Eftermontering og ydelsesundersøgelse af fint-boblebeluftningssystem i et kommunalt spildevandsrensningsanlæg

Eftermontering og ydelsesundersøgelse af fint-boblebeluftningssystem i et kommunalt spildevandsrensningsanlæg

Indledning

På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste spildevandsbehandlingsprocesser, der anvendes i Kina, oxidationsgrøft, SBR, aktiveret slam og andre. Oxidationsgrøftsprocessen har problemet med højt energiforbrug, især i den biologiske sektion, som tegner sig for 65%-80% af det samlede energiforbrug. Almindelig beluftningsudstyr, der bruges i oxidationsgrøfteprocesser, omfatter beluftningsbørster, beluftningsskiver, lodrette skaftbeluftere og fine-bobleluftere. For eksempel, efter at et kommunalt spildevandsrensningsanlæg i en bestemt by skiftede fra traditionel overflademekanisk beluftning til bundfin-bobleluftning, faldt energiforbruget med 20,11 %, mens rensningsvandskvaliteten blev mere stabil. Derudover har fin-bobleluftning karakteristikken af ​​zoneinddelt iltforsyning, som kan give præcis iltforsyning i overensstemmelse med iltbehovet i forskellige områder af oxidationsgrøften, hvilket yderligere forbedrer effektiviteten af ​​nitrogen- og fosforfjernelse.

Overfladebeluftningsanlægget på et bestemt kommunalt spildevandsrensningsanlæg havde været i drift i over ti år med alvorlig ældning af udstyr og driftsproblemer. Det var svært at opfylde de seneste udledningsstandarder, hvilket gjorde teknisk renovering presserende. Dette projekt opgraderede systemet til et fint-boblebeluftningssystem, som markant kan reducere energiforbruget, optimere driften, forlænge udstyrets levetid og reducere vedligeholdelsesomkostningerne, i overensstemmelse med de nationale politikker for energibesparelse og emissionsreduktion. Dette renoveringsprojekt implementerede grøn byggepraksis under demontering og installation af udstyr: klassificeret genanvendelse af gammelt udstyr, indførelse af præfabrikeret installation og brug af maskiner med lav-støj, lav-emission, opnåelse af "proces-konstruktion" dobbelt-energibesparelser og støtte til den bæredygtige udvikling af vandbehandlingsanlægget.

1 Projektoversigt

1.1 Nuværende situation

Et kommunalt spildevandsrensningsanlæg i en bestemt by har en samlet kapacitet på 50.000 tons/dag, opført i tre faser. Fase I vedtog oxidationsgrøftsprocessen, fase II og det avancerede behandlingsprojekt vedtog også oxidationsgrøftsprocessen, med efterfølgende avanceret behandling ved hjælp af koagulationssedimentering + kludmediefiltrering + ultraviolet desinfektionsproces. Fase III vedtog den modificerede A²O-proces. I øjeblikket opfylder spildevandet DB32/1072-2018-standarden.

1.2 Eksisterende problemer

1.2.1 Eksternt rørnetværkspåvirkning

Spildevandet inden for opsamlingsomfanget af dette anlægs ledningsnet omfatter bidrag fra mange industrivirksomheder. Under den daglige drift kan der være påvirkninger fra unormalt spildevand fra industrivirksomheder, hvilket medfører, at DO-værdien i den biologiske tank bliver meget lav, endda når op på 0 mg/L, og ikke opfylder produktionskravene. I mellemtiden vil dette anlæg på grund af ændringer i ydre forhold, efterhånden som flere industrivirksomheder inden for serviceområdet udleder spildevand i ledningsnettet, stå over for en mere alvorlig påvirkningsvandkvalitet i fremtiden. Når først tilstrømningen svinger, vil opløst ilt i den biologiske tank falde betydeligt, og justeringsområdet for beluftningsvolumen fra de roterende skiver er begrænset. I nogle perioder når DO i den aerobe tank 0 mg/L, hvilket tvinger anlægget til at reducere behandlingskapaciteten som reaktion, hvilket væsentligt påvirker det aerobe miljø i den biologiske tank og behandlingskapaciteten.

1.2.2 Lav DO i beluftningstank

På grund af roterende skive-fejl, der forårsager lav iltningseffektivitet af beluftere, viser historiske driftsdata under faktisk produktionsdrift, at de gennemsnitlige DO-værdier fra instrumenter i midten og udløbet af beluftningstanken ikke overstiger 1 mg/L, hvor den laveste når 0 mg/L, hvilket i alvorlig grad påvirker biokemisk reaktions effektivitet.

