Zastosowanie technologii chemicznego czyszczenia online napowietrzaczy drobnopęcherzykowych w oczyszczalniach ścieków
Aeratory drobnopęcherzykowe są szeroko stosowane jako urządzenia napowietrzające w oczyszczalniach ścieków ze względu na ich prostą konstrukcję, wysoką efektywność wykorzystania tlenu, niezawodne działanie,-pory odporne na zatykanie, zapobieganie cofaniu się ścieków, równomierny rozkład naprężeń obwodowych, długą żywotność, łatwą instalację i konserwację oraz niski koszt systemu. Jako kluczowy element dostarczający tlen w oczyszczaniu ścieków, drobnopęcherzykowe systemy napowietrzania są podatne na zatykanie się przez zanieczyszczenia i biofilm podczas długotrwałej-pracy, co stwarza poważne wyzwania w utrzymaniu ich wydajności. Technologia chemicznego czyszczenia online zapewnia skuteczne rozwiązanie tego problemu.
1. Powstawanie i ryzyko zatkania aeratora drobnopęcherzykowego
Po długotrwałej pracy aeratory drobnopęcherzykowe są podatne na zatykanie, zwykle klasyfikowane jako „zatykanie wewnętrzne” i „zatykanie zewnętrzne” w zależności od formy blokowania zanieczyszczeń. „Wewnętrzne zatykanie” odnosi się do osadzania się w porach drobnych cząstek, takich jak cząstki koloidalne i makrocząsteczki substancji rozpuszczonych z zmieszanej cieczy, co prowadzi do blokowania porów. „Zewnętrzne zatykanie” odnosi się do osadzania się substancji kamienia na powierzchni membrany zwróconej w stronę wody. Ten typ blokady ma tendencję do ciągłego zwiększania oporu membrany przy wypływie powietrza, co prowadzi do zwiększonego ciśnienia na membranie i stopniowego powiększania się wielkości porów. Z biegiem czasu może to łatwo spowodować rozdarcie membrany. Gdy membrana pęknie, wpływ rozciąga się od zniszczenia wydajności napowietrzania po uszkodzenie strukturalne systemu, potencjalnie powodując konieczność wyłączenia w celu konserwacji lub wymiany aeratora.
Problemy z zatykaniem aeratorów drobnopęcherzykowych powodują zwiększone ryzyko operacyjne:
- Z punktu widzenia kosztów zużycia energii elektrycznej: W miarę zatykania się aeratorów wzrasta ciśnienie w rurociągu, zmuszając dmuchawy do pracy przy dużym-obciążeniu i-wysokim-zużyciu energii. Zwiększa to zużycie energii, a także wpływa na żywotność dmuchawy.
- Z punktu widzenia ryzyka dla środowiska: Nierównomierne napowietrzanie zmniejsza szybkość transferu tlenu, ogranicza elastyczność kontroli procesu i w poważnych przypadkach może poważnie wpłynąć na jakość ścieków.
- Z ekonomicznego punktu widzenia kosztów: Koszt ręcznego czyszczenia po opróżnieniu zbiorników jest wysoki.
- Z punktu widzenia bezpieczeństwa: Ręczne czyszczenie po opróżnieniu wymaga wejścia do zbiorników w celu usunięcia osadu, co wiąże się z wejściem do ograniczonej przestrzeni i tymczasowymi pracami elektrycznymi, co zwiększa ryzyko zagrożeń elektrycznych i bezpieczeństwa osobistego.Rysunek 1pokazuje zjawisko gromadzenia się osadu w wyniku zatkania aeratora.
Dlatego regularna konserwacja i czyszczenie aeratorów drobnopęcherzykowych ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia ich wydajności operacyjnej. Tradycyjne metody konserwacji i czyszczenia napowietrzaczy wymagają całkowitego opróżnienia biologicznych zbiorników reakcyjnych. Konserwacja i czyszczenie oczyszczalni ścieków na dużą-skalę może mieć wpływ na normalne oczyszczanie i odprowadzanie ścieków lub może wymagać zgody odpowiednich organów rządowych, jeśli jest przeprowadzana w określonych lokalizacjach (takich jak obszary objęte miejskimi sieciami kanalizacyjnymi lub strefy ochrony źródeł wody pitnej). Proces ten obejmuje wiele niebezpiecznych operacji (np. wejście do przestrzeni zamkniętej) obarczonych wieloma zagrożeniami i wadami, nakładającymi znaczne obciążenia ekonomiczne i potencjalne koszty (np. koordynacja z władzami, zmniejszona wydajność oczyszczania podczas konserwacji, regulacja jakości wody, zagrożenia bezpieczeństwa) na oczyszczalnie ścieków. Presja i wyzwania związane z opróżnianiem w celu konserwacji sprawiają, że regularne opróżnianie w celu czyszczenia aeratora jest stosunkowo słabe.
