Precíz levegőztető rendszer tervezése és üzembe helyezése egy többlépcsős AAO szennyvíztisztító telephez{0}}
Áttekintés
A szennyvíztisztítás a városépítés elengedhetetlen eleme. Az elmúlt években a kínai szennyvíztisztító ipar gyorsan fejlődött. A szennyvíztisztító telepek mélyreható részvétele a közös kibocsátáscsökkentésben fontos támogatást jelent az alacsony-szén-dioxid-kibocsátású társadalom felépítéséhez, az alacsony-szén-dioxid-kibocsátású gazdaság fejlesztéséhez és a fenntartható városfejlesztéshez. A „kettős szén-dioxid-kibocsátású” célok értelmében az alacsony szén-dioxid-kibocsátású szennyvíztisztító telepek koncepciója felkeltette az iparág figyelmét. Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású szennyvíztisztító telepek fejlesztési stratégiájához való igazodás érdekében elemezni és tanulmányozni kell az energiamegtakarítást és a kibocsátáscsökkentést befolyásoló kulcsfontosságú tényezőket.
A legtöbb háztartási szennyvízkezelés eleveniszapos eljárást alkalmaz. Ennek a kezelésnek a kulcstényezője a megfelelő mennyiségű oxigén ellátása a biológiai tartályokban lévő mikroorganizmusok oxidációs reakcióihoz, így a levegőztetés mennyiségének szabályozása döntő fontosságú. A hagyományos, kézi kapcsolókkal megvalósított levegőztetés-szabályozás elsősorban a helyszíni kezelők tapasztalataira támaszkodik-, ami jelentős bizonytalansághoz és pazarláshoz vezet. A precíz levegőztető rendszerek automatikus vezérlése és a kézi beavatkozás csökkentése érdekében a kutatók alaposan tanulmányozták a levegőztetés-szabályozási módszereket, beleértve a fuzzy vezérlést, a neurális hálózatokat, a fuzzy neurális hálózatokat, a genetikai algoritmusokat és a támogató vektorgépeket. Ez a cikk egy sencseni szennyvíztisztító telep több-lépcsős AAO folyamatára összpontosít, elemzi és összefoglalja a pontos levegőztető rendszer tervezési és üzembe helyezési folyamatát, hogy referenciaként szolgáljon hasonló projektekhez.
1 A rendszer áttekintése
1.1 A precíz levegőztető rendszer elve
A biológiai tisztítás a szennyvíztisztítási folyamat legfontosabb szakasza, jellemzően arra irányul, hogy eltávolítsák vagy csökkentsék a szennyvízben lévő célanyagokat, hogy azok megfeleljenek a kibocsátási szabványoknak a tartós és hatékony mikrobiális növekedés fenntartása és a biokémiai folyamatok elősegítése révén. A hagyományos szabályozási stratégiák nem tudnak időben és pontosan reagálni a modern szennyvíztisztító telepek működési paramétereinek változásaira. A kezdeti próbaüzem során a beállításokat gyakran csak a fúvókon vagy a véglevegőztető csöveken hajtják végre, de nem hajtják végre a valós idejű-levegőztetési térfogatot, a reakciótartályok levegőztetési térfogatának igény szerinti szabályozását a tényleges működési feltételek változásai alapján, miközben energiamegtakarítás érhető el.
Az oldott oxigén (DO) a biológiai tisztítási folyamatot befolyásoló elsődleges tényező. A DO-szabályozás minősége közvetlenül befolyásolja a szennyvízkezelés hatékonyságát. A precíz levegőztető rendszer egy több-paraméteres vezérlési módszert vezet be, amely egyesíti az "előrecsatolás + visszacsatolás + modellt", hatékonyan kezelve az olyan jellemzőket, mint a nagy időkésések és a nem{5}}linearitás a szennyvíztisztító telepeken. Átfogóan figyelembe veszi a fúvókat, a levegőztető csővezetékek szabályozószelepeit, valamint a DO-t és a vízterhelést, hogy precízen szabályozza a biológiai reakciófolyamatot, elérje az igény szerinti levegőztetést, ezáltal javítva a rendszer működési stabilitását és energiát takarítson meg.
