Пројектовање и пуштање у рад система прецизног аерације за више-фабричко ААО постројење за пречишћавање отпадних вода
Преглед
Пречишћавање отпадних вода је витална компонента урбане изградње. Последњих година, кинеска индустрија за пречишћавање отпадних вода брзо се развила. Дубоко учешће постројења за пречишћавање отпадних вода у заједничком смањењу емисија служи као важна подршка за изградњу-друштва са ниским садржајем угљеника, развој нискоугљеничне-економије и постизање одрживог урбаног развоја. У оквиру циљева „Двојног угљеника“, концепт постројења за пречишћавање отпадних вода са ниским{5}}угљичним садржајем привукао је пажњу индустрије. Да би се ускладила са стратегијом развоја нискоугљеничних постројења за пречишћавање отпадних вода, неопходно је анализирати и проучити кључне факторе који утичу на уштеду енергије и смањење емисије.
Већина третмана кућних отпадних вода користи процесе активног муља. Кључни фактор у овом третману је снабдевање одговарајућом количином кисеоника за оксидационе реакције микроорганизама у биолошким резервоарима, чиме је контрола запремине аерације кључна. Традиционална контрола аерације, која се постиже ручним прекидачима, првенствено се ослања на искуство-оператора на локацији, што доводи до значајне несигурности и губитка. Да би постигли аутоматску контролу прецизних система за аерацију и смањили ручну интервенцију, истраживачи су опсежно проучавали методе контроле аерације, укључујући фуззи контролу, неуронске мреже, фуззи неуронске мреже, генетске алгоритме и машине за подршку векторима. Овај рад се фокусира на више-фазни ААО процес постројења за пречишћавање отпадних вода у Шенжену, анализирајући и сумирајући процес пројектовања и пуштања у рад његовог прецизног система за аерацију како би се пружила референца за сличне пројекте.
1 Преглед система
1.1 Принцип прецизног система аерације
Биолошки третман је најважнија фаза у процесу пречишћавања отпадних вода, који обично има за циљ уклањање или смањење циљних супстанци у отпадној води како би се испунили стандарди за испуштање путем одржавања одрживог и ефикасног микробног раста и промовисања биохемијских процеса. Традиционалне стратегије управљања не могу благовремено и тачно да одговоре на промене оперативних параметара савремених постројења за пречишћавање отпадних вода. Током иницијалног пробног рада, прилагођавања се често врше само на дуваљкама или на терминалним цевима за аерацију, не успевајући да изврши регулацију запремине аерације у реакционим резервоарима у реалном-времену,-на захтев на основу стварних промена услова рада уз постизање уштеде енергије.
Растворени кисеоник (ДО) је примарни фактор који утиче на процес биолошког третмана. Квалитет контроле ДО директно утиче на ефикасност третмана отпадних вода. Прецизан систем за аерацију уводи више-метод контроле више параметара који комбинује „пролаз унапред + повратна информација + модел“, ефикасно решавајући карактеристике као што су велика временска кашњења и не{5}}нелинеарност у постројењима за пречишћавање отпадних вода. Свеобухватно разматра дуваљке, регулационе вентиле на цевоводима за аерацију, као и ДО и оптерећење воде, како би се извршила прецизна контрола над процесом биолошке реакције, постижући аерацију на{7}}захтев, чиме се побољшава стабилност система и штеди енергија.
У постројењима за пречишћавање отпадних вода, сигнали за прослеђивање углавном укључују сигнале о протоку и квалитету; сигнали повратне спреге углавном укључују ДО, мешовите суспендоване чврсте супстанце (МЛСС) и сигнале нивоа биолошких резервоара.
Стратегија контроле ДО прецизних система за аерацију обично има два приступа: постављање контролног циља као константне вредности или као динамичке вредности.
Обично, према стратегији где је циљ контроле ДО постављен као константна вредност, прецизни систем за аерацију израчунава потребну запремину ваздуха за сваку зону биолошког резервоара и укупну потребну запремину ваздуха на основу сигнала као што су квалитет утицаја, проток инфлуента, подешена вредност ДО и МЛСС биолошког резервоара. Затим подешава главни контролни систем вентилатора и електричне вентиле на цевима за аерацију како би ускладили довод ваздуха са потражњом, чиме се постиже контрола циљне вредности ДО.
