Proiectarea și punerea în funcțiune a unui sistem de aerare precisă pentru o stație de tratare a apelor uzate AAO cu mai multe-etape
Prezentare generală
Tratarea apelor uzate este o componentă vitală a construcțiilor urbane. În ultimii ani, industria chineză de tratare a apelor uzate s-a dezvoltat rapid. Participarea profundă a stațiilor de epurare a apelor uzate la reducerea colaborativă a emisiilor servește ca un sprijin important pentru construirea unei societăți cu emisii reduse de-carbon, dezvoltarea unei economii cu emisii reduse-și realizarea unei dezvoltări urbane durabile. În cadrul obiectivelor „Dual Carbon”, conceptul de stații de tratare a apelor uzate cu emisii reduse de-carbon a atras atenția industriei. Pentru a se alinia cu strategia de dezvoltare a stațiilor de epurare a apelor uzate cu emisii reduse de-carbon, este necesar să se analizeze și să se studieze factorii cheie care influențează conservarea energiei și reducerea emisiilor.
Majoritatea epurării apelor uzate menajere utilizează procese cu nămol activ. Un factor cheie în acest tratament este furnizarea unei cantități adecvate de oxigen pentru reacțiile de oxidare ale microorganismelor din rezervoarele biologice, făcând controlul volumului de aerare crucial. Controlul tradițional al aerării, realizat prin comutatoare manuale, se bazează în primul rând pe experiența operatorilor de pe site-ul-, ceea ce duce la incertitudine și risipă semnificative. Pentru a realiza controlul automat al sistemelor precise de aerare și pentru a reduce intervenția manuală, cercetătorii au studiat pe larg metodele de control al aerării, inclusiv controlul fuzzy, rețelele neuronale, rețelele neuronale fuzzy, algoritmii genetici și mașinile de suport vector. Această lucrare se concentrează asupra procesului AAO în mai multe etape al unei stații de tratare a apelor uzate din Shenzhen, analizând și rezumând procesul de proiectare și punere în funcțiune a sistemului său precis de aerare pentru a oferi referință pentru proiecte similare.
1 Prezentare generală a sistemului
1.1 Principiul sistemului de aerare precisă
Tratarea biologică este cea mai importantă etapă a procesului de tratare a apelor uzate, urmărind de obicei eliminarea sau reducerea substanțelor țintă din apele uzate pentru a îndeplini standardele de evacuare prin menținerea creșterii microbiene susținute și eficiente și promovarea proceselor biochimice. Strategiile tradiționale de control nu pot răspunde în timp util și cu acuratețe la modificările parametrilor operaționali ai stațiilor moderne de tratare a apelor uzate. În timpul funcționării inițiale de probă, ajustările sunt adesea făcute numai la suflante sau la conductele de aerare terminale, nereușind să efectueze-reglarea la-în timp real, la cerere, a volumului de aerare în rezervoarele de reacție pe baza modificărilor condițiilor de funcționare reale, realizând în același timp economii de energie.
Oxigenul dizolvat (DO) este un factor principal care afectează procesul de tratare biologică. Calitatea controlului DO are un impact direct asupra eficienței epurării apelor uzate. Sistemul precis de aerare introduce o metodă de control cu mai mulți-parametri, care combină „feedforward + feedback + model”, abordând în mod eficient caracteristici precum întârzierile mari și ne-liniaritatea în stațiile de tratare a apelor uzate. Acesta ia în considerare în mod cuprinzător suflantele, supapele de reglare pe conductele de aerare, precum și OD și încărcarea cu apă, pentru a implementa un control precis asupra procesului de reacție biologică, realizând-aerația la cerere, sporind astfel stabilitatea operațională a sistemului și economisind energie.
În stațiile de epurare a apelor uzate, semnalele de tip feedforward includ în principal semnale de debit de influență și de calitate; Semnalele de feedback includ în principal DO, lichide în suspensie în amestec (MLSS) și semnale de nivel de rezervor biologic.
Strategia de control al DO a sistemelor de aerare precisă are de obicei două abordări: stabilirea țintei de control ca valoare constantă sau ca valoare dinamică.
De obicei, în cadrul strategiei în care ținta de control al DO este setată ca o valoare constantă, sistemul precis de aerare calculează volumul de aer necesar pentru fiecare zonă de rezervor biologic și volumul total de aer necesar pe baza unor semnale cum ar fi calitatea influentului, debitul influentului, punctul de referință DO și MLSS al rezervorului biologic. Apoi ajustează sistemul de control principal al suflantei și supapele electrice de pe conductele de aerare pentru a se potrivi cu alimentarea cu aer cu cererea, obținând astfel controlul valorii țintă DO.
