinkovitost čiščenja-je raziskava o spletnem čiščenju aeratorjev s finimi mehurčki z uporabo spletnih naprav za doziranje kemikalij v normalnih pogojih prezračevanja še posebej pomembna.
Ta študija je izbrala projekt tovarne kot poligon za testiranje spletne tehnologije kemičnega čiščenja. Naprava ima skupno zmogljivost čiščenja odpadne vode 600.000 ton na dan, zgrajena pa je v štirih fazah. Projekt tretje{4}}faze ima zmogljivost obdelave 100.000 ton na dan z uporabo postopka AAO; projekt četrte-faze ima zmogljivost obdelave 200.000 ton na dan z uporabo postopka MBR. Kakovost odpadne vode ustreza standardu razreda A GB 18918-2002 "Standard izpusta onesnaževal za komunalne čistilne naprave". Spletno čiščenje je bilo izvedeno na aeratorjih s finimi mehurčki v aerobnih rezervoarjih tretje in četrte faze, ki so delovali 6-7 let.
2. Načelo spletne tehnologije kemičnega čiščenja
Spletna tehnologija kemičnega čiščenja vključuje dodajanje posebnih kemičnih sredstev v prezračevalni sistem, da s kemičnim delovanjem raztopijo ali razpršijo snovi, ki povzročajo zamašitev. Ta sredstva so lahko kisla, alkalna, oksidacijska ali kelatna. Na primer, nekatera kisla sredstva lahko raztopijo alkalne oborine, kot je kalcijev karbonat, medtem ko lahko oksidanti razgradijo organske blokade, ki jih proizvajajo mikroorganizmi.
2.1 Analiza pogostih onesnaževal
Onesnaževala, ki se oprimejo površin prezračevalcev, so raznolika in njihova sestava je tesno povezana z značilnostmi odpadne vode, procesi čiščenja in pogoji delovanja. Pogosta onesnaževala so analizirana na naslednji način:
- Anorganska onesnaževala: Vključuje kalcijeve in magnezijeve spojine, sulfide, kovinske okside in hidrokside, ki izvirajo predvsem iz kemičnega obarjanja in prenasičenosti ionov. Njihov primarni vpliv na aeratorje vključuje zamašitev por, zmanjšano učinkovitost prezračevanja, povečano porabo energije sistema, povečano odpornost na prezračevanje in zmanjšano učinkovitost prenosa kisika.
- Organska onesnaževala: Vključuje mikrobni biofilm, suspendirane organske delce, maščobe/olja in organske koloide. Mikrobni biofilm nastane predvsem zaradi mikrobne kolonizacije in adhezije zunajcelične polimerne snovi (EPS). Njegove nevarnosti vključujejo ustvarjanje anaerobnega mikrookolja in sproščanje strupenih plinov (npr. H₂S). Zaradi hidrofobnih interakcij in elektrostatične adsorpcije nastanejo organski koloidi, ki ustvarjajo hidrofobne plasti, ki ovirajo sproščanje plinov in vplivajo na enakomernost prezračevanja.
- Sestavljena onesnaževala (anorganski-organski mešani obseg): Vključuje biološko-kemično mešanico vodnega kamna in pritrditev delcev blata, ki nastanejo predvsem s fizičnim ujetjem in kemično vezavo. Njihovi učinki vključujejo prekrivanje površine prezračevalnika, zmanjšanje efektivne površine prezračevanja, pospeševanje staranja opreme in skrajšanje vzdrževalnih ciklov.
Z vzdrževalnimi pregledi prezračevalnega sistema v obratu so bile ugotovljene naslednje težave: ① Dolgotrajno podvodno delovanje aeratorjev, skupaj s podaljševanjem življenjske dobe, je povzročilo znatno staranje tesnil O-obročev na priključnih točkah, kar je povzročilo uhajanje plina; ② Med delovanjem so neprekinjeno odlaganje blata in prilagoditve nadzora proizvodnega procesa povzročili višje koncentracije blata na določenih območjih, kar je posredno povzročilo močno nabiranje vodnega kamna na površinah membran prezračevalnika, kot je prikazano vSlika 2; ③ Ko je koncentracija blata v rezervoarjih za biološko reakcijo previsoka, se starost blata podaljša, kar poveča raztopljeni kisik, ki je potreben za normalno delovanje mikrobov, in poveča zahteve za sistem za oskrbo s kisikom; ④ Povečana gostota mešane tekočine v posodah za prezračevanje poveča odpornost, kar povzroči večjo porabo energije za mehansko prezračevanje ali prezračevanje s puhalom; ⑤ Nekaj umazanije je prodrlo v prezračevalne pore in vplivalo na prezračevanje sistema, kot je prikazano naSlika 3. Na podlagi vzrokov za nastanek onesnaževal je bilo ugotovljeno, da vodni kamen na površinah prezračevalcev vsebuje anorganska onesnaževala, organske snovi, beljakovine itd.
