Primjena online tehnologije kemijskog čišćenja za aeratore s finim mjehurićima u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda
Perlatori s finim mjehurićima naširoko se koriste kao oprema za prozračivanje u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda zbog svoje jednostavne strukture, visoke učinkovitosti iskorištavanja kisika, pouzdanog rada, pora otpornih-na začepljenje, sprječavanja povratnog toka otpadne vode, ravnomjerne distribucije naprezanja po obodu, dugog vijeka trajanja, jednostavne instalacije i održavanja te niske cijene sustava. Kao ključna komponenta za opskrbu kisikom u pročišćavanju otpadnih voda, sustavi za prozračivanje s finim mjehurićima skloni su začepljenju obraštanjem i biofilmom tijekom dugotrajnog- rada, što predstavlja značajne izazove za održavanje njihove učinkovitosti. Internetska tehnologija kemijskog čišćenja pruža učinkovito rješenje za ovaj problem.
1. Stvaranje i opasnosti od začepljenja perlatora finim mjehurićima
Nakon duljeg rada, aeratori s finim mjehurićima osjetljivi su na začepljenje, obično kategorizirano kao "unutarnje začepljenje" i "vanjsko začepljenje" na temelju oblika začepljenja onečišćivača. "Unutarnje začepljenje" odnosi se na taloženje sitnih čestica kao što su koloidne čestice i makromolekule otopljene tvari iz miješane tekućine unutar pora, što dovodi do začepljenja pora. "Vanjsko začepljenje" odnosi se na taloženje tvari kamenca na površini membrane okrenutoj prema vodi. Ova vrsta blokade ima tendenciju stalnog povećanja otpora membrane na ispuštanje zraka, što dovodi do povećanog pritiska na membranu i postupnog povećanja veličine pora. S vremenom to može lako uzrokovati pucanje membrane. Nakon što se membrana pukne, utjecaj se proteže od uništavanja učinkovitosti prozračivanja do strukturalnog oštećenja sustava, što potencijalno zahtijeva gašenje radi održavanja ili zamjenu aeratora.
Problemi sa začepljenjem u aeratorima s finim mjehurićima donose povećane operativne rizike:
- Iz perspektive troškova potrošnje električne energije: Kako se perlatori začepljuju, tlak u cjevovodu raste, prisiljavajući puhala da rade u uvjetima visokog-opterećenja, visoke-energije-potrošnje. To povećava potrošnju energije i također utječe na vijek trajanja puhala.
- Iz perspektive rizika za okoliš: Neravnomjerna aeracija smanjuje stope prijenosa kisika, ograničava fleksibilnost kontrole procesa i može ozbiljno utjecati na kvalitetu otpadnih voda u ozbiljnim slučajevima.
- Iz perspektive ekonomskih troškova: Trošak ručnog čišćenja nakon pražnjenja spremnika je visok.
- Iz sigurnosne perspektive: Ručno čišćenje nakon pražnjenja zahtijeva ulazak u spremnike za uklanjanje mulja, uključujući ulazak u zatvoreni prostor i privremene električne radove, čime se povećavaju rizici od električnih i osobnih sigurnosnih opasnosti.Slika 1prikazuje pojavu nakupljanja mulja od začepljenja perlatora.
Stoga je redovito održavanje i čišćenje aeratora s finim mjehurićima ključno za osiguranje njihove radne učinkovitosti. Tradicionalne metode održavanja i čišćenja perlatora zahtijevaju potpuno pražnjenje spremnika za biološke reakcije. Održavanje-velikih razmjera i čišćenje postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda može utjecati na normalno pročišćavanje i ispuštanje otpadnih voda ili zahtijevati odobrenje relevantnih vladinih odjela ako se provodi na određenim lokacijama (kao što su područja pokrivena urbanim odvodnim mrežama ili zaštićene zone izvora pitke vode). Ovaj proces uključuje višestruke opasne radnje (npr. ulazak u ograničeni prostor) s brojnim rizicima i nedostacima, namećući značajna ekonomska opterećenja i potencijalne troškove (npr. koordinacija s vladinim odnosima, smanjen kapacitet pročišćavanja tijekom održavanja, prilagodba kvalitete vode, sigurnosni rizici) na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda. Pritisak i izazovi koje predstavlja pražnjenje radi održavanja čine izvedivost redovitog pražnjenja radi čišćenja perlatora relativno slabom.
