Проектування та введення в експлуатацію системи точної аерації для багато-ступеневої станції очищення стічних вод AAO
Огляд
Очищення стічних вод є важливою складовою міського будівництва. В останні роки промисловість очищення стічних вод у Китаї швидко розвивається. Значна участь очисних споруд у спільному скороченні викидів є важливою підтримкою для побудови суспільства з низьким-вуглецем, розвитку економіки з низьким{3}}вуглецем і досягнення сталого розвитку міст. Згідно з цілями «Подвійного вуглецю», концепція очисних споруд з низьким-вуглецевим вмістом привернула увагу промисловості. Для узгодження зі стратегією розвитку низько{7}}вуглецевих очисних споруд необхідно проаналізувати та вивчити ключові фактори, що впливають на енергозбереження та скорочення викидів.
Для очищення більшості побутових стічних вод використовуються процеси активного мулу. Ключовим фактором у цій обробці є постачання належної кількості кисню для реакцій окислення мікроорганізмами в біологічних резервуарах, що робить контроль об’єму аерації вирішальним. Традиційне керування аерацією, яке здійснюється за допомогою ручних перемикачів, в основному покладається на досвід -операторів на місці, що призводить до значної невизначеності та марнотратства. Щоб досягти автоматичного керування системами точної аерації та зменшити ручне втручання, дослідники широко вивчили методи керування аерацією, включаючи нечітке керування, нейронні мережі, нечіткі нейронні мережі, генетичні алгоритми та машини підтримки векторів. Ця стаття зосереджена на багато-етапному процесі AAO очисної станції в Шеньчжені, аналізі та узагальненні процесу проектування та введення в експлуатацію її точної системи аерації, щоб забезпечити посилання для подібних проектів.
1 Огляд системи
1.1 Принцип системи точної аерації
Біологічне очищення є найважливішим етапом у процесі очищення стічних вод, який зазвичай спрямований на видалення або зменшення кількості цільових речовин у стічних водах, щоб відповідати стандартам скидання, підтримуючи стійкий і ефективний мікробний ріст і сприяючи біохімічним процесам. Традиційні стратегії контролю не можуть вчасно та точно реагувати на зміни робочих параметрів сучасних очисних споруд. Під час початкової пробної експлуатації коригування часто вносяться лише до повітродувок або кінцевих аераційних труб, не вдаючись до-регулювання обсягу аерації в реакційних резервуарах у реальному-часі на-вимогу на основі змін фактичних робочих умов із досягненням економії енергії.
Розчинений кисень (РО) є основним фактором, що впливає на процес біологічного очищення. Якість контролю DO безпосередньо впливає на ефективність очищення стічних вод. Система точної аерації запроваджує багато-метод керування параметрами, що поєднує «прямий зв’язок + зворотний зв’язок + модель», ефективно вирішуючи такі характеристики, як великі часові затримки та не-лінійність очисних споруд. Він всебічно розглядає повітродувки, регулюючі клапани на аераційних трубопроводах, а також DO та водне навантаження, щоб реалізувати точний контроль над процесом біологічної реакції, досягаючи-аерації за потребою, тим самим підвищуючи стабільність роботи системи та заощаджуючи енергію.
У станціях очищення стічних вод сигнали прямого зв’язку в основному включають сигнали потоку та якості; Сигнали зворотного зв'язку в основному включають DO, завислі тверді речовини змішаного розчину (MLSS) і сигнали рівня біологічного резервуару.
Стратегія керування DO систем точної аерації зазвичай має два підходи: встановлення цільового контролю як постійного значення або як динамічного значення.
Зазвичай, відповідно до стратегії, де цільове значення РВ встановлюється як постійне значення, система точної аерації обчислює необхідний об’єм повітря для кожної зони біологічного резервуара та загальний необхідний об’єм повітря на основі таких сигналів, як якість вхідного потоку, вхідний потік, задане значення РВ та MLSS біологічного резервуару. Потім він регулює основну систему керування повітродувкою та електричні клапани на аераційних трубах, щоб узгодити подачу повітря з потребою, таким чином досягаючи контролю над цільовим значенням DO.
