Bir Belediye Atıksu Arıtma Tesisindeki İnce{0}}Kabarcıklı Havalandırma Sisteminin Güçlendirilmesi ve Performans Çalışması

Bir Belediye Atıksu Arıtma Tesisindeki İnce{0}}Kabarcıklı Havalandırma Sisteminin Güçlendirilmesi ve Performans Çalışması

giriiş

Şu anda Çin'de kullanılan ana atık su arıtma işlemleri arasında oksidasyon hendeği, SBR, aktif çamur ve diğerleri yer almaktadır. Oksidasyon hendeği prosesi, özellikle toplam enerji tüketiminin %65-80'ini oluşturan biyolojik bölümde yüksek enerji tüketimi sorununa sahiptir. Oksidasyon hendeği işlemlerinde kullanılan yaygın havalandırma ekipmanları arasında havalandırma fırçaları, havalandırma diskleri, dikey şaftlı havalandırıcılar ve ince-kabarcıklı havalandırıcılar bulunur. Örneğin, belirli bir şehirdeki belediyeye ait bir atık su arıtma tesisi, geleneksel yüzey mekanik havalandırmadan alt ince-kabarcıklı havalandırmaya geçtikten sonra, enerji tüketimi %20,11 oranında azalırken, arıtma suyu kalitesi daha istikrarlı hale geldi. Ek olarak, ince-kabarcıklı havalandırma, oksidasyon hendeğinin farklı alanlarındaki oksijen talebine göre hassas oksijen beslemesi sağlayabilen, nitrojen ve fosfor giderim verimliliğini daha da artıran, bölgeli oksijen kaynağı özelliğine sahiptir.

Belirli bir belediye atık su arıtma tesisindeki yüzey havalandırma sistemi, ciddi ekipman eskimesi ve işletme zorluklarıyla birlikte on yılı aşkın bir süredir faaliyetteydi. En yeni deşarj standartlarını karşılamanın zor olması, teknik yenilemeyi acil hale getiriyordu. Bu proje, sistemi, ulusal enerji tasarrufu ve emisyon azaltma politikalarına uygun olarak, enerji tüketimini önemli ölçüde azaltabilen, çalışmayı optimize edebilen, ekipman ömrünü uzatabilen ve bakım maliyetlerini azaltabilen ince-kabarcıklı bir havalandırma sistemine yükseltti. Bu yenileme projesi, ekipmanın sökülmesi ve kurulumu sırasında yeşil inşaat uygulamalarını hayata geçirdi: eski ekipmanın sınıflandırılmış geri dönüşümü, prefabrik kurulumun benimsenmesi ve düşük-gürültülü, düşük-emisyonlu makinelerin kullanılması, "süreç-inşaat" çift-boyutlu enerji tasarrufunun sağlanması ve atık su arıtma tesisinin sürdürülebilir gelişiminin desteklenmesi.

1 Projeye Genel Bakış

1.1 Mevcut Durum

Belirli bir şehirde belediyeye ait bir atıksu arıtma tesisi toplam 50.000 ton/gün kapasiteye sahip olup üç aşamada inşa edilmiştir. Aşama I oksidasyon hendeği sürecini benimsedi, Aşama II ve ileri arıtma projesi de oksidasyon hendeği sürecini benimsedi ve ardından pıhtılaşma sedimantasyon + kumaş ortam filtreleme + ultraviyole dezenfeksiyon işlemi kullanılarak ileri arıtma yapıldı. Aşama III, değiştirilmiş A²O sürecini benimsedi. Şu anda atık su DB32/1072-2018 standardını karşılamaktadır.

1.2 Mevcut Sorunlar

1.2.1 Dış Boru Ağı Etkisi

Bu tesisin boru ağının toplama kapsamındaki atık suları birçok sanayi kuruluşunun katkısını içermektedir. Günlük çalışma sırasında, endüstriyel işletmelerden gelen anormal atık sulardan kaynaklanan etkiler biyolojik tanktaki DO değerinin çok düşük olmasına, hatta 0 mg/L'ye kadar düşmesine ve üretim gereksinimlerini karşılayamamasına neden olabilir. Bu arada, dış koşullardaki değişiklikler nedeniyle, hizmet alanı içindeki daha fazla endüstriyel işletme atık suyunu boru şebekesine boşalttıkça, bu tesis gelecekte daha ciddi bir giriş suyu kalitesiyle karşı karşıya kalacaktır. Giriş akışı dalgalandığında, biyolojik tanktaki çözünmüş oksijen önemli ölçüde azalacak ve dönen disklerden gelen havalandırma hacminin ayar aralığı sınırlı olacaktır. Bazı dönemlerde aerobik tanktaki DO 0 mg/L'ye ulaşır ve buna karşılık olarak tesisi arıtma kapasitesini azaltmaya zorlayarak biyolojik tankın aerobik ortamını ve arıtma kapasitesini önemli ölçüde etkiler.

