Badanie modernizacji i działania systemu napowietrzania drobnopęcherzykowego-w miejskiej oczyszczalni ścieków

Badanie modernizacji i działania systemu napowietrzania drobnopęcherzykowego-w miejskiej oczyszczalni ścieków

Wstęp

Obecnie główne procesy oczyszczania ścieków stosowane w Chinach obejmują rów utleniający, SBR, osad czynny i inne. Problemem procesu utleniającego jest duże zużycie energii, szczególnie w części biologicznej, która stanowi 65–80% całkowitego zużycia energii. Typowy sprzęt napowietrzający stosowany w procesach rowów utleniających obejmuje szczotki napowietrzające, dyski napowietrzające, aeratory z pionowym wałem i aeratory drobnopęcherzykowe. Na przykład po zmianie miejskiej oczyszczalni ścieków w pewnym mieście z tradycyjnego mechanicznego napowietrzania powierzchniowego na dolne napowietrzanie drobno-pęcherzykowe, zużycie energii spadło o 20,11%, a jakość wody do uzdatniania stała się stabilniejsza. Ponadto napowietrzanie drobnopęcherzykowe charakteryzuje się strefowym dostarczaniem tlenu, co może zapewnić precyzyjne dostarczanie tlenu w zależności od zapotrzebowania na tlen w różnych obszarach rowu utleniającego, co dodatkowo poprawia skuteczność usuwania azotu i fosforu.

System napowietrzania powierzchniowego w pewnej miejskiej oczyszczalni ścieków działał od ponad dziesięciu lat, co wiązało się z poważnym starzeniem się urządzeń i trudnościami eksploatacyjnymi. Trudno było sprostać najnowszym normom wyładowczym, dlatego remont techniczny był pilny. W ramach tego projektu zmodernizowano system do systemu napowietrzania drobnopęcherzykowego-, który może znacznie zmniejszyć zużycie energii, zoptymalizować działanie, wydłużyć żywotność sprzętu i zmniejszyć koszty konserwacji, dostosowując się do krajowych polityk oszczędzania energii i redukcji emisji. W ramach tego projektu renowacji wdrożono praktyki ekologicznego budownictwa podczas demontażu i montażu sprzętu: sklasyfikowany recykling starego sprzętu, przyjęcie instalacji prefabrykowanej oraz zastosowanie maszyn o niskim-hałasie i-emisji, osiągnięcie dwuwymiarowych-oszczędności energii w ramach „procesu{{6}budownictwa” oraz wspieranie zrównoważonego rozwoju oczyszczalni ścieków.

1 Przegląd projektu

1.1 Obecna sytuacja

Miejska oczyszczalnia ścieków w pewnym mieście ma łączną przepustowość 50 000 ton dziennie i jest budowana w trzech etapach. W fazie I przyjęto proces rowu utleniającego, w fazie II i w projekcie zaawansowanego oczyszczania również przyjęto proces rowu utleniającego, z późniejszym zaawansowanym oczyszczaniem z wykorzystaniem sedymentacji koagulacyjnej + filtracji przez media tkaninowe + proces dezynfekcji ultrafioletem. W fazie III przyjęto zmodyfikowany proces A²O. Obecnie ścieki spełniają normę DB32/1072-2018.

1.2 Istniejące problemy

1.2.1 Oddziaływanie na zewnętrzną sieć rurociągów

Ścieki znajdujące się w zasięgu sieci rurociągów tego zakładu obejmują odpady pochodzące z wielu przedsiębiorstw przemysłowych. Podczas codziennej pracy mogą wystąpić oddziaływania nietypowych ścieków z przedsiębiorstw przemysłowych, powodujące, że wartość DO w zbiorniku biologicznym staje się bardzo niska, osiągając nawet 0 mg/L, co nie spełnia wymagań produkcyjnych. Tymczasem ze względu na zmiany warunków zewnętrznych, w miarę jak coraz więcej przedsiębiorstw przemysłowych na obsługiwanym obszarze odprowadza ścieki do sieci rurociągów, w przyszłości zakład ten będzie musiał stawić czoła pogorszeniu się jakości wody dopływającej. W przypadku wahań dopływu ilość rozpuszczonego tlenu w zbiorniku biologicznym znacznie się zmniejszy, a zakres regulacji objętości napowietrzania za pomocą obracających się dysków będzie ograniczony. W niektórych okresach DO w zbiorniku tlenowym osiąga 0 mg/l, zmuszając zakład do zmniejszenia wydajności oczyszczania, co znacząco wpływa na środowisko tlenowe zbiornika biologicznego i wydajność oczyszczania.

