Endurnýjun og árangursrannsókn á fínu-bóluloftunarkerfi í skólphreinsistöð sveitarfélaga

Endurnýjun og árangursrannsókn á fínu-bóluloftunarkerfi í skólphreinsistöð sveitarfélaga

Inngangur

Sem stendur eru helstu skólphreinsunarferlar sem notaðir eru í Kína oxunarskurður, SBR, virkjað seyru og fleira. Oxunarskurðarferlið hefur vandamál með mikla orkunotkun, sérstaklega í líffræðilega hlutanum, sem stendur fyrir 65%–80% af heildarorkunotkun. Algengur loftræstibúnaður sem notaður er í oxunarskurðarferlum felur í sér loftunarbursta, loftunardiska, lóðrétta skaftloftara og fína-kúluloftara. Til dæmis, eftir að skólphreinsistöð sveitarfélaga í ákveðinni borg breyttist úr hefðbundinni vélrænni yfirborðsloftun yfir í botnfín-kúluloftun, minnkaði orkunotkun um 20,11% á meðan gæði hreinsivatns urðu stöðugri. Að auki hefur fínn-loftbóluloftun eiginleika svæðisbundins súrefnisgjafar, sem getur veitt nákvæma súrefnisframboð í samræmi við súrefnisþörf á mismunandi svæðum í oxunarskurðinum, og bætir enn frekar skilvirkni niturs og fosfórs.

Yfirborðsloftunarkerfi ákveðinnar skólphreinsistöðvar sveitarfélaga hafði verið starfrækt í rúm tíu ár, með alvarlegum öldrun búnaðar og rekstrarerfiðleikum. Erfitt var að uppfylla nýjustu losunarstaðla, sem gerði tæknilegar endurbætur aðkallandi. Þetta verkefni uppfærði kerfið í fínt-kúluloftunarkerfi, sem getur dregið verulega úr orkunotkun, hagrætt notkun, lengt endingu búnaðar og dregið úr viðhaldskostnaði, í samræmi við innlendar orkusparnaðar- og losunarstefnur. Þetta endurnýjunarverkefni innleiddi grænar byggingaraðferðir við sundurtöku og uppsetningu búnaðar: flokkuð endurvinnsla á gömlum búnaði, innleiðing á forsmíðaðri uppsetningu og notkun á-hávaða, lítilli-losun véla, sem náði „ferla-byggingu“ tvívíddar-orkusparnaði og stuðningur við sjálfbæra þróun vatnshreinsistöðvarinnar.

1 Verkefnayfirlit

1.1 Núverandi ástand

Frárennslisstöð sveitarfélaga í ákveðinni borg hefur samtals 50.000 tonn á dag, byggð í þremur áföngum. Áfangi I samþykkti oxunarskurðarferlið, áfangi II og háþróaða meðferðarverkefnið samþykkti einnig oxunarskurðarferlið, með síðari háþróaðri meðferð með því að nota storkubotnfall + síun klútmiðils + útfjólubláa sótthreinsunarferli. Áfangi III tók upp breytt A²O ferli. Eins og er uppfyllir frárennslið DB32/1072-2018 staðalinn.

1.2 Fyrirliggjandi vandamál

1.2.1 Ytri pípunet áhrif

Afrennslisvatnið innan söfnunarsviðs lagnakerfis þessarar verksmiðju inniheldur framlög frá mörgum iðnfyrirtækjum. Við daglegan rekstur geta komið fram áhrif frá óeðlilegu frárennsli frá iðnaðarfyrirtækjum, sem veldur því að DO gildi í lífrænum tanki verður mjög lágt, nær jafnvel 0 mg/L, og uppfyllir ekki framleiðslukröfur. Á sama tíma, vegna breytinga á ytri aðstæðum, þar sem fleiri iðnaðarfyrirtæki innan þjónustusvæðisins losa frárennsli í lagnakerfið, mun þessi verksmiðja standa frammi fyrir alvarlegri áhrifavatnsgæði í framtíðinni. Þegar innstreymi sveiflast mun uppleyst súrefni í líffræðilega tankinum minnka verulega og aðlögunarsvið loftunarrúmmáls frá snúningsskífum er takmarkað. Á sumum tímabilum nær DO í loftháða tankinum 0 mg/L, sem neyðir álverið til að draga úr meðhöndlunargetu sem svar, sem hefur veruleg áhrif á loftháð umhverfi líffræðilega tanksins og meðferðargetu.

