Design og idriftsættelse af et præcist beluftningssystem til et flertrins-AAO spildevandsrensningsanlæg
Oversigt
Spildevandsrensning er en vital komponent i bybyggeri. I de seneste år har Kinas spildevandsrensningsindustri udviklet sig hurtigt. Spildevandsrensningsanlæggenes dybe deltagelse i samarbejdsreduktion af emissioner tjener som en vigtig støtte til opbygningen af et lav-kulstofsamfund, udvikling af en lav-kulstoføkonomi og opnåelse af bæredygtig byudvikling. Under "Dual Carbon"-målene har konceptet med-kulstoffattige spildevandsrensningsanlæg tiltrukket sig industriens opmærksomhed. For at tilpasse sig udviklingsstrategien for-kulstoffattige spildevandsrensningsanlæg er det nødvendigt at analysere og studere de nøglefaktorer, der påvirker energibesparelse og emissionsreduktion.
De fleste husspildevandsrensninger anvender aktiverede slamprocesser. En nøglefaktor i denne behandling er at levere en passende mængde ilt til oxidationsreaktioner fra mikroorganismer i de biologiske tanke, hvilket gør kontrollen af beluftningsvolumen afgørende. Traditionel beluftningskontrol, opnået gennem manuelle kontakter, er primært afhængig af erfaringen fra-operatører på stedet, hvilket fører til betydelig usikkerhed og spild. For at opnå automatisk kontrol af præcise beluftningssystemer og reducere manuel indgriben har forskere i vid udstrækning studeret beluftningskontrolmetoder, herunder fuzzy kontrol, neurale netværk, fuzzy neurale netværk, genetiske algoritmer og støttevektormaskiner. Dette papir fokuserer på AAO-processen i flere-trin i et spildevandsrensningsanlæg i Shenzhen, og analyserer og opsummerer design- og idriftsættelsesprocessen for dets præcise beluftningssystem for at give reference til lignende projekter.
1 Systemoversigt
1.1 Princippet for det præcise beluftningssystem
Biologisk rensning er det vigtigste trin i spildevandsbehandlingsprocessen, der typisk sigter mod at fjerne eller reducere målstoffer i spildevand for at opfylde udledningsstandarderne ved at opretholde vedvarende og effektiv mikrobiel vækst og fremme biokemiske processer. Traditionelle kontrolstrategier kan ikke rettidigt og præcist reagere på ændringer i driftsparametrene for moderne spildevandsrensningsanlæg. Under den indledende prøvedrift foretages der ofte kun justeringer af blæsere eller til terminalbeluftningsrørene, idet de ikke udfører real-tid, on-{3}}on-demand-regulering af beluftningsvolumen i reaktionstanke baseret på faktiske driftstilstandsændringer, samtidig med at der opnås energibesparelser.
Opløst ilt (DO) er en primær faktor, der påvirker den biologiske behandlingsproces. Kvaliteten af DO-kontrol har direkte indflydelse på effektiviteten af spildevandsbehandlingen. Det præcise beluftningssystem introducerer en multi-kontrolmetode, der kombinerer "feedforward + feedback + model", der effektivt adresserer karakteristika som store tidsforsinkelser og ikke-linearitet i spildevandsrensningsanlæg. Den overvejer omfattende blæsere, reguleringsventiler på beluftningsrørledninger samt DO og vandbelastning for at implementere præcis kontrol over den biologiske reaktionsproces, der opnår beluftning efter behov, og derved forbedre systemets driftsstabilitet og spare energi.
I spildevandsrensningsanlæg omfatter feedforward-signaler hovedsageligt indløbsstrøm og kvalitetssignaler; feedbacksignaler omfatter hovedsageligt DO, blandet væske suspenderede faste stoffer (MLSS) og biologiske tankniveausignaler.
DO-kontrolstrategien for præcise beluftningssystemer har typisk to tilgange: indstilling af kontrolmålet som en konstant værdi eller som en dynamisk værdi.
Normalt, under strategien, hvor DO-kontrolmålet er indstillet som en konstant værdi, beregner det præcise beluftningssystem den nødvendige luftmængde for hver biologisk tankzone og den samlede påkrævede luftmængde baseret på signaler såsom indløbskvalitet, indstrømningsflow, DO-setpunkt og biologisk tank MLSS. Den justerer derefter blæserens hovedstyringssystem og elektriske ventiler på beluftningsrørene for at matche lufttilførslen med efterspørgslen, hvorved der opnås kontrol af DO-målværdien.
