Kunnallisen jätevedenpuhdistamon hieno{0}}kuplailmastusjärjestelmän jälkiasennus ja suorituskykytutkimus

Kunnallisen jätevedenpuhdistamon hieno{0}}kuplailmastusjärjestelmän jälkiasennus ja suorituskykytutkimus

Johdanto

Tällä hetkellä Kiinassa käytetyt tärkeimmät jätevedenkäsittelyprosessit sisältävät hapetusojan, SBR:n, aktiivilietteen ja muut. Hapetusojaprosessin ongelmana on korkea energiankulutus, erityisesti biologisessa osassa, jonka osuus energian kokonaiskulutuksesta on 65–80 %. Yleisiä hapetusojitusprosesseissa käytettyjä ilmastuslaitteita ovat ilmastusharjat, ilmastuslevyt, pystyakseliset ilmastimet ja hieno{4}}kuplailmastimet. Esimerkiksi sen jälkeen, kun tietyn kaupungin kunnallinen jätevedenpuhdistamo siirtyi perinteisestä mekaanisesta pintailmastuksesta pohjahieno-kuplailmastukseen, energiankulutus laski 20,11 %, kun taas käsittelyveden laatu muuttui vakaammaksi. Lisäksi hieno-kuplailmastuksella on ominaisuus vyöhykkeellä hapensyöttö, joka voi tarjota tarkan hapentarpeen hapentarpeen mukaan hapetusojan eri alueilla, mikä parantaa entisestään typen ja fosforin poiston tehokkuutta.

Tietyn kunnallisen jätevedenpuhdistamon pintailmastusjärjestelmä oli ollut toiminnassa yli kymmenen vuotta, ja laitteiden vanheneminen ja käyttövaikeudet ovat olleet vakavia. Uusimpien purkamisstandardien täyttäminen oli vaikeaa, minkä vuoksi tekninen saneeraus oli kiireellinen. Tämä projekti päivitti järjestelmän hienoksi-kuplailmastusjärjestelmäksi, joka voi merkittävästi vähentää energiankulutusta, optimoida toiminnan, pidentää laitteiden käyttöikää ja vähentää ylläpitokustannuksia kansallisten energiansäästö- ja päästöjen vähentämiskäytäntöjen mukaisesti. Tässä kunnostusprojektissa toteutettiin vihreitä rakentamisen käytäntöjä laitteiden purkamisen ja asennuksen aikana: vanhojen laitteiden luokiteltu kierrätys, esivalmistettujen asennusten käyttöönotto ja vähäpäästöisten-meluisten-koneiden käyttö, "prosessi-rakentamisen" kaksiulotteinen-energiansäästö ja jätevedenkäsittelylaitoksen kestävän kehityksen tukeminen.

1 Hankkeen yleiskatsaus

1.1 Nykyinen tilanne

Tietyn kaupungin kunnallisen jätevedenpuhdistamon kokonaiskapasiteetti on 50 000 tonnia/vrk, ja se rakennetaan kolmessa vaiheessa. Vaihe I otettiin käyttöön hapetuskaivausprosessissa, vaihe II ja edistynyt käsittelyprojekti otettiin käyttöön myös hapetusojitusprosessi, jota seurasi edistynyt käsittely käyttämällä koagulaatiosedimentaatiota + kangassuodatus + ultravioletti-desinfiointiprosessi. Vaihe III otti käyttöön modifioidun A²O-prosessin. Tällä hetkellä jätevesi täyttää DB32/1072-2018-standardin.

1.2 Nykyiset ongelmat

1.2.1 Vaikutus ulkoiseen putkiverkkoon

Tämän laitoksen putkiverkoston keräysalueella oleva jätevesi sisältää useiden teollisuusyritysten panoksia. Päivittäisen käytön aikana teollisuusyritysten epänormaalista jätevedestä voi aiheutua vaikutuksia, jolloin biologisen säiliön DO-arvo laskee hyvin alhaiseksi, jopa 0 mg/L:iin, mikä ei täytä tuotantovaatimuksia. Samaan aikaan ulkoisten olosuhteiden muutosten vuoksi, kun yhä useammat palvelualueen teollisuusyritykset laskevat jätevettä putkiverkkoon, tämä laitos kohtaa tulevaisuudessa entistä vakavampia tuloveden laatua. Kun sisäänvirtaus vaihtelee, liuennut happi biologisessa säiliössä vähenee merkittävästi ja pyörivien kiekkojen ilmastusmäärän säätöalue on rajoitettu. Joissakin jaksoissa DO aerobisessa säiliössä saavuttaa arvon 0 mg/l, mikä pakottaa laitoksen vähentämään käsittelykapasiteettia vasteena, mikä vaikuttaa merkittävästi biologisen säiliön aerobiseen ympäristöön ja käsittelykapasiteettiin.

