Primjena online tehnologije hemijskog čišćenja za aeratore s finim mjehurićima u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda
Aeratori s finim mjehurićima se široko koriste kao oprema za aeraciju u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda zbog svoje jednostavne strukture, visoke efikasnosti korištenja kisika, pouzdanih performansi, otpornih na začepljenje-pora, sprječavanja povratnog toka otpadne vode, ravnomjerne raspodjele naprezanja po obodu, dugog vijeka trajanja, jednostavne instalacije i održavanja i niske cijene sistema. Kao ključna komponenta za opskrbu kiseonikom u tretmanu otpadnih voda, sistemi za aeraciju s finim mjehurićima su skloni začepljivanju zbog zagađivanja i biofilma tokom dugotrajnog-radnja, što predstavlja značajne izazove za održavanje njihovih performansi. Tehnologija hemijskog čišćenja na mreži pruža efikasno rješenje za ovaj problem.
1. Formiranje i opasnosti od začepljenja aeratora s finim mjehurićima
Nakon dužeg rada, aeratori s finim mjehurićima podložni su začepljenju, obično se kategoriziraju kao "unutrašnje začepljenje" i "vanjsko začepljenje" na osnovu oblika blokade zagađivača. "Unutarnje začepljenje" se odnosi na taloženje finih čestica kao što su koloidne čestice i makromolekule otopljene tvari iz miješane tekućine unutar pora, što dovodi do začepljenja pora. "Spoljno začepljenje" se odnosi na taloženje supstanci koje se stvaraju kamenca na površini membrane okrenute prema vodenoj strani. Ova vrsta blokade ima tendenciju da kontinuirano povećava otpor membrane na ispuštanje zraka, što dovodi do povećanog pritiska na membranu i postepenog povećanja veličine pora. S vremenom, to može lako uzrokovati pucanje membrane. Jednom kada se membrana pokida, uticaj se proteže od uništenja efikasnosti aeracije do strukturalnog oštećenja sistema, što potencijalno zahteva gašenje radi održavanja ili zamene aeratora.
Problemi sa začepljenjem u aeratorima s finim mjehurićima donose povećane operativne rizike:
- Iz perspektive troškova potrošnje električne energije: Kako se aeratori začepljuju, pritisak u cjevovodu raste, prisiljavajući duvaljke da rade pod visokim-opterećenjem, visokim-energetskim-uslima potrošnje. To povećava potrošnju energije i također utiče na vijek trajanja ventilatora.
- Iz perspektive ekološkog rizika: Neravnomjerna aeracija smanjuje brzinu prijenosa kisika, ograničava fleksibilnost kontrole procesa i može ozbiljno utjecati na kvalitet otpadnih voda u ozbiljnim slučajevima.
- Iz perspektive ekonomskih troškova: Cijena ručnog čišćenja nakon pražnjenja rezervoara je visoka.
- Sa sigurnosne perspektive: Ručno čišćenje nakon pražnjenja zahtijeva ulazak u rezervoare za uklanjanje mulja, uključujući ulazak u skučeni prostor i privremene električne radove, čime se povećavaju rizici od električnih i ličnih sigurnosnih opasnosti.Slika 1prikazuje fenomen nakupljanja mulja zbog začepljenja aeratora.
Stoga je redovno održavanje i čišćenje aeratora s finim mjehurićima ključno za osiguravanje njihovog radnog učinka. Tradicionalne metode održavanja i čišćenja aeratora zahtijevaju potpuno pražnjenje rezervoara za biološke reakcije. Održavanje-velikih razmjera i čišćenje postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda može uticati na normalan tretman i ispuštanje otpadnih voda, ili zahtijevati odobrenje relevantnih vladinih odjela ako se obavlja na određenim lokacijama (kao što su područja pokrivena mrežama gradske drenaže ili zaštićene zone izvora pitke vode). Ovaj proces uključuje višestruke opasne operacije (npr. ulazak u skučeni prostor) sa brojnim rizicima i nedostacima, namećući značajna ekonomska opterećenja i potencijalne troškove (npr. koordinacija sa odnosima sa vlastima, smanjen kapacitet tretmana tokom održavanja, prilagođavanje kvaliteta vode, sigurnosni rizici) na postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda. Pritisak i izazovi koje predstavlja pražnjenje radi održavanja čine izvodljivost redovnog pražnjenja za čišćenje aeratora relativno slabom.
