Retrofit i studija performansi finog-sustava prozračivanja s mjehurićima u gradskom postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda

Retrofit i studija performansi finog-sustava prozračivanja s mjehurićima u gradskom postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda

Uvod

Trenutačno, glavni procesi pročišćavanja otpadnih voda koji se koriste u Kini uključuju oksidacijski jarak, SBR, aktivni mulj i druge. Proces oksidacijskog jarka ima problem velike potrošnje energije, posebno u biološkom dijelu, koji čini 65%-80% ukupne potrošnje energije. Uobičajena oprema za prozračivanje koja se koristi u procesima oksidacijskih kanala uključuje četke za prozračivanje, diskove za prozračivanje, perlatore s vertikalnom osovinom i aeratore s finim-mjehurićima. Na primjer, nakon što je gradsko postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u određenom gradu prešlo s tradicionalne površinske mehaničke aeracije na fino{6}}prozračivanje s mjehurićima, potrošnja energije smanjila se za 20,11%, dok je kvaliteta vode za pročišćavanje postala stabilnija. Osim toga, aeracija s finim-mjehurićima ima karakteristiku zonske opskrbe kisikom, koja može osigurati preciznu opskrbu kisikom u skladu s potražnjom kisika u različitim područjima oksidacijskog jarka, dodatno poboljšavajući učinkovitost uklanjanja dušika i fosfora.

Sustav površinske aeracije na određenom komunalnom uređaju za pročišćavanje otpadnih voda bio je u funkciji više od deset godina, uz ozbiljno starenje opreme i poteškoće u radu. Bilo je teško ispuniti najnovije standarde pražnjenja, zbog čega je tehnička obnova bila hitna. Ovaj projekt nadogradio je sustav na fini-sustav prozračivanja s mjehurićima, koji može značajno smanjiti potrošnju energije, optimizirati rad, produžiti životni vijek opreme i smanjiti troškove održavanja, usklađujući se s nacionalnom politikom očuvanja energije i smanjenja emisije. Ovaj projekt obnove implementirao je prakse zelene gradnje tijekom rastavljanja i ugradnje opreme: klasificirano recikliranje stare opreme, usvajanje montažne instalacije i korištenje strojeva s niskom-bukom i niskim-emisijama, postizanjem dvodimenzionalne uštede energije "procesne-konstrukcije-i podržavanjem održivog razvoja postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda.

1 Pregled projekta

1.1 Trenutno stanje

Komunalni uređaj za pročišćavanje otpadnih voda u određenom gradu ima ukupni kapacitet od 50.000 tona/dan, a izgrađen je u tri faze. Faza I usvojila je proces oksidacijskog jarka, Faza II i projekt napredne obrade također su usvojili proces oksidacijskog jarka, s kasnijom naprednom obradom pomoću koagulacijske sedimentacije + filtracije platnenim medijem + procesa ultraljubičaste dezinfekcije. Faza III usvojila je modificirani A²O proces. Trenutno, efluent zadovoljava standard DB32/1072-2018.

1.2 Postojeći problemi

1.2.1 Vanjski utjecaj mreže cjevovoda

Otpadne vode unutar opsega prikupljanja mreže cijevi ovog postrojenja uključuju doprinose mnogih industrijskih poduzeća. Tijekom svakodnevnog rada može doći do utjecaja abnormalnih otpadnih voda iz industrijskih poduzeća, uzrokujući da vrijednost DO u biološkom spremniku postane vrlo niska, čak dosegne 0 mg/L, ne ispunjavajući zahtjeve proizvodnje. U međuvremenu, zbog promjena u vanjskim uvjetima, budući da sve više industrijskih poduzeća unutar uslužnog područja ispušta otpadnu vodu u mrežu cijevi, ovo će se postrojenje suočiti s ozbiljnijim utjecajima na kvalitetu vode u budućnosti. Nakon što dotok fluktuira, otopljeni kisik u biološkom spremniku značajno će se smanjiti, a raspon podešavanja volumena prozračivanja iz rotirajućih diskova je ograničen. U nekim razdobljima, DO u aerobnom spremniku doseže 0 mg/L, prisiljavajući postrojenje da smanji kapacitet pročišćavanja kao odgovor, značajno utječući na aerobno okruženje biološkog spremnika i kapacitet pročišćavanja.

