Dizajn i puštanje u pogon preciznog sustava prozračivanja za više-stupanjsko AAO postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda
Pregled
Pročišćavanje otpadnih voda vitalna je komponenta urbane izgradnje. Posljednjih se godina kineska industrija obrade otpadnih voda brzo razvila. Duboko sudjelovanje postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u zajedničkom smanjenju emisija služi kao važna potpora izgradnji društva s niskom-ugljikom, razvoju gospodarstva s niskom-ugljikom i postizanju održivog urbanog razvoja. Pod ciljevima "Dual Carbon", koncept postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda s niskim-ugljikom privukao je pozornost industrije. Kako bi se uskladili sa strategijom razvoja nisko-ugljičnih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, potrebno je analizirati i proučiti ključne čimbenike koji utječu na očuvanje energije i smanjenje emisija.
Većina tretmana kućnih otpadnih voda koristi procese aktivnog mulja. Ključni čimbenik u ovom tretmanu je opskrba odgovarajuće količine kisika za oksidacijske reakcije mikroorganizama u biološkim spremnicima, zbog čega je kontrola volumena prozračivanja ključna. Tradicionalna kontrola prozračivanja, koja se postiže ručnim prekidačima, primarno se oslanja na iskustvo-operatera na licu mjesta, što dovodi do značajne neizvjesnosti i gubitka. Kako bi se postigla automatska kontrola preciznih sustava prozračivanja i smanjila ručna intervencija, istraživači su opsežno proučavali metode kontrole prozračivanja, uključujući neizrazitu kontrolu, neuronske mreže, neizrazite neuronske mreže, genetske algoritme i vektorske strojeve podrške. Ovaj se rad usredotočuje na više-fazni AAO proces postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Shenzhenu, analizirajući i sažimajući dizajn i proces puštanja u pogon njegovog preciznog sustava prozračivanja kako bi se pružila referenca za slične projekte.
1 Pregled sustava
1.1 Princip preciznog sustava prozračivanja
Biološka obrada najvažnija je faza u procesu obrade otpadnih voda, obično usmjerena na uklanjanje ili smanjenje ciljanih tvari u otpadnoj vodi kako bi se zadovoljili standardi ispuštanja održavanjem održivog i učinkovitog rasta mikroba i promicanjem biokemijskih procesa. Tradicionalne strategije upravljanja ne mogu pravovremeno i točno odgovoriti na promjene u radnim parametrima modernih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Tijekom početnog probnog rada, prilagodbe se često vrše samo na puhalima ili terminalnim cijevima za prozračivanje, ne uspijevajući izvršiti regulaciju volumena prozračivanja u stvarnom-vremenu, na-zahtjev u reakcijskim spremnicima na temelju stvarnih promjena radnih uvjeta uz postizanje uštede energije.
Otopljeni kisik (DO) primarni je faktor koji utječe na proces biološke obrade. Kvaliteta kontrole DO izravno utječe na učinkovitost pročišćavanja otpadnih voda. Precizni sustav prozračivanja uvodi metodu upravljanja s više-parametara kombinirajući "unaprijed + povratnu informaciju + model", učinkovito rješavajući karakteristike poput velikih vremenskih kašnjenja i ne-linearnosti u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Sveobuhvatno razmatra puhala, regulacijske ventile na cjevovodima za prozračivanje, kao i DO i opterećenje vodom, kako bi se implementirala precizna kontrola nad procesom biološke reakcije, postižući prozračivanje na-zahtjev, čime se poboljšava radna stabilnost sustava i štedi energija.
U postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda signali unaprijed uglavnom uključuju signale protoka i kvalitete; povratni signali uglavnom uključuju DO, suspendirane čvrste tvari u miješanoj tekućini (MLSS) i signale razine biološkog spremnika.
Strategija kontrole DO preciznih sustava prozračivanja obično ima dva pristupa: postavljanje cilja kontrole kao konstantne vrijednosti ili kao dinamičke vrijednosti.
Obično, prema strategiji u kojoj je cilj kontrole DO postavljen kao konstantna vrijednost, precizni sustav prozračivanja izračunava potrebnu količinu zraka za svaku zonu biološkog spremnika i ukupnu potrebnu zapreminu zraka na temelju signala kao što su kvaliteta dotoka, dotok, zadana vrijednost DO i MLSS biološkog spremnika. Zatim podešava glavni kontrolni sustav puhala i električne ventile na aeracijskim cijevima kako bi uskladili dovod zraka sa zahtjevima, čime se postiže kontrola ciljne vrijednosti DO.
