Приложение на онлайн технология за химическо почистване за аератори с фини мехурчета в пречиствателни станции за отпадъчни води
Аераторите с фини мехурчета се използват широко като оборудване за аериране в пречиствателни станции за отпадъчни води поради тяхната проста структура, висока ефективност на използване на кислород, надеждна работа, устойчиви на запушване -пори, предотвратяване на обратния поток на отпадъчните води, равномерно разпределение на напрежението по периферията, дълъг експлоатационен живот, лесна инсталация и поддръжка и ниска цена на системата. Като ключов компонент за доставка на кислород при пречистване на отпадъчни води, системите за аериране с фини мехурчета са склонни към запушване от замърсяване и биофилм по време на дългосрочна-работа, което поставя значителни предизвикателства пред поддържането на тяхната ефективност. Онлайн технологията за химическо почистване предоставя ефективно решение на този проблем.
1. Образуване и опасности от запушване на аератора с фини мехурчета
След продължителна работа аераторите с фини мехурчета са податливи на запушване, което обикновено се категоризира като „вътрешно запушване“ и „външно запушване“ въз основа на формата на запушване от замърсител. „Вътрешно запушване“ се отнася до отлагането на фини частици като колоидни частици и макромолекули на разтворено вещество от смесената течност в порите, което води до запушване на порите. „Външно запушване“ се отнася до отлагането на котлен камък върху повърхността на мембраната, обърната към страната на водата. Този тип запушване има тенденция непрекъснато да увеличава съпротивлението на мембраната при изпускане на въздух, което води до повишено налягане върху мембраната и постепенно разширяване на размера на порите. С течение на времето това може лесно да причини разкъсване на мембраната. След като мембраната се разкъса, въздействието се простира от разрушаване на ефективността на аерирането до структурно увреждане на системата, което потенциално налага спиране за поддръжка или смяна на аератора.
Проблемите със запушването в аераторите с фини мехурчета водят до повишени оперативни рискове:
- От гледна точка на разходите за потребление на електроенергия: Тъй като аераторите се запушват, налягането в тръбопровода се повишава, принуждавайки вентилаторите да работят при високо-натоварване, висока-енергийна-консумация. Това увеличава консумацията на енергия и също така влияе върху живота на вентилатора.
- От гледна точка на риска за околната среда: Неравномерното аериране намалява скоростите на пренос на кислород, ограничава гъвкавостта на контрола на процеса и може сериозно да повлияе на качеството на отпадъчните води в сериозни случаи.
- От гледна точка на икономическите разходи: Разходите за ръчно почистване след изпразване на резервоарите са високи.
- От гледна точка на безопасността: Ръчното почистване след изпразване изисква влизане в резервоари за отстраняване на утайки, което включва влизане в затворено пространство и временна електрическа работа, като по този начин се увеличават рисковете от електрически и лични опасности.Фигура 1показва феномена на натрупване на утайка от запушване на аератора.
Следователно, редовната поддръжка и почистване на аераторите с фини мехурчета е от решаващо значение за осигуряване на тяхната оперативна ефективност. Традиционните методи за поддръжка и почистване на аератора изискват пълно изпразване на резервоарите за биологична реакция. Мащабната -поддръжка и почистване на съоръжения за пречистване на отпадъчни води може да повлияе на нормалното пречистване и изпускане на отпадъчни води или да изисква одобрение от съответните правителствени служби, ако се извършва на определени места (като райони, обхванати от градски дренажни мрежи или защитени зони на източници на питейна вода). Този процес включва множество опасни операции (напр. навлизане в затворено пространство) с многобройни рискове и недостатъци, налагащи значителни икономически тежести и потенциални разходи (напр. координиране с отношенията с правителството, намален капацитет за пречистване по време на поддръжка, регулиране на качеството на водата, рискове за безопасността) на пречиствателните станции за отпадъчни води. Натискът и предизвикателствата, свързани с изпразването за поддръжка, правят относително слаба осъществимостта на редовното изпразване за почистване на аератора.
Предвид многобройните недостатъци на традиционното ръчно почистване след изпразване-висока цена, висок оперативен риск и неоптимална ефективност на почистване-изследванията за онлайн почистване на аератори с фини мехурчета с помощта на онлайн устройства за дозиране на химикали при нормални условия на аериране са особено важни.
