Застосування онлайнової технології хімічного очищення для дрібнопухирчастих аераторів на очисних спорудах
Дрібнобульбашкові аератори широко використовуються як обладнання для аерації на очисних спорудах завдяки своїй простій конструкції, високій ефективності використання кисню, надійній роботі, стійким до засмічення-пір, запобіганню зворотному потоку стічної води, рівномірному розподілу напруги по колу, тривалому терміну служби, легкому встановленню та обслуговуванню та низькій вартості системи. Будучи ключовим компонентом для постачання киснем під час очищення стічних вод, дрібнопухирчасті системи аерації схильні до засмічення забрудненням і біоплівкою під час тривалої -експлуатації, що створює значні проблеми для підтримки їх продуктивності. Онлайн-технологія хімічного очищення забезпечує ефективне вирішення цієї проблеми.
1. Утворення та небезпека засмічення аератора дрібними бульбашками
Після тривалої роботи аератори з дрібними бульбашками чутливі до засмічення, яке зазвичай класифікується як «внутрішнє засмічення» та «зовнішнє засмічення» на основі форми закупорювання забруднюючою речовиною. «Внутрішнє засмічення» означає осадження дрібних частинок, таких як колоїдні частинки та макромолекули розчиненої речовини, із змішаної рідини всередині пор, що призводить до блокування пор. «Зовнішнє засмічення» означає відкладення накипу на поверхні мембрани, зверненій до води. Цей тип блокування має тенденцію постійно збільшувати опір мембрани випуску повітря, що призводить до збільшення тиску на мембрану та поступового збільшення розміру пор. З часом це може легко спричинити розрив мембрани. Коли мембрана розривається, вплив поширюється від руйнування ефективності аерації до структурного пошкодження системи, що потенційно вимагає відключення для технічного обслуговування або заміни аератора.
Проблеми із засміченням дрібнопухирчастих аераторів створюють підвищені експлуатаційні ризики:
- З точки зору вартості споживання електроенергії: коли аератори забиваються, тиск у трубопроводі зростає, змушуючи повітродувки працювати в умовах високого-навантаження та високого-енерго-споживання. Це збільшує споживання електроенергії, а також впливає на термін служби повітродувки.
- З точки зору екологічного ризику: Нерівномірна аерація знижує швидкість передачі кисню, обмежує гнучкість керування процесом і може серйозно вплинути на якість стоків у серйозних випадках.
- З точки зору економічних витрат: Вартість ручного очищення після спорожнення баків висока.
- З точки зору безпеки: Ручне очищення після спорожнення вимагає входу в резервуари для видалення мулу, включаючи вхід у замкнутий простір і тимчасові електричні роботи, що збільшує ризики електричної безпеки та загрози особистої безпеки.малюнок 1показує явище накопичення осаду від засмічення аератора.
Тому регулярне технічне обслуговування та очищення дрібнопухирчастих аераторів має вирішальне значення для забезпечення їхньої працездатності. Традиційні методи обслуговування та очищення аератора вимагають повного спорожнення резервуарів біологічної реакції. Масштабне-технічне обслуговування та очищення очисних споруд може вплинути на нормальну очистку та скидання стічних вод або вимагати дозволу відповідних державних відомств, якщо вони проводяться в певних місцях (наприклад, на територіях, охоплених міськими дренажними мережами або охоронними зонами джерел питної води). Цей процес передбачає численні небезпечні операції (наприклад, входження в замкнутий простір) із численними ризиками та недоліками, що накладає значні економічні навантаження та потенційні витрати (наприклад, координація з урядовими зв’язками, зниження потужності очищення під час технічного обслуговування, коригування якості води, ризики для безпеки) на очисних спорудах. Тиск і проблеми, пов’язані з спорожненням для технічного обслуговування, роблять доцільність регулярного спорожнення для очищення аератора відносно слабкою.
Враховуючи численні недоліки традиційного ручного очищення після спорожнення-високу вартість, високий експлуатаційний ризик і неоптимальну ефективність очищення-дослідження онлайнового очищення дрібнопухирчастих аераторів за допомогою онлайнових пристроїв для дозування хімікатів за нормальних умов аерації є особливо важливим.