1.2.2 Niski poziom DO w zbiorniku napowietrzającym

Z uwagi na awarie tarczy obrotowej powodujące niską skuteczność natlenienia aeratorów, historyczne dane eksploatacyjne pokazują, że podczas rzeczywistej pracy produkcyjnej średnie wartości DO z przyrządów znajdujących się w środku i na wylocie zbiornika napowietrzającego nie przekraczają 1 mg/L, przy czym najniższa wartość sięga 0 mg/L, co poważnie wpływa na skuteczność reakcji biochemicznej.

1.2.3 Wysokie zużycie energii

Zbiorniki biologiczne fazy I i II tego zakładu znajdują się w formie rowu utleniającego. Rów utleniający fazy I wykorzystuje 8 aeratorów wirujących dyskowych o mocy 18,5 kW, o łącznej mocy aeratorów powierzchniowych 148 kW. Rów utleniający fazy II to czterokanałowy rów karuzelowy, w którym wykorzystuje się 13 samozasysających-aeratorów Hitachi, w tym 2 zestawy o mocy 11 kW, 2 zestawy o mocy 18,5 kW i 9 zestawów o mocy 15 kW, o łącznej mocy aeratorów powierzchniowych wynoszącej 194 kW. Podczas normalnej pracy, aby zapewnić wystarczającą ilość wody, ze względu na niską skuteczność natleniania istniejących urządzeń dostarczających tlen, wszystkie aeratory muszą być całkowicie włączone.

Zużycie energii na tonę wody dla napowietrzaczy fazy I i II wynosi: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonę. Z badania zużycia energii przez systemy biologiczne w kilku okolicznych komunalnych oczyszczalniach ścieków wynika, że ​​zużycie energii w miejskiej oczyszczalni ścieków bytowych o wydajności 25 000 ton dziennie korzystającej z systemu napowietrzania drobnopęcherzykowego z dołu wynosi zazwyczaj 0,09–0,1 RMB/tonę. Zużycie energii przez aerator z obracającym się dyskiem jest 2,4–2,7 razy większe niż w przypadku dolnego systemu napowietrzania drobnopęcherzykowego-, co wskazuje na stosunkowo wysokie zużycie energii.

1.2.4 Wysoki wskaźnik awaryjności sprzętu

W miarę starzenia się aeratorów z wirującym dyskiem, wskaźniki awaryjności sprzętu stopniowo rosną. Po 11 latach pracy w tym zakładzie w systemie napowietrzania z wirującym dyskiem doszło do odkształcenia dysku, co spowodowało duże obciążenie sprzętu i znaczne wibracje. Długotrwałe-użytkowanie doprowadziło do poluzowania dna, co spowodowało niewspółosiowość na obu końcach i inne problemy, powodując zwiększone zużycie łożysk i wysoki wskaźnik awaryjności. Wały główne, wirniki, sprzęgła i przekładnie podstawowe zostały poddane wielokrotnym naprawom lub wymianom, w zasadzie dochodząc do punktu wymiany. Łożyska i łopatki głowicy aeratora-samozasysających aeratorów były poważnie zużyte. Najnowsze statystyki pokazują, że w zakładzie przeprowadzano prawie 30 napraw rocznie aeratorów z obrotowym dyskiem i aeratorów samozasysających-.

2 Projekt rozwiązania technicznego modernizacji

Ogólne podejście do modernizacji jest następujące: usunięcie oryginalnych aeratorów z obrotowym dyskiem i zastąpienie ich dolnymi napowietrzaczami drobnopęcherzykowymi-z odpowiednim dodaniem dmuchaw; podwyższenie jazu ściekowego zbiornika biologicznego w celu zwiększenia efektywnej głębokości wody w zbiorniku biologicznym; dodać mieszalniki w części aerobowej, wykorzystując oryginalną strukturę kanałów, aby zapobiec miejscowemu gromadzeniu się osadu.

