Ettermontering og ytelsesstudie av fint-bobleluftingssystem i et kommunalt renseanlegg

Ettermontering og ytelsesstudie av fint-bobleluftingssystem i et kommunalt renseanlegg

Introduksjon

For tiden inkluderer de viktigste behandlingsprosessene for avløpsvann som brukes i Kina oksidasjonsgrøft, SBR, aktivert slam og andre. Oksidasjonsgrøfteprosessen har problemet med høyt energiforbruk, spesielt i den biologiske delen, som står for 65%–80% av det totale energiforbruket. Vanlig lufteutstyr som brukes i prosesser for oksidasjonsgrøfter inkluderer luftebørster, lufteskiver, vertikale akselluftere og finbobleluftere. For eksempel, etter at et kommunalt renseanlegg i en bestemt by gikk over fra tradisjonell overflatemekanisk lufting til bunnfin-boblelufting, sank energiforbruket med 20,11 %, mens behandlingsvannkvaliteten ble mer stabil. I tillegg har fin-boblelufting karakteristikken av sonert oksygentilførsel, som kan gi presis oksygentilførsel i henhold til oksygenbehovet i forskjellige områder av oksidasjonsgrøften, noe som ytterligere forbedrer effektiviteten til fjerning av nitrogen og fosfor.

Overflatelufteanlegget ved et visst kommunalt renseanlegg hadde vært i drift i over ti år, med alvorlig utstyrsaldring og driftsvansker. Det var vanskelig å oppfylle de siste utslippsstandardene, noe som gjorde teknisk renovering påtrengende. Dette prosjektet oppgraderte systemet til et fint-bobleluftingssystem, som kan redusere energiforbruket betydelig, optimalisere driften, forlenge utstyrets levetid og redusere vedlikeholdskostnadene, i samsvar med nasjonale retningslinjer for energisparing og utslippsreduksjon. Dette renoveringsprosjektet implementerte grønn konstruksjonspraksis under demontering og installasjon av utstyr: klassifisert resirkulering av gammelt utstyr, bruk av prefabrikkerte installasjoner og bruk av maskiner med lav-støy, lav-utslipp, oppnådd "prosess-konstruksjon" dobbel-energisparing og støtte til det bærekraftige vannbehandlingsanlegget.

1 Prosjektoversikt

1.1 Nåværende situasjon

Et kommunalt renseanlegg i en bestemt by har en total kapasitet på 50 000 tonn/dag, bygget i tre faser. Fase I tok i bruk oksidasjonsgrøft-prosessen, Fase II og avansert behandlingsprosjekt tok også i bruk oksidasjonsgrøft-prosessen, med påfølgende avansert behandling ved bruk av koagulasjonssedimentering + klutmediefiltrering + ultrafiolett desinfeksjonsprosess. Fase III tok i bruk den modifiserte A²O-prosessen. Foreløpig oppfyller avløpsvannet DB32/1072-2018-standarden.

1.2 Eksisterende problemer

1.2.1 Eksternt rørnettverkspåvirkning

Avløpsvannet innenfor oppsamlingsområdet til dette anleggets ledningsnett inkluderer bidrag fra mange industribedrifter. Under daglig drift kan det oppstå påvirkninger fra unormalt avløpsvann fra industribedrifter, som fører til at DO-verdien i den biologiske tanken blir svært lav, til og med når 0 mg/L, og ikke oppfyller produksjonskravene. I mellomtiden, på grunn av endringer i ytre forhold, ettersom flere industribedrifter innen tjenesteområdet slipper ut avløpsvann til ledningsnettet, vil dette anlegget møte mer alvorlig påvirkningsvannkvalitet i fremtiden. Når innflyten svinger, vil oppløst oksygen i den biologiske tanken reduseres betydelig, og justeringsområdet for luftevolumet fra de roterende skivene er begrenset. I noen perioder når DO i den aerobe tanken 0 mg/L, noe som tvinger anlegget til å redusere behandlingskapasiteten som respons, noe som påvirker det aerobe miljøet til den biologiske tanken og behandlingskapasiteten betydelig.

1.2.2 Lav DO i luftetank

På grunn av funksjonsfeil ved roterende skive som forårsaker lav oksygeneringseffektivitet for lufteapparater, under faktisk produksjonsdrift, viser historiske driftsdata at gjennomsnittlige DO-verdier fra instrumenter i midten og utløpet av luftetanken ikke overstiger 1 mg/L, med den laveste når 0 mg/L, noe som i alvorlig grad påvirker biokjemisk reaksjonseffektivitet.