Використовуючи точну систему аерації, очисні споруди можуть краще досягти наступних цілей:
(1) Зниження споживання енергії на одиницю очищеної стічної води, зниження витрат.
(2) Підвищення загальної стабільності та надійності операцій з очищення стічних вод.
(3) Автоматично регулюйте аерацію на основі навантаження очищеної води та навантаження забруднення, справді досягаючи-аерації на вимогу та автоматичного контролю.
(4) Поліпшити якість стоків і підвищити рівень відповідності якості стоків.
1.2 Загальний проект системи точної аерації
Проектна потужність очисних споруд становить 50 000 м³/добу. Він використовує багато-етапний процес AAO, оснащений 2 біологічними резервуарами. Основні показники якості стоків відповідають стандартам IV класу поверхневих вод. Процес очищення стічних вод показаний намалюнок 1.
У проекті є 2 біоцистерни. Кожен біологічний резервуар поділений на 6 зон контролю DO, в результаті чого в біологічних резервуарах заводу виходить 12 зон контролю DO. Проектну схему його точної системи аерації показано намалюнок 2.
Для досягнення точної аерації необхідна повна мережа керування для системи точної аерації. Топологія зв’язку автоматизації системи точної аерації показана намалюнок 3.
Головна станція системи точної аерації безпосередньо отримує відповідні параметри від аераційних повітродувок за допомогою зв’язку, збирає сигнали від -приладів моніторингу на місці та надсилає команди регулювання на клапани обладнання та систему повітродувок, таким чином досягаючи повного автоматичного контролю процесу аерації та скоординованого регулювання клапанів керування потоком і повітродувок.
1.3 Апаратні компоненти системи точної аерації
Один онлайн-аналізатор DO налаштований для кожної зони контролю DO. На аераційному патрубку, що відповідає кожній зоні контролю DO, встановлено один тепловий витратомір газу та один електричний регулюючий клапан. Один тепловий витратомір газу та один датчик тиску встановлені на головній випускній трубі в надувній.
Таблиця конфігурації обладнання та приладів для системи точної аерації наведена вТаблиця 1.
1.4 Програмні компоненти системи точної аерації
Програмне забезпечення системи точної аерації встановлюється та працює на робочій станції системи точної аерації, яка є основним процесором системи. На основі зібраних польових сигналів цей пристрій розраховує біологічну потребу в повітрі для біологічних резервуарів за допомогою моделі та одночасно видає команди налаштування для польових контрольних пристроїв. Функціонально він включає основні модулі, такі як модуль розрахунку об’єму аерації, модуль розподілу повітря та модуль оптимізації налаштувань вентилятора.
Програмне забезпечення точної системи аерації в основному розроблено на основі наступних двох аспектів:
(1) Система точної аерації розділяє аеробну секцію на кілька незалежних зон контролю РВ, здатних адаптуватися до вимог потоку керування процесом, автоматично регулюючи потік аерації відповідно до умов процесу розподілу РВ, необхідних очисним установкам.
(2) Система точної аерації дозволяє користувачам самостійно встановлювати цільові рівні DO та підтримує динамічні задані значення DO. Зважаючи на зручність і працездатність, відповідні дані можна переглядати і налаштовувати в центральній диспетчерській.
Механізм керування для точної аерації визначає пріоритетність поля, а потім центральний керуючий верхній комп’ютер, головним чином включаючи керування клапаном і керування повітродувкою.
Управління клапаном має два режими: режим місцевого керування та режим дистанційного керування. На верхньому комп’ютері центрального керування є два варіанти: ручний режим і режим точної аерації.
Контроль тиску нагнітача включає:
(1) Коли головна шафа керування переходить у локальний режим, задане значення тиску можна вручну встановити локально.
