Reka Bentuk dan Pentauliahan Sistem Pengudaraan Tepat untuk Loji Rawatan Air Sisa AAO Berbilang peringkat-
Gambaran keseluruhan
Rawatan air sisa adalah komponen penting dalam pembinaan bandar. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, industri rawatan air sisa China telah berkembang pesat. Penyertaan mendalam loji rawatan air sisa dalam pengurangan pelepasan kolaboratif berfungsi sebagai sokongan penting untuk membina masyarakat rendah-karbon, membangunkan-ekonomi karbon rendah dan mencapai pembangunan bandar yang mampan. Di bawah matlamat "Dual Carbon", konsep loji rawatan air sisa-rendah karbon telah menarik perhatian industri. Untuk menyelaraskan dengan strategi pembangunan loji rawatan air sisa karbon rendah-, adalah perlu untuk menganalisis dan mengkaji faktor utama yang mempengaruhi penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan.
Kebanyakan rawatan air sisa domestik menggunakan proses enapcemar teraktif. Faktor utama dalam rawatan ini ialah membekalkan jumlah oksigen yang sesuai untuk tindak balas pengoksidaan oleh mikroorganisma dalam tangki biologi, menjadikan kawalan isipadu pengudaraan penting. Kawalan pengudaraan tradisional, yang dicapai melalui suis manual, bergantung terutamanya pada pengalaman-pengendali tapak, yang membawa kepada ketidakpastian dan pembaziran yang ketara. Untuk mencapai kawalan automatik sistem pengudaraan yang tepat dan mengurangkan campur tangan manual, penyelidik telah mengkaji secara meluas kaedah kawalan pengudaraan, termasuk kawalan kabur, rangkaian saraf, rangkaian saraf kabur, algoritma genetik dan mesin vektor sokongan. Kertas kerja ini memfokuskan pada proses AAO berbilang-peringkat loji rawatan air kumbahan di Shenzhen, menganalisis dan meringkaskan reka bentuk dan proses pentauliahan sistem pengudaraan yang tepat untuk menyediakan rujukan bagi projek yang serupa.
1 Gambaran Keseluruhan Sistem
1.1 Prinsip Sistem Pengudaraan Tepat
Rawatan biologi ialah peringkat terpenting dalam proses rawatan air sisa, biasanya bertujuan untuk membuang atau mengurangkan bahan sasaran dalam air sisa untuk memenuhi piawaian pelepasan dengan mengekalkan pertumbuhan mikrob yang mampan dan berkesan serta menggalakkan proses biokimia. Strategi kawalan tradisional tidak boleh bertindak balas tepat pada masanya dan tepat kepada perubahan dalam parameter operasi loji rawatan air sisa moden. Semasa operasi percubaan awal, pelarasan selalunya dibuat hanya pada peniup atau paip pengudaraan terminal, gagal melaksanakan-masa sebenar, atas-peraturan volum pengudaraan dalam tangki tindak balas berdasarkan perubahan keadaan operasi sebenar sambil mencapai penjimatan tenaga.
Oksigen Terlarut (DO) adalah faktor utama yang mempengaruhi proses rawatan biologi. Kualiti kawalan DO secara langsung memberi kesan kepada kecekapan rawatan air sisa. Sistem pengudaraan yang tepat memperkenalkan kaedah kawalan berbilang-parameter yang menggabungkan "majukan suapan + maklum balas + model," dengan berkesan menangani ciri-ciri seperti kelewatan masa yang besar dan tidak-lineariti dalam loji rawatan air sisa. Ia secara menyeluruh mempertimbangkan peniup, mengawal injap pada saluran paip pengudaraan, serta DO dan beban air, untuk melaksanakan kawalan tepat ke atas proses tindak balas biologi, mencapai-pengudaraan atas permintaan, dengan itu meningkatkan kestabilan operasi sistem dan menjimatkan tenaga.
Dalam loji rawatan air sisa, isyarat suapan hadapan terutamanya termasuk aliran influen dan isyarat kualiti; isyarat maklum balas terutamanya termasuk DO, pepejal terampai minuman keras campuran (MLSS), dan isyarat aras tangki biologi.
Strategi kawalan DO bagi sistem pengudaraan yang tepat biasanya mempunyai dua pendekatan: menetapkan sasaran kawalan sebagai nilai malar atau sebagai nilai dinamik.
Biasanya, di bawah strategi di mana sasaran kawalan DO ditetapkan sebagai nilai malar, sistem pengudaraan yang tepat mengira isipadu udara yang diperlukan untuk setiap zon tangki biologi dan jumlah isipadu udara yang diperlukan berdasarkan isyarat seperti kualiti influen, aliran influen, titik set DO dan tangki biologi MLSS. Ia kemudian melaraskan sistem kawalan utama blower dan injap elektrik pada paip pengudaraan untuk memadankan bekalan udara dengan permintaan, dengan itu mencapai kawalan nilai sasaran DO.
