Aplikace online technologie chemického čištění pro jemné bublinkové provzdušňovače v čistírnách odpadních vod
Jemnobublinné provzdušňovače jsou široce používány jako provzdušňovací zařízení v čistírnách odpadních vod díky jejich jednoduché konstrukci, vysoké účinnosti využití kyslíku, spolehlivému výkonu, ucpávání{0}}odolných pórů, prevenci zpětného toku odpadní vody, rovnoměrnému rozložení obvodového napětí, dlouhé životnosti, snadné instalaci a údržbě a nízkým nákladům na systém. Jako klíčová součást dodávky kyslíku při čištění odpadních vod jsou jemnobublinné provzdušňovací systémy náchylné k ucpávání znečištěním a biofilmem během dlouhodobého provozu, což představuje značné problémy pro udržení jejich výkonu. Online technologie chemického čištění poskytuje efektivní řešení tohoto problému.
1. Vznik a nebezpečí ucpání provzdušňovače jemnými bublinami
Po delším provozu jsou provzdušňovače s jemnými bublinami náchylné k ucpání, typicky kategorizované jako „vnitřní ucpání“ a „vnější ucpání“ na základě formy zablokování znečišťujícími látkami. "Vnitřní ucpání" se týká usazování jemných částic, jako jsou koloidní částice a makromolekuly rozpuštěné látky ze směsného louhu v pórech, což vede k ucpání pórů. "Vnější ucpání" znamená usazování usazenin na povrchu membrány obráceném k vodě. Tento typ blokování má tendenci neustále zvyšovat odpor membrány proti vypouštění vzduchu, což vede ke zvýšenému tlaku na membránu a postupnému zvětšování velikosti pórů. Časem to může snadno způsobit natržení membrány. Jakmile se membrána protrhne, dopad se rozšíří od zničení účinnosti provzdušňování až po strukturální poškození systému, což si může vyžádat odstavení z důvodu údržby nebo výměny provzdušňovače.
Problémy s ucpáním jemných bublinkových provzdušňovačů přinášejí zvýšená provozní rizika:
- Z pohledu nákladů na spotřebu elektřiny: Když se provzdušňovače ucpávají, tlak v potrubí stoupá, což nutí dmychadla pracovat za podmínek vysokého-zatížení a vysoké{1}}spotřeby-energie. To zvyšuje spotřebu energie a také ovlivňuje životnost ventilátoru.
- Z hlediska rizika pro životní prostředí: Nerovnoměrné provzdušňování snižuje rychlost přenosu kyslíku, omezuje flexibilitu řízení procesu a ve vážných případech může vážně ovlivnit kvalitu odpadní vody.
- Z pohledu ekonomických nákladů: Náklady na ruční čištění po vyprázdnění nádrží jsou vysoké.
- Z hlediska bezpečnosti: Ruční čištění po vyprázdnění vyžaduje vstup do nádrží pro odstranění kalu, což zahrnuje vstup do omezeného prostoru a dočasné elektrické práce, čímž se zvyšuje riziko ohrožení elektrickým proudem a osobní bezpečnosti.Obrázek 1ukazuje jev hromadění kalu z ucpání provzdušňovače.
Proto je pravidelná údržba a čištění jemných bublinkových provzdušňovačů zásadní pro zajištění jejich provozní výkonnosti. Tradiční způsoby údržby a čištění provzdušňovače vyžadují úplné vyprázdnění biologických reakčních nádrží. Rozsáhlá-údržba a čištění zařízení na čištění odpadních vod může ovlivnit běžné čištění a vypouštění odpadních vod nebo může vyžadovat souhlas příslušných vládních úřadů, pokud je prováděna na konkrétních místech (jako jsou oblasti pokryté městskými kanalizačními sítěmi nebo ochranná pásma zdrojů pitné vody). Tento proces zahrnuje mnohonásobné nebezpečné operace (např. vstup do omezeného prostoru) s četnými riziky a nevýhodami, což představuje značnou ekonomickou zátěž a potenciální náklady (např. koordinace s vládními vztahy, snížená kapacita čištění během údržby, úprava kvality vody, bezpečnostní rizika) na čistírny odpadních vod. Tlak a problémy spojené s vyprazdňováním za účelem údržby činí proveditelnost pravidelného vyprazdňování pro čištění provzdušňovače relativně slabou.
Vzhledem k četným nevýhodám tradičního ručního čištění po vyprázdnění -vysoké ceně, vysokému provoznímu riziku a neoptimální účinnosti čištění-je zvláště důležitý výzkum online čištění jemnobublinných provzdušňovačů pomocí online dávkovačů chemikálií za normálních podmínek provzdušňování.
