Peenmullhajuti membraanide uuendamine ja tõhususe suurendamine olmereoveepuhastusjaamades
Aeratsioonisüsteem, mis on aktiivmuda reoveepuhastusprotsessi põhikomponent, mõjutab otseselt puhastamise efektiivsust ja tegevuskulusid. Statistika näitab, et aeratsioon võib moodustada 40–60% tüüpilise reoveepuhasti kogu energiatarbimisest. Hajuti membraan, mis on hapnikuülekande võtmekeskkond, määrab hapnikuülekande efektiivsuse (OTE) ja energiatarbimise taseme. Aja jooksul kannatavad membraanid tavaliselt vananemise, ummistumise ja kahjustuste all, mis põhjustab OTE vähenemist ja märkimisväärselt suurenenud energiatarbimist.
Hiinas on üle 4000 munitsipaalreoveepuhasti, mille aastane puhastusvõimsus ületab 60 miljardit m³. Aeratsioonisüsteemide aastane elektritarbimine ületab 100 miljardit kWh. Seetõttu on õhutussüsteemide optimeerimine ja OTE täiustamine "Dual Carbon" eesmärkide saavutamiseks ülioluline. Empiirilisi uuringuid hajuti membraani asendamise kohta kodumaistes olmereoveepuhastusjaamades on aga vähe, eriti energiatarbimise ja puhastuse tõhususe igakülgsete hinnangute osas.
1. Õhutussüsteemi optimeerimise uurimise staatus
Rahvusvahelised uuringud keskenduvad membraanimaterjalide täiustamisele ja õhutusmeetodite uuendustele. Näiteks Saksamaa Supratec töötas välja EPDM-membraanid, mille hapnikuülekande efektiivsus on 0,33, ja USA EPA uuringud näitavad, et mikro-mulliga õhutamine säästab traditsiooniliste meetoditega võrreldes üle 30% energiat. Kodumaised teadlased, nagu Hu Peng, leidsid, et optimeerimine võib vähendada taimede energiakasutust 15–25%.
Olemasolevatel uuringutel on aga puudujääke: laboriuuringud on ülekaalus tegelike{0}}juhtumite ees, keskendutakse lühiajalistele-mõjudele, mitte pikaajalisele-stabiilsusele ja üksikute näitajate analüüs kõikehõlmavatest eelistest. Selles uuringus hinnatakse pikaajalise-jälgimise kaudu süstemaatiliselt membraani asendamise laiaulatuslikku mõju ravi efektiivsusele ja energiatarbimisele, kõrvaldades uurimistöö puudujäägi.
2. Uurimistöö sisu ja metoodika
Selles uuringus kasutati Guangdongi Dongguani reoveepuhastusjaama tööandmete võrdlevat analüüsi enne ja pärast membraani asendamist (juuni 2020 – märts 2022). Peamised uurimisvaldkonnad olid järgmised: saasteainete eemaldamise tõhususe muutused, õhutussüsteemi energiatarbimise omadused, OTE parendusmehhanismid ja tehno{3}}majanduslik analüüs. Meetodid hõlmasid väliseiret ja laborianalüüse.
2.1 Õppeaine ülevaade
Korpuse reoveepuhastusjaama projekteeritud võimsus on 20 000 m³/d, see kasutab olmereovee puhastamiseks A²/O protsessi, teenindab ligikaudu 150 000 inimest ja tegelik päevane vooluhulk on 18 000–24 000 m³. Algsed kummist peenmullhajutid olid töös olnud 8 aastat, mis näitas märkimisväärset vananemist.
2.2 Uuendusplaani koostamine
2.2.1 Hapnikuvajaduse arvutamine
Based on water quality/quantity, the aerobic zone's daily oxygen demand was >275 kg/h. Arvestades teeninduspiirkonda, hapnikuvarustuse võimsust ja võimalikku ummistumist, arvutati vajalikuks õhuvarustuseks 2400–4800 m³/h (sissevool 1200 m³/h, õhu---vee suhe 2–4). See võrdub 480 meetri pikkuse difuusori torustikuga (õhuvarustus 5–10 m³/h meetri kohta), mille teenindusala on alla 2,5 m² meetri kohta, võimaldades maksimaalset hapnikuvarustust üle 380 kg/h.
2.2.2 Membraani valik
Toimivuse võrdluse põhjal (Tabel 1), arvestades OTE-d, õhuvoolu ulatust ja maksumust, valiti EPDM peenmullmembraanid. Peamised parameetrid: OTE 0,33 (kõrgem kui originaal), õhuvool 2–15 m³/h, kasutusiga 5–8 aastat ja kuluefektiivne ühikuhind.
2.2.3 Tootja valik
Pärast kodumaiste tarnijatega konsulteerimist ja kohalike kogemuste kaalumist valiti paddle{0}}tüüpi EPDM difuusorid nende laiaulatuslike eeliste tõttu hapnikuvarustuses, paigaldusstruktuuris ja hinnas. Kahe bioloogilise mahuti peale paigaldati kokku 484 meetrit. Erinevate mudelite tehnilised parameetrid on näidatud allTabel 2.