Усвајањем прецизног система аерације, постројења за пречишћавање отпадних вода могу боље постићи следеће циљеве:
(1) Смањите потрошњу енергије по јединици пречишћене отпадне воде, смањујући трошкове.
(2) Побољшати укупну стабилност и поузданост операција пречишћавања отпадних вода.
(3) Аутоматски прилагодите аерацију на основу оптерећења третиране воде и загађења, заиста постижући-аерацију и аутоматску контролу на захтев.
(4) Побољшати квалитет ефлуента и повећати стопу усклађености квалитета ефлуента.
1.2 Свеукупни дизајн система за прецизно аерацију
Пројектовани капацитет пречишћавања овог постројења за пречишћавање отпадних вода је 50.000 м³/д. Он усваја више-фазни ААО процес, опремљен са 2 биолошка резервоара. Главни индикатори квалитета ефлуента испуњавају стандарде ИВ класе површинских вода. Ток процеса пречишћавања отпадних вода је приказан уСлика 1.
Пројекат има 2 биолошка резервоара. Сваки биолошки резервоар је подељен на 6 ДО контролних зона, што резултира укупно 12 ДО контролних зона за биолошке резервоаре биљке. Дијаграм дизајна његовог прецизног система аерације је приказан наСлика 2.
Да би се постигла прецизна аерација, потребна је комплетна контролна мрежа за прецизан систем аерације. Топологија комуникације аутоматизације прецизног система аерације је приказана уСлика 3.
Главна станица система за прецизну аерацију директно добија релевантне параметре од вентилатора за аерацију путем комуникације, прикупља сигнале са-инструмената за праћење на локацији и шаље команде за подешавање вентилима опреме и систему дуваљки, чиме се постиже потпуна аутоматска контрола процеса аерације и координирана регулација вентила за контролу протока и дуваљки.
1.3 Хардверске компоненте система за прецизну аерацију
Један онлине ДО анализатор је конфигурисан за сваку ДО контролну зону. Један термални мерач протока гаса и један електрични контролни вентил су конфигурисани на аерационој грани која одговара свакој ДО контролној зони. Један термометар протока гаса и један трансмитер притиска су уграђени на главну излазну цев у просторији за дување.
Табела конфигурације опреме и инструмената за прецизан систем аерације је приказана уТабела 1.
1.4 Софтверске компоненте система за прецизно аерацију
Софтвер система за прецизну аерацију је инсталиран и ради на радној станици система за прецизну аерацију, служећи као основна јединица за обраду система. На основу прикупљених сигнала са терена, ова јединица израчунава биолошку потрошњу ваздуха у биолошким резервоарима кроз модел и истовремено издаје команде за подешавање уређајима за контролу на терену. Функционално, укључује основне модуле као што су модул за прорачун запремине аерације, модул за дистрибуцију ваздуха и модул за подешавање оптимизације вентилатора.
Софтвер за прецизни систем аерације је првенствено дизајниран на основу следећа два аспекта:
(1) Прецизан систем аерације дели аеробну секцију на неколико независних зона контроле ДО, способних да се прилагоде захтевима тока контроле процеса, аутоматски подешавајући проток аерације како би се испунили услови процеса дистрибуције ДО које захтевају јединице за третман.
(2) Прецизан систем аерације омогућава корисницима да самостално подесе циљне нивое ДО и подржава динамичке задате вредности ДО. Узимајући у обзир погодност и операбилност, релевантни подаци се могу прегледати и конфигурисати у централној контролној соби.
Контролни механизам за прецизну аерацију даје приоритет пољу, праћен централним контролним горњим рачунаром, углавном укључујући контролу вентила и контролу вентилатора.
Контрола вентила има два режима: режим локалне контроле и режим даљинске контроле. На централном контролном горњем рачунару постоје два избора: ручни режим и режим прецизног проветравања.
Контрола притиска вентилатора укључује:
(1) Када главни управљачки ормар уђе у локални режим, подешена вредност притиска може се ручно подесити локално.
