Tarkan ilmastusjärjestelmän suunnittelu ja käyttöönotto monivaiheiseen AAO-jätevedenpuhdistamoon{0}}
Yleiskatsaus
Jätevesien käsittely on tärkeä osa kaupunkirakentamista. Viime vuosina Kiinan jätevedenkäsittelyteollisuus on kehittynyt nopeasti. Jätevedenpuhdistamoiden syvä osallistuminen yhteistyöhön päästöjen vähentämiseen on tärkeä tuki vähähiilisen-yhteiskunnan rakentamiselle, vähähiilisen-talouden kehittämiselle ja kestävän kaupunkikehityksen saavuttamiselle. "Dual Carbon" -tavoitteiden puitteissa vähähiilisen-jätevedenpuhdistamoiden käsite on herättänyt alan huomiota. Vähähiilisten jätevedenpuhdistamoiden kehitysstrategian mukauttamiseksi on analysoitava ja tutkittava tärkeimpiä energiansäästöön ja päästöjen vähentämiseen vaikuttavia tekijöitä.
Suurin osa kotitalouksien jätevesien käsittelystä käyttää aktiivilieteprosesseja. Avaintekijä tässä käsittelyssä on riittävän määrän happea toimittaminen biologisten säiliöiden mikro-organismien hapetusreaktioihin, mikä tekee ilmastusmäärän hallinnasta ratkaisevan tärkeää. Manuaalisilla kytkimillä saavutettu perinteinen ilmanvaihdon hallinta perustuu ensisijaisesti paikan päällä olevien-käyttäjien kokemukseen, mikä johtaa merkittävään epävarmuuteen ja tuhlaukseen. Tarkkojen ilmastusjärjestelmien automaattisen ohjauksen saavuttamiseksi ja manuaalisten toimenpiteiden vähentämiseksi tutkijat ovat tutkineet laajasti ilmanvaihdon ohjausmenetelmiä, mukaan lukien sumea ohjaus, hermoverkkoja, sumeita hermoverkkoja, geneettisiä algoritmeja ja tukivektorikoneita. Tässä artikkelissa keskitytään Shenzhenissä sijaitsevan jätevedenkäsittelylaitoksen monivaiheiseen AAO-prosessiin. Siinä analysoidaan ja tehdään yhteenveto sen tarkan ilmastusjärjestelmän suunnittelu- ja käyttöönottoprosessista, jotta voidaan tarjota vertailukohta vastaaviin projekteihin.
1 Järjestelmän yleiskatsaus
1.1 Tarkan ilmastusjärjestelmän periaate
Biologinen käsittely on jätevedenkäsittelyprosessin tärkein vaihe, jonka tyypillisesti pyritään poistamaan tai vähentämään jäteveden kohdeaineita, jotta ne täyttäisivät päästöstandardit ylläpitämällä kestävää ja tehokasta mikrobikasvua ja edistämällä biokemiallisia prosesseja. Perinteiset valvontastrategiat eivät pysty vastaamaan oikea-aikaisesti ja tarkasti nykyaikaisten jätevedenpuhdistamoiden toimintaparametrien muutoksiin. Ensimmäisen koekäytön aikana säädöt tehdään usein vain puhaltimiin tai päätteiden ilmastusputkiin, jolloin reaktiosäiliöiden ilmastusmäärän säätö ei onnistu reaaliajassa, -on-demand-säätö perustuu todellisiin käyttöolosuhteiden muutoksiin ja samalla saavutetaan energiansäästö.
Liuennut happi (DO) on ensisijainen biologiseen käsittelyprosessiin vaikuttava tekijä. DO-ohjauksen laatu vaikuttaa suoraan jätevedenkäsittelyn tehokkuuteen. Tarkka ilmastusjärjestelmä esittelee moni-parametrisen ohjausmenetelmän, jossa yhdistyvät "feedforward + palaute + malli", joka käsittelee tehokkaasti ominaisuuksia, kuten suuria aikaviiveitä ja epälineaarisuutta jätevedenpuhdistamoissa. Siinä tarkastellaan perusteellisesti puhaltimia, ilmastusputkien säätöventtiilejä sekä DO- ja vesikuormitusta, jotta biologisen reaktioprosessin tarkka hallinta saadaan aikaan -demand-ilmastuksella, mikä parantaa järjestelmän toiminnan vakautta ja säästää energiaa.