Dengan mengguna pakai sistem pengudaraan yang tepat, loji rawatan air sisa boleh mencapai objektif berikut dengan lebih baik:
(1) Kurangkan penggunaan tenaga setiap unit air sisa yang dirawat, mengurangkan kos.
(2) Meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan keseluruhan operasi rawatan air sisa.
(3) Laraskan pengudaraan secara automatik berdasarkan beban air terawat dan beban pencemaran, benar-benar mencapai-pengudaraan atas permintaan dan kawalan automatik.
(4) Meningkatkan kualiti efluen dan meningkatkan kadar pematuhan kualiti efluen.
1.2 Reka Bentuk Keseluruhan Sistem Pengudaraan Tepat
Kapasiti rawatan yang direka bentuk bagi loji rawatan air sisa ini ialah 50,000 m³/d. Ia menggunakan proses AAO berbilang-peringkat, dilengkapi dengan 2 tangki biologi. Penunjuk kualiti efluen utama memenuhi piawaian Air Permukaan Kelas IV. Aliran proses rawatan air sisa ditunjukkan dalamRajah 1.
Projek ini mempunyai 2 tangki biologi. Setiap tangki biologi dibahagikan kepada 6 zon kawalan DO, menghasilkan sejumlah 12 zon kawalan DO untuk tangki biologi loji. Gambar rajah reka bentuk sistem pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamRajah 2.
Untuk mencapai pengudaraan yang tepat, rangkaian kawalan lengkap untuk sistem pengudaraan yang tepat diperlukan. Topologi komunikasi automasi sistem pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamRajah 3.
Stesen induk sistem pengudaraan yang tepat secara langsung memperoleh parameter yang berkaitan daripada peniup pengudaraan melalui komunikasi, mengumpul isyarat daripada-instrumen pemantauan tapak dan menghantar arahan pelarasan kawalan kepada injap peralatan dan sistem peniup, dengan itu mencapai kawalan automatik penuh bagi proses pengudaraan dan peraturan penyelarasan injap kawalan aliran dan peniup.
1.3 Komponen Perkakasan Sistem Pengudaraan Tepat
Satu penganalisis DO dalam talian dikonfigurasikan untuk setiap zon kawalan DO. Satu meter aliran gas terma dan satu injap kawalan elektrik dikonfigurasikan pada paip cawangan pengudaraan yang sepadan dengan setiap zon kawalan DO. Satu meter aliran gas terma dan satu pemancar tekanan dipasang pada paip keluar utama di dalam bilik blower.
Jadual konfigurasi peralatan dan instrumen untuk sistem pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamJadual 1.
1.4 Komponen Perisian Sistem Pengudaraan Tepat
Perisian sistem pengudaraan yang tepat dipasang dan berjalan pada stesen kerja sistem pengudaraan yang tepat, berfungsi sebagai unit pemprosesan teras sistem. Berdasarkan isyarat medan yang dikumpul, unit ini mengira permintaan udara biologi tangki biologi melalui model dan pada masa yang sama mengeluarkan arahan pelarasan kepada peranti kawalan medan. Secara fungsional, ia termasuk modul teras seperti modul pengiraan volum pengudaraan, modul pengedaran udara dan modul tetapan pengoptimuman blower.
Perisian sistem pengudaraan yang tepat direka terutamanya berdasarkan dua aspek berikut:
(1) Sistem pengudaraan yang tepat membahagikan bahagian aerobik kepada beberapa zon kawalan DO bebas, mampu menyesuaikan diri dengan keperluan aliran kawalan proses, secara automatik melaraskan aliran pengudaraan untuk memenuhi syarat proses pengedaran DO yang diperlukan oleh unit rawatan.
(2) Sistem pengudaraan yang tepat membolehkan pengguna menetapkan tahap DO sasaran secara bebas dan menyokong titik tetapan DO dinamik. Memandangkan kemudahan dan kebolehkendalian, data yang berkaitan boleh dilihat dan dikonfigurasikan dalam bilik kawalan pusat.
Mekanisme kawalan untuk pengudaraan yang tepat mengutamakan medan, diikuti oleh komputer atas kawalan pusat, terutamanya termasuk kawalan injap dan kawalan blower.
Kawalan injap mempunyai dua mod: mod kawalan tempatan dan mod kawalan jauh. Pada komputer atas kawalan pusat, terdapat dua pilihan: mod manual dan mod pengudaraan tepat.
Kawalan tekanan blower termasuk:
(1) Apabila kabinet kawalan utama memasuki mod tempatan, titik tetapan tekanan boleh ditetapkan secara manual secara tempatan.