2.1 Wybór i układ aeratora

2.1.1 Parametry tarczy aeratora

Wybrano dysk aeratora z membraną EPDM model DD330, jak pokazano na rysunkuRysunek 1, z konkretnymi parametrami pokazanymi wTabela 1.

2.1.2 Układ dysku aeratora

Liczba tarcz aeratorów: powierzchnia netto dna zbiornika fazy I 864 m², powierzchnia netto dna zbiornika fazy II 1412 m², średnia powierzchnia użytkowa 0,8 m²/tarczę, przy współczynniku bezpieczeństwa 1,05–1,10. Ustalono ostateczną całkowitą liczbę tarcz aeratorów: Faza I 1150 tarcz, Faza II 1900 tarcz.

Zasada układu: Równomiernie rozmieszczone w regularnej siatce trójkątnej. Odległość od ściany zbiornika większa lub równa 0,3 m, aby uniknąć martwych stref; odstęp od ściany działowej kanału Większy lub równy 0,4 m, aby ułatwić konserwację. Podział wzdłuż kierunku przepływu wody, z jednym elektrycznym zaworem sterującym powietrzem na strefę w celu uzyskania kontroli strefowej DO. Unikaj króćców ssących pomp osadowych, korytek do pobierania próbek i korytek kablowych, lokalnie dostosowując odstępy do 1,5 m, zachowując jednocześnie powierzchnię serwisową na dysk Mniej niż lub równą 0,8 m².

Wysokość montażu i nachylenie rury: Górna powierzchnia tarczy membrany znajduje się 0,25 m od dna zbiornika, co zapewnia zanurzenie większe lub równe 5,0 m przy minimalnym poziomie wody, aby zapobiec uderzeniom wentylatora. Rury rozgałęźne wykonane są z ABS DN50 z perforowaną dystrybucją powietrza; rury główne ułożone są w pętlę, z prędkością powietrza kontrolowaną na poziomie 10–12 m·s⁻¹, materiał SS304. Na każde 10 dysków dostarczana jest para szybkozłączy-kołnierzowych, co umożliwia ogólne podnoszenie w celu konserwacji bez opróżniania zbiornika.

2.2 Optymalizacja układu dmuchawy

2.2.1 Dodawanie dmuchaw

Jako jednostki główne zakupiono importowane dmuchawy z zawieszeniem pneumatycznym i zbudowano nową komorę dmuchaw, do której dodano kanały powietrzne ze stali nierdzewnej.

2.2.2 Wybór dmuchawy

W oparciu o rzeczywiste warunki pracy elektrowni i biorąc pod uwagę przyszłe zmiany jakości wody, wpływające stężenie ChZT w planie modernizacji nie różni się znacząco od wartości projektowej, przy średnim stężeniu około 320 mg/l. Stężenie BZT obliczono w oparciu o projektowaną wartość fazy III wynoszącą 150 mg/l, a inne wskaźniki napływające obliczono na podstawie projektowanych stężeń napływających w fazie III. Wymagana robocza ilość powietrza dla fazy I i II instalacji wynosi 103,7 m3/min (6225,1 m3/h, dwie jednostki pracujące i jedna rezerwowa, objętość powietrza pojedynczej jednostki 50 m3/min).

Kompleksowo biorąc pod uwagę różne czynniki, zakupiono dwie importowane dmuchawy z zawieszeniem pneumatycznym NX75-C060 jako główne jednostki w fazie I i II. Należało wybudować nową dmuchawę, zlokalizowaną wstępnie po południowej stronie pierwotnego warsztatu odwadniania osadów, z kanałami powietrznymi ze stali nierdzewnej dodanymi do rowu utleniającego. Parametry dmuchawy: ciśnienie powietrza 0,049 MPa, przepływ powietrza 50 m³/min, maksymalna moc wyjściowa 64,3 kW w tych warunkach pracy.

