Finom{0}}buborékos levegőztető rendszer utólagos felszerelése és teljesítménytanulmánya egy települési szennyvíztisztító telepen

Finom{0}}buborékos levegőztető rendszer utólagos felszerelése és teljesítménytanulmánya egy települési szennyvíztisztító telepen

Bevezetés

Jelenleg a Kínában használt fő szennyvízkezelési eljárások közé tartozik az oxidációs árok, az SBR, az eleveniszap és mások. Az oxidációs árkos eljárás problémája a magas energiafogyasztás, különösen a biológiai szakaszban, amely a teljes energiafogyasztás 65-80%-át teszi ki. Az oxidációs árkos eljárásokban használt általános levegőztető berendezések közé tartoznak a levegőztető kefék, a levegőztető tárcsák, a függőleges tengelyű levegőztetők és a finom -buborékos levegőztetők. Például miután egy településen egy települési szennyvíztisztító telep a hagyományos felszíni mechanikus levegőztetésről alsó finom{6}}buborékos levegőztetésre vált, az energiafogyasztás 20,11%-kal csökkent, miközben a tisztítóvíz minősége stabilabbá vált. Ezenkívül a finom -buborékos levegőztetés jellemzője a zónás oxigénellátás, amely az oxidációs árok különböző területein az oxigénigénynek megfelelően precíz oxigénellátást biztosít, tovább javítva a nitrogén- és foszforeltávolítás hatékonyságát.

Egy települési szennyvíztisztító telepen a felszíni levegőztető rendszer több mint tíz éve működött, komoly berendezések elöregedésével és működési nehézségekkel. Nehéz volt megfelelni a legújabb ürítési előírásoknak, ezért a műszaki felújítás sürgős volt. Ez a projekt a rendszert finom-buborékos levegőztető rendszerré frissítette, amely jelentősen csökkenti az energiafogyasztást, optimalizálja a működést, meghosszabbítja a berendezések élettartamát és csökkenti a karbantartási költségeket, összhangban a nemzeti energiatakarékossági és kibocsátáscsökkentési politikákkal. Ez a felújítási projekt zöld építési gyakorlatot valósított meg a berendezések szétszerelése és telepítése során: a régi berendezések minősített újrahasznosítását, az előregyártott telepítés átvételét, valamint az alacsony-zajszintű, alacsony-kibocsátású gépek használatát, a „folyamat-építési” kettős-dimenziós energiamegtakarítás elérése és a szennyvíztisztító telep fenntartható fejlődésének támogatása.

1 Projekt áttekintése

1.1 Jelenlegi helyzet

Egy települési szennyvíztisztító telep egy adott városban összesen 50 000 tonna/nap kapacitással rendelkezik, három ütemben megépítve. Az I. fázis az oxidációs árkos eljárást alkalmazta, a II. fázis és a fejlett kezelési projekt szintén az oxidációs árkos eljárást alkalmazta, majd ezt követően továbbfejlesztett kezelést alkalmaztak koagulációs ülepítéssel + ruhával történő szűréssel + ultraibolya fertőtlenítési eljárással. A III. fázis a módosított A²O eljárást alkalmazta. Jelenleg a szennyvíz megfelel a DB32/1072-2018 szabványnak.

1.2 Meglévő problémák

1.2.1 A külső csőhálózat hatása

Az üzem csőhálózatának gyűjtőkörébe tartozó szennyvíz számos ipari vállalkozás hozzájárulását tartalmazza. A napi működés során az ipari vállalkozások rendellenes szennyvizei hatással lehetnek, ami miatt a biológiai tartályban a DO-érték nagyon alacsony lesz, elérheti a 0 mg/L-t is, ami nem felel meg a termelési követelményeknek. Mindeközben a külső körülmények változása miatt, mivel a szolgáltatási területen belül egyre több ipari vállalkozás bocsát ki szennyvizet a csőhálózatba, ennek az üzemnek a jövőben súlyosabb befolyó vízminőséggel kell szembenéznie. Amint a befúvó ingadozik, a biológiai tartályban oldott oxigén jelentősen csökken, és a forgó tárcsák levegőztetési térfogatának beállítási tartománya korlátozott. Egyes időszakokban a DO az aerob tartályban eléri a 0 mg/l-t, ami arra kényszeríti az üzemet, hogy válaszul csökkentse a kezelési kapacitást, ami jelentősen befolyásolja a biológiai tartály aerob környezetét és a kezelési kapacitást.