Tato studie vybrala projekt závodu jako testovací místo pro online technologii chemického čištění. Čistírna má celkovou kapacitu čištění odpadních vod 600 000 tun za den a je postavena ve čtyřech fázích. Projekt třetí-fáze má kapacitu zpracování 100 000 tun za den pomocí procesu AAO; čtvrtá-fáze projektu má kapacitu zpracování 200 000 tun za den pomocí procesu MBR. Kvalita odpadních vod splňuje normu třídy A GB 18918-2002 „Standard vypouštění znečišťujících látek pro komunální čistírny odpadních vod“. Online čištění bylo prováděno na jemnobublinných aerátorech v aerobních nádržích třetí a čtvrté fáze, které byly v provozu 6-7 let.
2. Princip on-line technologie chemického čištění
Online technologie chemického čištění zahrnuje přidání specifických chemických činidel do provzdušňovacího systému, aby se pomocí chemického působení rozpustily nebo rozptýlily ucpávací látky. Tato činidla mohou být kyselá, alkalická, oxidační nebo chelatační. Některá kyselá činidla mohou například rozpouštět alkalické sraženiny, jako je uhličitan vápenatý, zatímco oxidační činidla mohou rozkládat organické blokády produkované mikroorganismy.
2.1 Analýza běžných znečišťujících látek
Znečišťující látky ulpívající na povrchu provzdušňovače jsou různé a jejich složení úzce souvisí s charakteristikami odpadních vod, procesy čištění a provozními podmínkami. Běžné znečišťující látky se analyzují následovně:
- Anorganické znečišťující látky: Zahrnují sloučeniny vápníku a hořčíku, sulfidy, oxidy kovů a hydroxidy, pocházející hlavně z chemického srážení a přesycení iontů. Mezi jejich primární dopady na provzdušňovače patří ucpávání pórů, snížená účinnost provzdušňování, zvýšená spotřeba energie systému, zvýšený odpor provzdušňování a snížená účinnost přenosu kyslíku.
- Organické znečišťující látky: Zahrnuje mikrobiální biofilm, suspendované organické částice, tuky/oleje a organické koloidy. Mikrobiální biofilm vzniká primárně díky mikrobiální kolonizaci a adhezi extracelulárních polymerních látek (EPS). Mezi jeho rizika patří vytváření anaerobních mikroprostředí a uvolňování toxických plynů (např. H₂S). Organické koloidy se tvoří v důsledku hydrofobních interakcí a elektrostatické adsorpce, vytvářejí hydrofobní vrstvy, které brání uvolňování plynu a ovlivňují rovnoměrnost provzdušňování.
- Složené znečišťující látky (anorganické{0}}organické smíšené měřítko): Zahrnuje biologické-chemické smíšené usazeniny vodního kamene a kalové částice, které vznikají především fyzikálním zachycením a chemickou vazbou. Mezi jejich účinky patří pokrytí povrchu provzdušňovače, snížení účinné provzdušňovací plochy, urychlení stárnutí zařízení a zkrácení cyklů údržby.
Při údržbě provzdušňovacího systému elektrárny byly zjištěny následující problémy: ① Prodloužený podvodní provoz provzdušňovačů spojený se zvyšující se životností vedl ke značnému stárnutí těsnění O-kroužků v místech připojení, což mělo za následek únik plynu; ② Během provozu vedly neustálé usazování kalu a úpravy řízení výrobního procesu k vyšším koncentracím kalu v určitých oblastech, což nepřímo způsobilo vážné usazování vodního kamene na površích membrán provzdušňovače, jak je znázorněno naObrázek 2; ③ Když je koncentrace kalu v biologických reakčních nádržích příliš vysoká, prodlužuje se stáří kalu, což zvyšuje množství rozpuštěného kyslíku potřebného pro normální mikrobiální aktivitu a zvyšuje požadavky na systém dodávky kyslíku; ④ Zvýšená hustota směsného louhu v provzdušňovacích nádržích zvyšuje odolnost, což vede k vyšší spotřebě energie pro mechanické provzdušňování nebo provzdušňování; ⑤ Určité nečistoty pronikly do provzdušňovacích pórů a ovlivnily provzdušňování systému, jak je znázorněno naObrázek 3. Na základě příčin vzniku škodlivin bylo zjištěno, že vodní kámen na površích provzdušňovače obsahuje anorganické škodliviny, organické látky, bílkoviny atd.
