Návrh a uvedení do provozu přesného provzdušňovacího systému pro více-stupňovou čistírnu odpadních vod AAO
Přehled
Čištění odpadních vod je důležitou součástí městské výstavby. V posledních letech se čínský průmysl čištění odpadních vod rychle rozvíjí. Hluboká účast čistíren odpadních vod na společném snižování emisí slouží jako důležitá podpora pro budování nízkouhlíkové{2}}společnosti, rozvoj nízkouhlíkového- hospodářství a dosažení udržitelného rozvoje měst. V rámci cílů „Dual Carbon“ přitáhla pozornost průmyslu koncepce nízkouhlíkových-čistiren odpadních vod. Aby bylo možné sladit strategii rozvoje nízkouhlíkových-čistiren odpadních vod, je nutné analyzovat a studovat klíčové faktory ovlivňující úsporu energie a snižování emisí.
Většina čištění odpadních vod z domácností využívá procesy s aktivovaným kalem. Klíčovým faktorem při této úpravě je dodání vhodného množství kyslíku pro oxidační reakce mikroorganismů v biologických nádržích, takže řízení objemu provzdušňování je klíčové. Tradiční řízení provzdušňování dosahované pomocí ručních spínačů primárně spoléhá na zkušenosti-operátorů na místě, což vede ke značné nejistotě a plýtvání. Aby bylo dosaženo automatického řízení přesných provzdušňovacích systémů a omezení ručních zásahů, výzkumníci rozsáhle studovali metody řízení aerace, včetně fuzzy řízení, neuronových sítí, fuzzy neuronových sítí, genetických algoritmů a podpůrných vektorových strojů. Tento článek se zaměřuje na vícestupňový{5}}proces AAO čistírny odpadních vod v Shenzhenu, analyzuje a shrnuje proces návrhu a uvedení do provozu jejího přesného provzdušňovacího systému, aby poskytl reference pro podobné projekty.
1 Přehled systému
1.1 Princip systému přesného provzdušňování
Biologické čištění je nejdůležitější fází v procesu čištění odpadních vod, jehož cílem je obvykle odstranit nebo snížit cílové látky v odpadních vodách, aby byly splněny standardy vypouštění udržováním trvalého a efektivního růstu mikrobů a podporou biochemických procesů. Tradiční strategie řízení nemohou včas a přesně reagovat na změny provozních parametrů moderních čistíren odpadních vod. Během počátečního zkušebního provozu se často provádějí úpravy pouze dmychadel nebo koncových provzdušňovacích trubek, které nedokážou v reálném čase-na{3}}regulaci objemu provzdušňování v reakčních nádržích na základě skutečných změn provozních podmínek při dosahování úspor energie.
Rozpuštěný kyslík (DO) je primárním faktorem ovlivňujícím proces biologického čištění. Kvalita regulace DO přímo ovlivňuje účinnost čištění odpadních vod. Přesný systém provzdušňování zavádí více-parametrovou řídicí metodu, která kombinuje „dopřednou vazbu + zpětnou vazbu + model“ a účinně řeší charakteristiky, jako jsou velká časová zpoždění a nelinearita v čistírnách odpadních vod. Komplexně zvažuje dmychadla, regulační ventily na provzdušňovacích potrubích, stejně jako zatížení DO a vody, aby bylo možné přesně řídit proces biologické reakce, dosáhnout -provzdušňování na požádání, a tím zvýšit provozní stabilitu systému a šetřit energii.
V čistírnách odpadních vod zahrnují dopředné signály především signály přítoku a kvality; zpětnovazební signály zahrnují hlavně DO, smíšené liquor suspendované pevné látky (MLSS) a signály biologické hladiny v nádrži.
Strategie regulace DO u přesných provzdušňovacích systémů má obvykle dva přístupy: nastavení cíle regulace jako konstantní hodnoty nebo jako dynamické hodnoty.
Obvykle, v rámci strategie, kde je cíl regulace DO nastaven jako konstantní hodnota, přesný aerační systém vypočítá požadovaný objem vzduchu pro každou zónu biologické nádrže a celkový požadovaný objem vzduchu na základě signálů, jako je kvalita přítoku, přítokový průtok, nastavená hodnota DO a MLSS biologické nádrže. Poté nastaví hlavní řídicí systém dmychadla a elektrické ventily na provzdušňovacích trubkách tak, aby odpovídaly dodávce vzduchu poptávce, čímž se dosáhne regulace cílové hodnoty DO.
