Projektovanje i puštanje u rad sistema preciznog aeracije za više-faznu AAO postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda
Pregled
Prečišćavanje otpadnih voda je vitalna komponenta urbane izgradnje. Posljednjih godina kineska industrija za prečišćavanje otpadnih voda brzo se razvila. Duboko učešće postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u zajedničkom smanjenju emisija služi kao važna podrška za izgradnju nisko-ugljičnog društva, razvoj niske-ekonomije i postizanje održivog urbanog razvoja. U okviru ciljeva "Dual Carbon", koncept postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda s niskim{5}}ugljičnim sadržajem privukao je pažnju industrije. Kako bi se uskladila sa strategijom razvoja niskougljičnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, potrebno je analizirati i proučiti ključne faktore koji utiču na uštedu energije i smanjenje emisije.
Većina tretmana kućnih otpadnih voda koristi procese aktivnog mulja. Ključni faktor u ovom tretmanu je opskrba odgovarajućom količinom kisika za oksidacijske reakcije mikroorganizama u biološkim rezervoarima, zbog čega je kontrola zapremine aeracije ključna. Tradicionalna kontrola aeracije, postignuta ručnim prekidačima, prvenstveno se oslanja na iskustvo operatera na licu mjesta, što dovodi do značajne nesigurnosti i gubitka. Da bi postigli automatsku kontrolu preciznih sistema aeracije i smanjili ručnu intervenciju, istraživači su opsežno proučavali metode kontrole aeracije, uključujući fuzzy kontrolu, neuronske mreže, fuzzy neuronske mreže, genetske algoritme i mašine za vektore podrške. Ovaj rad se fokusira na više-fazni AAO proces postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda u Šenženu, analizirajući i rezimirajući proces projektovanja i puštanja u rad njegovog preciznog sistema aeracije kako bi se pružila referenca za slične projekte.
1 Pregled sistema
1.1 Princip preciznog sistema aeracije
Biološki tretman je najvažnija faza u procesu prečišćavanja otpadnih voda, koji obično ima za cilj uklanjanje ili smanjenje ciljnih supstanci u otpadnoj vodi kako bi se ispunili standardi za ispuštanje putem održavanja održivog i efikasnog rasta mikroba i promicanja biohemijskih procesa. Tradicionalne strategije upravljanja ne mogu pravovremeno i tačno odgovoriti na promjene operativnih parametara modernih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda. Tokom inicijalnog probnog rada, prilagođavanja se često vrše samo na duvaljkama ili na terminalnim cijevima za aeraciju, ne uspijevajući u realnom-vrijeme, na-regulaciju zapremine aeracije u reakcionim rezervoarima na osnovu stvarnih promjena uslova rada uz postizanje uštede energije.
Otopljeni kiseonik (DO) je primarni faktor koji utiče na proces biološkog tretmana. Kvalitet kontrole DO direktno utiče na efikasnost tretmana otpadnih voda. Precizni sistem aeracije uvodi više-metodu kontrole parametara koji kombinuje "unaprijed + povratna informacija + model", efikasno rješavajući karakteristike kao što su velika vremenska kašnjenja i ne-nelinearnost u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda. Sveobuhvatno razmatra duvaljke, regulacione ventile na cjevovodima za aeraciju, kao i DO i opterećenje vode, kako bi implementirao preciznu kontrolu nad procesom biološke reakcije, postižući aeraciju na{7}}zahtjev, čime se povećava stabilnost rada sistema i štedi energija.
U postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda, signali za prosljeđivanje uglavnom uključuju ulazni protok i signale kvaliteta; povratni signali uglavnom uključuju DO, mješovite suspendirane čvrste tvari (MLSS) i biološke signale nivoa u rezervoaru.
Strategija kontrole DO preciznih sistema aeracije obično ima dva pristupa: postavljanje kontrolnog cilja kao konstantne vrijednosti ili kao dinamičke vrijednosti.
Obično, prema strategiji gdje je cilj kontrole DO postavljen kao konstantna vrijednost, precizan sistem aeracije izračunava potrebnu zapreminu zraka za svaku zonu biološkog rezervoara i ukupnu potrebnu zapreminu zraka na osnovu signala kao što su kvalitet utjecaja, protok influenta, postavljena vrijednost DO i MLSS biološkog rezervoara. Zatim prilagođava glavni upravljački sistem ventilatora i električne ventile na cijevima za aeraciju kako bi uskladili dovod zraka sa potražnjom, čime se postiže kontrola ciljne vrijednosti DO.