1.2.2 Matala DO ilmastussäiliössä

Ilmastimien alhaisen hapetustehokkuuden aiheuttamien pyörivien kiekkojen toimintahäiriöiden vuoksi todellisen tuotantotoiminnan aikana historialliset käyttötiedot osoittavat, että keskimääräiset DO-arvot ilmastussäiliön keskellä ja ulostuloaukossa olevista instrumenteista eivät ylitä arvoa 1 mg/L ja alimmillaan 0 mg/L, mikä vaikuttaa vakavasti biokemiallisen reaktion tehokkuuteen.

1.2.3 Suuri energiankulutus

Tämän laitoksen vaiheen I ja II biologiset säiliöt ovat hapetusojan muodossa. Vaiheen I hapetusojassa käytetään 8 pyörivää kiekkoilmastinta teholla 18,5 kW, pintailmastimen kokonaisteholla 148 kW. Vaiheen II hapetusoja on neli-kanavainen Carrousel-ovet, jossa käytetään 13 Hitachin itseimevää-ilmastinta, mukaan lukien 2 sarjaa 11 kW, 2 sarjaa 18,5 kW ja 9 sarjaa 15 kW, pintailmastimen kokonaisteholla 194 kW. Normaalikäytössä riittävän vesimäärän varmistamiseksi, nykyisten hapensyöttölaitteiden alhaisen hapetustehokkuuden vuoksi, kaikki ilmastimet on kytkettävä täysin päälle.

Vaiheen I ja II ilmastimien virrankulutus per tonni vettä on: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/tonni. Useiden ympäröivien kunnallisten kotitalouksien jätevedenpuhdistamoiden biologisten järjestelmien tehonkulutustutkimuksen perusteella 25 000 tonnia päivässä toimivan kunnallisen talousjätevesilaitoksen, jossa käytetään pohjahieno-kuplailmastusjärjestelmää, energiankulutus on yleensä 0,09–0,1 RMB/tonni. Pyörivän levyilmastimen energiankulutus on 2,4–2,7 kertaa alemman hieno-kuplailmastusjärjestelmän energiankulutus, mikä osoittaa suhteellisen suurta energiankulutusta.

1.2.4 Korkea laitevikaprosentti

Pyörivien levyilmastimien ikääntyessä laitteiden vikojen määrä lisääntyy vähitellen. Tämän tehtaan 11 vuoden käytön jälkeen pyörivä kiekkoilmastusjärjestelmä kehitti levyn muodonmuutoksia, mikä aiheutti suurta laitteiston kuormitusta ja merkittävää tärinää. Pitkäaikainen-käyttö johti pohjan löystymiseen, mikä johti kohdistusvirheisiin molemmissa päissä ja muihin ongelmiin, mikä lisäsi laakerien kulumista ja suuria vikoja. Pääakselit, juoksupyörät, kytkimet ja perusvaihteet ovat läpikäyneet useita korjauksia tai vaihtoja, ja ne ovat pääosin vaihtaneet pisteen. Itseimevien ilmastimien laakerit ja ilmastimen siivet{6}} olivat pahasti kuluneita. Viimeaikaiset tilastot osoittavat, että tehtaalla tehtiin lähes 30 korjausta vuodessa pyöriville kiekkoilmastimille ja itseime{9}}ilmasttimille.

2 Jälkiasennuksen teknisen ratkaisun suunnittelu

Yleinen jälkiasennustapa on: poista alkuperäiset pyörivät levyilmastimet ja vaihda ne pohjahieno{0}}kuplailmastimeen, johon on lisätty vastaavat puhaltimet; nosta biologisen säiliön jätevesipatoa biologisen säiliön tehokkaan veden syvyyden lisäämiseksi; lisää sekoittimet aerobiseen osioon käyttämällä alkuperäistä kanavarakennetta paikallisen lietteen kertymisen estämiseksi.

