Kohapealse reoveepuhastusjaama peene{0}}mullõhutussüsteemi moderniseerimine ja toimivusuuring

Kohapealse reoveepuhastusjaama peene{0}}mullõhutussüsteemi moderniseerimine ja toimivusuuring

Sissejuhatus

Praegu on Hiinas kasutatavad peamised reoveepuhastusprotsessid oksüdatsioonikraav, SBR, aktiivmuda ja teised. Oksüdatsioonikraavi protsessi probleemiks on suur energiatarbimine, eriti bioloogilises osas, mis moodustab 65–80% kogu energiatarbimisest. Oksüdatsioonikraavide protsessides kasutatavad tavalised aeratsiooniseadmed hõlmavad õhutusharju, õhutuskettaid, vertikaalvõlli aeraatoreid ja peen-mull-aeraatoreid. Näiteks pärast seda, kui teatud linna munitsipaalreoveepuhasti muutus traditsiooniliselt pindmiselt mehaaniliselt aeratsioonilt põhjapeen-mulliga aeratsiooniks, vähenes energiatarbimine 20,11%, samas kui puhastusvee kvaliteet muutus stabiilsemaks. Lisaks on peen-mulliga aeratsioonil tsoneeritud hapnikuvarustus, mis tagab täpse hapnikuvarustuse vastavalt hapnikuvajadusele oksüdatsioonikraavi erinevates piirkondades, parandades veelgi lämmastiku ja fosfori eemaldamise tõhusust.

Teatud olmereoveepuhastis oli pindõhutussüsteem töötanud üle kümne aasta, seadmete vananemise ja tööraskustega. Viimaseid tühjendusstandardeid oli raske täita, mistõttu tehniline renoveerimine oli kiireloomuline. Selle projektiga täiendati süsteem peen-mullõhutussüsteemiks, mis võib märkimisväärselt vähendada energiatarbimist, optimeerida tööd, pikendada seadmete eluiga ja vähendada hoolduskulusid, järgides riiklikke energiasäästu ja heitkoguste vähendamise poliitikaid. Selles renoveerimisprojektis rakendati seadmete demonteerimisel ja paigaldamisel keskkonnasäästliku ehituse tavasid: vanade seadmete klassifitseeritud ringlussevõtt, kokkupandavate paigalduste kasutuselevõtt ja madala-müratasemega ja vähese heitega{5}}masinate kasutamine, kahemõõtmelise energiasäästu saavutamine ja reoveepuhasti säästva arengu toetamine.

1 Projekti ülevaade

1.1 Praegune olukord

Teatud linna olmereoveepuhasti koguvõimsus on 50 000 tonni ööpäevas, mis ehitatakse kolmes etapis. I etapp kasutas oksüdatsioonikraavi protsessi, II etapp ja täiustatud töötlemisprojekt kasutas ka oksüdatsioonikraavi protsessi, millele järgnes täiustatud töötlemine, kasutades koagulatsiooni settimist + riidest kandja filtreerimist + ultraviolettkiirgusega desinfitseerimisprotsessi. III etapp kasutas modifitseeritud A²O protsessi. Praegu vastab heitvesi standardile DB32/1072-2018.

1.2 Olemasolevad probleemid

1.2.1 Välise toruvõrgu mõju

Selle tehase torustiku kogumisulatusse jääv reovesi hõlmab paljude tööstusettevõtete panust. Igapäevase töö käigus võib tööstusettevõtete ebatavaline reovesi mõjutada, mille tõttu DO väärtus bioloogilises mahutis muutub väga madalaks, ulatudes isegi 0 mg/L-ni, mis ei vasta tootmisnõuetele. Samal ajal on välistingimuste muutumise tõttu, kuna teeninduspiirkonna tööstusettevõtted juhivad reovett toruvõrku, seda tehast tuleb tulevikus tõsisem mõjuvee kvaliteet. Kui sissevool kõigub, väheneb lahustunud hapniku hulk bioloogilises paagis oluliselt ja pöörlevate ketaste õhutusmahu reguleerimisvahemik on piiratud. Mõningatel perioodidel ulatub DO aeroobses paagis 0 mg/L, mis sunnib tehast vastusena töötlemisvõimsust vähendama, mõjutades oluliselt bioloogilise paagi aeroobset keskkonda ja puhastusvõimsust.

