Kajian Semula dan Prestasi Sistem Pengudaraan-Buih Halus dalam Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran

Kajian Semula dan Prestasi Sistem Pengudaraan-Buih Halus dalam Loji Rawatan Air Sisa Perbandaran

pengenalan

Pada masa ini, proses rawatan air sisa utama yang digunakan di China termasuk parit pengoksidaan, SBR, enapcemar teraktif, dan lain-lain. Proses parit pengoksidaan mempunyai masalah penggunaan tenaga yang tinggi, terutamanya dalam bahagian biologi, yang menyumbang 65%–80% daripada jumlah penggunaan tenaga. Peralatan pengudaraan biasa yang digunakan dalam proses parit pengoksidaan termasuk berus pengudaraan, cakera pengudaraan, pengudara aci menegak dan pengudara-buih halus. Contohnya, selepas loji rawatan air sisa perbandaran di bandar tertentu berubah daripada pengudaraan mekanikal permukaan tradisional kepada pengudaraan gelembung-halus bawah, penggunaan tenaga berkurangan sebanyak 20.11%, manakala kualiti air rawatan menjadi lebih stabil. Selain itu, pengudaraan buih halus-mempunyai ciri bekalan oksigen yang dizonkan, yang boleh memberikan bekalan oksigen yang tepat mengikut permintaan oksigen di kawasan berlainan parit pengoksidaan, meningkatkan lagi kecekapan penyingkiran nitrogen dan fosforus.

Sistem pengudaraan permukaan di loji rawatan air sisa perbandaran tertentu telah beroperasi selama lebih sepuluh tahun, dengan masalah penuaan peralatan dan operasi yang serius. Sukar untuk memenuhi piawaian pelepasan terkini, menjadikan pengubahsuaian teknikal mendesak. Projek ini menaik taraf sistem kepada-sistem pengudaraan buih yang halus, yang boleh mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara, mengoptimumkan operasi, memanjangkan hayat peralatan dan mengurangkan kos penyelenggaraan, selaras dengan dasar penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan tenaga negara. Projek pengubahsuaian ini melaksanakan amalan pembinaan hijau semasa pembongkaran dan pemasangan peralatan: kitar semula terperingkat peralatan lama, penggunaan pemasangan pasang siap dan penggunaan-bunyi rendah,-jentera pelepasan rendah, mencapai penjimatan tenaga dwi-dimensi "proses-pembinaan dan menyokong pembangunan loji rawatan air sisa.

1 Gambaran Keseluruhan Projek

1.1 Situasi Semasa

Loji rawatan air sisa perbandaran di bandar tertentu mempunyai jumlah kapasiti 50,000 tan/hari, dibina dalam tiga fasa. Fasa I mengguna pakai proses parit pengoksidaan, Fasa II dan projek rawatan lanjutan juga menerima pakai proses parit pengoksidaan, dengan rawatan lanjutan seterusnya menggunakan pemendapan pembekuan + penapisan media kain + proses pembasmian kuman ultraviolet. Fasa III menggunakan proses A²O yang diubah suai. Pada masa ini, efluen memenuhi piawaian DB32/1072-2018.

1.2 Masalah Sedia Ada

1.2.1 Kesan Rangkaian Paip Luaran

Air sisa dalam skop pengumpulan rangkaian paip loji ini termasuk sumbangan daripada banyak perusahaan perindustrian. Semasa operasi harian, mungkin terdapat kesan daripada air sisa yang tidak normal daripada perusahaan industri, menyebabkan nilai DO dalam tangki biologi menjadi sangat rendah, malah mencecah 0 mg/L, gagal memenuhi keperluan pengeluaran. Sementara itu, disebabkan perubahan dalam keadaan luaran, apabila lebih banyak perusahaan perindustrian dalam kawasan perkhidmatan membuang air sisa ke dalam rangkaian paip, loji ini akan menghadapi kualiti air yang lebih teruk pada masa hadapan. Setelah influen turun naik, oksigen terlarut dalam tangki biologi akan berkurangan dengan ketara, dan julat pelarasan isipadu pengudaraan daripada cakera berputar adalah terhad. Dalam beberapa tempoh, DO dalam tangki aerobik mencapai 0 mg/L, memaksa loji untuk mengurangkan kapasiti rawatan sebagai tindak balas, memberi kesan ketara kepada persekitaran aerobik tangki biologi dan kapasiti rawatan.