2.1 Ilmastimen valinta ja sijoittelu

2.1.1 Ilmastuslevyn parametrit

EPDM-kalvoilmastuslevymalli DD330 valittiin kuvan osoittamalla tavallaKuva 1, joissa on tietyt parametritTaulukko 1.

2.1.2 Ilmastuslevyn asettelu

Ilmastinlevyjen lukumäärä: Vaiheen I säiliön pohjan nettoala 864 m², vaiheen II säiliön pohjan nettoala 1 412 m², keskimääräinen huoltoala 0,8 m²/levy, varmuuskerroin 1,05–1,10. Lopullinen ilmastinlevyjen kokonaismäärä määritetty: Vaihe I 1 150 kiekkoa, Vaihe II 1 900 kiekkoa.

Asetteluperiaate: Tasaisesti jakautunut säännölliseen kolmiomaiseen ruudukkokuvioon. Etäisyys säiliön seinästä Suurin tai yhtä suuri kuin 0,3 m kuolleiden vyöhykkeiden välttämiseksi; etäisyys kanavan väliseinästä Yli tai yhtä suuri kuin 0,4 m huollon helpottamiseksi. Erota veden virtaussuunnan mukaan yhdellä sähköisellä ilmansäätöventtiilillä vyöhykettä kohti DO-vyöhykeohjauksen saavuttamiseksi. Vältä lietepumpun imuportteja, näytteenottokaukaloita ja kaapelihyllyjä säätämällä paikallisesti etäisyyttä 1,5 metriin ja säilyttäen samalla huoltoalueen levyä kohden. Alle tai yhtä suuri kuin 0,8 m².

Asennuskorkeus ja putkien luokittelu: Kalvolevyn yläpinta on 0,25 m säiliön pohjasta, mikä varmistaa upottamisen Yli 5,0 m minimivedenkorkeudella tuulettimen ylikuormituksen estämiseksi. Haaraputkissa käytetään ABS DN50 rei'itettyä ilmanjakoa; pääputket on järjestetty silmukaksi, ilman nopeus säädetty 10–12 m·s⁻¹, materiaali SS304. Jokaista 10 levyä kohti on pari laippapikaliitintä-, mikä mahdollistaa yleisen nostamisen huoltoa varten tyhjentämättä säiliötä.

2.2 Puhallinjärjestelmän optimointi

2.2.1 Puhaltimien lisääminen

Pääyksiköiksi ostettiin maahantuotuja ilmajousituspuhaltimia ja rakennettiin uusi puhallinhuone, johon lisättiin ruostumattomasta teräksestä valmistetut ilmakanavat.

2.2.2 Puhaltimen valinta

Laitoksen todellisten käyttöolosuhteiden perusteella ja tulevia vedenlaadun muutoksia silmällä pitäen jälkiasennussuunnitelman mukaan tuleva COD-pitoisuus ei poikkea merkittävästi suunnitteluarvosta, keskimääräinen pitoisuus on noin 320 mg/L. BOD-pitoisuus laskettiin vaiheen III suunnitteluarvon 150 mg/L perusteella ja muut sisääntuloindikaattorit laskettiin vaiheen III suunnittelun sisääntulopitoisuuksien perusteella. Vaadittu käyttöilmamäärä laitoksen vaiheille I ja II on 103,7 m³/min (6 225,1 m³/h, kaksi käyttöyksikköä ja yksi valmiustila, yhden yksikön ilmamäärä 50 m³/min).

Eri tekijät kattavasti huomioiden, vaiheen I ja II pääyksiköiksi ostettiin kaksi maahantuotua ilmajousituspuhallinta NX75-C060. Alkuperäisen lietteen vedenpoistolaitoksen eteläpuolelle piti rakentaa uusi puhallinhuone, jossa hapetusojaan lisättiin ruostumattomasta teräksestä valmistetut ilmakanavat. Puhallinparametrit: ilmanpaine 0,049 MPa, ilmamäärä 50 m³/min, maksimilähtöteho 64,3 kW näissä käyttöolosuhteissa.

2.2.3 Ilmastusjärjestelmän jälkiasennus

Ilmastusmenetelmäksi vaihdettiin pohjailmastus. Vaiheen I ja II biologisissa säiliöissä käytetään vastaavaa määrää kiekkoilmastimia ja UPVC-ilmastusputkia. Erityinen jälkiasennusmenetelmä: Vaiheen I biologisessa säiliössä odotetaan käytettävän 780 sarjaa DD330-levyilmastimia ja UPVC-ilmastusputkia. Vaiheen II biologisessa säiliössä odotetaan käytettävän 1 276 sarjaa DD330-levyilmastinta ja UPVC-ilmastusputkia, ja yhden ilmastimen käyttöilmatilavuus on 3,45 m³/h. Ilmastimen pään asettelu näkyy kuvassaKuvat 2 ja 3.