1.2.2 Madal DO õhutuspaagis

Pöörlevate ketta talitlushäirete tõttu, mis põhjustavad aeraatorite madalat hapnikuga varustamise efektiivsust, näitavad ajaloolised tööandmed tegeliku tootmistegevuse käigus, et õhutuspaagi keskel ja väljalaskeava mõõteseadmete keskmised DO väärtused ei ületa 1 mg/L, kusjuures madalaim ulatub 0 mg/L-ni, mis mõjutab oluliselt biokeemilise reaktsiooni efektiivsust.

1.2.3 Suur energiatarbimine

Selle taime I ja II faasi bioloogilised mahutid on oksüdatsioonikraavi kujul. I faasi oksüdatsioonikraav kasutab 8 pöörlevat ketasaeraatorit võimsusega 18,5 kW, kogupindalaeraatori võimsusega 148 kW. II faasi oksüdatsioonikraav on nelja-kanaliga karussellkraav, mis kasutab 13 Hitachi isetäitevat Tavalise töötamise korral peavad kõik aeraatorid olema täielikult sisse lülitatud, et tagada piisav veekogus, kuna olemasolevate hapnikuvarustusseadmete madala hapnikutõhususe tõttu.

I ja II faasi aeraatorite energiatarve tonni vee kohta on: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonn. Mitme ümberkaudsete munitsipaalreoveepuhastite bioloogiliste süsteemide energiatarbimise uuringu põhjal on 25 000 tonni päevas olmereoveejaamas, mis kasutab põhjapeen--mulliga õhutussüsteemi, üldiselt 0,09–0,1 RMB/tonn. Pöörleva ketasaeraatori energiatarve on 2,4–2,7 korda suurem kui alumise peen{15}}mulliga õhutussüsteemil, mis näitab suhteliselt suurt energiatarbimist.

1.2.4 Kõrge seadmete rikete määr

Pöörlevate ketasaeraatorite vananedes suureneb seadmete rikete määr järk-järgult. Pärast 11-aastast töötamist selles tehases tekkis pöörleva kettaga õhutussüsteemil ketta deformatsioon, mis põhjustas seadme suure koormuse ja märkimisväärse vibratsiooni. Pikaajaline-kasutus viis põhja lõdvenemiseni, mille tulemuseks oli mõlema otsa nihe ja muud probleemid, mis põhjustas suuremat laagrite kulumist ja suurt rikete määra. Peavõllid, tiivikud, haakeseadised ja põhiülekanded on läbinud mitmeid parandusi või vahetusi, mis on sisuliselt jõudnud väljavahetamiseni. Isetäitevate aeraatorite{6}}laagrid ja aeraatoripea labad olid tugevalt kulunud. Värske statistika näitab, et tehases tehti pöörlevate ketasaeraatorite ja isetäituvate aeraatorite{9}}parandusi peaaegu 30 korda aastas.

2 Uuendustehnilise lahenduse projekteerimine

Üldine moderniseerimise lähenemisviis on järgmine: eemaldage algsed pöörlevad ketasaeraatorid ja asendage need alumise peene{0}}mulliga aeratsiooniga, millele on lisatud vastavad puhurid; tõsta bioloogilise mahuti heitvee paisu, et suurendada bioloogilise mahuti efektiivset veesügavust; lisage aeroobsesse sektsiooni segistid, kasutades algset kanalistruktuuri, et vältida muda lokaalset kogunemist.

2.1 Aeraatori valik ja paigutus

2.1.1 Aeraatori ketta parameetrid

EPDM membraaniga aeraatori ketta mudel DD330 valiti, nagu näidatudJoonis 1, millel on näidatud konkreetsed parameetridTabel 1.