Přijetím přesného provzdušňovacího systému mohou čističky odpadních vod lépe dosáhnout následujících cílů:
(1) Snížení spotřeby energie na jednotku vyčištěné odpadní vody, snížení nákladů.
(2) Zlepšit celkovou stabilitu a spolehlivost operací čištění odpadních vod.
(3) Automaticky upravujte provzdušňování na základě zatížení upravené vody a znečištění, čímž skutečně dosáhnete provzdušňování-na vyžádání a automatického řízení.
(4) Zlepšit kvalitu odpadních vod a zvýšit míru souladu s kvalitou odpadních vod.
1.2 Celkový návrh přesného provzdušňovacího systému
Projektovaná kapacita čištění této čistírny odpadních vod je 50 000 m³/d. Využívá více-stupňový proces AAO vybavený 2 biologickými nádržemi. Hlavní ukazatele kvality odpadních vod splňují normy pro povrchové vody IV. třídy. Průběh procesu čištění odpadních vod je znázorněn vObrázek 1.
Projekt má 2 biologické nádrže. Každá biologická nádrž je rozdělena na 6 kontrolních zón DO, což má za následek celkem 12 kontrolních zón DO pro biologické nádrže závodu. Konstrukční schéma jeho přesného provzdušňovacího systému je uvedeno vObrázek 2.
K dosažení přesného provzdušňování je zapotřebí kompletní řídicí síť pro přesný aerační systém. Komunikační topologie automatizace přesného provzdušňovacího systému je znázorněna vObrázek 3.
Přesná hlavní stanice provzdušňovacího systému přímo získává relevantní parametry z provzdušňovacích dmychadel prostřednictvím komunikace, shromažďuje signály z-monitorovacích přístrojů na místě a odesílá příkazy pro nastavení řízení ventilům zařízení a systému dmychadel, čímž je dosaženo plně automatického řízení procesu provzdušňování a koordinované regulace průtokových regulačních ventilů a dmychadel.
1.3 Hardwarové součásti systému přesného provzdušňování
Pro každou regulační zónu DO je nakonfigurován jeden online analyzátor DO. Na provzdušňovací odbočce odpovídající každé regulační zóně DO je nakonfigurován jeden tepelný průtokoměr plynu a jeden elektrický regulační ventil. Na hlavním výstupním potrubí v dmychadle je instalován jeden tepelný průtokoměr plynu a jeden tlakový snímač.
Tabulka konfigurace zařízení a přístrojů pro přesný aerační systém je uvedena vTabulka 1.
1.4 Softwarové součásti systému přesného provzdušňování
Přesný software aeračního systému je nainstalován a běží na přesné pracovní stanici aeračního systému, která slouží jako základní jednotka systému. Na základě shromážděných terénních signálů tato jednotka pomocí modelu vypočítává biologickou potřebu vzduchu biologických nádrží a současně vydává nastavovací příkazy do polních řídicích zařízení. Funkčně zahrnuje základní moduly, jako je modul výpočtu objemu provzdušňování, modul distribuce vzduchu a modul nastavení optimalizace dmychadla.
Přesný software aeračního systému je primárně navržen na základě následujících dvou aspektů:
(1) Přesný provzdušňovací systém rozděluje aerobní sekci na několik nezávislých regulačních zón DO, které jsou schopné se přizpůsobit požadavkům toku řízení procesu a automaticky nastavují průtok provzdušňování tak, aby splňovaly podmínky procesu distribuce DO vyžadované čistícími jednotkami.
(2) Přesný systém provzdušňování umožňuje uživatelům nezávisle nastavit cílové úrovně DO a podporuje dynamické nastavené hodnoty DO. Vzhledem k pohodlí a provozuschopnosti lze relevantní data prohlížet a konfigurovat v centrálním dispečinku.
Pole upřednostňuje ovládací mechanismus pro přesné provzdušňování, následovaný centrálním řídícím horním počítačem, především včetně ovládání ventilů a ovládání dmychadla.
Ovládání ventilu má dva režimy: režim místního ovládání a režim dálkového ovládání. Na horním počítači centrálního ovládání jsou dvě možnosti: manuální režim a režim přesného provzdušňování.
Ovládání tlaku ventilátoru zahrnuje:
(1) Když hlavní rozvaděč přejde do místního režimu, lze ručně nastavit požadovanou hodnotu tlaku místně.