2.3 Prosessiparametrien optimointi

2.3.1 Hapettumisovien kaavoitus ja DO-ohjausstrategia

Hapetusojan veden virtaussuuntaa pitkin ilmastusosa on jaettu neljään vyöhykkeeseen. Vyöhyke 1: DO 0,3–0,5 mg/L, vyöhyke 2: DO 0,2–0,3 mg/L, vyöhyke 3: DO 1,5–2,0 mg/L, vyöhyke 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Ammoniakkityppiprosessilaite asennetaan pisteeseen, jossa nitrifikaatioreaktionopeus on suurin vyöhykkeiden 2 ja vyöhykkeiden 3 välillä, mikä lopulta ohjaa jäteveden NH₃-N enintään 1,5 mg/l.

2.3.2 Ilmastusjakson optimointi

"Jaksottainen ilmastus" -moduuli lisättiin olemassa olevaan SCADA-järjestelmään, mikä muodosti DO-online-instrumentin + aika kaksoissuljettu silmukka varmistaakseen, että DO aerobisen osan keskellä pysyy 0,2 mg/l:ssa. Jos TEEE<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 Jälkiasennuksen vaikutusanalyysi

Tämän teknisen jälkiasennuksen vaikutusta prosessin kokonaistoimintaan tarkasteltiin vertaamalla muutoksia jätevesien saasteissa ennen ja jälkeen jälkiasennuksen.

3.1 Jäteveden laadun vertailu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen

Jätevesien laatu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen pysyi vakaana, kuten kuvasta näkyyKuva 4. Ennen ja jälkeen jälkiasennuksen keskimääräinen jäteveden COD pysyi alle 30 mg/L, TP periaatteessa pysyi alle tai yhtä suurena kuin 0,3 mg/l, NH₃-N pienempi tai yhtä suuri kuin 1,5 mg/l, kun taas TN vaihteli noin 10 mg/l. Veden kokonaislaatu saavutti lähes -luokan IV pintavesistandardit, mikä ylitti huomattavasti laitokselta vaadittavat tyhjennysstandardit.

Jotta jälkiasennuksen mahdollista vaikutusta veden laatuun voitaisiin analysoida intuitiivisemmin, verrattiin vuoden -vuoden jätevesien laadun kehityssuuntauksia ennen ja jälkeen jälkiasennuksen.Kuva 5. Kuvasta voidaan nähdä, että ilman sisäänvirtauspitoisuuden muutosten vaikutusta COD- ja TP-jätevesipitoisuuksien vaihtelut jälkiasennuksen jälkeen olivat vakaampia kuin ennen jälkiasennusta. Vaikka typpiindikaattoreiden keskiarvot nousivat verrattuna ennen jälkiasennusta, yleistrendi oli suhteellisen vakaa, mikä johti pienempään kasvien energiankulutukseen ja kemikaalien säästöihin.

3.2 Epäpuhtauksien poiston vertailu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen

Ilmastusjärjestelmän parantumisesta johtuen laitoksen sähkön kokonaiskulutus laski 1,7 % aiempaan verrattuna, kun taas käsittelykapasiteetti kasvoi 8,33 % ja vastaava saastepäästöjen vähennys lisääntyi, kuten näkyyKuva 6. Laskennan jälkeen COD-vähennys kasvoi 948,5 tonnia, TP kasvoi 7,0 tonnia, NH₃-N kasvoi 100,4 tonnia ja TN kasvoi 125,9 tonnia.

Myös todellinen epäpuhtauksien poisto muuttui vastaavasti, kuten kuvassaTaulukko 2. Jälkiasennuksen jälkeen, lukuun ottamatta NH₃-N-poistonopeuden laskua, kaikkien muiden indikaattoreiden poistonopeudet kasvoivat.

