Проектиране и пускане в експлоатация на система за прецизна аерация за много-стъпална AAO пречиствателна станция за отпадъчни води
Преглед
Пречистването на отпадъчни води е жизненоважен компонент на градското строителство. През последните години индустрията за пречистване на отпадъчни води в Китай се разви бързо. Дълбокото участие на пречиствателните станции за отпадъчни води в съвместното намаляване на емисиите служи като важна подкрепа за изграждането на ниско-въглеродно общество, развитието на ниско-въглеродна икономика и постигането на устойчиво градско развитие. Съгласно целите „Двойни въглеродни емисии“, концепцията за ниско-въглеродни пречиствателни станции за отпадъчни води привлече вниманието на индустрията. За да се приведе в съответствие със стратегията за развитие на ниско{7}}въглеродни пречиствателни станции за отпадъчни води, е необходимо да се анализират и проучат ключовите фактори, влияещи върху енергоспестяването и намаляването на емисиите.
Повечето пречиствания на битови отпадъчни води използват процеси с активна утайка. Ключов фактор при това третиране е доставянето на подходящо количество кислород за окислителните реакции от микроорганизмите в биологичните резервоари, което прави контрола на обема на аериране от решаващо значение. Традиционният контрол на аерацията, постигнат чрез ръчни превключватели, разчита предимно на опита на -операторите на място, което води до значителна несигурност и загуба. За постигане на автоматичен контрол на прецизни системи за аериране и намаляване на ръчната намеса, изследователите са проучили широко методите за контрол на аерацията, включително размит контрол, невронни мрежи, размити невронни мрежи, генетични алгоритми и поддържащи векторни машини. Тази статия се фокусира върху много-етапния AAO процес на пречиствателна станция за отпадъчни води в Шенжен, като анализира и обобщава процеса на проектиране и пускане в експлоатация на нейната прецизна система за аериране, за да предостави справка за подобни проекти.
1 Общ преглед на системата
1.1 Принцип на системата за прецизна аерация
Биологичното пречистване е най-важният етап в процеса на пречистване на отпадъчни води, като обикновено има за цел да премахне или намали целевите вещества в отпадъчните води, за да отговарят на стандартите за заустване чрез поддържане на устойчив и ефективен микробен растеж и насърчаване на биохимични процеси. Традиционните стратегии за контрол не могат да отговорят своевременно и точно на промените в работните параметри на съвременните пречиствателни станции за отпадъчни води. По време на първоначалната пробна експлоатация често се правят корекции само на вентилаторите или на аерационните тръби на терминала, като не се извършва регулиране в реално-време, при-поискване на обема на аериране в реакционните резервоари въз основа на действителните промени в работните условия, като същевременно се постигат икономии на енергия.
Разтвореният кислород (РО) е основен фактор, влияещ върху процеса на биологично третиране. Качеството на контрола на DO влияе пряко върху ефективността на пречистване на отпадъчни води. Системата за прецизна аерация въвежда много-параметричен контролен метод, съчетаващ „предаване + обратна връзка + модел,“ ефективно адресиране на характеристики като големи забавяния във времето и не-линейност в пречиствателните станции за отпадъчни води. Той изчерпателно разглежда вентилаторите, регулиращите клапани на аерационните тръбопроводи, както и DO и водното натоварване, за прилагане на прецизен контрол върху процеса на биологична реакция, постигайки-аериране при поискване, като по този начин подобрява операционната стабилност на системата и пести енергия.
В пречиствателните станции за отпадъчни води предварителните сигнали включват главно сигнали за входящ поток и качество; Сигналите за обратна връзка включват главно DO, смесени суспендирани твърди вещества от течност (MLSS) и сигнали за нивото на биологичния резервоар.
Стратегията за контрол на DO на системите за прецизна аерация обикновено има два подхода: задаване на контролната цел като постоянна стойност или като динамична стойност.
Обикновено при стратегията, при която целта за контрол на DO е зададена като постоянна стойност, системата за прецизна аерация изчислява необходимия въздушен обем за всяка зона на биологичен резервоар и общия необходим въздушен обем въз основа на сигнали като качество на входящия поток, входящ поток, зададена точка на DO и MLSS на биологичен резервоар. След това регулира основната система за управление на вентилатора и електрическите клапани на аерационните тръби, за да съответства на подавания въздух с търсенето, като по този начин постига контрол на целевата стойност на DO.
