Aplikácia online technológie chemického čistenia pre prevzdušňovače jemných bubliniek v čistiarňach odpadových vôd
Jemnobublinové prevzdušňovače sú široko používané ako prevzdušňovacie zariadenia v čistiarňach odpadových vôd vďaka svojej jednoduchej konštrukcii, vysokej účinnosti využitia kyslíka, spoľahlivému výkonu, pórom odolným proti upchávaniu{0}}, prevencii spätného toku odpadovej vody, rovnomernému rozloženiu obvodového napätia, dlhej životnosti, jednoduchej inštalácii a údržbe a nízkym nákladom na systém. Systémy prevzdušňovania s jemnými bublinami, ako kľúčový komponent pre dodávku kyslíka pri čistení odpadových vôd, sú náchylné k upchávaniu znečistením a biofilmom počas dlhodobej-prevádzky, čo predstavuje značné problémy pri udržiavaní ich výkonu. Online technológia chemického čistenia poskytuje efektívne riešenie tohto problému.
1. Tvorba a nebezpečenstvo upchatia prevzdušňovača jemnými bublinami
Po dlhšej prevádzke sú prevzdušňovače s jemnými bublinami náchylné na upchávanie, ktoré sa zvyčajne kategorizuje ako „vnútorné upchávanie“ a „vonkajšie upchávanie“ na základe formy zablokovania znečisťujúcimi látkami. "Vnútorné upchávanie" sa týka ukladania jemných častíc, ako sú koloidné častice a makromolekuly rozpustenej látky zo zmiešaného lúhu v póroch, čo vedie k upchatiu pórov. "Vonkajšie upchávanie" sa týka usadzovania usadzovacích látok na povrchu membrány smerom k vode. Tento typ blokády má tendenciu neustále zvyšovať odpor membrány voči vypúšťaniu vzduchu, čo vedie k zvýšenému tlaku na membránu a postupnému zväčšovaniu veľkosti pórov. Časom to môže ľahko spôsobiť pretrhnutie membrány. Akonáhle sa membrána roztrhne, dopad sa rozšíri od zničenia účinnosti prevzdušňovania až po štrukturálne poškodenie systému, čo si môže vyžadovať odstavenie z dôvodu údržby alebo výmenu prevzdušňovača.
Problémy s upchávaním v prevzdušňovačoch s jemnými bublinami prinášajú zvýšené prevádzkové riziká:
- Z pohľadu nákladov na spotrebu elektriny: Keď sa prevzdušňovače upchajú, tlak v potrubí stúpa, čo núti dúchadlá pracovať pri vysokom{0}}zaťažení a vysokej{1}}spotrebe energie-. To zvyšuje spotrebu energie a ovplyvňuje aj životnosť ventilátora.
- Z hľadiska rizika pre životné prostredie: Nerovnomerné prevzdušňovanie znižuje rýchlosť prenosu kyslíka, obmedzuje flexibilitu riadenia procesu a vo vážnych prípadoch môže vážne ovplyvniť kvalitu odpadovej vody.
- Z pohľadu ekonomických nákladov: Náklady na manuálne čistenie po vyprázdnení nádrží sú vysoké.
- Z hľadiska bezpečnosti: Manuálne čistenie po vyprázdnení vyžaduje vstup do nádrží na odstránenie kalu, čo zahŕňa vstup do stiesneného priestoru a dočasné elektrické práce, čím sa zvyšuje riziko elektrických rizík a nebezpečenstva pre bezpečnosť osôb.Obrázok 1ukazuje jav hromadenia kalu z upchatia prevzdušňovača.
Pravidelná údržba a čistenie jemnobublinných prevzdušňovačov je preto kľúčové pre zabezpečenie ich prevádzkového výkonu. Tradičné metódy údržby a čistenia prevzdušňovača vyžadujú úplné vyprázdnenie biologických reakčných nádrží. Rozsiahla-údržba a čistenie zariadení na čistenie odpadových vôd môže ovplyvniť bežné čistenie a vypúšťanie odpadových vôd alebo môže vyžadovať schválenie od príslušných vládnych ministerstiev, ak sa vykonáva na konkrétnych miestach (ako sú oblasti pokryté mestskými kanalizačnými sieťami alebo ochranné pásma zdrojov pitnej vody). Tento proces zahŕňa viacero nebezpečných operácií (napr. vstup do obmedzeného priestoru) s početnými rizikami a nevýhodami, čo predstavuje značné ekonomické zaťaženie a potenciálne náklady (napr. koordinácia s vládnymi vzťahmi, znížená kapacita čistenia počas údržby, úprava kvality vody, bezpečnostné riziká) na čistiarne odpadových vôd. Tlak a problémy spojené s vyprázdňovaním kvôli údržbe spôsobujú, že možnosť pravidelného vyprázdňovania pri čistení prevzdušňovača je relatívne slabá.
