Микропорести аератори в окислителни канавки: 7-25% ефективност на използване на кислорода, 0,19 KWh/m³ енергия и клас 1A отстраняване на хранителни вещества (Zhaoqing 50 000 M³/d Case)

Аериращото оборудване е най-критичният механичен компонент в окислителната канавка. Той определя ефективността на пречистване, консумацията на енергия и стабилността на работа с един удар - и също така е мястото, където се изразходва най-големият дял от сметката за електроенергия на централата. И все пак повечето конвенционални аератори за окислителни канавки свързват две задачи, които трябва да са независими: пренасяне на кислород и избутване на вода около канавката. Тази статия обяснява защо микропорестата аерация - с ефективност на използване на кислород7–25%и енергийна ефективност на1,8–2,5 kg O₂/kWh- се превърна в технология на избор за енергийно съзнателни общински оператори и защо 50 000 m³/d ПСОВ Zhaoqing постигна клас 1A отпадъчни води само0,19 kWh/m³.

Четирите задачи на окислителната аерация

В окислителната канавка оборудването за аериране изпълнява четири различни функции: (1) доставя кислород към смесената течност за биологично окисление, (2) задвижва водния поток напред, (3) поддържа кръгов поток в канавката и (4) осигурява цялостно смесване на кислород, органични субстрати и микроорганизми, така че активната утайка да остане в суспензия.

Конвенционалните устройства - аератори с хоризонтален вал (аератори с четка и дискови аератори) и повърхностни аератори с вертикален вал - се опитват да извършат и четирите задачи с една машина. Това свързване е източникът на основен оперативен конфликт: скоростта на потока, необходима за предотвратяване на утаяването на утайката (>0.3 m/s) често е по-висока от интензивността на аериране, от която биологията действително се нуждае, особено при ниско натоварване. Резултатът е хронична свръхаерация, която нарушава аноксичните зони, необходими за отстраняване на азот и фосфор. Микропорестата аерация заобикаля този конфликт, като отделя изцяло подаването на кислород от задвижването на потока.

Ключови показатели за ефективност: EA и EP

Ефективност на използване на кислород (EA)

ЕА представлява процента на кислорода, прехвърлен от подавания въздух в смесената течност спрямо общия доставен кислород. Струва си да се разберат управляващите взаимоотношения, защото те обясняват защо фините мехурчета печелят:

За дадена отпадъчна вода, както коефициентът на масопренос (K_L) и скоростта на издигане на балона (v_b) са функции на диаметъра на мехурчето (d_b). Безразмерният терминХЗТ·K_L·h / (v_b·d_b)улавя влиянието на размера на мехурчетата върху преноса на кислород - и по-малките мехурчета произвеждат значително по-високи EA. Причините са физически: фините мехурчета имат много по-голямо съотношение повърхност/обем и се издигат по-бавно, така че всяко мехурче прекарва по-дълго време в смесената течност и прехвърля повече от кислорода си, преди да достигне повърхността.

По-голямата дълбочина на потапяне на аератора (h) също увеличава EA, тъй като по-дълбокото освобождаване означава по-дълъг път на движение на мехурчетата. Скоростта на подобрение обаче намалява с увеличаване на дълбочината - има точка на намаляваща възвръщаемост. ЕА също така има теоретичен максимум, определен от съотношението на концентрацията на разтворен кислород към концентрацията на наситен кислород в смесената течност; след като алкохолът достигне насищане с кислород, никакво количество допълнителен въздух не може да вкара повече кислород.

Енергийна ефективност (EP)

Енергоефективност, изразена вkg O₂/kWh, измерва пренесения кислород за единица консумирана електрическа енергия. EP и EA не са независими - и двете са функции на дълбочината на потапяне (h) и диаметъра на мехурчето (d_b). Две констатации се открояват за дизайнерските инженери:

Първо, за всеки даден диаметър на мехурчето, EP първоначално се повишава с дълбочината на потапяне, достига максимум и след това пада. Оптималните h и d_bследователно комбинацията трябва да се избира заедно - по-дълбокият резервоар не е автоматично по-добър. Второ, за системи с фини мехурчета,трябва да се избягва дълбоката аерация на резервоараако избута системата към низходящата част на ЕР кривата, тъй като това би намалило енергийната ефективност, дори когато абсолютният пренос на кислород изглежда се подобрява.

