Tekniske grunnprinsipper og operasjonell styring av et lav-blower-luftebasseng
1. Oversikt
1.1 Driftsprinsipp for vifteluftebassenger
Viftelufting, vanligvis brukt i Kina, inkluderer primært diffuse, spiralformede og mikroporøse luftingstyper. Et luftebasseng omfatter typisk et luftesystem, bassengstrukturen og innløps-/utløpsporter, som fungerer som en nøkkelstruktur i aktivert slambehandling av avløpsvann. Vanlige luftingsmetoder er mekanisk og viftelufting. Vifteluftesystemer består vanligvis av spesialiserte luftere og vifter. Kummene er ofte delt inn i flere rom, hver i stand til uavhengig innflytende fôring. Avløpsvann kommer inn i kummen og kommer ut i motsatt ende. Under denne prosessen leveres luft via kompressorer til diffusorer i kumbunnen og slippes ut som bobler.
1.2 Relatert forskning på viftebassenger
Forskning av Cheng Dandan et al. fant at i Kinas kommunale avløpsvannbehandlingsanlegg (WWTP), forbruker lufteblåsere omtrent 60 % av den totale energien. Å integrere luftesystemet med intelligent PID lukket-sløyfekontroll for oppløst oksygen (DO) og implementere vifteenergi-sparestrategier kan effektivt håndtere høyt energiforbruk i renseanleggsluftesystemer, og redusere det med over 30 %.
Liu Xiaoqi et al. benyttet dispergerte strømningsluftere for å øke oksygeninnholdet i avløpsvannet under behandling og samtidig senke energiforbruket. Dette oppnådde også jevn vann-luftblanding og -fordeling, noe som reduserte presisjonskravet for utjevning av lufteinstallasjonen.
Chang Kai et al. forbedret ytelsen til konvensjonelt luftebassengsystem ved å modifisere den originale luftoppsamlingsmodusen. De erstattet tradisjonelle mikroporøse luftere med mikroporøse luftere med høy oksygen-overføringseffektivitet og mikroporøse luftere med silikonplater og erstattet enkelt-rett-strømningsbasseng med tre-passasjer med serpentinstrømningsbassenger. Innlemming av presis luftekontroll forbedret systemet ytterligere, og tok opp problemer med høyt energiforbruk, lav effektivitet og dårlig masseoverføring i tradisjonelle vifteluftingsmetoder.
1.3 Driftsledelse av viftebassenger
Viftebassenger er mye brukt i avløpsvannbehandling. Etter prinsippet om "separat behandling for forskjellige avfallsstrømmer," håndterer en spesifikk renseanleggs saltvannsbehandlingsenhet primært elektrisk avsaltingsavløpsvann fra atmosfærisk-vakuumdestillasjon, renset renset vann, alkyleringsnøytraliseringsavløpsvann og noe supernatant og høy-avløpsvann. Denne enheten har et tre-trinns biologisk behandlingssystem, med viftebassenget som sekundærtrinn. Dens innflytende gjennomsnittlige kjemiske oksygenbehov (COD) er konsekvent under 100 mg/L, og klassifiserer det som en lav-aktivert slamprosess. Utover utstyrsoppgraderinger krever opprettholdelse av optimal drift nøye kontroll og justering av prosessparametere.
2. Anleggsoversikt
2.1 Saltvannsbehandlingsenhet Prosessstrøm
Enheten bruker en "Utjevning + oljeseparasjon + to-flotasjon + tre-biologisk behandling"-prosess, med behandlet avløp sendt til en poleringsenhet. Oljeutskilleren bruker en kombinert horisontal flyt og skrå platedesign. De to flotasjonstrinnene bruker henholdsvis Vortex Cavitation Air Flotation (CAF) og Partial Reflux Pressurized Solved Air Flotation (DAF). De tre biologiske stadiene er sekvensielt: Pure Oxygen Aeration Tank III, Blower Aeration Tank og Secondary Biochemical Tank (EM-BAF). Prosessflyten vises iFigur 1.
2.2 Beskrivelse av vifteluftebasseng
Viftebassenget er et gjenbrukt anlegg som opprinnelig ble bygget i 1995 som en del av en renseenhet for oljeholdig avløpsvann. Den bruker en tradisjonell plugg-strømningsdesign med et effektivt volum på 3888 m³ og en gjeldende hydraulisk retensjonstid (HRT) på omtrent 17,6 timer. Bassenget opererer i to parallelle tog, hver med fire avdelinger. Det er installert luftere i bunnen, forsynt av sentrifugalblåsere for å gi oksygen til aktivert slammetabolisme. Den er også utstyrt med to sekundære klarerere (Φ18m x 5m).
Innenfor det tre-biologiske systemet:
- Trinn 1 (Pure Oxygen Aeration Tank III): Primær funksjon er COD-fjerning.
- Trinn 2 (blåserluftetank): Primærfunksjon er fjerning av ammoniakknitrogen (NH₃-N), sekundærfunksjon er ytterligere COD-fjerning.
- Trinn 3 (sekundær biokjemisk tank - EM-BAF): Funksjoner for ytterligere polering av avløpsvann COD og NH₃-N, og sikrer den endelige vannkvaliteten.