2.2 Výběr čisticích prostředků
Pro typy znečištění membrán je třeba zvolit vhodné chemické čisticí prostředky. Tyto prostředky mohou pronikat provzdušňovacími póry ve stěně potrubí do prostoru mezi membránou a stěnou potrubí, čímž je dosaženo čištění povrchu membrány a jejích pórů. Výběr typu čisticího prostředku by měl vycházet ze skutečných fyzikálně-chemických vlastností membrány, typů znečišťujících látek a stupně znečištění. Čisticí prostředek by měl být biologicky odbouratelný a netoxický pro organismy, měl by být schopen účinně odstraňovat anorganický vodní kámen ze stěn vzduchového potrubí a uvnitř difuzorů. Mělo by mít dobrou účinnost čištění proti ucpáním (také známým jako „ucpání plynné-fáze“) způsobenému nečistotami, částicemi nebo prachem ve vstupním vzduchu do aeračních systémů ventilátorů, úniky oleje z ventilátorů a rzí z vnitřního vzduchového potrubí.
Mezi alkalické čisticí prostředky patří hydroxid sodný, uhličitan sodný, fosforečnan sodný, křemičitan sodný, hydroxid draselný atd. Hydroxid sodný je běžným chemickým prostředkem v procesech čištění odpadních vod pro zvýšení pH odpadních vod, takže jej lze zvolit jako alkalický čisticí prostředek.
Mezi kyselé čisticí prostředky patří kyselina sírová, kyselina chlorovodíková, kyselina dusičná, kyselina citrónová, kyselina šťavelová, kyselina fosforečná atd. Vzhledem k tomu, že citrát má silnou chelatační schopnost pro ionty, jako je mangan a železo, a v praxi je kyselina citronová ve srovnání s minerálními kyselinami relativně slabá, méně korozivní pro zařízení, bezpečnější a snadno biologicky odbouratelná jako kyselina, mikroorganismy byla zvolena kyselina citronová.
Tabulka 1ukazuje kategorie a výkon čisticích prostředků běžně používaných pro znečištění membrán.
2.3 Návrh online čisticího zařízení
Vzhledem k tlaku v provozu jemnobublinných provzdušňovacích systémů a četných odbočných potrubích je navržení vhodného online dávkovacího zařízení pro jemnobublinné provzdušňovače obzvláště důležité. Dávkovací čisticí zařízení navržené v této studii zahrnuje jednotku rozpouštění/ředění a dávkovači jednotku, jak je znázorněno naObrázek 4.
Jednotka rozpouštění/ředění sestává hlavně z přípravné nádrže, míchadla a hladinoměru, které se používají k rozpouštění a ředění činidel. Vstříknutím určitého množství vody do přípravné nádrže, přidáním činidla a spuštěním míchadla lze připravit činidlo o specifické koncentraci pro použití v dávkovací jednotce.
Dávkovací jednotka se skládá hlavně z dávkovací nádrže, výfukového ventilu, dávkovacího ventilu, vyvažovacího ventilu, napájecího ventilu a některých potrubních systémů. Dno dávkovací nádrže je připojeno k dávkovacímu potrubí, které se dále větví do více dávkovacích podružných-potrubí. Všechny dávkovací dílčí-potrubí jsou spojeny-k-jednomu s několika provzdušňovacími odbočkami, které jsou zase připojeny k několika jemným bublinkovým provzdušňovačům, čímž je dosaženo účelu čištění jemných bublinkových provzdušňovačů.
Během implementace byl do každé provzdušňovací odbočné trubky biologických reakčních nádrží vyvrtán otvor Φ15 mm jako dávkovací otvor, přes který byla instalována nylonová dávkovací trubka pro dodávání činidla do jemnobublinných provzdušňovačů, čímž se snížily ztráty činidla. Současně byl vyvrtán další otvor v provzdušňovací odbočce jako potrubí vyrovnávacího plynu pro vyrovnání tlaku mezi dávkovací nádrží a provzdušňovací odbočkou. Otvory vyvrtané v provzdušňovacích odbočkách jsou během normálního provozu utěsněny zátkami a během dávkování jsou instalovány rychlo{3}}připojovací koncovky, které umožňují rychlou instalaci a odstranění.
3. Aplikace online dávkovacího čisticího zařízení
V tomto online experimentu s dávkováním čištění byly jemné bublinkové provzdušňovače umístěny do biologických nádrží. Specifický čisticí roztok byl vstřikován do jemnobublinných provzdušňovacích membrán pomocí provzdušňovacích odbočných trubek, což mu umožnilo proudit směrem k přívodní straně, aby rozložil organickou hmotu ulpívající na povrchu membrány, čímž se obnovil transmembránový tlakový rozdíl a dosáhlo se čistícího účinku. Experimentální design byl založen na třech proměnných: typ činidla, koncentrace činidla a doba čištění. Schéma testu je uvedeno vTabulka 2.
3.1 Analýza účinku čištění online dávkování
Po vyčištění senzorické pozorování aeračního povrchu v místě ukázalo menší velikosti bublin unikajících z povrchu aerační nádrže a rovnoměrnější provzdušňování.Obrázek 5ukazuje senzorický vzhled provzdušňování před a po čištění.
