Ретрофит и студија учинка финог{0}}система за аерацију са мехурићима у општинском постројењу за пречишћавање отпадних вода

Ретрофит и студија учинка финог{0}}система за аерацију са мехурићима у општинском постројењу за пречишћавање отпадних вода

Увод

Тренутно, главни процеси пречишћавања отпадних вода који се користе у Кини укључују оксидациони јарак, СБР, активни муљ и друге. Процес оксидационог јарка има проблем велике потрошње енергије, посебно у биолошком делу, који чини 65%–80% укупне потрошње енергије. Уобичајена опрема за аерацију која се користи у процесима оксидационог канала укључује четке за аерацију, дискове за аерацију, аераторе са вертикалним вратилом и аераторе са финим{4}}бама. На пример, након што је комунално постројење за пречишћавање отпадних вода у одређеном граду прешло са традиционалне површинске механичке аерације на доњу фину-аерацију са мехурићима, потрошња енергије је смањена за 20,11%, док је квалитет воде за третман постао стабилнији. Поред тога, фина-аерација са мехурићима има карактеристику зонског снабдевања кисеоником, која може да обезбеди прецизно снабдевање кисеоником у складу са потражњом кисеоника у различитим областима оксидационог јарка, додатно побољшавајући ефикасност уклањања азота и фосфора.

Систем површинске аерације на одређеном комуналном постројењу за пречишћавање отпадних вода је у функцији више од десет година, са озбиљним старењем опреме и потешкоћама у раду. Било је тешко испунити најновије стандарде пражњења, због чега је техничка обнова била хитна. Овај пројекат је надоградио систем на фини-систем за аерацију са мехурићима, који може значајно да смањи потрошњу енергије, оптимизује рад, продужи животни век опреме и смањи трошкове одржавања, усклађујући се са националним политикама за очување енергије и смањење емисија. Овај пројекат реновирања је имплементирао праксе зелене градње током демонтаже и уградње опреме: класификована рециклажа старе опреме, усвајање префабрикованих инсталација и коришћење машина са ниским нивоом буке, ниске-емисије, постизањем „процесне{6}}конструкције“ двоструке-димензионалне уштеде енергије и подржавањем постројења за пречишћавање воде.

1 Преглед пројекта

1.1 Тренутна ситуација

Постројење за пречишћавање комуналних отпадних вода у одређеном граду има укупан капацитет од 50.000 тона дневно, изграђено у три фазе. Фаза И усвојила је процес оксидационог јарка, фаза ИИ и пројекат напредног третмана су такође усвојили процес оксидационог јарка, са накнадним напредним третманом коришћењем седиментације коагулације + филтрације платненог медија + процеса ултраљубичасте дезинфекције. Фаза ИИИ усвојила је модификовани А²О процес. Тренутно, ефлуент испуњава стандард ДБ32/1072-2018.

1.2 Постојећи проблеми

1.2.1 Утицај спољне цевне мреже

Отпадне воде у оквиру сакупљања цевне мреже овог постројења обухватају доприносе многих индустријских предузећа. Током свакодневног рада, може доћи до утицаја ненормалне отпадне воде из индустријских предузећа, што доводи до тога да вредност ДО у биолошком резервоару постане веома ниска, чак и до 0 мг/Л, не испуњавајући захтеве производње. У међувремену, због промена у спољним условима, пошто све више индустријских предузећа унутар услужног подручја испушта отпадне воде у цевну мрежу, ово постројење ће се у будућности суочити са озбиљнијим утицајем квалитета воде. Једном када доток флуктуира, растворени кисеоник у биолошком резервоару ће се значајно смањити, а опсег подешавања запремине аерације од ротирајућих дискова је ограничен. У неким периодима, ДО у аеробном резервоару достиже 0 мг/Л, приморавајући постројење да смањи капацитет третмана као одговор, што значајно утиче на аеробно окружење биолошког резервоара и капацитет третмана.

1.2.2 Низак ДО у резервоару за аерацију

Због кварова на ротирајућим дисковима који узрокују ниску ефикасност оксигенације аератора, током стварне производње, историјски подаци о раду показују да просечне вредности ДО из инструмената у средини и на излазу резервоара за аерацију не прелазе 1 мг/Л, при чему најнижи достиже 0 мг/Л, што озбиљно утиче на ефикасност биохемијске реакције.