S obzirom na brojne nedostatke tradicionalnog ručnog čišćenja nakon pražnjenja-visoku cijenu, visok operativni rizik i neoptimalnu efikasnost čišćenja-istraživanje o online čišćenju aeratora s finim mjehurićima pomoću uređaja za doziranje hemikalija na mreži u normalnim uvjetima aeracije je posebno važno.
Ova studija je odabrala projekat postrojenja kao terensko mesto za testiranje tehnologije hemijskog čišćenja na mreži. Postrojenje ima ukupan kapacitet prečišćavanja otpadnih voda od 600.000 tona dnevno, izgrađeno u četiri faze. Treća{4}}faza projekta ima kapacitet tretmana od 100.000 tona dnevno, koristeći AAO proces; projekat četvrte-faze ima kapacitet tretmana od 200.000 tona dnevno, koristeći MBR proces. Kvalitet otpadnih voda zadovoljava standard razreda A GB 18918-2002 "Standard za ispuštanje zagađivača za komunalna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda". Online čišćenje je izvršeno na finim mehurastim aeratorima u aerobnim rezervoarima treće i četvrte faze, koji su radili 6-7 godina.
2. Princip online tehnologije hemijskog čišćenja
Tehnologija hemijskog čišćenja na mreži uključuje dodavanje specifičnih hemijskih agenasa u sistem za aeraciju kako bi se rastvorile ili raspršile supstance koje začepljuju putem hemijskog dejstva. Ovi agensi mogu biti kiseli, alkalni, oksidirajući ili helirajući. Na primjer, neki kiseli agensi mogu otopiti alkalne taloge poput kalcijum karbonata, dok oksidanti mogu razgraditi organske blokade koje proizvode mikroorganizmi.
2.1 Analiza uobičajenih zagađivača
Zagađivači koji prianjaju na površine aeratora su raznovrsni, a njihov sastav je usko povezan sa karakteristikama otpadnih voda, procesima prečišćavanja i uslovima rada. Uobičajeni zagađivači se analiziraju na sljedeći način:
- Neorganski zagađivači: Uključuju jedinjenja kalcijuma i magnezijuma, sulfide, okside metala i hidrokside, koji uglavnom potiču od hemijskog taloženja i prezasićenosti jonima. Njihov primarni uticaj na aeratore uključuje začepljenje pora, smanjenu efikasnost aeracije, povećanu potrošnju energije sistema, povećanu otpornost na aeraciju i smanjenu efikasnost prenosa kiseonika.
- Organski zagađivači: Uključuje mikrobni biofilm, suspendirane organske čestice, masti/ulja i organske koloide. Mikrobni biofilm prvenstveno nastaje zbog mikrobne kolonizacije i adhezije ekstracelularne polimerne supstance (EPS). Njegove opasnosti uključuju stvaranje anaerobnog mikrookruženja i oslobađanje toksičnih plinova (npr. H₂S). Organski koloidi nastaju zbog hidrofobnih interakcija i elektrostatičke adsorpcije, stvarajući hidrofobne slojeve koji ometaju oslobađanje plina i utiču na ujednačenost aeracije.
- Kompozitni zagađivači (neorganska-organska miješana skala): Uključuje biološki-hemijski mješoviti kamenac i pričvršćivanje čestica mulja, uglavnom nastalo fizičkim zarobljavanjem i hemijskim vezivanjem. Njihovi efekti uključuju pokrivanje površine aeratora, smanjenje efektivne površine aeracije, ubrzanje starenja opreme i skraćivanje ciklusa održavanja.