2.1.2 Aeraatori ketta paigutus

Aeraatoriketaste arv: I faasi paagi põhja netopind 864 m², II faasi paagi põhja netopind 1412 m², keskmine hoolduspind 0,8 m²/ketas, ohutusteguriga 1,05–1,10. Lõplik aeraatoriketaste koguarv määrati: I faas 1150 ketast, II faas 1900 ketast.

Paigutuspõhimõte: ühtlaselt jaotatud tavalise kolmnurkse ruudustiku järgi. Kliirens mahuti seinast Surnud tsoonide vältimiseks on 0,3 m või suurem; vahemaa kanali vaheseinast Üle 0,4 m või sellega võrdne hoolduse hõlbustamiseks. Eraldage mööda veevoolu suunda, ühe elektrilise õhureguleerimisventiiliga tsooni kohta, et saavutada DO tsooni juhtimine. Vältige mudapumba imiporte, proovivõtuvanne ja kaablirenne, reguleerides kohapeal vahekaugust 1,5 m-ni, säilitades samal ajal hooldusala ketta kohta. Vähem kui 0,8 m² või sellega võrdne.

Paigalduskõrgus ja torude klass: Membraanketta ülemine pind on 0,25 m kaugusel paagi põhjast, tagades vee alla vajumise 5,0 m või rohkem minimaalse veetaseme juures, et vältida ventilaatori tõusu. Harutorudes kasutatakse perforeeritud õhujaotusega ABS DN50; magistraaltorud on paigutatud silmusena, õhuvoolu kiirusega 10–12 m·s⁻¹, materjal SS304. Iga 10 ketta jaoks on kaasas paar äärik{7}}kiirühendust, mis võimaldab hoolduseks üldist tõstmist ilma paaki tühjendamata.

2.2 Ventilaatorisüsteemi optimeerimine

2.2.1 Puhuride lisamine

Põhiseadmetena osteti imporditud õhkvedrustusega puhurid ning ehitati uus puhuriruum, millele lisati roostevabast terasest õhukanalid.

2.2.2 Ventilaatori valik

Tuginedes tehase tegelikele töötingimustele ja arvestades tulevasi veekvaliteedi muutusi, ei erine moderniseerimisplaanis olev KHT kontsentratsioon oluliselt projekteeritud väärtusest, keskmise kontsentratsiooniga umbes 320 mg/L. BHT kontsentratsioon arvutati III faasi arvutusliku väärtuse 150 mg/L alusel ja teised mõjunäitajad arvutati III faasi projekteeritud sissevoolu kontsentratsioonide põhjal. Käitise I ja II faasi nõutav tööõhuhulk on 103,7 m³/min (6 225,1 m³/h, kaks tööseadet ja üks ooterežiim, ühe ühiku õhuhulk 50 m³/min).

Arvestades kõikehõlmavalt erinevaid tegureid, osteti I ja II faasi põhiseadmeteks kaks imporditud õhkvedrustuse puhurit NX75-C060. Ehitamist vajas uus puhuriruum, mis asus esialgu algse muda veetustamise tsehhi lõunaküljel ja mille oksüdatsioonikraavi lisati roostevabast terasest õhukanalid. Ventilaatori parameetrid: õhurõhk 0,049 MPa, õhuhulk 50 m³/min, maksimaalne väljundvõimsus 64,3 kW antud töötingimustes.

2.2.3 Õhutussüsteemi moderniseerimine

Aeratsiooni meetod muudeti põhjaõhustamise vastu. I ja II faasi bioloogilistes mahutites kasutatakse vastavat arvu ketasaeraatoreid ja UPVC õhutustorusid. Spetsiifiline moderniseerimise lähenemisviis: I faasi bioloogilises paagis kasutatakse eeldatavasti 780 komplekti DD330 ketasaeraatoreid ja UPVC õhutustorusid, II faasi bioloogilises paagis 1276 komplekti DD330 ketasaeraatoreid ja UPVC õhutustorusid, ühe aeraatori tööõhu maht on 3,45 m³/h. Aeraatoripea paigutus on näidatud jooniselJoonised 2 ja 3.