Prin adoptarea unui sistem de aerare precis, stațiile de epurare a apelor uzate pot atinge mai bine următoarele obiective:
(1) Reducerea consumului de energie pe unitatea de apă uzată tratată, scăzând costurile.
(2) Îmbunătățirea stabilității generale și a fiabilității operațiunilor de tratare a apelor uzate.
(3) Reglați automat aerarea pe baza încărcăturii de apă tratată și a încărcăturii de poluare, realizând cu adevărat aerarea la-la cerere și controlul automat.
(4) Îmbunătățiți calitatea efluentului și crește rata de conformitate a calității efluentului.
1.2 Proiectarea generală a sistemului de aerare precisă
Capacitatea de tratare proiectată a acestei stații de epurare este de 50.000 m³/zi. Adoptă un proces AAO în mai multe-etape, echipat cu 2 rezervoare biologice. Principalii indicatori de calitate a efluenților îndeplinesc standardele Clasa IV a apelor de suprafață. Fluxul procesului de tratare a apelor uzate este prezentat înFigura 1.
Proiectul are 2 rezervoare biologice. Fiecare rezervor biologic este împărțit în 6 zone de control DO, rezultând un total de 12 zone de control DO pentru rezervoarele biologice ale plantei. Diagrama de proiectare a sistemului său de aerare precisă este prezentată înFigura 2.
Pentru a obține o aerare precisă, este necesară o rețea completă de control pentru sistemul de aerare precisă. Topologia de comunicare automată a sistemului de aerare precisă este prezentată înFigura 3.
Stația principală a sistemului de aerare precisă obține direct parametri relevanți de la suflantele de aerare prin comunicare, colectează semnale de la instrumentele de monitorizare{0}}la fața locului și trimite comenzi de reglare a controlului către supapele echipamentelor și sistemul de suflante, obținând astfel un control complet automat al procesului de aerare și o reglare coordonată a supapelor și suflantelor de control al debitului.
1.3 Componentele hardware ale sistemului de aerare precisă
Un analizor online DO este configurat pentru fiecare zonă de control DO. Un debitmetru de gaz termic și o supapă de control electrică sunt configurate pe conducta de ramificație de aerare corespunzătoare fiecărei zone de control DO. Un debitmetru de gaz termic și un transmițător de presiune sunt instalate pe conducta principală de evacuare din camera suflantei.
Tabelul de configurare a echipamentelor și instrumentelor pentru sistemul precis de aerare este prezentat înTabelul 1.
1.4 Componentele software ale sistemului de aerare precisă
Software-ul sistemului de aerare precisă este instalat și rulează pe stația de lucru a sistemului de aerare precisă, servind ca unitate de procesare de bază a sistemului. Pe baza semnalelor de câmp colectate, această unitate calculează necesarul de aer biologic al rezervoarelor biologice printr-un model și emite simultan comenzi de ajustare la dispozitivele de control pe teren. Din punct de vedere funcțional, include module de bază, cum ar fi modulul de calcul al volumului de aerare, modulul de distribuție a aerului și modulul de setare de optimizare a suflantei.
Software-ul precis al sistemului de aerare este proiectat în primul rând pe următoarele două aspecte:
(1) Sistemul de aerare precis împarte secțiunea aerobă în mai multe zone independente de control al DO, capabile să se adapteze la cerințele fluxului de control al procesului, ajustând automat debitul de aerare pentru a îndeplini condițiile procesului de distribuție a DO cerute de unitățile de tratare.
(2) Sistemul de aerare precisă permite utilizatorilor să stabilească în mod independent nivelurile țintă de DO și acceptă valori de referință dinamice ale DO. Având în vedere confortul și operabilitatea, datele relevante pot fi vizualizate și configurate în camera de control centrală.
Mecanismul de control pentru aerarea precisă prioritizează câmpul, urmat de computerul superior de control central, care include în principal controlul supapelor și controlul suflantei.
Controlul supapei are două moduri: modul de control local și modul de control la distanță. Pe computerul de control central superior, există două opțiuni: modul manual și modul de aerare precisă.
Controlul presiunii suflantei include:
(1) Când dulapul principal de comandă intră în modul local, valoarea de referință a presiunii poate fi setată manual local.