(2) Když hlavní ovládací skříň přejde do vzdáleného automatického režimu, nastavení tlaku je rozděleno do dvou režimů: ruční a přesné provzdušňování a ovládací spínače do centrálního dispečinku.
Protože má tři režimy ovládání - plně automatické ovládání, částečné automatické ovládání a ruční nucené ovládání - a umožňuje přepínání režimů buď na-místě nebo v hlavním velínu, dokáže přesný aerační systém adekvátně zvládnout různé situace, se kterými se během provozu čistírny odpadních vod setká.
1.5 Funkce přesného provzdušňovacího systému
1.5.1 Výpočet poptávky po vzduchu
Přesný provzdušňovací systém dokáže dynamicky vypočítat skutečnou potřebu vzduchu na základě změn různých faktorů v biologických nádržích, což umožňuje aeračnímu systému dodávat vzduch podle potřeby. Model výpočtu potřeby vzduchu pro přesný aerační systém je uveden vPostava4.
V praktických aplikacích přesného řízení provzdušňování v čistírnách odpadních vod dokáže přesný provzdušňovací systém vypočítat skutečnou potřebu vzduchu v reálném-čase podle toho, jak se mění přítok a kvalitativní zatížení, a zajistit tak přiměřené provzdušňování, které splňuje biochemické požadavky a zároveň šetří zbytečnou spotřebu energie na provzdušňování.
1.5.2 Distribuce objemu provzdušňování
Přesný systém provzdušňování zahrnuje několik řídicích jednotek provzdušňování. Systém zahrnuje více-ventilovou oddělovací řídicí strategii, která potlačuje rušení způsobené nastavením jednoho-ventilu na jiných ventilech. Má také více{4}}ventilovou strategii optimálního ovládání otevírání, která umožňuje rychlé a optimální nastavení otevření ventilů pro dosažení rychlého a přesného přenosu a distribuce objemu provzdušňování mezi různé řídicí jednotky provzdušňování.
1.5.3 Ovládání optimalizace ventilátoru
Úspory energie v procesu provzdušňování je dosaženo optimalizací provozu dmychadla. Jádrem aeračního systému je regulace chodu dmychadla na základě provozních parametrů. Na jedné straně musí seřízení dmychadla brát v úvahu skutečné provozní parametry; na druhou stranu musí seřízení dmychadla brát v úvahu také ochranu zařízení. Obecnou zásadou je provozovat dmychadla za nejhospodárnějších podmínek a zároveň zabránit abnormálním podmínkám dmychadla (jako je rázy).
Přesný provzdušňovací systém vypočítá požadovaný objem vzduchu na základě aktuálních provozních parametrů procesu a poté odešle signál do ovládací skříně ventilátoru. Operace, jako je spouštění/zastavování dmychadel a seřizování otvorů, se provádějí na základě nastavené hodnoty celkového objemu vzduchu, aby byly splněny požadavky biologického systému na provzdušňování, zatímco k ochraně dmychadel před rázy se používá tlak ochrany proti rázům. Dmychadla jsou základním procesním zařízením v čistírnách odpadních vod. Přesný systém provzdušňování by měl regulovat provoz dmychadla tak, aby vyhovoval požadavkům biologických nádrží na provzdušňování a zároveň zabraňoval přebuzení dmychadla.
2 Uvedení systému přesného provzdušňování do provozu
Aby byl zajištěn normální provoz přesného provzdušňovacího systému, musí být jednotlivá zařízení v systému nejprve uvedena do provozu jedno po druhém. Následně je nutné koordinované zprovoznění biologických provzdušňovacích ventilů a dmychadel, nastavení množství vzduchu dmychadla a regulace tlaku v potrubí. Během uvádění do provozu nesmí všechny operace a úpravy zajistit žádný dopad na výrobu. Konkrétně by měla být zdůrazněna opatření pro nouzový provoz ventilátoru:
(1) Během krátkodobých-významných výkyvů v otevírání ventilátoru. Tento systém využívá odstředivá dmychadla s magnetickým ložiskem, která dokážou přijímat nastavené hodnoty odeslané přesným provzdušňovacím systémem v reálném-čase. Dmychadlo přizpůsobuje dobu otevření a působení na základě rozdílu. Přesný systém provzdušňování má bezpečnostní ochranný mechanismus pro kolísání dmychadla, aby se zabránilo rázům způsobeným kolísáním. Mezi možné příčiny krátkodobých-významných výkyvů v otevírání dmychadla patří náhlé změny v kvalitě přítoku, neodpovídající parametry nastavení systému, náhlé změny tlaku v potrubí a selhání nástrojů biologické nádrže. Pro bezpečnost zařízení, aby se předešlo velkým kolísání tlaku v potrubí a nebezpečí rázů dmychadla, lze přesný systém provzdušňování ručně přepnout a přepnout do ručního režimu.