2.3 Innflytende og avløpskvalitet for viftebasseng
Innflytelse til viftebassenget kommer fra Pure Oxygen Aeration Tank III, med forurensningsgrenser: CODcr Mindre enn eller lik 300 mg/L, NH₃-N Mindre enn eller lik 30 mg/L, Suspenderte faste stoffer (SS) Mindre enn eller lik 50 mg/L.
Avløpsvannet mater den sekundære biokjemiske tanken, med grenser: CODcr Mindre enn eller lik 120 mg/L, NH₃-N Mindre enn eller lik 30 mg/L, SS Mindre enn eller lik 50 mg/L.
Det endelige avløpet fra den sekundære biokjemiske tanken må oppfylle: CODcr Mindre enn eller lik 70 mg/L, Petroleum Mindre enn eller lik 5 mg/L, NH₃-N Mindre enn eller lik 3 mg/L.
Gjennom 2021 var bassengets gjennomsnittlige innflytende CODcr 67,094 mg/L, og gjennomsnittlig NH₃-N var 23,098 mg/L, begge oppfyller designkravene. Imidlertid førte den spesielt lite innflytende COD til karbonkildemangel for det aktiverte slammet, noe som påvirket dets normale metabolisme. Omvendt favoriserte tilstrekkelig ammoniakknitrogen og lav organisk forurensningskonsentrasjon i blandingsvæsken nitrifikasjon, som gikk effektivt.
3. Operasjonelle påvirkningsfaktorer og kontrolltiltak
3.1 Virkningen av lav innflytende belastning og slamaldring
Med innflytende COD på 67,094 mg/L-under både designgrensen (mindre enn eller lik 300 mg/L) og det mikrobielle karbonbehovet (ca. . 100 mg/L BOD₅)- opplevde det aktiverte slammet mangel på karbonkilder. Den lave belastningen resulterte i langsom slamvekst, noe som gjorde det utsatt for aldring og danne en løs struktur. Eldret, dødt slam dannet avskum som flyter på den sekundære klaringsoverflaten. I mangel av utstyr for oppsamling av avskum rant dette avskum ut med avløpet, forårsaket turbiditet, overskredet COD- og SS-grensene, og deretter overbelastet den nedstrøms sekundære biokjemiske tanken, noe som påvirket dens endelige avløpskvalitet.
Mottiltak: Driftsteamet kontrollerte konsentrasjonen av blandet brennevin Suspended Solids (MLSS). Ved å bruke en 1000 mL gradert sylinder for 30-minutters Sludge Volume Index (SVI)-testen, opprettholdt de SVI rundt 20 %, tilsvarende en MLSS på omtrent 2 g/L. Denne balanserte effektiviteten til fjerning av forurensninger med å forhindre slamaldring, flyting og forringelse av vannkvaliteten. Den langsomme slamveksten betydde minimal og sjelden slamsløsing, noe som ga nitrifiserende bakterier en oppholdstid som oversteg deres minste generasjonstid, og fremmet nitrifikasjon ytterligere.
3.2 Effekten av kontroll med oppløst oksygen (DO).
Mikroorganismer i aktivert slam er primært aerobe, og krever vanligvis DO mellom 1-3 mg/L. Bedriftsstandarder setter DO-området for tradisjonelle pluggstrøm-luftebassenger til 2-4 mg/L, med nitrifikasjon som krever DO generelt ikke under 2,0 mg/L. Den nåværende lave innflytende belastningen og ytterligere redusert MLSS-konsentrasjon senket DO-kravet, noe som gjorde kontrollen utfordrende. Opprettholdelse av full blanding økte ofte DO til over 4 mg/L, mens kontroll av DO innenfor målområdet førte noen ganger til utilstrekkelig blanding i enkelte områder, noe som førte til slamavsetninger.
Videre akselererer høy DO nedbrytning av organisk materiale, og forverrer slamaldring. Derfor kontrolleres DO i praksis rundt 3 mg/L. I tillegg justeres alle luftventiler omtrent månedlig for å forbedre blandingens ensartethet, reaktivere sovende flokker og opprettholde aktiv biomasse.
3.3 Påvirkning av vanntemperatur
Temperatur påvirker mikrobiell aktivitet betydelig. Egnede temperaturer fremmer aktivitet, mens lave temperaturer hemmer eller reduserer den, og høye temperaturer kan endre fysiologi eller forårsake død. I dette systemet er termofile bakterier de viktigste funksjonelle gruppene. For systemsikkerhet holdes temperaturen vanligvis mellom 15–35 grader, selv om det passende området er 10–45 grader. Over 30 grader kan denaturere nitrifier-proteiner, redusere deres aktivitet. Det aktiverte slammet inneholder både COD{10}}nedbrytende og nitrifiserende bakterier, med nitrifikasjon som har et smalere optimalt område på 5–30 grader.