Ved at indføre et præcist beluftningssystem kan spildevandsrensningsanlæg bedre nå følgende mål:
(1) Reducer energiforbruget pr. enhed renset spildevand, hvilket sænker omkostningerne.
(2) Forbedre den overordnede stabilitet og pålidelighed af spildevandsbehandlingsoperationer.
(3) Juster automatisk beluftning baseret på belastning af behandlet vand og forureningsbelastning, så du virkelig opnår beluftning efter behov og automatisk kontrol.
(4) Forbedre spildevandskvaliteten og øge overholdelsesgraden for spildevandskvalitet.
1.2 Overordnet design af det præcise beluftningssystem
Den projekterede rensekapacitet for dette spildevandsrensningsanlæg er 50.000 m³/d. Den anvender en AAO-proces i flere-trin, udstyret med 2 biologiske tanke. De vigtigste spildevandskvalitetsindikatorer opfylder standarderne for overfladevandsklasse IV. Spildevandsbehandlingsprocessens flow er vist iFigur 1.
Projektet har 2 biologiske tanke. Hver biologisk tank er opdelt i 6 DO kontrolzoner, hvilket resulterer i i alt 12 DO kontrolzoner for anlæggets biologiske tanke. Designdiagrammet for dets præcise beluftningssystem er vist iFigur 2.
For at opnå præcis beluftning kræves et komplet kontrolnetværk til det præcise beluftningssystem. Automationskommunikationstopologien for det præcise beluftningssystem er vist iFigur 3.
Den præcise hovedstation for beluftningssystem henter direkte relevante parametre fra beluftningsblæserne via kommunikation, indsamler signaler fra -overvågningsinstrumenter på stedet og sender kontroljusteringskommandoer til udstyrsventiler og blæsersystemet, hvorved der opnås fuld automatisk kontrol af beluftningsprocessen og koordineret regulering af flowreguleringsventiler og blæsere.
1.3 Hardwarekomponenter i det præcise beluftningssystem
En online DO-analysator er konfigureret for hver DO-kontrolzone. En termisk gasflowmåler og en elektrisk styreventil er konfigureret på beluftningsforgreningsrøret svarende til hver DO-kontrolzone. En termisk gasflowmåler og en tryktransmitter er installeret på hovedudløbsrøret i blæserummet.
Udstyrs- og instrumentkonfigurationstabellen for det præcise beluftningssystem er vist iTabel 1.
1.4 Softwarekomponenter i det præcise beluftningssystem
Den præcise beluftningssystemsoftware er installeret og kører på den præcise beluftningssystemarbejdsstation, der fungerer som systemets kernebehandlingsenhed. Baseret på indsamlede feltsignaler beregner denne enhed det biologiske luftbehov i de biologiske tanke gennem en model og udsender samtidig justeringskommandoer til feltkontrolenheder. Funktionelt omfatter det kernemoduler såsom beluftningsvolumenberegningsmodulet, luftfordelingsmodulet og blæseroptimeringsindstillingsmodulet.
Den præcise beluftningssystemsoftware er primært designet baseret på følgende to aspekter:
(1) Det præcise beluftningssystem opdeler den aerobe sektion i flere uafhængige DO-kontrolzoner, der er i stand til at tilpasse sig kravene til processtyringsflowet, og automatisk justere beluftningsflowet for at opfylde DO-distributionsprocesbetingelserne, der kræves af behandlingsenhederne.
(2) Det præcise beluftningssystem giver brugerne mulighed for selvstændigt at indstille mål-DO-niveauer og understøtter dynamiske DO-setpunkter. I betragtning af bekvemmelighed og betjening kan relevante data ses og konfigureres i det centrale kontrolrum.
Kontrolmekanismen til præcis beluftning prioriterer marken, efterfulgt af den centrale styrings øverste computer, hovedsageligt inklusive ventilstyring og blæserstyring.
Ventilstyring har to tilstande: lokal kontroltilstand og fjernstyringstilstand. På den øverste computer med central kontrol er der to valgmuligheder: manuel tilstand og præcis beluftningstilstand.