Това проучване избра заводски проект като място за полеви тестове за онлайн технологията за химическо почистване. Инсталацията има общ капацитет за пречистване на отпадъчни води от 600 000 тона на ден, изградена в четири фази. Проектът от третата-фаза има капацитет за третиране от 100 000 тона на ден, като се използва AAO процес; проектът от четвъртата-фаза има капацитет за третиране от 200 000 тона на ден, използвайки MBR процес. Качеството на отпадъчните води отговаря на стандарта за степен А на GB 18918-2002 „Стандарт за изхвърляне на замърсители за общински пречиствателни станции за отпадъчни води“. Онлайн почистването беше извършено на аератори с фини мехури в аеробните резервоари на трета и четвърта фаза, които бяха в експлоатация от 6-7 години.
2. Принцип на онлайн технологията за химическо почистване
Онлайн технологията за химическо почистване включва добавяне на специфични химически агенти към аериращата система за разтваряне или разпръскване на запушващи вещества чрез химическо действие. Тези агенти могат да бъдат киселинни, алкални, окислителни или хелатиращи. Например, някои киселинни агенти могат да разтворят алкални утайки като калциев карбонат, докато окислителите могат да разложат органични блокажи, произведени от микроорганизми.
2.1 Анализ на често срещаните замърсители
Замърсителите, полепнали по повърхностите на аератора, са разнообразни и техният състав е тясно свързан с характеристиките на отпадъчните води, процесите на пречистване и условията на работа. Общите замърсители се анализират, както следва:
- Неорганични замърсители: Включва калциеви и магнезиеви съединения, сулфиди, метални оксиди и хидроксиди, главно произхождащи от химическо утаяване и пренасищане на йони. Основното им въздействие върху аераторите включва запушване на порите, намалена ефективност на аериране, увеличена консумация на енергия в системата, повишена устойчивост на аериране и намалена ефективност на пренос на кислород.
- Органични замърсители: Включете микробен биофилм, суспендирани органични частици, мазнини/масла и органични колоиди. Микробният биофилм се образува основно поради микробна колонизация и адхезия на извънклетъчно полимерно вещество (EPS). Неговите опасности включват създаване на анаеробна микросреда и освобождаване на токсични газове (напр. H₂S). Органичните колоиди се образуват поради хидрофобни взаимодействия и електростатична адсорбция, създавайки хидрофобни слоеве, които възпрепятстват отделянето на газ и влияят върху равномерността на аерацията.
- Композитни замърсители (неорганични-органични смесени мащаби): Включва биологичен-химичен смесен мащаб и прикрепване на частици от утайка, образувано главно чрез физическо улавяне и химическо свързване. Техните ефекти включват покриване на повърхността на аератора, намаляване на ефективната площ на аериране, ускоряване на стареенето на оборудването и съкращаване на циклите на поддръжка.
Чрез инспекции за поддръжка на аерационната система на завода бяха идентифицирани следните проблеми: ① Продължителната работа на аераторите под вода, съчетана с увеличаване на експлоатационния живот, доведе до значително стареене на уплътненията на О-пръстените в точките на свързване, което доведе до изтичане на газ; ② По време на работа непрекъснатото отлагане на утайка и корекциите в контрола на производствения процес доведоха до по-високи концентрации на утайка в определени зони, причинявайки косвено силно образуване на котлен камък върху повърхностите на мембраната на аератора, както е показано вФигура 2; ③ Когато концентрацията на утайката в резервоарите за биологична реакция е твърде висока, възрастта на утайката се удължава, увеличавайки разтворения кислород, необходим за нормалната микробна активност и повишавайки изискванията към системата за подаване на кислород; ④ Повишената плътност на смесената течност в резервоарите за аериране увеличава устойчивостта, което води до по-висока консумация на енергия за механична аерация или аерация с вентилатор; ⑤ Някои замърсявания са проникнали в аерационните пори, засягайки аерацията на системата, както е показано наФигура 3. Въз основа на причините за образуване на замърсители е установено, че котленият камък върху повърхностите на аератора съдържа неорганични замърсители, органични вещества, протеини и др.
2.2 Избор на почистващи препарати
За видовете замърсяване на мембраната трябва да се изберат подходящи химически почистващи препарати. Тези агенти могат да проникнат през аерационните пори в стената на тръбата до пространството между мембраната и стената на тръбата, като постигат почистване на повърхността на мембраната и нейните пори. Изборът на типа почистващ препарат трябва да се основава на действителните физикохимични свойства на мембраната, видовете замърсители и степента на замърсяване. Почистващият агент трябва да е биоразградим и не-токсичен за организмите, способен ефективно да отстранява неорганичния котлен камък от стените на въздуховодите и вътре в дифузорите. Трябва да има добра почистваща ефикасност срещу запушвания (известни също като „запушване на газовата -фаза“), причинени от замърсители, частици или прах във входящия въздух на системите за аериране на вентилатора, течове на масло от вентилаторите и ръжда от вътрешните тръби за въздух.