Biorąc pod uwagę liczne wady tradycyjnego ręcznego czyszczenia po opróżnieniu,-wysoki koszt, wysokie ryzyko operacyjne i nieoptymalna skuteczność czyszczenia-szczególnie ważne są badania nad czyszczeniem online drobnopęcherzykowych aeratorów przy użyciu działających online urządzeń dozujących chemikalia w normalnych warunkach napowietrzania.
W badaniu tym wybrano projekt zakładu jako miejsce testów terenowych technologii chemicznego czyszczenia online. Oczyszczalnia ma całkowitą zdolność oczyszczania ścieków wynoszącą 600 000 ton dziennie i jest budowana w czterech fazach. Projekt trzeciej-fazy ma zdolność oczyszczania na poziomie 100 000 ton dziennie w procesie AAO; projekt w czwartej-fazie ma zdolność oczyszczania na poziomie 200 000 ton dziennie w procesie MBR. Jakość ścieków spełnia normę klasy A zawartą w normie GB 18918-2002 „Norma dotycząca usuwania zanieczyszczeń z komunalnych oczyszczalni ścieków”. Czyszczenie online przeprowadzono na aeratorach drobnopęcherzykowych w zbiornikach tlenowych III i IV fazy, które działały od 6-7 lat.
2. Zasada technologii chemicznego czyszczenia online
Technologia chemicznego czyszczenia online polega na dodaniu określonych środków chemicznych do systemu napowietrzania w celu rozpuszczenia lub rozproszenia substancji zatykających poprzez działanie chemiczne. Środki te mogą mieć charakter kwasowy, zasadowy, utleniający lub chelatujący. Na przykład niektóre środki kwasowe mogą rozpuszczać osady zasadowe, takie jak węglan wapnia, podczas gdy środki utleniające mogą rozkładać blokady organiczne wytwarzane przez mikroorganizmy.
2.1 Analiza typowych substancji zanieczyszczających
Zanieczyszczenia przylegające do powierzchni aeratorów są różnorodne, a ich skład jest ściśle powiązany z charakterystyką ścieków, procesami ich oczyszczania i warunkami eksploatacji. Typowe zanieczyszczenia są analizowane w następujący sposób:
- Zanieczyszczenia nieorganiczne: Obejmuje związki wapnia i magnezu, siarczki, tlenki i wodorotlenki metali, powstające głównie w wyniku wytrącania chemicznego i przesycenia jonami. Ich główny wpływ na aeratory obejmuje zatykanie porów, zmniejszoną wydajność napowietrzania, zwiększone zużycie energii w systemie, zwiększony opór napowietrzania i zmniejszoną wydajność transferu tlenu.
- Zanieczyszczenia organiczne: Uwzględnij biofilm mikrobiologiczny, zawieszone cząstki organiczne, tłuszcze/oleje i koloidy organiczne. Biofilm drobnoustrojów tworzy się głównie w wyniku kolonizacji drobnoustrojów i adhezji zewnątrzkomórkowej substancji polimerowej (EPS). Zagrożenia związane z nim obejmują tworzenie mikrośrodowisk beztlenowych i uwalnianie toksycznych gazów (np. H₂S). Koloidy organiczne powstają w wyniku oddziaływań hydrofobowych i adsorpcji elektrostatycznej, tworząc warstwy hydrofobowe, które utrudniają uwalnianie gazu i wpływają na równomierność napowietrzania.
- Zanieczyszczenia złożone (nieorganiczne-organiczne w skali mieszanej): Obejmuje biologicznie-chemiczną skalę mieszaną i przyłączanie cząstek osadu, powstające głównie w wyniku fizycznego uwięzienia i wiązań chemicznych. Ich skutki obejmują pokrycie powierzchni aeratora, zmniejszenie efektywnej powierzchni napowietrzania, przyspieszenie starzenia się sprzętu i skrócenie cykli konserwacyjnych.