Usvajanjem preciznog sistema aeracije, postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda mogu bolje postići sljedeće ciljeve:
(1) Smanjite potrošnju energije po jedinici prečišćene otpadne vode, smanjujući troškove.
(2) Poboljšati ukupnu stabilnost i pouzdanost operacija tretmana otpadnih voda.
(3) Automatski prilagodite aeraciju na osnovu opterećenja tretirane vode i zagađenja, istinski postižući aeraciju i automatsku kontrolu na{1}}zahtjev.
(4) Poboljšati kvalitet otpadnih voda i povećati stopu usklađenosti kvaliteta efluenta.
1.2 Sveukupni dizajn sistema za precizno prozračivanje
Projektovani kapacitet prečišćavanja ovog postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda je 50.000 m³/d. Usvaja više-fazni AAO proces, opremljen sa 2 biološka rezervoara. Glavni indikatori kvaliteta efluenta ispunjavaju standarde IV klase površinskih voda. Tok procesa tretmana otpadnih voda je prikazan uSlika 1.
Projekat ima 2 biološka rezervoara. Svaki biološki rezervoar je podeljen na 6 DO kontrolnih zona, što rezultira ukupno 12 DO kontrolnih zona za biološke rezervoare biljke. Prikazan je dijagram njegovog preciznog sistema aeracijeSlika 2.
Za postizanje preciznog prozračivanja potrebna je kompletna kontrolna mreža za precizni sistem aeracije. Topologija komunikacije automatizacije preciznog sistema aeracije je prikazana uSlika 3.
Glavna stanica preciznog sistema za aeraciju direktno dobija relevantne parametre od ventilatora za aeraciju putem komunikacije, prikuplja signale sa-instrumenata za nadzor na lokaciji i šalje komande za podešavanje ventilima opreme i sistemu ventilatora, čime se postiže potpuna automatska kontrola procesa aeracije i koordinirana regulacija ventila za kontrolu protoka i puhala.
1.3 Hardverske komponente sistema za preciznu aeraciju
Jedan online DO analizator je konfigurisan za svaku DO kontrolnu zonu. Jedan termalni mjerač protoka plina i jedan električni regulacijski ventil konfigurirani su na aeracijskoj grani koja odgovara svakoj DO kontrolnoj zoni. Jedan termometar protoka gasa i jedan transmiter pritiska su instalirani na glavnoj izlaznoj cevi u prostoriji za duvaljku.
Tabela konfiguracije opreme i instrumenata za precizan sistem aeracije je prikazana uTabela 1.
1.4 Softverske komponente sistema za preciznu aeraciju
Softver za precizan sistem za aeraciju je instaliran i radi na radnoj stanici sistema za preciznu aeraciju, služeći kao osnovna jedinica za obradu sistema. Na osnovu prikupljenih signala na terenu, ova jedinica izračunava biološku potražnju zraka u biološkim rezervoarima kroz model i istovremeno izdaje komande za podešavanje uređajima za kontrolu na terenu. Funkcionalno, uključuje osnovne module kao što su modul za proračun zapremine aeracije, modul za distribuciju vazduha i modul za podešavanje optimizacije ventilatora.
Softver za precizni sistem aeracije prvenstveno je dizajniran na osnovu sljedeća dva aspekta:
(1) Precizan sistem aeracije dijeli aerobnu sekciju na nekoliko nezavisnih zona kontrole DO, sposobnih da se prilagode zahtjevima toka kontrole procesa, automatski prilagođavajući protok aeracije kako bi zadovoljili uslove procesa distribucije DO koje zahtijevaju jedinice za tretman.
(2) Precizan sistem aeracije omogućava korisnicima da samostalno podese ciljne nivoe DO i podržava dinamičke zadate vrednosti DO. Uzimajući u obzir pogodnost i operativnost, relevantni podaci se mogu pregledati i konfigurisati u centralnoj kontrolnoj sobi.
Kontrolni mehanizam za preciznu aeraciju daje prioritet polju, praćen centralnim kontrolnim gornjim kompjuterom, uglavnom uključujući kontrolu ventila i kontrolu ventilatora.
Kontrola ventila ima dva načina: lokalni način upravljanja i način daljinskog upravljanja. Na centralnom upravljačkom gornjem računaru postoje dva izbora: ručni način rada i način preciznog prozračivanja.
Kontrola pritiska ventilatora uključuje:
(1) Kada glavni upravljački ormar uđe u lokalni način rada, zadana vrijednost tlaka može se ručno podesiti lokalno.