Blæsertrykstyring inkluderer:
(1) Når hovedstyreskabet går i lokal tilstand, kan tryksetpunktet indstilles manuelt lokalt.
(2) Når hovedstyreskabet går i fjernautomatisk tilstand, er trykindstillingen opdelt i to tilstande: manuel og præcis beluftning, og kontrolkontakter til det centrale kontrolrum.
Da den har tre kontroltilstande - fuld automatisk kontrol, delvis automatisk kontrol og manuel tvungen kontrol - og tillader tilstandsskift enten på-stedet eller i hovedkontrolrummet, kan det præcise beluftningssystem på passende vis håndtere forskellige situationer, der opstår under drift af spildevandsbehandlingsanlæg.
1.5 Funktioner af det præcise beluftningssystem
1.5.1 Beregning af luftbehov
Det præcise beluftningssystem kan dynamisk beregne det faktiske luftbehov baseret på ændringer i forskellige faktorer i de biologiske tanke, hvilket gør det muligt for beluftningssystemet at tilføre luft efter behov. Luftbehovsberegningsmodellen for det præcise beluftningssystem er vist iFigur4.
I praktiske anvendelser af præcis beluftningskontrol i spildevandsbehandlingsanlæg kan det præcise beluftningssystem beregne det faktiske luftbehov i real-tid, efterhånden som indflydende flow og kvalitetsbelastninger ændrer sig, hvilket sikrer rimelig beluftning, der opfylder biokemiske krav, samtidig med at der spares unødvendigt energiforbrug til beluftning.
1.5.2 Beluftningsvolumenfordeling
Det præcise beluftningssystem involverer flere beluftningskontrolenheder. Systemet inkorporerer en multi-ventilafkoblingskontrolstrategi for at undertrykke interferens fra enkelt-ventiljusteringer på andre ventiler. Den har også en multi-optimal åbningskontrolstrategi, der muliggør hurtige og optimale ventilåbningsjusteringer for at opnå hurtig og præcis transmission og fordeling af beluftningsvolumen mellem forskellige beluftningskontrolenheder.
1.5.3 Blæseroptimeringskontrol
Energibesparelser i beluftningsprocessen opnås ved at optimere blæserens drift. Kernen i beluftningssystemet er regulering af blæserdrift baseret på driftsparametre. På den ene side skal blæserjusteringer tage hensyn til faktiske driftsparametre; på den anden side skal blæserjusteringer også tage højde for udstyrsbeskyttelse. Det generelle princip er at betjene blæsere under de mest økonomiske forhold og samtidig forhindre unormale blæserforhold (såsom stigning).
Det præcise beluftningssystem beregner den nødvendige luftmængde baseret på aktuelle procesdriftsparametre og sender derefter signalet til blæserens styreskab. Operationer som start/stop af blæsere og justering af åbninger udføres baseret på det samlede luftvolumen-setpunkt for at imødekomme det biologiske systems beluftningsbehov, mens overspændingsbeskyttelsestryk bruges til at beskytte blæsere mod stigning. Blæsere er kerneprocesudstyr i spildevandsrensningsanlæg. Det præcise beluftningssystem bør regulere blæserens drift for at imødekomme beluftningsbehovet for biologiske tanke, samtidig med at blæserens stigning forhindres.
2 Idriftsættelse af det præcise beluftningssystem
For at sikre normal drift af det præcise beluftningssystem skal individuelle enheder i systemet først idriftsættes én efter én. Efterfølgende er det nødvendigt med en koordineret idriftsættelse af biologiske tankbeluftningsventiler og blæsere, indstilling af blæserluftmængde og regulering af rørledningstrykovervågning. Under idriftsættelsen skal alle operationer og justeringer sikre ingen påvirkning af produktionen. Specifikt bør forholdsregler for nødblæserdrift understreges:
(1) På kort-sigtet sigt betydelige udsving i blæserens åbning. Dette system bruger centrifugalblæsere med magnetiske lejer, som kan modtage sætpunkter sendt af det præcise beluftningssystem i realtid.- Blæseren justerer sin åbnings- og virketid baseret på forskellen. Det præcise beluftningssystem har en sikkerhedsbeskyttelsesmekanisme for blæsersvingninger for at forhindre bølgesving forårsaget af udsving. Mulige årsager til kortsigtede-betydende udsving i blæserens åbning omfatter pludselige ændringer i påvirkningskvaliteten, mismatchede systemjusteringsparametre, pludselige ændringer i rørledningstrykket og fejl i biologiske tankinstrumenter. Af hensyn til udstyrssikkerheden kan det præcise beluftningssystem manuelt tilsidesættes og skifte til manuel tilstand for at forhindre store rørledningstryksvingninger og blæserstigningsrisici.