Vzhľadom na mnohé nevýhody tradičného manuálneho čistenia po vyprázdnení{0}}je mimoriadne dôležitý výskum online čistenia jemnobublinových prevzdušňovačov pomocou online zariadení na dávkovanie chemikálií za normálnych podmienok prevzdušňovania-.
Táto štúdia vybrala projekt závodu ako poľné testovacie miesto pre online technológiu chemického čistenia. Čistiareň má celkovú kapacitu čistenia odpadových vôd 600 000 ton za deň a je postavená v štyroch fázach. Projekt tretej-fázy má kapacitu spracovania 100 000 ton za deň, pričom využíva proces AAO; štvrtá-fáza projektu má kapacitu spracovania 200 000 ton za deň s použitím procesu MBR. Kvalita odpadovej vody spĺňa normu stupňa A GB 18918-2002 „Štandard vypúšťania znečisťujúcich látok z komunálnych čistiarní odpadových vôd“. Online čistenie bolo vykonávané na jemnobublinných prevzdušňovačoch v aeróbnych nádržiach tretej a štvrtej fázy, ktoré boli v prevádzke 6-7 rokov.
2. Princíp online technológie chemického čistenia
Online technológia chemického čistenia zahŕňa pridávanie špecifických chemických činidiel do prevzdušňovacieho systému na rozpustenie alebo rozptýlenie upchávajúcich látok prostredníctvom chemického pôsobenia. Tieto činidlá môžu byť kyslé, alkalické, oxidačné alebo chelatačné. Napríklad niektoré kyslé činidlá môžu rozpúšťať alkalické zrazeniny, ako je uhličitan vápenatý, zatiaľ čo oxidačné činidlá môžu rozkladať organické blokády produkované mikroorganizmami.
2.1 Analýza bežných znečisťujúcich látok
Znečisťujúce látky priľnuté na povrchoch prevzdušňovačov sú rôznorodé a ich zloženie úzko súvisí s charakteristikami odpadových vôd, procesmi čistenia a prevádzkovými podmienkami. Bežné znečisťujúce látky sa analyzujú takto:
- Anorganické znečisťujúce látky: Zahŕňa zlúčeniny vápnika a horčíka, sulfidy, oxidy kovov a hydroxidy pochádzajúce najmä z chemického zrážania a presýtenia iónov. Medzi ich primárne vplyvy na prevzdušňovače patrí upchávanie pórov, znížená účinnosť prevzdušňovania, zvýšená spotreba energie systému, zvýšená odolnosť proti prevzdušňovaniu a znížená účinnosť prenosu kyslíka.
- Organické znečisťujúce látky: Zahŕňa mikrobiálny biofilm, suspendované organické častice, tuky/oleje a organické koloidy. Mikrobiálny biofilm sa primárne tvorí v dôsledku mikrobiálnej kolonizácie a adhézie extracelulárnej polymérnej látky (EPS). Medzi jeho riziká patrí vytváranie anaeróbnych mikroprostredí a uvoľňovanie toxických plynov (napr. H₂S). Organické koloidy vznikajú v dôsledku hydrofóbnych interakcií a elektrostatickej adsorpcie, čím sa vytvárajú hydrofóbne vrstvy, ktoré bránia uvoľňovaniu plynu a ovplyvňujú rovnomernosť prevzdušňovania.
- Zložené znečisťujúce látky (anorganická{0}}organická zmiešaná stupnica): Zahŕňa biologické-chemické zmiešané usadeniny a častice kalu vytvorené najmä fyzikálnym zachytením a chemickou väzbou. Medzi ich účinky patrí pokrytie povrchu prevzdušňovača, zníženie efektívnej prevzdušňovacej plochy, zrýchlenie starnutia zariadenia a skrátenie cyklov údržby.