2.2.4 Asenduse rakendamine
2021. aasta juunis toimunud asendamine võttis aega 7 päeva, hõlmates 484 meetrit paddle{3}}tüüpi hajutit. Tehas säilitas pideva töö, töötades ühel küljel vähendatud võimsusega. Uued membraanid, mis on mõeldud 5 m³/h, töötasid 4–8 m³/h.
2.3 Andmete kogumine ja analüüs
22 kuu tööandmeid koguti enne ja pärast asendamist neljas kategoorias: vee kvaliteet (sissevoolu/heitvee COD, NH₃-N), tööparameetrid (õhu üldmaht, rõhk, DO), energiatarbimine (õhutussüsteemi elekter, õhutus kWh/m³) ja efektiivsus (OTE, Air{2}}Water Ratio).
3. Muutused saasteainete eemaldamise efektiivsuses
3.1 COD eemaldamine
Pärast-asetamist on COD-i eemaldamine oluliselt paranenud. Heitvee KHT vähenes 14,2 mg/L-lt 12,4 mg/L-le ja eemaldamise määr suurenes 93,5%-lt 96,0%-le. Uus süsteem näitas ka paremat stabiilsust vaatamata sissevoolu KHT kõikumisele (117–249 mg/l) (Joonis 1).
3.2 NH₃-N eemaldamine
NH₃-N puhul oli paranemine märgatavam. Stabiilse sissevoolutaseme korral vähenes heitvee NH₃-N keskmiselt 2,3 mg/L-lt 0,85 mg/L-ni ja eemaldamise määr ulatus 94,1%-ni (Joonis 1). Selle põhjuseks on ühtlasem õhujaotus, mis soodustab nitrifikaatorite kasvu ja aktiivsust, tagades stabiilse NH₃-N vastavuse.
4. Õhutussüsteemi energiatarbimise karakteristikud
4.1 Õhu---vee suhe
Õhu-vee jaJoonis 2), mis näitab suuremat tõhusust ja stabiilsust.
4.2 Aeratsioonienergia kuupmeetri vee kohta
Aeratsioonienergia tarbimine vähenes 0,073 kWh/m³-lt 0,052 kWh/m³-le, vähenedes 28,3%. Energiasäästuefekt oli kuude lõikes stabiilne (Joonis 3), mis näitab püsivat usaldusväärsust.
4.3 Energiatarve eemaldatud saasteaine ühiku kohta
See mõõdik langes 0,32 kWh/kg-lt 0,24 kWh/kg-le, mis on 25% vähenemine (Joonis 4). See näitab, et uued membraanid mitte ainult ei vähendanud absoluutset energiatarbimist, vaid parandasid ka saasteainete eemaldamise energiakasutuse efektiivsust.
5. Hapniku kasutamise tõhususe parandamise mehhanismid
5.1 Hapnikuülekande efektiivsuse muutus
OTE tõusis 15,10%lt 24,75%le, mis on 63,9% paranemine (Joonis 5). Selle põhjuseks on optimeeritud mikro-pooride struktuur ja uute membraanide ühtlasem mullide jaotus, mis suurendab hapniku massiülekannet. Arenenud nanotehnoloogia võimaldas peenemaid, ühtlasemalt jaotunud poore, suurendades difusiooni ja lahustuvust.
5.2 Tööparameetrite optimeerimine
Nagu näidatudTabel 3, pärast -asetamist vähenes õhu üldmaht 18,4%, säilitades samal ajal DO vahemikus 0,5–1 mg/l. Õhu---vee suhe vähenes 3,4:1-lt 2,0:1-le, OTE suurenes 63,9% ja aeratsioonienergia m³ kohta vähenes 28,3%. Need põhjalikud optimeerimised parandasid energiakasutust, töötõhusust ja vee kvaliteeti.
6. Tehno-majanduslik analüüs
6.1 Investeeringu tasuvusaeg
Koguinvesteering oli 163 900 CNY (membraanid, transport, paigaldus, kasutuselevõtt). Võttes aluseks energiasäästu 0,021 kWh/m³, elektrihinnal 0,7 CNY/kWh ja keskmisel päevasel vooluhulgal 24 000 m³, on aastane elektrisääst 128 800 CNY. Lihtne tasuvusaeg on ligikaudu 15 kuud, mis näitab olulist majanduslikku kasu.
6.2 Kasu keskkonnale
Aastase 8,76 miljoni m³ töötlemise põhjal on aastane elektrisääst 184 000 kWh, mis võrdub CO₂ heitkoguste vähendamisega 184 tonni võrra. Parem saasteainete eemaldamine suurendab keskkonnakasu ja tagab stabiilsema vastavuse heitvee nõuetele, vähendades keskkonnariske.
7. Järeldus
EPDM-i peenmullhajuti membraanide asendamine suurendas OTE-d märkimisväärselt 24,75%-ni ja vähendas aeratsiooni energiatarbimist 28,3%, mis näitab head tehno-majanduslikku jõudlust. Uus süsteem suurendas COD ja NH₃-N eemaldamise määra vastavalt 96,0% ja 94,1%ni, suurendas süsteemi vastupidavust koormuse kõikumistele ja saavutas lihtsa tasuvusaja, umbes 15 kuud. See lähenemisviis sobib{9}}energiamahukatele munitsipaalreoveepuhastusjaamadele, mis soovivad parandada kvaliteeti ja tõhusust ning millel on märkimisväärne reklaamiväärtus.