Načrtovanje in zagon natančnega prezračevalnega sistema za več-stopenjsko čistilno napravo AAO
Pregled
Čiščenje odpadne vode je pomembna sestavina urbane gradnje. V zadnjih letih se je kitajska industrija čiščenja odpadne vode hitro razvila. Poglobljeno sodelovanje čistilnih naprav pri skupnem zmanjševanju emisij služi kot pomembna podpora za izgradnjo nizko-ogljične družbe, razvoj nizko-ogljičnega gospodarstva in doseganje trajnostnega urbanega razvoja. V okviru ciljev »Dual Carbon« je koncept nizko-ogljičnih čistilnih naprav za odpadne vode pritegnil pozornost industrije. Za uskladitev z razvojno strategijo nizko{7}}ogljičnih čistilnih naprav je treba analizirati in preučiti ključne dejavnike, ki vplivajo na varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij.
Večina gospodinjskih odpadnih voda uporablja postopke z aktivnim blatom. Ključni dejavnik pri tej obdelavi je dovajanje ustrezne količine kisika za oksidacijske reakcije mikroorganizmov v bioloških rezervoarjih, zaradi česar je nadzor količine prezračevanja ključen. Tradicionalni nadzor prezračevanja, dosežen z ročnimi stikali, se v prvi vrsti zanaša na izkušnje upravljavcev na kraju samem, kar povzroča veliko negotovosti in izgube. Da bi dosegli samodejni nadzor natančnih prezračevalnih sistemov in zmanjšali ročno posredovanje, so raziskovalci obsežno preučevali metode nadzora prezračevanja, vključno z mehkim nadzorom, nevronskimi mrežami, mehkimi nevronskimi mrežami, genetskimi algoritmi in podpornimi vektorskimi stroji. Ta članek se osredotoča na več-stopenjski postopek AAO čistilne naprave za odpadne vode v Shenzhenu, analizira in povzema zasnovo in postopek zagona njenega natančnega prezračevalnega sistema, da zagotovi referenco za podobne projekte.
1 Pregled sistema
1.1 Načelo sistema natančnega prezračevanja
Biološko čiščenje je najpomembnejša stopnja v procesu čiščenja odpadne vode, ki je običajno namenjena odstranitvi ali zmanjšanju ciljnih snovi v odpadni vodi, da se izpolnijo standardi izpustov z vzdrževanjem trajne in učinkovite rasti mikrobov in spodbujanjem biokemičnih procesov. Tradicionalne strategije nadzora se ne morejo pravočasno in natančno odzvati na spremembe obratovalnih parametrov sodobnih čistilnih naprav. Med začetnim poskusnim obratovanjem se prilagoditve pogosto izvajajo le na puhalih ali na končnih prezračevalnih ceveh, pri čemer se ne izvede -časovna, na-regulacija količine prezračevanja v reakcijskih rezervoarjih na podlagi dejanskih sprememb delovnih pogojev ob doseganju prihrankov energije.
Raztopljeni kisik (DO) je primarni dejavnik, ki vpliva na proces biološke obdelave. Kakovost nadzora DO neposredno vpliva na učinkovitost čiščenja odpadne vode. Natančen prezračevalni sistem uvaja več-metodo nadzora parametrov, ki združuje "naprej + povratne informacije + model," učinkovito obravnava značilnosti, kot so velike časovne zamude in ne-linearnost v čistilnih napravah. Izčrpno upošteva puhala, regulacijske ventile na prezračevalnih cevovodih, kot tudi DO in vodno obremenitev, za izvajanje natančnega nadzora nad biološkim reakcijskim procesom, doseganje-prezračevanja na zahtevo, s čimer se poveča stabilnost delovanja sistema in prihrani energija.
V čistilnih napravah signali za naprej vključujejo predvsem signale dotoka in kakovosti; povratni signali večinoma vključujejo DO, suspendirane trdne snovi mešane tekočine (MLSS) in signale nivoja biološkega rezervoarja.
Strategija nadzora DO za precizne prezračevalne sisteme ima običajno dva pristopa: nastavitev cilja nadzora kot konstantne vrednosti ali kot dinamične vrednosti.
Običajno v okviru strategije, kjer je cilj nadzora DO nastavljen kot konstantna vrednost, natančen prezračevalni sistem izračuna zahtevano količino zraka za vsako cono biološkega rezervoarja in skupno zahtevano količino zraka na podlagi signalov, kot so kakovost dotoka, dotočni pretok, nastavljena točka DO in MLSS biološkega rezervoarja. Nato prilagodi glavni nadzorni sistem puhala in električne ventile na prezračevalnih ceveh, da uskladijo dovod zraka s povpraševanjem, s čimer doseže nadzor nad ciljno vrednostjo DO.