(2) Kada glavni upravljački ormar uđe u daljinski automatski način rada, podešavanje pritiska se dijeli na dva načina: ručno i precizno prozračivanje, a kontrolne sklopke se prebacuju na centralnu kontrolnu sobu.
Budući da posjeduje tri načina upravljanja - potpuno automatsku regulaciju, djelimično automatsku kontrolu i ručnu prinudnu kontrolu - i omogućava prebacivanje načina rada bilo na-u ili u glavnoj kontrolnoj sobi, precizan sistem aeracije može na adekvatan način podnijeti različite situacije u kojima se susreće tokom rada postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda.
1.5 Funkcije sistema za precizno prozračivanje
1.5.1 Proračun potrošnje zraka
Precizan sistem za aeraciju može dinamički izračunati stvarnu potražnju za vazduhom na osnovu promena u različitim faktorima unutar bioloških rezervoara, omogućavajući sistemu aeracije da snabdeva vazduh na zahtev. Prikazan je model proračuna potrošnje zraka za precizni sistem aeracijeSlika4.
U praktičnim primjenama precizne kontrole aeracije u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda, precizan sistem aeracije može izračunati stvarnu potražnju zraka u realnom-vremenu kako se mijenjaju utjecajni protok i kvalitetna opterećenja, osiguravajući razumnu aeraciju koja zadovoljava biohemijske zahtjeve uz uštedu nepotrebne potrošnje energije za aeraciju.
1.5.2 Distribucija zapremine aeracije
Precizan sistem aeracije uključuje više jedinica za kontrolu aeracije. Sistem uključuje više-upravljačku strategiju razdvajanja ventila za suzbijanje smetnji od podešavanja jednog-ventila na drugim ventilima. Također posjeduje strategiju kontrole optimalnog otvaranja više{4}}ventila, omogućavajući brza i optimalna podešavanja otvaranja ventila kako bi se postigao brz i precizan prijenos i distribucija volumena aeracije između različitih jedinica za kontrolu aeracije.
1.5.3 Kontrola optimizacije ventilatora
Ušteda energije u procesu aeracije postiže se optimizacijom rada ventilatora. Srž sistema aeracije je regulacija rada ventilatora na osnovu radnih parametara. S jedne strane, podešavanja ventilatora moraju uzeti u obzir stvarne radne parametre; s druge strane, podešavanja ventilatora također moraju uzeti u obzir zaštitu opreme. Opšti princip je da se ventilatori rade pod najekonomičnijim uslovima uz sprečavanje nenormalnih uslova ventilatora (kao što je prenapon).
Precizni sistem za aeraciju izračunava potrebnu količinu vazduha na osnovu trenutnih radnih parametara procesa i zatim šalje signal u upravljački ormar ventilatora. Operacije poput pokretanja/zaustavljanja duvaljki i podešavanja otvora se izvode na osnovu zadate vrijednosti ukupne zapremine zraka kako bi se zadovoljile potrebe biološkog sistema za aeracijom, dok se pritisak zaštite od prenapona koristi za zaštitu ventilatora od prenapona. Puhalice su osnovna procesna oprema u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda. Precizan sistem aeracije treba da reguliše rad ventilatora kako bi se zadovoljile potrebe za aeracijom bioloških rezervoara, a da bi se sprečilo prenapone ventilatora.
2 Puštanje u rad sistema za preciznu aeraciju
Da bi se osigurao normalan rad preciznog sistema za aeraciju, pojedinačni uređaji unutar sistema moraju se prvo pustiti u rad jedan po jedan. Nakon toga je neophodno koordinirano puštanje u rad ventila za aeraciju bioloških rezervoara i duvaljki, podešavanje količine vazduha u puhanju i regulisanje praćenja pritiska u cevovodu. Prilikom puštanja u rad, sve operacije i podešavanja ne smiju imati utjecaja na proizvodnju. Posebno treba naglasiti mjere predostrožnosti za rad ventilatora u nuždi:
(1) Tokom kratkoročnih-značajnih fluktuacija u otvaranju ventilatora. Ovaj sistem koristi centrifugalne puhače sa magnetnim ležajevima, koji mogu primiti zadate vrijednosti koje šalje precizni sistem za aeraciju u realnom-vremenu. Duvaljka prilagođava vrijeme otvaranja i djelovanja na osnovu razlike. Precizni sistem za aeraciju ima sigurnosni zaštitni mehanizam za fluktuacije ventilatora kako bi se spriječilo prenapone uzrokovane fluktuacijama. Mogući razlozi kratkoročnih-značajnih fluktuacija u otvaranju ventilatora uključuju nagle promjene u kvalitetu utjecaja, neusklađene parametre podešavanja sistema, nagle promjene tlaka u cjevovodu i kvarove instrumenta biološkog rezervoara. Za sigurnost opreme, kako bi se spriječile velike fluktuacije tlaka u cjevovodu i rizik od prenapona puhala, precizan sistem aeracije može se ručno nadjačati i prebaciti na ručni način rada.