1.2.3 Велика потрошња енергије

Биолошки резервоари фазе И и ИИ ове биљке су у облику оксидационог јарка. Оксидациони јарак прве фазе користи 8 ротирајућих диск аератора снаге 18,5 кВ, укупне снаге површинског аератора од 148 кВ. Фаза ИИ оксидациони канал је четвороканални тип карусел јарка, који користи 13 Хитацхи самоусисних аератора, укључујући 2 сета од 11 кВ, 2 сета од 18,5 кВ и 9 комплета од 15 кВ, са укупном снагом површинског аератора од 194 кВ. У нормалном раду, да би се обезбедила довољна запремина воде, због ниске ефикасности оксигенације постојеће опреме за снабдевање кисеоником, сви аератори морају бити потпуно укључени.

Потрошња енергије по тони воде за аераторе фазе И и ИИ је: (18,5 кВ*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 РМБ/тон. На основу истраживања потрошње енергије биолошког система у неколико околних комуналних постројења за пречишћавање отпадних вода за домаћинство, потрошња енергије за 25.000 тона/дан општинског постројења за кућну отпадну воду која користи систем за аерацију са финим-мјехурићима на дну је генерално 0,09–0,1 РМБ/тони. Потрошња енергије аератора са ротирајућим диском је 2,4–2,7 пута већа од доњег система за фино-аерацију са мехурићима, што указује на релативно високу потрошњу енергије.

1.2.4 Висока стопа кварова опреме

Како ротирајући диск аератори старе, стопе кварова опреме постепено се повећавају. После 11 година рада у овој фабрици, ротирајући диск систем за аерацију је развио деформацију диска, што је изазвало велико оптерећење опреме и значајне вибрације. Дуготрајна-употреба је довела до лабављења дна, што је довело до неусклађености на оба краја и других проблема, што је довело до повећаног хабања лежајева и високе стопе отказа. Главна вратила, импелери, спојнице и основни зупчаници су прошли вишеструке поправке или замене, у суштини достижући тачку замене. Лежајеви и лопатице главе аератора самоусисних -аератора су биле јако истрошене. Недавни статистички подаци показују да је постројење доживело скоро 30 поправки годишње за аераторе са ротирајућим дисковима и самоусисне{9}}аераторе.

2 Дизајн техничког решења за накнадну уградњу

Општи приступ накнадној уградњи је: уклоните оригиналне ротирајуће дискове за вентилацију и замените их са доњом фином-аерацијом са мехурићима, са одговарајућим додатком дуваљки; подићи ефлуентну брану биолошког резервоара како би се повећала ефективна дубина воде биолошког резервоара; додајте миксере у аеробну секцију користећи оригиналну структуру канала да спречите локализовано накупљање муља.

2.1 Избор и распоред аератора

2.1.1 Параметри диска аератора

Одабран је ЕПДМ мембрански аератор диск модел ДД330, као што је приказано наСлика 1, са специфичним параметрима приказаним уТабела 1.

2.1.2 Распоред диска аератора

Број дискова аератора: нето површина дна резервоара фазе И 864 м², нето површина дна резервоара фазе ИИ 1.412 м², просечна радна површина 0,8 м²/диск, са фактором сигурности 1,05–1,10. Утврђен је коначан укупан број дискова аератора: фаза И 1.150 дискова, фаза ИИ 1.900 дискова.

Принцип распореда: Равномерно распоређени у правилној троугластој мрежи. Размак од зида резервоара Већи или једнак 0,3 м да би се избегле мртве зоне; размак од преградног зида канала Већи или једнак 0,4 м ради лакшег одржавања. Преградите дуж правца протока воде, са једним електричним вентилом за контролу ваздуха по зони да бисте постигли ДО зонску контролу. Избегавајте усисне отворе пумпе за муљ, корита за узорковање и носаче каблова, локално подешавање размака на 1,5 м уз одржавање сервисне површине по диску мање од или једнако 0,8 м².

Висина уградње и нивелисање цеви: Горња површина мембранског диска је 0,25 м од дна резервоара, обезбеђујући потапање веће од или једнако 5,0 м на минималном нивоу воде како би се спречио пренапон вентилатора. Разводне цеви користе АБС ДН50 са перфорираном дистрибуцијом ваздуха; главне цеви су распоређене у петљу, са контролисаном брзином ваздуха на 10–12 м·с⁻¹, материјал СС304. За сваких 10 дискова обезбеђен је пар спојница за брзо-прирубницу, што омогућава целокупно подизање ради одржавања без пражњења резервоара.