Pri kontrolách údržby prevzdušňovacieho systému závodu sa zistili tieto problémy: ① Predĺžená prevádzka prevzdušňovačov pod vodou spojená so zvyšujúcou sa životnosťou viedla k výraznému starnutiu tesnení O-krúžkov v miestach pripojenia, čo viedlo k úniku plynu; ② Počas prevádzky nepretržité usadzovanie kalu a úpravy riadenia výrobného procesu viedli k vyšším koncentráciám kalu v určitých oblastiach, čo nepriamo spôsobilo vážne usádzanie na povrchoch membrán prevzdušňovača, ako je znázornené naObrázok 2; ③ Keď je koncentrácia kalu v biologických reakčných nádržiach príliš vysoká, vek kalu sa predlžuje, čím sa zvyšuje množstvo rozpusteného kyslíka potrebného na normálnu mikrobiálnu aktivitu a zvyšujú sa požiadavky na systém dodávky kyslíka; ④ Zvýšená hustota zmiešaného lúhu v prevzdušňovacích nádržiach zvyšuje odolnosť, čo vedie k vyššej spotrebe energie na mechanické alebo dúchacie prevzdušňovanie; ⑤ Určité nečistoty prenikli do prevzdušňovacích pórov, čo ovplyvnilo prevzdušňovanie systému, ako je znázornené naObrázok 3. Na základe príčin vzniku škodlivín sa zistilo, že vodný kameň na povrchoch prevzdušňovača obsahuje anorganické škodliviny, organické látky, bielkoviny atď.
2.2 Výber čistiacich prostriedkov
Pre typy znečistenia membrány je potrebné zvoliť vhodné chemické čistiace prostriedky. Tieto prostriedky môžu prenikať cez prevzdušňovacie póry v stene potrubia do priestoru medzi membránou a stenou potrubia, čím sa dosiahne vyčistenie povrchu membrány a jej pórov. Výber typu čistiaceho prostriedku by mal byť založený na skutočných fyzikálno-chemických vlastnostiach membrány, typoch znečisťujúcich látok a stupni znečistenia. Čistiaci prostriedok by mal byť biologicky odbúrateľný a netoxický pre organizmy, mal by byť schopný účinne odstraňovať anorganický vodný kameň zo stien vzduchového potrubia a vo vnútri difúzorov. Mal by mať dobrú čistiacu účinnosť proti upchávaniu (známemu aj ako „upchávanie plynnej-fázy“) spôsobenému kontaminantmi, časticami alebo prachom vo vstupnom vzduchu systémov prevzdušňovania ventilátorov, únikom oleja z ventilátorov a hrdzou z vnútorného vzduchového potrubia.
Alkalické čistiace prostriedky zahŕňajú hydroxid sodný, uhličitan sodný, fosforečnan sodný, kremičitan sodný, hydroxid draselný atď. Hydroxid sodný je bežný chemický prostriedok v procesoch čistenia odpadových vôd na zvýšenie pH odpadových vôd, takže ho možno zvoliť ako alkalický čistiaci prostriedok.
Kyslé čistiace prostriedky zahŕňajú kyselinu sírovú, kyselinu chlorovodíkovú, kyselinu dusičnú, kyselinu citrónovú, kyselinu šťaveľovú, kyselinu fosforečnú atď. Vzhľadom na to, že citrát má silnú chelatačnú schopnosť pre ióny ako mangán a železo, v praxi je kyselina citrónová v porovnaní s minerálnymi kyselinami relatívne slabá, menej korozívna pre zariadenie, bezpečnejšia a ľahko biologicky odbúrateľná ako kyselina citrónová, kyselina citrónová bola zvolená ako mikroorganizmus
Tabuľka 1ukazuje kategórie a výkon čistiacich prostriedkov bežne používaných na znečistenie membrán.
2.3 Návrh online čistiaceho zariadenia
Vzhľadom na tlak v prevádzkových systémoch prevzdušňovania jemných bublín a početných odbočných potrubí je návrh vhodného online dávkovacieho zariadenia pre prevzdušňovače jemných bublín obzvlášť dôležitý. Dávkovacie čistiace zariadenie navrhnuté v tejto štúdii obsahuje jednotku na rozpúšťanie/riedenie a dávkovaciu jednotku, ako je znázornené na obrázkuObrázok 4.
Jednotka rozpúšťania/riedenia pozostáva hlavne z prípravnej nádrže, miešadla a hladinomeru, ktoré sa používajú na rozpúšťanie a riedenie látok. Vstreknutím určitého množstva vody do prípravnej nádrže, pridaním činidla a spustením miešadla je možné pripraviť činidlo so špecifickou koncentráciou na použitie v dávkovacej jednotke.
Dávkovacia jednotka pozostáva hlavne z dávkovacej nádrže, výfukového ventilu, dávkovacieho ventilu, vyrovnávacieho ventilu, prívodného ventilu a niektorých potrubných systémov. Spodok dávkovacej nádrže je pripojený k dávkovaciemu potrubiu, ktoré sa ďalej rozvetvuje do viacerých dávkovacích pomocných-potrubí. Všetky dávkovacie podružné-potrubia sú prepojené-do-jedného s viacerými prevzdušňovacími odbočkami, ktoré sú zase pripojené k niekoľkým prevzdušňovačom s jemnými bublinami, čím sa dosiahne účel čistenia prevzdušňovačov s jemnými bublinami.
Počas implementácie bol do každej prevzdušňovacej odbočnej rúrky biologických reakčných nádrží vyvŕtaný otvor Φ15 mm ako dávkovací otvor, cez ktorý bola inštalovaná nylonová dávkovacia rúrka na dodávanie činidla do prevzdušňovačov s jemnými bublinami, čím sa znížili straty činidla. Súčasne sa do prevzdušňovacej odbočnej rúrky vyvŕtal ďalší otvor ako vyrovnávacia plynová rúrka na vyrovnanie tlaku medzi dávkovacou nádržou a prevzdušňovacou odbočkou. Otvory vyvŕtané v prevzdušňovacích odbočkách sú počas bežnej prevádzky utesnené zátkami a rýchlo{3}}spojovacie koncovky sú inštalované počas dávkovania, aby sa umožnila rýchla inštalácia a odstránenie.
3. Aplikácia online dávkovacieho čistiaceho zariadenia
V tomto online dávkovacom čistiacom experimente boli jemné bublinkové prevzdušňovače umiestnené do biologických nádrží. Špecifický čistiaci roztok bol vstreknutý do jemnobublinových prevzdušňovačov cez prevzdušňovacie rúrky, čo mu umožnilo prúdiť smerom k prívodnej strane, aby rozložil organickú hmotu priľnutú na povrchu membrány, čím sa obnovil transmembránový tlakový rozdiel a dosiahol sa čistiaci účinok. Experimentálny dizajn bol založený na troch premenných: typ činidla, koncentrácia činidla a čas čistenia. Schéma testu je uvedená vTabuľka 2.
3.1 Analýza online dávkovania čistiaceho účinku
Po vyčistení senzorické pozorovanie povrchu prevzdušňovania na mieste ukázalo menšie veľkosti bublín unikajúce z povrchu prevzdušňovacej nádrže a rovnomernejšie prevzdušňovanie.Obrázok 5ukazuje senzorický vzhľad prevzdušňovania pred a po čistení.
Po čistení rôznymi typmi a koncentráciami činidiel vykazovali prevzdušňovače neustále zvýšený prietok a znížený tlak v potrubí, pričom prietoky sa obnovili. Účinnosť prevzdušňovania bola obnovená v rôznej miere po ošetrení rôznymi spôsobmi čistenia. Kombinované údaje o zvýšenom prietoku vzduchu a zníženom tlaku v potrubí naznačujú, že rôzne typy činidiel, koncentrácie a časy čistenia majú rôzne účinky na obnovu prevzdušňovača.Obrázky 6 a 7ukazujú zmeny prietoku a tlaku pred a po čistení.
Účinnosť obnovy prevzdušňovačov po čistení hydroxidom sodným bola o niečo nižšia ako po kyseline citrónovej. Vysoká rozpustnosť hydroxidu sodného vo vode vedie k významnému uvoľňovaniu tepla pri rozpustení. Spolu s jeho silnou hygroskopicitou, zásaditosťou a korozívnosťou si tieto vlastnosti vyžadujú pri praktických prevádzkach ďalšie opatrenia. Z hľadiska bezpečnosti čistiacej prevádzky nie je hydroxid sodný preferovaným čistiacim prostriedkom. Pri výbere čistiacich prostriedkov by sa preto mala starostlivo posúdiť ich bezpečnosť a prevádzkové pohodlie, aby sa zaistila bezpečnosť obsluhy a optimálna účinnosť čistenia.
Výsledky testov ukázali, že po čistení online dávkovaním sa prevzdušňovanie v biologických nádržiach stalo rovnomernejším, prietok jemných bublinkových prevzdušňovačov sa zvýšil, tlak v potrubí sa výrazne znížil a čistiaci účinok bol pozoruhodný.
3.2 Technické výhody
- Znižuje prestoje: V porovnaní s tradičným demontážnym čistením si online dávkovanie nevyžaduje zastavenie prevzdušňovacieho systému, čím sa zabráni prerušeniam procesu čistenia odpadových vôd a zníženej účinnosti čistenia spôsobeného odstávkami.
- Zlepšuje účinnosť čistenia: Prostriedky dokážu preniknúť hlboko do pórov a účinne čistia ťažko{0}}až-upchaté miesta. Po aplikácii v niektorých domácich čistiarňach odpadových vôd sa výrazne zlepšila rovnomernosť prevzdušňovania a výrazne sa zvýšila účinnosť prenosu kyslíka.
- Znižuje intenzitu práce a náklady: Eliminuje potrebu ručnej demontáže a opätovnej montáže prevzdušňovačov, čím sa znižuje ručná práca a riziko poškodenia zariadenia pri častom rozoberaní, čím sa šetria náklady na údržbu. Náklady na online chemické čistenie pre prevzdušňovače s jemnými bublinami sú 0,47 RMB/tona, zatiaľ čo náklady na tradičné ručné čistenie starých prevzdušňovačov sú 13,3 RMB/tona. Odhaduje sa, že ročné úspory nákladov na čistenie prevzdušňovačov s jemnými bublinami predstavujú 515 000 RMB. V porovnaní s tradičným ručným čistením starých prevzdušňovačov ponúka chemické čistenie online značné ekonomické výhody.
- Predlžuje životnosť prevzdušňovacieho zariadenia: Prostredníctvom online chemického čistenia sa efekt prevzdušňovania jemných bublinkových prevzdušňovačov účinne zlepšuje, čím sa zvyšuje výkon prevzdušňovača a do určitej miery sa predlžuje životnosť prevzdušňovacieho zariadenia, čím sa účinne znižuje zaťaženie dúchadla.
- Poskytuje viac možností pre plánovanie výroby a plány údržby: Prostredníctvom online chemického čistenia sa distribúcia bublín stáva rovnomernejšou, tlak vzduchového potrubia sa efektívne znižuje, prietok sa výrazne zvyšuje, čo výrazne zlepšuje prenos kyslíka a poskytuje solídnu záruku regulácie kvality vody.
4. Záver
Online technológia chemického čistenia pre jemné bublinkové prevzdušňovače má významnú aplikačnú hodnotu v čistiarňach odpadových vôd. Jeho racionálnou aplikáciou je možné efektívne vyriešiť problémy s upchávaním v prevzdušňovačoch s jemnými bublinami, zlepšiť výkon prevzdušňovacieho systému, znížiť prestoje a prevádzkové náklady a zabezpečiť stabilnú a efektívnu prevádzku čistiarní odpadových vôd. Obmedzenia tradičného manuálneho čistenia poženú priemysel smerom k online čisteniu. Vznik nových zariadení a inteligentných riadiacich systémov výrazne znižuje prevádzkovú náročnosť online čistenia. V spojení s politickými a environmentálnymi predpismi, ktoré zdôrazňujú uhlíkovú neutralitu a recykláciu vodných zdrojov, čo nepriamo podporí používanie online čistiacej technológie. V budúcnosti možno optimalizovať formulácie činidiel a vyskúmať synergické čistiace technológie s viacerými zložkami. Okrem toho je možné vykonávať stratégie riadenia dávkovania a výskum inteligencie zariadení, aby sa lepšie prispôsobili potrebám rôznych čistiarní odpadových vôd.