1.2.2 Havalandırma Tankındaki Düşük ÇO

Havalandırıcıların düşük oksijenasyon verimliliğine neden olan döner disk arızaları nedeniyle, fiili üretim çalışması sırasında geçmiş çalışma verileri, havalandırma tankının ortasındaki ve çıkışındaki cihazlardan gelen ortalama DO değerlerinin 1 mg/L'yi geçmediğini, en düşük değerin 0 mg/L'ye ulaştığını ve biyokimyasal reaksiyon etkinliğini ciddi şekilde etkilediğini göstermektedir.

1.2.3 Yüksek Enerji Tüketimi

Bu tesisin Faz I ve II biyolojik tankları oksidasyon hendeği formundadır. Faz I oksidasyon hendeği, toplam yüzey havalandırıcı gücü 148 kW olan, 18,5 kW gücünde 8 adet döner diskli havalandırıcı kullanır. Faz II oksidasyon hendeği, 2 set 11 kW, 2 set 18,5 kW ve 9 set 15 kW dahil olmak üzere 13 Hitachi kendinden emişli havalandırıcı kullanan ve toplam 194 kW yüzey havalandırıcı gücüne sahip, dört-kanallı Atlıkarınca hendek tipidir. Normal çalışma koşullarında, mevcut oksijen besleme ekipmanının düşük oksijenasyon verimliliği nedeniyle yeterli su hacmini sağlamak için tüm havalandırıcıların tamamen açılması gerekir.

Faz I ve II havalandırıcılar için ton su başına güç tüketimi: (18,5 kW*7+194)*24*0,75/25,000=0.2392 RMB/ton. Çevredeki çeşitli belediyeye ait evsel atık su arıtma tesislerinde biyolojik sistem güç tüketimine ilişkin bir araştırmaya dayanarak, alt ince-kabarcıklı havalandırma sistemi kullanan 25.000 ton/gün kapasiteli belediyeye ait bir evsel atık su tesisinin enerji tüketimi genellikle 0,09–0,1 RMB/ton'dur. Döner diskli havalandırıcının enerji tüketimi, alttaki ince-kabarcıklı havalandırma sisteminin 2,4–2,7 katıdır, bu da nispeten yüksek enerji tüketimine işaret eder.

1.2.4 Yüksek Ekipman Arıza Oranı

Döner diskli havalandırıcılar yaşlandıkça ekipman arıza oranları giderek artar. Bu tesiste 11 yıl çalıştıktan sonra, döner diskli havalandırma sistemi disk deformasyonu geliştirerek yüksek ekipman yüküne ve önemli titreşime neden oldu. Uzun-süreli kullanım, tabanın gevşemesine yol açarak her iki uçta yanlış hizalamaya ve diğer sorunlara yol açarak rulman aşınmasının artmasına ve yüksek arıza oranlarına neden oldu. Ana miller, pervaneler, kaplinler ve taban dişlileri birçok onarımdan veya değiştirmeden geçmiştir ve esas olarak değiştirilme noktasına gelmiştir. Kendinden emişli havalandırıcıların yatakları ve havalandırıcı kafası bıçakları- ciddi şekilde aşınmıştı. Son istatistikler, tesisin döner diskli havalandırıcılar ve kendinden emişli havalandırıcılar için yılda yaklaşık 30 onarımdan geçtiğini gösteriyor-.

2 Güçlendirme Teknik Çözümünün Tasarımı

Genel yenileme yaklaşımı şu şekildedir: orijinal döner disk havalandırıcıları çıkarın ve bunları alttan ince-kabarcıklı havalandırmayla değiştirin ve buna karşılık gelen üfleyiciler ekleyin; biyolojik tankın etkin su derinliğini arttırmak için biyolojik tankın atık su savağını yükseltmek; Yerel çamur birikimini önlemek için orijinal kanal yapısını kullanarak aerobik bölüme karıştırıcılar ekleyin.

2.1 Havalandırıcı Seçimi ve Yerleşimi

2.1.1 Havalandırıcı Disk Parametreleri

EPDM membranlı havalandırıcı disk modeli DD330, şekilde gösterildiği gibi seçildi.Şekil 1, gösterilen belirli parametrelerleTablo 1.