1.2.2 Lágt DO í loftunartanki

Vegna bilana í snúningsdiski sem veldur lítilli súrefnisnýtingu loftræsta, meðan á raunverulegri framleiðslu stendur, sýna söguleg rekstrargögn að meðaltal DO gildi frá tækjum í miðju og úttaki loftunartanksins fara ekki yfir 1 mg/L, þar sem það lægsta nær 0 mg/L, sem hefur alvarleg áhrif á lífefnafræðilega viðbragðsvirkni.

1.2.3 Mikil orkunotkun

Fasa I og II líffræðilegir tankar þessarar verksmiðju eru í formi oxunarskurðar. Fasa I oxunarskurður notar 8 snúningsdiskaloftara með 18,5 kW afli, með heildarafl yfirborðsloftara upp á 148 kW. Fase II oxunarskurður er fjögurra-rása Carrousel skurður, sem notar 13 Hitachi sjálf-fræsandi loftara, þar á meðal 2 sett af 11 kW, 2 sett af 18,5 kW, og 9 sett af 15 kW, með heildarafl yfirborðsloftara upp á 194 kW. Við venjulega notkun, til að tryggja nægilegt vatnsrúmmál, vegna lítillar súrefnisnýtingar núverandi súrefnisgjafabúnaðar, verður að vera að fullu kveikt á öllum loftara.

Orkunotkun á hvert tonn af vatni fyrir fasa I og II loftara er: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonn. Byggt á könnun á orkunotkun líffræðilegra kerfa í nokkrum nærliggjandi skólphreinsistöðvum sveitarfélaga, er orkunotkun fyrir 25.000 tonn/dag frárennslisstöð sveitarfélaga sem notar botnfínt-bóluloftunarkerfi almennt 0,09–0,1 RMB/tonn. Orkunotkun snúningsskífaloftunarbúnaðarins er 2,4–2,7 sinnum meiri en á botnfínu-loftbóluloftunarkerfinu, sem gefur til kynna tiltölulega mikla orkunotkun.

1.2.4 Hátt bilanatíðni búnaðar

Eftir því sem snúningsdiskaloftarar eldast eykst bilanatíðni búnaðar smám saman. Eftir 11 ára rekstur í þessari verksmiðju þróaði snúningsskífaloftunarkerfið aflögun á disknum, sem olli miklu álagi á búnaði og verulegum titringi. Langtímanotkun leiddi til þess að botn losnaði, sem leiddi til rangstöðu í báðum endum og annarra vandamála, sem olli auknu sliti á legum og mikilli bilunartíðni. Aðalásar, hjól, tengi og grunngír hafa gengist undir margvíslegar viðgerðir eða skiptingar, í raun og veru að skipta út. Legur og loftblásarahausblöð sjálf-fræsandi loftara voru mjög slitin. Nýleg tölfræði sýnir að verksmiðjan hefur gengið í gegnum næstum 30 viðgerðir árlega á snúningsskífaloftara og sjálffræsandi loftara.

2 Hönnun tæknilausnar fyrir endurbætur

Heildarviðbótunaraðferðin er: fjarlægðu upprunalegu snúningsdiskaloftarana og skiptu þeim út fyrir botnfínn-kúluloftun, með tilheyrandi viðbættum blásurum; hækka frárennslisvatn líffræðilega tanksins til að auka virka vatnsdýpt líffræðilega tanksins; bæta við blöndunartækjum í loftháða hlutanum með því að nota upprunalegu rásarskipulagið til að koma í veg fyrir staðbundna seyruuppsöfnun.