S obzirom na brojne nedostatke tradicionalnog ručnog čišćenja nakon pražnjenja-visoke cijene, visoki operativni rizik i neoptimalnu učinkovitost čišćenja-istraživanje internetskog čišćenja aeratora s finim mjehurićima korištenjem mrežnih uređaja za doziranje kemikalija u normalnim uvjetima prozračivanja posebno je važno.
Ova je studija odabrala projekt postrojenja kao mjesto terenskog ispitivanja za online tehnologiju kemijskog čišćenja. Postrojenje ima ukupni kapacitet pročišćavanja otpadnih voda od 600.000 tona dnevno, a izgrađeno je u četiri faze. Treća-faza projekta ima kapacitet obrade od 100.000 tona dnevno, koristeći AAO proces; projekt četvrte-faze ima kapacitet obrade od 200.000 tona dnevno, koristeći MBR proces. Kvaliteta otpadnih voda zadovoljava standard razreda A GB 18918-2002 "Standard ispuštanja zagađivača za komunalna postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda". Online čišćenje provedeno je na aeratorima s finim mjehurićima u aerobnim spremnicima treće i četvrte faze, koji su radili 6-7 godina.
2. Princip online tehnologije kemijskog čišćenja
Internetska tehnologija kemijskog čišćenja uključuje dodavanje specifičnih kemijskih sredstava u sustav prozračivanja za otapanje ili raspršivanje tvari koje začepljuju kemijskim djelovanjem. Ova sredstva mogu biti kisela, alkalna, oksidirajuća ili kelirajuća. Na primjer, neka kisela sredstva mogu otopiti alkalne precipitate poput kalcijevog karbonata, dok oksidirajuća sredstva mogu razgraditi organske blokade koje proizvode mikroorganizmi.
2.1 Analiza uobičajenih zagađivača
Zagađivači koji se lijepe na površine perlatora su različiti, a njihov sastav je usko povezan sa karakteristikama otpadnih voda, procesima pročišćavanja i radnim uvjetima. Uobičajeni zagađivači analiziraju se na sljedeći način:
- Anorganski zagađivači: Uključuje spojeve kalcija i magnezija, sulfide, metalne okside i hidrokside, koji uglavnom potječu od kemijskog taloženja i prezasićenja iona. Njihov primarni utjecaj na perlatore uključuje začepljenje pora, smanjenu učinkovitost prozračivanja, povećanu potrošnju energije sustava, povećan otpor prozračivanja i smanjenu učinkovitost prijenosa kisika.
- Organski zagađivači: Uključite mikrobni biofilm, suspendirane organske čestice, masti/ulja i organske koloide. Mikrobni biofilm prvenstveno nastaje zbog mikrobne kolonizacije i adhezije izvanstanične polimerne tvari (EPS). Njegove opasnosti uključuju stvaranje anaerobnog mikrookruženja i ispuštanje otrovnih plinova (npr. H₂S). Organski koloidi nastaju zbog hidrofobnih interakcija i elektrostatske adsorpcije, stvarajući hidrofobne slojeve koji ometaju oslobađanje plina i utječu na jednolikost prozračivanja.
- Kompozitni zagađivači (mješoviti anorganski-organski): Uključite biološki-kemijski mješoviti kamenac i vezivanje čestica mulja, uglavnom nastalo fizičkim zarobljavanjem i kemijskim vezanjem. Njihovi učinci uključuju pokrivanje površine perlatora, smanjenje efektivne površine prozračivanja, ubrzavanje starenja opreme i skraćivanje ciklusa održavanja.