(2) Během rázů dmychadla. Při prvním uvádění do provozu je někdy nevyhnutelné rázy dmychadla. Mezi možné důvody patří nedostatečná koordinace mezi ventily a dmychadly, což vede ke zvýšenému tlaku v potrubí a rázům; nebo samotné nepřiměřené parametry dmychadla s příliš rychlým nastavením otevírání, což způsobí rázy samotného dmychadla. Když dojde k této poruše, může být přesný systém provzdušňování ručně přepsán a přepnut do ručního režimu pro provoz.
3 DO Control Efektivita a výsledky úspory energie přesného provzdušňovacího systému
3.1 Účinnost regulace DO přesného provzdušňovacího systému
Ověření účinnosti přesného provzdušňovacího systému pro tento projekt bylo primárně provedeno porovnáním scénářů se zásahem systému a bez něj. Tradiční metody řízení nemohou včas a přesně reagovat na dopad různých poruch. Když online řízená hodnota DO vykazuje velké výkyvy, změna rozpuštěného kyslíku (DO) v průběhu času na určitém místě v biologické nádrži bez přesného provzdušňování je zobrazena vObrázek 5.
Ve srovnání s tradičními metodami řízení biologické nádrže může přesná metoda řízení provzdušňování přesněji řídit DO v biologické nádrži, což prokazuje větší přizpůsobivost, čímž umožňuje lepší provzdušňování a úsporu energie. Trend rozpuštěného kyslíku (DO) na určitém místě v biologické nádrži s přesným provzdušňováním je znázorněn naObrázek 6.
Podle výsledků zkušebního provozu přesného řídicího systému v tomto projektu je pravděpodobnost distribuce hodnot DO v rozmezí ±0,5 mg/l cílové hodnoty 90 %; pravděpodobnost v rozmezí ±0,3 mg/l je 30 %; a pravděpodobnost v rozmezí ±0,2 mg/l je 20 %, což odpovídá konstrukčním požadavkům a skutečným provozním potřebám.
3.2 Výsledky úspory energie DO Control s přesným aeračním systémem
Ve vícestupňové čistírně odpadních vod AAO vypočítá přesný systém provzdušňování požadovaný celkový objem vzduchu v reálném čase- na základě aktuálního přítoku a zatížení během řízení dmychadla. Poté přenese celkovou požadovanou hodnotu požadavku na vzduch do hlavního rozvaděče dmychadla, který reguluje přidružená dmychadla podle nastaveného cíle. To zajišťuje, že objem provzdušňování splňuje skutečné požadavky za podmínek vysokého i nízkého zatížení a zároveň snižuje zbytečnou spotřebu energie na provzdušňování. Při tradičním řízení dmychadla obvykle pracují nepřetržitě při relativně vysokém výkonu. Prostřednictvím přesného provzdušňovacího systému řízení dmychadel je dosaženo-nastavení provozního výkonu v reálném čase, čímž je dosaženo cíle úspory energie.
Po zavedení přesného provzdušňovacího systému těží vícestupňová čistírna odpadních vod AAO z běžného provozu čistícího zařízení, přesných přístrojových dat, stabilního průtoku a kvality přítoku (nepřesahující ±20 % projektovaných hodnot), dostatečného provozního tlaku dmychadla, plynule nastavitelného množství vzduchu a automatického provozu hlavního rozvaděče na konstantní tlak.
4 Závěr
Aplikace přesného provzdušňovacího systému ve vícestupňové čistírně odpadních vod AAO má za cíl poskytnout rafinované provozní řešení pro provzdušňovací fázi procesu čištění odpadních vod. Přesné řešení provzdušňovacího systému plně odpovídá provozním podmínkám závodu a dosahuje přesné regulace provzdušňování. Na tomto základě zůstává mikrobiální biochemické prostředí stabilní, což pomáhá čistírně odpadních vod dosáhnout rafinovaného, energeticky-úsporného a automatizovaného provozu provzdušňovacího systému, což následně zlepšuje stabilitu kvality odpadních vod.