Uppfærsla og hagkvæmni á fínum kúludreifarahimnum í skólphreinsistöðvum sveitarfélaga
Loftræstikerfið, sem er kjarnaþáttur í meðhöndlunarferli virks seyru afrennslisvatns, hefur bein áhrif á meðferðarvirkni og rekstrarkostnað. Tölfræði sýnir að loftun getur staðið undir 40% til 60% af heildarorkunotkun dæmigerðs ræstistöðvar. Dreifingarhimnan, lykilmiðillinn fyrir súrefnisflutning, ákvarðar súrefnisflutningsskilvirkni (OTE) og orkunotkunarstig. Með tímanum þjást himnur oft af öldrun, stíflu og skemmdum, sem leiðir til minnkaðs OTE og verulega aukinnar orkunotkunar.
Kína hefur yfir 4.000 hreinsunarstöðvar sveitarfélaga með árlegri hreinsunargetu yfir 60 milljörðum m³. Árleg raforkunotkun loftræstikerfa fer yfir 100 milljarða kWh. Þess vegna er hagræðing loftræstingarkerfa og endurbætt OTE lykilatriði til að ná „Dual Carbon“ markmiðum. Hins vegar eru reynslurannsóknir á endurnýjun á dreifihimnu í innlendum hreinsunarstöðvum sveitarfélaga af skornum skammti, sérstaklega varðandi yfirgripsmikið mat á orkunotkun og hreinsunarhagkvæmni.
1. Rannsóknarstaða hagræðingar loftræstingarkerfis
Alþjóðlegar rannsóknir beinast að endurbótum á himnuefni og nýsköpun í loftunaraðferðum. Til dæmis þróaði Supratec frá Þýskalandi EPDM himnur með súrefnisflutningsnýtni upp á 0,33 og bandarískar EPA rannsóknir benda til þess að ör-loftbóluloftun spari yfir 30% orku miðað við hefðbundnar aðferðir. Innlendir vísindamenn eins og Hu Peng komust að því að hagræðing gæti dregið úr orkunotkun plantna um 15%–25%.
Hins vegar hafa núverandi rannsóknir annmarka: Rannsóknir á rannsóknarstofum eru yfirgnæfandi fyrir-tilvik í heiminum, einblína á skammtímaáhrif yfir-langtímastöðugleika og greining á stakum vísbendingum umfram alhliða ávinning. Þessi rannsókn, með langtímavöktun, metur kerfisbundið yfirgripsmikil áhrif himnuskipta á skilvirkni meðferðar og orkunotkun, og tekur á rannsóknarbili.
2. Rannsóknarefni og aðferðafræði
Þessi rannsókn notaði samanburðargreiningu á rekstrargögnum fyrir og eftir himnuskipti (júní 2020 – mars 2022) á hreinsunarstöð í Dongguan, Guangdong. Meðal helstu rannsóknarsviða voru: breytingar á skilvirkni mengunarefna, orkunotkunareiginleika loftræstikerfisins, endurbótakerfi OTE og tækni-hagfræðileg greining. Aðferðir fólu í sér vöktun á vettvangi og rannsóknarstofugreiningu.
2.1 Yfirlit yfir efni
Vatnshreinsunarstöðin hefur hönnunargetu upp á 20.000 m³/d, notar A²/O ferli fyrir skólp frá sveitarfélögum, þjónar um það bil 150.000 manns og hefur raunverulegt daglegt rennsli upp á 18.000–24.000 m³. Upprunalegu fínu kúludreifararnir úr gúmmíi höfðu verið í notkun í 8 ár og sýndu verulega öldrun.
2.2 Uppfærsluáætlun Hönnun
2.2.1 Útreikningur á súrefnisþörf
Based on water quality/quantity, the aerobic zone's daily oxygen demand was >275 kg/klst. Að teknu tilliti til þjónustusvæðis, súrefnisframboðsgetu og hugsanlegrar stíflu, var nauðsynlegt loftframboð reiknað vera 2.400–4.800 m³/klst. (innstreymi 1.200 m³/klst., loft-til-vatnshlutfall 2–4). Þetta jafngilti 480 metrum af dreifingarslöngum (loftflæði 5–10 m³/klst. á metra), með þjónustusvæði undir 2,5 m² á metra, sem leyfir hámarks súrefnisframboð yfir 380 kg/klst.
2.2.2 Himnuval
Byggt á samanburði á frammistöðu (Tafla 1), með hliðsjón af OTE, loftflæðisviði og kostnaði, voru EPDM fínar kúlahimnur valdar. Lykilfæribreytur: OTE 0,33 (hærra en upprunalega), loftstreymi 2–15 m³/klst., endingartími 5–8 ár og hagkvæmt-einingaverð.
2.2.3 Framleiðendaval
Eftir að hafa ráðfært sig við innlenda birgja og með hliðsjón af staðbundinni reynslu voru valdir EPDM-dreifarar af -gerð vegna yfirgripsmikilla kosta þeirra í súrefnisbirgðum, uppsetningu uppsetningar og verðs. Alls voru settir 484 metrar yfir tvo lífræna tanka. Tæknilegar breytur mismunandi gerða eru sýndar íTafla 2.
2.2.4 Framkvæmd skipta
Skiptingin í júní 2021 tók 7 daga, þar sem um var að ræða 484 metra af -spaði dreifara. Verksmiðjan hélt áfram stöðugum rekstri með því að keyra á minni afköstum á annarri hliðinni. Nýju himnurnar, hannaðar fyrir 5 m³/klst., virkuðu á 4–8 m³/klst.