(2) Când dulapul principal de comandă intră în modul automat de la distanță, setarea presiunii este împărțită în două moduri: aerare manuală și precisă și comutatoare de control în camera de control centrală.
Deoarece dispune de trei moduri de control - control complet automat, control parțial automat și control manual forțat - și permite comutarea modului fie la fața locului, fie în camera de control principală, sistemul precis de aerare poate face față în mod adecvat diferitelor situații întâlnite în timpul funcționării stației de tratare a apelor uzate.
1.5 Funcțiile sistemului de aerare precisă
1.5.1 Calculul cererii de aer
Sistemul de aerare precis poate calcula în mod dinamic cererea reală de aer pe baza modificărilor diferiților factori din rezervoarele biologice, permițând sistemului de aerare să furnizeze aer la cerere. Modelul de calcul al cererii de aer pentru sistemul de aerare precis este prezentat înFigura4.
În aplicațiile practice ale controlului precis al aerării în stațiile de tratare a apelor uzate, sistemul precis de aerare poate calcula necesarul real de aer în timp real-pe măsură ce debitul de influență și încărcăturile de calitate se modifică, asigurând o aerare rezonabilă care îndeplinește cerințele biochimice, economisind în același timp consumul de energie de aerare inutil.
1.5.2 Distribuția volumului de aerare
Sistemul de aerare precisă implică mai multe unități de control al aerării. Sistemul încorporează o strategie de control a decuplării cu mai multe-valve pentru a suprima interferența de la reglajele unei singure-valve pe alte supape. De asemenea, dispune de o strategie de control optim al deschiderii cu mai multe-valve, permițând ajustări rapide și optime ale deschiderii supapelor pentru a obține o transmisie și o distribuție rapidă și precisă a volumului de aerare între diferite unități de control al aerării.
1.5.3 Controlul optimizării suflantei
Economisirea energiei în procesul de aerare este realizată prin optimizarea funcționării suflantei. Miezul sistemului de aerare este reglarea funcționării suflantei pe baza parametrilor operaționali. Pe de o parte, ajustările suflantei trebuie să ia în considerare parametrii operaționali reali; pe de altă parte, ajustările suflantei trebuie să ia în considerare și protecția echipamentului. Principiul general este de a funcționa suflantele în condițiile cele mai economice, prevenind în același timp condițiile anormale ale suflantei (cum ar fi creșterea).
Sistemul precis de aerare calculează volumul de aer necesar pe baza parametrilor de funcționare a procesului curent și apoi trimite semnalul către dulapul de control al suflantei. Operațiuni precum pornirea/oprirea suflantelor și reglarea deschiderilor sunt efectuate pe baza valorii de referință a volumului total de aer pentru a satisface cererea de aerare a sistemului biologic, în timp ce presiunea de protecție la supratensiune este utilizată pentru a proteja suflantele de supratensiune. Suflantele sunt echipamente de proces de bază în stațiile de tratare a apelor uzate. Sistemul precis de aerare ar trebui să regleze funcționarea suflantei pentru a satisface cererea de aerare a rezervoarelor biologice, prevenind în același timp supratensiunea suflantei.
2 Punerea în funcțiune a Sistemului de Aerare Precisă
Pentru a asigura funcționarea normală a sistemului de aerare precisă, dispozitivele individuale din cadrul sistemului trebuie mai întâi puse în funcțiune unul câte unul. Ulterior, este necesară punerea în funcțiune coordonată a supapelor și suflantelor de aerare a rezervoarelor biologice, setarea volumului de aer al suflantei și reglarea monitorizării presiunii în conductă. În timpul punerii în funcțiune, toate operațiunile și ajustările trebuie să asigure niciun impact asupra producției. În mod specific, trebuie subliniate măsurile de precauție pentru funcționarea de urgență a suflantei:
(1) În timpul-de scurtă durată, fluctuații semnificative ale deschiderii suflantei. Acest sistem folosește suflante centrifugale cu rulmenți magnetici, care pot primi valorile de referință trimise de sistemul precis de aerare în timp real-. Suflanta își reglează deschiderea și timpul de acțiune în funcție de diferență. Sistemul de aerare precisă are un mecanism de protecție de siguranță pentru fluctuațiile suflantei pentru a preveni creșterea cauzată de fluctuații. Motivele posibile pentru-fluctuațiile semnificative pe termen scurt în deschiderea suflantei includ modificări bruște ale calității afluentului, parametrii de reglare nepotriviți ai sistemului, modificări bruște ale presiunii în conductă și defecțiuni ale instrumentelor din rezervorul biologic. Pentru siguranța echipamentului, pentru a preveni fluctuațiile mari de presiune în conductă și riscurile de supratensiune a suflantei, sistemul precis de aerare poate fi anulat manual și comutat în modul manual.