2.1.2 Havalandırıcı Disk Düzeni

Havalandırıcı disk sayısı: Aşama I tank tabanı net alanı 864 m², Aşama II tank tabanı net alanı 1.412 m², ortalama servis alanı 0,8 m²/disk, 1,05–1,10 güvenlik faktörü ile. Havalandırıcı disklerin nihai toplam sayısı belirlendi: Aşama I 1.150 disk, Aşama II 1.900 disk.

Yerleşim ilkesi: Düzenli üçgen ızgara düzeninde eşit olarak dağıtılır. Ölü bölgeleri önlemek için tank duvarından açıklık 0,3 m'ye eşit veya daha büyük; Bakımı kolaylaştırmak için kanal bölme duvarından açıklık 0,4 m'ye eşit veya daha büyük. DO bölgesel kontrolünü sağlamak için bölge başına bir elektrikli hava kontrol vanasıyla su akış yönü boyunca bölme. Disk başına servis alanını 0,8 m²'den az veya buna eşit tutarken, aralıkları yerel olarak 1,5 m'ye ayarlayarak çamur pompası emme portlarından, numune alma oluklarından ve kablo tepsilerinden kaçının.

Kurulum yüksekliği ve boru derecelendirmesi: Membran diskinin üst yüzeyi tank tabanından 0,25 m'dir ve fan dalgalanmasını önlemek için minimum su seviyesinde 5,0 m'ye eşit veya daha fazla suya batma sağlar. Branşman boruları delikli hava dağıtımlı ABS DN50 kullanır; ana borular, hava hızı 10–12 m·s⁻¹ olarak kontrol edilen, SS304 malzemeli bir döngü halinde düzenlenmiştir. Her 10 disk için bir çift flanşlı hızlı-bağlantı parçası sağlanmıştır; bu, tankı boşaltmadan bakım amacıyla genel kaldırmaya olanak tanır.

2.2 Blower Sistemi Optimizasyonu

2.2.1 Üfleyici Ekleme

Ana ünite olarak ithal havalı süspansiyon fanları alınmış olup, paslanmaz çelik hava kanalları eklenerek yeni fan odası inşa edilmiştir.

2.2.2 Üfleyici Seçimi

Tesisin fiili çalışma koşullarına dayalı olarak ve gelecekteki su kalitesi değişiklikleri dikkate alındığında, güçlendirme planındaki mevcut KOİ konsantrasyonu, yaklaşık 320 mg/L ortalama konsantrasyonla tasarım değerinden önemli ölçüde farklı değildir. BOİ konsantrasyonu, 150 mg/L'lik Faz III tasarım değeri esas alınarak hesaplanmıştır ve diğer etki göstergeleri, Faz III tasarım nüfuz konsantrasyonları esas alınarak hesaplanmıştır. Tesisin Faz I ve II için gerekli çalışma hava hacmi 103,7 m³/dk'dır (6.225,1 m³/h, iki çalışma ünitesi ve bir yedek, tek ünite hava hacmi 50 m³/dk).

Çeşitli faktörler kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurularak, Faz I ve II için ana üniteler olarak iki adet ithal havalı süspansiyon körüğü NX75-C060 satın alındı. Orijinal çamur susuzlaştırma atölyesinin güney tarafında geçici olarak konumlandırılacak ve oksidasyon hendeğine paslanmaz çelik hava kanalları eklenecek yeni bir fan odasının inşa edilmesi gerekiyordu. Üfleyici parametreleri: hava basıncı 0,049 MPa, hava hacmi 50 m³/dak, bu çalışma koşulları altında maksimum 64,3 kW çıkış gücü.

2.2.3 Havalandırma Sisteminin Yenilenmesi

Havalandırma yöntemi alttan havalandırma olarak değiştirildi. Faz I ve II biyolojik tanklarda karşılık gelen sayıda disk havalandırıcı ve UPVC havalandırma borusu kullanılır. Spesifik güçlendirme yaklaşımı: Aşama I biyolojik tankın 780 set DD330 disk havalandırıcı ve UPVC havalandırma borusu kullanması beklenirken, Aşama II biyolojik tankın 1.276 set DD330 disk havalandırıcı ve UPVC havalandırma borusu kullanması ve tek havalandırıcının 3,45 m³/saat çalışma hava hacmine sahip olması bekleniyor. Havalandırıcı başlığı düzeni şekilde gösterilmiştir.Şekil 2 ve 3.