Inspekcijama održavanja sistema za aeraciju u postrojenju, identifikovani su sljedeći problemi: ① Produženi rad aeratora pod vodom, zajedno sa produženim vijekom trajanja, doveo je do značajnog starenja O- zaptivki na spojnim mjestima, što je rezultiralo curenjem plina; ② Tokom rada, kontinuirano taloženje mulja i prilagođavanja u kontroli proizvodnog procesa rezultirali su većim koncentracijama mulja u određenim područjima, indirektno uzrokujući ozbiljno stvaranje kamenca na površinama membrane aeratora, kao što je prikazano uSlika 2; ③ Kada je koncentracija mulja u rezervoarima za biološke reakcije previsoka, starost mulja se produžava, povećavajući rastvoreni kiseonik potreban za normalnu mikrobnu aktivnost i povećavajući zahteve za sistem snabdevanja kiseonikom; ④ Povećana gustina mešavine tečnosti u rezervoarima za aeraciju povećava otpornost, što dovodi do veće potrošnje energije za mehaničko ili puhačko prozračivanje; ⑤ Neka prljavština je prodrla u pore za aeraciju, utječući na aeraciju sistema, kao što je prikazano naSlika 3. Na osnovu uzroka nastanka zagađivača, utvrđeno je da kamenac na površinama aeratora sadrži neorganske zagađivače, organske materije, proteine itd.
2.2 Izbor sredstava za čišćenje
Za vrste zagađenja membrane potrebno je odabrati odgovarajuća hemijska sredstva za čišćenje. Ova sredstva mogu prodrijeti kroz aeracijske pore u zidu cijevi do prostora između membrane i stijenke cijevi, čime se postiže čišćenje površine membrane i njenih pora. Izbor vrste sredstva za čišćenje treba da se zasniva na stvarnim fizičko-hemijskim svojstvima membrane, vrsti zagađivača i stepenu onečišćenja. Sredstvo za čišćenje treba biti biorazgradivo i ne-toksično za organizme, sposobno da efikasno ukloni neorganski kamenac sa zidova cijevi za zrak i unutar difuzora. Trebalo bi da ima dobru efikasnost čišćenja protiv blokada (takođe poznatih kao "začepljenje gasne-faze") uzrokovanih zagađivačima, česticama ili prašinom u ulaznom zraku sistema za aeraciju ventilatora, curenjem ulja iz ventilatora i rđom iz unutrašnjih cijevi za zrak.
Alkalna sredstva za čišćenje uključuju natrijum hidroksid, natrijum karbonat, natrijum fosfat, natrijum silikat, kalijum hidroksid, itd. Natrijum hidroksid je uobičajen hemijski agens u procesima tretmana otpadnih voda za podizanje pH otpadne vode, tako da se može izabrati kao alkalno sredstvo za čišćenje.
Kisela sredstva za čišćenje uključuju sumpornu kiselinu, hlorovodoničnu kiselinu, azotnu kiselinu, limunsku kiselinu, oksalnu kiselinu, fosfornu kiselinu, itd. S obzirom da citrat ima jaku kelirajuću sposobnost za jone kao što su mangan i gvožđe, au praksi je u poređenju sa mineralnim kiselinama limunska kiselina relativno slaba, manje je korozivna, bio je korozivna i lako je korozivna za opremu. odabrano kao kiselo sredstvo za čišćenje.
Tabela 1prikazuje kategorije i performanse sredstava za čišćenje koja se obično koriste za onečišćenje membrane.
2.3 Dizajn uređaja za čišćenje na mreži
S obzirom na pritisak u radu sistema za aeraciju s finim mjehurićima i brojne razvodne cijevi, dizajniranje odgovarajućeg uređaja za doziranje na mreži za aeratore s finim mjehurićima je posebno važno. Uređaj za čišćenje doziranja dizajniran u ovoj studiji uključuje jedinicu za otapanje/razrjeđivanje i jedinicu za doziranje, kao što je prikazano naSlika 4.