Сравнителен анализ на аерационното оборудване

Таблица 1 сравнява аерационните устройства, които най-често се инсталират в окислителни канавки. Обърнете внимание, че ефективността на механичната аерация се изразява като капацитет на оксигениране (kg O₂/h) – пренесеният кислород за единица време – докато ефективността на микропореста аерация се изразява като ефективност на използване на кислород EA (%). Това не е само единица разлика; той отразява фундаментално различен начин за оценка на двете технологии.

Няколко извода следват директно от таблицата:

Микропорестите аериращи плочи предлагат най-високата гама EA -7%–25%- от всички сравнени устройства, като същевременно се постига енергийна ефективност (1,8–2,5 kg O₂/kWh), която съответства или надвишава механичните аератори. С други думи, те пренасят кислород в алкохола много по-ефективно от механичните алтернативи и го правят, без да жертват енергийните характеристики.

Конвенционалните механични аератори оценяват капацитета си за оксигениране по физически размери - дължина на четката, брой дискове, диаметър на работното колело. Това прави тяхната мощност фиксирана при монтажа и по-малко гъвкава при условия на променливо натоварване. Една микропореста система, напротив, може да модулира подаването на въздух непрекъснато чрез управление на вентилатора.

Дифузорите с микропорести тръби предлагат балансирана комбинация отEA от 10%–20%и достъпност за поддръжка, което ги прави практичен избор за преоборудване, където достъпът е ограничен.

Характеристики на микропорести аерационни окислителни канавки

Независим контрол на аерирането и смесването

Определящото предимство на конфигурацията микропорест аератор + потопяем тласкач е, че тя напълно отделя подаването на кислород от задвижването на потока. В конвенционален канал единичният механичен аератор трябва едновременно да отговаря на хидравлични изисквания (поддържане на скоростта на потока над0.3 m/sза предотвратяване на утаяването на утайката) и биологично изискване (съпоставяне на доставката на кислород с дихателната нужда). По време на периоди с ниско натоварване - дъждовно време, висок поток на разтворен кислород - изпълнението на хидравличното изискване води до прекомерна аерация, което нарушава аноксичните зони, необходими за биологичното отстраняване на азот и фосфор.

С отделно оборудване, разтвореният кислород и скоростта на потока се контролират независимо. Операторите могат да поддържат аеробната зона точно на DO, необходимо за нитрификация, докато потопяем тласкач поддържа циркулацията и могат да разширяват или свиват аноксичната зона по свое усмотрение чрез включване или изключване на отделни групи аератори. Тази гъвкавост е това, което прави дълбокото биологично отстраняване на хранителни вещества практично в геометрията на канавката.

Ключови параметри на дизайна

Таблица 2 обобщава проектната обвивка за микропореста аерационна окислителна канавка, конфигурирана за отстраняване на хранителни вещества.

Ключови предимства

Превъзходна оксигенация и смесване.Аерацията с фини мехурчета, комбинирана с потопяеми тласкачи, осигурява разтворен кислородПо-голямо или равно на 1–2 mg/L при изхода на канавката, поддържа скорост на смесената луга по-голяма или равна на 0,3 m/s, за да се предотврати утаяването на утайката, и постига цялостно въглеродно окисление и нитрификация в целия обем на канавката.

Отлично отстраняване на хранителни вещества.Конфигурирани като A²/O процес с преаноксични и анаеробни зони, микропорестите аерационни окислителни канавки доставят отстраняване на азот и фосфор, което последователно отговаря на клас 1A на GB 8978–1996 - най-строгият градски клас за изпускане.