2.2 Izbira čistilnih sredstev
Za vrste onesnaženja membrane je treba izbrati primerna kemična čistilna sredstva. Ta sredstva lahko prodrejo skozi prezračevalne pore v steni cevi do prostora med membrano in steno cevi ter tako očistijo površino membrane in njene pore. Izbira vrste čistilnega sredstva mora temeljiti na dejanskih fizikalno-kemijskih lastnostih membrane, vrstah onesnaževalcev in stopnji umazanije. Čistilno sredstvo mora biti biorazgradljivo in ne-strupeno za organizme ter mora učinkovito odstraniti anorganski kamen s sten zračnih cevi in znotraj difuzorjev. Imeti mora dobro čistilno učinkovitost proti zamašitvam (znanim tudi kot "zamašitev plin-faze"), ki jih povzročajo onesnaževalci, delci ali prah v vstopnem zraku prezračevalnih sistemov puhal, puščanje olja iz puhal in rja iz notranjih zračnih cevi.
Alkalna čistilna sredstva vključujejo natrijev hidroksid, natrijev karbonat, natrijev fosfat, natrijev silikat, kalijev hidroksid itd. Natrijev hidroksid je običajno kemično sredstvo v postopkih čiščenja odpadne vode za dvig pH odpadne vode, zato ga je mogoče izbrati kot alkalno čistilno sredstvo.
Kisla čistilna sredstva vključujejo žveplovo kislino, klorovodikovo kislino, dušikovo kislino, citronsko kislino, oksalno kislino, fosforno kislino itd. Glede na to, da ima citrat močno kelatno sposobnost za ione, kot sta mangan in železo, in je v praksi v primerjavi z mineralnimi kislinami citronska kislina razmeroma šibka, manj korozivna za opremo, varnejša in mikroorganizmi jo zlahka biološko razgradijo, je bila citronska kislina izbrana kot kislo čistilo agent.
Tabela 1prikazuje kategorije in učinkovitost čistilnih sredstev, ki se običajno uporabljajo za umazanje membran.
2.3 Oblikovanje spletne čistilne naprave
Glede na pritisk pri delovanju prezračevalnih sistemov s finimi mehurčki in številne odcepne cevi je oblikovanje ustrezne spletne dozirne naprave za aeratorje s finimi mehurčki še posebej pomembno. Dozirna čistilna naprava, zasnovana v tej študiji, vključuje enoto za raztapljanje/redčenje in dozirno enoto, kot je prikazano naSlika 4.
Enota za raztapljanje/redčenje je v glavnem sestavljena iz posode za pripravo, mešala in merilnika nivoja, ki se uporablja za raztapljanje in redčenje sredstev. Z vbrizgavanjem določene količine vode v pripravljalno posodo, dodajanjem sredstva in zagonom mešala lahko pripravimo sredstvo določene koncentracije za uporabo v dozirni enoti.
Dozirno enoto v glavnem sestavljajo dozirna posoda, izpušni ventil, dozirni ventil, izravnalni ventil, dovodni ventil in nekateri cevni sistemi. Dno dozirne posode je povezano z dozirno cevjo, ki se nadalje razveja v več dozirnih pod-cevi. Vse dozirne pod-cevi so povezane ena-na-ena z več prezračevalnimi odcepi, te pa so povezane z več aeratorji s finimi mehurčki, s čimer se doseže namen čiščenja aeratorjev s finimi mehurčki.
Med izvajanjem je bila izvrtana luknja Φ15 mm v vsako odcepno cev za prezračevanje rezervoarjev za biološko reakcijo kot dozirna odprtina, skozi katero je bila nameščena najlonska dozirna cev za dovajanje sredstva v aeratorje s finimi mehurčki, kar je zmanjšalo izgubo sredstva. Hkrati je bila izvrtana dodatna luknja v prezračevalni odcep kot izravnalna plinska cev za izravnavo tlaka med dozirno posodo in prezračevalnim odcepom. Luknje, izvrtane v razdelilnih ceveh prezračevanja, so med normalnim delovanjem zatesnjene s čepi, priključki za hitro-priključitev pa so nameščeni med odmerjanjem, da se omogoči hitra namestitev in odstranitev.
3. Uporaba spletne dozirne čistilne naprave
V tem spletnem poskusu čiščenja z doziranjem so bili aeratorji s finimi mehurčki postavljeni v biološke rezervoarje. Posebna čistilna raztopina je bila vbrizgana v membrane aeratorja s finimi mehurčki skozi prezračevalne veje, kar ji je omogočilo, da teče proti dovodni strani, da razgradi organsko snov, ki se drži površine membrane, s čimer se obnovi transmembranska razlika v tlaku in doseže učinek čiščenja. Eksperimentalni načrt je temeljil na treh spremenljivkah: vrsti sredstva, koncentraciji sredstva in času čiščenja. Testna shema je prikazana vTabela 2.
3.1 Analiza učinka čiščenja spletnega odmerjanja
Po čiščenju je senzorično opazovanje prezračevalne površine na mestu pokazalo manjše velikosti mehurčkov, ki uhajajo s površine prezračevalne posode, in bolj enakomerno prezračevanje.Slika 5prikazuje senzorični videz prezračevanja pred in po čiščenju.