1.2.2 Nizak DO u aeracijskom spremniku

Zbog kvarova rotirajućih diskova koji uzrokuju nisku učinkovitost oksigenacije perlatora, tijekom stvarnog proizvodnog rada, povijesni radni podaci pokazuju da prosječne vrijednosti DO iz instrumenata u sredini i izlazu spremnika za prozračivanje ne prelaze 1 mg/L, a najniža vrijednost doseže 0 mg/L, što ozbiljno utječe na učinkovitost biokemijske reakcije.

1.2.3 Velika potrošnja energije

Biološki spremnici faze I i II ovog postrojenja su u obliku oksidacijskog jarka. Oksidacijski jarak faze I koristi 8 rotirajućih diskastih aeratora snage 18,5 kW, ukupne površinske snage aeratora od 148 kW. Faza II oksidacijskog jarka je četvero-kanalni vrtuljak tipa, koji koristi 13 Hitachi samousisnih-aeratora, uključujući 2 seta od 11 kW, 2 seta od 18,5 kW i 9 setova od 15 kW, s ukupnom snagom površinskog aeratora od 194 kW. U normalnom radu, kako bi se osigurao dovoljan volumen vode, zbog niske učinkovitosti oksigenacije postojeće opreme za opskrbu kisikom, svi perlatori moraju biti potpuno uključeni.

Potrošnja energije po toni vode za aeratore faze I i II je: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/toni. Na temelju istraživanja potrošnje energije biološkog sustava u nekoliko okolnih gradskih postrojenja za pročišćavanje kućnih otpadnih voda, potrošnja energije za 25 000 tona/dan gradskog postrojenja za kućnu otpadnu vodu koja koristi donji fini{9}}sustav prozračivanja s mjehurićima općenito je 0,09–0,1 RMB/toni. Potrošnja energije aeratora s rotirajućim diskom je 2,4–2,7 puta veća od potrošnje donjeg sustava za prozračivanje s finim-mjehurićima, što ukazuje na relativno visoku potrošnju energije.

1.2.4 Visoka stopa kvarova opreme

Kako aeratori s rotirajućim diskovima stare, stope kvarova opreme postupno rastu. Nakon 11 godina rada u ovom postrojenju, sustav za prozračivanje s rotirajućim diskom razvio je deformaciju diska, uzrokujući veliko opterećenje opreme i značajne vibracije. Dugotrajna-uporaba dovela je do labavljenja dna, što je rezultiralo neusklađenošću na oba kraja i drugim problemima, uzrokujući povećano trošenje ležajeva i visoke stope kvarova. Glavna vratila, impeleri, spojke i osnovni zupčanici prošli su višestruke popravke ili zamjene, u biti dostigavši ​​točku zamjene. Ležajevi i lopatice glave perlatora samousisnih perlatora bili su jako istrošeni. Nedavne statistike pokazuju da je postrojenje doživjelo gotovo 30 popravaka godišnje za aeratore s rotirajućim diskovima i samousisne aeratore.

2 Dizajn tehničkog rješenja retrofita

Cjelokupni pristup naknadnoj ugradnji je: uklonite originalne rotirajuće diskaste aeratore i zamijenite ih donjim finim-mjehurićima, s odgovarajućim dodatkom puhala; podići branu za ispuštanje biološkog spremnika kako bi se povećala efektivna dubina vode biološkog spremnika; dodati miješalice u aerobnom dijelu koristeći izvornu strukturu kanala kako bi se spriječilo lokalno nakupljanje mulja.