Det saltholdige avløpsvannet inneholder strømmer med høye- temperaturer. Tidligere hendelser involverte påfølgende dager med innflytelsestemperatur på over 40 grader, noe som førte til slamoppløsning, død av COD-nedbrytere og nitrifiers og systemkollaps. Deretter ble det installert et termometer på utjevningstankens avløpsledning for å strengt kontrollere utløpstemperaturen til ikke å overstige 40 grader, og oppfylle kravene til slamtemperatur. Ingen lignende hendelser som påvirket nitrifikasjon skjedde i 2021.
3.4 Påvirkning av alkalitet
I henhold til relevante bedriftsstandarder, ved bruk av aktivert slam for ammoniakkfjerning, bør forholdet mellom inngående total alkalitet og ammoniakknitrogen ikke være mindre enn 7,14; ellers må alkaliteten suppleres. Med en designinnflytende NH₃-N på 30 mg/L og et faktisk gjennomsnitt på 23,098 mg/L, er den nødvendige totale alkaliniteten ikke mindre enn 214,2 mg/L. Foreløpig er den innflytende alkaliniteten utilstrekkelig, noe som krever daglig tilsetning av soda (Na₂CO₃) for å møte prosesskravene.
3.5 Påvirkning av pH og giftige stoffer
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 eller<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerob mikrobiell metabolisme kan buffer pH-endringer moderat. For eksempel kan bruk av nitrogenforbindelser senke pH under nitrifikasjon, mens dekarboksylering produserer alkaliske aminer som øker pH. Dette muliggjør langsiktig-tilvenning til mildt surt/alkalisk avløpsvann. Den iboende alkaliniteten til avløpsvannet bidrar også til å hindre pH-fall.
Imidlertid påvirker drastiske pH-skifter (f.eks. plutselig alkalisk tilstrømning inn i et surt system) mikrober betydelig og kan forstyrre driften. Derfor avhenger nødvendigheten av nøytralisering av det spesifikke tilfellet. Mindre, konsekvente pH-svingninger, spesielt med svake syrer/baser, krever kanskje ikke nøytralisering. Større svingninger nødvendiggjør pH-justering til nøytral.
Nitrifiserende bakterier er svært pH-sensitive, med optimal nitrifikasjon ved pH 7,2–8,0, mens generelle mikrober foretrekker 6,5–8,5. For spesifikke industriavløpsvann er giftige stofftyper ofte faste, men konsentrasjoner og utslippsmengder svinger. Foruten utjevning, må innflytende giftstoffnivåer overvåkes og kontrolleres. Etter slamakklimatisering bør det etableres en maksimal grense for innflytende konsentrasjon basert på akklimatiseringsgrad og driftserfaring. Langvarig overskridelse krever tiltak som å redusere tilsig, øke slamresirkuleringen eller øke oksygenering for å forhindre mikrobiell forgiftning og behandlingssvikt. For tiden er det ikke påvist giftige stoffer som forårsaker mikrobiell forgiftning i bassengets innløp.
3.6 Virkningen av innflytende sjokkbelastninger
Den innflytende COD forblir stabilt lav med små svingninger, og NH₃-N og Total Nitrogen (TN) holder seg også innenfor relativt stabile områder over lange perioder. Nitrifikatorpopulasjonen forblir relativt fast. På grunn av deres langsomme veksthastighet kan imidlertid en plutselig, betydelig økning i innflytende NH₃-N eller TN mette bassengets fjerningskapasitet, og kompromittere NH₃-N- og TN-kvaliteten for avløpsvann.
Teoretisk følger mikrobiell N- og P-behov et BOD5:N:P-forhold på 100:5:1. N- og P-innholdet varierer imidlertid mye med industriavløpsvannstype. Noen avløpsvann er høye i N og P, og krever fjerning for å oppfylle standarder. Andre er mangelfulle, noe som krever tilskudd for å unngå å begrense stoffskiftet. For driftsbassenger som behandler avløpsvann med lavt N/P, kan innflytende nivåer på ca. 10 mg/L NH₃-N og 5 mg/L fosfat基本 dekke mikrobielle behov. Langvarige nivåer under disse krever økt N/P-dosering.
Daglig drift krever tett overvåking av NH₃-N og TN i alle innløpsstrømmer og utjevningstankavløpet, samt i resirkuleringsstrømmer fra justeringstanker, for å forhindre overbelastning av nedstrøms poleringsenhet og truer sikkerheten for endelig utslippsvann.
4. Konklusjon
Som kjernenitrifikasjonsreaktoren i den saltholdige avløpsvannbehandlingsenheten, krever viftebassenget tett daglig overvåking av vanntemperatur, innflytende NH₃-N og TN. Streng kontroll av MLSS-konsentrasjonen, opprettholdelse av DO rundt 3 mg/L og sikring av tilstrekkelig alkalinitetstilsetning er avgjørende. Under disse optimaliserte tiltakene kjører systemet stabilt med utmerket avløpskvalitet: gjennomsnittlig COD på 54,213 mg/L, NH₃-N på 9,678 mg/L og SS på 23,849 mg/L, og oppfyller fullt ut kravene til den sekundære biokjemiske tanken. Løpende testing, oppsummering og optimalisering fra flere aspekter er også avgjørende for ytterligere å sikre utstyrets pålitelighet og systembehandlingseffektivitet.