(2) Коли головна шафа керування переходить у дистанційний автоматичний режим, налаштування тиску розділяється на два режими: ручний і точна аерація, а керування перемикається на центральну диспетчерську.
Оскільки вона має три режими керування - повне автоматичне керування, часткове автоматичне керування та ручне примусове керування - та дозволяє перемикати режими на-майданчику чи в головній диспетчерській, точна система аерації може адекватно впоратися з різними ситуаціями, що виникають під час роботи очисної станції.
1.5 Функції системи точної аерації
1.5.1 Розрахунок споживання повітря
Точна система аерації може динамічно обчислювати фактичну потребу в повітрі на основі змін різних факторів у біологічних резервуарах, дозволяючи системі аерації подавати повітря за потребою. Модель розрахунку потреби в повітрі для системи точної аерації показано нарис4.
У практичних застосуваннях точного контролю аерації на очисних спорудах система точної аерації може обчислювати фактичну потребу в повітрі в реальному-часі, коли змінюється впливовий потік і навантаження на якість, забезпечуючи розумну аерацію, яка відповідає біохімічним вимогам, заощаджуючи непотрібне споживання енергії на аерацію.
1.5.2 Розподіл об'єму аерації
Система точної аерації включає в себе кілька блоків управління аерацією. Система включає багато-стратегію управління роз’єднанням клапанів для придушення перешкод від регулювання одного-клапана на інших клапанах. Він також має багато-клапанну стратегію оптимального керування відкриттям, що дозволяє швидко й оптимально регулювати відкриття клапана для досягнення швидкої та точної передачі та розподілу об’єму аерації між різними блоками керування аерацією.
1.5.3 Контроль оптимізації вентилятора
Економія енергії в процесі аерації досягається за рахунок оптимізації роботи повітродувки. Основою системи аерації є регулювання роботи повітродувки на основі робочих параметрів. З одного боку, налаштування повітродувки повинні враховувати фактичні робочі параметри; з іншого боку, регулювання повітродувки також має враховувати захист обладнання. Загальний принцип полягає в тому, щоб повітродувки працювали в найбільш економічних умовах, одночасно запобігаючи аномальним умовам роботи повітродувок (таким як викиди).
Точна система аерації розраховує необхідний об’єм повітря на основі поточних робочих параметрів процесу, а потім надсилає сигнал до шафи керування вентилятором. Такі операції, як запуск/зупинка повітродувок і регулювання отворів, виконуються на основі заданого значення загального об’єму повітря, щоб задовольнити потребу біологічної системи в аерації, тоді як тиск захисту від стрибків використовується для захисту повітродувок від стрибків. Повітродувки є основним технологічним обладнанням очисних споруд. Точна система аерації повинна регулювати роботу повітродувки, щоб задовольнити вимоги до аерації біологічних резервуарів, одночасно запобігаючи вибуху повітродувки.
2 Введення в експлуатацію системи точної аерації
Щоб забезпечити нормальну роботу системи точної аерації, окремі пристрої в системі повинні бути введені в експлуатацію один за іншим. Згодом необхідне узгоджене введення в експлуатацію аераційних клапанів біологічних резервуарів і повітродувок, встановлення об’єму повітродувки та регулювання тиску в трубопроводі. Під час введення в експлуатацію всі операції та налаштування не повинні вплинути на виробництво. Зокрема, слід звернути увагу на запобіжні заходи щодо аварійної роботи повітродувки:
(1) Під час короткочасних-значних коливань відкриття повітродувки. У цій системі використовуються відцентрові повітродувки з магнітними підшипниками, які можуть отримувати задані значення, надіслані системою точної аерації, у реальному-часі. Повітродувка регулює свій час відкриття та час дії на основі різниці. Система точної аерації має захисний механізм для захисту від коливань повітродувки, щоб запобігти стрибкам, спричиненим коливаннями. Можливі причини короткочасних-значних коливань відкриття повітродувки включають раптові зміни якості потоку, невідповідність параметрів налаштування системи, раптові зміни тиску в трубопроводі та несправності інструментів біологічного бака. Для безпеки обладнання, щоб запобігти значним коливанням тиску в трубопроводі та ризикам стрибків повітродувки, систему точної аерації можна вручну змінити та перевести в ручний режим.
