Мікропористі аератори в окислювальних канавах: ефективність використання кисню 7-25%, енергія 0,19 кВт·год/м³ і видалення поживних речовин класу 1A (випадок Zhaoqing 50 000 M³/d)

Аераційне обладнання є найбільш критичним механічним компонентом окислювальної канави. Він визначає ефективність очищення, енергоспоживання та стабільність роботи за один удар -, а також на нього витрачається найбільша частка рахунків за електроенергію заводу. Проте більшість звичайних аераторів окислювальної канави поєднують дві роботи, які мають бути незалежними: передачу кисню та проштовхування води навколо канави. У цій статті пояснюється, чому мікропориста аерація - з ефективністю використання кисню7–25%та енергоефективності1,8–2,5 кг O₂/кВт-год- стала технологією вибору для енергосвідомих-муніципальних операторів, і чому 50 000 м³/д очисних станцій у Чжаоціні досягли стічних вод класу 1A лише за0,19 кВт-год/м³.

Чотири роботи з аерації канави окислення

В окислювальній канаві обладнання для аерації виконує чотири різні функції: (1) подає кисень до змішаного розчину для біологічного окислення, (2) рух води вперед, (3) підтримує круговий потік у канаві та (4) забезпечує ретельне змішування кисню, органічних субстратів і мікроорганізмів, щоб активний мул залишався у суспензії.

Звичайні пристрої - аератори з горизонтальним валом (щіткові аератори та дискові аератори) і поверхневі аератори з вертикальним валом - намагаються виконати всі чотири роботи однією машиною. Цей зв’язок є джерелом фундаментального робочого конфлікту: швидкість потоку, необхідна для запобігання осіданню осаду (>0.3 m/s) часто вища, ніж інтенсивність аерації, яка фактично потрібна біології, особливо при низькому навантаженні. Результатом є хронічна надмірна -аерація, яка порушує безкисневі зони, необхідні для видалення азоту та фосфору. Мікропориста аерація обходить цей конфлікт, повністю відокремлюючи подачу кисню від руху потоку.

Ключові показники ефективності: EA та EP

Ефективність використання кисню (EA)

EA являє собою відсоток кисню, що переходить із повітря, що подається, у змішаний розчин відносно загальної кількості кисню, що подається. Варто зрозуміти керівні зв’язки, оскільки вони пояснюють, чому перемагають дрібні бульбашки:

Для даної стічної води як коефіцієнт масопередачі (K_L) і швидкість підйому бульбашки (v_b) є функціями діаметра бульбашки (d_b). Безрозмірний членЗГТ·К_L·h / (v_b·d_b)фіксує вплив розміру бульбашок на перенесення кисню -, а менші бульбашки виробляють значно більший EA. Причини фізичні: дрібні бульбашки мають набагато більше співвідношення-площі-до-об’єму, і вони піднімаються повільніше, тому кожна бульбашка довше перебуває в змішаній рідині та переносить більше кисню, перш ніж досягти поверхні.

Більша глибина занурення аератора (h) також збільшує EA, оскільки глибший випуск означає довший шлях руху бульбашки. Однак швидкість покращення зменшується зі збільшенням глибини - існує точка зменшення віддачі. ЕА також має теоретичний максимум, встановлений відношенням концентрації розчиненого кисню до концентрації кисню насичення в змішаному розчині; коли лікер наближається до рівня насичення киснем, ніяке додаткове повітря не зможе проштовхнути більше кисню.

Енергоефективність (EP)

Енергоефективність, виражена вкг O₂/кВт-год, вимірює кількість кисню, що переноситься на одиницю спожитої електроенергії. EP і EA не є незалежними - обидві є функціями глибини занурення (h) і діаметра бульбашки (d_b). Інженери-конструктори зробили два висновки:

По-перше, для будь-якого даного діаметра бульбашки ЕР спочатку зростає з глибиною занурення, досягає максимуму, а потім падає. Оптимальні h і d_bтому комбінацію потрібно вибирати разом - глибший резервуар не означає автоматично кращий. По-друге, для дрібно{2}}бульбашкових систем,слід уникати глибокої аерації бакаякщо це штовхає систему на спадну частину кривої EP, тому що це призведе до зниження енергоефективності, навіть якщо абсолютний перенос кисню покращується.