(2) În timpul creșterii suflantei. În timpul punerii în funcțiune inițială, creșterea suflantei este uneori inevitabilă. Motivele posibile includ coordonarea insuficientă între supape și suflante, ceea ce duce la creșterea presiunii în conductă și la supratensiune; sau parametrii nerezonabili ale suflantei în sine, cu ajustări ale deschiderii prea rapide, determinând supratensiunea suflantei în sine. Când apare această defecțiune, sistemul de aerare precisă poate fi anulat manual și comutat în modul manual pentru funcționare.
3 Eficacitatea controlului DO și rezultatele economisirii energiei ale sistemului de aerare precisă
3.1 Eficacitatea controlului DO al sistemului de aerare precisă
Verificarea eficacității sistemului de aerare precisă pentru acest proiect a fost realizată în primul rând prin compararea scenariilor cu și fără intervenția sistemului. Metodele tradiționale de control nu pot răspunde în timp util și cu precizie la impactul diferitelor perturbări. Atunci când valoarea DO controlată online prezintă fluctuații mari, variația oxigenului dizolvat (DO) în timp într-o anumită locație dintr-un rezervor biologic fără aerare precisă este prezentată înFigura 5.
În comparație cu metodele tradiționale de control al rezervorului biologic, metoda precisă de control al aerării poate controla mai precis DO din rezervorul biologic, demonstrând o adaptabilitate mai puternică, permițând astfel o mai bună aerare și economisire de energie. Tendința oxigenului dizolvat (DO) într-o anumită locație într-un rezervor biologic cu aerare precisă este prezentată înFigura 6.
Conform rezultatelor operațiunii de probă ale sistemului de control precis din acest proiect, probabilitatea ca valorile DO distribuite în ±0,5 mg/L din punctul de referință țintă este de 90%; probabilitatea în ±0,3 mg/L este de 30%; iar probabilitatea de ±0,2 mg/L este de 20%, îndeplinind cerințele de proiectare și nevoile operaționale reale.
3.2 Rezultatele de economisire a energiei ale controlului DO cu sistemul de aerare precisă
În stația de tratare a apelor uzate AAO cu mai multe-etape, sistemul precis de aerare calculează volumul total de aer necesar în timp-real, pe baza debitului curent de influență și a sarcinii în timpul controlului suflantei. Apoi transmite valoarea de referință a necesarului total de aer către dulapul principal de comandă al suflantei, care reglează suflantele asociate în funcție de ținta setată. Acest lucru asigură că volumul de aerare îndeplinește cerințele reale atât în condiții de încărcare ridicată, cât și în condiții de sarcină scăzută, reducând în același timp consumul inutil de energie de aerare. Sub control tradițional, suflantele funcționează de obicei continuu la o putere relativ mare. Prin controlul precis al suflantelor de către sistemul de aerare, se realizează ajustarea-în timp real a puterii de operare, îndeplinind obiectivul de economisire a energiei.
După adoptarea unui sistem precis de aerare, stația de tratare a apelor uzate AAO cu mai multe etape beneficiază de funcționarea normală a echipamentului de tratare, date precise ale instrumentului, debit și calitate stabile ale influentului (nu depășește ±20% din valorile de proiectare), presiune suficientă de funcționare a suflantei, volum de aer reglabil continuu și funcționare automată cu presiune constantă a dulapului principal de control.
4 Concluzie
Aplicarea sistemului de aerare precisă în stația de tratare a apelor uzate AAO cu mai multe etape își propune să ofere o soluție operațională rafinată pentru etapa de aerare a procesului de tratare a apelor uzate. Soluția precisă a sistemului de aerare se potrivește pe deplin condițiilor de funcționare ale centralei, realizând un control precis al aerării. Pe această bază, mediul biochimic microbian rămâne stabil, ajutând astfel stația de epurare a apelor uzate să obțină o funcționare rafinată, cu economie de energie-și automată a sistemului de aerare, îmbunătățind în consecință stabilitatea calității efluentului.