Podczas inspekcji konserwacyjnych systemu napowietrzania w zakładzie zidentyfikowano następujące problemy: ① Długotrwała praca napowietrzaczy pod wodą w połączeniu z wydłużającą się żywotnością doprowadziła do znacznego starzenia się pierścieni uszczelniających typu O-w punktach połączeń, powodując wyciek gazu; ② Podczas pracy ciągłe osadzanie się osadu i zmiany w kontroli procesu produkcyjnego spowodowały wyższe stężenia osadu w niektórych obszarach, pośrednio powodując poważne osadzanie się kamienia na powierzchniach membran aeratora, jak pokazano naRysunek 2; ③ Kiedy stężenie osadu w biologicznych zbiornikach reakcyjnych jest zbyt wysokie, wiek osadu wydłuża się, zwiększając ilość rozpuszczonego tlenu wymaganego do normalnej aktywności drobnoustrojów i zwiększając wymagania wobec systemu dostarczania tlenu; ④ Zwiększona gęstość zmieszanej cieczy w zbiornikach napowietrzających zwiększa opór, co prowadzi do wyższego zużycia energii na napowietrzanie mechaniczne lub dmuchawą; ⑤ Pewne zanieczyszczenia przedostały się do porów napowietrzających, wpływając na napowietrzanie systemu, jak pokazano naRysunek 3. Na podstawie przyczyn powstawania zanieczyszczeń stwierdzono, że osad na powierzchniach aeratorów zawierał zanieczyszczenia nieorganiczne, materię organiczną, białka itp.
2.2 Wybór środków czyszczących
W zależności od rodzaju zanieczyszczeń membrany należy dobrać odpowiednie chemiczne środki czyszczące. Środki te mogą przenikać przez pory napowietrzające w ściance rury do przestrzeni pomiędzy membraną a ścianą rury, powodując oczyszczenie powierzchni membrany i jej porów. Dobór rodzaju środka czyszczącego powinien opierać się na rzeczywistych właściwościach fizykochemicznych membrany, rodzaju zanieczyszczeń oraz stopniu zabrudzenia. Środek czyszczący powinien być biodegradowalny i nie-toksyczny dla organizmów oraz zdolny do skutecznego usuwania kamienia nieorganicznego ze ścian rur powietrznych i wnętrza nawiewników. Powinien wykazywać dobrą skuteczność czyszczenia w przypadku zatorów (znanych również jako „zatykanie-fazy gazowej”) spowodowanych przez zanieczyszczenia, cząstki lub pył w powietrzu wlotowym systemów napowietrzania dmuchaw, wycieki oleju z dmuchaw i rdzę z wewnętrznych przewodów powietrza.
Do zasadowych środków czyszczących zalicza się wodorotlenek sodu, węglan sodu, fosforan sodu, krzemian sodu, wodorotlenek potasu itp. Wodorotlenek sodu jest powszechnym środkiem chemicznym w procesach oczyszczania ścieków w celu podniesienia pH ścieków, dlatego można go wybrać jako alkaliczny środek czyszczący.
Kwaśne środki czyszczące obejmują kwas siarkowy, kwas solny, kwas azotowy, kwas cytrynowy, kwas szczawiowy, kwas fosforowy itp. Biorąc pod uwagę, że cytrynian ma silną zdolność chelatującą jony takie jak mangan i żelazo, a w praktyce w porównaniu z kwasami mineralnymi kwas cytrynowy jest stosunkowo słaby, mniej żrący dla sprzętu, bezpieczniejszy i łatwo biodegradowalny przez mikroorganizmy, jako kwaśny środek czyszczący wybrano kwas cytrynowy.
Tabela 1pokazuje kategorie i działanie środków czyszczących powszechnie stosowanych do usuwania zanieczyszczeń membranowych.
2.3 Projekt urządzenia czyszczącego online
Biorąc pod uwagę ciśnienie występujące w systemach napowietrzania drobnopęcherzykowego i liczne odgałęzienia, szczególnie ważne jest zaprojektowanie odpowiedniego urządzenia dozującego online dla napowietrzaczy drobnopęcherzykowych. Dozujące urządzenie czyszczące zaprojektowane w tym badaniu obejmuje jednostkę rozpuszczającą/rozcieńczającą i jednostkę dozującą, jak pokazano naRysunek 4.