(2) Када главни управљачки ормар уђе у даљински аутоматски режим, подешавање притиска се дели на два режима: ручно и прецизно проветравање, а контролни прекидачи се пребацују на централну контролну собу.
Пошто поседује три режима управљања - потпуна аутоматска контрола, делимична аутоматска контрола и ручна принудна контрола - и омогућава пребацивање режима било на-на лицу места или у главној контролној просторији, прецизан систем за аерацију може адекватно да се носи са различитим ситуацијама које се јављају током рада постројења за пречишћавање отпадних вода.
1.5 Функције система за прецизно аерацију
1.5.1 Прорачун потрошње ваздуха
Прецизан систем за аерацију може динамички израчунати стварну потражњу за ваздухом на основу промена у различитим факторима унутар биолошких резервоара, омогућавајући систему за аерацију да снабдева ваздух на захтев. Модел прорачуна потрошње ваздуха за прецизан систем аерације је приказан уСлика4.
У практичним применама прецизне контроле аерације у постројењима за пречишћавање отпадних вода, прецизан систем за аерацију може да израчуна стварну потребу за ваздухом у реалном-времену како се утицајни проток и квалитетна оптерећења мењају, обезбеђујући разумну аерацију која испуњава биохемијске захтеве уз уштеду непотребне потрошње енергије за аерацију.
1.5.2 Дистрибуција запремине аерације
Прецизан систем аерације укључује више јединица за контролу аерације. Систем укључује контролну стратегију одвајања више{1}}вентила за сузбијање сметњи услед подешавања једног-вентила на другим вентилима. Такође поседује више{4}}стратегију контроле оптималног отварања вентила, омогућавајући брза и оптимална подешавања отварања вентила како би се постигао брз и прецизан пренос и дистрибуција запремине аерације између различитих јединица за контролу аерације.
1.5.3 Контрола оптимизације вентилатора
Уштеда енергије у процесу аерације постиже се оптимизацијом рада вентилатора. Срж система за аерацију је регулација рада вентилатора на основу радних параметара. С једне стране, подешавања вентилатора морају узети у обзир стварне оперативне параметре; с друге стране, подешавања вентилатора такође морају узети у обзир заштиту опреме. Општи принцип је да се вентилатори раде под најекономичнијим условима уз спречавање абнормалних услова вентилатора (као што је пренапон).
Прецизан систем за аерацију израчунава потребну запремину ваздуха на основу тренутних оперативних параметара процеса и затим шаље сигнал у управљачки орман вентилатора. Операције попут покретања/заустављања дуваљки и подешавања отвора се изводе на основу задате вредности укупне запремине ваздуха како би се задовољиле потребе биолошког система за аерацијом, док се заштитни притисак од пренапона користи за заштиту дуваљки од пренапона. Дуваљке су основна процесна опрема у постројењима за пречишћавање отпадних вода. Прецизан систем за аерацију треба да регулише рад вентилатора како би се задовољиле потребе за аерацијом биолошких резервоара, а да би се спречило повећање притиска.
2 Пуштање у рад система за прецизну аерацију
Да би се обезбедио нормалан рад прецизног система за аерацију, појединачни уређаји унутар система морају се прво пустити у рад један по један. Након тога, неопходно је координисано пуштање у рад вентила за аерацију биолошких резервоара и дуваљки, подешавање запремине ваздуха у вентилатору и регулисање праћења притиска у цевоводу. Током пуштања у рад, све операције и подешавања не смеју да обезбеде утицај на производњу. Конкретно, треба нагласити мере предострожности за хитан рад вентилатора:
(1) Током краткорочних-значајних флуктуација у отварању вентилатора. Овај систем користи центрифугалне дуваљке са магнетним лежајевима, који могу да примају задате вредности које шаље прецизни систем за аерацију у реалном-времену. Дуваљка прилагођава време отварања и деловања на основу разлике. Прецизан систем за аерацију има сигурносни заштитни механизам за флуктуације вентилатора како би се спречило пренапоне изазване флуктуацијама. Могући разлози за краткорочне-знатне флуктуације у отварању вентилатора укључују нагле промене у квалитету утицаја, неусклађене параметре подешавања система, нагле промене притиска у цевоводу и кварове инструмента биолошког резервоара. Ради безбедности опреме, да би се спречиле велике флуктуације притиска у цевоводу и ризик од пренапона дуваљки, прецизан систем аерације се може ручно надјачати и пребацити у ручни режим.