2.3 Protsessi parameetrite optimeerimine

2.3.1 Oksüdatsioonikraavide tsoneerimine ja DO kontrollistrateegia

Piki oksüdatsioonikraavi veevoolu suunda on õhutussektsioon jagatud neljaks tsooniks. Tsoon 1: DO 0,3–0,5 mg/L, tsoon 2: DO 0,2–0,3 mg/L, tsoon 3: DO 1,5–2,0 mg/L, tsoon 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Ammoniaaklämmastiku töötlemise seade paigaldatakse 2. ja 3. tsooni vahelisele kõrgeima nitrifikatsioonireaktsiooni kiiruse punktile, mis lõpuks kontrollib heitvee NH₃-N 1,5 mg/L või alla selle.

2.3.2 Aeratsiooniperioodi optimeerimine

Olemasolevale SCADA-süsteemile lisati "vahelduva õhutamise" moodul, mis moodustab DO võrguinstrumendi + aja kahekordse suletud ahela tagamaks, et DO aeroobse sektsiooni keskel jääb 0,2 mg/l tasemele. Kui TEHA<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 Uuendamismõjude analüüs

Selle tehnilise moderniseerimise mõju kogu protsessi toimimisele uuriti, võrreldes muutusi heitvee saasteainetes enne ja pärast moderniseerimist.

3.1 Heitvee kvaliteedi võrdlus enne ja pärast moderniseerimist

Heitvee kvaliteet enne ja pärast moderniseerimist kippus olema stabiilne, nagu näidatudJoonis 4. Enne ja pärast moderniseerimist jäi keskmine heitvee COD alla 30 mg/L, TP jäi põhimõtteliselt alla või võrdseks 0,3 mg/L, NH₃-N 1,5 mg/l või sellega võrdne, samas kui TN kõikus 10 mg/l ümber. Üldine veekvaliteet saavutas peaaegu-IV klassi pinnaveestandardid, ületades palju tehase jaoks nõutavaid heitkoguste standardeid.

Uuendamise võimaliku mõju veekvaliteedile intuitiivsemaks analüüsimiseks võrreldi ühe-aasta heitvee kvaliteedi suundumusi enne ja pärast moderniseerimist, saades tulemuseksJoonis 5. Jooniselt on näha, et arvestamata sissevoolu kontsentratsiooni muutuste mõju, olid KHT ja TP heitvee kontsentratsioonide kõikumised pärast moderniseerimist stabiilsemad kui enne moderniseerimist. Kuigi lämmastikunäitajate keskmised väärtused tõusid võrreldes moderniseerimise eelse ajaga, oli üldine trend suhteliselt stabiilne, mille tulemusena vähenes taimede üldine energiakulu ja kemikaalide kokkuhoid.

3.2 Saasteainete eemaldamise võrdlus enne ja pärast moderniseerimist

Tänu aeratsioonisüsteemi paranemisele vähenes tehase üldine elektritarbimine varasemaga võrreldes 1,7%, samas kui puhastusvõimsus kasvas 8,33% ning suurenes ka vastav saasteainete vähenemine, nagu näitabJoonis 6. Pärast arvutust suurenes KHT vähenemine 948,5 tonni, TP suurenes 7,0 tonni, NH₃-N 100,4 tonni ja TN suurenes 125,9 tonni.

Vastavalt muutus ka tegelik saasteainete eemaldamine, nagu näidatudTabel 2. Pärast moderniseerimist, välja arvatud NH₃-N eemaldamise määra vähenemine, suurenesid kõigi teiste näitajate eemaldamise määrad.