1.2.2 DO Rendah dalam Tangki Pengudaraan

Disebabkan oleh kerosakan cakera berputar yang menyebabkan kecekapan pengoksigenan rendah pengudara, semasa operasi pengeluaran sebenar, data operasi sejarah menunjukkan bahawa purata nilai DO daripada instrumen di tengah dan alur keluar tangki pengudaraan tidak melebihi 1 mg/L, dengan yang paling rendah mencapai 0 mg/L, menjejaskan keberkesanan tindak balas biokimia dengan teruk.

1.2.3 Penggunaan Tenaga Tinggi

Tangki biologi Fasa I dan II tumbuhan ini adalah dalam bentuk parit pengoksidaan. Parit pengoksidaan Fasa I menggunakan 8 pengudara cakera berputar dengan kuasa 18.5 kW, dengan jumlah kuasa pengudara permukaan 148 kW. Parit pengoksidaan Fasa II ialah empat-jenis parit Carrousel saluran, menggunakan 13 pengudara penyebu-sendiri Hitachi, termasuk 2 set 11 kW, 2 set 18.5 kW dan 9 set 15 kW, dengan jumlah kuasa pengudaraan permukaan sebanyak 194 kW. Di bawah operasi biasa, untuk memastikan isipadu air yang mencukupi, disebabkan kecekapan pengoksigenan rendah peralatan bekalan oksigen sedia ada, semua pengudaraan mesti dihidupkan sepenuhnya.

Penggunaan kuasa bagi setiap tan air untuk pengudaraan Fasa I dan II ialah: (18.5 kW*7+194)*24*0.75/25,000=0.2392 RMB/tan. Berdasarkan tinjauan penggunaan kuasa sistem biologi di beberapa loji rawatan air sisa domestik perbandaran sekitar, penggunaan tenaga untuk 25,000 tan/hari loji air sisa domestik perbandaran menggunakan sistem pengudaraan gelembung-denda bawah secara amnya ialah 0.09–0.1 RMB/tan. Penggunaan tenaga pengudara cakera berputar adalah 2.4–2.7 kali ganda daripada sistem pengudaraan buih halus-bawah, menunjukkan penggunaan tenaga yang agak tinggi.

1.2.4 Kadar Kegagalan Peralatan yang Tinggi

Apabila pengudara cakera berputar semakin tua, kadar kegagalan peralatan meningkat secara beransur-ansur. Selepas 11 tahun beroperasi di kilang ini, sistem pengudaraan cakera berputar membangunkan ubah bentuk cakera, menyebabkan beban peralatan yang tinggi dan getaran yang ketara. Penggunaan jangka-panjang menyebabkan bahagian bawah longgar, mengakibatkan salah jajaran pada kedua-dua hujung dan masalah lain, menyebabkan kehausan galas meningkat dan kadar kegagalan yang tinggi. Aci utama, pendesak, gandingan, dan gear asas telah menjalani pelbagai pembaikan atau penggantian, pada dasarnya mencapai titik penggantian. Galas dan bilah kepala pengudara bagi-pengudara penyebuan sendiri telah haus teruk. Statistik terkini menunjukkan bahawa loji itu mengalami hampir 30 pembaikan setiap tahun untuk pengudara cakera berputar dan-pengudara penyebuan sendiri.

2 Reka Bentuk Penyelesaian Teknikal Retrofit

Pendekatan pengubahsuaian keseluruhan ialah: keluarkan pengudara cakera berputar asal dan gantikannya dengan pengudaraan gelembung-halus bawah, dengan tambahan peniup yang sepadan; menaikkan empangan efluen tangki biologi untuk meningkatkan kedalaman air berkesan tangki biologi; tambah pengadun dalam bahagian aerobik menggunakan struktur saluran asal untuk mengelakkan pengumpulan enapcemar setempat.

2.1 Pemilihan dan Susun Atur Aerator

2.1.1 Parameter Cakera Aerator

Model cakera pengudara membran EPDM DD330 telah dipilih, seperti ditunjukkan dalamRajah 1, dengan parameter khusus ditunjukkan dalamJadual 1.