1.2.3 Høyt energiforbruk

Fase I og II biologiske tanker til dette anlegget er i form av oksidasjonsgrøft. Fase I oksidasjonsgrøft bruker 8 roterende skiveluftere med effekt på 18,5 kW, med total overflateluftereffekt på 148 kW. Fase II oksidasjonsgrøft er en fire--kanals karrusellgrøft-type, som bruker 13 Hitachi selvfyllende-luftere, inkludert 2 sett på 11 kW, 2 sett på 18,5 kW og 9 sett på 15 kW, med en total overflateluftereffekt på 194 kW. Under normal drift, for å sikre tilstrekkelig vannvolum, på grunn av den lave oksygeneringseffektiviteten til det eksisterende oksygentilførselsutstyret, må alle luftere være helt slått på.

Strømforbruket per tonn vann for fase I- og II-luftere er: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonn. Basert på en undersøkelse av det biologiske systemets strømforbruk ved flere omkringliggende kommunale renseanlegg for husholdningsavløp, er energiforbruket for et 25 000 tonn/dag kommunalt husholdningsavløpsanlegg som bruker et bunnfin-bobleluftingssystem generelt 0,09–0,1 RMB/tonn. Energiforbruket til den roterende skivelufteren er 2,4–2,7 ganger det for det bunnfine{15}}bobleluftesystemet, noe som indikerer relativt høyt energiforbruk.

1.2.4 Høy feilfrekvens for utstyr

Etter hvert som roterende skiveluftere eldes, øker feilfrekvensen på utstyret gradvis. Etter 11 års drift på dette anlegget utviklet det roterende skiveluftesystemet skivedeformasjon, noe som forårsaket høy utstyrsbelastning og betydelige vibrasjoner. Lang-bruk førte til at bunnen løsnet, noe som resulterte i feiljustering i begge ender og andre problemer, noe som førte til økt lagerslitasje og høye feilrater. Hovedaksler, impellere, koblinger og basisgir har gjennomgått flere reparasjoner eller utskiftninger, og har i det vesentlige nådd punktet for utskifting. Lagrene og luftehodebladene til de selv-sugende lufterne var sterkt slitt. Nyere statistikk viser at anlegget opplevde nesten 30 reparasjoner årlig for roterende skiveluftere og selvsugende luftere.

2 Design av ettermonteringsteknisk løsning

Den generelle ettermonteringstilnærmingen er: fjern de originale roterende skivelufterne og erstatt dem med bunnfin-boblelufting, med tilsvarende tillegg av blåsere; heve avløpsforløpet til den biologiske tanken for å øke den effektive vanndybden til den biologiske tanken; legg til blandere i den aerobe delen ved å bruke den originale kanalstrukturen for å forhindre lokal slamakkumulering.

2.1 Valg av lufter og oppsett

2.1.1 Parametre for lufteskive

EPDM membran lufteskive modell DD330 ble valgt, som vist iFigur 1, med spesifikke parametere vist iTabell 1.

2.1.2 Aerator Disc Layout

Antall lufteskiver: Fase I tankbunn nettoareal 864 m², Fase II tankbunn nettoareal 1 412 m², gjennomsnittlig serviceareal 0,8 m²/skive, med en sikkerhetsfaktor på 1,05–1,10. Det endelige totale antallet lufteskiver bestemt: Fase I 1150 skiver, Fase II 1900 skiver.

Layoutprinsipp: Jevnt fordelt i et vanlig trekantet rutemønster. Klaring fra tankvegg Større enn eller lik 0,3 m for å unngå dødsoner; klaring fra kanalskillevegg Større enn eller lik 0,4 m for å lette vedlikeholdet. Skille langs vannstrømmens retning, med én elektrisk luftreguleringsventil per sone for å oppnå DO-sonekontroll. Unngå sugeporter for slampumper, prøvetakingstrau og kabelbakker, lokalt juster avstanden til 1,5 m mens du opprettholder serviceareal per skive Mindre enn eller lik 0,8 m².

Installasjonshøyde og rørgradering: Overflaten på membranskiven er 0,25 m fra tankbunnen, noe som sikrer nedsenking Større enn eller lik 5,0 m ved minimumsvannstand for å forhindre viftestøt. Grenrør bruker ABS DN50 med perforert luftfordeling; hovedrørene er anordnet i en sløyfe, med lufthastighet kontrollert til 10–12 m·s⁻¹, materiale SS304. Et par hurtigkoblinger med flens- leveres for hver 10. skive, noe som tillater total løfting for vedlikehold uten å tømme tanken.