Jednostka rozpuszczania/rozcieńczania składa się głównie ze zbiornika przygotowawczego, mieszadła i wskaźnika poziomu, używanego do rozpuszczania i rozcieńczania środków. Wstrzykując do zbiornika preparatywnego odpowiednią ilość wody, dodając środek i uruchamiając mieszadło, można przygotować środek o określonym stężeniu do wykorzystania przez dozownik.
Jednostka dozująca składa się głównie ze zbiornika dozującego, zaworu wydechowego, zaworu dozującego, zaworu równoważącego, zaworu zasilającego i niektórych systemów rurociągów. Dno zbiornika dozującego jest połączone z rurą dozującą, która dalej rozgałęzia się na wiele podrur-dozujących. Wszystkie podrury-dozujące są połączone-w-jednym z wieloma odgałęzieniami napowietrzającymi, które z kolei są połączone z kilkoma aeratorami drobnopęcherzykowymi, osiągając w ten sposób cel polegający na czyszczeniu aeratorów drobnopęcherzykowych.
Podczas realizacji w każdej rurze odgałęźnej napowietrzającej zbiorników reakcji biologicznej wywiercono otwór o średnicy Φ15 mm pełniący funkcję portu dozującego, przez który zainstalowano nylonową rurkę dozującą dostarczającą środek do aeratorów drobnopęcherzykowych, ograniczając straty środka. Jednocześnie w króćcu napowietrzającym wywiercono dodatkowy otwór jako rurę gazu równoważącego w celu wyrównania ciśnienia pomiędzy zbiornikiem dozującym a króćcem napowietrzającym. Otwory wywiercone w odgałęzieniach napowietrzających podczas normalnej pracy są zamykane zatyczkami, a podczas dozowania instalowane są szybkozłączki, aby umożliwić szybki montaż i demontaż.
3. Zastosowanie urządzenia czyszczącego dozującego online
W tym eksperymencie czyszczenia dozującego online, drobne aeratory pęcherzykowe umieszczono w zbiornikach biologicznych. Specjalny roztwór czyszczący wstrzyknięto do membran drobnopęcherzykowych aeratorów poprzez odgałęzienia napowietrzające, umożliwiając jego przepływ w kierunku strony zasilającej w celu rozłożenia materii organicznej przylegającej do powierzchni membrany, przywracając w ten sposób transmembranową różnicę ciśnień i uzyskując efekt czyszczenia. Projekt eksperymentu opierał się na trzech zmiennych: rodzaju środka, stężeniu środka i czasie czyszczenia. Schemat testu pokazano wTabela 2.
3.1 Analiza efektu czyszczenia poprzez dozowanie online
Po oczyszczeniu sensoryczna obserwacja powierzchni napowietrzającej na miejscu wykazała mniejsze rozmiary pęcherzyków wydostających się z powierzchni zbiornika napowietrzającego i bardziej równomierne napowietrzanie.Rysunek 5pokazuje sensoryczny wygląd napowietrzenia przed i po czyszczeniu.
Po czyszczeniu różnymi typami środków i stężeniami aeratory stale wykazywały zwiększone natężenie przepływu i zmniejszone ciśnienie w rurociągu, po czym przywrócono natężenie przepływu. Efektywność napowietrzania została przywrócona w różnym stopniu po zastosowaniu różnych metod czyszczenia. Połączone dane dotyczące zwiększonego przepływu powietrza i zmniejszonego ciśnienia w rurociągu wskazują, że różne rodzaje środków, stężenia i czasy czyszczenia mają różny wpływ na regenerację aeratora.Ryciny 6 i 7pokazać zmiany natężenia przepływu i ciśnienia odpowiednio przed i po czyszczeniu.
Skuteczność regeneracyjna aeratorów po czyszczeniu wodorotlenkiem sodu była nieco niższa niż po kwasie cytrynowym. Wysoka rozpuszczalność wodorotlenku sodu w wodzie prowadzi do znacznego wydzielania ciepła podczas rozpuszczania. W połączeniu z jego silną higroskopijnością, zasadowością i korozją, właściwości te wymagają podjęcia dodatkowych środków ostrożności podczas praktycznych operacji. Z punktu widzenia bezpieczeństwa operacji czyszczenia wodorotlenek sodu nie jest preferowanym środkiem czyszczącym. Dlatego przy wyborze środków czyszczących należy dokładnie ocenić ich bezpieczeństwo i wygodę obsługi, aby zapewnić bezpieczeństwo operatora i optymalną skuteczność czyszczenia.