2.3 Gagnasöfnun og greining
22 mánaða rekstrargögnum var safnað fyrir og eftir endurnýjun í fjórum flokkum: vatnsgæði (innstreymi/afrennsli COD, NH₃-N), rekstrarbreytur (heildarloftrúmmál, þrýstingur, DO), orkunotkun (rafmagn í loftræstikerfi, loftun kWh/m³) og skilvirkni (OTE, vatn- í loft-).
3. Breytingar á skilvirkni mengunarefna
3.1 COD Fjarlæging
Eftir-skipti batnaði COD-fjarlæging verulega. Frárennsli COD minnkaði úr 14,2 mg/L í 12,4 mg/L og brottflutningshlutfall jókst úr 93,5% í 96,0%. Nýja kerfið sýndi einnig betri stöðugleika þrátt fyrir sveiflukenndan COD (117–249 mg/L) (Mynd 1).
3,2 NH₃-N Fjarlæging
Framfarir voru meira áberandi fyrir NH₃-N. Með stöðugu innstreymismagni minnkaði NH₃-N frárennslis úr að meðaltali 2,3 mg/L í 0,85 mg/L og flutningshraði náði 94,1% (Mynd 1). Þetta er rakið til jafnari loftunardreifingar, sem stuðlar að vexti og virkni nitrifiers, sem tryggir stöðugt NH₃-N samræmi.
4. Einkenni orkunotkunar loftræstingarkerfis
4.1 Loft-til-vatnshlutfall
Loft-til-vatnshlutfallið lækkaði úr 3,4 niður í 2,0, en loftháð tankur DO hélst stöðugur við 0,5–1 mg/L (Mynd 2), sem gefur til kynna meiri skilvirkni og stöðugleika.
4.2 Loftorka á hvern rúmmetra af vatni
Orkunotkun fyrir loftun minnkaði úr 0,073 kWh/m³ í 0,052 kWh/m³, sem er 28,3% lækkun. Orkusparnaðaráhrifin voru stöðug yfir mánuði (Mynd 3), sem sýnir stöðugan áreiðanleika.
4.3 Orkunotkun á hverja einingu mengunarefnis sem fjarlægð er
Þessi mælikvarði lækkaði úr 0,32 kWh/kg í 0,24 kWh/kg, sem er 25% lækkun (Mynd 4). Þetta bendir til þess að nýju himnurnar hafi ekki aðeins dregið úr algerri orkunotkun heldur einnig bætt skilvirkni orkunotkunar til að fjarlægja mengunarefni.
5. Aðferðir til að bæta súrefnisnýtingu skilvirkni
5.1 Breyting á skilvirkni súrefnisflutnings
OTE hækkaði úr 15,10% í 24,75%, sem er 63,9% framför (Mynd 5). Þetta er vegna bjartsýni ör-holabyggingar og jafnari bóludreifingar nýju himnanna, sem eykur súrefnismassaflutning. Háþróuð nanótækni leyfði fínni, jafnari dreifingu svitahola, aukið dreifingu og leysni.
5.2 Hagræðing rekstrarþátta
Eins og sýnt er íTafla 3, eftir -skipti minnkaði heildarloftrúmmálið um 18,4% á meðan DO var haldið á milli 0,5–1 mg/L. Loft-til-vatnshlutfallið lækkaði úr 3,4:1 í 2,0:1, OTE jókst um 63,9% og loftunarorka á m³ lækkaði um 28,3%. Þessar yfirgripsmiklu hagræðingar bættu orkunotkun, rekstrarhagkvæmni og vatnsgæði.
6. Tækni-Efnahagsgreining
6.1 Endurgreiðslutímabil fjárfestinga
Heildarfjárfestingin var 163.900 CNY (himnur, flutningur, uppsetning, gangsetning). Miðað við 0,021 kWh/m³ orkusparnað, 0,7 CNY/kWh raforkuverð og 24.000 m³ dagsrennsli að meðaltali, er árlegur raforkusparnaður 128.800 CNY. Einfaldi endurgreiðslutíminn er um það bil 15 mánuðir, sem gefur til kynna verulegan efnahagslegan ávinning.
6.2 Umhverfishagur
Miðað við árlega hreinsun upp á 8,76 milljónir m³ er árlegur raforkusparnaður 184.000 kWst, sem jafngildir því að minnka losun CO₂ um 184 tonn. Bætt fjarlæging mengunarefna eykur umhverfisávinninginn og tryggir stöðugri reglur um frárennsli, sem dregur úr umhverfisáhættu.
7. Niðurstaða
Með því að skipta út fyrir EPDM fínbóludreifarahimnur jókst OTE verulega í 24,75% og minnkaði loftorkunotkun um 28,3%, sem sýnir góða tæknilega-efnahagslega frammistöðu. Nýja kerfið jók brottflutningshlutfall COD og NH₃-N í 96,0% og 94,1%, í sömu röð, jók viðnám kerfisins gegn sveiflum álags og náði um það bil 15 mánaða endurgreiðslutíma. Þessi nálgun hentar-orkufrekum hreinsunarstöðvum sveitarfélaga sem leitast við að bæta gæði og skilvirkni og sýna umtalsvert kynningargildi.