2.2 Viftesystemoptimalisering

2.2.1 Legge til blåsere

Importerte luftfjæringsblåsere ble kjøpt inn som hovedenheter, og et nytt blåserom ble bygget med luftkanaler i rustfritt stål.

2.2.2 Viftevalg

Basert på de faktiske driftsforholdene til anlegget og tatt i betraktning fremtidige vannkvalitetsendringer, er den innflytende COD-konsentrasjonen i ettermonteringsplanen ikke vesentlig forskjellig fra dimensjonerende verdi, med en gjennomsnittlig konsentrasjon på ca. 320 mg/L. BOD-konsentrasjonen ble beregnet basert på Fase III-designverdien på 150 mg/L, og andre innflytende indikatorer ble beregnet basert på Fase III-designinnflytende konsentrasjoner. Den nødvendige driftsluftmengden for fase I og II av anlegget er 103,7 m³/min (6 225,1 m³/t, to driftsenheter og en standby, enkeltenhet luftmengde 50 m³/min).

Tatt i betraktning ulike faktorer ble to importerte luftfjæringsblåsere NX75-C060 kjøpt inn som hovedenheter for fase I og II. Det måtte bygges et nytt blåserom, foreløpig plassert på sørsiden av det opprinnelige slamavvanningsverkstedet, med luftkanaler i rustfritt stål lagt til oksidasjonsgrøften. Vifteparametere: lufttrykk 0,049 MPa, luftmengde 50 m³/min, med maksimal utgangseffekt på 64,3 kW under disse driftsforholdene.

2.2.3 Ettermontering av luftesystem

Luftemetoden ble endret til bunnlufting. Fase I og II biologiske tanker bruker tilsvarende antall skiveluftere og UPVC-luftingsrør. Spesifikk ettermonteringstilnærming: Fase I biologisk tank forventes å bruke 780 sett med DD330 skiveluftere og UPVC luftingsrør, Fase II biologisk tank forventes å bruke 1276 sett med DD330 skiveluftere og UPVC luftingsrør, med enkeltlufter med et driftsluftvolum på 3,45 m³/t. Luftehodeoppsettet er vist iFigur 2 og 3.

2.3 Prosessparameteroptimalisering

2.3.1 Oksidasjonsgrøftsoning og DO-kontrollstrategi

Langs vannføringsretningen til oksidasjonsgrøften er luftedelen delt inn i fire soner. Sone 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Sone 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Sone 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Sone 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Et prosessinstrument for ammoniakknitrogen er installert på punktet med høyeste nitrifikasjonsreaksjonshastighet mellom sone 2 og sone 3, og kontrollerer til slutt avløpet NH₃-N Mindre enn eller lik 1,5 mg/L.

2.3.2 Optimalisering av luftingsperiode

En "intermitterende lufting"-modul ble lagt til det eksisterende SCADA-systemet, og dannet et DO online-instrument + tid dual closed loop for å sikre at DO i midten av den aerobe delen forblir på 0,2 mg/L. Hvis GJØR<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 Ettermonteringseffektanalyse

Effekten av denne tekniske ettermonteringen på total prosessdrift ble undersøkt ved å sammenligne endringer i forurensninger i avløpsvann før og etter ettermonteringen.

3.1 Sammenligning av avløpsvannkvalitet før og etter ettermontering

Avløpsvannkvaliteten før og etter ettermontering hadde en tendens til å være stabil, som vist iFigur 4. Før og etter ettermontering holdt gjennomsnittlig COD seg under 30 mg/L, TP forble i utgangspunktet Mindre enn eller lik 0,3 mg/L, NH₃-N Mindre enn eller lik 1,5 mg/L, mens TN svingte rundt 10 mg/L. Den generelle vannkvaliteten nådde kvasi-overflatevannstandarder i klasse IV, langt over utslippsstandardene som kreves for anlegget.

For mer intuitivt å analysere den mulige innvirkningen av ettermonteringen på vannkvaliteten, ble de ett-års avløpsvannkvalitetstrender før og etter ettermontering sammenlignet, noe som ga resultaterFigur 5. Det kan ses av figuren at, uten å ta hensyn til virkningen av endringer i innflytelseskonsentrasjonen, var svingningene i COD- og TP-avløpskonsentrasjoner etter ettermontering mer stabile enn før ettermontering. Selv om gjennomsnittsverdiene for nitrogenindikatorer økte sammenlignet med før ettermontering, var den generelle trenden relativt stabil, noe som resulterte i lavere samlet energiforbruk og kjemiske besparelser.

