Design og idriftsettelse av et presist luftesystem for et flertrinns AAO avløpsrenseanlegg
Oversikt
Avløpsvannbehandling er en viktig komponent i bybygging. De siste årene har Kinas avløpsvannbehandlingsindustri utviklet seg raskt. Den dype deltakelsen fra renseanlegg for avløpsvann i samarbeidende utslippsreduksjon tjener som en viktig støtte for å bygge et lav-karbonsamfunn, utvikle en lav-karbonøkonomi og oppnå bærekraftig byutvikling. Under «Dual Carbon»-målene har konseptet med lav-karbonrenseanlegg for avløpsvann tiltrukket industriens oppmerksomhet. For å samsvare med utviklingsstrategien for renseanlegg med lavt-karbon avløpsvann, er det nødvendig å analysere og studere nøkkelfaktorene som påvirker energisparing og utslippsreduksjon.
De fleste rensing av husholdningsavløpsvann bruker aktivslamprosesser. En nøkkelfaktor i denne behandlingen er å tilføre en passende mengde oksygen for oksidasjonsreaksjoner av mikroorganismer i de biologiske tankene, noe som gjør kontrollen av luftevolumet avgjørende. Tradisjonell luftingskontroll, oppnådd gjennom manuelle brytere, er først og fremst avhengig av erfaringen til -operatører på stedet, noe som fører til betydelig usikkerhet og sløsing. For å oppnå automatisk kontroll av presise luftesystemer og redusere manuell intervensjon, har forskere omfattende studert luftingskontrollmetoder, inkludert fuzzy kontroll, nevrale nettverk, fuzzy nevrale nettverk, genetiske algoritmer og støttevektormaskiner. Denne artikkelen fokuserer på flertrinns AAO-prosessen til et avløpsvannbehandlingsanlegg i Shenzhen, og analyserer og oppsummerer design- og idriftsettelsesprosessen til det nøyaktige luftesystemet for å gi referanse for lignende prosjekter.
1 Systemoversikt
1.1 Prinsippet for det nøyaktige luftesystemet
Biologisk behandling er det viktigste stadiet i avløpsvannbehandlingsprosessen, og tar typisk sikte på å fjerne eller redusere målstoffer i avløpsvannet for å møte utslippsstandardene ved å opprettholde vedvarende og effektiv mikrobiell vekst og fremme biokjemiske prosesser. Tradisjonelle kontrollstrategier kan ikke i tide og nøyaktig svare på endringer i driftsparametrene til moderne avløpsrenseanlegg. Under den innledende prøvedriften blir justeringer ofte bare gjort til vifter eller til terminalluftingsrørene, og unnlater å utføre sann-tid, på-behovsregulering av luftevolumet i reaksjonstanker basert på faktiske driftstilstandsendringer, samtidig som energibesparelser oppnås.
Oppløst oksygen (DO) er en primær faktor som påvirker den biologiske behandlingsprosessen. Kvaliteten på DO-kontrollen påvirker avløpsrenseeffektiviteten direkte. Det presise luftesystemet introduserer en multi-parameterkontrollmetode som kombinerer «feedforward + feedback + model», som effektivt adresserer egenskaper som store tidsforsinkelser og ikke-linearitet i avløpsrenseanlegg. Den vurderer i stor grad blåsere, reguleringsventiler på luftingsrørledninger, samt DO og vannbelastning, for å implementere presis kontroll over den biologiske reaksjonsprosessen, for å oppnå lufting etter behov, og dermed forbedre systemets driftsstabilitet og spare energi.
I avløpsrenseanlegg inkluderer feedforward-signaler hovedsakelig innflytende strømnings- og kvalitetssignaler; tilbakemeldingssignaler inkluderer hovedsakelig DO, blandet brennevin suspendert faststoff (MLSS) og biologiske tanknivåsignaler.
DO-kontrollstrategien til presise luftesystemer har typisk to tilnærminger: å sette kontrollmålet som en konstant verdi eller som en dynamisk verdi.
Vanligvis, under strategien der DO-kontrollmålet er satt som en konstant verdi, beregner det nøyaktige luftesystemet det nødvendige luftvolumet for hver biologisk tanksone og det totale nødvendige luftvolumet basert på signaler som innflytende kvalitet, innflytende strømning, DO-settpunkt og biologisk tank MLSS. Den justerer deretter blåserens hovedkontrollsystem og elektriske ventiler på lufterørene for å matche lufttilførselen med etterspørselen, og oppnår dermed kontroll av DO-målverdien.