2.2 Оптимизација система вентилатора

2.2.1 Додавање дувача

Као главне јединице купљене су увезене дуваљке са ваздушним огибљењем, а изграђена је нова просторија за дуваљке са додатим каналима за ваздух од нерђајућег челика.

2.2.2 Избор вентилатора

На основу стварних услова рада постројења и имајући у виду будуће промене квалитета воде, утицајна концентрација ЦОД у плану реконструкције се не разликује значајно од пројектоване вредности, са просечном концентрацијом од око 320 мг/Л. Концентрација БПК је израчуната на основу пројектоване вредности фазе ИИИ од 150 мг/Л, а други индикатори утицаја су израчунати на основу пројектованих инфлуентних концентрација фазе ИИИ. Потребна радна запремина ваздуха за фазу И и ИИ постројења је 103,7 м³/мин (6.225,1 м³/х, две радне јединице и једна резервна, запремина ваздуха за једну јединицу 50 м³/мин).

Свеобухватно узимајући у обзир различите факторе, купљена су два увозна дуваљка са ваздушним ослањањем НКС75-Ц060 као главне јединице за Фазу И и ИИ. Требало је изградити нову просторију за дуваљку, која се провизорно налази на јужној страни оригиналне радионице за одводњавање муља, са каналима за ваздух од нерђајућег челика који су додати у оксидациони ров. Параметри вентилатора: притисак ваздуха 0,049 МПа, запремина ваздуха 50 м³/мин, са максималном излазном снагом од 64,3 кВ у овим условима рада.

2.2.3 Ретрофит система за аерацију

Метода аерације је промењена у доњу аерацију. Биолошки резервоари фазе И и ИИ користе одговарајући број диск аератора и УПВЦ цеви за аерацију. Специфичан приступ реконструкцији: Очекује се да ће Фаза И биолошки резервоар користити 780 комплета ДД330 диск аератора и УПВЦ цеви за аерацију, а биолошки резервоар Фазе ИИ се очекује да користи 1.276 комплета ДД330 диск аератора и УПВЦ цеви за аерацију, са једним аератором радне запремине ваздуха од 4 ³³3м. Изглед главе аератора је приказан наСлике 2 и 3.

2.3 Оптимизација параметара процеса

2.3.1 Зонирање оксидационог јарка и стратегија контроле ДО

Дуж правца тока воде оксидационог јарка, део за аерацију је подељен на четири зоне. Зона 1: ДО 0,3–0,5 мг/Л, Зона 2: ДО 0,2–0,3 мг/Л, Зона 3: ДО ​​1,5–2,0 мг/Л, Зона 4: ДО 1,0–1,5 мг/Л. Инструмент за процес амонијачног азота је инсталиран на тачки највеће стопе реакције нитрификације између Зоне 2 и Зоне 3, чиме се на крају контролише ефлуент НХ₃-Н мањи од или једнак 1,5 мг/Л.

2.3.2 Оптимизација периода аерације

Модул "повремене аерације" је додат постојећем СЦАДА систему, формирајући ДО онлине инструмент + временску двоструку затворену петљу како би се осигурало да ДО у средини аеробне секције остане на 0,2 мг/Л. Ако ДО<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 Анализа ефеката накнадне опреме

Утицај ове инжењерске реконструкције на укупан рад процеса испитан је упоређивањем промена у загађивачима ефлуента пре и после реконструкције.

3.1 Поређење квалитета отпадне воде пре и после реконструкције

Квалитет отпадне воде пре и после реконструкције је био стабилан, као што је приказано уСлика 4. Пре и после реконструкције, просечна ЦОД ефлуента је остала испод 30 мг/Л, ТП је у основи остао мањи или једнак 0,3 мг/Л, НХ₃-Н мањи или једнак 1,5 мг/Л, док је ТН флуктуирао око 10 мг/Л. Укупан квалитет воде достигао је квази{7}}стандарде за површинске воде класе ИВ, далеко премашујући стандарде за испуштање потребне за постројење.

Да би се интуитивније анализирао могући утицај реконструкције на квалитет воде, упоређени су једногодишњи-годишњи трендови квалитета отпадне воде пре и после реконструкције, дајућиСлика 5. Са слике се може видети да су, без узимања у обзир утицаја промене концентрације инфлуента, флуктуације у концентрацијама ЦОД и ТП ефлуента након ретрофита биле стабилније него пре ретрофита. Иако су се просечне вредности индикатора азота повећале у односу на пре реконструкције, укупан тренд је био релативно стабилан, што је резултирало мањом укупном потрошњом енергије у постројењу и уштедама хемикалија.