(2) Under blæserstigning. Under den første idriftsættelse er blæserstigning nogle gange uundgåelig. Mulige årsager omfatter utilstrækkelig koordinering mellem ventiler og blæsere, hvilket fører til øget rørledningstryk og stigning; eller urimelige blæserparametre i sig selv, med åbningsjusteringer for hurtige, hvilket får selve blæseren til at stige. Når denne fejl opstår, kan det præcise beluftningssystem tilsidesættes manuelt og skiftes til manuel tilstand for drift.
3 DO Kontroller effektivitet og energibesparende resultater af det præcise beluftningssystem
3.1 DO-kontrol Effektiviteten af det præcise beluftningssystem
Effektivitetsverifikationen af det præcise beluftningssystem for dette projekt blev primært udført ved at sammenligne scenarier med og uden systemets indgriben. Traditionelle kontrolmetoder kan ikke rettidigt og præcist reagere på virkningen af forskellige forstyrrelser. Når den online kontrollerede DO-værdi viser store udsving, vises variationen af Opløst Oxygen (DO) over tid på et bestemt sted i en biologisk tank uden præcis beluftning iFigur 5.
Sammenlignet med traditionelle biologiske tankkontrolmetoder kan den præcise beluftningskontrolmetode mere præcist kontrollere DO i den biologiske tank, hvilket viser stærkere tilpasningsevne, hvilket muliggør bedre beluftning og energibesparelse. Tendensen for opløst ilt (DO) på et bestemt sted i en biologisk tank med præcis beluftning er vist iFigur 6.
Ifølge forsøgsdriftsresultaterne af det præcise kontrolsystem i dette projekt er sandsynligheden for DO-værdier fordelt inden for ±0,5 mg/L af målsætpunktet 90 %; sandsynligheden inden for ±0,3 mg/L er 30 %; og sandsynligheden inden for ±0,2 mg/L er 20 %, hvilket opfylder designkrav og faktiske operationelle behov.
3.2 Energibesparende resultater af DO-kontrol med det præcise beluftningssystem
I fler-trins AAO spildevandsrensningsanlæg beregner det præcise beluftningssystem det nødvendige samlede luftvolumen i real-tid baseret på det aktuelle indgående flow og belastning under blæserstyring. Den sender derefter det samlede luftbehovssætpunkt til blæserens hovedstyreskab, som regulerer de tilhørende blæsere i henhold til det indstillede mål. Dette sikrer, at beluftningsvolumenet opfylder de faktiske krav under både høje og lave belastningsforhold, samtidig med at unødvendigt energiforbrug til beluftning reduceres. Under traditionel styring kører blæsere typisk kontinuerligt ved en relativt høj effekt. Gennem det præcise beluftningssystems styring af blæsere opnås-realtidsjustering af driftseffekten, hvilket opnår målet om at spare energi.
Efter at have vedtaget det præcise beluftningssystem, drager flertrins AAO spildevandsrensningsanlægget fordel af den normale drift af behandlingsudstyr, nøjagtige instrumentdata, stabilt indløbsflow og kvalitet (ikke over ±20 % af designværdierne), tilstrækkeligt blæserdriftstryk, kontinuerligt justerbar luftmængde og automatisk konstanttrykdrift af hovedstyreskabet.
4 Konklusion
Anvendelsen af det præcise beluftningssystem i AAO's flertrins AAO spildevandsrensningsanlæg sigter mod at levere en raffineret driftsløsning til beluftningsfasen i spildevandsbehandlingsprocessen. Den præcise beluftningssystemløsning matcher fuldt ud anlæggets driftsforhold, hvilket opnår præcis beluftningskontrol. På dette grundlag forbliver det mikrobielle biokemiske miljø stabilt, og hjælper derved spildevandsrensningsanlægget med at opnå en raffineret, energibesparelse-og automatiseret drift af beluftningssystemet, hvilket som konsekvens forbedrer stabiliteten af spildevandskvaliteten.