1.2.3 Højt energiforbrug

Fase I og II biologiske tanke på dette anlæg er i form af oxidationsgrøfter. Fase I oxidationsgrøften bruger 8 roterende skiveluftere med en effekt på 18,5 kW, med en samlet overfladebeluftereffekt på 148 kW. Fase II-oxidationsgrøften er en fire--kanals karruselgrøft-type, der bruger 13 Hitachi-selv-sugende beluftere, inklusive 2 sæt på 11 kW, 2 sæt på 18,5 kW og 9 sæt på 15 kW, med en samlet overfladebeluftereffekt på 194 kW. Under normal drift, for at sikre tilstrækkelig vandvolumen, på grund af den lave iltningseffektivitet af det eksisterende iltforsyningsudstyr, skal alle beluftere være helt tændt.

Strømforbruget pr. ton vand for fase I og II beluftere er: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/ton. Baseret på en undersøgelse af det biologiske systems strømforbrug på flere omkringliggende kommunale spildevandsrensningsanlæg er energiforbruget for et kommunalt husspildevandsanlæg på 25.000 tons/dag, der bruger et bundfint-boblebeluftningssystem, generelt 0,09-0,1 RMB/ton. Energiforbruget for den roterende skivelufter er 2,4-2,7 gange det for det nederste fine-boblebeluftningssystem, hvilket indikerer et relativt højt energiforbrug.

1.2.4 Høj fejlfrekvens for udstyr

Efterhånden som roterende skiveluftere ældes, stiger antallet af udstyrsfejl gradvist. Efter 11 års drift på dette anlæg udviklede det roterende skivebeluftningssystem skivedeformation, hvilket forårsagede høj udstyrsbelastning og betydelige vibrationer. Langvarig-brug førte til, at bunden løsnede sig, hvilket resulterede i fejljustering i begge ender og andre problemer, hvilket forårsagede øget lejeslid og høje fejlfrekvenser. Hovedaksler, pumpehjul, koblinger og basisgear har gennemgået flere reparationer eller udskiftninger, og er i det væsentlige nået til udskiftningspunktet. Lejerne og beluftningshovedbladene på de selv-sugende beluftere var stærkt slidte. Nylige statistikker viser, at fabrikken oplevede næsten 30 reparationer årligt af roterende skiveluftere og selvansugende beluftere.

2 Design af eftermonteringsteknisk løsning

Den overordnede eftermonteringstilgang er: Fjern de originale roterende skiveluftere og udskift dem med bundfin-bobleluftning med tilsvarende tilføjelse af blæsere; hæv spildevandsdæmningen i den biologiske tank for at øge den biologiske tanks effektive vanddybde; tilføje blandere i den aerobe sektion ved hjælp af den originale kanalstruktur for at forhindre lokal slamakkumulering.

2.1 Valg af belufter og layout

2.1.1 Belufterskiveparametre

EPDM membranbelufterskive model DD330 blev valgt, som vist iFigur 1, med specifikke parametre vist iTabel 1.

2.1.2 Layout af belufterskive

Antal beluftningsskiver: Fase I tankbundnettoareal 864 m², Fase II tankbundnettoareal 1.412 m², gennemsnitligt serviceareal 0,8 m²/skive, med en sikkerhedsfaktor på 1,05–1,10. Det endelige samlede antal beluftningsskiver er bestemt: Fase I 1.150 skiver, Fase II 1.900 skiver.

Layoutprincip: Jævnt fordelt i et almindeligt trekantet gittermønster. Afstand fra tankvæg Større end eller lig med 0,3 m for at undgå døde zoner; afstand fra kanalskillevæg Større end eller lig med 0,4 m for at lette vedligeholdelsen. Opdel langs vandstrømsretningen med en elektrisk luftreguleringsventil pr. zone for at opnå DO-zonekontrol. Undgå sugeporte til slampumper, prøveudtagningsrender og kabelbakker, lokal justering af afstanden til 1,5 m, mens servicearealet pr. skive opretholdes på mindre end eller lig med 0,8 m².

Installationshøjde og rørinddeling: Overfladen af ​​membranskiven er 0,25 m fra tankbunden, hvilket sikrer nedsænkning Større end eller lig med 5,0 m ved minimum vandstand for at forhindre blæserstød. Afgreningsrør bruger ABS DN50 med perforeret luftfordeling; hovedrørene er anbragt i en sløjfe med lufthastighed styret til 10–12 m·s⁻¹, materiale SS304. Der medfølger et par hurtig-flangeforbindelsesfittings for hver 10 skiver, hvilket tillader samlet løft til vedligeholdelse uden at dræne tanken.