Це дослідження вибрало заводський проект як майданчик для польових випробувань онлайнової технології хімічного очищення. Завод має загальну потужність очищення стічних вод 600 000 тонн на добу, побудований у чотири черги. Третя-фаза проекту має потужність очищення 100 000 тонн на день за допомогою процесу AAO; проект четвертої-фази має потужність очищення 200 000 тонн на день за допомогою процесу MBR. Якість стічних вод відповідає стандарту класу A GB 18918-2002 «Стандарт скидання забруднюючих речовин для муніципальних очисних споруд». Оперативну очистку проводили на дрібнопухирцевих аераторах в аеробних ємностях третьої та четвертої черги, які експлуатувалися 6-7 років.
2. Принцип онлайнової технології хімічного очищення
Онлайн-технологія хімічного очищення передбачає додавання спеціальних хімічних агентів до системи аерації для розчинення або розсіювання речовин, що засмічують, за допомогою хімічної дії. Ці агенти можуть бути кислотними, лужними, окислюючими або хелатними. Наприклад, деякі кислотні агенти можуть розчиняти лужні опади, такі як карбонат кальцію, тоді як окислювачі можуть розкладати органічні закупорки, створені мікроорганізмами.
2.1 Аналіз загальних забруднюючих речовин
Забруднювачі, що прилипають до поверхонь аератора, різноманітні, і їх склад тісно пов’язаний з характеристиками стічних вод, процесами очищення та умовами експлуатації. Загальні забруднювачі аналізуються таким чином:
- Неорганічні забруднювачі: Включає сполуки кальцію та магнію, сульфіди, оксиди та гідроксиди металів, які в основному утворюються внаслідок хімічного осадження та перенасичення іонів. Їх основний вплив на аератори включає закупорювання пор, зниження ефективності аерації, збільшення споживання енергії системою, збільшення опору аерації та зниження ефективності передачі кисню.
- Органічні забруднювачі: Включає мікробну біоплівку, зважені органічні частинки, жири/олії та органічні колоїди. Мікробна біоплівка в основному утворюється за рахунок мікробної колонізації та адгезії позаклітинної полімерної речовини (ЕПС). Його небезпека включає створення анаеробного мікросередовища та виділення токсичних газів (наприклад, H₂S). Органічні колоїди утворюються завдяки гідрофобній взаємодії та електростатичній адсорбції, створюючи гідрофобні шари, які перешкоджають виділенню газу та впливають на рівномірність аерації.
- Композитні забруднювачі (неорганічні-органічні змішані масштаби): включає біологічні-хімічні змішані накипи та приєднання частинок мулу, що в основному утворюється шляхом фізичного захоплення та хімічного зв’язування. Їх вплив включає покриття поверхні аератора, зменшення ефективної площі аерації, прискорення старіння обладнання та скорочення циклів обслуговування.
Під час технічного обслуговування системи аерації заводу було виявлено наступні проблеми: ① Тривала підводна робота аераторів у поєднанні зі збільшенням терміну служби призвела до значного старіння кільцевих ущільнювачів у точках з’єднання, що призвело до витоку газу; ② Під час роботи безперервне осадження осаду та коригування в управлінні виробничим процесом призвели до підвищення концентрації осаду в певних областях, що опосередковано спричинило серйозне утворення накипу на поверхнях мембран аератора, як показано намалюнок 2; ③ Коли концентрація мулу в резервуарах для біологічної реакції занадто висока, вік мулу подовжується, збільшуючи кількість розчиненого кисню, необхідного для нормальної мікробної діяльності, і підвищуючи вимоги до системи подачі кисню; ④ Підвищена щільність змішаного розчину в аеротенках збільшує опір, що призводить до більшого споживання електроенергії для механічної аерації або аерації вентилятором; ⑤ Деякі забруднення проникли в аераційні пори, впливаючи на аерацію системи, як показано намалюнок 3. Виходячи з причин утворення забруднюючих речовин, встановлено, що накип на поверхнях аератора містить неорганічні забруднюючі речовини, органічні речовини, білки тощо.