2.3 Proses Parametresi Optimizasyonu

2.3.1 Oksidasyon Hendeği Bölgeleme ve ÇO Kontrol Stratejisi

Oksidasyon hendeğinin su akış yönü boyunca havalandırma bölümü dört bölgeye ayrılmıştır. Bölge 1: DO 0,3–0,5 mg/L, Bölge 2: DO 0,2–0,3 mg/L, Bölge 3: DO 1,5–2,0 mg/L, Bölge 4: DO 1,0–1,5 mg/L. Bölge 2 ve Bölge 3 arasındaki en yüksek nitrifikasyon reaksiyon hızının olduğu noktaya bir amonyak nitrojen proses cihazı kurulur ve sonuç olarak atık NH₃-N 1,5 mg/L'den az veya buna eşit olarak kontrol edilir.

2.3.2 Havalandırma Süresi Optimizasyonu

Mevcut SCADA sistemine bir "aralıklı havalandırma" modülü eklenerek, aerobik bölümün ortasındaki DO'nun 0,2 mg/L'de kalmasını sağlamak için DO çevrimiçi cihaz + zaman ikili kapalı döngü oluşturuldu. Eğer yapılırsa<0.2 mg/L at the end of the air-off period, an additional 5 minutes of micro-aeration is automatically added (to protect mixers). After the cycle count reaches 12 times (6×24/120=12), the blower is forced to rest for 30 minutes (to prevent overheating from frequent start-stop cycles).

3 Güçlendirme Etkisi Analizi

Bu mühendislik iyileştirmesinin genel proses operasyonu üzerindeki etkisi, iyileştirme öncesinde ve sonrasında atık su kirleticilerindeki değişiklikler karşılaştırılarak incelenmiştir.

3.1 Yenileme Öncesi ve Sonrası Atık Su Kalitesinin Karşılaştırılması

Yenileme öncesinde ve sonrasında atık su kalitesi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi sabit olma eğilimindeydi:Şekil 4. Güçlendirmeden önce ve sonra, ortalama atık KOİ 30 mg/L'nin altında kaldı, TP temel olarak 0,3 mg/L'den az veya buna eşit, NH₃-N 1,5 mg/L'den az veya ona eşit kaldı, TN ise 10 mg/L civarında dalgalandı. Genel su kalitesi, tesis için gereken deşarj standartlarını çok aşarak, -Sınıf IV yüzey suyu standartlarına ulaştı.

Yenilemenin su kalitesi üzerindeki olası etkisini daha sezgisel bir şekilde analiz etmek için, yenilemeden önceki ve sonraki -yıllık atık su kalitesi eğilimleri karşılaştırıldı ve şu sonuçlar elde edildi:Şekil 5. Şekilden görülebileceği gibi, giriş konsantrasyonu değişikliklerinin etkisi dikkate alınmaksızın, iyileştirme sonrasında KOİ ve TP atık su konsantrasyonlarındaki dalgalanmalar, güçlendirme öncesine göre daha stabildir. Nitrojen göstergelerinin ortalama değerleri yenileme öncesine kıyasla artmış olsa da, genel eğilim nispeten istikrarlıydı ve bu da tesisin genel enerji tüketiminin ve kimyasal tasarrufunun azalmasına yol açtı.

3.2 Yenileme Öncesi ve Sonrası Kirletici Gideriminin Karşılaştırılması

Havalandırma sistemindeki iyileştirme nedeniyle, genel tesis elektrik tüketimi öncekine kıyasla %1,7 azalırken, arıtma kapasitesi %8,33 arttı ve buna karşılık gelen kirletici madde azaltımı da aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi arttı:Şekil 6. Hesaplama sonrasında COD azaltımı 948,5 ton, TP 7,0 ton, NH₃-N 100,4 ton ve TN 125,9 ton arttı.

Gerçek kirletici giderimi de buna göre değişti.Tablo 2. Güçlendirmeden sonra, NH₃-N giderme oranındaki azalma dışında, diğer tüm göstergeler için çıkarma oranları arttı.