Jedinica za otapanje/razrjeđivanje uglavnom se sastoji od spremnika za pripremu, miješalice i mjerača nivoa, koji se koristi za otapanje i razrjeđivanje agenasa. Ubrizgavanjem određene količine vode u rezervoar za pripremu, dodavanjem agensa i pokretanjem mešalice, sredstvo specifične koncentracije može se pripremiti za upotrebu u jedinici za doziranje.
Jedinica za doziranje se uglavnom sastoji od rezervoara za doziranje, izduvnog ventila, ventila za doziranje, balansnog ventila, ventila za napajanje i nekih sistema cjevovoda. Dno rezervoara za doziranje je povezano sa dozirnom cijevi, koja se dalje grana u više dozirnih pod-cijevi. Sve dozirne pod-cijevi su povezane jedna-na-jednu sa više cijevi za aeraciju, koje su zauzvrat povezane sa nekoliko aeratora s finim mjehurićima, čime se postiže svrha čišćenja finih mjehurastih aeratora.
Tokom implementacije, izbušena je rupa Φ15 mm u svakoj aeracionoj grani rezervoara za biološke reakcije kao dozirni otvor, kroz koji je ugrađena najlonska dozirna cijev za isporuku agensa u aeratore s finim mjehurićima, smanjujući gubitak agensa. Istovremeno je izbušena dodatna rupa u odvodnoj cijevi za aeraciju kao balansna plinska cijev za izjednačavanje tlaka između dozirnog spremnika i cijevi za aeraciju. Rupe izbušene u cijevima za aeraciju se zatvaraju čepovima tokom normalnog rada, a priključci za brzo{3}}povezivanje se postavljaju tokom doziranja kako bi se omogućila brza montaža i uklanjanje.
3. Primjena uređaja za čišćenje na mreži za doziranje
U ovom eksperimentu čišćenja doziranjem na mreži, aeratori s finim mjehurićima postavljeni su u biološke spremnike. Specifična otopina za čišćenje je ubrizgana u membrane aeratora s finim mjehurićima kroz grane za aeraciju, omogućavajući mu da teče prema dovodnoj strani kako bi razgradila organsku materiju koja je prianjala na površinu membrane, čime se vraća razlika u transmembranskom tlaku i postiže učinak čišćenja. Eksperimentalni dizajn temeljio se na tri varijable: tipu sredstva, koncentraciji sredstva i vremenu čišćenja. Šema testiranja je prikazana uTabela 2.
3.1 Analiza efekta čišćenja online doziranja
Nakon čišćenja, senzorno promatranje aeracijske površine na lokaciji pokazalo je manje veličine mjehurića koji izlaze s površine aeracionog rezervoara i ujednačeniju aeraciju.Slika 5pokazuje senzorni izgled aeracije prije i poslije čišćenja.
Nakon čišćenja različitim vrstama sredstava i koncentracijama, aeratori su konstantno pokazivali povećani protok i smanjeni pritisak u cjevovodu, sa vraćenim brzinama protoka. Efikasnost aeracije je obnovljena u različitom stepenu nakon tretmana različitim metodama čišćenja. Kombinovani podaci o povećanom protoku vazduha i smanjenom pritisku u cevovodu ukazuju na to da različite vrste agensa, koncentracije i vremena čišćenja imaju različite efekte na restauraciju aeratora.Slike 6 i 7pokazuju promjene u protoku i pritisku prije i poslije čišćenja.
Efikasnost restauracije aeratora nakon čišćenja natrijum hidroksidom bila je nešto niža od one nakon čišćenja limunskom kiselinom. Visoka rastvorljivost natrijum hidroksida u vodi dovodi do značajnog oslobađanja toplote nakon rastvaranja. Zajedno sa svojom jakom higroskopnošću, alkalnošću i korozivnošću, ova svojstva zahtijevaju poduzimanje dodatnih mjera opreza u praktičnim operacijama. Iz perspektive sigurnosti operacije čišćenja, natrijum hidroksid nije poželjno sredstvo za čišćenje. Stoga, prilikom odabira sredstava za čišćenje, njihovu sigurnost i praktičnost rada treba pažljivo procijeniti kako bi se osigurala sigurnost operatera i optimalna efikasnost čišćenja.