2.2 Вибір миючих засобів
Для типів забруднення мембрани необхідно підібрати відповідні хімічні засоби для чищення. Ці агенти можуть проникати через аераційні пори в стінці труби в простір між мембраною та стінкою труби, досягаючи очищення поверхні мембрани та її пор. Вибір типу миючого засобу повинен ґрунтуватися на фактичних фізико-хімічних властивостях мембрани, типах забруднюючих речовин і ступені забруднення. Миючий засіб має бути біологічно розкладаним і не-токсичним для організмів, здатним ефективно видаляти неорганічні накипи зі стінок повітропроводу та всередині дифузорів. Він повинен мати високу ефективність очищення від засмічень (також відомих як «засмічення газо-фази»), спричинених забрудненнями, частинками або пилом у вхідному повітрі систем аерації вентиляторів, витоками масла з вентиляторів та іржею з внутрішніх повітропроводів.
Лужні очисні засоби включають гідроксид натрію, карбонат натрію, фосфат натрію, силікат натрію, гідроксид калію тощо. Гідроксид натрію є поширеним хімічним агентом у процесах очищення стічних вод для підвищення рН стічних вод, тому його можна вибрати як лужний очисний засіб.
Кислотні мийні засоби включають сірчану кислоту, соляну кислоту, азотну кислоту, лимонну кислоту, щавлеву кислоту, фосфорну кислоту тощо. Враховуючи, що цитрат має сильну хелатну здатність для таких іонів, як марганець і залізо, і на практиці, порівняно з мінеральними кислотами, лимонна кислота є відносно слабкою, менш корозійною для обладнання, безпечнішою та легко розкладається мікроорганізмами, лимонну кислоту було обрано як кислотний засіб для очищення. агент.
Таблиця 1показує категорії та ефективність миючих засобів, які зазвичай використовуються для забруднення мембран.
2.3 Розробка онлайн-пристрою для очищення
Враховуючи тиск у системах аерації дрібних бульбашок і численні патрубки, розробка відповідного дозувального пристрою для дрібних бульбашок є особливо важливою. Пристрій для очищення дозування, розроблений у цьому дослідженні, включає блок розчинення/розведення та блок дозування, як показано намалюнок 4.
Пристрій розчинення/розведення в основному складається з резервуара для підготовки, мішалки та покажчика рівня, який використовується для розчинення та розведення агентів. Шляхом введення певної кількості води в резервуар для підготовки, додавання агента та запуску мішалки можна підготувати агент певної концентрації для використання дозуючим пристроєм.
Блок дозування в основному складається з резервуара для дозування, випускного клапана, клапана дозування, балансового клапана, клапана подачі та деяких систем трубопроводів. Нижня частина резервуара для дозування з’єднана з дозуючою трубою, яка далі розгалужується на кілька дозувальних під-труб. Усі дозуючі під-труби з’єднані одна--одна з декількома аераційними патрубками, які, у свою чергу, з’єднані з декількома аераторами дрібних бульбашок, таким чином досягаючи мети очищення дрібних бульбашок.
Під час впровадження отвір Φ15 мм був просвердлений у кожному аераційному патрубку резервуарів для біологічних реакцій як дозувальний порт, через який була встановлена нейлонова дозувальна труба для доставки агента до аераторів дрібних бульбашок, зменшуючи втрати агента. Одночасно в патрубку аерації просвердлено додатковий отвір як трубу балансового газу для вирівнювання тиску між резервуаром-дозатором і патрубком аерації. Отвори, просвердлені в патрубках аерації, закриваються заглушками під час нормальної роботи, а швидкоз’єднувальні фітинги встановлюються під час дозування, щоб забезпечити швидке встановлення та демонтаж.
3. Застосування онлайн-пристрою для очищення дозування
У цьому онлайн-експерименті з очищення дозування дрібні бульбашкові аератори помістили в біологічні резервуари. Спеціальний очисний розчин вводили в мембрани дрібнопухирцевого аератора через аераційні патрубки, дозволяючи йому текти в бік подачі для розкладання органічних речовин, що прилипли до поверхні мембрани, таким чином відновлюючи різницю трансмембранного тиску та досягаючи ефекту очищення. План експерименту базувався на трьох змінних: тип агента, концентрація агента та час очищення. Схема тесту показана наТаблиця 2.
3.1 Аналіз ефекту очищення онлайн-дозування
Після очищення сенсорне спостереження поверхні аерації на місці показало менші розміри бульбашок, що витікають з поверхні аеротенка, і більш рівномірну аерацію.малюнок 5показує сенсорний вигляд аерації до та після очищення.