Kroz inspekcije održavanja sustava prozračivanja postrojenja, identificirani su sljedeći problemi: ① Dugotrajni podvodni rad aeratora, zajedno s produženim radnim vijekom, dovelo je do značajnog starenja O-prstenastih brtvi na priključnim točkama, što je rezultiralo curenjem plina; ② Tijekom rada, kontinuirano taloženje mulja i prilagodbe u kontroli proizvodnog procesa rezultirali su višim koncentracijama mulja u određenim područjima, neizravno uzrokujući ozbiljno stvaranje kamenca na površinama membrane aeratora, kao što je prikazano naSlika 2; ③ Kada je koncentracija mulja u spremnicima za biološke reakcije previsoka, starost mulja se produljuje, povećavajući otopljeni kisik potreban za normalnu aktivnost mikroba i povećavajući zahtjeve za sustav opskrbe kisikom; ④ Povećana gustoća miješane tekućine u spremnicima za prozračivanje povećava otpor, što dovodi do veće potrošnje energije za mehaničko prozračivanje ili prozračivanje puhanjem; ⑤ Nešto onečišćenja prodrlo je u pore za prozračivanje, utječući na prozračivanje sustava, kao što je prikazano naSlika 3. Na temelju uzroka nastanka onečišćujućih tvari utvrđeno je da kamenac na površinama perlatora sadrži anorganske onečišćujuće tvari, organske tvari, proteine i dr.
2.2 Odabir sredstava za čišćenje
Za vrste onečišćenja membrane potrebno je odabrati odgovarajuća kemijska sredstva za čišćenje. Ova sredstva mogu prodrijeti kroz pore za prozračivanje u stijenci cijevi do prostora između membrane i stijenke cijevi, postižući čišćenje površine membrane i njezinih pora. Odabir vrste sredstva za čišćenje treba se temeljiti na stvarnim fizikalno-kemijskim svojstvima membrane, vrstama zagađivača i stupnju onečišćenja. Sredstvo za čišćenje mora biti biorazgradivo i ne-toksično za organizme, sposobno učinkovito ukloniti anorganski kamenac sa stijenki cijevi za zrak i unutar difuzora. Trebao bi imati dobru učinkovitost čišćenja protiv začepljenja (poznatih i kao "začepljenje plin-faze") uzrokovanih kontaminantima, česticama ili prašinom u ulaznom zraku sustava za prozračivanje puhala, curenja ulja iz puhala i hrđe iz unutarnjih cjevovoda za zrak.
Alkalna sredstva za čišćenje uključuju natrijev hidroksid, natrijev karbonat, natrijev fosfat, natrijev silikat, kalijev hidroksid, itd. Natrijev hidroksid je uobičajeno kemijsko sredstvo u procesima obrade otpadnih voda za podizanje pH vrijednosti otpadnih voda, pa se može odabrati kao alkalno sredstvo za čišćenje.
Kisela sredstva za čišćenje uključuju sumpornu kiselinu, klorovodičnu kiselinu, dušičnu kiselinu, limunsku kiselinu, oksalnu kiselinu, fosfornu kiselinu, itd. S obzirom na to da citrat ima snažnu sposobnost keliranja za ione kao što su mangan i željezo, au praksi, u usporedbi s mineralnim kiselinama, limunska kiselina je relativno slaba, manje korozivna za opremu, sigurnija i lako je biorazgradiva od strane mikroorganizama, limunska kiselina je odabrana kao kiselo sredstvo za čišćenje agent.
Tablica 1prikazuje kategorije i učinkovitost sredstava za čišćenje koja se obično koriste za onečišćenje membrana.
2.3 Dizajn mrežnog uređaja za čišćenje
S obzirom na pritisak pri radu sustava za prozračivanje s finim mjehurićima i brojne grane cijevi, dizajniranje prikladnog uređaja za online doziranje za aeratore s finim mjehurićima je posebno važno. Uređaj za čišćenje doziranja dizajniran u ovoj studiji uključuje jedinicu za otapanje/razrjeđivanje i jedinicu za doziranje, kao što je prikazano naSlika 4.