1.2.2 Alacsony DO a levegőztető tartályban

A levegőztetők alacsony oxigenizációs hatásfokát okozó forgótárcsás meghibásodások miatt a tényleges gyártási művelet során a múltbeli üzemi adatok azt mutatják, hogy a levegőztető tartály közepén és kimenetén lévő műszerek átlagos DO értékei nem haladják meg az 1 mg/L-t, a legalacsonyabb pedig eléri a 0 mg/L-t, ami súlyosan befolyásolja a biokémiai reakció hatékonyságát.

1.2.3 Magas energiafogyasztás

Ennek az üzemnek az I. és II. fázisú biológiai tartályai oxidációs árok formájában vannak. Az I. fázisú oxidációs árok 8 forgótárcsás levegőztetőt használ 18,5 kW teljesítménnyel, 148 kW teljes felületi levegőztetővel. A II. fázisú oxidációs árok egy négy-csatornás Carrousel ároktípus, amely 13 Hitachi önfelszívó{7}}levegőztetőt használ, köztük 2 db 11 kW-os, 2 db 18,5 kW-os és 9 db 15 kW-os készletet, 194 kW teljes felületi levegőztetővel. Normál üzemben a megfelelő vízmennyiség biztosítása érdekében a meglévő oxigénellátó berendezések alacsony oxigénellátási hatékonysága miatt minden levegőztetőt teljesen be kell kapcsolni.

Az I. és II. fázisú levegőztetők tonnánkénti vízfogyasztása: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonna. A számos környező települési háztartási szennyvíztisztító telep biológiai rendszerének energiafogyasztásának felmérése alapján egy 25 000 tonna/nap teljesítményű települési háztartási szennyvíztelep energiafogyasztása, amely egy alsó finom-buborékos levegőztető rendszert használ, általában 0,09–0,1 RMB/tonna. A forgótárcsás levegőztető energiafogyasztása 2,4–2,7-szerese az alsó finom{15}buborékos levegőztető rendszerének, ami viszonylag magas energiafogyasztást jelez.

1.2.4 Magas berendezés meghibásodási arány

A forgótárcsás levegőztetők öregedésével a berendezések meghibásodásának aránya fokozatosan növekszik. Az üzem 11 éves működése után a forgótárcsás levegőztető rendszer tárcsadeformációt okozott, ami nagy berendezésterhelést és jelentős vibrációt okozott. A hosszan tartó-használat a fenék meglazulásához vezetett, ami mindkét végén eltolódást és egyéb problémákat eredményezett, ami fokozott csapágykopást és magas meghibásodási arányt okozott. A főtengelyek, járókerekek, tengelykapcsolók és alapfogaskerekek többszöri javításon vagy cserén estek át, lényegében elérték a cserét. Az önfelszívó levegőztetők csapágyai és levegőztetőfej lapátjai erősen elhasználódtak. A legújabb statisztikák azt mutatják, hogy az üzemben évente közel 30 javítást végeztek a forgótárcsás levegőztetők és az önfelszívó levegőztetők esetében.

2 Utólagos műszaki megoldás tervezése

Az utólagos felszerelés általános megközelítése a következő: távolítsa el az eredeti forgótárcsás levegőztetőket, és cserélje ki őket alsó finom{0}}buborékos levegőztetőre, megfelelő fúvók hozzáadásával; emelje meg a biológiai tartály kifolyó gátját, hogy növelje a biológiai tartály effektív vízmélységét; adjon hozzá keverőket az aerob részhez az eredeti csatornaszerkezettel, hogy megakadályozza a helyi iszap felhalmozódását.

2.1 A levegőztető kiválasztása és elrendezése

2.1.1 A levegőztető tárcsa paraméterei

A DD330 típusú EPDM membrán levegőztetőtárcsát választottuk ki, amint az ábrán látható1. ábra, meghatározott paraméterekkel, amelyek a következőben jelennek meg1. táblázat.