Jätevedenpuhdistamoissa eteenpäinkytkentäsignaalit sisältävät pääasiassa tulovirta- ja laatusignaaleja; takaisinkytkentäsignaalit sisältävät pääasiassa DO:n, MLSS:n ja biologiset säiliön tasosignaalit.
Tarkkojen ilmastusjärjestelmien DO-ohjausstrategiassa on tyypillisesti kaksi lähestymistapaa: ohjaustavoitteen asettaminen vakioarvoksi tai dynaamiseksi arvoksi.
Yleensä strategiassa, jossa DO-säätötavoite asetetaan vakioarvoksi, tarkka ilmastusjärjestelmä laskee tarvittavan ilmamäärän kullekin biologiselle säiliövyöhykkeelle ja vaaditun kokonaisilmamäärän perustuen signaaliin, kuten sisääntulon laatu, sisäänvirtaus, DO-asetuspiste ja biologinen säiliön MLSS. Sen jälkeen se säätää puhaltimen pääohjausjärjestelmää ja ilmastusputkien sähköventtiilejä vastaamaan ilmansyötöä kysyntään, mikä saavuttaa DO-tavoitearvon hallinnan.
Ottamalla käyttöön tarkan ilmastusjärjestelmän jätevedenpuhdistamot voivat saavuttaa paremmin seuraavat tavoitteet:
(1) Vähennä energiankulutusta käsiteltyä jätevesiyksikköä kohti, mikä alentaa kustannuksia.
(2) Parantaa jätevedenkäsittelyn yleistä vakautta ja luotettavuutta.
(3) Säädä ilmastusta automaattisesti käsitellyn veden kuormituksen ja saastekuorman perusteella, mikä todella saavuttaa tarpeen mukaan tapahtuvan ilmastuksen ja automaattisen ohjauksen.
(4) Parantaa jäteveden laatua ja lisätä jäteveden laadun vaatimustenmukaisuutta.
1.2 Tarkan ilmastusjärjestelmän kokonaissuunnittelu
Tämän jätevedenpuhdistamon suunniteltu puhdistuskapasiteetti on 50 000 m³/d. Se käyttää monivaiheista-AAO-prosessia, joka on varustettu kahdella biologisella säiliöllä. Tärkeimmät jäteveden laatuindikaattorit täyttävät pintavesiluokan IV standardit. Jätevedenkäsittelyprosessin virtaus näkyy kuvassaKuva 1.
Hankkeessa on 2 biologista säiliötä. Jokainen biologinen säiliö on jaettu 6 DO-valvontavyöhykkeeseen, jolloin yhteensä 12 DO-valvontavyöhykettä tehtaan biologisille säiliöille. Sen tarkan ilmastusjärjestelmän suunnittelukaavio on esitetty kuvassaKuva 2.
Tarkan ilmastuksen saavuttamiseksi tarvitaan täydellinen ohjausverkko tarkalle ilmastusjärjestelmälle. Tarkan ilmastusjärjestelmän automaatioviestintätopologia on esitetty kuvassaKuva 3.
Tarkka ilmastusjärjestelmän pääasema saa suoraan asiaankuuluvat parametrit ilmastuspuhaltimista tiedonsiirron kautta, kerää signaaleja paikan päällä olevilta-valvontalaitteilta ja lähettää ohjauksen säätökomennot laitteiden venttiileille ja puhallinjärjestelmään. Näin saadaan aikaan täysin automaattinen ilmastusprosessin ohjaus ja virtauksensäätöventtiilien ja puhaltimien koordinoitu säätö.
1.3 Tarkan ilmastusjärjestelmän laitteistokomponentit
Yksi online-DO-analysaattori on konfiguroitu jokaiselle DO-ohjausvyöhykkeelle. Yksi lämpökaasun virtausmittari ja yksi sähköinen ohjausventtiili on konfiguroitu kutakin DO-säätövyöhykettä vastaavaan ilmastushaaraputkeen. Puhallinhuoneen pääpoistoputkeen on asennettu yksi lämpökaasuvirtausmittari ja yksi paineanturi.
Tarkan ilmastusjärjestelmän laitteiden ja instrumenttien kokoonpanotaulukko on esitetty kuvassaTaulukko 1.