3.3 Güçlendirme Öncesi ve Sonrası Enerji Tüketimi Karşılaştırması

Bu yenileme projesinin enerji tüketimi şu şekilde gösterilmiştir:Tablo 3. Yenileme sonrasında Aşama I biyolojik tank havalandırma sistemi için ton su başına güç tüketimi %67,3, Aşama II için ise %80,9 azaldı. Tesisin genel olarak ton su başına ortalama güç tüketimi %55,3 oranında azaldı ve bu da önemli enerji-tasarrufu etkileri ortaya koydu. Ton su başına genel tesis güç tüketimi, ülke çapındaki benzer oksidasyon hendekleri işlemleri için enerji tüketim değerleri aralığında (0,292±0,192) kW·h/m³ olarak 0,21 kW·h/m³'e düştü. Tesisin geneli için yenileme öncesinde ve sonrasında kirletici maddenin birim ağırlığı başına güç tüketimi,Tablo 4. Genel tesis havalandırma sisteminin yenilenmesinden sonra, işlenen 1 kg COD başına güç tüketimi %26,2 azaldı, işlenen 1 kg TP başına %15,7 azaldı, işlenen 1 kg NH₃-N başına %29,3 azaldı ve işlenen 1 kg TN başına %36,1 azaldı; bu da iyi bir enerji-tasarrufu etkisi gösteriyor.

3.4 Yenileme Öncesi ve Sonrası Kimyasal Karşılaştırma

Yenileme işleminden önce, sık sık havalandırma sistemi arızaları nedeniyle biyolojik sistemdeki DO'nun kontrol edilmesi zordu ve nitrojen gösterge standartlarının karşılanması, giderim etkinliğini sağlamak için harici karbon kaynağı eklenmesini gerektiriyordu. Güçlendirme sonrasında harici karbon kaynağı ilavesine artık ihtiyaç duyulmadı. Güçlendirme sonrasında biyolojik fosfor giderimi ve denitrifikasyon verimliliği önemli ölçüde iyileştirildi ve buna eşlik eden fosfor giderim kimyasalı PAC ve çamur susuzlaştırma kimyasalı PAM buna uygun olarak azaltıldı. Yıllık kimyasal maliyetleri öncesine kıyasla yaklaşık 167.000 RMB azaldı. Belirli değişiklikler şurada gösterilmiştir:Tablo 5.

3.5 Yenileme Öncesi ve Sonrası Yatırım Karşılaştırması

Yenileme işleminden önce, yüzey havalandırıcıların yıllık maliyeti 1,6281 milyon RMB idi ve yıllık ekipman onarım maliyetleri 250.000 RMB'den az değildi. Yenileme sonrasında, körüklerin ve karıştırıcıların yıllık maliyeti 714.600 RMB oldu. Bu hesaplamaya göre, yıllık elektrik maliyeti tasarrufu 913.500 RMB, artı yıllık onarım maliyeti tasarrufu 250.000 RMB, yani yıllık 1.1635 milyon RMB tasarruf elde edildi. Toplam 3,704 milyon RMB'lik yatırıma dayanarak geri ödeme süresi 3,18 yıldır.

3.6 Süreç Kararlılığı

Yenileme öncesinde, arıza dönemlerinde biyolojik tanktaki çözünmüş oksijen çoğunlukla 1,0 mg/L'nin altında tutuldu. Güçlendirme sonrasında biyolojik tanktaki çözünmüş oksijenin ortalaması 1,5–2,0 mg/L oldu. Giriş konsantrasyonuna ve proses gereksinimlerine bağlı olarak çözünmüş oksijen ayar aralığı 1,0–2,5 mg/L olabilir. Giriş konsantrasyonu yüksek olduğunda, biyolojik tanktaki normal çözünmüş oksijen seviyeleri, üfleyici çıkışının ayarlanmasıyla da korunabilir. Bu nedenle, güçlendirme sonrasında, istikrarlı atık su uyumluluk koşulları karşılanır.

4 Sonuç

Before technical renovation, this plant faced common problems with the oxidation ditch process: aging rotating discs → attenuation of oxygenation efficiency → insufficient DO, along with skyrocketing energy consumption and failure rates. Replacing them with a bottom fine-bubble aeration-mixer-blower system can reversely amplify the oxygen mass transfer coefficient, increase HRT in section A, and improve zonal oxygen supply precision, simultaneously enhancing denitrification without adding carbon sources. For similar plants: any oxidation ditch that has been in operation for ≥10 years, with aeration power consumption per ton of water >0,23 kW·saat, DO sık sık<1 mg/L, and annual repair cost increases >%15, bu teknik yenilemeyi kopyalayabilir. Bu örnekte elde edilen %55,3 elektrik tasarrufu, 3,18-yıllık geri ödeme süresi ve kirletici madde azaltma oranlarındaki %3–%5'lik marjinal faydalara dayalı olarak, yenileme yatırımı yüksek bir güvenlik marjına sahiptir ve eski oksidasyon hendeklerinin yeşil ve düşük karbonlu bir şekilde iyileştirilmesi için tekrarlanabilir ve yeterli koşullar sağlayarak karbon azaltma potansiyelini anında ortaya çıkarabilir.