2.1.2 A levegőztető tárcsa elrendezése

A levegőztető tárcsák száma: I. fázisú tartályfenék nettó területe 864 m², II. fázisú tartályfenék nettó területe 1412 m², átlagos szervizfelülete 0,8 m²/tárcsa, 1,05-1,10 biztonsági tényezővel. A levegőztető tárcsák végleges összlétszáma: I. fázis 1150 tárcsa, II. fázis 1900 tárcsa.

Elrendezési elv: egyenletesen elosztva, szabályos háromszög alakú rácsmintában. Távolság a tartály falától Legfeljebb 0,3 m a holt zónák elkerülése érdekében; távolság a csatorna válaszfalától Legfeljebb 0,4 m a karbantartás megkönnyítése érdekében. Elválasztás a víz áramlási iránya mentén, zónánként egy elektromos levegőszabályozó szeleppel a DO zónaszabályozás eléréséhez. Kerülje az iszapszivattyú szívónyílásait, a mintavevő vályúkat és a kábeltálcákat, helyben állítsa be a távolságot 1,5 m-re, miközben a tárcsánkénti szolgáltatási területet 0,8 m²-nél kisebb vagy azzal egyenlőnek tartja.

Beépítési magasság és csőbesorolás: A membrántárcsa felső felülete 0,25 m-re van a tartály aljától, biztosítva az elmerülést Minimális vízszintnél nagyobb vagy egyenlő, mint 5,0 m a ventilátor túlfeszültségének megelőzése érdekében. Az elágazó csövek ABS DN50-et használnak perforált levegőelosztással; a főcsövek hurokban vannak elhelyezve, 10-12 m·s⁻¹-re szabályozott légsebesség mellett, anyaga SS304. Minden 10 tárcsához tartozik egy pár karimás gyorscsatlakozó-szerelvény, amely lehetővé teszi a teljes emelést a karbantartáshoz a tartály leürítése nélkül.

2.2 Légfúvórendszer optimalizálása

2.2.1 Légfúvók hozzáadása

Főbb egységként import légrugós fúvókat vásároltak, és egy új fúvóhelyiséget építettek ki rozsdamentes acél légcsatornákkal.

2.2.2 Légfúvó kiválasztása

Az üzem tényleges üzemi körülményei alapján és a jövőbeni vízminőségi változásokat figyelembe véve az utólagos beépítési tervben szereplő befolyó KOI koncentráció nem tér el jelentősen a tervezési értéktől, átlagosan 320 mg/L koncentráció mellett. A BOI-koncentrációt a III. fázisú, 150 mg/l-es tervezési érték alapján számítottuk ki, az egyéb befolyási mutatókat pedig a III. fázisú tervezési befolyó koncentrációk alapján. Az üzem I. és II. üteméhez szükséges üzemi levegőmennyiség 103,7 m³/perc (6 225,1 m³/h, két üzemi és egy készenléti, egységnyi légmennyiség 50 m³/perc).

Különböző tényezőket átfogóan figyelembe véve két importált, NX75-C060 légrugós ventilátort vásároltak az I. és II. fázis fő egységeiként. Új fúvószoba kialakítására volt szükség, amely előzetesen az eredeti iszapvíztelenítő műhely déli oldalán található, az oxidációs árokba rozsdamentes acél légcsatornákkal. A ventilátor paraméterei: légnyomás 0,049 MPa, légmennyiség 50 m³/perc, maximális kimeneti teljesítmény 64,3 kW ilyen üzemi feltételek mellett.

2.2.3 A levegőztető rendszer utólagos felszerelése

A levegőztetési módszert alsó levegőztetésre cserélték. Az I. és II. fázisú biológiai tartályok megfelelő számú tárcsás levegőztetőt és UPVC levegőztető csövet használnak. Speciális utólagos beépítési megközelítés: Az I. fázisú biológiai tartályban várhatóan 780 készlet DD330 tárcsás levegőztetőt és UPVC levegőztető csövet, a II. fázisú biológiai tartályban 1276 készlet DD330 tárcsás levegőztetőt és UPVC levegőztető csövet kell használni, egyetlen levegőztetővel 3,45 m³/hh működési levegővel. A levegőztetőfej elrendezése a képen látható2. és 3. ábra.