A szennyvíztisztító telepeken az előrecsatolt jelek főként a befolyó áramlási és minőségi jelzéseket tartalmazzák; a visszacsatoló jelek főként a DO-t, a kevert liquor suspendált szilárd anyagokat (MLSS) és a biológiai tartályszint-jeleket tartalmazzák.
A precíz levegőztető rendszerek DO szabályozási stratégiája jellemzően két megközelítésből áll: a szabályozási célt állandó értékként vagy dinamikus értékként állítja be.
Általában abban a stratégiában, ahol a DO szabályozási cél állandó értékként van beállítva, a precíz levegőztető rendszer kiszámítja a szükséges levegőmennyiséget minden biológiai tartályzónához és a teljes szükséges levegőmennyiséget olyan jelek alapján, mint a befolyó minőség, a befolyó áramlás, a DO alapérték és a biológiai tartály MLSS. Ezután beállítja a fúvó fő vezérlőrendszerét és a levegőztető csövek elektromos szelepeit, hogy a levegőellátást az igényekhez igazítsák, ezáltal elérve a DO célérték szabályozását.
A precíz levegőztetési rendszer alkalmazásával a szennyvíztisztító telepek jobban teljesíthetik a következő célokat:
(1) Csökkentse az egységnyi tisztított szennyvíz energiafogyasztását, csökkentve a költségeket.
(2) A szennyvízkezelési műveletek általános stabilitásának és megbízhatóságának javítása.
(3) Automatikusan állítsa be a levegőztetést a kezelt víz terhelése és a szennyezettségi terhelés alapján, valóban igény szerinti levegőztetést és automatikus vezérlést biztosítva.
(4) A szennyvíz minőségének javítása és a szennyvíz minőségének megfelelőségi arányának növelése.
1.2 A precíz levegőztető rendszer általános kialakítása
A szennyvíztisztító telep tervezett tisztítási kapacitása 50.000 m³/nap. Több-lépcsős AAO eljárást alkalmaz, amely 2 biológiai tartállyal van felszerelve. A főbb szennyvízminőségi mutatók megfelelnek a IV. Felszíni Vízosztály szabványainak. A szennyvíztisztítási folyamat áramlása a képen látható1. ábra.
A projektben 2 biológiai tartály található. Minden biológiai tartály 6 DO szabályozási zónára van osztva, így összesen 12 DO szabályozási zóna jön létre az üzem biológiai tartályai számára. Pontos levegőztető rendszerének tervezési diagramja az alábbi ábrán látható2. ábra.
A precíz levegőztetés eléréséhez komplett vezérlőhálózatra van szükség a precíz levegőztető rendszerhez. A precíz levegőztető rendszer automatizálási kommunikációs topológiája látható3. ábra.
A precíz levegőztető rendszer fő állomása kommunikáción keresztül közvetlenül megkapja a releváns paramétereket a levegőztető fúvókától, jeleket gyűjt a helyszíni felügyeleti műszerektől, és vezérlésbeállítási parancsokat küld a berendezés szelepeinek és a fúvórendszernek, ezáltal eléri a levegőztetési folyamat teljes automatikus vezérlését, valamint az áramlásszabályozó szelepek és fúvók összehangolt szabályozását.
1.3 A precíz levegőztető rendszer hardverelemei
Minden DO vezérlőzónához egy online DO analizátor van konfigurálva. Minden DO szabályozási zónához tartozó levegőztető leágazó csövön egy termikus gázáramlásmérő és egy elektromos vezérlőszelep van konfigurálva. A fúvóhelyiség fő kimeneti csövére egy termikus gázáramlásmérő és egy nyomástávadó van felszerelve.
A precíz levegőztető rendszer felszerelési és műszerkonfigurációs táblázata látható1. táblázat.