2.1 Val á loftara og uppsetningu

2.1.1 Færibreytur loftaradisks

EPDM himnuloftunarskífa gerð DD330 var valin, eins og sýnt er íMynd 1, með sérstökum breytum sýndar íTafla 1.

2.1.2 Uppsetning loftdiska

Fjöldi loftræstidiska: Fase I tankbotn nettóflatarmál 864 m², Fase II tankbotnnettóflatarmál 1.412 m², meðalþjónustuflatarmál 0,8 m²/diskur, með öryggisstuðul 1,05–1,10. Endanlegur heildarfjöldi loftaradiska ákveðinn: Fasi I 1.150 diskar, Phase II 1.900 diskar.

Skipulagsregla: Jafnt dreift í venjulegu þríhyrningslaga ristmynstri. Úthreinsun frá tankvegg Stærri en eða jafnt og 0,3 m til að forðast dauða svæði; bil frá rás millivegg Stærra en eða jafnt og 0,4 m til að auðvelda viðhald. Skiptið meðfram vatnsrennslisstefnunni, með einum rafmagnsloftstýringarventil á hverju svæði til að ná DO svæðisstýringu. Forðist sogport fyrir seyrudælu, sýnatökutrog og kapalbakka, stilltu bilið á staðnum í 1,5 m á meðan viðhaldssvæði á hvern disk er minna en eða jafnt og 0,8 m².

Uppsetningarhæð og pípuflokkun: Efsta yfirborð himnuskífunnar er 0,25 m frá botni tanksins, sem tryggir að það sé meira en eða jafnt og 5,0 m í kafi við lágmarksvatnshæð til að koma í veg fyrir að viftu bylti. Greinarrör nota ABS DN50 með gataðri loftdreifingu; Aðalrörum er raðað í lykkju, með lofthraða stjórnað við 10–12 m·s⁻¹, efni SS304. Par af flans--hraðtengibúnaði fylgir fyrir hverja 10 diska, sem gerir heildarlyftingu kleift til viðhalds án þess að tæma tankinn.

2.2 Hagræðing blásarakerfis

2.2.1 Bæta við blásurum

Innfluttir loftfjöðrunarblásarar voru keyptir sem aðaleiningar og nýtt blásaraherbergi var smíðað með loftrásum úr ryðfríu stáli.

2.2.2 Val á blásara

Miðað við raunveruleg rekstrarskilyrði verksmiðjunnar og að teknu tilliti til breytinga á vatnsgæði í framtíðinni er styrkur COD í endurnýjunaráætluninni ekki marktækt frábrugðinn hönnunargildi, með meðalstyrk um 320 mg/L. BOD styrkur var reiknaður út frá stiga III hönnunargildinu 150 mg/L og aðrir innflæðisvísar voru reiknaðir út frá stiga III hönnunar innflæðisstyrk. Nauðsynlegt rekstrarloftmagn fyrir I. og II. stig verksmiðjunnar er 103,7 m³/mín (6.225,1 m³/klst., tvær vakteiningar og ein biðstöð, loftmagn í einni einingu 50 m³/mín.).

Með hliðsjón af ýmsum þáttum voru keyptir tveir innfluttir loftfjöðrunarblásarar NX75-C060 sem aðaleiningar fyrir I. og II. stig. Byggja þurfti nýtt blásaraherbergi, sem er með semingi staðsett á suðurhlið upprunalegu seyruafvötnunarverkstæðisins, með loftrásum úr ryðfríu stáli bætt við oxunarskurðinn. Stærðir blásara: loftþrýstingur 0,049 MPa, loftrúmmál 50 m³/mín., með hámarksafköst upp á 64,3 kW við þessar notkunarskilyrði.

2.2.3 Endurnýjun loftræstikerfis

Loftunaraðferðinni var breytt í botnloftun. Fasa I og II líffræðilegir tankar nota samsvarandi fjölda diskaloftara og UPVC loftunarrör. Sérstök endurnýjunaraðferð: Gert er ráð fyrir að I. stigs líffræðilegur tankur noti 780 sett af DD330 diskaloftara og UPVC loftunarrörum, Phase II líffræðilegur tankur er gert ráð fyrir að nota 1.276 sett af DD330 diskaloftunartækjum og UPVC loftunarrörum, með 3,45 m³/klst. Uppsetning loftarahaussins er sýnd íMyndir 2 og 3.