1.4 Tarkan ilmastusjärjestelmän ohjelmistokomponentit
Tarkka ilmastusjärjestelmän ohjelmisto on asennettu ja toimii täsmällisen ilmastusjärjestelmän työasemalla, joka toimii järjestelmän ydinkäsittelyyksikkönä. Kerättyjen kenttäsignaalien perusteella tämä yksikkö laskee biologisten säiliöiden biologisen ilmantarpeen mallin avulla ja antaa samanaikaisesti säätökomentoja kenttäohjauslaitteille. Toiminnallisesti se sisältää ydinmoduuleja, kuten ilmastustilavuuden laskentamoduulin, ilmanjakomoduulin ja puhaltimen optimoinnin asetusmoduulin.
Tarkka ilmastusjärjestelmän ohjelmisto on suunniteltu ensisijaisesti seuraavien kahden näkökohdan perusteella:
(1) Tarkka ilmastusjärjestelmä jakaa aerobisen osan useisiin itsenäisiin DO-säätövyöhykkeisiin, jotka pystyvät mukautumaan prosessin ohjausvirtauksen vaatimuksiin ja säätämään automaattisesti ilmastusvirtauksen vastaamaan käsittelyyksiköiden vaatimia DO-jakeluprosessin olosuhteita.
(2) Tarkka ilmastusjärjestelmä antaa käyttäjille mahdollisuuden asettaa DO-tavoitetasoja itsenäisesti ja tukee dynaamisia DO-asetusarvoja. Mukavuuden ja käytettävyyden vuoksi asiaankuuluvat tiedot voidaan tarkastella ja konfiguroida keskusvalvomossa.
Tarkan ilmastuksen ohjausmekanismi priorisoi kentän, jota seuraa keskusohjausylempi tietokone, joka sisältää pääasiassa venttiilin ohjauksen ja puhaltimen ohjauksen.
Venttiilin ohjauksessa on kaksi tilaa: paikallinen ohjaustila ja kauko-ohjaustila. Keskusohjauksen ylätietokoneessa on kaksi vaihtoehtoa: manuaalinen tila ja tarkka ilmastustila.
Puhaltimen paineensäätö sisältää:
(1) Kun pääohjauskaappi siirtyy paikallistilaan, paineen asetusarvo voidaan asettaa manuaalisesti paikallisesti.
(2) Kun pääohjauskaappi siirtyy kauko-automaattitilaan, paineasetus on jaettu kahteen tilaan: manuaalinen ja tarkka ilmastus, ja ohjauskytkimet keskusvalvomoon.
Koska siinä on kolme ohjaustilaa - täysautomaattinen ohjaus, osittainen automaattinen ohjaus ja manuaalinen pakotettu ohjaus - ja se mahdollistaa tilanvaihdon joko paikan päällä-tai päävalvomossa, tarkka ilmastusjärjestelmä pystyy käsittelemään riittävästi erilaisia jätevedenpuhdistamon käytön aikana ilmeneviä tilanteita.
1.5 Tarkan ilmastusjärjestelmän toiminnot
1.5.1 Ilmantarpeen laskenta
Tarkka ilmastusjärjestelmä voi dynaamisesti laskea todellisen ilmantarpeen biologisten säiliöiden eri tekijöiden muutosten perusteella, jolloin ilmastusjärjestelmä pystyy toimittamaan ilmaa tarpeen mukaan. Tarkan ilmastusjärjestelmän ilmantarpeen laskentamalli on esitetty kohdassaKuva4.
Jätevedenpuhdistamoiden tarkan ilmanvaihdon ohjauksen käytännön sovelluksissa tarkka ilmastusjärjestelmä voi laskea todellisen ilmantarpeen reaaliajassa{0}}tulovirtauksen ja laatukuormien muuttuessa, mikä varmistaa kohtuullisen, biokemialliset vaatimukset täyttävän ilmastuksen ja säästää turhaa ilmastusenergian kulutusta.