Чрез приемането на прецизна система за аериране, пречиствателните станции за отпадъчни води могат по-добре да постигнат следните цели:
(1) Намалете потреблението на енергия за единица пречистена отпадъчна вода, намалявайки разходите.
(2) Подобряване на цялостната стабилност и надеждност на операциите за пречистване на отпадъчни води.
(3) Автоматично регулиране на аерацията въз основа на натоварването на пречистената вода и натоварването на замърсяването, като наистина се постига-аериране при поискване и автоматично управление.
(4) Подобрете качеството на отпадъчните води и повишете степента на съответствие на качеството на отпадъчните води.
1.2 Цялостен дизайн на системата за прецизна аерация
Проектираният капацитет за пречистване на тази пречиствателна станция е 50 000 m³/ден. Той използва много-етапен AAO процес, оборудван с 2 биологични резервоара. Основните показатели за качество на отпадъчните води отговарят на стандартите за повърхностни води клас IV. Процесът на пречистване на отпадъчни води е показан вФигура 1.
Проектът разполага с 2 биологични резервоара. Всеки биологичен резервоар е разделен на 6 зони за контрол на DO, което води до общо 12 зони за контрол на DO за биологичните резервоари на завода. Проектната схема на неговата прецизна система за аериране е показана вФигура 2.
За постигане на прецизна аерация е необходима цялостна контролна мрежа за системата за прецизна аерация. Комуникационната топология за автоматизация на системата за прецизна аерация е показана вФигура 3.
Главната станция на прецизната система за аериране директно получава съответните параметри от вентилаторите за аериране чрез комуникация, събира сигнали от -инструментите за наблюдение на място и изпраща команди за регулиране на управлението към вентилите на оборудването и вентилационната система, като по този начин постига пълен автоматичен контрол на процеса на аериране и координирано регулиране на клапаните за контрол на потока и вентилаторите.
1.3 Хардуерни компоненти на системата за прецизна аерация
Един онлайн анализатор на DO е конфигуриран за всяка контролна зона на DO. Един разходомер за термичен газ и един електрически контролен вентил са конфигурирани на тръбата за аериране, съответстваща на всяка контролна зона на DO. Един разходомер за термичен газ и един трансмитер за налягане са монтирани на главната изходяща тръба в помещението за вентилация.
Таблицата с конфигурацията на оборудването и инструментите за прецизна система за аериране е показана вТаблица 1.
1.4 Софтуерни компоненти на системата за прецизна аерация
Софтуерът на системата за прецизна аерация е инсталиран и работи на работната станция на системата за прецизна аерация, служейки като основна единица за обработка на системата. Въз основа на събраните полеви сигнали, това устройство изчислява необходимостта от биологичен въздух на биологичните резервоари чрез модел и едновременно с това издава команди за настройка към полеви контролни устройства. Функционално той включва основни модули като модул за изчисляване на обема на аериране, модул за разпределение на въздуха и модул за оптимизиране на настройката на вентилатора.
Прецизният софтуер за аерационна система е проектиран основно въз основа на следните два аспекта:
(1) Системата за прецизна аерация разделя аеробната секция на няколко независими контролни зони на DO, способни да се адаптират към изискванията на контролния поток на процеса, като автоматично регулират потока на аериране, за да отговарят на условията на процеса на разпределение на DO, изисквани от единиците за обработка.
(2) Системата за прецизна аерация позволява на потребителите самостоятелно да задават целеви нива на DO и поддържа динамични зададени точки на DO. Като се има предвид удобството и оперативността, съответните данни могат да се преглеждат и конфигурират в централната контролна зала.
Контролният механизъм за прецизна аерация дава приоритет на полето, следван от горния компютър на централното управление, включващ главно управление на клапана и управление на вентилатора.
Управлението на вентила има два режима: режим на локално управление и режим на дистанционно управление. На горния компютър на централното управление има два избора: ръчен режим и режим на прецизна аерация.
Контролът на налягането на вентилатора включва:
(1) Когато главният контролен шкаф влезе в локален режим, зададената точка на налягането може да се настрои ръчно локално.