Порівняльний аналіз аераційного обладнання

У таблиці 1 порівнюються аераційні пристрої, які найчастіше встановлюються в окислювальних канавах. Зауважте, що продуктивність механічної аерації виражається як пропускна здатність оксигенації (кг O₂/год) - кількість кисню, що переноситься за одиницю часу -, тоді як продуктивність мікропористої аерації виражається як ефективність використання кисню EA (%). Це не просто різниця одиниць; це відображає принципово інший спосіб оцінки двох технологій.

Прямо з таблиці випливає декілька висновків:

Мікропористі аераційні пластини пропонують найвищий діапазон EA -7%–25%- усіх порівнюваних пристроїв, досягнувши енергоефективності (1,8–2,5 кг O₂/кВт·год), що відповідає або перевищує ефективність механічних аераторів. Іншими словами, вони передають кисень у лікер набагато ефективніше, ніж механічні альтернативи, і роблять це без шкоди для енергоефективності.

Звичайні механічні аератори оцінюють свою здатність до оксигенації за фізичними розмірами - довжини щітки, кількості дисків, діаметра робочого колеса. Це робить їх вихід фіксованим під час встановлення та менш гнучким за змінних умов навантаження. Мікропориста система, навпаки, може безперервно регулювати подачу повітря за допомогою керування вентилятором.

Мікропористі трубчасті дифузори пропонують збалансоване поєднанняEA 10%–20%і доступність обслуговування, що робить їх практичним вибором для модернізації, де доступ обмежений.

Характеристики мікропористих аераційних окислювальних канав

Незалежний контроль аерації та змішування

Визначальною перевагою конфігурації мікропористий аератор + занурювальний штовхач є те, що вона повністю відокремлює подачу кисню від руху потоку. У звичайній канаві єдиний механічний аератор повинен одночасно задовольняти гідравлічну вимогу (підтримувати швидкість потоку вище0.3 m/sщоб запобігти осіданню осаду) і біологічна потреба (відповідність подачі кисню потребі в диханні). Під час низьких{1}}періодів навантаження - дощова погода, високий вплив розчиненого кисню -, що відповідає гідравлічним вимогам, спричиняє надмірну аерацію, що порушує безкисневі зони, необхідні для біологічного видалення азоту та фосфору.

За допомогою окремого обладнання розчинений кисень і швидкість потоку контролюються незалежно. Оператори можуть підтримувати аеробну зону на рівні, необхідному для нітрифікації, тоді як занурювальний штовхач підтримує циркуляцію, і може розширювати або звужувати безкисневу зону за бажанням, вмикаючи або вимикаючи окремі групи аераторів. Саме ця гнучкість робить глибоке біологічне видалення поживних речовин практичним у геометрії канави.

Ключові параметри конструкції

У таблиці 2 наведено загальну схему конструкції для мікропористої аераційної окислювальної канави, сконфігурованої для видалення поживних речовин.

Ключові переваги

Чудова оксигенація та змішування.Дрібно{0}}бульбашкова аерація в поєднанні з занурювальними штовхачами забезпечує розчинений кисеньБільше або дорівнює 1–2 мг/л на виході з канави, підтримує швидкість змішаного розчину більше або дорівнює 0,3 м/с, щоб запобігти осіданню осаду, і забезпечує ретельне окислення вуглецю та нітрифікацію по всьому об’єму канави.

Відмінне видалення поживних речовин.Сконфігурований як процес A²/O з пре-анокисневими та анаеробними зонами, мікропористі аераційні окислювальні канави забезпечують видалення азоту та фосфору, яке постійно відповідає класу 1A GB 8978–1996 - найсуворішому класу муніципальних скидів.