2.1.2 Susun Atur Cakera Aerator

Bilangan cakera aerator: Luas jaring bawah tangki Fasa I 864 m², luas jaring bawah tangki Fasa II 1,412 m², kawasan servis purata 0.8 m²/cakera, dengan faktor keselamatan 1.05–1.10. Jumlah akhir cakera pengudaraan ditentukan: Fasa I 1,150 cakera, Fasa II 1,900 cakera.

Prinsip reka letak: Teragih sama rata dalam corak grid segi tiga biasa. Pembersihan dari dinding tangki Lebih besar daripada atau sama dengan 0.3 m untuk mengelakkan zon mati; kelegaan dari dinding sekatan saluran Lebih besar daripada atau sama dengan 0.4 m untuk memudahkan penyelenggaraan. Pembahagian sepanjang arah aliran air, dengan satu injap kawalan udara elektrik bagi setiap zon untuk mencapai kawalan zon DO. Elakkan port sedutan pam enap cemar, palung pensampelan dan dulang kabel, melaraskan jarak setempat kepada 1.5 m sambil mengekalkan kawasan servis setiap cakera Kurang daripada atau sama dengan 0.8 m².

Ketinggian pemasangan dan penggredan paip: Permukaan atas cakera membran adalah 0.25 m dari bahagian bawah tangki, memastikan rendaman Lebih besar daripada atau sama dengan 5.0 m pada paras air minimum untuk mengelakkan lonjakan kipas. Paip cawangan menggunakan ABS DN50 dengan pengedaran udara berlubang; paip utama disusun dalam gelung, dengan halaju udara dikawal pada 10–12 m·s⁻¹, bahan SS304. Sepasang kelengkapan sambungan cepat bebibir-diberikan untuk setiap 10 cakera, membenarkan pengangkatan keseluruhan untuk penyelenggaraan tanpa mengeringkan tangki.

2.2 Pengoptimuman Sistem Blower

2.2.1 Menambah Blower

Peniup penggantungan udara yang diimport telah dibeli sebagai unit utama, dan bilik peniup baru telah dibina dengan saluran udara keluli tahan karat ditambah.

2.2.2 Pemilihan Blower

Berdasarkan keadaan operasi sebenar loji dan mempertimbangkan perubahan kualiti air pada masa hadapan, kepekatan COD influen dalam pelan pengubahsuaian tidak jauh berbeza daripada nilai reka bentuk, dengan purata kepekatan kira-kira 320 mg/L. Kepekatan BOD dikira berdasarkan nilai reka bentuk Fasa III 150 mg/L, dan penunjuk influen lain dikira berdasarkan kepekatan influen reka bentuk Fasa III. Isipadu udara operasi yang diperlukan untuk Fasa I dan II loji ialah 103.7 m³/min (6,225.1 m³/j, dua unit tugas dan satu siap sedia, isipadu udara unit tunggal 50 m³/min).

Dengan mengambil kira pelbagai faktor secara menyeluruh, dua peniup suspensi udara import NX75-C060 telah dibeli sebagai unit utama untuk Fasa I dan II. Bilik blower baharu perlu dibina, sementara terletak di sebelah selatan bengkel penyahairan enap cemar asal, dengan saluran udara keluli tahan karat ditambah pada parit pengoksidaan. Parameter blower: tekanan udara 0.049 MPa, isipadu udara 50 m³/min, dengan kuasa keluaran maksimum 64.3 kW di bawah keadaan operasi ini.

2.2.3 Retrofit Sistem Pengudaraan

Kaedah pengudaraan ditukar kepada pengudaraan bawah. Tangki biologi Fasa I dan II menggunakan bilangan pengudara cakera dan paip pengudaraan UPVC yang sepadan. Pendekatan pengubahsuaian khusus: Tangki biologi Fasa I dijangka menggunakan 780 set pengudara cakera DD330 dan paip pengudaraan UPVC, tangki biologi Fasa II dijangka menggunakan 1,276 set pengudara cakera DD330 dan paip pengudaraan UPVC, dengan volum udara operasi pengudara tunggal sebanyak 3.45 m³/j. Susun atur kepala pengudara ditunjukkan dalamRajah 2 dan 3.