1.4 A precíz levegőztető rendszer szoftverelemei
A precíz levegőztető rendszer szoftvere a precíz levegőztető rendszer munkaállomásán van telepítve és fut, és a rendszer központi feldolgozó egységeként szolgál. Az összegyűjtött terepi jelek alapján ez az egység egy modellen keresztül kiszámítja a biológiai tartályok biológiai levegőigényét, és ezzel egyidejűleg beállítási parancsokat ad ki a terepi vezérlőberendezéseknek. Funkcionálisan olyan alapvető modulokat tartalmaz, mint a levegőztetési térfogat számítási modul, a levegőelosztó modul és a ventilátor optimalizálási beállítási modulja.
A precíz levegőztető rendszer szoftverét elsősorban a következő két szempont alapján tervezték:
(1) A precíz levegőztető rendszer az aerob részt több független DO szabályozási zónára osztja, amelyek képesek alkalmazkodni a folyamatvezérlő áramlás követelményeihez, és automatikusan beállítják a levegőztetési áramlást, hogy megfeleljenek a kezelőegységek által megkövetelt DO elosztási folyamat feltételeinek.
(2) A precíz levegőztető rendszer lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egymástól függetlenül állítsák be a célértékeket, és támogatja a dinamikus DO alapjeleket. Tekintettel a kényelemre és a kezelhetőségre, a releváns adatok a központi vezérlőteremben tekinthetők meg és konfigurálhatók.
A precíz levegőztetést biztosító vezérlőmechanizmus a mezőt helyezi előtérbe, ezt követi a központi vezérlő felső számítógép, amely elsősorban a szelepvezérlést és a ventilátorvezérlést foglalja magában.
A szelepvezérlésnek két módja van: helyi vezérlési mód és távvezérlési mód. A központi vezérlő felső számítógépén két választási lehetőség van: kézi üzemmód és precíz levegőztetés mód.
A légfúvónyomás szabályozása a következőket tartalmazza:
(1) Amikor a fő kapcsolószekrény helyi üzemmódba lép, a nyomás alapjel helyileg manuálisan beállítható.
(2) Amikor a fő kapcsolószekrény távirányítós automata üzemmódba lép, a nyomásbeállítás két módra oszlik: kézi és precíz levegőztetésre, valamint a központi vezérlőterembe kapcsol.
Mivel három vezérlési móddal - teljes automatikus vezérléssel, részleges automatikus vezérléssel és kézi kényszervezérléssel - rendelkezik, és lehetővé teszi az üzemmódváltást akár a -helyszínen, akár a fő vezérlőteremben, a precíz levegőztető rendszer megfelelően képes kezelni a szennyvíztisztító telep működése során felmerülő különféle helyzeteket.
1.5 A precíz levegőztető rendszer funkciói
1.5.1 Levegőigény számítása
A precíz levegőztető rendszer képes dinamikusan kiszámítani a tényleges levegőigényt a biológiai tartályokon belüli különböző tényezők változásai alapján, lehetővé téve a levegőztető rendszer igény szerinti levegőellátását. A levegőigény számítási modellje a precíz levegőztető rendszerhez az alábbi ábrán láthatóÁbra4.
A szennyvíztisztító telepek precíz levegőztetés-szabályozásának gyakorlati alkalmazásaiban a precíz levegőztető rendszer valós időben tudja kiszámítani a tényleges levegőigényt-, ahogy a befolyó áramlás és a minőségi terhelések változnak, ésszerű levegőztetést biztosítva, amely megfelel a biokémiai követelményeknek, miközben megtakarítja a szükségtelen levegőztetési energiafogyasztást.