Гнучка робота.Подача повітря регулюється шляхом регулювання потужності повітродувки відповідно до потоку та навантаження. Індивідуальні аератори можна вмикати або вимикати, щоб змінювати довжину аеробних і безкисневих зон, адаптуючи процес до змінних умов впливу без механічної зміни конфігурації.

Можливість глибокого бака.Мікропориста аерація забезпечує ефективну глибину води6 м і більше, зменшуючи площу землі та покращуючи продуктивність за низьких{0}}температурних умов -, що є головною перевагою в густонаселених містах, де земля є дефіцитним ресурсом.

Енергоефективність і зниження запаху.Мікропористі системи споживають значно менше енергії, ніж механічна поверхнева аерація, і створюють значно менше запаху, оскільки кисень переноситься під поверхню води, де аерозолі не можуть вийти.

Поширені проблеми та рішення

Основною робочою проблемою мікропористих аераторів єзабруднення і засмічення. Оскільки пори маленькі, вони вразливі до блокування масляним туманом, пилом, частинками іржі та біологічними плівками. Рекомендуються такі профілактичні заходи:

Повітря, що надходить до повітродувок, має бути відфільтровано - за допомогою електростатичних опадів або рукавних фільтрів -, щоб запобігти потраплянню масляного туману та твердих частинок у подачу повітря. Міжнародні стандарти рекомендують видаленняБільше або дорівнює 95% частинок розміром 2 мкм(Великобританія) або вміст пилу нижче1,5 мг/1000 м³(Франція).

Трубопроводи розподілу повітря повинні бути виготовлені з нержавіючої сталі або пластику. Труби з вуглецевої сталі потребують внутрішнього анти{1}}корозійного покриття, щоб запобігти потраплянню частинок іржі на мікропористі елементи.

Для періодичного видалення накопиченої води - затримана волога прискорює біологічне забруднення на кінцях колекторів для розподілу повітря.

Мікропористі системи вразливі до відключень електроенергії. Рекомендуються подвійні джерела живлення або резервні генератори, а під час відключень слід підтримувати мінімальну подачу повітря, щоб запобігти відкладенню осаду на поверхнях дифузора. Тимчасові відключення не повинні перевищувати4 години; якщо резервуар виводиться з експлуатації, його необхідно заповнити чистою водою на глибину 1,0–1,2 м.

Стічні води, що надходять, повинні пройти відповідну попередню обробку, щоб мінімізувати потрапляння сміття та зважених твердих речовин у зону аерації. Якщо пори забиваються, методи регенерації включають промивання водою, промивання кислотою, високо-температурне запікання або механічне різання поверхні - відповідний метод залежить від типу дифузора. При належному управлінні забруднення можна ефективно контролювати.

Друга операційна проблемадоступність обслуговування. На відміну від поверхневих аераторів, мікропористі аератори зазвичай вимагають зливу бака для перевірки та заміни. Термін служби типовий4–5 роківдля стандартних вітчизняних виробів і до 8-10 років для преміальних мембран. Щоб звести до мінімуму збої, системи повинні бути сконструйовані з декількома незалежно діючими зонами аерації або піднімальними рамами дифузорів.

Практичний приклад інженерії: очисні станції Чжаоцін

Муніципальна очисна станція Чжаоцін у провінції Гуандун загальною потужністю50,000 m³/d, демонструє процес мікропористої аераційної окислювальної канави в повному інженерному масштабі. Таблиця 3 підсумовує умови проектування.

Технологічна лінія є компактною: перед{0}}анаеробний резервуар, за яким слід безкислородна мікропориста аераційна окислювальна канава з кінцевим відстійником. Низький слід -25,000 m²для заводу продуктивністю 50 000 м³/день - є прямою перевагою можливості глибокого-басейну, яку забезпечує дрібно{4}}бульбашкова аерація.

Таблиця 4 показує сертифіковані результати стоків, перевірені Центром екологічного моніторингу провінції Гуандун у грудні 2000 року. Кожен параметр відповідав або перевищував стандарт класу 1A GB 8978–1996.