2.1 Odabir i raspored perlatora

2.1.1 Parametri diska perlatora

Odabran je EPDM membranski aeratorski disk model DD330, kao što je prikazano uSlika 1, s određenim parametrima prikazanim uTablica 1.

2.1.2 Izgled diska perlatora

Broj diskova perlatora: neto površina dna spremnika faze I 864 m², neto površina dna spremnika faze II 1412 m², prosječna servisna površina 0,8 m²/disku, sa sigurnosnim faktorom od 1,05–1,10. Utvrđen konačan ukupan broj diskova perlatora: Faza I 1.150 diskova, Faza II 1.900 diskova.

Princip rasporeda: ravnomjerno raspoređen u pravilnom trokutastom mrežnom uzorku. Razmak od stijenke spremnika Veći ili jednak 0,3 m kako bi se izbjegle mrtve zone; udaljenost od pregradnog zida kanala veća ili jednaka 0,4 m radi lakšeg održavanja. Pregrada duž smjera protoka vode, s jednim električnim ventilom za kontrolu zraka po zoni za postizanje DO zonske kontrole. Izbjegavajte usisne otvore pumpe za mulj, žlijebove za uzorkovanje i police za kabele, lokalno podešavajući razmak na 1,5 m dok održavate servisnu površinu po disku manjom ili jednakom 0,8 m².

Visina ugradnje i stupnjevanje cijevi: gornja površina membranskog diska je 0,25 m od dna spremnika, osiguravajući uranjanje veće od ili jednako 5,0 m na minimalnoj razini vode kako bi se spriječilo val ventilatora. Ogranci koriste ABS DN50 s perforiranom distribucijom zraka; glavne cijevi su raspoređene u petlji, s brzinom zraka kontroliranom na 10–12 m·s⁻¹, materijal SS304. Par brzo-priključaka s prirubnicom isporučuje se za svakih 10 diskova, što omogućuje cjelokupno podizanje radi održavanja bez pražnjenja spremnika.

2.2 Optimizacija sustava puhala

2.2.1 Dodavanje puhala

Kupljene su uvozne puhalice sa zračnim ovjesom kao glavne jedinice, a izgrađena je i nova puhaonica s dodanim kanalima za zrak od nehrđajućeg čelika.

2.2.2 Odabir puhala

Na temelju stvarnih radnih uvjeta postrojenja i uzimajući u obzir buduće promjene kvalitete vode, utjecajna koncentracija KPK u planu rekonstrukcije ne razlikuje se značajno od projektirane vrijednosti, s prosječnom koncentracijom od oko 320 mg/L. Koncentracija BPK izračunata je na temelju proračunske vrijednosti faze III od 150 mg/L, a ostali utjecajni pokazatelji izračunati su na temelju projektiranih utjecajnih koncentracija faze III. Potreban radni volumen zraka za I. i II. fazu postrojenja je 103,7 m³/min (6.225,1 m³/h, dvije radne jedinice i jedna rezervna, količina zraka jedne jedinice 50 m³/min).

Sveobuhvatno razmatrajući različite čimbenike, kupljena su dva uvezena puhala sa zračnim ovjesom NX75-C060 kao glavne jedinice za I. i II. Trebalo je izgraditi novu prostoriju za puhanje, uvjetno smještenu na južnoj strani izvorne radionice za odvodnjavanje mulja, s zračnim kanalima od nehrđajućeg čelika dodanim u oksidacijski jarak. Parametri puhala: tlak zraka 0,049 MPa, volumen zraka 50 m³/min, s maksimalnom izlaznom snagom od 64,3 kW pri ovim radnim uvjetima.

2.2.3 Retrofit sustava prozračivanja

Metoda prozračivanja promijenjena je na donju. Biološki spremnici faze I i II koriste odgovarajući broj disk aeratora i UPVC cijevi za aeraciju. Poseban pristup naknadnoj ugradnji: Očekuje se da će biološki spremnik faze I koristiti 780 kompleta DD330 disk aeratora i UPVC cijevi za prozračivanje, očekuje se da će biološki spremnik Faze II koristiti 1276 kompleta DD330 disk aeratora i UPVC cijevi za prozračivanje, s radnim volumenom zraka jednog perlatora od 3,45 m³/h. Izgled glave perlatora prikazan je naSlike 2 i 3.