Ved å ta i bruk et presist luftesystem kan renseanlegg for avløpsvann bedre oppnå følgende mål:
(1) Reduser energiforbruket per enhet renset avløpsvann, og reduserer kostnadene.
(2) Forbedre den generelle stabiliteten og påliteligheten til avløpsvannbehandlingsoperasjoner.
(3) Juster automatisk lufting basert på behandlet vannmengde og forurensningsbelastning, og oppnår virkelig lufting etter behov og automatisk kontroll.
(4) Forbedre avløpskvaliteten og øke samsvarsgraden for avløpskvalitet.
1.2 Overordnet design av det nøyaktige luftesystemet
Den konstruerte rensekapasiteten til dette renseanlegget er 50 000 m³/d. Den tar i bruk en fler- AAO-prosess, utstyrt med 2 biologiske tanker. De viktigste kvalitetsindikatorene for avløp oppfyller standarder for overflatevann klasse IV. Prosessstrømmen for avløpsvannbehandling er vist iFigur 1.
Prosjektet har 2 biologiske tanker. Hver biologisk tank er delt inn i 6 DO-kontrollsoner, noe som resulterer i totalt 12 DO-kontrollsoner for anleggets biologiske tanker. Designdiagrammet for dets nøyaktige luftesystem er vist iFigur 2.
For å oppnå presis lufting kreves et komplett kontrollnettverk for det presise luftesystemet. Automatiseringskommunikasjonstopologien til det nøyaktige luftesystemet er vist iFigur 3.
Den nøyaktige hovedstasjonen for luftingssystem henter direkte relevante parametere fra lufteviftene via kommunikasjon, samler inn signaler fra-overvåkingsinstrumenter på stedet, og sender kontrolljusteringskommandoer til utstyrsventiler og viftesystemet, og oppnår dermed full automatisk kontroll av lufteprosessen og koordinert regulering av flytkontrollventiler og vifter.
1.3 Maskinvarekomponenter i det nøyaktige luftesystemet
En online DO-analysator er konfigurert for hver DO-kontrollsone. En termisk gassstrømmåler og en elektrisk reguleringsventil er konfigurert på luftingsgrenrøret som tilsvarer hver DO-kontrollsone. En termisk gassstrømmåler og en trykktransmitter er installert på hovedutløpsrøret i vifterommet.
Utstyrs- og instrumentkonfigurasjonstabellen for det nøyaktige luftesystemet er vist iTabell 1.
1.4 Programvarekomponenter til det nøyaktige luftesystemet
Programvaren for nøyaktig luftingssystem er installert og kjører på arbeidsstasjonen for presis luftingssystem, og fungerer som kjernebehandlingsenheten i systemet. Basert på innsamlede feltsignaler, beregner denne enheten det biologiske luftbehovet til de biologiske tankene gjennom en modell og gir samtidig justeringskommandoer til feltkontrollenheter. Funksjonelt inkluderer den kjernemoduler som modul for beregning av luftevolum, luftfordelingsmodul og innstillingsmodul for vifteoptimalisering.
Den nøyaktige luftesystemprogramvaren er primært utformet basert på følgende to aspekter:
(1) Det nøyaktige luftesystemet deler den aerobe delen inn i flere uavhengige DO-kontrollsoner, i stand til å tilpasse seg kravene til prosesskontrollstrømmen, automatisk justere luftestrømmen for å møte DO-distribusjonsprosessforholdene som kreves av behandlingsenhetene.
(2) Det presise luftesystemet lar brukere uavhengig sette mål DO-nivåer og støtter dynamiske DO-settpunkter. Med tanke på bekvemmelighet og betjening, kan relevante data sees og konfigureres i det sentrale kontrollrommet.
Kontrollmekanismen for presis lufting prioriterer feltet, etterfulgt av den sentrale styringens øvre datamaskin, hovedsakelig inkludert ventilstyring og viftestyring.
Ventilkontroll har to moduser: lokal kontrollmodus og fjernkontrollmodus. På den øvre datamaskinen med sentralkontroll er det to valg: manuell modus og presis luftemodus.