Po čištění různými typy a koncentracemi činidel vykazovaly provzdušňovače trvale zvýšený průtok a snížený tlak v potrubí, přičemž průtoky byly obnoveny. Účinnost provzdušňování byla obnovena v různé míře po ošetření různými metodami čištění. Kombinované údaje o zvýšeném průtoku vzduchu a sníženém tlaku v potrubí ukazují, že různé typy činidel, koncentrace a doby čištění mají různé účinky na obnovu provzdušňovače.Obrázky 6 a 7ukazují změny průtoku a tlaku před a po čištění.
Účinnost obnovy provzdušňovačů po čištění hydroxidem sodným byla mírně nižší než po kyselině citronové. Vysoká rozpustnost hydroxidu sodného ve vodě vede k významnému uvolňování tepla při rozpouštění. Spolu s jeho silnou hygroskopicitou, zásaditostí a korozivností vyžadují tyto vlastnosti při praktických operacích zvláštní opatření. Z hlediska bezpečnosti čištění není hydroxid sodný preferovaným čisticím prostředkem. Při výběru čisticích prostředků by proto měla být pečlivě hodnocena jejich bezpečnost a provozní pohodlí, aby byla zajištěna bezpečnost obsluhy a optimální účinnost čištění.
Výsledky testů ukázaly, že po čištění online dávkováním se provzdušňování v biologických nádržích stalo rovnoměrnější, rychlost proudění jemných bublinkových provzdušňovačů se zvýšila, tlak v potrubí se výrazně snížil a čisticí účinek byl pozoruhodný.
3.2 Technické výhody
- Snižuje prostoje: Ve srovnání s tradičním demontážním čištěním nevyžaduje čištění online dávkováním zastavení provzdušňovacího systému, čímž se zabrání přerušení procesu čištění odpadních vod a snížení účinnosti čištění způsobené odstávkami.
- Zlepšuje účinnost čištění: Činidla dokážou proniknout hluboko do pórů a účinně čistit těžko{0}}až{1}}zanesená místa. Po aplikaci v některých domovních čistírnách odpadních vod se znatelně zlepšila rovnoměrnost provzdušňování a výrazně se zvýšila účinnost přenosu kyslíku.
- Snižuje pracovní náročnost a náklady: Eliminuje nutnost ruční demontáže a opětovné montáže provzdušňovačů, snižuje manuální práci a riziko poškození zařízení při častém rozebírání, čímž šetří náklady na údržbu. Náklady na online chemické čištění pro jemné bublinkové provzdušňovače jsou 0,47 RMB/tunu, zatímco náklady na tradiční ruční čištění starých provzdušňovačů jsou 13,3 RMB/tunu. Odhaduje se, že roční úspory nákladů na čištění provzdušňovačů s jemnými bublinami dosahují 515 000 RMB. Ve srovnání s tradičním ručním čištěním starých perlátorů nabízí chemické čištění online značné ekonomické výhody.
- Prodlužuje životnost provzdušňovacího zařízení: Prostřednictvím online chemického čištění je efekt provzdušňování jemných bublinkových provzdušňovačů efektivně vylepšen, čímž se zvyšuje výkon provzdušňovače a do určité míry prodlužuje životnost provzdušňovacího zařízení, čímž se účinně snižuje zatížení dmychadla.
- Poskytuje více možností pro plánování výroby a plány údržby: Díky online chemickému čištění se distribuce bublin stává rovnoměrnější, tlak vzduchového potrubí se účinně snižuje, průtok se výrazně zvyšuje, což výrazně zlepšuje přenos kyslíku a poskytuje solidní záruku regulace kvality vody.
4. Závěr
Online technologie chemického čištění pro jemné bublinkové provzdušňovače má významnou aplikační hodnotu v čistírnách odpadních vod. Díky jeho racionální aplikaci lze účinně vyřešit problémy s ucpáváním jemných bublinkových provzdušňovačů, zlepšit výkon aeračního systému, snížit prostoje a provozní náklady a zajistit stabilní a efektivní provoz čistíren odpadních vod. Omezení tradičního ručního čištění poženou průmysl k online čištění. Vznik nových zařízení a inteligentních řídicích systémů výrazně snižuje provozní náročnost online čištění. Ve spojení s politickými a ekologickými předpisy zdůrazňujícími uhlíkovou neutralitu a recyklaci vodních zdrojů, což nepřímo podpoří používání online technologie čištění. V budoucnu lze optimalizovat složení činidel a zkoumat synergické čisticí technologie s více činidly. Kromě toho lze provádět strategie řízení dávkování a výzkum inteligence zařízení, aby se lépe přizpůsobily potřebám různých čistíren odpadních vod.