3.2 Поређење уклањања загађивача пре и после реконструкције

Због побољшања система аерације, укупна потрошња електричне енергије у постројењу смањена је за 1,7% у односу на раније, док је капацитет пречишћавања повећан за 8,33%, а одговарајуће смањење загађивача је такође повећано, као што је приказано уСлика 6. Након прорачуна, смањење ЦОД је повећано за 948,5 тона, ТП је повећан за 7,0 тона, НХ₃-Н је повећан за 100,4 тона, а ТН је повећан за 125,9 тона.

Стварно уклањање загађивача се такође променило у складу са тим, као што је приказано уТабела 2. Након реконструкције, осим смањења стопе уклањања НХ₃-Н, стопе уклањања за све остале индикаторе су се повећале.

3.3 Поређење потрошње енергије пре и после реконструкције

Потрошња енергије овог пројекта реконструкције је приказана уТабела 3. После реконструкције, потрошња енергије по тони воде за систем аерације биолошког резервоара Фазе И смањена је за 67,3%, а за Фазу ИИ смањена је за 80,9%. Укупна просечна потрошња енергије у постројењу по тони воде смањена је за 55,3%, показујући значајне ефекте{5}}уштеде енергије. Укупна потрошња енергије постројења по тони воде смањена је на 0,21 кВ·х/м³, у распону вредности потрошње енергије за сличне процесе оксидационог јарка широм земље (0,292±0,192) кВ·х/м³. Потрошња енергије по јединици тежине загађивача пре и после реконструкције за целокупно постројење је приказана уТабела 4. После реконструкције целокупног система за аерацију постројења, потрошња енергије по 1 кг третираног ЦОД смањена је за 26,2%, по 1 кг третираног ТП смањена је за 15,7%, по 1 кг третираног НХ₃-Н третираног је смањена за 29,3%, а по 1 кг третираног ТН смањена је за 36,1%, показују добре уштеде енергије{1%

3.4 Поређење хемикалија пре и после реконструкције

Пре реконструкције, због честих кварова система за аерацију, ДО у биолошком систему је било тешко контролисати, а испуњавање стандарда индикатора азота захтевало је додатак спољног извора угљеника како би се осигурала ефикасност уклањања. Након реконструкције, додатак екстерног извора угљеника у основи више није био потребан. Након реконструкције, ефикасност биолошког уклањања фосфора и денитрификације је значајно побољшана, а пратећи хемијски ПАЦ за уклањање фосфора и хемијски ПАМ за одводњавање муља су сходно томе смањени. Годишњи трошкови хемикалија смањени су за око 167.000 РМБ у односу на раније. Специфичне промене су приказане уТабела 5.

3.5 Поређење инвестиција пре и после реконструкције

Пре реконструкције, годишњи трошак за површинске аераторе износио је 1,6281 милиона РМБ, са годишњим трошковима поправке опреме од најмање 250,000 РМБ. Након реконструкције, годишњи трошак за дуваљке и миксере износио је 714.600 РМБ. На основу ове калкулације, годишња уштеда трошкова електричне енергије износила је 913.500 РМБ, плус годишња уштеда трошкова поправке од 250.000 РМБ, што је укупно годишње уштеде од 1.1635 милиона РМБ. На основу укупне инвестиције од 3,704 милиона РМБ, период поврата је 3,18 година.

3.6 Стабилност процеса

Пре реконструкције, током периода квара, растворени кисеоник у биолошком резервоару се углавном одржавао испод 1,0 мг/Л. После реконструкције, растворени кисеоник у биолошком резервоару је у просеку износио 1,5–2,0 мг/Л. У зависности од концентрације утицаја и захтева процеса, опсег подешавања раствореног кисеоника може бити 1,0–2,5 мг/Л. Када је концентрација инфлуента висока, нормални нивои раствореног кисеоника у биолошком резервоару се такође могу одржавати подешавањем снаге вентилатора. Према томе, након накнадне инсталације, стабилни услови усклађености ефлуента су задовољени.

4 Закључак

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 кВ·х, ДО често<1 mg/L, and annual repair cost increases >15% може поновити ову техничку обнову. На основу уштеде електричне енергије од 55,3%, периода поврата од 3,18- година и маргиналних користи од 3%–5% повећања стопе смањења загађивача из овог примера, инвестиција за реновирање има високу сигурносну маргину и може одмах да откључа потенцијал смањења угљеника, обезбеђујући поновљиве и довољне услове за зелену и нискоугљеничну надоградњу старих оксидационих система.