2.2.3 Modernizacja systemu napowietrzania

Zmieniono metodę napowietrzania na napowietrzanie denne. Zbiorniki biologiczne fazy I i II wykorzystują odpowiednią liczbę aeratorów dyskowych i rur napowietrzających z PCV. Konkretne podejście do modernizacji: Oczekuje się, że w zbiorniku biologicznym fazy I będzie zastosowanych 780 zestawów aeratorów dyskowych DD330 i rur napowietrzających z UPVC, w zbiorniku biologicznym fazy II przewidziano użycie 1276 zestawów aeratorów dyskowych DD330 i rur napowietrzających UPVC, przy wydajności powietrza roboczego pojedynczego aeratora wynoszącej 3,45 m³/h. Układ głowicy aeratora pokazano naRysunki 2 i 3.

2.3 Optymalizacja parametrów procesu

2.3.1 Podział na strefy rowów utleniających i strategia kontroli DO

Wzdłuż kierunku przepływu wody rowu utleniającego sekcja napowietrzania podzielona jest na cztery strefy. Strefa 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Strefa 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Strefa 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Strefa 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Przyrząd do przetwarzania azotu amoniakalnego instaluje się w punkcie największej szybkości reakcji nitryfikacji pomiędzy Strefą 2 a Strefą 3, ostatecznie kontrolując wypływający NH₃-N mniejszy lub równy 1,5 mg/l.

2.3.2 Optymalizacja okresu napowietrzania

Do istniejącego systemu SCADA dodano moduł „przerywanego napowietrzania”, tworząc instrument online DO + podwójną zamkniętą pętlę czasową, aby zapewnić, że DO w środku sekcji aerobowej pozostanie na poziomie 0,2 mg/l. Jeśli TAK<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 efektu modernizacji

Wpływ tej modernizacji inżynieryjnej na ogólne działanie procesu zbadano poprzez porównanie zmian w substancjach zanieczyszczających ścieki przed i po modernizacji.

3.1 Porównanie jakości wody ściekowej przed i po modernizacji

Jakość wody ściekowej przed i po modernizacji była raczej stabilna, jak pokazano na rysRysunek 4. Przed i po modernizacji średni ChZT na ściekach utrzymywał się na poziomie poniżej 30 mg/l, TP zasadniczo pozostawał na poziomie mniejszym lub równym 0,3 mg/l, NH₃-N mniejszym lub równym 1,5 mg/l, podczas gdy TN oscylował wokół 10 mg/l. Ogólna jakość wody osiągnęła quasi-normy wód powierzchniowych klasy IV, znacznie przekraczające normy zrzutów wymagane dla elektrowni.

Aby bardziej intuicyjnie przeanalizować możliwy wpływ modernizacji na jakość wody, porównano-roczne trendy jakości wody ściekowej przed modernizacją i po modernizacji, uzyskującRysunek 5. Z rysunku można zobaczyć, że bez uwzględnienia wpływu zmian stężenia napływających ścieków, wahania stężeń ChZT i TP na wylocie po modernizacji były bardziej stabilne niż przed modernizacją. Chociaż średnie wartości wskaźników azotu wzrosły w porównaniu do stanu przed modernizacją, ogólna tendencja była stosunkowo stabilna, co skutkowało niższym ogólnym zużyciem energii przez zakład i oszczędnościami środków chemicznych.

3.2 Porównanie usuwania zanieczyszczeń przed i po modernizacji

Dzięki udoskonaleniu systemu napowietrzania całkowite zużycie energii elektrycznej w zakładzie spadło o 1,7% w porównaniu do stanu poprzedniego, podczas gdy wydajność oczyszczania wzrosła o 8,33%, a związana z tym redukcja zanieczyszczeń również wzrosła, jak pokazano naRysunek 6. Po obliczeniach redukcja ChZT wzrosła o 948,5 tony, TP wzrosła o 7,0 ton, NH₃-N wzrosła o 100,4 tony, a TN wzrosła o 125,9 ton.

Rzeczywiste usuwanie zanieczyszczeń również się odpowiednio zmieniło, jak pokazano na rysunkuTabela 2. Po modernizacji, z wyjątkiem zmniejszenia współczynnika usuwania NH₃-N, współczynnik usuwania w przypadku wszystkich pozostałych wskaźników wzrósł.