Jedinica za otapanje/razrjeđivanje uglavnom se sastoji od spremnika za pripremu, mješalice i mjerača razine koji se koristi za otapanje i razrjeđivanje sredstava. Ubrizgavanjem određene količine vode u spremnik za pripremu, dodavanjem sredstva i pokretanjem mješalice može se pripremiti sredstvo određene koncentracije za korištenje u jedinici za doziranje.
Jedinica za doziranje uglavnom se sastoji od spremnika za doziranje, ispušnog ventila, ventila za doziranje, balans ventila, dovodnog ventila i nekih sustava cjevovoda. Dno spremnika za doziranje povezano je s cijevi za doziranje, koja se dalje grana u više pot-cijevi za doziranje. Sve pod-cijevi za doziranje povezane su jedna-na-jednu s više ogranaka za prozračivanje, koje su zauzvrat povezane s nekoliko aeratora s finim mjehurićima, čime se postiže svrha čišćenja aeratora s finim mjehurićima.
Tijekom implementacije, rupa od Φ15 mm izbušena je u svakoj grani cijevi za prozračivanje spremnika za biološke reakcije kao otvor za doziranje, kroz koji je postavljena najlonska cijev za doziranje za isporuku sredstva u aeratore s finim mjehurićima, smanjujući gubitak sredstva. Istovremeno je izbušena dodatna rupa u ogranku za prozračivanje kao cijev za ravnotežni plin za izjednačavanje tlaka između spremnika za doziranje i ogranka za prozračivanje. Rupe izbušene u ograncima cijevi za prozračivanje zabrtvljene su čepovima tijekom normalnog rada, a brzo{3}}priključci za spajanje postavljaju se tijekom doziranja kako bi se omogućila brza montaža i uklanjanje.
3. Primjena uređaja za čišćenje online doziranja
U ovom online eksperimentu čišćenja s doziranjem, aeratori s finim mjehurićima postavljeni su u biološke spremnike. Specifična otopina za čišćenje ubrizgana je u membrane aeratora s finim mjehurićima kroz ogranke za prozračivanje, dopuštajući joj da teče prema dovodnoj strani kako bi se razgradila organska tvar koja se zalijepila za površinu membrane, čime se obnavlja transmembranska razlika tlaka i postiže učinak čišćenja. Dizajn eksperimenta temeljio se na tri varijable: vrsti agensa, koncentraciji agensa i vremenu čišćenja. Shema ispitivanja prikazana je uTablica 2.
3.1 Analiza učinka čišćenja online doziranja
Nakon čišćenja, senzorsko promatranje površine za prozračivanje na tom mjestu pokazalo je manje veličine mjehurića koji izlaze s površine spremnika za prozračivanje i ravnomjerniju aeraciju.Slika 5pokazuje senzorski izgled prozračivanja prije i poslije čišćenja.
Nakon čišćenja s različitim vrstama sredstava i koncentracijama, aeratori su dosljedno pokazivali povećani protok i smanjeni tlak u cjevovodu, s obnovljenim protokom. Učinkovitost prozračivanja vraćena je u različitim stupnjevima nakon tretmana različitim metodama čišćenja. Kombinirani podaci o povećanom protoku zraka i smanjenom tlaku u cjevovodu pokazuju da različite vrste sredstava, koncentracije i vremena čišćenja imaju različite učinke na obnavljanje perlatora.Slike 6 i 7pokazuju promjene protoka i tlaka prije i poslije čišćenja.
Učinkovitost obnavljanja perlatora nakon čišćenja natrijevim hidroksidom bila je nešto niža od one nakon čišćenja limunskom kiselinom. Visoka topljivost natrijevog hidroksida u vodi dovodi do značajnog oslobađanja topline pri otapanju. Zajedno s njegovom jakom higroskopnošću, alkalnošću i korozivnošću, ova svojstva zahtijevaju poduzimanje dodatnih mjera opreza u praktičnim operacijama. Iz perspektive sigurnosti postupka čišćenja, natrijev hidroksid nije preferirano sredstvo za čišćenje. Stoga, pri odabiru sredstava za čišćenje, njihovu sigurnost i praktičnost rada treba pažljivo procijeniti kako bi se osigurala sigurnost rukovatelja i optimalna učinkovitost čišćenja.