Usvajanjem preciznog sustava prozračivanja, postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda mogu bolje postići sljedeće ciljeve:
(1) Smanjiti potrošnju energije po jedinici pročišćene otpadne vode, smanjujući troškove.
(2) Poboljšati ukupnu stabilnost i pouzdanost postupaka pročišćavanja otpadnih voda.
(3) Automatski prilagodite prozračivanje na temelju opterećenja pročišćenom vodom i opterećenja zagađenja, čime se uistinu postiže-prozračivanje na zahtjev i automatska kontrola.
(4) Poboljšati kvalitetu otpadnih voda i povećati stopu usklađenosti kvalitete otpadnih voda.
1.2 Cjelokupni dizajn sustava precizne aeracije
Projektirani kapacitet pročišćavanja ovog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda je 50.000 m³/d. Usvaja više-fazni AAO proces, opremljen s 2 biološka spremnika. Glavni pokazatelji kvalitete otpadnih voda zadovoljavaju standarde površinske vode klase IV. Tijek procesa pročišćavanja otpadnih voda prikazan je naSlika 1.
Projekt ima 2 biološka spremnika. Svaki biološki spremnik podijeljen je u 6 zona kontrole DO, što rezultira ukupno 12 zona kontrole DO za biološke spremnike postrojenja. Dijagram dizajna njegovog preciznog sustava prozračivanja prikazan je uSlika 2.
Da bi se postigla precizna aeracija, potrebna je kompletna mreža upravljanja za sustav precizne aeracije. Automatizirana komunikacijska topologija preciznog sustava prozračivanja prikazana je uSlika 3.
Glavna stanica za precizni sustav prozračivanja putem komunikacije izravno dobiva relevantne parametre od puhala za prozračivanje, prikuplja signale s-instrumenata za nadzor na licu mjesta i šalje naredbe za podešavanje kontrole ventilima opreme i sustavu puhanja, čime se postiže potpuna automatska kontrola procesa prozračivanja i koordinirana regulacija ventila za kontrolu protoka i puhala.
1.3 Hardverske komponente sustava precizne aeracije
Za svaku kontrolnu zonu DO konfiguriran je jedan mrežni analizator DO. Jedan termometar protoka plina i jedan električni regulacijski ventil konfigurirani su na grani cijevi za prozračivanje koja odgovara svakoj regulacijskoj zoni DO. Na glavnoj odvodnoj cijevi u puhaonici ugrađeni su jedan termometar protoka plina i jedan transmiter tlaka.
Tablica konfiguracije opreme i instrumenata za precizni sustav prozračivanja prikazana je uTablica 1.
1.4 Softverske komponente sustava za precizno prozračivanje
Softver sustava precizne aeracije instaliran je i radi na radnoj stanici sustava precizne aeracije, služeći kao osnovna procesorska jedinica sustava. Na temelju prikupljenih signala s polja, ova jedinica izračunava biološku potrebu za zrakom bioloških spremnika putem modela i istovremeno izdaje naredbe za prilagodbu uređajima za kontrolu na terenu. Funkcionalno, uključuje osnovne module kao što su modul za izračun volumena prozračivanja, modul za distribuciju zraka i modul za optimizaciju postavki puhala.
Softver preciznog sustava prozračivanja prvenstveno je dizajniran na temelju sljedeća dva aspekta:
(1) Precizan sustav prozračivanja dijeli aerobni dio u nekoliko neovisnih zona kontrole DO, sposobnih za prilagodbu zahtjevima protoka kontrole procesa, automatski prilagođavajući protok prozračivanja kako bi se zadovoljili uvjeti procesa distribucije DO koje zahtijevaju jedinice za obradu.
(2) Precizni sustav prozračivanja omogućuje korisnicima da samostalno postave ciljane razine DO i podržava dinamičke zadane vrijednosti DO. S obzirom na praktičnost i operativnost, relevantni podaci mogu se pregledavati i konfigurirati u središnjoj kontrolnoj sobi.
Kontrolni mehanizam za preciznu aeraciju daje prioritet polju, nakon čega slijedi središnje upravljačko gornje računalo, uglavnom uključujući kontrolu ventila i kontrolu puhala.
Upravljanje ventilom ima dva načina: lokalni način upravljanja i način daljinskog upravljanja. Na gornjem računalu središnje kontrole postoje dva izbora: ručni način rada i način preciznog prozračivanja.
Kontrola tlaka puhala uključuje:
(1) Kada glavni upravljački ormarić uđe u lokalni način rada, zadana vrijednost tlaka može se ručno postaviti lokalno.