Після очищення різними типами агентів і концентраціями аератори стабільно демонстрували збільшення швидкості потоку та зниження тиску в трубопроводі з відновленням швидкості потоку. Ефективність аерації різною мірою відновлювалася після обробки різними методами очищення. Об’єднані дані щодо збільшення потоку повітря та зниження тиску в трубопроводі вказують на те, що різні типи агентів, концентрації та час очищення мають різний вплив на відновлення аератора.Фігури 6 і 7показують зміни витрати і тиску до і після очищення відповідно.
Ефективність відновлення аераторів після очищення гідроксидом натрію була дещо нижчою, ніж після очищення лимонною кислотою. Висока розчинність гідроксиду натрію у воді призводить до значного виділення тепла при розчиненні. У поєднанні з високою гігроскопічністю, лужністю та корозійною активністю ці властивості вимагають вжиття додаткових заходів обережності під час практичних операцій. З точки зору безпеки операції очищення, гідроксид натрію не є кращим очисним засобом. Тому, вибираючи засоби для чищення, слід ретельно оцінювати їх безпеку та зручність експлуатації, щоб забезпечити безпеку оператора та оптимальну ефективність очищення.
Результати випробувань показали, що після онлайн-дозування очищення аерація в біологічних резервуарах стала більш рівномірною, швидкість потоку дрібнопухирчастих аераторів зросла, тиск у трубопроводі значно знизився, а ефект очищення був чудовим.
3.2 Технічні переваги
- Зменшує час простою: Порівняно з традиційним розбірним очищенням, онлайн-дозування очищення не вимагає зупинки системи аерації, уникаючи перерв у процесі очищення стічних вод і зниження ефективності очищення, спричиненого зупинками.
- Покращує ефективність очищення: засоби можуть проникати глибоко в пори, ефективно очищаючи важкодоступні--забиті ділянки. Після застосування на деяких побутових очисних спорудах однорідність аерації помітно покращилася, а ефективність передачі кисню значно підвищилася.
- Знижує трудомісткість і витрати: усуває необхідність ручного розбирання та повторного збирання аераторів, зменшуючи ручну працю та ризик пошкодження обладнання через часте розбирання, таким чином заощаджуючи витрати на технічне обслуговування. Вартість онлайн-хімічного очищення дрібнопухирчастих аераторів становить 0,47 юаня/тонна, тоді як вартість традиційного ручного очищення старих аераторів становить 13,3 юаня/тонна. За оцінками, щорічна економія витрат на очищення аератора дрібних бульбашок становить 515 000 юанів. Порівняно з традиційним ручним чищенням старих аераторів, онлайн-хімічне очищення пропонує значні економічні переваги.
- Подовжує термін служби аераційного обладнання: Завдяки онлайновому хімічному очищенню ефект аерації дрібнопухирчастих аераторів ефективно покращується, підвищуючи продуктивність аератора та, певною мірою, подовжуючи термін служби аераційного обладнання, ефективно зменшуючи навантаження на вентилятор.
- Надає більше можливостей для планування виробництва та планів технічного обслуговуванняЗавдяки хімічному очищенню в режимі онлайн розподіл бульбашок стає більш рівномірним, тиск у повітропроводі ефективно знижується, швидкість потоку значно збільшується, що значно покращує швидкість передачі кисню та забезпечує надійну гарантію регулювання якості води.
4. Висновок
Онлайн-технологія хімічного очищення дрібнопухирчастих аераторів має значну цінність для застосування на очисних спорудах. Завдяки його раціональному застосуванню можна ефективно вирішити проблеми засмічення дрібнопухирчастих аераторів, покращити продуктивність системи аерації, скоротити час простою та експлуатаційні витрати, а також забезпечити стабільну та ефективну роботу очисних споруд. Обмеження традиційного ручного прибирання підштовхнуть галузь до прибирання онлайн. Поява нового обладнання та інтелектуальних систем управління значно знижує складність роботи онлайн-прибирання. У поєднанні з політикою та екологічними нормами, які підкреслюють нейтральність вуглецю та переробку водних ресурсів, що опосередковано сприятиме застосуванню технологій очищення в Інтернеті. У майбутньому можна буде оптимізувати рецептури агентів і досліджувати багато-технології синергічного очищення. Крім того, можна проводити стратегії контролю дозування та дослідження інтелектуального обладнання для кращої адаптації до потреб різних очисних споруд.