2.3 Fínstilling á ferlibreytum

2.3.1 Oxunarskurður svæðisskipulags og DO Control Strategy

Meðfram vatnsrennslisstefnu oxunarskurðarins er loftunarhlutanum skipt í fjögur svæði. Svæði 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Svæði 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Svæði 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Svæði 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Ammoníak köfnunarefnisvinnslutæki er sett upp á þeim stað þar sem nítrunarhvarfurinn er mestur á milli svæðis 2 og svæðis 3, sem stjórnar á endanum frárennsli NH₃-N Minna en eða jafnt og 1,5 mg/L.

2.3.2 Hagræðing loftunartímabils

„Intermittent aeration“ eining var bætt við núverandi SCADA kerfi, sem myndaði DO nettæki + tíma tvískipt lokuð lykkju til að tryggja að DO í miðjum loftháða hlutanum haldist við 0,2 mg/L. Ef 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 Endurnýjun áhrifagreining

Áhrif þessarar verkfræðilegu endurbóta á heildarvinnsluferlið voru skoðuð með því að bera saman breytingar á mengunarefnum frárennslis fyrir og eftir endurbæturnar.

3.1 Samanburður á gæðum frárennslisvatns fyrir og eftir endurbætur

Gæði frárennslisvatns fyrir og eftir endurnýjun höfðu tilhneigingu til að vera stöðug, eins og sýnt er íMynd 4. Fyrir og eftir endurbætur hélst meðaltal frárennslis COD undir 30 mg/L, TP hélst í grundvallaratriðum minna en eða jafnt og 0,3 mg/L, NH₃-N Minna en eða jafnt og 1,5 mg/L, en TN sveiflaðist um 10 mg/L. Heildargæði vatnsins náðu nánast-Yfirborðsvatnsstaðlum í flokki IV, langt umfram losunarstaðla sem krafist er fyrir verksmiðjuna.

Til að greina betur möguleg áhrif endurnýjunarinnar á vatnsgæði voru eins-árs þróun frárennslisvatns fyrir og eftir endurnýjun borin saman, sem skilaðiMynd 5. Á myndinni má sjá að án þess að taka tillit til áhrifa breytinga á styrk innflæðis voru sveiflur í styrk COD og TP frárennsli eftir endurbætur stöðugri en fyrir endurnýjun. Þrátt fyrir að meðalgildi köfnunarefnisvísa hafi aukist miðað við fyrir endurnýjun, var heildarþróunin tiltölulega stöðug, sem leiddi til minni heildarorkunotkunar plantna og efnasparnaðar.

3.2 Samanburður á fjarlægingu mengunarefna fyrir og eftir endurbyggingu

Vegna endurbóta á loftræstikerfi dróst heildarrafmagnsnotkun verksmiðja saman um 1,7% miðað við áður, en meðferðargeta jókst um 8,33% og samsvarandi minnkun mengunarefna jókst einnig, eins og sýnt er íMynd 6. Eftir útreikning jókst COD minnkun um 948,5 tonn, TP jókst um 7,0 tonn, NH₃-N jókst um 100,4 tonn og TN jókst um 125,9 tonn.

Raunverulegur flutningur mengunarefna breyttist einnig í samræmi við það, eins og sýnt er íTafla 2. Eftir endurbætur, að undanskildum lækkun á NH₃-N fjarlægingarhlutfalli, jókst fjarlægingarhlutfall fyrir alla aðra vísbendingar.