2.2 Blæsersystemoptimering

2.2.1 Tilføjelse af blæsere

Importerede luftaffjedringsblæsere blev indkøbt som hovedenheder, og et nyt blæserum blev bygget med rustfrie luftkanaler tilføjet.

2.2.2 Blæservalg

Baseret på anlæggets faktiske driftsforhold og under hensyntagen til fremtidige ændringer i vandkvaliteten, er den indgående COD-koncentration i eftermonteringsplanen ikke væsentlig forskellig fra designværdien med en gennemsnitlig koncentration på omkring 320 mg/L. BOD-koncentrationen blev beregnet ud fra fase III-designværdien på 150 mg/L, og andre influentindikatorer blev beregnet ud fra fase III-designindløbskoncentrationer. Den nødvendige driftsluftmængde for anlæggets fase I og II er 103,7 m³/min (6.225,1 m³/h, to driftsenheder og en standby, enkelt enhed luftmængde 50 m³/min).

Ud fra forskellige faktorer blev der købt to importerede luftaffjedringsblæsere NX75-C060 som hovedenheder til fase I og II. Der skulle bygges et nyt blæserum, foreløbigt placeret på sydsiden af ​​det oprindelige slamafvandingsværksted, med luftkanaler af rustfrit stål tilføjet til oxidationsgrøften. Blæserparametre: lufttryk 0,049 MPa, luftmængde 50 m³/min, med maksimal udgangseffekt på 64,3 kW under disse driftsforhold.

2.2.3 Eftermontering af beluftningssystem

Beluftningsmetoden blev ændret til bundluftning. Fase I og II biologiske tanke bruger tilsvarende antal skiveluftere og UPVC beluftningsrør. Specifik eftermonteringstilgang: Fase I biologisk tank forventes at bruge 780 sæt DD330 skivebeluftere og UPVC beluftningsrør, Fase II biologiske tank forventes at bruge 1.276 sæt DD330 skivebeluftere og UPVC beluftningsrør med en enkelt beluftningsluftmængde på 3,45 m³/h. Beluftningshovedets layout er vist iFigur 2 og 3.

2.3 Procesparameteroptimering

2.3.1 Oxidationsgrøftezoneinddeling og DO-kontrolstrategi

Langs oxidationsgrøftens vandstrømsretning er beluftningssektionen opdelt i fire zoner. Zone 1: DO 0,3-0,5 mg/L, Zone 2: DO 0,2-0,3 mg/L, Zone 3: DO 1,5-2,0 mg/L, Zone 4: DO 1,0-1,5 mg/L. Et ammoniak-nitrogen-procesinstrument er installeret ved det punkt, hvor nitrifikationsreaktionshastigheden er størst mellem zone 2 og zone 3, hvilket i sidste ende kontrollerer spildevandet NH₃-N Mindre end eller lig med 1,5 mg/L.

2.3.2 Optimering af beluftningsperiode

Et "intermitterende beluftning"-modul blev tilføjet til det eksisterende SCADA-system, der danner et DO online-instrument + tid dobbelt lukket sløjfe for at sikre, at DO i midten af ​​den aerobe sektion forbliver på 0,2 mg/L. Hvis GØR<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 Eftermonteringseffektanalyse

Virkningen af ​​denne tekniske eftermontering på den overordnede procesdrift blev undersøgt ved at sammenligne ændringer i spildevandsforurenende stoffer før og efter eftermonteringen.

3.1 Sammenligning af spildevandskvalitet før og efter eftermontering

Spildevandskvaliteten før og efter eftermontering havde en tendens til at være stabil, som vist iFigur 4. Før og efter eftermontering forblev den gennemsnitlige COD fra spildevandet under 30 mg/L, TP forblev stort set mindre end eller lig med 0,3 mg/L, NH₃-N Mindre end eller lig med 1,5 mg/L, mens TN svingede omkring 10 mg/L. Den samlede vandkvalitet nåede kvasi-overfladevandsstandarder i klasse IV, hvilket langt oversteg de udledningsstandarder, der kræves for anlægget.

For mere intuitivt at analysere den mulige indvirkning af eftermonteringen på vandkvaliteten, blev de et-års spildevandskvalitetstendenser før og efter ombygningen sammenlignet, hvilket gavFigur 5. Det ses af figuren, at udsvingene i COD- og TP-spildevandskoncentrationer efter retrofit var mere stabile end før retrofit, uden at tage højde for virkningen af ​​ændringer i indløbskoncentrationen. Selvom de gennemsnitlige værdier af kvælstofindikatorer steg i forhold til før eftermontering, var den overordnede tendens relativt stabil, hvilket resulterede i et lavere samlet energiforbrug i anlægget og kemikaliebesparelser.

3.2 Sammenligning af fjernelse af forurenende stoffer før og efter eftermontering

På grund af forbedringen af ​​beluftningssystemet faldt det samlede anlægs elforbrug med 1,7 % i forhold til tidligere, mens behandlingskapaciteten steg med 8,33 %, og tilsvarende forureningsreduktion steg også, som vist iFigur 6. Efter beregning steg COD-reduktionen med 948,5 tons, TP steg med 7,0 tons, NH₃-N steg med 100,4 tons, og TN steg med 125,9 tons.

Den faktiske fjernelse af forurenende stoffer ændrede sig også tilsvarende, som vist iTabel 2. Efter eftermontering, bortset fra et fald i NH₃-N-fjernelsesraten, steg fjernelsesraten for alle andre indikatorer.

3.3 Sammenligning af energiforbrug før og efter eftermontering

Energiforbruget for dette eftermonteringsprojekt er vist iTabel 3. Efter eftermontering faldt strømforbruget pr. ton vand til fase I biologiske tankbeluftningssystem med 67,3 %, og for fase II faldt med 80,9 %. Det samlede anlægs gennemsnitlige strømforbrug pr. ton vand faldt med 55,3 %, hvilket viser betydelige energibesparende-effekter. Anlæggets samlede strømforbrug pr. ton vand faldt til 0,21 kW·h/m³, inden for intervallet af energiforbrugsværdier for lignende oxidationsgrøfteprocesser landsdækkende (0,292±0,192) kW·h/m³. Strømforbruget pr. vægtenhed af forurenende stof før og efter eftermontering for det samlede anlæg er vist iTabel 4. Efter eftermontering af det overordnede beluftningssystem faldt strømforbruget pr. 1 kg behandlet COD med 26,2 %, pr. 1 kg behandlet TP faldt med 15,7 %, pr. 1 kg behandlet NH₃-N faldt med 29,3 %, og pr.

3.4 Kemisk sammenligning før og efter eftermontering

Før eftermontering var DO i det biologiske system svært at kontrollere på grund af hyppige fejl i beluftningssystemet, og opfyldelse af nitrogenindikatorstandarder krævede ekstern kulstofkildetilsætning for at sikre fjernelseseffektivitet. Efter eftermontering var tilsætning af ekstern kulstofkilde stort set ikke længere nødvendig. Efter eftermontering blev den biologiske fosforfjernelse og denitrifikationseffektiviteten væsentligt forbedret, og det ledsagende fosforfjernelseskemikalie PAC og slamafvandingskemikaliet PAM blev tilsvarende reduceret. De årlige kemikalieomkostninger faldt med omkring 167.000 RMB sammenlignet med tidligere. Specifikke ændringer er vist iTabel 5.

3.5 Investeringssammenligning før og efter eftermontering

Før eftermontering var de årlige omkostninger for overfladeluftere 1,6281 millioner RMB, med årlige reparationsomkostninger for udstyr på ikke mindre end 250.000 RMB. Efter eftermontering var de årlige omkostninger for blæsere og blandere 714.600 RMB. Baseret på denne beregning var de årlige elomkostningsbesparelser 913.500 RMB, plus årlige reparationsomkostningsbesparelser på 250.000 RMB, i alt årlige besparelser på 1.1635 millioner RMB. Baseret på en samlet investering på 3,704 millioner RMB er tilbagebetalingsperioden 3,18 år.

3.6 Processtabilitet

Før eftermontering, i perioder med funktionsfejl, blev opløst ilt i den biologiske tank for det meste holdt under 1,0 mg/L. Efter eftermontering var opløst ilt i den biologiske tank i gennemsnit 1,5-2,0 mg/L. Afhængigt af indløbskoncentration og proceskrav kan justeringsområdet for opløst oxygen være 1,0-2,5 mg/L. Når indløbskoncentrationen er høj, kan normale niveauer af opløst ilt i den biologiske tank også opretholdes ved at justere blæserydelsen. Derfor er stabile betingelser for overholdelse af spildevand efter eftermontering opfyldt.

4 Konklusion

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 ofte<1 mg/L, and annual repair cost increases >15 %, kan gentage denne tekniske renovering. Baseret på 55,3 % elbesparelser, 3,18- års tilbagebetalingsperiode og marginale fordele på 3 %–5 % stigning i forureningsreduktionsraterne fra dette eksempel, har renoveringsinvesteringen en høj sikkerhedsmargin og kan øjeblikkeligt frigøre kulstofreduktionspotentialet, hvilket giver replikerbare og tilstrækkelige betingelser for grønne og kulstoffattige opgraderinger af gamle oxidationsgrøfter.