3.3 Porównanie zużycia energii przed i po modernizacji

Zużycie energii w tym projekcie modernizacji pokazano wTabela 3. Po modernizacji zużycie energii na tonę wody w przypadku systemu napowietrzania zbiornika biologicznego fazy I spadło o 67,3%, a w fazie II o 80,9%. Całkowite średnie zużycie energii w zakładzie na tonę wody spadło o 55,3%, wykazując znaczące-skutki w zakresie oszczędności energii. Całkowite zużycie energii elektrycznej na tonę wody w zakładzie spadło do 0,21 kW·h/m3, w zakresie wartości zużycia energii dla podobnych procesów rowowych utleniających w całym kraju (0,292±0,192) kW·h/m3. Zużycie energii na jednostkę masy substancji zanieczyszczającej przed i po modernizacji dla całej instalacji pokazano wTabela 4. Po modernizacji całego systemu napowietrzania instalacji zużycie energii na 1 kg oczyszczonego ChZT spadło o 26,2%, na 1 kg oczyszczonego TP spadło o 15,7%, na 1 kg oczyszczonego NH₃-N spadło o 29,3%, a na 1 kg oczyszczonego TN spadło o 36,1%, co wykazało dobre efekty w zakresie-oszczędności energii.

3.4 Porównanie substancji chemicznych przed i po modernizacji

Przed modernizacją, ze względu na częste awarie systemu napowietrzania, trudno było kontrolować DO w układzie biologicznym, a spełnienie standardów wskaźników azotu wymagało dodania zewnętrznego źródła węgla, aby zapewnić skuteczność usuwania. Po modernizacji dodawanie zewnętrznego źródła węgla w zasadzie nie było już potrzebne. Po modernizacji wydajność biologicznego usuwania fosforu i denitryfikacji znacznie się poprawiła, a towarzyszący temu środek usuwający fosfor PAC i środek odwadniający osady PAM zostały odpowiednio zmniejszone. Roczne koszty środków chemicznych spadły o około 167 000 RMB w porównaniu do poprzedniego roku. Konkretne zmiany są pokazane wTabela 5.

3.5 Porównanie inwestycji przed i po modernizacji

Przed modernizacją roczny koszt aeratorów powierzchniowych wynosił 1,6281 miliona RMB, a roczny koszt naprawy sprzętu wynosił nie mniej niż 250 000 RMB. Po modernizacji roczny koszt dmuchaw i mieszadeł wyniósł 714 600 RMB. Na podstawie tych obliczeń roczne oszczędności w kosztach energii elektrycznej wyniosły 913 500 RMB plus roczne oszczędności w kosztach napraw w wysokości 250 000 RMB, co daje łącznie roczne oszczędności w wysokości 1,1635 mln RMB. W oparciu o całkowitą inwestycję o wartości 3,704 miliona RMB, okres zwrotu wynosi 3,18 lat.

3.6 Stabilność procesu

Przed modernizacją, w okresach awarii, poziom rozpuszczonego tlenu w zbiorniku biologicznym utrzymywał się przeważnie poniżej 1,0 mg/l. Po modernizacji zawartość rozpuszczonego tlenu w zbiorniku biologicznym wynosiła średnio 1,5–2,0 mg/l. W zależności od stężenia dopływu i wymagań procesu zakres regulacji rozpuszczonego tlenu może wynosić 1,0–2,5 mg/l. Gdy stężenie dopływu jest wysokie, normalny poziom rozpuszczonego tlenu w zbiorniku biologicznym można również utrzymać, regulując moc dmuchawy. Dlatego po modernizacji spełnione są warunki zgodności dotyczące stabilnych ścieków.

4 Wniosek

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, RÓB często<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, może powtórzyć tę renowację techniczną. Biorąc pod uwagę oszczędności energii elektrycznej wynoszące 55,3%, okres zwrotu inwestycji wynoszący 3,18- roku i marginalne korzyści w postaci wzrostu współczynnika redukcji zanieczyszczeń o 3–5% z tego przykładu, inwestycja renowacyjna ma wysoki margines bezpieczeństwa i może natychmiast uwolnić potencjał redukcji emisji dwutlenku węgla, zapewniając powtarzalne i wystarczające warunki do ekologicznej i niskoemisyjnej modernizacji starych rowów utleniających.