(2) Tokom prenapona ventilatora. Prilikom prvog puštanja u rad, prenaponi ventilatora su ponekad neizbježni. Mogući razlozi uključuju nedovoljnu koordinaciju između ventila i puhala, što dovodi do povećanog pritiska u cjevovodu i prenapona; ili sami nerazumni parametri ventilatora, sa prebrzim podešavanjima otvaranja, što dovodi do prenapona samog ventilatora. Kada dođe do ove greške, precizni sistem aeracije se može ručno poništiti i prebaciti na ručni način rada.
3 Učinkovitost kontrole DO i rezultati uštede energije sistema za precizno prozračivanje
3.1 DO Kontrola efektivnosti sistema za precizno aeraciju
Provjera djelotvornosti preciznog sistema aeracije za ovaj projekat prvenstveno je sprovedena poređenjem scenarija sa i bez intervencije sistema. Tradicionalne metode kontrole ne mogu pravovremeno i tačno odgovoriti na uticaj različitih poremećaja. Kada online kontrolirana vrijednost DO pokazuje velike fluktuacije, varijacija otopljenog kisika (DO) tokom vremena na određenoj lokaciji u biološkom spremniku bez preciznog prozračivanja prikazana je uSlika 5.
U poređenju sa tradicionalnim metodama kontrole biološkog rezervoara, precizna metoda kontrole aeracije može preciznije kontrolisati DO unutar biološkog rezervoara, pokazujući veću prilagodljivost, čime se omogućava bolja aeracija i ušteda energije. Trend otopljenog kisika (DO) na određenoj lokaciji u biološkom spremniku s preciznom aeracijom prikazan je uSlika 6.
Prema rezultatima probnog rada sistema preciznog upravljanja u ovom projektu, vjerovatnoća vrijednosti DO raspoređenih unutar ±0,5 mg/L ciljne zadate vrijednosti je 90%; vjerovatnoća unutar ±0,3 mg/L je 30%; a vjerovatnoća unutar ±0,2 mg/L je 20%, ispunjavajući zahtjeve dizajna i stvarne operativne potrebe.
3.2 Rezultati uštede energije kontrole DO sa preciznim sistemom aeracije
U više-fabričkom AAO postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda, precizni sistem aeracije izračunava potrebnu ukupnu zapreminu vazduha u realnom-vremenu na osnovu trenutnog protoka i opterećenja tokom kontrole ventilatora. Zatim prenosi ukupnu zadanu vrijednost potrošnje zraka u glavni upravljački ormarić ventilatora, koji reguliše pridružene ventilatore prema postavljenom cilju. Ovo osigurava da zapremina aeracije zadovoljava stvarne zahtjeve iu uvjetima visokog i niskog opterećenja, a istovremeno smanjuje nepotrebnu potrošnju energije za aeraciju. Pod tradicionalnom kontrolom, duvaljke obično rade kontinuirano pri relativno velikoj snazi. Kroz preciznu kontrolu duvaljki sistema za aeraciju, postiže se-podešavanje radne snage u realnom vremenu, čime se postiže cilj uštede energije.
Nakon usvajanja preciznog sistema aeracije, višestepeno AAO postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda ima koristi od normalnog rada opreme za prečišćavanje, tačnih podataka o instrumentima, stabilnog protoka i kvaliteta (ne prelazi ±20% projektnih vrijednosti), dovoljnog radnog tlaka ventilatora, kontinuirano podesivog volumena zraka i automatskog rada glavnog upravljačkog ormarića s konstantnim pritiskom.
4 Zaključak
Primena preciznog sistema aeracije u višestepenom AAO postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda ima za cilj da obezbedi rafinirano operativno rešenje za fazu aeracije procesa prečišćavanja otpadnih voda. Rešenje preciznog sistema aeracije u potpunosti odgovara radnim uslovima postrojenja, postižući preciznu kontrolu aeracije. Na osnovu toga, mikrobno biohemijsko okruženje ostaje stabilno, čime se pomaže postrojenju za prečišćavanje otpadnih voda u postizanju rafiniranog,-štedljivog i automatizovanog rada sistema za aeraciju, čime se poboljšava stabilnost kvaliteta efluenta.