Гъвкава работа.Подаването на въздух се регулира чрез регулиране на мощността на вентилатора в отговор на влиятелния поток и натоварване. Индивидуалните аератори могат да се включват или изключват, за да променят дължините на аеробните и аноксичните зони, адаптирайки процеса към променящите се влиятелни условия без механично преконфигуриране.

Възможност за дълбок резервоар.Микропорестата аерация позволява ефективна дълбочина на водата6 m или повече, намаляване на земния отпечатък и подобряване на производителността при ниски температурни условия - основно предимство в гъсти градски обекти, където земята е дефицитният ресурс.

Енергийна ефективност и намалена миризма.Микропорестите системи консумират значително по-малко енергия от механичната повърхностна аерация и генерират значително по-малко миризми, тъй като кислородът се пренася под водната повърхност, където аерозолите не могат да излязат.

Често срещани проблеми и решения

Основното оперативно предизвикателство за микропорестите аератори езамърсяване и запушване. Тъй като порите са малки, те са уязвими към блокиране от маслена мъгла, прах, частици ръжда и биологични филми. Препоръчват се следните превантивни мерки:

Входящият въздух към вентилаторите трябва да се филтрира - чрез електростатично утаяване или ръкавни филтри - за да се предотврати навлизането на маслена мъгла и прахови частици в подавания въздух. Международните стандарти препоръчват премахване наПо-голямо или равно на 95% от 2 μm частици(UK) или съдържание на прах по-долу1,5 mg/1000 m³(Франция).

Тръбите за разпределение на въздуха трябва да са от неръждаема стомана или пластмаса. Тръбите от въглеродна стомана изискват вътрешно антикорозионно покритие, за да се предотврати навлизането на частици ръжда в микропорестите елементи.

В краищата на колекторите за разпределение на въздуха трябва да се монтират дренажи за периодично отстраняване на натрупаната вода - задържаната влага ускорява биологичното замърсяване.

Микропорестите системи са уязвими към прекъсване на захранването. Препоръчват се двойно захранване или резервни генератори и трябва да се поддържа минимално подаване на въздух по време на прекъсвания, за да се предотврати отлагането на утайки върху повърхностите на дифузора. Временните спирания не трябва да надвишават4 часа; ако резервоарът бъде изваден от експлоатация, той трябва да се напълни с чиста вода на дълбочина 1,0–1,2 m.

Входящите отпадъчни води трябва да получат подходяща предварителна обработка, за да се сведат до минимум остатъците и суспендираните твърди вещества, навлизащи в зоната на аериране. Когато порите се запушат, методите за регенерация включват измиване с вода, измиване с киселина, изпичане при висока температура или механично рязане на повърхността - подходящият метод зависи от вида на дифузера. С правилно управление, замърсяването може да бъде ефективно контролирано.

Второто оперативно предизвикателство едостъпност за поддръжка. За разлика от повърхностните аератори, микропорестите аератори обикновено изискват източване на резервоара за проверка и подмяна. Срокът на експлоатация обикновено е4–5 годиниза стандартни домашни продукти и до 8–10 години за премиум мембрани. За да се минимизира прекъсването, системите трябва да бъдат проектирани с множество независимо работещи зони за аериране или повдигащи се дифузьорни рамки.

Инженерен казус: ПСОВ Zhaoqing

Общинската пречиствателна станция за отпадъчни води Zhaoqing в провинция Гуангдонг с общ капацитет от50,000 m³/d, демонстрира процеса на микропореста аерация и окисляване в пълен инженерен мащаб. Таблица 3 обобщава проектните условия.

Процесът е компактен: преданаеробен резервоар, последван от аноксична микропореста аерационна окислителна канавка, с краен утаител. Ниският земен отпечатък -25,000 m²за инсталация с 50 000 m³/d - е пряка полза от способността за дълбоки басейни, която позволява аерирането с фини мехурчета.

Таблица 4 показва сертифицираните резултати за отпадъчни води, проверени от Центъра за мониторинг на околната среда на провинция Гуангдонг през декември 2000 г. Всеки параметър отговаря или надвишава стандарта за клас 1A от GB 8978–1996.