(2) Kada glavni upravljački ormarić uđe u daljinski automatski način rada, podešavanje tlaka se dijeli na dva načina: ručno i precizno prozračivanje, a upravljanje se prebacuje u središnju upravljačku sobu.
Budući da posjeduje tri načina upravljanja - potpuno automatsko upravljanje, djelomično automatsko upravljanje i ručno prisilno upravljanje - i omogućuje prebacivanje načina bilo na-licu mjesta ili u glavnoj kontrolnoj sobi, precizni sustav prozračivanja može se adekvatno nositi s različitim situacijama tijekom rada uređaja za pročišćavanje otpadnih voda.
1.5 Funkcije sustava precizne aeracije
1.5.1 Izračun potrošnje zraka
Precizni sustav prozračivanja može dinamički izračunati stvarnu potrebu za zrakom na temelju promjena u različitim čimbenicima unutar bioloških spremnika, omogućujući sustavu prozračivanja opskrbu zrakom na zahtjev. Model proračuna potrebe za zrakom za precizni sustav prozračivanja prikazan je uLik4.
U praktičnim primjenama precizne kontrole prozračivanja u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, precizni sustav prozračivanja može izračunati stvarnu potrebu za zrakom u stvarnom-vremenu kako se utjecajni protok i opterećenja kvalitete mijenjaju, osiguravajući razumnu prozračivanje koje zadovoljava biokemijske zahtjeve uz uštedu nepotrebne potrošnje energije za prozračivanje.
1.5.2 Raspodjela volumena prozračivanja
Precizni sustav prozračivanja uključuje više jedinica za kontrolu prozračivanja. Sustav uključuje strategiju kontrole odvajanja više-ventila za suzbijanje smetnji od podešavanja jednog-ventila na drugim ventilima. Također posjeduje više-strategiju optimalne kontrole otvaranja ventila, omogućavajući brze i optimalne prilagodbe otvaranja ventila kako bi se postigao brz i precizan prijenos i distribucija volumena prozračivanja između različitih jedinica za kontrolu prozračivanja.
1.5.3 Kontrola optimizacije puhala
Ušteda energije u procesu prozračivanja postiže se optimizacijom rada puhala. Srž sustava prozračivanja je regulacija rada puhala na temelju radnih parametara. S jedne strane, prilagodbe puhala trebaju uzeti u obzir stvarne radne parametre; s druge strane, podešavanja puhala također moraju uzeti u obzir zaštitu opreme. Općenito načelo je rad puhala u najekonomičnijim uvjetima, dok se istovremeno sprječavaju nenormalni uvjeti puhanja (kao što je val).
Precizni sustav prozračivanja izračunava potrebnu količinu zraka na temelju trenutnih radnih parametara procesa i zatim šalje signal u upravljački ormarić puhala. Operacije poput pokretanja/zaustavljanja puhala i podešavanja otvora izvode se na temelju zadane vrijednosti ukupnog volumena zraka kako bi se zadovoljila potreba biološkog sustava za prozračivanjem, dok se zaštitni tlak od prenapona koristi za zaštitu puhala od prenapona. Puhala su osnovna procesna oprema u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Precizan sustav prozračivanja trebao bi regulirati rad puhala kako bi zadovoljio zahtjeve za prozračivanjem bioloških spremnika, a pritom spriječio nabijanje puhala.
2 Puštanje u rad Preciznog sustava prozračivanja
Kako bi se osigurao normalan rad preciznog sustava prozračivanja, pojedini uređaji unutar sustava moraju se prvo pustiti u rad jedan po jedan. Potom je potrebno koordinirano puštanje u rad ventila za prozračivanje biološkog spremnika i puhala, podešavanje količine zraka puhala i reguliranje nadzora tlaka u cjevovodu. Tijekom puštanja u rad, sve operacije i podešavanja ne smiju utjecati na proizvodnju. Konkretno, treba naglasiti mjere opreza za rad puhala u nuždi:
(1) Tijekom kratkoročnih-značajnih fluktuacija u otvaranju puhala. Ovaj sustav koristi centrifugalne puhače s magnetskim ležajevima, koji mogu primati zadane vrijednosti koje šalje precizni sustav prozračivanja u stvarnom-vremenu. Puhalo prilagođava svoje vrijeme otvaranja i djelovanja na temelju razlike. Precizni sustav prozračivanja ima sigurnosni zaštitni mehanizam za fluktuacije puhala kako bi se spriječilo valiranje uzrokovano fluktuacijama. Mogući razlozi za kratkoročne- značajne fluktuacije u otvaranju puhala uključuju nagle promjene u kvaliteti dotoka, neusklađene parametre podešavanja sustava, nagle promjene tlaka u cjevovodu i kvarove instrumenata biološkog spremnika. Za sigurnost opreme, kako bi se spriječile velike fluktuacije tlaka u cjevovodu i rizici od prenapona puhala, precizni sustav prozračivanja može se ručno nadjačati i prebaciti na ručni način rada.