S sprejetjem natančnega sistema prezračevanja lahko čistilne naprave bolje dosežejo naslednje cilje:
(1) Zmanjšanje porabe energije na enoto prečiščene odpadne vode, znižanje stroškov.
(2) Izboljšati splošno stabilnost in zanesljivost postopkov čiščenja odpadne vode.
(3) Samodejno prilagajanje prezračevanja na podlagi obremenitve obdelane vode in obremenitve onesnaženja, s čimer resnično dosežete prezračevanje na-zahtevo in samodejni nadzor.
(4) Izboljšajte kakovost odplak in povečajte stopnjo skladnosti kakovosti odplak.
1.2 Splošna zasnova natančnega prezračevalnega sistema
Projektirana zmogljivost čiščenja te čistilne naprave je 50.000 m³/d. Uporablja več-stopenjski postopek AAO, opremljen z 2 biološkima rezervoarjema. Glavni kazalniki kakovosti odplak ustrezajo standardom površinske vode razreda IV. Potek postopka čiščenja odpadne vode je prikazan vSlika 1.
Projekt ima 2 biološka rezervoarja. Vsak biološki rezervoar je razdeljen na 6 območij nadzora DO, kar pomeni skupno 12 območij nadzora DO za biološke rezervoarje v obratu. Diagram načrtovanja njegovega natančnega prezračevalnega sistema je prikazan vSlika 2.
Za dosego natančnega prezračevanja je potrebna popolna krmilna mreža za natančen prezračevalni sistem. Komunikacijska topologija avtomatizacije natančnega prezračevalnega sistema je prikazana vSlika 3.
Glavna postaja natančnega prezračevalnega sistema prek komunikacije neposredno pridobi ustrezne parametre od prezračevalnih puhal, zbira signale iz-nadzornih instrumentov na kraju samem in pošilja ukaze za prilagajanje krmiljenja ventilom opreme in puhalnemu sistemu, s čimer se doseže popolno samodejno krmiljenje procesa prezračevanja in usklajena regulacija krmilnih ventilov pretoka in puhal.
1.3 Strojne komponente sistema za natančno prezračevanje
Za vsako kontrolno območje DO je konfiguriran en spletni analizator DO. En merilnik pretoka toplotnega plina in en električni regulacijski ventil sta konfigurirana na odcepu prezračevalne cevi, ki ustreza vsaki regulacijski coni DO. En termometer pretoka plina in en transmiter tlaka sta nameščena na glavni odvodni cevi v puhalniku.
Tabela konfiguracije opreme in instrumentov za natančen prezračevalni sistem je prikazana vTabela 1.
1.4 Programske komponente sistema za natančno prezračevanje
Programska oprema sistema natančnega prezračevanja je nameščena in deluje na delovni postaji sistema natančnega prezračevanja, ki služi kot osrednja procesna enota sistema. Na podlagi zbranih terenskih signalov ta enota izračuna povpraševanje po biološkem zraku bioloških rezervoarjev prek modela in istočasno izda ukaze za prilagajanje napravam za nadzor na terenu. Funkcionalno vključuje osnovne module, kot so modul za izračun prostornine prezračevanja, modul za distribucijo zraka in modul za nastavitev optimizacije puhala.
Natančna programska oprema prezračevalnega sistema je zasnovana predvsem na podlagi naslednjih dveh vidikov:
(1) Natančen prezračevalni sistem razdeli aerobni oddelek na več neodvisnih nadzornih območij DO, ki se lahko prilagodijo zahtevam pretoka nadzora procesa in samodejno prilagajajo pretok prezračevanja, da izpolnijo pogoje procesa distribucije DO, ki jih zahtevajo čistilne enote.
(2) Natančen prezračevalni sistem uporabnikom omogoča neodvisno nastavitev ciljnih ravni DO in podpira dinamične nastavljene vrednosti DO. Glede na priročnost in operativnost si je mogoče ustrezne podatke ogledati in jih konfigurirati v centralni nadzorni sobi.
Krmilni mehanizem za natančno prezračevanje daje prednost polju, ki mu sledi osrednji krmilni zgornji računalnik, ki v glavnem vključuje krmiljenje ventila in krmiljenje puhala.
Krmiljenje ventila ima dva načina: način lokalnega krmiljenja in način daljinskega krmiljenja. Na osrednjem krmilnem zgornjem računalniku sta na voljo dve možnosti: ročni način in način natančnega prezračevanja.
Nadzor tlaka puhala vključuje:
(1) Ko glavna krmilna omara preklopi v lokalni način, je mogoče nastavitveno točko tlaka ročno nastaviti lokalno.