2.3 Folyamatparaméterek optimalizálása

2.3.1 Oxidációs árok zónázása és DO szabályozási stratégia

Az oxidációs árok vízáramlási iránya mentén a levegőztető szakasz négy zónára oszlik. 1. zóna: DO 0,3–0,5 mg/L, 2. zóna: DO 0,2–0,3 mg/L, 3. zóna: DO 1,5–2,0 mg/L, 4. zóna: DO 1,0–1,5 mg/L. A 2. és 3. zóna között a legnagyobb nitrifikációs reakciósebességű pontra ammónia-nitrogén-feldolgozó műszert telepítenek, amely végső soron a kifolyó NH₃-N értéket 1,5 mg/L-nél kisebb vagy azzal egyenlő.

2.3.2 A levegőztetési időszak optimalizálása

Egy "szakaszos levegőztetés" modullal bővült a meglévő SCADA rendszer, amely egy DO online műszert + idő kettős zárt hurkot képez annak biztosítására, hogy az aerob szakasz közepén a DO 0,2 mg/l maradjon. Ha TESZ<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 Utólagos felszerelés hatáselemzése

Ennek a műszaki korszerűsítésnek a folyamat egészére gyakorolt ​​hatását a szennyvíz szennyezőanyag-változásainak az utólagos átalakítás előtti és utáni összehasonlításával vizsgálták.

3.1 A szennyvíz minőségének összehasonlítása az utólagos felszerelés előtt és után

A szennyvíz minősége az utólagos felszerelés előtt és után általában stabil volt, amint az az ábrán látható4. ábra. Az utólagos felszerelés előtt és után az átlagos szennyvíz KOI 30 mg/L alatt maradt, a TP alapvetően 0,3 mg/L vagy annál kisebb, NH₃-N 1,5 mg/L vagy annál kisebb, míg a TN 10 mg/L körül ingadozott. A víz általános minősége elérte a kvázi-IV. osztályú felszíni vizekre vonatkozó szabványokat, ami jóval meghaladja az üzem számára előírt kibocsátási szabványokat.

Az utólagos felszerelés vízminőségre gyakorolt ​​lehetséges hatásának intuitívabb elemzése érdekében összehasonlítottuk az utólagos felszerelés előtti és utáni egy-éves szennyvízminőség-trendeket, ami azt eredményezte,5. ábra. Az ábrán látható, hogy a befolyó koncentrációváltozások hatásának figyelembevétele nélkül a KOI és TP szennyvíz koncentráció ingadozása az utólagos felszerelés után stabilabb volt, mint az utólagos felszerelés előtt. A nitrogénmutatók átlagértékei ugyan nőttek az utólagos felújítás előttihez képest, de az általános tendencia viszonylag stabil volt, ami az összesített üzemi energiafelhasználás és vegyszermegtakarítások csökkenését eredményezte.

3.2 Az utólagos felszerelés előtti és utáni szennyezőanyag-eltávolítás összehasonlítása

A levegőztető rendszer fejlesztésének köszönhetően a teljes üzemi villamosenergia-fogyasztás 1,7%-kal csökkent a korábbiakhoz képest, miközben a tisztítási kapacitás 8,33%-kal nőtt, és ennek megfelelően nőtt a szennyezőanyag-csökkentés is, amint azt a6. ábra. Számítás után a KOI csökkenés 948,5 tonnával, a TP 7,0 tonnával, az NH₃-N 100,4 tonnával, a TN 125,9 tonnával nőtt.

A tényleges szennyezőanyag-eltávolítás is ennek megfelelően változott, amint az az ábrán látható2. táblázat. Az utólagos felszerelést követően, kivéve az NH₃-N eltávolítási arány csökkenését, az összes többi indikátor eltávolítási aránya nőtt.