1.5.2 Ilmastustilavuuden jakautuminen
Tarkka ilmastusjärjestelmä sisältää useita ilmanvaihdon ohjausyksiköitä. Järjestelmä sisältää moni-venttiilin irrotuksen ohjausstrategian, joka estää muiden venttiilien yksittäisten-venttiilisäätöjen aiheuttamat häiriöt. Siinä on myös moni-venttiilin optimaalinen avautumisen ohjausstrategia, joka mahdollistaa nopeat ja optimaaliset venttiilin avauksen säädöt nopean ja tarkan ilmastusmäärän siirtämiseksi ja jakautumiseksi eri ilmanvaihdon ohjausyksiköiden välillä.
1.5.3 Puhaltimen optimoinnin ohjaus
Energiansäästö ilmastusprosessissa saavutetaan optimoimalla puhaltimen toiminta. Ilmastusjärjestelmän ydin on puhaltimen toiminnan säätely toimintaparametrien perusteella. Toisaalta puhaltimen säädöissä on otettava huomioon todelliset toimintaparametrit; toisaalta puhaltimen säädöissä on otettava huomioon myös laitteiden suojaus. Yleisperiaate on käyttää puhaltimia taloudellisimmissa olosuhteissa samalla kun estetään epänormaalit puhallinolosuhteet (kuten jyrähdys).
Tarkka ilmastusjärjestelmä laskee tarvittavan ilmamäärän nykyisten prosessin toimintaparametrien perusteella ja lähettää sitten signaalin puhaltimen ohjauskaappiin. Toiminnot, kuten puhaltimien käynnistys/pysäytys ja aukkojen säätö, suoritetaan kokonaisilmamäärän asetusarvon perusteella biologisen järjestelmän ilmastustarpeen täyttämiseksi, kun taas ylijännitesuojapainetta käytetään suojaamaan puhaltimia jyrkältä. Puhaltimet ovat jätevedenpuhdistamoiden ydinprosessilaitteita. Tarkan ilmastusjärjestelmän tulisi säädellä puhaltimen toimintaa biologisten säiliöiden ilmastustarpeen tyydyttämiseksi ja samalla estää puhaltimen nousu.
2 Tarkan ilmastusjärjestelmän käyttöönotto
Tarkan ilmastusjärjestelmän normaalin toiminnan varmistamiseksi järjestelmän yksittäiset laitteet on ensin otettava käyttöön yksitellen. Tämän jälkeen tarvitaan biologisten säiliöiden ilmastusventtiilien ja puhaltimien koordinoitu käyttöönotto, puhaltimen ilmamäärän säätö ja putkistojen paineen valvonta. Käyttöönoton aikana kaikki toiminnot ja säädöt eivät saa vaikuttaa tuotantoon. Erityisesti hätäpuhaltimen käyttöä koskevia varotoimia tulee korostaa:
(1) Lyhyen ajan -puhaltimen avautumisen merkittävien vaihteluiden aikana. Tässä järjestelmässä käytetään magneettilaakeroituja keskipakopuhaltimia, jotka voivat vastaanottaa tarkan ilmastusjärjestelmän lähettämät asetusarvot reaaliajassa-. Puhallin säätää avautumis- ja toiminta-aikaansa eron mukaan. Tarkassa ilmastusjärjestelmässä on turvasuojamekanismi puhaltimen heilahteluille estämään heilahtelujen aiheuttamaa jyrähdystä. Mahdollisia syitä lyhyen -puhaltimen avautumisen merkittäviin vaihteluihin ovat äkilliset muutokset sisäänvirtauksen laadussa, epäsopivat järjestelmän säätöparametrit, äkilliset muutokset putken paineessa ja biologisten säiliön instrumenttien viat. Laitteiston turvallisuuden vuoksi, suurten putkistojen paineenvaihteluiden ja puhaltimen jyrkkyysriskien estämiseksi tarkka ilmastusjärjestelmä voidaan ohittaa manuaalisesti ja kytkeä manuaaliseen tilaan.
(2) Puhaltimen jännityksen aikana. Ensimmäisen käyttöönoton aikana puhaltimen tärinä on joskus väistämätöntä. Mahdollisia syitä ovat venttiilien ja puhaltimien riittämätön koordinointi, mikä johtaa lisääntyneeseen putkilinjan paineeseen ja jyrkkään nousuun; tai itse kohtuuttomat puhallinparametrit, liian nopeat avautumissäädöt, mikä aiheuttaa itse puhaltimen aaltovirran. Kun tämä vika ilmenee, tarkka ilmastusjärjestelmä voidaan ohittaa manuaalisesti ja vaihtaa manuaaliseen tilaan.