Заводът премина цялостна инспекция за приемане от отдела по строителство на провинция Гуангдонг20 юли 2001 г. Ключови оперативни показатели потвърдиха ефективността на технологията:

Консумирана мощност от0,19 kWh/m³- особено тази цифра включва дори помпена станция, разположена на 1100 м от завода, така че самият процес на аериране е още по-ефективен.

Излишното производство на утайки от2.5–4.5 t/d(сухи твърди вещества) и консумация на PAM от 13–15 kg/d - скромни изисквания за обработка на химикали и утайки, които поддържат ниски експлоатационни разходи.

Този случай демонстрира, че процесът на микропорести аерационни окислителни канали постига отлична производителност на пречистване с ниска консумация на енергия, минимално използване на земята и стабилна дългосрочна работа – всички ключови съображения за общински проекти за пречистване на отпадъчни води.

Изводи и препоръки

Микропорестите аератори предлагат най-висока ефективност на използване на кислород (7%–25%) сред обикновените устройства за аериране на окислителни канали, с енергийна ефективност (1,8–2,5 kg O₂/kWh) сравними с механичните алтернативи.

Конфигурацията с микропорест аератор + потопяем тласкач позволява независим контрол на аерирането и смесването - решаващо предимство пред механичната аерация за биологично отстраняване на хранителни вещества, тъй като позволява на процеса да задържа аноксични зони с ниско DO, като същевременно поддържа хидравлично смесване.

Правилният дизайн на дълбочината на потапяне и диаметъра на мехурчетата е от решаващо значение за оптимизирането както на EA, така и на EP. По-дълбокото не винаги е по-добро; избраната комбинация трябва да се намира на нарастващата част на ЕР кривата.

Замърсяването и запушването могат да се управляват ефективно чрез подходящо филтриране на въздуха, подходящи материали за тръбопроводи, системи за захранване в режим на готовност и протоколи за редовна поддръжка.

ПСОВ Zhaoqing потвърждава способността на технологията постоянно да отговаря на строгите стандарти за заустване -COD < 25 mg/L, BOD5 < 15 mg/L, SS < 9 mg/L, NH3-N < 9 mg/L, PO₄³⁻-P < 0,45 mg/L- само при консумация на енергия0,19 kWh/m³.

Технологията за микропорести аерационни окислителни канавки предлага атрактивен отговор на общото общинско предизвикателство „може да строи, но не може да си позволи да работи“ – съчетавайки ниски капиталови инвестиции, ниски оперативни разходи и надеждна ефективност на пречистване.

Нашите микропорести аерационни решения за окислителни канавки

Въз основа на дългогодишен опит в технологията за аериране, нашата компания предлага широка гама от микропорести продукти за аериране, оптимизирани за приложения в окислителни канали:

Дискови дифузори с фини мехурчета.EPDM мембранни дифузори с20–50 μm размер на порите, висока ефективност на пренос на кислород и проектен експлоатационен живот от 5–8 години.

Микропорести тръбни дифузори.Тръбни дифузори от твърд корунд или гъвкава мембрана за преоборудване на окислителни канали и нови инсталации, предлагащи балансирана комбинация от ефективност и достъп за поддръжка.

Повдигащи се аерационни рамкови системи.Модулни дифузьорни рамки, които могат да се повдигат за проверка и поддръжка без източване на резервоара - директно адресиране на предизвикателството за достъпност, обсъдено по-горе.

Потопяеми пакети тласкач/миксер.Съответстващо оборудване за задвижване на потока за комбинираната конфигурация на микропорест аератор + тласкач.

Пълен дизайн на системата.Оптимизиране на оформлението на аерацията, избор на вентилатор, проектиране на тръбопроводи и интегриране на система за управление.

Тестване на ефективността на място.Метод за отработен газ и тестване на чиста вода за проверка на действителната ефективност на преноса на кислород при вашите работни условия - тъй като проверката на място е единственият надежден начин за потвърждаване на ефективността на аерацията.