(2) Tijekom strujanja puhala. Tijekom prvog puštanja u rad, valovi puhala su ponekad neizbježni. Mogući razlozi uključuju nedovoljnu koordinaciju između ventila i puhala, što dovodi do povećanog tlaka u cjevovodu i valova; ili sami nerazumni parametri puhala, s prebrzim prilagodbama otvaranja, uzrokujući prenapon samog puhala. Kada dođe do ove greške, precizni sustav prozračivanja može se ručno nadjačati i prebaciti na ručni način rada za rad.
3 Učinkovitost kontrole DO i rezultati uštede energije sustava Precise Aeration
3.1 Učinkovitost kontrole DO sustava za precizno prozračivanje
Provjera učinkovitosti preciznog sustava prozračivanja za ovaj projekt prvenstveno je provedena usporedbom scenarija sa i bez intervencije sustava. Tradicionalnim metodama kontrole nije moguće pravovremeno i točno odgovoriti na utjecaj raznih poremećaja. Kada online kontrolirana vrijednost DO pokazuje velike fluktuacije, varijacija Otopljenog kisika (DO) tijekom vremena na određenom mjestu u biološkom spremniku bez precizne aeracije prikazana je uSlika 5.
U usporedbi s tradicionalnim metodama kontrole biološkog spremnika, metoda precizne kontrole prozračivanja može točnije kontrolirati DO unutar biološkog spremnika, pokazujući veću prilagodljivost, čime se omogućuje bolje prozračivanje i ušteda energije. Trend otopljenog kisika (DO) na određenom mjestu u biološkom spremniku s preciznom aeracijom prikazan je uSlika 6.
Prema rezultatima probnog rada sustava precizne kontrole u ovom projektu, vjerojatnost DO vrijednosti raspoređenih unutar ±0,5 mg/L ciljne zadane vrijednosti je 90%; vjerojatnost unutar ±0,3 mg/L je 30%; a vjerojatnost unutar ±0,2 mg/L je 20%, zadovoljavajući zahtjeve dizajna i stvarne operativne potrebe.
3.2 Rezultati uštede energije kontrole DO s preciznim sustavom prozračivanja
U više{0}}stupanjskom AAO postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda, precizni sustav prozračivanja izračunava potrebni ukupni volumen zraka u stvarnom-vremenu na temelju trenutnog protoka i opterećenja tijekom kontrole puhala. Zatim prenosi zadanu vrijednost ukupne potrebe za zrakom u glavni upravljački ormarić puhala, koji regulira povezane puhače prema postavljenom cilju. Ovo osigurava da volumen prozračivanja zadovoljava stvarne zahtjeve pod uvjetima visokog i niskog opterećenja, a istovremeno smanjuje nepotrebnu potrošnju energije za prozračivanje. Pod tradicionalnom kontrolom, puhala obično rade kontinuirano relativno velikom snagom. Preciznim upravljanjem puhala od strane sustava prozračivanja postiže se-podešavanje radne snage u stvarnom vremenu, čime se postiže cilj uštede energije.
Nakon usvajanja preciznog sustava prozračivanja, više{0}}stupanjsko postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda AAO ima koristi od normalnog rada opreme za pročišćavanje, točnih podataka instrumenta, stabilnog protoka i kvalitete (ne prelazi ±20% projektiranih vrijednosti), dovoljnog radnog tlaka puhala, kontinuirano podesivog volumena zraka i automatskog rada stalnog tlaka glavnog kontrolnog ormara.
4 Zaključak
Primjena preciznog sustava prozračivanja u više{0}}stupanjskom AAO postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda ima za cilj pružiti rafinirano operativno rješenje za stupanj prozračivanja u procesu pročišćavanja otpadnih voda. Rješenje preciznog sustava prozračivanja u potpunosti odgovara uvjetima rada postrojenja, čime se postiže precizna kontrola prozračivanja. Na temelju toga, mikrobno biokemijsko okruženje ostaje stabilno, čime se pomaže postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda u postizanju rafiniranog, energetski -štedljivog i automatiziranog rada sustava prozračivanja, posljedično poboljšavajući stabilnost kvalitete otpadnih voda.