Завод пройшов комплексну приймальну перевірку Департаментом будівництва провінції Гуандун20 липня 2001 року. Основні операційні показники підтвердили ефективність технології:

Споживана потужність0,19 кВт-год/м³- зокрема ця цифра включає навіть насосну станцію, розташовану за 1100 м від заводу, тому сам процес аерації є ще ефективнішим.

Утворення надлишкового осаду2.5–4.5 t/d(сухі тверді речовини) і споживання PAM 13–15 кг/день - скромні вимоги до обробки хімікатів і осаду-, які зберігають низькі експлуатаційні витрати.

Цей випадок демонструє, що процес мікропористої аерації та окислювальної канави забезпечує чудову ефективність очищення з низьким енергоспоживанням, мінімальним землекористуванням і стабільною довгостроковою-роботою -, що є ключовими факторами для муніципальних проектів з очищення стічних вод.

Висновки та рекомендації

Мікропористі аератори забезпечують найвищу ефективність використання кисню (7%–25%) серед поширених пристроїв аерації канави окислення, з енергоефективністю (1,8–2,5 кг O₂/кВт-год) порівняно з механічними альтернативами.

Конфігурація мікропористого аератора + занурювального штовхача забезпечує незалежний контроль аерації та змішування - вирішальна перевага перед механічною аерацією для біологічного видалення поживних речовин, оскільки вона дозволяє процесу утримувати зони з низьким-кислородним вмістом DO, зберігаючи гідравлічне змішування.

Правильне проектування глибини занурення та діаметра бульбашок має вирішальне значення для оптимізації як EA, так і EP. Глибше не завжди означає краще; вибрана комбінація повинна знаходитися на зростаючій частині кривої EP.

З забрудненням і засміченням можна ефективно боротися за допомогою належної фільтрації повітря, відповідних матеріалів для трубопроводів, резервних систем живлення та регулярних протоколів технічного обслуговування.

Станція очищення стічних вод Чжаоцін підтверджує здатність технології постійно відповідати суворим стандартам скидів -ГПК < 25 мг/л, БПК5 < 15 мг/л, SS < 9 мг/л, NH3-N < 9 мг/л, PO₄³⁻-P < 0,45 мг/л- лише за споживання енергії0,19 кВт-год/м³.

Технологія мікропористої аераційної окислювальної канави пропонує привабливу відповідь на поширену муніципальну проблему «можна будувати, але не може дозволити собі експлуатувати» -, поєднуючи низькі капіталовкладення, низькі експлуатаційні витрати та надійну ефективність очищення.

Наші мікропористі рішення для аерації для окислювальних канав

Базуючись на багаторічному досвіді в технологіях аерації, наша компанія пропонує широкий асортимент мікропористих аераційних продуктів, оптимізованих для застосування в окислювальних канавах:

Дискові дифузори з дрібними бульбашками.Мембранні дифузори EPDM зРозмір пор 20–50 мкм, високою ефективністю передачі кисню та проектним терміном служби 5–8 років.

Мікропористі трубчасті дифузори.Трубчасті дифузори з жорсткого корунду або гнучкої мембрани для модернізації каналів окислення та нових установок, пропонуючи збалансоване поєднання ефективності та доступу до технічного обслуговування.

Підйомні аераційні каркасні системи.Модульні рами дифузорів, які можна піднімати для огляду та обслуговування без зливу бака -, безпосередньо вирішуючи проблему доступності, про яку говорилося вище.

Занурювальні штовхачі/мішалки.Узгоджене рухове обладнання потоку для комбінованої конфігурації мікропористого аератора + штовхача.

Повне проектування системи.Оптимізація схеми аерації, вибір повітродувки, проектування трубопроводів та інтеграція системи керування.

Тестування продуктивності на-сайті.Метод-відпрацьованого газу та перевірка чистої води для перевірки фактичної ефективності передачі кисню за ваших робочих умов -, тому що перевірка-спеціального місця є єдиним надійним способом підтвердити ефективність аерації.