3.3 Energiankulutuksen vertailu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen

Tämän jälkiasennusprojektin energiankulutus on esitetty kohdassaTaulukko 3. Jälkiasennuksen jälkeen tehonkulutus vesitonnia kohden biologisen säiliön I vaiheen ilmastusjärjestelmässä laski 67,3 % ja vaiheen II 80,9 %. Laitoksen keskimääräinen tehonkulutus vettä tonnia kohden laski 55,3 %, mikä osoittaa merkittäviä energiansäästövaikutuksia. Laitoksen kokonaistehonkulutus vesitonnia kohden laski 0,21 kW·h/m³:iin, joka on samankaltaisten hapetusojaprosessien energiankulutusarvojen alueella valtakunnallisesti (0,292±0,192) kW·h/m³. Tehonkulutus epäpuhtauden painoyksikköä kohti ennen ja jälkeen koko laitoksen jälkiasennuksen on esitetty kohdassaTaulukko 4. Tehon kokonaisilmastusjärjestelmän jälkiasennuksen jälkeen tehonkulutus 1 kg käsiteltyä COD-kiloa kohti laski 26,2 %, 1 kg käsiteltyä TP:tä 15,7 %, 1 kg käsiteltyä NH₃-N-kiloa kohden laski 29,3 % ja 1 kg käsiteltyä TN:a kohden laski 36,2 %, mikä osoittaa hyviä energiansäästövaikutuksia.

3.4 Kemiallinen vertailu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen

Ennen jälkiasennusta ilmastusjärjestelmän toistuvien vikojen vuoksi DO:ta biologisessa järjestelmässä oli vaikea hallita, ja typen indikaattoristandardien täyttäminen vaati ulkoisen hiililähteen lisäyksen poistamisen tehokkuuden varmistamiseksi. Jälkiasennuksen jälkeen ulkoisen hiililähteen lisäystä ei periaatteessa enää tarvittu. Jälkiasennuksen jälkeen biologisen fosforinpoisto- ja denitrifikaatiotehokkuus parani merkittävästi, ja vastaava fosforinpoistokemikaali PAC ja lietteen vedenpoistokemikaali PAM vähenivät vastaavasti. Vuotuiset kemikaalikustannukset laskivat noin 167 000 RMB:lla aiempaan verrattuna. Erityiset muutokset näkyvät kohdassaTaulukko 5.

3.5 Investointien vertailu ennen ja jälkeen jälkiasennuksen

Ennen jälkiasennusta pintailmastimien vuosikustannukset olivat 1,6281 miljoonaa RMB, ja vuosittaiset laitteiden korjauskustannukset olivat vähintään 250 000 RMB. Jälkiasennuksen jälkeen puhaltimien ja sekoittimien vuosikustannukset olivat 714 600 RMB. Tämän laskelman perusteella vuotuiset sähkökustannussäästöt olivat 913 500 RMB ja vuotuiset korjauskustannussäästöt 250 000 RMB, yhteensä 1,1635 miljoonan RMB vuotuiset säästöt. 3,704 miljoonan RMB:n kokonaisinvestoinnin perusteella takaisinmaksuaika on 3,18 vuotta.

3.6 Prosessin vakaus

Ennen jälkiasennusta, toimintahäiriöiden aikana, liuennut happi biologisessa säiliössä pidettiin enimmäkseen alle 1,0 mg/l. Jälkiasennuksen jälkeen liuennutta happea biologisessa säiliössä oli keskimäärin 1,5–2,0 mg/l. Sisäänvirtausaineen pitoisuudesta ja prosessivaatimuksista riippuen liuenneen hapen säätöalue voi olla 1,0–2,5 mg/l. Kun sisäänvirtauspitoisuus on korkea, voidaan normaalit liuenneen hapen tasot biologisessa säiliössä ylläpitää myös puhaltimen tehoa säätämällä. Siksi jälkiasennuksen jälkeen stabiilit jätevesien vaatimustenmukaisuusehdot täyttyvät.

4 Johtopäätös

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, DO usein<1 mg/L, and annual repair cost increases >15 % voi toistaa tämän teknisen remontin. Tämän esimerkin 55,3 %:n sähkönsäästön, 3,18-vuoden takaisinmaksuajan ja 3–5 %:n marginaalietujen perusteella kunnostusinvestoinnilla on korkea varmuusmarginaali ja se voi välittömästi vapauttaa hiilidioksidipäästöjen vähentämispotentiaalin tarjoamalla toistettavat ja riittävät olosuhteet vanhojen hapetusojien vihreälle ja vähähiiliselle päivitykselle.