3.3 Samanburður á orkunotkun fyrir og eftir endurbætur

Orkunotkun þessa endurbótaverkefnis er sýnd íTafla 3. Eftir endurbætur minnkaði orkunotkun á hvert tonn af vatni fyrir Fase I líffræðilega tank loftræstingu kerfisins um 67,3% og fyrir Phase II minnkaði um 80,9%. Heildarmeðalorkunotkun verksmiðjunnar á hvert tonn af vatni minnkaði um 55,3%, sem sýnir umtalsverð-orkusparandi áhrif. Heildaraflnotkun álversins á hvert tonn af vatni minnkaði í 0,21 kW·klst/m³, innan marka orkunotkunargilda fyrir svipaða oxunarskurðarferla á landsvísu (0,292±0,192) kW·h/m³. Orkunotkun á hverja þyngdareiningu mengunarefnis fyrir og eftir endurbætur fyrir heildarverksmiðjuna er sýnd íTafla 4. Eftir endurnýjun á heildarloftunarkerfi verksmiðjunnar minnkaði orkunotkun á 1 kg af meðhöndluðu COD um 26,2%, á 1 kg af meðhöndluðu TP minnkaði um 15,7%, á hvert kg af NH₃-N meðhöndlað minnkaði um 29,3%, og á 1 kg af meðhöndluðu TN minnkaði um 1%,{10}sem sýnir góð orka.

3.4 Efnasamanburður fyrir og eftir endurbyggingu

Fyrir endurnýjun, vegna tíðra bilana í loftræstingu, var erfitt að stjórna DO í líffræðilega kerfinu og til að uppfylla staðla köfnunarefnisvísa krafðist utanaðkomandi kolefnisgjafa til að tryggja skilvirkni í flutningi. Eftir endurbætur var í grundvallaratriðum ekki lengur þörf á að bæta við utanaðkomandi kolefnisgjafa. Eftir endurnýjun batnaði verulega skilvirkni líffræðilegrar fosfórfjarlægingar og denitrification og meðfylgjandi fosfóreyðingarefni PAC og seyruafvötnunarefni PAM minnkaði að sama skapi. Árlegur efnakostnaður lækkaði um 167.000 RMB miðað við áður. Sérstakar breytingar eru sýndar íTafla 5.

3.5 Fjárfestingarsamanburður fyrir og eftir endurbyggingu

Fyrir endurnýjun var árlegur kostnaður fyrir yfirborðsloftara 1,6281 milljónir RMB, með árlegum viðgerðarkostnaði á búnaði sem var ekki minna en 250.000 RMB. Eftir endurbætur var árlegur kostnaður fyrir blásara og blöndunartæki 714.600 RMB. Byggt á þessum útreikningi var árlegur sparnaður raforkukostnaðar 913.500 RMB, auk árlegs viðgerðarkostnaðar upp á 250.000 RMB, samtals árlegur sparnaður upp á 1.1635 milljónir RMB. Miðað við heildarfjárfestingu upp á 3.704 milljónir RMB er endurgreiðslutíminn 3.18 ár.

3.6 Ferlisstöðugleiki

Fyrir endurnýjun, á bilunartímabilum, var uppleyst súrefni í líffræðilega tankinum að mestu haldið undir 1,0 mg/L. Eftir endurbætur var uppleyst súrefni í lífefnatankinum að meðaltali 1,5–2,0 mg/L. Það fer eftir styrk innstreymis og vinnslukröfum, aðlögunarsvið uppleysts súrefnis getur verið 1,0–2,5 mg/L. Þegar styrkur innstreymis er hár er einnig hægt að viðhalda eðlilegu magni uppleysts súrefnis í lífræna tankinum með því að stilla úttak blásara. Þess vegna, eftir endurbætur, eru stöðug skilyrði fyrir frárennsli uppfyllt.

4 Niðurstaða

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 oft<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, getur endurtekið þessa tæknilegu endurnýjun. Byggt á 55,3% raforkusparnaði, 3,18- ára endurgreiðslutímabili og jaðarávinningi af 3%–5% aukningu á hlutfalli til að draga úr mengunarefnum frá þessu dæmi, hefur endurbótafjárfestingin mikla öryggismörk og getur strax opnað kolefnisminnkunarmöguleika, sem gefur endurteknar og fullnægjandi aðstæður fyrir græna og lágkolefnisuppfærslu gamla oxunarskurða.