3.2 Sammenligning av forurensningsfjerning før og etter ettermontering

På grunn av forbedringen i luftesystemet gikk det totale elektrisitetsforbruket til anlegget ned med 1,7 % sammenlignet med tidligere, mens behandlingskapasiteten økte med 8,33 %, og tilsvarende forurensningsreduksjon økte også, som vist iFigur 6. Etter beregning økte COD-reduksjonen med 948,5 tonn, TP økte med 7,0 tonn, NH₃-N økte med 100,4 tonn, og TN økte med 125,9 tonn.

Faktisk fjerning av forurensende stoffer endret seg også tilsvarende, som vist iTabell 2. Etter ettermontering, bortsett fra en reduksjon i NH₃-N-fjerningshastighet, økte fjerningsfrekvensen for alle andre indikatorer.

3.3 Sammenligning av energiforbruk før og etter ettermontering

Energiforbruket til dette ettermonteringsprosjektet er vist iTabell 3. Etter ettermontering ble strømforbruket per tonn vann for fase I biologisk tankluftingssystem redusert med 67,3 %, og for fase II redusert med 80,9 %. Det totale gjennomsnittlige strømforbruket per tonn vann gikk ned med 55,3 %, noe som viser betydelige-energibesparende effekter. Det totale kraftforbruket per tonn vann gikk ned til 0,21 kW·h/m³, innenfor området for energiforbruksverdier for tilsvarende oksidasjonsgrøfteprosesser over hele landet (0,292±0,192) kW·h/m³. Strømforbruket per vektenhet forurensning før og etter ettermontering for det samlede anlegget vises iTabell 4. Etter ettermontering av det overordnede luftesystemet for anlegget, falt strømforbruket per 1 kg behandlet COD med 26,2 %, per 1 kg behandlet TP redusert med 15,7 %, per 1 kg behandlet NH₃ -N redusert med 29,3 %, og per 1 kg behandlet TN redusert med 1%,10} og viste god energieffekt{10}.

3.4 Kjemisk sammenligning før og etter ettermontering

Før ettermontering, på grunn av hyppige feil i luftesystemet, var DO i det biologiske systemet vanskelig å kontrollere, og oppfyllelse av nitrogenindikatorstandarder krevde ekstern karbonkildetilsetning for å sikre effektiv fjerning. Etter ettermontering var ekstern karbonkildetilsetning i utgangspunktet ikke lenger nødvendig. Etter ettermontering ble biologisk fosforfjerning og denitrifikasjonseffektivitet betydelig forbedret, og medfølgende fosforfjerningskjemikalier PAC og slamavvanningskjemikalier PAM ble tilsvarende redusert. Årlige kjemikaliekostnader falt med rundt 167 000 RMB sammenlignet med tidligere. Spesifikke endringer vises iTabell 5.

3.5 Investeringssammenligning før og etter ettermontering

Før ettermontering var den årlige kostnaden for overflateluftere 1,6281 millioner RMB, med årlige reparasjonskostnader for utstyr på ikke mindre enn 250 000 RMB. Etter ettermontering var den årlige kostnaden for blåsere og miksere 714 600 RMB. Basert på denne beregningen var årlige besparelser på strømkostnadene 913 500 RMB, pluss årlige besparelser på reparasjonskostnadene på 250 000 RMB, totalt årlige besparelser på 1,1635 millioner RMB. Basert på en total investering på 3,704 millioner RMB, er tilbakebetalingstiden 3,18 år.

3.6 Prosessstabilitet

Før ettermontering, i perioder med feil, ble oppløst oksygen i den biologiske tanken stort sett holdt under 1,0 mg/L. Etter ettermontering var oppløst oksygen i den biologiske tanken i gjennomsnitt 1,5–2,0 mg/L. Avhengig av innflytende konsentrasjon og prosesskrav, kan justeringsområdet for oppløst oksygen være 1,0–2,5 mg/L. Når innløpskonsentrasjonen er høy, kan normale nivåer av oppløst oksygen i den biologiske tanken også opprettholdes ved å justere vifteeffekten. Derfor, etter ettermontering, er stabile betingelser for samsvar med avløpsvann oppfylt.

4 Konklusjon

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, DO ofte<1 mg/L, and annual repair cost increases >15 %, kan gjenskape denne tekniske renoveringen. Basert på 55,3 % strømbesparelser, 3,18- år tilbakebetalingstid og marginale fordeler på 3 %–5 % økning i reduksjonsrater for forurensing fra dette eksemplet, har renoveringsinvesteringen en høy sikkerhetsmargin og kan umiddelbart frigjøre karbonreduksjonspotensialet, og gi replikerbare og tilstrekkelige forhold for grønne og lavkarbonoppgraderinger av gamle oksidasjonsgrøfter.