(2) Когато главният контролен шкаф влезе в дистанционен автоматичен режим, настройката на налягането се разделя на два режима: ръчна и прецизна аерация и управлението се превключва към централната контролна зала.
Тъй като притежава три режима на управление - пълно автоматично управление, частично автоматично управление и ръчно принудително управление - и позволява превключване на режима или на-площадката, или в главната контролна зала, прецизната система за аериране може адекватно да се справи с различни ситуации, възникнали по време на работа на пречиствателната станция за отпадъчни води.
1.5 Функции на системата за прецизна аерация
1.5.1 Изчисляване на потреблението на въздух
Прецизната система за аериране може динамично да изчислява действителната нужда от въздух въз основа на промените в различни фактори в биологичните резервоари, което позволява на системата за аериране да доставя въздух при поискване. Моделът за изчисляване на потреблението на въздух за прецизна система за аериране е показан вФигура4.
При практическите приложения на прецизния контрол на аерацията в пречиствателните станции за пречиствателни води системата за прецизна аерация може да изчисли действителната нужда от въздух в реално-време, когато влиятелният поток и качествените натоварвания се променят, осигурявайки разумна аерация, която отговаря на биохимичните изисквания, като същевременно спестява ненужна консумация на енергия за аериране.
1.5.2 Разпределение на аерационния обем
Системата за прецизно аериране включва множество контролни блокове за аериране. Системата включва стратегия за управление на разединяване на множество-клапани за потискане на смущенията от настройките на един-клапан на други клапани. Той също така притежава много-вентилна оптимална стратегия за управление на отварянето, позволяваща бързо и оптимално регулиране на отварянето на клапана за постигане на бързо и точно предаване и разпределение на аерационния обем между различните контролни модули на аерацията.
1.5.3 Контрол на оптимизирането на вентилатора
Икономията на енергия в процеса на аериране се постига чрез оптимизиране на работата на вентилатора. Ядрото на системата за аериране е регулирането на работата на вентилатора въз основа на работни параметри. От една страна, настройките на вентилатора трябва да вземат предвид действителните работни параметри; от друга страна, настройките на вентилатора също трябва да вземат предвид защитата на оборудването. Общият принцип е вентилаторите да работят при най-икономичните условия, като същевременно се предотвратяват необичайни условия на вентилатора (като пренапрежение).
Системата за прецизна аерация изчислява необходимия въздушен обем въз основа на текущите работни параметри на процеса и след това изпраща сигнала до шкафа за управление на вентилатора. Операции като стартиране/спиране на вентилатори и регулиране на отворите се извършват въз основа на зададената точка на общия въздушен обем, за да се отговори на нуждите от аерация на биологичната система, докато налягането за защита от пренапрежение се използва за защита на вентилаторите от пренапрежение. Вентилаторите са основно технологично оборудване в пречиствателните станции за отпадъчни води. Прецизната система за аериране трябва да регулира работата на вентилатора, за да отговори на нуждите от аериране на биологичните резервоари, като същевременно предотвратява издуването на вентилатора.
2 Пускане в експлоатация на системата за прецизна аерация
За да се осигури нормалната работа на системата за прецизна аерация, отделните устройства в системата трябва първо да бъдат пуснати в експлоатация едно по едно. Впоследствие е необходимо координирано пускане в експлоатация на вентили за аериране на биологични резервоари и вентилатори, настройване на обема на въздуха на вентилатора и регулиране на мониторинга на налягането в тръбопровода. По време на пускането в експлоатация всички операции и настройки трябва да гарантират, че не оказват влияние върху производството. По-конкретно трябва да се подчертаят предпазните мерки при аварийна работа на вентилатора:
(1) По време на краткосрочни-значителни колебания в отварянето на вентилатора. Тази система използва центробежни вентилатори с магнитни лагери, които могат да получават зададени стойности, изпратени от системата за прецизна аерация в реално-време. Вентилаторът регулира времето за отваряне и действие въз основа на разликата. Системата за прецизна аерация има защитен механизъм за безопасност при колебанията на вентилатора, за да се предотврати пренапрежение, причинено от колебания. Възможните причини за краткосрочни-значителни флуктуации в отварянето на вентилатора включват внезапни промени в качеството на потока, несъответстващи параметри за настройка на системата, внезапни промени в налягането в тръбопровода и повреди на инструмента за биологичен резервоар. За безопасността на оборудването, за предотвратяване на големи колебания на налягането в тръбопровода и рискове от пренапрежение на вентилатора, прецизната система за аериране може да бъде ръчно превключена и превключена на ръчен режим.