Алкалните почистващи агенти включват натриев хидроксид, натриев карбонат, натриев фосфат, натриев силикат, калиев хидроксид и др. Натриевият хидроксид е често срещан химичен агент в процесите на пречистване на отпадъчни води за повишаване на рН на отпадъчните води, така че може да бъде избран като алкален почистващ агент.
Киселинните почистващи агенти включват сярна киселина, солна киселина, азотна киселина, лимонена киселина, оксалова киселина, фосфорна киселина и др. Като се има предвид, че цитратът има силна хелатна способност за йони като манган и желязо и на практика, в сравнение с минералните киселини, лимонената киселина е сравнително слаба, по-малко корозивна за оборудването, по-безопасна и лесно биоразградима от микроорганизми, лимонената киселина е избрана като киселинно почистващо средство агент.
Таблица 1показва категориите и ефективността на почистващите препарати, които обикновено се използват за замърсяване на мембрани.
2.3 Проектиране на онлайн почистващо устройство
Като се има предвид налягането при работещи системи за аериране с фини мехурчета и многобройните разклонителни тръби, проектирането на подходящо онлайн дозиращо устройство за аератори с фини мехурчета е особено важно. Дозиращото устройство за почистване, проектирано в това проучване, включва блок за разтваряне/разреждане и дозиращ модул, както е показано вФигура 4.
Устройството за разтваряне/разреждане се състои основно от подготвителен резервоар, бъркалка и нивомер, използвани за разтваряне и разреждане на агентите. Чрез инжектиране на определено количество вода в подготвителния резервоар, добавяне на агента и стартиране на бъркалката, агент със специфична концентрация може да бъде приготвен за използване от дозиращия модул.
Дозиращият модул се състои основно от дозиращ резервоар, изпускателен клапан, дозиращ клапан, балансиращ клапан, захранващ клапан и някои тръбопроводни системи. Дъното на дозиращия резервоар е свързано с дозираща тръба, която допълнително се разклонява на множество дозиращи под-тръби. Всички дозиращи под-тръби са свързани една-към-една с множество разклонителни тръби за аерация, които от своя страна са свързани към няколко аератора с фини мехурчета, като по този начин се постига целта за почистване на аераторите с фини мехурчета.
По време на внедряването беше пробит отвор Φ15 mm във всеки аерационен разклонител на резервоарите за биологична реакция като дозиращ порт, през който беше монтирана найлонова дозираща тръба за доставяне на агента към аераторите с фини мехурчета, намалявайки загубата на агент. Едновременно с това беше пробит допълнителен отвор в разклонителната тръба за аерация като балансираща газова тръба за изравняване на налягането между дозиращия резервоар и разклонителната тръба за аерация. Отворите, пробити в разклонителните тръби за аерация, са запечатани с тапи по време на нормална работа, а фитингите за бързо{3}}свързване се монтират по време на дозиране, за да се позволи бързо инсталиране и премахване.
3. Приложение на Устройството за почистване на онлайн дозиране
В този онлайн експеримент за почистване с дозиране аераторите с фини мехурчета бяха поставени в биологичните резервоари. Специфичен почистващ разтвор се инжектира в мембраните на аератора с фини мехурчета през разклонителните тръби за аериране, позволявайки му да тече към захранващата страна, за да разложи органичната материя, полепнала по повърхността на мембраната, като по този начин възстановява трансмембранната разлика в налягането и постига почистващия ефект. Експерименталният дизайн се основава на три променливи: тип на агента, концентрация на агента и време за почистване. Тестовата схема е показана вТаблица 2.
3.1 Анализ на онлайн дозиране Почистващ ефект
След почистване, сензорното наблюдение на аериращата повърхност на мястото показа по-малки размери на мехурчетата, излизащи от повърхността на аерационния резервоар и по-равномерна аерация.Фигура 5показва сензорния вид на аерацията преди и след почистване.