(2) Ko glavna krmilna omara preide v oddaljeni samodejni način, se nastavitev tlaka razdeli na dva načina: ročno in natančno prezračevanje, krmiljenje pa preklopi v centralno nadzorno sobo.
Ker ima tri načine krmiljenja - popolno avtomatsko krmiljenje, delno avtomatsko krmiljenje in ročno prisilno krmiljenje - ter omogoča preklapljanje med načini bodisi na-gradišču ali v glavni nadzorni sobi, lahko natančen prezračevalni sistem ustrezno obravnava različne situacije, do katerih pride med delovanjem čistilne naprave.
1.5 Funkcije sistema za natančno prezračevanje
1.5.1 Izračun povpraševanja po zraku
Natančen prezračevalni sistem lahko dinamično izračuna dejansko povpraševanje po zraku na podlagi sprememb različnih dejavnikov v bioloških rezervoarjih, kar omogoča prezračevalnemu sistemu dovajanje zraka na zahtevo. Model izračuna povpraševanja po zraku za natančen prezračevalni sistem je prikazan vSlika4.
V praktičnih aplikacijah natančnega nadzora prezračevanja v čistilnih napravah lahko sistem natančnega prezračevanja izračuna dejansko povpraševanje po zraku v realnem-času, ko se spremenijo vplivni pretok in kakovostne obremenitve, kar zagotavlja razumno prezračevanje, ki izpolnjuje biokemične zahteve, hkrati pa prihrani nepotrebno porabo energije za prezračevanje.
1.5.2 Porazdelitev volumna prezračevanja
Sistem natančnega prezračevanja vključuje več krmilnih enot prezračevanja. Sistem vključuje strategijo krmiljenja ločevanja več-ventilov za zatiranje motenj zaradi prilagoditev enega-ventila na drugih ventilih. Ima tudi več-ventilsko optimalno strategijo nadzora odpiranja, ki omogoča hitre in optimalne prilagoditve odpiranja ventilov za doseganje hitrega in natančnega prenosa in porazdelitve prostornine prezračevanja med različnimi krmilnimi enotami prezračevanja.
1.5.3 Nadzor optimizacije ventilatorja
Varčevanje z energijo v procesu prezračevanja je doseženo z optimizacijo delovanja puhala. Jedro prezračevalnega sistema je regulacija delovanja puhala na podlagi obratovalnih parametrov. Po eni strani morajo nastavitve puhala upoštevati dejanske operativne parametre; po drugi strani pa morajo nastavitve puhala upoštevati tudi zaščito opreme. Splošno načelo je, da puhala delujejo v najbolj varčnih pogojih, hkrati pa preprečujejo nenormalne pogoje puhala (kot je valovanje).
Natančen prezračevalni sistem izračuna potrebno količino zraka na podlagi trenutnih delovnih parametrov procesa in nato pošlje signal v krmilno omarico puhala. Operacije, kot so zagon/ustavitev puhal in prilagajanje odprtin, se izvajajo glede na nastavljeno točko skupne prostornine zraka, da se zadosti povpraševanju biološkega sistema po prezračevanju, medtem ko se za zaščito puhal pred valovi uporablja zaščitni tlak. Puhala so osnovna procesna oprema v čistilnih napravah. Natančen prezračevalni sistem bi moral uravnavati delovanje puhala, da bi izpolnil potrebe po prezračevanju bioloških rezervoarjev, hkrati pa preprečil valovanje puhala.
2 Zagon sistema za natančno prezračevanje
Da bi zagotovili normalno delovanje natančnega prezračevalnega sistema, je treba posamezne naprave v sistemu najprej zagnati eno za drugo. Nato je potrebno usklajeno zagnati prezračevalne ventile biološkega rezervoarja in puhala, nastaviti količino zraka puhala in regulirati nadzor tlaka v cevovodu. Med zagonom vse operacije in prilagoditve ne smejo vplivati na proizvodnjo. Posebej je treba poudariti previdnostne ukrepe za delovanje puhala v sili:
(1) Med kratkotrajnimi-znatnimi nihanji odprtosti puhala. Ta sistem uporablja centrifugalna puhala z magnetnimi ležaji, ki lahko v realnem-času prejemajo nastavljene vrednosti, ki jih pošlje natančen prezračevalni sistem. Puhalo prilagaja čas odpiranja in delovanja glede na razliko. Natančen prezračevalni sistem ima varnostni zaščitni mehanizem za nihanje puhala, ki preprečuje valovanje, ki ga povzročajo nihanja. Možni razlogi za kratkoročna-znatna nihanja odprtosti puhala vključujejo nenadne spremembe v kakovosti dotoka, neusklajene nastavitvene parametre sistema, nenadne spremembe tlaka v cevovodu in okvare instrumentov biološkega rezervoarja. Za varnost opreme, da preprečite velika nihanja tlaka v cevovodu in nevarnosti prenapetosti puhala, je mogoče natančen prezračevalni sistem ročno preglasiti in preklopiti v ročni način.