Rezultati testiranja su pokazali da je nakon online čišćenja doziranjem, aeracija u biološkim rezervoarima postala ujednačenija, brzina protoka aeratora s finim mjehurićima se povećala, pritisak u cjevovodu se značajno smanjio, a učinak čišćenja je bio izvanredan.
3.2 Tehničke prednosti
- Smanjuje vrijeme zastoja: U poređenju sa tradicionalnim demontažnim čišćenjem, online čišćenje doziranjem ne zahteva zaustavljanje sistema za aeraciju, izbegavajući prekide u procesu prečišćavanja otpadnih voda i smanjenu efikasnost tretmana uzrokovanu gašenjem.
- Poboljšava efikasnost čišćenja: Sredstva mogu prodrijeti duboko u pore, efikasno čisteći-teško-dostupna područja. Nakon primjene u nekim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda u domaćinstvu, ujednačenost aeracije se značajno poboljšala, a efikasnost prijenosa kisika značajno se povećala.
- Smanjuje intenzitet rada i troškove: Eliminiše potrebu za ručnim rastavljanjem i ponovnim sastavljanjem aeratora, smanjujući ručni rad i rizik od oštećenja opreme usled čestih rastavljanja, čime se uštede troškovi održavanja. Troškovi online hemijskog čišćenja za aeratore s finim mjehurićima iznose 0,47 RMB/tona, dok je cijena tradicionalnog ručnog čišćenja starih aeratora 13,3 RMB/tona. Procjenjuje se da godišnja ušteda na troškovima čišćenja aeratora s finim mjehurićima iznosi 515.000 RMB. U poređenju sa tradicionalnim ručnim čišćenjem starih aeratora, hemijsko čišćenje na mreži nudi značajne ekonomske prednosti.
- Produžava životni vijek opreme za aeraciju: Kroz onlajn hemijsko čišćenje, efekat aeracije finih mehurastih aeratora je efikasno poboljšan, poboljšavajući performanse aeratora i, u određenoj meri, produžavajući životni vek opreme za aeraciju, efikasno smanjujući opterećenje ventilatora.
- Pruža više opcija za planiranje proizvodnje i planove održavanja: Putem hemijskog čišćenja na mreži, distribucija mjehurića postaje ravnomjernija, pritisak u zračnoj cijevi se efektivno smanjuje, brzina protoka se značajno povećava, značajno poboljšavajući stope prijenosa kisika i pružajući solidnu garanciju za regulaciju kvaliteta vode.
4. Zaključak
Tehnologija hemijskog čišćenja na mreži za aeratore s finim mjehurićima ima značajnu primjenu u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda. Njegovom racionalnom primjenom, problemi začepljenja u aeratorima s finim mjehurićima mogu se efikasno riješiti, poboljšati performanse sistema za aeraciju, smanjiti zastoje i operativni troškovi, te osigurati stabilan, efikasan rad postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda. Ograničenja tradicionalnog ručnog čišćenja potaknut će industriju ka online čišćenju. Pojava nove opreme i inteligentnih kontrolnih sistema značajno smanjuje operativne poteškoće onlajn čišćenja. Zajedno sa politikom i ekološkim propisima koji naglašavaju neutralnost ugljika i recikliranje vodnih resursa, što će indirektno promovirati primjenu tehnologije online čišćenja. U budućnosti, formulacije agenasa mogu se optimizirati, a sinergijske tehnologije čišćenja sa više-agensa mogu se istražiti. Dodatno, strategije kontrole doziranja i istraživanja inteligencije opreme mogu se provoditi kako bi se bolje prilagodili potrebama različitih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda.