Nadgradnja in študija učinkovitosti sistema prezračevanja s finimi{0}}mehurčki v komunalni čistilni napravi

Nadgradnja in študija učinkovitosti sistema prezračevanja s finimi{0}}mehurčki v komunalni čistilni napravi

Uvod

Trenutno glavni postopki čiščenja odpadne vode, ki se uporabljajo na Kitajskem, vključujejo oksidacijski jarek, SBR, aktivno blato in druge. Proces oksidacijskega jarka ima problem visoke porabe energije, zlasti v biološkem delu, ki predstavlja 65%–80% celotne porabe energije. Običajna oprema za prezračevanje, ki se uporablja v postopkih oksidacijskih jarkov, vključuje prezračevalne ščetke, prezračevalne diske, prezračevalnike z navpično gredjo in prezračevalnike s finimi-mehurčki. Na primer, potem ko je komunalna čistilna naprava v določenem mestu prešla s tradicionalnega površinskega mehanskega prezračevanja na spodnje fino{6}}prezračevanje z mehurčki, se je poraba energije zmanjšala za 20,11 %, kakovost čistilne vode pa je postala stabilnejša. Poleg tega ima prezračevanje s finimi-mehurčki značilnost conske oskrbe s kisikom, ki lahko zagotovi natančno oskrbo s kisikom glede na povpraševanje po kisiku na različnih območjih oksidacijskega jarka, kar dodatno izboljša učinkovitost odstranjevanja dušika in fosforja.

Sistem površinskega prezračevanja na določeni komunalni čistilni napravi je deloval več kot deset let, z resnim staranjem opreme in težavami pri obratovanju. Težko je bilo doseči najnovejše standarde izpustov, zato je bila tehnična prenova nujna. Ta projekt je sistem nadgradil v sistem prezračevanja s finimi-mehurčki, ki lahko znatno zmanjša porabo energije, optimizira delovanje, podaljša življenjsko dobo opreme in zmanjša stroške vzdrževanja, v skladu z nacionalnimi politikami o varčevanju z energijo in zmanjševanju emisij. Ta projekt prenove je izvajal prakse zelene gradnje med razstavljanjem in namestitvijo opreme: klasificirano recikliranje stare opreme, sprejetje montažne namestitve in uporaba nizko-hrupnih strojev z nizkimi-emisijami, doseganje »procesne-gradnje« dvodimenzionalnih-prihrankov energije in podpora trajnostnemu razvoju čistilne naprave.

1 Pregled projekta

1.1 Trenutno stanje

Komunalna čistilna naprava v določenem mestu ima skupno kapaciteto 50.000 ton/dan, zgrajena pa je v treh fazah. Faza I je sprejela postopek z oksidacijskim jarkom, faza II in projekt napredne obdelave sta prav tako sprejela postopek z oksidacijskim jarkom, s kasnejšo napredno obdelavo z uporabo koagulacijske sedimentacije + filtracije s tkanino + postopka ultravijolične dezinfekcije. Faza III je sprejela spremenjen postopek A²O. Trenutno iztok ustreza standardu DB32/1072-2018.

1.2 Obstoječe težave

1.2.1 Vpliv zunanjega cevnega omrežja

Odpadne vode v obsegu zbiranja cevnega omrežja tega obrata vključujejo prispevke številnih industrijskih podjetij. Med vsakodnevnim delovanjem lahko pride do vplivov nenormalne odpadne vode iz industrijskih podjetij, zaradi česar postane vrednost DO v biološkem rezervoarju zelo nizka in celo doseže 0 mg/L, kar ne izpolnjuje proizvodnih zahtev. Medtem pa se bo zaradi sprememb zunanjih pogojev, saj več industrijskih podjetij na servisnem območju odvaja odpadno vodo v cevno omrežje, ta obrat v prihodnosti soočal s hujšimi vplivi kakovosti vode. Ko dotok niha, se bo raztopljeni kisik v biološki posodi občutno zmanjšal in obseg nastavitve volumna prezračevanja iz vrtljivih diskov je omejen. V nekaterih obdobjih DO v aerobnem rezervoarju doseže 0 mg/L, zaradi česar mora obrat v odgovor zmanjšati zmogljivost čiščenja, kar znatno vpliva na aerobno okolje biološkega rezervoarja in zmogljivost čiščenja.

1.2.2 Nizek DO v prezračevalni posodi

Zaradi motenj v delovanju vrtljivega diska, ki povzročajo nizko učinkovitost oksigenacije aeratorjev, med dejanskim proizvodnim delovanjem pretekli podatki o delovanju kažejo, da povprečne vrednosti DO iz instrumentov na sredini in izhodu prezračevalne posode ne presegajo 1 mg/L, pri čemer najnižja vrednost doseže 0 mg/L, kar resno vpliva na učinkovitost biokemične reakcije.

1.2.3 Visoka poraba energije

Biološki rezervoarji faze I in II tega obrata so v obliki oksidacijskega jarka. Oksidacijski jarek faze I uporablja 8 rotacijskih diskastih prezračevalcev z močjo 18,5 kW, s skupno močjo površinskega prezračevalnika 148 kW. Oksidacijski jarek faze II je štiri-kanalni tip jarka Carrousel, ki uporablja 13 samosesalnih aeratorjev Hitachi, vključno z 2 kompletoma po 11 kW, 2 kompletoma po 18,5 kW in 9 kompletoma po 15 kW, s skupno močjo površinskega aeratorja 194 kW. Zaradi nizke učinkovitosti oksigenacije obstoječe opreme za oskrbo s kisikom morajo biti pri normalnem delovanju za zagotovitev zadostne količine vode vsi aeratorji popolnoma vklopljeni.

Poraba energije na tono vode za aeratorje faze I in II je: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tono. Na podlagi raziskave porabe energije biološkega sistema v več okoliških občinskih čistilnih napravah za gospodinjstvo je poraba energije za 25.000 ton/dan komunalne naprave za čiščenje gospodinjskih odpadnih voda, ki uporablja spodnji sistem prezračevanja s finimi{9}}mehurčki, na splošno 0,09–0,1 RMB/tono. Poraba energije prezračevalnika z vrtečo se ploščo je 2,4–2,7-krat večja od spodnjega prezračevalnega sistema s finimi-mehurčki, kar kaže na relativno visoko porabo energije.

1.2.4 Visoka stopnja okvar opreme

Ko se aeratorji z vrtljivimi diski starajo, se stopnja okvar opreme postopoma povečuje. Po 11 letih delovanja v tej tovarni je prezračevalni sistem z vrtljivimi diski povzročil deformacijo diska, kar je povzročilo visoko obremenitev opreme in znatne vibracije. Dolgotrajna-uporaba je povzročila zrahljanje dna, kar je povzročilo neusklajenost na obeh koncih in druge težave, kar je povzročilo povečano obrabo ležajev in visoko stopnjo okvar. Glavne gredi, rotorji, sklopke in osnovni zobniki so bili večkrat popravljeni ali zamenjani in so v bistvu dosegli točko zamenjave. Ležaji in rezila prezračevalne glave samosesalnih aeratorjev-so bili močno obrabljeni. Nedavni statistični podatki kažejo, da je bilo v obratu letno opravljenih skoraj 30 popravil za prezračevalnike z vrtljivimi diski in samosesalne aeratorje.

2 Zasnova tehnične rešitve za naknadno vgradnjo

Splošni pristop naknadne vgradnje je: odstranite originalne prezračevalnike z vrtljivimi diski in jih zamenjajte s spodnjim prezračevanjem s finimi-mehurčki, z ustreznim dodatkom puhal; dvignite jez za odtok biološkega rezervoarja, da povečate efektivno globino vode biološkega rezervoarja; dodajte mešalnike v aerobnem delu z uporabo izvirne strukture kanalov, da preprečite lokalno kopičenje blata.

2.1 Izbira in postavitev prezračevalnika

2.1.1 Parametri diska prezračevalnika

Izbran je bil EPDM membranski prezračevalni disk model DD330, kot je prikazano vSlika 1, s posebnimi parametri, prikazanimi vTabela 1.

2.1.2 Postavitev plošče prezračevalnika

Število prezračevalnih diskov: neto površina dna rezervoarja faze I 864 m², neto površina dna rezervoarja faze II 1412 m², povprečna servisna površina 0,8 m²/disk, z varnostnim faktorjem 1,05–1,10. Končno skupno število prezračevalnih plošč je določeno: I. faza 1.150 diskov, II. faza 1.900 diskov.

Načelo postavitve: Enakomerno porazdeljeno v pravilnem trikotnem mrežnem vzorcu. Odmik od stene rezervoarja Večji ali enak 0,3 m za izogibanje mrtvim conam; oddaljenost od predelne stene kanala Večja ali enaka 0,4 m za lažje vzdrževanje. Predel vzdolž smeri pretoka vode, z enim električnim ventilom za regulacijo zraka na cono za doseganje conskega nadzora DO. Izogibajte se sesalnim odprtinam črpalke za blato, koritom za vzorčenje in kabelskim pladnjem, pri čemer lokalno prilagodite razmik na 1,5 m, pri tem pa ohranite servisno območje na disk manj kot ali enako 0,8 m².

Višina namestitve in razvrstitev cevi: zgornja površina membranskega diska je 0,25 m od dna rezervoarja, kar zagotavlja potop večjo ali enako 5,0 m pri minimalnem nivoju vode, da se prepreči val ventilatorja. Odcepi uporabljajo ABS DN50 s perforirano distribucijo zraka; glavne cevi so razporejene v zanki, pri čemer je hitrost zraka nadzorovana na 10–12 m·s⁻¹, material SS304. Za vsakih 10 diskov je na voljo par prirobničnih-priključkov, ki omogočajo celotno dviganje za vzdrževanje brez praznjenja rezervoarja.

2.2 Optimizacija sistema puhal

2.2.1 Dodajanje puhal

Kot glavne enote so bili nabavljeni uvoženi puhali z zračnim vzmetenjem in zgrajena nova pihalnica z dodanimi zračnimi kanali iz nerjavečega jekla.

2.2.2 Izbira puhala

Na podlagi dejanskih obratovalnih pogojev naprave in ob upoštevanju prihodnjih sprememb kakovosti vode se koncentracija KPK v dotoku v načrtu nadgradnje bistveno ne razlikuje od projektne vrednosti, s povprečno koncentracijo okoli 320 mg/L. Koncentracija BPK je bila izračunana na podlagi projektne vrednosti III. faze 150 mg/L, drugi vplivni kazalniki pa so bili izračunani na podlagi projektiranih vplivnih koncentracij III. Zahtevana delovna količina zraka za I. in II. fazo naprave je 103,7 m³/min (6.225,1 m³/h, dve delovni enoti in ena rezervna, enojna enota, količina zraka 50 m³/min).

Ob celovitem upoštevanju različnih dejavnikov sta bili kot glavni enoti za I. in II. Treba je bilo zgraditi novo pihalnico, ki naj bi se pogojno nahajala na južni strani prvotne delavnice za odvodnjavanje blata, z zračnimi kanali iz nerjavečega jekla, dodanimi v oksidacijski jarek. Parametri puhala: zračni tlak 0,049 MPa, pretok zraka 50 m³/min, največja izhodna moč 64,3 kW pri teh pogojih delovanja.

2.2.3 Nadgradnja prezračevalnega sistema

Metoda prezračevanja je bila spremenjena v prezračevanje na dnu. Biološki rezervoarji faze I in II uporabljajo ustrezno število diskastih aeratorjev in UPVC prezračevalnih cevi. Poseben pristop za naknadno vgradnjo: Pričakuje se, da bo biološki rezervoar I. faze uporabljal 780 kompletov diskastih prezračevalcev DD330 in prezračevalnih cevi UPVC, biološki rezervoar II. Postavitev glave prezračevalnika je prikazana vSliki 2 in 3.

2.3 Optimizacija parametrov procesa

2.3.1 Območje oksidacijskega jarka in strategija nadzora DO

Vzdolž smeri toka vode oksidacijskega jarka je prezračevalni del razdeljen na štiri cone. Območje 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Območje 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Območje 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Območje 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Procesni instrument z dušikom iz amonijaka je nameščen na točki najvišje hitrosti reakcije nitrifikacije med cono 2 in cono 3, s čimer se končno nadzoruje iztok NH₃-N, ki je manjši ali enak 1,5 mg/L.

2.3.2 Optimizacija obdobja prezračevanja

Obstoječemu sistemu SCADA je bil dodan modul "intermitentnega prezračevanja", ki tvori spletni instrument DO + časovno dvojno zaprto zanko, da se zagotovi, da DO v sredini aerobnega dela ostane pri 0,2 mg/L. Če DO<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 Analiza učinka naknadne vgradnje

Vpliv te inženirske nadgradnje na celotno delovanje procesa je bil preučen s primerjavo sprememb onesnaževal v odpadnih vodah pred in po nadgradnji.

3.1 Primerjava kakovosti odpadne vode pred in po nadgradnji

Kakovost odpadne vode pred in po nadgradnji je bila stabilna, kot je prikazano vSlika 4. Pred in po naknadni vgradnji je povprečna KPK v iztoku ostala pod 30 mg/L, TP je v bistvu ostal Manjši ali enak 0,3 mg/L, NH3-N Manjši ali enak 1,5 mg/L, medtem ko je TN nihal okoli 10 mg/L. Skupna kakovost vode je dosegla kvazi-standarde površinske vode razreda IV, kar je močno preseglo standarde izpustov, ki se zahtevajo za obrat.

Za bolj intuitivno analizo možnega vpliva nadgradnje na kakovost vode smo- primerjali enoletne trende kakovosti odpadne vode pred in po nadgradnji, kar je prinesloSlika 5. Iz slike je razvidno, da so bila, brez upoštevanja vpliva sprememb dotočne koncentracije, nihanja koncentracij KPK in TP v iztoku po naknadni vgradnji bolj stabilna kot pred naknadno vgradnjo. Čeprav so se povprečne vrednosti kazalnikov dušika povečale v primerjavi s pred retrofitom, je bil splošni trend razmeroma stabilen, kar je povzročilo nižjo skupno porabo energije v obratu in prihranek kemikalij.

3.2 Primerjava odstranjevanja onesnaževal pred in po nadgradnji

Zaradi izboljšave prezračevalnega sistema se je celotna poraba električne energije v napravi zmanjšala za 1,7 % v primerjavi s prej, medtem ko se je zmogljivost čiščenja povečala za 8,33 %, povečalo pa se je tudi ustrezno zmanjšanje onesnaževal, kot je razvidno izSlika 6. Po izračunu se je zmanjšanje COD povečalo za 948,5 ton, TP se je povečalo za 7,0 ton, NH3-N povečalo za 100,4 tone in TN povečalo za 125,9 ton.

Ustrezno se je spremenila tudi dejanska odstranitev onesnaževal, kot je prikazano vTabela 2. Po naknadni opremi so se stopnje odstranitve za vse druge indikatorje povečale, razen zmanjšanja stopnje odstranitve NH3-N.

3.3 Primerjava porabe energije pred in po nadgradnji

Poraba energije tega projekta nadgradnje je prikazana vTabela 3. Po nadgradnji se je poraba energije na tono vode za I. fazo prezračevalnega sistema bioloških rezervoarjev zmanjšala za 67,3 %, za II. fazo pa za 80,9 %. Skupna povprečna poraba energije v obratu na tono vode se je zmanjšala za 55,3 %, kar kaže na znatne-učinke varčevanja z energijo. Celotna poraba energije naprave na tono vode se je zmanjšala na 0,21 kW·h/m³, znotraj razpona vrednosti porabe energije za podobne postopke oksidacijskega jarka po vsej državi (0,292±0,192) kW·h/m³. Poraba energije na enoto teže onesnaževala pred in po naknadni vgradnji za celotno napravo je prikazana vTabela 4. Po naknadni vgradnji celotnega prezračevalnega sistema v obratu se je poraba energije na 1 kg obdelanega KPK zmanjšala za 26,2 %, na 1 kg obdelanega TP se je zmanjšala za 15,7 %, na 1 kg obdelanega NH3-N se je zmanjšala za 29,3 % in na 1 kg obdelanega TN zmanjšala za 36,1 %, kar kaže dobre-učinke varčevanja z energijo.

3.4 Kemijska primerjava pred in po nadgradnji

Pred naknadno vgradnjo je bilo zaradi pogostih okvar prezračevalnega sistema težko nadzorovati DO v biološkem sistemu, izpolnjevanje standardov indikatorja dušika pa je zahtevalo dodajanje zunanjega vira ogljika, da se zagotovi učinkovitost odstranjevanja. Po naknadni vgradnji dodajanje zunanjega vira ogljika v bistvu ni bilo več potrebno. Po nadgradnji sta se učinkovitost biološkega odstranjevanja fosforja in denitrifikacije znatno izboljšala, spremljajoča kemikalija za odstranjevanje fosforja PAC in kemikalija za odstranjevanje vode iz blata PAM pa sta se ustrezno zmanjšala. Letni stroški kemikalij so se zmanjšali za približno 167.000 RMB v primerjavi s prejšnjimi. Posebne spremembe so prikazane vTabela 5.

3.5 Primerjava naložb pred in po nadgradnji

Pred naknadno vgradnjo so letni stroški za površinske aeratorje znašali 1,6281 milijona RMB, pri čemer letni stroški popravila opreme niso bili manjši od 250.000 RMB. Po naknadni vgradnji so letni stroški za puhala in mešalnike znašali 714.600 RMB. Na podlagi tega izračuna je bil letni prihranek pri stroških električne energije 913.500 RMB, plus letni prihranek pri stroških popravila v višini 250.000 RMB, kar skupaj znaša 1,1635 milijona RMB. Na podlagi skupne naložbe v višini 3,704 milijona RMB je vračilna doba 3,18 leta.

3.6 Stabilnost procesa

Pred naknadno vgradnjo, v obdobjih okvare, je bil raztopljeni kisik v biološkem rezervoarju večinoma vzdrževan pod 1,0 mg/L. Po naknadni vgradnji je bil raztopljeni kisik v biološkem rezervoarju v povprečju 1,5–2,0 mg/L. Odvisno od koncentracije vtoka in zahtev postopka je lahko območje prilagajanja raztopljenega kisika 1,0–2,5 mg/L. Ko je koncentracija dotoka visoka, je mogoče normalne ravni raztopljenega kisika v biološkem rezervoarju vzdrževati tudi s prilagajanjem moči puhala. Zato so po naknadni vgradnji izpolnjeni stabilni pogoji skladnosti odplak.

4 Zaključek

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, DO pogosto<1 mg/L, and annual repair cost increases >15 % lahko ponovi to tehnično prenovo. Na podlagi 55,3-odstotnega prihranka električne energije, 3,18--letne vračilne dobe in mejnih koristi 3- do 5-odstotnega povečanja stopenj zmanjšanja onesnaževal iz tega primera ima naložba v prenovo visoko varnostno rezervo in lahko takoj sprosti potencial za zmanjšanje emisij ogljika, kar zagotavlja ponovljive in zadostne pogoje za zeleno in nizkoogljično nadgradnjo starih oksidacijskih jarkov.