Viftetrykkkontroll inkluderer:
(1) Når hovedstyreskapet går inn i lokal modus, kan trykksettpunktet innstilles manuelt lokalt.
(2) Når hovedkontrollskapet går inn i fjernautomatisk modus, er trykkinnstillingen delt inn i to moduser: manuell og presis lufting, og kontrollbrytere til det sentrale kontrollrommet.
Siden den har tre kontrollmoduser - fullautomatisk kontroll, delvis automatisk kontroll og manuell tvungen kontroll - og tillater modusbytte enten på -stedet eller i hovedkontrollrommet, kan det nøyaktige luftesystemet håndtere ulike situasjoner som oppstår under drift av avløpsvannbehandlingsanlegget.
1.5 Funksjoner til det nøyaktige luftesystemet
1.5.1 Beregning av luftbehov
Det nøyaktige luftesystemet kan dynamisk beregne det faktiske luftbehovet basert på endringer i ulike faktorer i de biologiske tankene, noe som gjør at luftesystemet kan tilføre luft etter behov. Beregningsmodellen for luftbehov for det nøyaktige luftesystemet er vist iFigur4.
I praktiske anvendelser av presis luftingskontroll i avløpsrenseanlegg, kan det nøyaktige luftesystemet beregne det faktiske luftbehovet i sanntid-i takt med at innflytende strømning og kvalitetsbelastninger endres, og sikre rimelig lufting som oppfyller biokjemiske krav samtidig som man sparer unødvendig luftingsenergiforbruk.
1.5.2 Luftevolumfordeling
Det nøyaktige luftesystemet involverer flere luftekontrollenheter. Systemet har en fler-ventilavkoblingskontrollstrategi for å undertrykke interferens fra enkelt-ventiljusteringer på andre ventiler. Den har også en multi-optimal åpningskontrollstrategi, som muliggjør raske og optimale ventilåpningsjusteringer for å oppnå rask og nøyaktig overføring og fordeling av luftevolumet mellom ulike luftekontrollenheter.
1.5.3 Vifteoptimaliseringskontroll
Energisparing i lufteprosessen oppnås ved å optimalisere viftedriften. Kjernen i luftesystemet er å regulere viftedrift basert på driftsparametere. På den ene siden må viftejusteringer ta hensyn til faktiske driftsparametre; på den annen side må viftejusteringer også vurdere utstyrsbeskyttelse. Det generelle prinsippet er å betjene vifter under de mest økonomiske forhold og samtidig forhindre unormale vifteforhold (som f.eks. bølger).
Det nøyaktige luftesystemet beregner det nødvendige luftvolumet basert på gjeldende prosessoperasjonsparametere og sender deretter signalet til viftestyreskapet. Operasjoner som start/stopping av vifter og justering av åpninger utføres basert på det totale luftvolumet settpunktet for å møte det biologiske systemets luftingsbehov, mens overspenningsbeskyttelsestrykk brukes for å beskytte viftene mot bølger. Blåsere er kjerneprosessutstyr i avløpsrenseanlegg. Det nøyaktige luftesystemet bør regulere viftedriften for å møte luftingsbehovet til biologiske tanker, samtidig som det hindrer viftesvingninger.
2 Igangsetting av det nøyaktige luftesystemet
For å sikre normal drift av det nøyaktige luftesystemet, må individuelle enheter i systemet først settes i drift én etter én. Deretter er koordinert igangkjøring av biologiske tanklufteventiler og vifter nødvendig, innstilling av vifteluftmengde og regulering av rørledningstrykkovervåking. Under idriftsettelse skal alle operasjoner og justeringer sikre ingen innvirkning på produksjonen. Spesielt bør forholdsregler for nødviftedrift understrekes:
(1) På kort-sikt betydelige svingninger i vifteåpningen. Dette systemet bruker sentrifugalblåsere med magnetlager, som kan motta settpunkter sendt av det nøyaktige luftesystemet i sanntid.- Blåseren justerer åpnings- og virketiden basert på forskjellen. Det nøyaktige luftesystemet har en sikkerhetsmekanisme for viftesvingninger for å forhindre bølger forårsaket av svingninger. Mulige årsaker til kortsiktige- signifikante svingninger i vifteåpningen inkluderer plutselige endringer i innflytelseskvalitet, feiltilpassede systemjusteringsparametere, plutselige endringer i rørledningstrykk og feil på biologiske tankinstrumenter. For utstyrssikkerhet kan det nøyaktige luftesystemet overstyres manuelt og byttes til manuell modus for å forhindre store trykksvingninger i rørledningen og risiko for bølgesving.