2.3 Pengoptimuman Parameter Proses

2.3.1 Pengezonan Parit Pengoksidaan dan Strategi Kawalan DO

Sepanjang arah aliran air parit pengoksidaan, bahagian pengudaraan dibahagikan kepada empat zon. Zon 1: DO 0.3–0.5 mg/L, Zon 2: DO 0.2–0.3 mg/L, Zon 3: DO 1.5–2.0 mg/L, Zon 4: DO 1.0–1.5 mg/L. Instrumen proses nitrogen ammonia dipasang pada titik kadar tindak balas nitrifikasi tertinggi antara Zon 2 dan Zon 3, akhirnya mengawal efluen NH₃-N Kurang daripada atau sama dengan 1.5 mg/L.

2.3.2 Pengoptimuman Tempoh Pengudaraan

Modul "pengudaraan sekejap" telah ditambahkan pada sistem SCADA sedia ada, membentuk instrumen dalam talian DO + gelung tertutup dwi masa untuk memastikan DO di tengah bahagian aerobik kekal pada 0.2 mg/L. Jika 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 Analisis Kesan Retrofit

Kesan pengubahsuaian kejuruteraan ini terhadap keseluruhan operasi proses telah diperiksa dengan membandingkan perubahan dalam bahan pencemar efluen sebelum dan selepas pengubahsuaian.

3.1 Perbandingan Kualiti Air Efluen Sebelum dan Selepas Retrofit

Kualiti air efluen sebelum dan selepas pengubahsuaian cenderung stabil, seperti yang ditunjukkan dalamRajah 4. Sebelum dan selepas pengubahsuaian, purata COD efluen kekal di bawah 30 mg/L, TP pada asasnya kekal Kurang daripada atau sama dengan 0.3 mg/L, NH₃-N Kurang daripada atau sama dengan 1.5 mg/L, manakala TN turun naik sekitar 10 mg/L. Kualiti air keseluruhan mencapai kuasi-standard air permukaan Kelas IV, jauh melebihi standard pelepasan yang diperlukan untuk loji.

Untuk menganalisis dengan lebih intuitif kesan pengubahsuaian ke atas kualiti air,-trend kualiti air efluen satu tahun sebelum dan selepas pengubahsuaian dibandingkan, menghasilkanRajah 5. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa, tanpa mengambil kira kesan perubahan kepekatan influen, turun naik kepekatan efluen COD dan TP selepas pengubahsuaian adalah lebih stabil berbanding sebelum pengubahsuaian. Walaupun nilai purata penunjuk nitrogen meningkat berbanding sebelum pengubahsuaian, aliran keseluruhan secara relatifnya stabil, menyebabkan penggunaan tenaga tumbuhan keseluruhan yang lebih rendah dan penjimatan bahan kimia.

3.2 Perbandingan Penyingkiran Bahan Pencemaran Sebelum dan Selepas Retrofit

Disebabkan penambahbaikan dalam sistem pengudaraan, penggunaan elektrik loji keseluruhan menurun sebanyak 1.7% berbanding sebelum ini, manakala kapasiti rawatan meningkat sebanyak 8.33%, dan pengurangan bahan pencemar yang sepadan juga meningkat, seperti yang ditunjukkan dalamRajah 6. Selepas pengiraan, pengurangan COD meningkat sebanyak 948.5 tan, TP meningkat sebanyak 7.0 tan, NH₃-N meningkat sebanyak 100.4 tan dan TN meningkat sebanyak 125.9 tan.

Pembuangan bahan pencemar sebenar juga berubah dengan sewajarnya, seperti yang ditunjukkan dalamJadual 2. Selepas pengubahsuaian, kecuali penurunan dalam kadar penyingkiran NH₃-N, kadar penyingkiran untuk semua penunjuk lain meningkat.