3 DO Tarkan ilmastusjärjestelmän hallinnan tehokkuus ja energiansäästötulokset
3.1 DO Ohjaa tarkan ilmastusjärjestelmän tehokkuutta
Tämän projektin tarkan ilmastusjärjestelmän tehokkuuden todentaminen suoritettiin ensisijaisesti vertaamalla skenaarioita järjestelmän toiminnan kanssa ja ilman. Perinteiset ohjausmenetelmät eivät pysty reagoimaan ajoissa ja tarkasti erilaisten häiriöiden vaikutuksiin. Kun online-ohjattu DO-arvo näyttää suuria vaihteluita, liuenneen hapen (DO) vaihtelu ajan kuluessa tietyssä paikassa biologisessa säiliössä ilman tarkkaa ilmastusta näytetäänKuva 5.
Verrattuna perinteisiin biologisiin säiliön ohjausmenetelmiin, tarkka ilmanvaihdon ohjausmenetelmä voi tarkemmin ohjata biologisen säiliön sisällä olevaa DO:ta, mikä osoittaa vahvempaa mukautumiskykyä, mikä mahdollistaa paremman ilmastuksen ja energiansäästön. Liuenneen hapen (DO) trendi tietyssä paikassa biologisessa säiliössä, jossa on tarkka ilmastus, on esitettyKuva 6.
Tämän projektin tarkan ohjausjärjestelmän koekäyttötulosten mukaan todennäköisyys sille, että DO-arvot jakautuvat ±0,5 mg/L:n sisällä tavoitearvosta, on 90 %; todennäköisyys ±0,3 mg/l:n sisällä on 30 %; ja todennäköisyys ±0,2 mg/L:n sisällä on 20 %, mikä täyttää suunnitteluvaatimukset ja todelliset käyttötarpeet.
3.2 Energiansäästötulokset DO-ohjauksesta tarkalla ilmastusjärjestelmällä
Monivaiheisessa AAO-jätevedenpuhdistamossa tarkka ilmastusjärjestelmä laskee tarvittavan kokonaisilmamäärän reaaliajassa-puhaltimen ohjauksen aikana vallitsevan tulovirtauksen ja kuormituksen perusteella. Sen jälkeen se lähettää kokonaisilmantarpeen asetusarvon puhaltimen pääohjauskaappiin, joka säätelee siihen liittyviä puhaltimia asetetun tavoitteen mukaisesti. Tämä varmistaa, että ilmastusmäärä vastaa todellisia vaatimuksia sekä korkeassa että alhaisessa kuormituksessa ja vähentää samalla turhaa ilmastusenergian kulutusta. Perinteisessä ohjauksessa puhaltimet toimivat tyypillisesti jatkuvasti suhteellisen suurella teholla. Puhaltimien tarkan ilmastusjärjestelmän ohjauksen avulla saavutetaan reaaliaikainen käyttötehon säätö-, mikä saavuttaa energiansäästötavoitteen.
Tarkan ilmastusjärjestelmän käyttöönoton jälkeen monivaiheinen AAO-jätevedenpuhdistamo hyötyy käsittelylaitteiden normaalista toiminnasta, tarkoista instrumenttitiedoista, vakaasta tulovirtauksesta ja laadusta (enintään ±20 % suunnitteluarvoista), riittävästä puhaltimen käyttöpaineesta, portaattomasti säädettävästä ilmamäärästä ja pääohjauskaapin automaattisesta vakiopainetoiminnasta.
4 Johtopäätös
Tarkan ilmastusjärjestelmän soveltaminen monivaiheisessa AAO-jätevedenpuhdistamossa pyrkii tarjoamaan hienostuneen toimintaratkaisun jätevedenkäsittelyprosessin ilmastusvaiheeseen. Tarkka ilmastusjärjestelmäratkaisu sopii täysin laitoksen käyttöolosuhteisiin, mikä takaa tarkan ilmanvaihdon hallinnan. Tällä perusteella mikrobien biokemiallinen ympäristö pysyy vakaana, mikä auttaa jätevedenpuhdistamoa saavuttamaan ilmastusjärjestelmän hienostuneen, energiaa säästävän ja automatisoidun toiminnan, mikä parantaa jäteveden laadun vakautta.