(2) По време на помпане на вентилатора. По време на първоначалното пускане в експлоатация помпането на вентилатора понякога е неизбежно. Възможните причини включват недостатъчна координация между клапаните и вентилаторите, което води до повишено налягане в тръбопровода и пренапрежение; или неразумни параметри на самия вентилатор, с твърде бързи настройки на отваряне, което води до пренапрежение на самия вентилатор. Когато възникне тази неизправност, системата за прецизна аерация може да бъде ръчно отменена и превключена на ръчен режим за работа.
3 Ефективност на контрола на DO и резултати за енергоспестяване на системата за прецизна аерация
3.1 Ефективност на контрола на DO на системата за прецизна аерация
Проверката на ефективността на прецизната аерационна система за този проект беше проведена основно чрез сравняване на сценарии със и без намесата на системата. Традиционните методи за контрол не могат своевременно и точно да реагират на въздействието на различни смущения. Когато онлайн контролираната стойност на DO показва големи колебания, промяната на разтворения кислород (DO) с течение на времето на определено място в биологичен резервоар без прецизна аерация е показана вФигура 5.
В сравнение с традиционните методи за контрол на биологичния резервоар, прецизният метод за контрол на аерацията може по-точно да контролира DO в рамките на биологичния резервоар, демонстрирайки по-силна адаптивност, като по този начин позволява по-добра аерация и спестяване на енергия. Тенденцията на разтворения кислород (DO) на определено място в биологичен резервоар с прецизна аерация е показана вФигура 6.
Според резултатите от пробната експлоатация на системата за прецизен контрол в този проект, вероятността стойностите на DO да са разпределени в рамките на ±0,5 mg/L от целевата зададена точка е 90%; вероятността в рамките на ±0,3 mg/L е 30%; и вероятността в рамките на ±0,2 mg/L е 20%, отговаряйки на проектните изисквания и действителните оперативни нужди.
3.2 Резултати за спестяване на енергия от контрола на DO със системата за прецизна аерация
В много{0}}степенната AAO пречиствателна станция за отпадъчни води системата за прецизна аерация изчислява необходимия общ въздушен обем в реално-време въз основа на текущия входящ поток и натоварване по време на управлението на вентилатора. След това предава общата зададена точка на необходимост от въздух към главния контролен шкаф на вентилатора, който регулира свързаните вентилатори според зададената цел. Това гарантира, че обемът на аериране отговаря на действителните изисквания както при условия на високо, така и при ниско натоварване, като същевременно намалява ненужното потребление на енергия за аериране. При традиционно управление вентилаторите обикновено работят непрекъснато при относително висока мощност. Чрез прецизното управление на вентилаторите от системата за аериране се постига-регулиране на работната мощност в реално време, постигайки целта за пестене на енергия.
След приемането на прецизната аерационна система, много{0}}степенната AAO пречиствателна станция за отпадъчни води се възползва от нормалната работа на пречиствателното оборудване, точни данни от инструмента, стабилен входящ поток и качество (ненадвишаващи ±20% от проектните стойности), достатъчно работно налягане на вентилатора, непрекъснато регулируем въздушен обем и автоматична работа с постоянно налягане на главния контролен шкаф.
4 Заключение
Прилагането на прецизната система за аериране в много-стъпалната пречиствателна станция за отпадъчни води AAO има за цел да осигури усъвършенствано оперативно решение за етапа на аериране на процеса на пречистване на отпадъчни води. Решението за прецизна аерационна система отговаря напълно на условията на работа на инсталацията, като постига прецизен контрол на аерацията. На тази основа микробната биохимична среда остава стабилна, като по този начин подпомага пречиствателната станция за отпадъчни води в постигането на рафинирана, енергоспестяваща и автоматизирана работа на системата за аериране, като по този начин се подобрява стабилността на качеството на отпадъчните води.