(2) Apabila kabinet kawalan utama memasuki mod automatik jauh, tetapan tekanan dibahagikan kepada dua mod: pengudaraan manual dan tepat, dan suis kawalan ke bilik kawalan pusat.
Memandangkan ia mempunyai tiga mod kawalan - kawalan automatik penuh, kawalan automatik separa dan kawalan paksa manual - dan membenarkan penukaran mod sama ada di-tapak atau dalam bilik kawalan utama, sistem pengudaraan yang tepat boleh mengendalikan pelbagai situasi yang dihadapi semasa operasi loji rawatan air sisa dengan secukupnya.
1.5 Fungsi Sistem Pengudaraan Tepat
1.5.1 Pengiraan Permintaan Udara
Sistem pengudaraan yang tepat boleh mengira secara dinamik permintaan udara sebenar berdasarkan perubahan dalam pelbagai faktor dalam tangki biologi, membolehkan sistem pengudaraan membekalkan udara atas permintaan. Model pengiraan permintaan udara untuk sistem pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamRajah4.
Dalam aplikasi praktikal kawalan pengudaraan yang tepat dalam loji rawatan air sisa, sistem pengudaraan yang tepat boleh mengira permintaan udara sebenar dalam masa-sebenar apabila aliran influen dan beban kualiti berubah, memastikan pengudaraan munasabah yang memenuhi keperluan biokimia sambil menjimatkan penggunaan tenaga pengudaraan yang tidak perlu.
1.5.2 Taburan Isipadu Pengudaraan
Sistem pengudaraan yang tepat melibatkan berbilang unit kawalan pengudaraan. Sistem ini menggabungkan strategi kawalan penyahgandingan berbilang-untuk menyekat gangguan daripada-pelarasan injap tunggal pada injap lain. Ia juga mempunyai strategi kawalan bukaan optimum berbilang-injap, membolehkan pelarasan bukaan injap yang pantas dan optimum untuk mencapai penghantaran dan pengedaran volum pengudaraan yang pantas dan tepat di antara unit kawalan pengudaraan yang berbeza.
1.5.3 Kawalan Pengoptimuman Blower
Penjimatan tenaga dalam proses pengudaraan dicapai dengan mengoptimumkan operasi blower. Teras sistem pengudaraan adalah mengawal operasi blower berdasarkan parameter operasi. Di satu pihak, pelarasan blower perlu mempertimbangkan parameter operasi sebenar; sebaliknya, pelarasan blower juga mesti mempertimbangkan perlindungan peralatan. Prinsip umum adalah untuk mengendalikan blower di bawah keadaan yang paling ekonomik sambil menghalang keadaan blower yang tidak normal (seperti lonjakan).
Sistem pengudaraan yang tepat mengira isipadu udara yang diperlukan berdasarkan parameter operasi proses semasa dan kemudian menghantar isyarat kepada kabinet kawalan blower. Operasi seperti peniup mula/berhenti dan bukaan pelarasan dilakukan berdasarkan jumlah titik tetapan volum udara untuk memenuhi permintaan pengudaraan sistem biologi, manakala tekanan perlindungan lonjakan digunakan untuk melindungi peniup daripada lonjakan. Blower ialah peralatan proses teras dalam loji rawatan air sisa. Sistem pengudaraan yang tepat harus mengawal operasi blower untuk memenuhi permintaan pengudaraan tangki biologi sambil menghalang lonjakan blower.
2 Pentauliahan Sistem Pengudaraan Tepat
Untuk memastikan operasi normal sistem pengudaraan yang tepat, peranti individu dalam sistem mesti dimulakan satu demi satu. Selepas itu, pentauliahan diselaraskan injap pengudaraan tangki biologi dan peniup adalah perlu, menetapkan isipadu udara blower dan mengawal selia pemantauan tekanan saluran paip. Semasa pentauliahan, semua operasi dan pelarasan mesti memastikan tiada kesan ke atas pengeluaran. Khususnya, langkah berjaga-jaga untuk operasi blower kecemasan harus dititikberatkan:
(1) Semasa jangka pendek-turun naik ketara dalam bukaan blower. Sistem ini menggunakan peniup emparan galas magnetik, yang boleh menerima titik set yang dihantar oleh sistem pengudaraan tepat dalam masa-sebenar. Peniup melaraskan masa pembukaan dan tindakannya berdasarkan perbezaan. Sistem pengudaraan yang tepat mempunyai mekanisme perlindungan keselamatan untuk turun naik blower untuk mengelakkan lonjakan yang disebabkan oleh turun naik. Sebab-sebab yang mungkin untuk-turun naik ketara jangka pendek dalam pembukaan blower termasuk perubahan mendadak dalam kualiti influen, parameter pelarasan sistem yang tidak sepadan, perubahan mendadak dalam tekanan saluran paip dan kegagalan instrumen tangki biologi. Untuk keselamatan peralatan, untuk mengelakkan turun naik tekanan saluran paip yang besar dan risiko lonjakan blower, sistem pengudaraan yang tepat boleh ditindih secara manual dan ditukar kepada mod manual.