(2) Under blåserstøt. Under den første igangkjøringen er det noen ganger uunngåelig at viften øker. Mulige årsaker inkluderer utilstrekkelig koordinering mellom ventiler og blåsere, noe som fører til økt rørledningstrykk og bølger; eller urimelige vifteparametere i seg selv, med åpningsjusteringer for raske, noe som får selve viften til å stige. Når denne feilen oppstår, kan det nøyaktige luftesystemet overstyres manuelt og byttes til manuell modus for drift.
3 DO Kontroller effektivitet og energisparende resultater av det presise luftesystemet
3.1 DO-kontroll Effektiviteten til det presise luftesystemet
Effektivitetsverifiseringen av det nøyaktige luftesystemet for dette prosjektet ble primært utført ved å sammenligne scenarier med og uten systemets intervensjon. Tradisjonelle kontrollmetoder kan ikke i tide og nøyaktig svare på virkningen av ulike forstyrrelser. Når den online kontrollerte DO-verdien viser store svingninger, vises variasjonen av oppløst oksygen (DO) over tid på et bestemt sted i en biologisk tank uten presis lufting iFigur 5.
Sammenlignet med tradisjonelle biologiske tankkontrollmetoder, kan den nøyaktige luftingskontrollmetoden kontrollere DO i den biologiske tanken mer nøyaktig, og demonstrere sterkere tilpasningsevne, og dermed muliggjøre bedre lufting og energisparing. Trenden med oppløst oksygen (DO) på et bestemt sted i en biologisk tank med presis lufting er vist iFigur 6.
I henhold til prøvedriftsresultatene til det nøyaktige kontrollsystemet i dette prosjektet, er sannsynligheten for DO-verdier fordelt innenfor ±0,5 mg/L av målsettpunktet 90 %; sannsynligheten innenfor ±0,3 mg/L er 30 %; og sannsynligheten innenfor ±0,2 mg/L er 20 %, og oppfyller designkrav og faktiske operasjonelle behov.
3.2 Energibesparende resultater av DO-kontroll med det nøyaktige luftesystemet
I flertrinns AAO avløpsrenseanlegget beregner det nøyaktige luftesystemet det nødvendige totale luftvolumet i sann-tid basert på gjeldende innflytende strømning og belastning under viftekontroll. Den overfører deretter det totale settpunktet for luftbehov til viftens hovedstyreskap, som regulerer de tilhørende viftene i henhold til det angitte målet. Dette sikrer at luftevolumet oppfyller faktiske krav under både høye og lave belastningsforhold, samtidig som det reduserer unødvendig luftingsenergiforbruk. Under tradisjonell kontroll opererer blåsere vanligvis kontinuerlig med relativt høy effekt. Gjennom det nøyaktige luftesystemets kontroll av vifter, oppnås sanntidsjustering av driftseffekten, og oppnår målet om å spare energi.
Etter å ha tatt i bruk det nøyaktige luftesystemet, drar flertrinns AAO avløpsvannbehandlingsanlegget fordel av normal drift av renseutstyr, nøyaktige instrumentdata, stabil innflytende strømning og kvalitet (ikke over ±20 % av designverdiene), tilstrekkelig viftedriftstrykk, kontinuerlig justerbar luftvolum og automatisk konstanttrykkdrift av hovedkontrollskapet.
4 Konklusjon
Bruken av det nøyaktige luftesystemet i flertrinns AAO avløpsvannbehandlingsanlegget har som mål å tilby en raffinert operasjonell løsning for luftingsfasen i avløpsvannbehandlingsprosessen. Den nøyaktige luftesystemløsningen samsvarer fullt ut med anleggets driftsforhold, og oppnår presis luftekontroll. På dette grunnlaget forblir det mikrobielle biokjemiske miljøet stabilt, og hjelper dermed avløpsvannbehandlingsanlegget med å oppnå raffinert, energibesparende-og automatisert drift av luftesystemet, og dermed forbedre stabiliteten til avløpskvaliteten.