3.3 Perbandingan Penggunaan Tenaga Sebelum dan Selepas Retrofit

Penggunaan tenaga projek pengubahsuaian ini ditunjukkan dalamJadual 3. Selepas pengubahsuaian, penggunaan kuasa bagi setiap tan air untuk sistem pengudaraan tangki biologi Fasa I menurun sebanyak 67.3%, dan untuk Fasa II menurun sebanyak 80.9%. Purata penggunaan kuasa loji keseluruhan bagi setiap tan air menurun sebanyak 55.3%, menunjukkan kesan penjimatan tenaga-yang ketara. Penggunaan kuasa loji keseluruhan bagi setiap tan air menurun kepada 0.21 kW·h/m³, dalam julat nilai penggunaan tenaga untuk proses parit pengoksidaan yang serupa di seluruh negara (0.292±0.192) kW·h/m³. Penggunaan kuasa per unit berat bahan pencemar sebelum dan selepas pengubahsuaian untuk keseluruhan loji ditunjukkan dalamJadual 4. Selepas pengubahsuaian keseluruhan sistem pengudaraan tumbuhan, penggunaan kuasa setiap 1 kg COD dirawat menurun sebanyak 26.2%, setiap 1 kg TP dirawat menurun sebanyak 15.7%, setiap 1 kg NH₃-N dirawat menurun sebanyak 29.3%, dan setiap 1 kg TN dirawat menurun sebanyak 36}1%, menunjukkan kesan penjimatan tenaga yang baik.{1}

3.4 Perbandingan Kimia Sebelum dan Selepas Retrofit

Sebelum pengubahsuaian, disebabkan kegagalan sistem pengudaraan yang kerap, DO dalam sistem biologi sukar dikawal, dan memenuhi piawaian penunjuk nitrogen memerlukan penambahan sumber karbon luaran untuk memastikan keberkesanan penyingkiran. Selepas pengubahsuaian, penambahan sumber karbon luaran pada asasnya tidak lagi diperlukan. Selepas pengubahsuaian, penyingkiran fosforus biologi dan kecekapan denitrifikasi bertambah baik dengan ketara, dan bahan kimia penyingkiran fosforus PAC dan bahan kimia penyahair enapcemar turut dikurangkan. Kos kimia tahunan menurun kira-kira 167,000 RMB berbanding sebelum ini. Perubahan khusus ditunjukkan dalamJadual 5.

3.5 Perbandingan Pelaburan Sebelum dan Selepas Retrofit

Sebelum pengubahsuaian, kos tahunan untuk pengudara permukaan ialah 1.6281 juta RMB, dengan kos pembaikan peralatan tahunan tidak kurang daripada 250,000 RMB. Selepas pengubahsuaian, kos tahunan untuk blower dan mixer ialah 714,600 RMB. Berdasarkan pengiraan ini, penjimatan kos elektrik tahunan ialah 913,500 RMB, ditambah dengan penjimatan kos pembaikan tahunan sebanyak 250,000 RMB, berjumlah penjimatan tahunan sebanyak 1.1635 juta RMB. Berdasarkan jumlah pelaburan sebanyak 3.704 juta RMB, tempoh bayaran balik ialah 3.18 tahun.

3.6 Kestabilan Proses

Sebelum pengubahsuaian, semasa tempoh kerosakan, oksigen terlarut dalam tangki biologi kebanyakannya dikekalkan di bawah 1.0 mg/L. Selepas pengubahsuaian, oksigen terlarut dalam tangki biologi purata 1.5-2.0 mg/L. Bergantung pada kepekatan influen dan keperluan proses, julat pelarasan oksigen terlarut boleh menjadi 1.0–2.5 mg/L. Apabila kepekatan influen tinggi, paras oksigen terlarut normal dalam tangki biologi juga boleh dikekalkan dengan melaraskan keluaran blower. Oleh itu, selepas pengubahsuaian, syarat pematuhan efluen yang stabil dipenuhi.

4 Kesimpulan

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·j, DO kerap<1 mg/L, and annual repair cost increases >15%, boleh meniru pengubahsuaian teknikal ini. Berdasarkan penjimatan elektrik sebanyak 55.3%, tempoh bayaran balik 3.18-tahun dan faedah marginal sebanyak 3%–5% peningkatan dalam kadar pengurangan bahan pencemar daripada contoh ini, pelaburan pengubahsuaian mempunyai margin keselamatan yang tinggi dan boleh membuka kunci potensi pengurangan karbon serta-merta, menyediakan keadaan yang boleh ditiru dan mencukupi untuk menaik taraf hijau dan rendah karbon pengoksidaan parit lama