2.3 Optimizacija parametara procesa

2.3.1 Zoniranje oksidacijskog jarka i strategija kontrole DO

Duž smjera protoka vode oksidacijskog jarka dionica za prozračivanje podijeljena je u četiri zone. Zona 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Zona 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Zona 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Zona 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Instrument za proces s amonijačnim dušikom instaliran je na točki najveće brzine reakcije nitrifikacije između Zone 2 i Zone 3, čime se u konačnici kontrolira efluent NH3-N manji od ili jednak 1,5 mg/L.

2.3.2 Optimizacija razdoblja prozračivanja

Modul "isprekidane aeracije" dodan je postojećem SCADA sustavu, formirajući DO online instrument + vremensku dvostruku zatvorenu petlju kako bi se osiguralo da DO u sredini aerobnog dijela ostane na 0,2 mg/L. Ako DO<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 Analiza učinka retrofita

Utjecaj ove tehnološke rekonstrukcije na cjelokupni rad procesa ispitan je usporedbom promjena onečišćujućih tvari u otpadnim vodama prije i nakon rekonstrukcije.

3.1 Usporedba kvalitete otpadne vode prije i poslije rekonstrukcije

Kvaliteta otpadne vode prije i nakon rekonstrukcije bila je stabilna, kao što je prikazano uSlika 4. Prije i nakon rekonstrukcije, prosječni KPK u otpadnoj vodi je ostao ispod 30 mg/L, TP je u osnovi ostao manji ili jednak 0,3 mg/L, NH3-N manji ili jednak 1,5 mg/L, dok je TN fluktuirao oko 10 mg/L. Ukupna kvaliteta vode dosegla je kvazi-standarde površinske vode klase IV, daleko premašujući standarde ispuštanja potrebne za postrojenje.

Za intuitivniju analizu mogućeg utjecaja rekonstrukcije na kvalitetu vode, uspoređeni su-godišnji trendovi kvalitete otpadnih voda prije i poslije rekonstrukcije, dajućiSlika 5. Sa slike se može vidjeti da su, bez razmatranja utjecaja promjena koncentracije utjecaja, fluktuacije u koncentracijama KPK i TP u otpadnim vodama nakon rekonstrukcije bile stabilnije nego prije rekonstrukcije. Iako su prosječne vrijednosti pokazatelja dušika porasle u usporedbi s prije retrofita, ukupni trend je bio relativno stabilan, što je rezultiralo nižom ukupnom potrošnjom energije postrojenja i uštedom kemikalija.

3.2 Usporedba uklanjanja zagađivača prije i poslije naknadne ugradnje

Zbog poboljšanja sustava prozračivanja, ukupna potrošnja električne energije postrojenja smanjena je za 1,7% u odnosu na prije, dok je kapacitet pročišćavanja povećan za 8,33%, a odgovarajuće smanjenje onečišćujućih tvari također je poraslo, kao što je prikazano naSlika 6. Nakon izračuna, smanjenje COD-a povećalo se za 948,5 tona, TP je povećan za 7,0 tona, NH3-N povećan je za 100,4 tona, a TN je povećan za 125,9 tona.

Stvarno uklanjanje onečišćivača također se promijenilo u skladu s tim, kao što je prikazano uTablica 2. Nakon naknadne ugradnje, osim smanjenja stope uklanjanja NH3-N, stope uklanjanja za sve ostale pokazatelje porasle su.