(2) Током пренапона вентилатора. Током иницијалног пуштања у рад, пренапона вентилатора је понекад неизбежна. Могући разлози укључују недовољну координацију између вентила и дуваљки, што доводи до повећаног притиска у цевоводу и пренапона; или сами неразумни параметри вентилатора, са пребрзим подешавањима отварања, што доводи до пренапона самог вентилатора. Када дође до ове грешке, прецизни систем аерације се може ручно заобићи и пребацити у ручни режим рада.
3 Ефикасност контроле ДО и резултати уштеде енергије система прецизног аерације
3.1 ДО Контрола ефикасности система за прецизно аерацију
Провера ефикасности прецизног система аерације за овај пројекат првенствено је спроведена упоређивањем сценарија са и без интервенције система. Традиционалне методе контроле не могу благовремено и тачно да одговоре на утицај различитих поремећаја. Када онлајн контролисана вредност ДО показује велике флуктуације, варијација раствореног кисеоника (ДО) током времена на одређеној локацији у биолошком резервоару без прецизног проветравања је приказана уСлика 5.
У поређењу са традиционалним методама контроле биолошког резервоара, прецизна метода контроле аерације може прецизније контролисати ДО у биолошком резервоару, показујући већу прилагодљивост, чиме се омогућава боља аерација и уштеда енергије. Тренд раствореног кисеоника (ДО) на одређеној локацији у биолошком резервоару са прецизном аерацијом приказан је уСлика 6.
Према резултатима пробног рада система прецизног управљања у овом пројекту, вероватноћа вредности ДО распоређених унутар ±0,5 мг/Л циљне задате вредности је 90%; вероватноћа унутар ±0,3 мг/Л је 30%; а вероватноћа у границама ±0,2 мг/Л је 20%, испуњавајући захтеве пројектовања и стварне оперативне потребе.
3.2 Резултати уштеде енергије контроле ДО са системом за прецизну аерацију
У више-постројењу за пречишћавање отпадних вода ААО, прецизни систем за аерацију израчунава потребну укупну запремину ваздуха у реалном-времену на основу тренутног протока и оптерећења током контроле вентилатора. Затим преноси укупну задату вредност потрошње ваздуха у главни управљачки ормарић вентилатора, који регулише придружене дуваљке у складу са постављеним циљем. Ово осигурава да запремина аерације испуњава стварне захтеве и под високим и ниским оптерећењем, док истовремено смањује непотребну потрошњу енергије за аерацију. Под традиционалном контролом, дуваљке обично раде континуирано са релативно великом снагом. Кроз прецизну контролу дуваљки система за аерацију, постиже се-подешавање радне снаге у реалном времену, чиме се постиже циљ уштеде енергије.
Након усвајања прецизног система за аерацију, вишестепено ААО постројење за пречишћавање отпадних вода има користи од нормалног рада опреме за пречишћавање, тачних података о инструментима, стабилног протока и квалитета (не прелази ±20% пројектованих вредности), довољног радног притиска вентилатора, непрекидног подешавања запремине ваздуха и аутоматског рада главног контролног ормана са константним притиском.
4 Закључак
Примена прецизног система за аерацију у вишестепеном ААО постројењу за пречишћавање отпадних вода има за циљ да обезбеди рафинирано оперативно решење за фазу аерације процеса пречишћавања отпадних вода. Решење прецизног система за аерацију у потпуности одговара условима рада постројења, постижући прецизну контролу аерације. На основу тога, микробно биохемијско окружење остаје стабилно, чиме се помаже постројењу за пречишћавање отпадних вода у постизању префињеног,-штедљивог и аутоматизованог рада система за аерацију, чиме се побољшава стабилност квалитета ефлуента.