(2) Med sunkom puhala. Med prvim zagonom je valovanje puhala včasih neizogibno. Možni razlogi vključujejo nezadostno koordinacijo med ventili in puhalom, kar vodi do povečanega tlaka v cevovodu in valov; ali sami nerazumni parametri puhala, s prehitrimi nastavitvami odpiranja, zaradi česar puhalo samo poskoči. Ko pride do te napake, je mogoče sistem natančnega prezračevanja ročno preglasiti in preklopiti v ročni način delovanja.
3 Učinkovitost nadzora DO in rezultati varčevanja z energijo sistema Precise Aeration
3.1 Učinkovitost nadzora DO sistema za natančno prezračevanje
Preverjanje učinkovitosti natančnega prezračevalnega sistema za ta projekt je potekalo predvsem s primerjavo scenarijev z in brez posega sistema. Tradicionalne metode nadzora se ne morejo pravočasno in natančno odzvati na vpliv različnih motenj. Ko spletna nadzorovana vrednost DO kaže velika nihanja, je sprememba raztopljenega kisika (DO) skozi čas na določeni lokaciji v biološkem rezervoarju brez natančnega prezračevanja prikazana vSlika 5.
V primerjavi s tradicionalnimi metodami nadzora biološkega rezervoarja lahko metoda natančnega nadzora prezračevanja natančneje nadzira DO v biološkem rezervoarju, kar dokazuje večjo prilagodljivost, s čimer omogoča boljše prezračevanje in varčevanje z energijo. Trend raztopljenega kisika (DO) na določeni lokaciji v biološkem rezervoarju z natančnim prezračevanjem je prikazan vSlika 6.
Glede na rezultate poskusnega delovanja natančnega krmilnega sistema v tem projektu je verjetnost vrednosti DO, porazdeljenih znotraj ±0,5 mg/L ciljne nastavljene vrednosti, 90 %; verjetnost znotraj ±0,3 mg/L je 30 %; in verjetnost v okviru ±0,2 mg/L je 20 %, ki ustreza konstrukcijskim zahtevam in dejanskim operativnim potrebam.
3.2 Rezultati varčevanja z energijo nadzora DO s sistemom za natančno prezračevanje
V več-stopenjski čistilni napravi AAO za odpadno vodo natančen prezračevalni sistem izračuna zahtevano skupno količino zraka v realnem-času na podlagi trenutnega vtočnega pretoka in obremenitve med krmiljenjem puhala. Nato posreduje skupno nastavljeno točko povpraševanja po zraku v glavno krmilno omarico puhala, ki uravnava povezana puhala glede na nastavljeni cilj. To zagotavlja, da količina prezračevanja ustreza dejanskim zahtevam v pogojih visoke in nizke obremenitve, hkrati pa zmanjša nepotrebno porabo energije pri prezračevanju. Pod tradicionalnim nadzorom puhala običajno neprekinjeno delujejo z relativno visoko močjo. Z natančnim krmiljenjem puhal s prezračevalnim sistemom se doseže-realnočasovno prilagajanje moči delovanja, s čimer se doseže cilj varčevanja z energijo.
Po sprejetju natančnega prezračevalnega sistema ima več{0}}stopenjska čistilna naprava AAO koristi od normalnega delovanja čistilne opreme, natančnih podatkov o instrumentih, stabilnega vtočnega pretoka in kakovosti (ki ne presega ±20 % projektiranih vrednosti), zadostnega delovnega tlaka puhala, stalno nastavljive količine zraka in samodejnega delovanja s konstantnim tlakom glavne krmilne omare.
4 Zaključek
Namen uporabe natančnega sistema prezračevanja v več-stopenjski čistilni napravi AAO je zagotoviti izpopolnjeno operativno rešitev za stopnjo prezračevanja v procesu čiščenja odpadne vode. Rešitev natančnega prezračevalnega sistema se v celoti ujema z obratovalnimi pogoji naprave, s čimer dosežemo natančen nadzor prezračevanja. Na tej podlagi ostane mikrobno biokemično okolje stabilno, s čimer pomaga čistilni napravi pri doseganju rafiniranega, energijsko-varčnega in avtomatiziranega delovanja prezračevalnega sistema, posledično izboljšanja stabilnosti kakovosti odpadne vode.