3.3 Energiatarbimise võrdlus enne ja pärast moderniseerimist

Selle moderniseerimisprojekti energiatarve on näidatudTabel 3. Pärast moderniseerimist vähenes I faasi bioloogilise mahuti õhutussüsteemi energiatarve tonni vee kohta 67,3% ja II faasi puhul 80,9%. Tehase üldine keskmine energiatarve tonni vee kohta vähenes 55,3%, mis näitab märkimisväärset energiasäästuefekti. Tehase üldine võimsustarve tonni vee kohta vähenes 0,21 kW·h/m³-ni, jäädes samalaadsete oksüdatsioonikraaviprotsesside energiatarbimise väärtuste vahemikku üleriigiliselt (0,292±0,192) kW·h/m³. Energiatarve saasteaine massiühiku kohta enne ja pärast kogu tehase moderniseerimist on näidatudTabel 4. Pärast tehase üldise õhutussüsteemi moderniseerimist vähenes energiatarve 1 kg töödeldud KHT kohta 26,2%, 1 kg töödeldud TP kohta 15,7%, 1 kg töödeldud NH₃-N kohta vähenes 29,3% ja 1 kg töödeldud TN kohta vähenes 36,{10}, mis näitab head energiasäästu.

3.4 Keemiline võrdlus enne ja pärast moderniseerimist

Enne moderniseerimist oli õhutussüsteemi sagedaste rikete tõttu DO bioloogilises süsteemis raskesti kontrollitav ja lämmastikuindikaatorite standardite järgimine nõudis eemaldamise tõhususe tagamiseks välise süsinikuallika lisamist. Pärast moderniseerimist ei olnud välise süsinikuallika lisamist enam vaja. Pärast moderniseerimist paranes oluliselt fosfori bioloogilise eemaldamise ja denitrifikatsiooni efektiivsus ning kaasnev fosforieemalduskemikaal PAC ja muda veetustav kemikaal PAM vähenesid vastavalt. Aastased keemiakulud vähenesid varasemaga võrreldes umbes 167 000 RMB võrra. Konkreetsed muudatused on näidatudTabel 5.

3.5 Investeeringute võrdlus enne ja pärast moderniseerimist

Enne moderniseerimist oli pinnaaeraatorite aastane maksumus 1,6281 miljonit RMB, kusjuures iga-aastased seadmete remondikulud olid vähemalt 250 000 RMB. Pärast moderniseerimist oli puhurite ja segistite aastane maksumus 714 600 RMB. Selle arvutuse põhjal oli aastane elektrikulude kokkuhoid 913 500 RMB, millele lisandus aastane remondikulude kokkuhoid 250 000 RMB, kokku 1,1635 miljonit RMB aastas. 3,704 miljoni RMB suuruse koguinvesteeringu põhjal on tasuvusaeg 3,18 aastat.

3.6 Protsessi stabiilsus

Enne moderniseerimist hoiti talitlushäirete ajal lahustunud hapniku taset bioloogilises paagis enamasti alla 1,0 mg/l. Pärast moderniseerimist oli lahustunud hapnik bioloogilises paagis keskmiselt 1,5–2,0 mg/l. Sõltuvalt sissevoolu kontsentratsioonist ja protsessi nõuetest võib lahustunud hapniku reguleerimisvahemik olla 1,0–2,5 mg/l. Kui sissevoolu kontsentratsioon on kõrge, saab normaalset lahustunud hapniku taset bioloogilises paagis hoida ka ventilaatori võimsust reguleerides. Seetõttu on pärast moderniseerimist täidetud stabiilse heitvee vastavustingimused.

4 Järeldus

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, TEHA sageli<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, suudab seda tehnilist renoveerimist korrata. Võttes arvesse 55,3% elektrisäästu, 3,18-aastast tasuvusaega ja marginaalset kasu, milleks on saasteainete vähendamise määra suurenemine 3–5%, on renoveerimisinvesteeringul kõrge ohutusvaru ja see võib kohe avada süsinikdioksiidi vähendamise potentsiaali, pakkudes korratavaid ja piisavaid tingimusi vanade oksüdatsioonikraavide keskkonnasäästlikuks ja vähese CO2-heitega ümberehitamiseks.