Po čiščenju z različnimi vrstami sredstev in koncentracijami so aeratorji dosledno kazali povečan pretok in zmanjšan tlak v cevovodu, s pretoki pa so bili obnovljeni. Učinkovitost prezračevanja je bila po obdelavi z različnimi metodami čiščenja v različni meri obnovljena. Kombinirani podatki o povečanem pretoku zraka in zmanjšanem tlaku v cevovodu kažejo, da imajo različne vrste sredstev, koncentracije in časi čiščenja različne učinke na obnovo aeratorja.Slike 6 in 7prikazujejo spremembe pretoka in tlaka pred in po čiščenju.
Učinkovitost obnove aeratorjev po čiščenju z natrijevim hidroksidom je bila nekoliko nižja kot po citronski kislini. Visoka topnost natrijevega hidroksida v vodi vodi do znatnega sproščanja toplote pri raztapljanju. Skupaj z močno higroskopičnostjo, alkalnostjo in jedkostjo te lastnosti zahtevajo dodatne previdnostne ukrepe pri praktičnem delovanju. Z vidika varnosti čiščenja natrijev hidroksid ni prednostno čistilno sredstvo. Zato je treba pri izbiri čistilnih sredstev skrbno oceniti njihovo varnost in priročnost delovanja, da zagotovimo varnost upravljavca in optimalno učinkovitost čiščenja.
Rezultati testiranja so pokazali, da je po čiščenju s spletnim doziranjem prezračevanje v bioloških rezervoarjih postalo bolj enakomerno, pretok aeratorjev s finimi mehurčki se je povečal, tlak v cevovodu se je znatno zmanjšal in učinek čiščenja je bil izjemen.
3.2 Tehnične prednosti
- Zmanjša čas nedelovanja: V primerjavi s tradicionalnim čiščenjem z razstavljanjem spletno čiščenje z doziranjem ne zahteva zaustavitve prezračevalnega sistema, s čimer se izognete prekinitvam v procesu čiščenja odpadne vode in zmanjšani učinkovitosti čiščenja, ki jo povzročijo zaustavitve.
- Izboljša učinkovitost čiščenja: sredstva lahko prodrejo globoko v pore in učinkovito očistijo težko{0}}dostopna-zamašena mesta. Po uporabi v nekaterih gospodinjskih čistilnih napravah se je enakomernost prezračevanja opazno izboljšala, učinkovitost prenosa kisika pa se je znatno povečala.
- Zmanjša delovno intenzivnost in stroške: Odpravlja potrebo po ročnem razstavljanju in ponovnem sestavljanju aeratorjev, zmanjšuje ročno delo in tveganje poškodb opreme zaradi pogostega razstavljanja, s čimer prihrani stroške vzdrževanja. Cena spletnega kemičnega čiščenja aeratorjev s finimi mehurčki je 0,47 RMB/tono, medtem ko je cena tradicionalnega ročnega čiščenja starih aeratorjev 13,3 RMB/tono. Ocenjuje se, da letni prihranek pri stroških čiščenja aeratorja s finimi mehurčki znaša 515.000 RMB. V primerjavi s tradicionalnim ročnim čiščenjem starih aeratorjev ponuja spletno kemično čiščenje pomembne ekonomske prednosti.
- Podaljša življenjsko dobo prezračevalne opreme: S spletnim kemičnim čiščenjem se učinek prezračevanja aeratorjev s finimi mehurčki učinkovito izboljša, s čimer se poveča učinkovitost prezračevalnika in do neke mere podaljša življenjska doba opreme za prezračevanje, kar učinkovito zmanjša obremenitev puhala.
- Zagotavlja več možnosti za načrtovanje proizvodnje in načrte vzdrževanja: S spletnim kemičnim čiščenjem postane porazdelitev mehurčkov bolj enakomerna, tlak v zračni cevi se učinkovito zmanjša, stopnja pretoka se znatno poveča, kar močno izboljša hitrost prenosa kisika in zagotavlja trdno jamstvo za uravnavanje kakovosti vode.
4. Zaključek
Spletna tehnologija kemičnega čiščenja aeratorjev s finimi mehurčki ima pomembno uporabniško vrednost v čistilnih napravah. Z njegovo racionalno uporabo je mogoče učinkovito rešiti težave z zamašitvami v prezračevalnikih s finimi mehurčki, izboljšati delovanje prezračevalnega sistema, zmanjšati čas izpadov in obratovalne stroške ter zagotoviti stabilno in učinkovito delovanje čistilnih naprav. Omejitve tradicionalnega ročnega čiščenja bodo industrijo usmerile k spletnemu čiščenju. Pojav nove opreme in inteligentnih nadzornih sistemov bistveno zmanjša operativne težave spletnega čiščenja. Skupaj s politiko in okoljskimi predpisi, ki poudarjajo ogljično nevtralnost in recikliranje vodnih virov, kar bo posredno spodbujalo uporabo spletne tehnologije čiščenja. V prihodnosti bo mogoče optimizirati formulacije sredstev in raziskati sinergijske tehnologije čiščenja z več-sredstvi. Poleg tega se lahko izvajajo strategije nadzora odmerjanja in raziskave inteligence opreme, da se bolje prilagodijo potrebam različnih čistilnih naprav.