1.5.2 Levegőztetési térfogat eloszlása
A precíz levegőztető rendszer több levegőztető vezérlőegységet foglal magában. A rendszer tartalmaz egy több-szelepes lekapcsolási vezérlési stratégiát, amely megakadályozza az egy-szelep beállításából származó interferenciát más szelepeken. Több-szelepes optimális nyitásszabályozási stratégiával is rendelkezik, amely lehetővé teszi a szelepnyitások gyors és optimális beállítását a levegőztetési térfogat gyors és pontos átvitele és elosztása érdekében a különböző levegőztetés-szabályozó egységek között.
1.5.3 A ventilátor optimalizálásának vezérlése
A levegőztetési folyamat energiamegtakarítását a ventilátor működésének optimalizálásával érik el. A levegőztető rendszer magja a ventilátor működésének szabályozása az üzemi paraméterek alapján. Egyrészt a ventilátor beállításakor figyelembe kell venni a tényleges működési paramétereket; másrészt a ventilátor beállításánál figyelembe kell venni a berendezés védelmét is. Az általános elv az, hogy a fúvókat a leggazdaságosabb körülmények között üzemeltetjük, miközben megakadályozzuk a rendellenes légfúvó-körülményeket (például a túlfeszültséget).
A precíz levegőztető rendszer a folyamat aktuális működési paraméterei alapján kiszámítja a szükséges levegőmennyiséget, majd elküldi a jelet a ventilátor vezérlőszekrényébe. Az olyan műveletek, mint a fúvók indítása/leállítása és a nyílások beállítása a teljes levegőmennyiség alapértéke alapján történik a biológiai rendszer levegőztetési igényének kielégítése érdekében, míg a túlfeszültség elleni védelem nyomása a ventilátorok túlfeszültség elleni védelmére szolgál. A fúvók a szennyvíztisztító telepek alapvető technológiai berendezései. A precíz levegőztető rendszernek szabályoznia kell a fúvóműködést, hogy kielégítse a biológiai tartályok levegőztetési igényét, miközben megakadályozza a fúvó túlfeszültségét.
2 A precíz levegőztető rendszer üzembe helyezése
A precíz levegőztető rendszer normál működése érdekében a rendszeren belüli egyes eszközöket először egyenként üzembe kell helyezni. Ezt követően a biológiai tartály levegőztető szelepeinek és fúvóinak összehangolt üzembe helyezése szükséges, a fúvó levegő mennyiségének beállításával és a csővezeték nyomásfelügyeletének szabályozásával. Az üzembe helyezés során minden műveletnek és beállításnak biztosítania kell, hogy ne legyen hatással a termelésre. Különösen a vészfúvóműködésre vonatkozó óvintézkedéseket kell hangsúlyozni:
(1) A fúvónyitás rövid-távú jelentős ingadozásai során. Ez a rendszer mágneses csapágyas centrifugális fúvókat használ, amelyek valós időben képesek fogadni a precíz levegőztető rendszer által küldött alapjeleket. A fúvó a különbség alapján állítja be a nyitási és működési idejét. A precíz levegőztető rendszer biztonsági védelmi mechanizmussal rendelkezik a fúvó ingadozása ellen, hogy megakadályozza az ingadozások okozta túlfeszültséget. A fúvónyitás rövid távú jelentős ingadozásának lehetséges okai közé tartozik a befolyó minőség hirtelen megváltozása, a rendszer beállítási paramétereinek nem megfelelő változása, a csővezeték nyomásának hirtelen változása és a biológiai tartályműszer meghibásodása. A berendezések biztonsága érdekében, a nagy csővezeték nyomásingadozásainak és a ventilátor túlfeszültségének elkerülése érdekében a precíz levegőztető rendszer manuálisan felülírható és kézi üzemmódba kapcsolható.
(2) A légfúvó túlfeszültsége közben. A kezdeti üzembe helyezés során a ventilátor túlfeszültsége néha elkerülhetetlen. A lehetséges okok közé tartozik a szelepek és a fúvók közötti elégtelen koordináció, ami megnövekedett csővezeték-nyomáshoz és hullámzáshoz vezet; vagy maguk az ésszerűtlen fúvóparaméterek, túl gyors nyitási beállításokkal, ami maga a ventilátor túlfeszültségét okozza. Amikor ez a hiba fellép, a precíz levegőztető rendszer manuálisan felülírható és kézi üzemmódba kapcsolható.
3 DO A precíz levegőztető rendszer szabályozási hatékonysága és energiatakarékossága
3.1 A precíz levegőztető rendszer hatékonyságának ellenőrzése DO
A precíz levegőztető rendszer hatékonyságának ellenőrzése ebben a projektben elsősorban a forgatókönyvek összehasonlításával történt a rendszer beavatkozásával és anélkül. A hagyományos szabályozási módszerek nem tudnak időben és pontosan reagálni a különféle zavarok hatására. Ha az online szabályozott DO érték nagy ingadozásokat mutat, az oldott oxigén (DO) időbeli változása egy biológiai tartály egy bizonyos pontján pontos levegőztetés nélkül látható5. ábra.
A hagyományos biológiai tartályszabályozási módszerekkel összehasonlítva a precíz levegőztetés-szabályozási módszer pontosabban tudja szabályozni a biológiai tartályon belüli DO-t, erősebb alkalmazkodóképességet mutatva, ezáltal jobb levegőztetést és energiamegtakarítást tesz lehetővé. Az oldott oxigén (DO) trendje egy biológiai tartályban egy bizonyos helyen, precíz levegőztetéssel6. ábra.
A precíziós szabályozási rendszer próbaüzemi eredményei szerint ebben a projektben a DO értékek ±0,5 mg/l-en belüli eloszlásának valószínűsége a célértékhez képest 90%; a valószínűség ±0,3 mg/l-en belül 30%; és a valószínűség ±0,2 mg/L-en belül 20%, megfelel a tervezési követelményeknek és a tényleges üzemeltetési igényeknek.
3.2 A DO-vezérlés energiatakarékos eredményei a precíz levegőztető rendszerrel
A több-lépcsős AAO szennyvíztisztító telepen a precíz levegőztető rendszer valós időben kiszámítja a szükséges teljes levegőmennyiséget az aktuális befúvó áramlás és a fúvószabályozás alatti terhelés alapján. Ezután továbbítja a teljes levegőigény alapjelét a fúvó fő vezérlőszekrényének, amely a beállított célnak megfelelően szabályozza a hozzá tartozó fúvókat. Ez biztosítja, hogy a levegőztetési mennyiség megfeleljen a tényleges igényeknek mind magas, mind alacsony terhelési körülmények között, miközben csökkenti a szükségtelen levegőztetési energiafogyasztást. A hagyományos szabályozás mellett a fúvók jellemzően folyamatosan, viszonylag nagy teljesítménnyel működnek. A ventilátorok precíz levegőztető rendszerének vezérlése révén valós idejű-beállítás érhető el az üzemi teljesítményben, ami eléri az energiamegtakarítás célját.
A precíz levegőztetési rendszer bevezetése után a több-lépcsős AAO szennyvíztisztító telep előnye a tisztítóberendezések normál működése, a pontos műszeradatok, a stabil befolyó áramlás és minőség (a tervezési értékek ±20%-át nem haladja meg), a megfelelő ventilátor üzemi nyomás, a folyamatosan állítható levegőmennyiség és a fő kapcsolószekrény automatikus állandó nyomású működése.
4 Következtetés
A többlépcsős AAO szennyvíztisztító telepen a precíz levegőztető rendszer alkalmazása kifinomult működési megoldást kíván nyújtani a szennyvízkezelési folyamat levegőztetési szakaszában. A precíz levegőztetőrendszer-megoldás teljes mértékben illeszkedik az üzem működési körülményeihez, precíz levegőztetés-szabályozást érve el. Ennek alapján a mikrobiális biokémiai környezet stabil marad, ezáltal segíti a szennyvíztisztító telepet a levegőztető rendszer finomított, energiatakarékos, -automatizált működésében, ezáltal javítva a szennyvíz minőségének stabilitását.