Wyniki testów wykazały, że po czyszczeniu metodą dozowania w trybie online napowietrzanie w zbiornikach biologicznych stało się bardziej równomierne, natężenie przepływu w aeratorach drobnopęcherzykowych wzrosło, ciśnienie w rurociągu znacznie spadło, a efekt czyszczenia był niezwykły.
3.2 Zalety techniczne
- Redukuje przestoje: W porównaniu do tradycyjnego czyszczenia demontażowego, czyszczenie dozujące online nie wymaga zatrzymywania systemu napowietrzania, co pozwala uniknąć przerw w procesie oczyszczania ścieków i zmniejszonej wydajności oczyszczania spowodowanej przestojami.
- Poprawia skuteczność czyszczenia: środki mogą wnikać głęboko w pory, skutecznie czyszcząc trudno{0}}-zatkane obszary. Po zastosowaniu w niektórych przydomowych oczyszczalniach ścieków zauważalnie poprawiła się równomierność napowietrzania i znacząco wzrosła wydajność transportu tlenu.
- Zmniejsza intensywność pracy i koszty: Eliminuje potrzebę ręcznego demontażu i ponownego montażu aeratorów, zmniejszając pracę ręczną i ryzyko uszkodzenia sprzętu w wyniku częstego demontażu, oszczędzając w ten sposób koszty konserwacji. Koszt chemicznego czyszczenia online aeratorów drobnopęcherzykowych wynosi 0,47 RMB/tonę, podczas gdy koszt tradycyjnego ręcznego czyszczenia starych aeratorów wynosi 13,3 RMB/tonę. Szacuje się, że roczne oszczędności na kosztach czyszczenia aeratora drobnopęcherzykowego wynoszą 515 000 RMB. W porównaniu z tradycyjnym ręcznym czyszczeniem starych aeratorów, czyszczenie chemiczne online oferuje znaczne korzyści ekonomiczne.
- Wydłuża żywotność sprzętu napowietrzającego: Dzięki czyszczeniu chemicznemu w trybie online skutecznie poprawia się efekt napowietrzania aeratorów drobnopęcherzykowych, zwiększając wydajność aeratorów i w pewnym stopniu wydłużając żywotność sprzętu napowietrzającego, skutecznie zmniejszając obciążenie dmuchawy.
- Zapewnia więcej opcji planowania produkcji i planów konserwacji: Dzięki czyszczeniu chemicznemu w trybie online rozkład pęcherzyków staje się bardziej równomierny, ciśnienie w rurze powietrznej zostaje skutecznie zmniejszone, natężenie przepływu znacznie wzrasta, co znacznie poprawia szybkość transferu tlenu i zapewnia solidną gwarancję regulacji jakości wody.
4. Wniosek
Technologia chemicznego czyszczenia online aeratorów drobnopęcherzykowych ma istotne znaczenie w zastosowaniach w oczyszczalniach ścieków. Dzięki racjonalnemu zastosowaniu można skutecznie rozwiązać problem zatykania aeratorów drobnopęcherzykowych, poprawić wydajność systemu napowietrzania, zmniejszyć przestoje i koszty operacyjne oraz zapewnić stabilną i wydajną pracę oczyszczalni ścieków. Ograniczenia tradycyjnego czyszczenia ręcznego popchną branżę w stronę czyszczenia online. Pojawienie się nowego sprzętu i inteligentnych systemów sterowania znacznie zmniejsza trudność operacyjną czyszczenia online. W połączeniu z polityką i przepisami środowiskowymi kładącymi nacisk na neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla i recykling zasobów wodnych, co pośrednio będzie promować stosowanie technologii czyszczenia online. W przyszłości będzie można optymalizować receptury środków i badać wieloskładnikowe-technologie czyszczenia synergistycznego. Ponadto można kontynuować strategie kontroli dozowania i badania nad inteligencją sprzętu, aby lepiej dostosować się do potrzeb różnych oczyszczalni ścieków.