3.3 Energiafogyasztás összehasonlítása utólagos felszerelés előtt és után

Ennek az utólagos felújítási projektnek az energiafogyasztása az alábbi ábrán látható3. táblázat. Az utólagos beépítés után az I. fázisú biológiai tartályszellőztető rendszer tonnánkénti vízre jutó energiafogyasztása 67,3%-kal, a II. fázisé pedig 80,9%-kal csökkent. Az üzem teljes átlagos energiafogyasztása tonnánként vízre 55,3%-kal csökkent, ami jelentős energiamegtakarítási{5}hatást mutat. Az egy tonna vízre jutó teljes üzemi teljesítményfelvétel 0,21 kW·h/m³-ra csökkent, a hasonló oxidációs árkos folyamatok országos energiafogyasztási értékeinek tartományába (0,292±0,192) kW·h/m³. A szennyezőanyag egységnyi tömegére jutó energiafogyasztása az utólagos felszerelés előtt és után a teljes üzemben látható4. táblázat. A teljes üzemi levegőztető rendszer utólagos felszerelése után az 1 kg kezelt KOI-ra vetített energiafogyasztás 26,2%-kal, 1 kg kezelt TP-re vetítve 15,7%-kal, 1 kg kezelt NH₃-N-ra vetítve 29,3%-kal, 1 kg kezelt TN-re vetítve pedig 36,1%-kal csökkent, ami jó energiamegtakarítást mutat.

3.4 Kémiai összehasonlítás az utólagos felszerelés előtt és után

Az utólagos felszerelés előtt a levegőztető rendszer gyakori meghibásodása miatt a biológiai rendszerben a DO-t nehéz volt ellenőrizni, és a nitrogén indikátor szabványok teljesítése külső szénforrás kiegészítést igényelt az eltávolítás hatékonyságának biztosítása érdekében. Az utólagos felszerelést követően alapvetően már nem volt szükség külső szénforrás kiegészítésére. Az utólagos felszerelést követően a biológiai foszforeltávolítás és a denitrifikáció hatékonysága jelentősen javult, a kísérő foszforeltávolító vegyszer PAC és az iszapvíztelenítő vegyszer PAM ennek megfelelően csökkent. Az éves vegyipari költségek körülbelül 167 000 RMB-vel csökkentek a korábbiakhoz képest. A konkrét változások a következőben jelennek meg5. táblázat.

3.5 Beruházás összehasonlítása utólagos beszerelés előtt és után

Az utólagos felszerelés előtt a felületi levegőztetők éves költsége 1,6281 millió RMB volt, a berendezés éves javítási költsége pedig nem kevesebb, mint 250 000 RMB. Az utólagos felszerelést követően a fúvók és keverők éves költsége 714 600 RMB volt. E számítás alapján az éves villamosenergia-költség-megtakarítás 913 500 RMB volt, plusz az éves javítási költség megtakarítás 250 000 RMB, ami összesen 1,1635 millió RMB éves megtakarítást jelent. 3,704 millió RMB összbefektetés alapján a megtérülési idő 3,18 év.

3.6 Folyamatstabilitás

Az utólagos felszerelés előtt, üzemzavari időszakokban a biológiai tartályban az oldott oxigént többnyire 1,0 mg/L alatt tartották. Utólagos felszerelés után az oldott oxigén a biológiai tartályban átlagosan 1,5-2,0 mg/l volt. A befolyó anyag koncentrációjától és a folyamat követelményeitől függően az oldott oxigén beállítási tartománya 1,0-2,5 mg/l lehet. Ha magas a befolyó koncentráció, a biológiai tartályban a normál oldott oxigén szint a ventilátor teljesítményének beállításával is fenntartható. Ezért az utólagos felszerelést követően teljesülnek a stabil szennyvíz megfelelőségi feltételei.

4 Következtetés

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 gyakran<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%-a képes megismételni ezt a műszaki felújítást. Az ebből a példából származó 55,3%-os villamosenergia-megtakarítás, 3,18-éves megtérülési idő, valamint a 3–5%-os szennyezőanyag-csökkentési arány marginális előnyei alapján a felújítási beruházás magas biztonsági ráhagyással rendelkezik, és azonnal felszabadíthatja a szén-dioxid-csökkentési potenciált, megismételhető és elegendő feltételeket biztosítva a régi oxidációs árkok zöld és alacsony szén-dioxid-kibocsátású korszerűsítéséhez.