Rezultati ispitivanja pokazali su da je nakon online doziranog čišćenja, prozračivanje u biološkim spremnicima postalo ujednačenije, brzina protoka perlatora s finim mjehurićima se povećala, tlak u cjevovodu se značajno smanjio, a učinak čišćenja bio je izvanredan.
3.2 Tehničke prednosti
- Smanjuje vrijeme prekida rada: U usporedbi s tradicionalnim čišćenjem rastavljanjem, online čišćenje doziranjem ne zahtijeva zaustavljanje sustava prozračivanja, izbjegavajući prekide u procesu pročišćavanja otpadnih voda i smanjenu učinkovitost pročišćavanja uzrokovanu gašenjem.
- Poboljšava učinkovitost čišćenja: Sredstva mogu prodrijeti duboko u pore, učinkovito čisteći teško{0}}dostupna-začepljena područja. Nakon primjene u nekim kućnim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, ujednačenost prozračivanja se značajno poboljšala, a učinkovitost prijenosa kisika značajno porasla.
- Smanjuje intenzitet rada i troškove: Eliminira potrebu za ručnim rastavljanjem i ponovnim sastavljanjem perlatora, smanjujući ručni rad i rizik od oštećenja opreme zbog čestog rastavljanja, čime se štede troškovi održavanja. Trošak online kemijskog čišćenja perlatora s finim mjehurićima iznosi 0,47 RMB/toni, dok je trošak tradicionalnog ručnog čišćenja starih perlatora 13,3 RMB/toni. Procjenjuje se da godišnje uštede na troškovima čišćenja perlatora s finim mjehurićima iznose 515 000 RMB. U usporedbi s tradicionalnim ručnim čišćenjem starih perlatora, online kemijsko čišćenje nudi značajne ekonomske prednosti.
- Produžuje životni vijek opreme za prozračivanje: Kroz internetsko kemijsko čišćenje, učinak prozračivanja perlatora s finim mjehurićima učinkovito se poboljšava, poboljšavajući performanse perlatora i, u određenoj mjeri, produžujući životni vijek opreme za prozračivanje, učinkovito smanjujući opterećenje puhala.
- Pruža više opcija za planiranje proizvodnje i planove održavanja: Putem online kemijskog čišćenja, distribucija mjehurića postaje ravnomjernija, tlak u zračnoj cijevi se učinkovito smanjuje, brzina protoka značajno se povećava, uvelike poboljšavajući stope prijenosa kisika i pružajući čvrsto jamstvo za regulaciju kvalitete vode.
4. Zaključak
Internetska tehnologija kemijskog čišćenja za perlatore s finim mjehurićima ima značajnu vrijednost primjene u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Njegovom racionalnom primjenom mogu se učinkovito riješiti problemi začepljenja u aeratorima s finim mjehurićima, poboljšati performanse sustava za prozračivanje, smanjiti vrijeme zastoja i operativni troškovi te osigurati stabilan i učinkovit rad postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Ograničenja tradicionalnog ručnog čišćenja potaknut će industriju prema online čišćenju. Pojava nove opreme i inteligentnih sustava upravljanja značajno smanjuje operativne poteškoće online čišćenja. Zajedno s politikom i propisima o zaštiti okoliša koji naglašavaju ugljičnu neutralnost i recikliranje vodnih resursa, što će neizravno promicati primjenu internetske tehnologije čišćenja. U budućnosti se formulacije sredstava mogu optimizirati i mogu se istraživati sinergijske tehnologije čišćenja s više-agensa. Nadalje, strategije kontrole doziranja i istraživanje inteligencije opreme mogu se provoditi kako bi se bolje prilagodili potrebama različitih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda.