Aplicarea tehnologiei online de curățare chimică pentru aeratoare cu bule fine în stațiile de epurare a apelor uzate
Aeratoarele cu bule fine sunt utilizate pe scară largă ca echipamente de aerare în stațiile de tratare a apelor uzate datorită structurii lor simple, eficienței ridicate de utilizare a oxigenului, performanței fiabile, înfundarea-porilor rezistenți, prevenirea returului de apă uzată, distribuția uniformă a tensiunilor circumferențiale, durata de viață lungă, instalarea și întreținerea ușoare și costurile reduse ale sistemului. Fiind o componentă cheie pentru aprovizionarea cu oxigen în tratarea apelor uzate, sistemele de aerare cu bule fine sunt predispuse la înfundare prin murdărie și biofilm în timpul funcționării pe termen lung-, punând provocări semnificative pentru menținerea performanței lor. Tehnologia de curățare chimică online oferă o soluție eficientă la această problemă.
1. Formarea și pericolele de înfundare a aeratorului cu bule fine
După o funcționare prelungită, aeratoarele cu bule fine sunt susceptibile la înfundare, de obicei clasificate ca „înfundare internă” și „înfundare externă” pe baza formei de blocare a poluanților. „Înfundarea internă” se referă la depunerea de particule fine, cum ar fi particulele coloidale și macromoleculele dizolvate din lichidul amestecat în interiorul porilor, conducând la blocarea porilor. „Înfundarea externă” se referă la depunerea de substanțe detartrante pe suprafața membranei orientată spre partea apei. Acest tip de blocaj tinde să crească continuu rezistența la evacuarea aerului a membranei, ducând la creșterea presiunii asupra membranei și la o mărire treptată a dimensiunii porilor. În timp, acest lucru poate provoca cu ușurință ruperea membranei. Odată ce membrana se rupe, impactul se extinde de la distrugerea eficienței de aerare până la deteriorarea structurală a sistemului, potențial necesitând oprirea pentru întreținere sau înlocuirea aeratorului.
Problemele de înfundare în aeratoarele cu bule fine aduc riscuri operaționale crescute:
- Din perspectiva costului consumului de energie electrică: Pe măsură ce aeratoarele se înfundă, presiunea în conductă crește, forțând suflantele să funcționeze în condiții de-sarcină mare, de-energie-înaltă. Acest lucru crește consumul de energie și afectează, de asemenea, durata de viață a suflantei.
- Din perspectiva riscului de mediu: Aerarea neuniformă reduce ratele de transfer de oxigen, limitează flexibilitatea controlului procesului și poate afecta grav calitatea efluentului în cazuri grave.
- Din perspectiva costurilor economice: Costul curățării manuale după golirea rezervoarelor este mare.
- Din punct de vedere al siguranței: Curățarea manuală după golire necesită intrarea în rezervoare pentru îndepărtarea nămolului, implicând intrarea în spațiu închis și lucrări electrice temporare, crescând astfel riscurile de pericole electrice și de siguranță personală.Figura 1prezintă fenomenul de acumulare a nămolului din înfundarea aeratorului.
Prin urmare, întreținerea și curățarea regulată a aeratoarelor cu bule fine este crucială pentru a asigura performanța lor operațională. Metodele tradiționale de întreținere și curățare a aeratorului necesită golirea completă a rezervoarelor de reacție biologică. Întreținerea și curățarea la scară largă-a instalațiilor de tratare a apelor uzate pot afecta tratarea și evacuarea normală a apelor uzate sau pot necesita aprobarea departamentelor guvernamentale relevante, dacă sunt efectuate în anumite locații (cum ar fi zonele acoperite de rețelele urbane de drenaj sau zonele de protecție a surselor de apă potabilă). Acest proces implică operațiuni multiple periculoase (de exemplu, intrarea în spațiu închis) cu numeroase riscuri și dezavantaje, impunând sarcini economice semnificative și costuri potențiale (de exemplu, coordonarea cu relațiile guvernamentale, capacitatea redusă de tratare în timpul întreținerii, ajustarea calității apei, riscuri de siguranță) pe stațiile de epurare a apelor uzate. Presiunea și provocările generate de golirea pentru întreținere fac ca fezabilitatea golirii regulate pentru curățarea aeratorului să fie relativ slabă.
Având în vedere numeroasele dezavantaje ale curățării manuale tradiționale după golire,-costul ridicat, riscul operațional ridicat și eficiența de curățare suboptimă-cercetarea privind curățarea online a aeratoarelor cu bule fine folosind dispozitive de dozare chimică online în condiții normale de aerare este deosebit de importantă.
Acest studiu a selectat un proiect de fabrică ca loc de testare pe teren pentru tehnologia de curățare chimică online. Stația are o capacitate totală de tratare a apelor uzate de 600.000 de tone pe zi, construită în patru faze. A treia-faza de proiect are o capacitate de tratare de 100.000 de tone pe zi, folosind un proces AAO; a patra-faza de proiect are o capacitate de tratare de 200.000 de tone pe zi, folosind un proces MBR. Calitatea efluentului îndeplinește standardul de grad A din GB 18918-2002 „Standard de evacuare a poluanților pentru stațiile de epurare a apelor uzate municipale”. Curățarea online a fost efectuată pe aeratoare cu bule fine din rezervoarele aerobe ale fazei a treia și a patra, care erau în funcțiune de 6-7 ani.
2. Principiul tehnologiei online de curățare chimică
Tehnologia de curățare chimică online presupune adăugarea de agenți chimici specifici la sistemul de aerare pentru a dizolva sau a dispersa substanțele de înfundare prin acțiune chimică. Acești agenți pot fi acizi, alcalini, oxidanți sau chelatori. De exemplu, unii agenți acizi pot dizolva precipitate alcaline precum carbonatul de calciu, în timp ce agenții oxidanți pot descompune blocajele organice produse de microorganisme.
2.1 Analiza poluanților comuni
Poluanții care aderă la suprafețele aeratorului sunt diverși, iar compoziția lor este strâns legată de caracteristicile apei uzate, procesele de tratare și condițiile de funcționare. Poluanții comuni sunt analizați după cum urmează:
- Poluanți anorganici: Includeți compuși de calciu și magneziu, sulfuri, oxizi de metal și hidroxizi, care provin în principal din precipitarea chimică și suprasaturarea ionilor. Efectele lor principale asupra aeratoarelor includ înfundarea porilor, eficiența redusă de aerare, consumul de energie crescut al sistemului, rezistența crescută la aerare și eficiența scăzută a transferului de oxigen.
- Poluanți organici: Includeți biofilm microbian, particule organice în suspensie, grăsimi/uleiuri și coloizi organici. Biofilmul microbian se formează în principal datorită colonizării microbiene și a aderenței substanțelor polimerice extracelulare (EPS). Pericolele sale includ crearea de micromedii anaerobe și eliberarea de gaze toxice (de exemplu, H₂S). Coloizii organici se formează datorită interacțiunilor hidrofobe și adsorbției electrostatice, creând straturi hidrofobe care împiedică eliberarea gazului și afectează uniformitatea aerării.
- Poluanți compoziți (anorganici-organici mixți): Includeți calcarul biologic-chimic mixt și atașarea particulelor de nămol, formate în principal prin captare fizică și legături chimice. Efectele lor includ acoperirea suprafeței aeratorului, reducerea zonei efective de aerare, accelerarea îmbătrânirii echipamentului și scurtarea ciclurilor de întreținere.
Prin inspecțiile de întreținere ale sistemului de aerare al uzinei, au fost identificate următoarele probleme: ① Funcționarea prelungită subacvatică a aeratoarelor, cuplată cu creșterea duratei de viață, a condus la o îmbătrânire semnificativă a garniturilor inele O-la punctele de conectare, ducând la scurgeri de gaz; ② În timpul funcționării, depunerea continuă a nămolului și ajustările în controlul procesului de producție au dus la concentrații mai mari de nămol în anumite zone, provocând indirect detartrare severă pe suprafețele membranei aeratorului, așa cum se arată înFigura 2; ③ Când concentrația de nămol în rezervoarele de reacție biologică este prea mare, vârsta nămolului se extinde, crescând oxigenul dizolvat necesar pentru activitatea microbiană normală și crescând cerințele sistemului de alimentare cu oxigen; ④ Densitatea crescută a lichidului amestecat în rezervoarele de aerare crește rezistența, ceea ce duce la un consum mai mare de energie pentru aerarea mecanică sau prin suflare; ⑤ Unele murdări au pătruns în porii de aerare, afectând aerarea sistemului, așa cum se arată înFigura 3. Pe baza cauzelor formării poluanților s-a determinat că scara de pe suprafețele aeratorului conținea poluanți anorganici, materie organică, proteine etc.
2.2 Selectarea agenților de curățare
Pentru tipurile de poluare cu membrane, trebuie selectați agenți de curățare chimici adecvați. Acești agenți pot pătrunde prin porii de aerare din peretele conductei până în spațiul dintre membrană și peretele conductei, realizând curățarea suprafeței membranei și a porilor acesteia. Selectarea tipului de agent de curățare ar trebui să se bazeze pe proprietățile fizico-chimice reale ale membranei, pe tipurile de poluanți și pe gradul de murdărie. Agentul de curățare trebuie să fie biodegradabil și ne-toxic pentru organisme, capabil să îndepărteze eficient depunerile anorganice de pe pereții conductei de aer și din interiorul difuzoarelor. Ar trebui să aibă o eficacitate bună de curățare împotriva blocajelor (cunoscute și sub denumirea de „înfundare în fază gazoasă”) cauzate de contaminanți, particule sau praf din aerul de admisie a sistemelor de aerare a suflantelor, scurgeri de ulei de la suflante și rugina de la conductele interne de aer.
Agenții de curățare alcalini includ hidroxid de sodiu, carbonat de sodiu, fosfat de sodiu, silicat de sodiu, hidroxid de potasiu etc. Hidroxidul de sodiu este un agent chimic obișnuit în procesele de tratare a apelor uzate pentru creșterea pH-ului apei uzate, așa că poate fi selectat ca agent de curățare alcalin.
Agenții de curățare acizi includ acidul sulfuric, acidul clorhidric, acidul azotic, acidul citric, acidul oxalic, acidul fosforic, etc. Având în vedere că citratul are o puternică capacitate de chelare a ionilor precum manganul și fierul, iar în practică, în comparație cu acizii minerali, acidul citric este relativ slab, mai puțin corosiv pentru echipamente, mai sigur și ușor de biodegradat de acidul citric, acidul citric a fost ușor de degradat. agent de curatare.
Tabelul 1prezintă categoriile și performanța agenților de curățare utilizați în mod obișnuit pentru murdărirea membranelor.
2.3 Proiectarea dispozitivului de curățare online
Având în vedere presiunea în funcționarea sistemelor de aerare cu bule fine și numeroasele conducte de ramificație, proiectarea unui dispozitiv de dozare online adecvat pentru aeratoarele cu bule fine este deosebit de importantă. Dispozitivul de curățare dozat conceput în acest studiu include o unitate de dizolvare/diluare și o unitate de dozare, așa cum se arată înFigura 4.
Unitatea de dizolvare/diluare constă în principal dintr-un rezervor de preparare, agitator și indicator de nivel, utilizate pentru dizolvarea și diluarea agenților. Prin injectarea unei anumite cantități de apă în rezervorul de preparare, adăugarea agentului și pornirea agitatorului, un agent de concentrație specifică poate fi preparat pentru utilizare de către unitatea de dozare.
Unitatea de dozare constă în principal dintr-un rezervor de dozare, supapă de evacuare, supapă de dozare, supapă de echilibrare, supapă de alimentare și unele sisteme de conducte. Partea inferioară a rezervorului de dozare este conectată la o conductă de dozare, care se ramifică în mai multe sub-conducte de dozare. Toate sub-conductele de dozare sunt conectate una-la-cu mai multe conducte de ramificație de aerare, care la rândul lor sunt conectate la mai multe aeratoare cu bule fine, atingând astfel scopul de curățare a aeratoarelor cu bule fine.
În timpul implementării, în fiecare conductă de ramificație de aerare a rezervoarelor de reacție biologică a fost forat un orificiu de Φ15 mm ca un orificiu de dozare, prin care a fost instalată o conductă de dozare din nailon pentru a livra agentul la aeratoarele cu bule fine, reducând pierderea de agent. Simultan, a fost forat o gaură suplimentară în conducta de ramificație de aerare ca țeavă de gaz de echilibru pentru a egaliza presiunea dintre rezervorul de dozare și conducta de ramificație de aerare. Găurile forate în conductele de ramificație de aerare sunt sigilate cu dopuri în timpul funcționării normale, iar fitingurile terminale cu conectare rapidă-sunt instalate în timpul dozării pentru a permite instalarea și îndepărtarea rapidă.
3. Aplicarea Dispozitivului de Curățare Dozator Online
În acest experiment de curățare cu dozare online, aeratoarele cu bule fine au fost plasate în rezervoarele biologice. Soluția de curățare specifică a fost injectată în membranele aeratorului cu bule fine prin conductele de ramificație de aerare, permițându-i să curgă spre partea de alimentare pentru a descompune materia organică care aderă la suprafața membranei, restabilind astfel diferența de presiune transmembranară și obținând efectul de curățare. Designul experimental sa bazat pe trei variabile: tipul agentului, concentrația agentului și timpul de curățare. Schema de testare este prezentată înTabelul 2.
3.1 Analiza efectului de curățare prin dozare online
După curățare, observarea senzorială a suprafeței de aerare de la fața locului a arătat dimensiuni mai mici ale bulelor care ies de pe suprafața rezervorului de aerare și o aerare mai uniformă.Figura 5arată aspectul senzorial al aerării înainte și după curățare.
După curățarea cu diferite tipuri și concentrații de agenți, aeratoarele au prezentat în mod constant un debit crescut și o presiune scăzută în conductă, cu debitele restabilite. Eficiența aerării a fost restabilită în grade diferite după tratament cu diferite metode de curățare. Datele combinate privind debitul de aer crescut și presiunea scăzută în conductă indică faptul că diferite tipuri de agenți, concentrații și timpi de curățare au efecte diferite asupra restabilirii aeratorului.Figurile 6 și 7arată modificările debitului și ale presiunii înainte și, respectiv, după curățare.
Eficiența refacerii aeratoarelor după curățarea cu hidroxid de sodiu a fost puțin mai mică decât cea după acid citric. Solubilitatea ridicată a hidroxidului de sodiu în apă duce la o eliberare semnificativă de căldură la dizolvare. Împreună cu higroscopicitatea puternică, alcalinitatea și corozivitatea, aceste proprietăți necesită luarea de precauții suplimentare în operațiunile practice. Din perspectiva siguranței operațiunii de curățare, hidroxidul de sodiu nu este agentul de curățare preferat. Prin urmare, atunci când se selectează agenți de curățare, siguranța și confortul lor operațional trebuie evaluate cu atenție pentru a asigura siguranța operatorului și eficiența optimă a curățării.
Rezultatele testelor au arătat că, după curățarea prin dozare online, aerarea în rezervoarele biologice a devenit mai uniformă, debitul aeratoarelor cu bule fine a crescut, presiunea conductei a scăzut semnificativ și efectul de curățare a fost remarcabil.
3.2 Avantaje tehnice
- Reduce timpul de nefuncționare: În comparație cu curățarea tradițională de demontare, curățarea prin dozare online nu necesită oprirea sistemului de aerare, evitând întreruperile în procesul de tratare a apelor uzate și reducerea eficienței de tratare cauzate de opriri.
- Îmbunătățește eficiența curățării: Agenții pot pătrunde adânc în pori, curățând eficient zonele înfundate{0}}pentru-. După aplicarea în unele stații de tratare a apelor uzate menajere, uniformitatea aerării s-a îmbunătățit considerabil, iar eficiența transferului de oxigen a crescut semnificativ.
- Reduce intensitatea muncii și costurile: Elimina necesitatea demontarii si reasamblarii manuale a aeratoarelor, reducand munca manuala si riscul de deteriorare a echipamentului de la dezasamblarea frecventa, economisind astfel costurile de intretinere. Costul curățării chimice online pentru aeratoarele cu bule fine este de 0,47 RMB/tonă, în timp ce costul curățării manuale tradiționale pentru aeratoarele vechi este de 13,3 RMB/tonă. Se estimează că economiile anuale la costurile de curățare a aeratorului cu bule fine se ridică la 515.000 RMB. În comparație cu curățarea manuală tradițională a aeratoarelor vechi, curățarea chimică online oferă avantaje economice semnificative.
- Prelungește durata de viață a echipamentului de aerare: Prin curățarea chimică online, efectul de aerare al aeratoarelor cu bule fine este îmbunătățit efectiv, îmbunătățind performanța aeratorului și, într-o oarecare măsură, prelungind durata de viață a echipamentului de aerare, reducând efectiv sarcina suflantei.
- Oferă mai multe opțiuni pentru programarea producției și planurile de întreținere: Prin curățarea chimică online, distribuția bulelor devine mai uniformă, presiunea conductei de aer este redusă efectiv, debitul crește semnificativ, îmbunătățind considerabil ratele de transfer de oxigen și oferind o garanție solidă pentru reglementarea calității apei.
4. Concluzie
Tehnologia de curățare chimică online pentru aeratoare cu bule fine are o valoare semnificativă de aplicare în stațiile de tratare a apelor uzate. Prin aplicarea sa rațională, problemele de colmatare ale aeratoarelor cu bule fine pot fi rezolvate eficient, performanța sistemului de aerare îmbunătățită, timpii de nefuncționare și costurile operaționale reduse și asigurată funcționarea stabilă și eficientă a stațiilor de tratare a apelor uzate. Limitările curățării manuale tradiționale vor conduce industria către curățarea online. Apariția de noi echipamente și sisteme de control inteligente reduce semnificativ dificultatea operațională a curățeniei online. Împreună cu politicile și reglementările de mediu care subliniază neutralitatea carbonului și reciclarea resurselor de apă, care vor promova indirect aplicarea tehnologiei de curățare online. În viitor, formulările de agenți pot fi optimizate, iar tehnologiile de curățare sinergică cu mai mulți-agenti pot fi cercetate. În plus, strategiile de control al dozării și cercetarea în inteligența echipamentelor pot fi urmărite pentru a se adapta mai bine la nevoile diferitelor stații de tratare a apelor uzate.