(2) Semasa blower melonjak. Semasa pentauliahan awal, lonjakan blower kadangkala tidak dapat dielakkan. Sebab yang mungkin termasuk penyelarasan yang tidak mencukupi antara injap dan peniup, yang membawa kepada peningkatan tekanan saluran paip dan lonjakan; atau parameter blower yang tidak munasabah itu sendiri, dengan pelarasan pembukaan terlalu cepat, menyebabkan blower itu sendiri melonjak. Apabila kerosakan ini berlaku, sistem pengudaraan yang tepat boleh ditindih secara manual dan ditukar kepada mod manual untuk operasi.
3 DO Kawalan Keberkesanan dan Hasil Penjimatan Tenaga Sistem Pengudaraan Tepat
3.1 DO Kawalan Keberkesanan Sistem Pengudaraan Tepat
Pengesahan keberkesanan sistem pengudaraan yang tepat untuk projek ini dijalankan terutamanya dengan membandingkan senario dengan dan tanpa campur tangan sistem. Kaedah kawalan tradisional tidak dapat bertindak balas dengan tepat pada masanya dan tepat kepada kesan pelbagai gangguan. Apabila nilai DO terkawal dalam talian menunjukkan turun naik yang besar, variasi Oksigen Terlarut (DO) dari semasa ke semasa di lokasi tertentu dalam tangki biologi tanpa pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamRajah 5.
Berbanding dengan kaedah kawalan tangki biologi tradisional, kaedah kawalan pengudaraan yang tepat boleh mengawal DO dalam tangki biologi dengan lebih tepat, menunjukkan kebolehsuaian yang lebih kuat, dengan itu membolehkan pengudaraan dan penjimatan tenaga yang lebih baik. Trend Oksigen Terlarut (DO) di lokasi tertentu dalam tangki biologi dengan pengudaraan yang tepat ditunjukkan dalamRajah 6.
Mengikut keputusan operasi percubaan sistem kawalan tepat dalam projek ini, kebarangkalian nilai DO yang diedarkan dalam ±0.5 mg/L titik set sasaran ialah 90%; kebarangkalian dalam ±0.3 mg/L ialah 30%; dan kebarangkalian dalam ±0.2 mg/L ialah 20%, memenuhi keperluan reka bentuk dan keperluan operasi sebenar.
3.2 Hasil Penjimatan Tenaga Kawalan DO dengan Sistem Pengudaraan Tepat
Dalam loji-berbilang peringkat air sisa AAO, sistem pengudaraan yang tepat mengira jumlah isipadu udara yang diperlukan dalam masa-sebenar berdasarkan aliran influen semasa dan beban semasa kawalan blower. Ia kemudian menghantar jumlah titik tetap permintaan udara ke kabinet kawalan utama blower, yang mengawal selia blower yang berkaitan mengikut sasaran yang ditetapkan. Ini memastikan volum pengudaraan memenuhi permintaan sebenar di bawah kedua-dua keadaan beban tinggi dan rendah sambil mengurangkan penggunaan tenaga pengudaraan yang tidak perlu. Di bawah kawalan tradisional, blower biasanya beroperasi secara berterusan pada kuasa yang agak tinggi. Melalui kawalan peniup sistem pengudaraan yang tepat,-masa sebenar pelarasan kuasa operasi dicapai, mencapai matlamat untuk menjimatkan tenaga.
Selepas mengguna pakai sistem pengudaraan yang tepat, loji rawatan air kumbahan AAO berbilang{0}}berperingkat mendapat manfaat daripada pengendalian biasa peralatan rawatan, data instrumen yang tepat, aliran influen yang stabil dan kualiti (tidak melebihi ±20% daripada nilai reka bentuk), tekanan operasi blower yang mencukupi, isipadu udara boleh laras berterusan dan operasi tekanan berterusan automatik kabinet kawalan utama.
4 Kesimpulan
Aplikasi sistem pengudaraan yang tepat dalam loji rawatan air sisa AAO berbilang-bertujuan untuk menyediakan penyelesaian operasi yang diperhalusi untuk peringkat pengudaraan proses rawatan air sisa. Penyelesaian sistem pengudaraan yang tepat sepadan sepenuhnya dengan keadaan operasi loji, mencapai kawalan pengudaraan yang tepat. Atas dasar ini, persekitaran biokimia mikrob kekal stabil, dengan itu membantu loji rawatan air kumbahan dalam mencapai sistem pengudaraan yang ditapis, penjimatan tenaga dan automatik, seterusnya meningkatkan kestabilan kualiti efluen.