След почистване с различни типове агенти и концентрации, аераторите постоянно показват увеличен дебит и намалено налягане в тръбопровода, с възстановени дебити. Ефективността на аерирането се възстановява в различна степен след третиране с различни методи за почистване. Комбинираните данни за повишен въздушен поток и понижено налягане в тръбопровода показват, че различните типове агенти, концентрации и времена за почистване имат различни ефекти върху възстановяването на аератора.Фигури 6 и 7показват промените в дебита и налягането съответно преди и след почистване.
Ефективността на възстановяване на аераторите след почистване с натриев хидроксид е малко по-ниска от тази след лимонена киселина. Високата разтворимост на натриевия хидроксид във вода води до значително отделяне на топлина при разтваряне. В съчетание със силната му хигроскопичност, алкалност и корозивност, тези свойства налагат вземането на допълнителни предпазни мерки при практически операции. От гледна точка на безопасността на почистването, натриевият хидроксид не е предпочитаният почистващ агент. Следователно, когато избирате почистващи препарати, тяхната безопасност и удобство при работа трябва да бъдат внимателно оценени, за да се гарантира безопасността на оператора и оптимална ефективност на почистване.
Резултатите от тестовете показаха, че след онлайн дозирано почистване, аерацията в биологичните резервоари стана по-равномерна, скоростта на потока на аераторите с фини мехурчета се увеличи, налягането в тръбопровода намаля значително и почистващият ефект беше забележителен.
3.2 Технически предимства
- Намалява времето за престой: В сравнение с традиционното почистване чрез разглобяване, онлайн почистването с дозиране не изисква спиране на системата за аериране, избягване на прекъсвания в процеса на пречистване на отпадъчни води и намалена ефективност на пречистване, причинена от спирания.
- Подобрява ефективността на почистване: Агентите могат да проникнат дълбоко в порите, като ефективно почистват труднодостъпните--запушени зони. След прилагане в някои битови пречиствателни станции за отпадъчни води, равномерността на аерирането се подобри значително и ефективността на пренос на кислород се увеличи значително.
- Намалява интензивността на труда и разходите: Елиминира необходимостта от ръчно разглобяване и повторно сглобяване на аератори, намалявайки ръчния труд и риска от повреда на оборудването от честото разглобяване, като по този начин спестява разходи за поддръжка. Цената на онлайн химическото почистване за аератори с фини мехурчета е 0,47 RMB/тон, докато цената на традиционното ръчно почистване за стари аератори е 13,3 RMB/тон. Изчислено е, че годишните спестявания от разходите за почистване на аератора с фини мехурчета възлизат на 515 000 RMB. В сравнение с традиционното ръчно почистване на стари аератори, онлайн химическото почистване предлага значителни икономически предимства.
- Удължава живота на оборудването за аериране: Чрез онлайн химическо почистване ефектът на аериране на аераторите с фини мехурчета е ефективно подобрен, подобрявайки работата на аератора и до известна степен удължавайки експлоатационния живот на оборудването за аериране, като ефективно намалява натоварването на вентилатора.
- Предоставя повече опции за производствен график и планове за поддръжка: Чрез онлайн химическо почистване разпределението на мехурчетата става по-равномерно, налягането във въздушната тръба е ефективно намалено, скоростта на потока значително се увеличава, което значително подобрява скоростта на пренос на кислород и осигурява солидна гаранция за регулиране на качеството на водата.
4. Заключение
Онлайн технологията за химическо почистване за аератори с фини мехурчета има значителна стойност за приложение в пречиствателните станции за отпадъчни води. Чрез рационалното му приложение проблемите със запушването в аераторите с фини мехурчета могат да бъдат ефективно решени, производителността на системата за аериране да се подобри, времето за престой и оперативните разходи да се намалят и да се осигури стабилна и ефективна работа на пречиствателните станции за отпадъчни води. Ограниченията на традиционното ръчно почистване ще насочат индустрията към онлайн почистване. Появата на ново оборудване и интелигентни системи за управление значително намалява трудността при онлайн почистване. В съчетание с политики и екологични разпоредби, наблягащи на въглеродната неутралност и рециклирането на водните ресурси, което косвено ще насърчи прилагането на онлайн технология за почистване. В бъдеще формулировките на агентите могат да бъдат оптимизирани и могат да бъдат изследвани много-технологии за синергично почистване. Освен това могат да се преследват стратегии за контрол на дозирането и изследване на интелигентността на оборудването, за да се адаптират по-добре към нуждите на различните пречиствателни станции за отпадъчни води.