(2) Під час нагнітання вентилятора. Під час початкового введення в експлуатацію іноді неминуче вибухання повітродувки. Можливі причини включають недостатню координацію між клапанами та повітродувками, що призводить до підвищення тиску в трубопроводі та викидів; або самі необґрунтовані параметри повітродувки із надто швидким регулюванням відкриття, що спричиняє стрибки самої повітродувки. У разі виникнення цієї несправності систему точної аерації можна вручну перекрити та перевести в ручний режим для роботи.
3 Ефективність керування DO та результати енергозбереження системи точної аерації
3.1 Ефективність контролю DO системи точної аерації
Перевірка ефективності точної системи аерації для цього проекту в основному проводилася шляхом порівняння сценаріїв із втручанням системи та без нього. Традиційні методи управління не можуть вчасно і точно реагувати на вплив різноманітних збурень. Коли контрольоване онлайн значення DO показує значні коливання, зміна розчиненого кисню (DO) з плином часу в певному місці в біологічному резервуарі без точної аерації показано намалюнок 5.
Порівняно з традиційними методами контролю біологічного резервуара, метод точного контролю аерації може точніше контролювати DO в біологічному резервуарі, демонструючи більшу адаптивність, що забезпечує кращу аерацію та економію енергії. Тенденція розчиненого кисню (РО) у певному місці в біологічному резервуарі з точною аерацією показана наМалюнок 6.
Згідно з результатами пробної експлуатації системи точного керування в цьому проекті, ймовірність значень DO, розподілених у межах ±0,5 мг/л від цільового заданого значення, становить 90%; ймовірність в межах ±0,3 мг/л становить 30%; і ймовірність в межах ±0,2 мг/л становить 20%, що відповідає вимогам проекту та фактичним експлуатаційним потребам.
3.2 Енергозбереження результатів керування DO за допомогою системи точної аерації
У багато-ступеневій станції очищення стічних вод AAO система точної аерації розраховує необхідний загальний об’єм повітря в режимі-часу на основі поточного потоку та навантаження під час керування повітродувкою. Потім він передає задане значення загальної потреби в повітрі до основної шафи керування повітродувки, яка регулює відповідні повітродувки відповідно до заданої мети. Це гарантує, що обсяг аерації відповідає фактичним вимогам як за умов високого, так і низького навантаження, одночасно зменшуючи непотрібне споживання енергії на аерацію. За традиційного керування повітродувки зазвичай працюють безперервно з відносно високою потужністю. Завдяки точному управлінню повітродувками системою аерації можна-регулювати робочу потужність у реальному часі, досягаючи мети економії енергії.
Після впровадження точної системи аерації багато-ступінчаста очисна станція AAO отримує переваги від нормальної роботи очисного обладнання, точних даних приладів, стабільного потоку та якості (не перевищує ±20% проектних значень), достатнього робочого тиску повітродувки, безперервного регулювання об’єму повітря та автоматичної роботи постійного тиску основної шафи керування.
4 Висновок
Застосування системи точної аерації в багато-ступеневій очисній станції AAO має на меті забезпечити вдосконалене робоче рішення для етапу аерації процесу очищення стічних вод. Рішення системи точної аерації повністю відповідає умовам експлуатації установки, досягаючи точного контролю аерації. На цій основі мікробне біохімічне середовище залишається стабільним, тим самим допомагаючи очисним спорудам досягти очищеної,-енергозберігаючої та автоматизованої роботи системи аерації, що, отже, покращує стабільність якості стоків.