3.3 Usporedba potrošnje energije prije i poslije naknadne ugradnje

Potrošnja energije ovog projekta rekonstrukcije prikazana je uTablica 3. Nakon naknadne ugradnje, potrošnja energije po toni vode za I. fazu sustava prozračivanja bioloških spremnika smanjila se za 67,3%, a za II. fazu za 80,9%. Ukupna prosječna potrošnja energije postrojenja po toni vode smanjila se za 55,3%, pokazujući značajne-učinke uštede energije. Ukupna potrošnja energije postrojenja po toni vode smanjila se na 0,21 kW·h/m³, unutar raspona vrijednosti potrošnje energije za slične procese oksidacijskih jarka u cijeloj zemlji (0,292±0,192) kW·h/m³. Potrošnja energije po jedinici težine onečišćujuće tvari prije i nakon rekonstrukcije za cijelo postrojenje prikazana je uTablica 4. Nakon rekonstrukcije cjelokupnog sustava prozračivanja postrojenja, potrošnja energije po 1 kg tretiranog COD-a smanjila se za 26,2%, po 1 kg tretiranog TP-a smanjila se za 15,7%, po 1 kg tretiranog NH3-N smanjila se za 29,3%, a po 1 kg tretiranog TN-a smanjila se za 36,1%, pokazujući dobre učinke-uštede energije.

3.4 Kemijska usporedba prije i poslije naknadne ugradnje

Prije naknadne ugradnje, zbog čestih kvarova sustava prozračivanja, DO u biološkom sustavu bilo je teško kontrolirati, a ispunjavanje standarda indikatora dušika zahtijevalo je dodavanje vanjskog izvora ugljika kako bi se osigurala učinkovitost uklanjanja. Nakon naknadne ugradnje, dodatni vanjski izvor ugljika više nije bio potreban. Nakon naknadne ugradnje, učinkovitost biološkog uklanjanja fosfora i denitrifikacije značajno je poboljšana, a popratna kemikalija za uklanjanje fosfora PAC i kemikalija za odvodnjavanje mulja PAM su odgovarajuće smanjene. Godišnji troškovi kemikalija smanjili su se za oko 167 000 RMB u usporedbi s prije. Konkretne promjene prikazane su uTablica 5.

3.5 Usporedba ulaganja prije i poslije rekonstrukcije

Prije rekonstrukcije, godišnji trošak za površinske perlatore iznosio je 1,6281 milijuna RMB, s godišnjim troškovima popravka opreme od ne manje od 250.000 RMB. Nakon rekonstrukcije, godišnji trošak za puhala i miješalice iznosio je 714.600 RMB. Na temelju ove kalkulacije, godišnje uštede troškova električne energije bile su 913.500 RMB, plus godišnje uštede troškova popravka od 250.000 RMB, što ukupno iznosi 1,1635 milijuna RMB. Na temelju ukupne investicije od 3,704 milijuna RMB, razdoblje povrata je 3,18 godina.

3.6 Stabilnost procesa

Prije naknadne ugradnje, tijekom razdoblja neispravnosti, otopljeni kisik u biološkom spremniku uglavnom se održavao ispod 1,0 mg/L. Nakon retrofita, otopljeni kisik u biološkom spremniku iznosio je u prosjeku 1,5–2,0 mg/L. Ovisno o koncentraciji utjecaja i zahtjevima procesa, raspon podešavanja otopljenog kisika može biti 1,0–2,5 mg/L. Kada je ulazna koncentracija visoka, normalne razine otopljenog kisika u biološkom spremniku također se mogu održavati podešavanjem snage puhala. Stoga su nakon rekonstrukcije zadovoljeni stabilni uvjeti sukladnosti efluenta.

4 Zaključak

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 često<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, može ponoviti ovu tehničku obnovu. Na temelju uštede električne energije od 55,3%, razdoblja povrata od 3,18- godina i graničnih prednosti od 3%–5% povećanja stopa smanjenja onečišćujućih tvari iz ovog primjera, investicija u obnovu ima visoku sigurnosnu marginu i može odmah otključati potencijal smanjenja ugljika, pružajući replicirane i dovoljne uvjete za zelenu i niskougljičnu nadogradnju starih oksidacijskih jaraka.