Τεχνικές βασικές αρχές και λειτουργική διαχείριση μιας λεκάνης αερισμού φυσητήρων χαμηλού-
1. Επισκόπηση
1.1 Αρχή λειτουργίας λεκανών αερισμού φυσητήρα
Ο αερισμός φυσητήρα, που χρησιμοποιείται συνήθως στην Κίνα, περιλαμβάνει κυρίως τύπους διάχυτου, σπειροειδούς και μικροπορώδους αερισμού. Μια λεκάνη αερισμού τυπικά περιλαμβάνει ένα σύστημα αερισμού, τη δομή της λεκάνης και τις θύρες εισόδου/εξόδου, που χρησιμεύουν ως βασική δομή στην επεξεργασία λυμάτων ενεργοποιημένης ιλύος. Οι συνήθεις μέθοδοι αερισμού είναι ο μηχανικός και ο αερισμός με φυσητήρα. Τα συστήματα αερισμού φυσητήρων αποτελούνται γενικά από εξειδικευμένους αεριστές και φυσητήρες. Οι λεκάνες χωρίζονται συχνά σε πολλαπλά διαμερίσματα, καθένα ικανό για ανεξάρτητη τροφοδοσία εισροής. Τα λύματα εισέρχονται στη λεκάνη και εξέρχονται στο αντίθετο άκρο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο αέρας παρέχεται μέσω συμπιεστών στους διαχυτές στο κάτω μέρος της λεκάνης και απελευθερώνεται ως φυσαλίδες.
1.2 Σχετική έρευνα για τις λεκάνες αερισμού με φυσητήρες
Έρευνα από τους Cheng Dandan et al. διαπίστωσε ότι στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων (WWTP) της Κίνας, οι φυσητήρες αερισμού καταναλώνουν περίπου το 60% της συνολικής ενέργειας. Η ενσωμάτωση του συστήματος αερισμού με τον έξυπνο έλεγχο κλειστού-βρόχου PID για διαλυμένο οξυγόνο (DO) και η εφαρμογή στρατηγικών εξοικονόμησης ενέργειας{4}}ανεμιστήρα μπορεί να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά την υψηλή κατανάλωση ενέργειας στα συστήματα αερισμού WWTP, μειώνοντάς την κατά περισσότερο από 30%.
Οι Liu Xiaoqi et al. χρησιμοποίησαν αεριστήρες διάσπαρτης ροής για την αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στα λύματα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, μειώνοντας παράλληλα την κατανάλωση ενέργειας. Αυτό επέτυχε επίσης ομοιόμορφη ανάμιξη και διανομή νερού-αέρα, μειώνοντας την απαίτηση ακρίβειας για την οριζόντια εγκατάσταση του αεριστή.
Οι Chang Kai et al. βελτιωμένη απόδοση του συστήματος συμβατικής λεκάνης αερισμού τροποποιώντας την αρχική λειτουργία συλλογής αέρα. Αντικατέστησαν τους παραδοσιακούς μικροπορώδεις αεριστές με υψηλής απόδοσης οξυγόνου-μικροπορώδεις αεριστήρες πλάκας σιλικόνης και αντικατέστησαν τις λεκάνες αερισμού μονής διέλευσης-με τρεις-λεκάνες διέλευσης οφιοειδούς ροής. Η ενσωμάτωση ακριβούς ελέγχου αερισμού βελτίωσε περαιτέρω το σύστημα, αντιμετωπίζοντας ζητήματα υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, χαμηλής απόδοσης και κακής μεταφοράς μάζας στις παραδοσιακές μεθόδους αερισμού με ανεμιστήρα.
1.3 Λειτουργική Διαχείριση Λεκανών Αερισμού Ανεμιστήρων
Οι λεκάνες αερισμού φυσητήρων χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία λυμάτων. Ακολουθώντας την αρχή της "ξεχωριστής επεξεργασίας για διαφορετικά ρεύματα αποβλήτων", μια συγκεκριμένη μονάδα επεξεργασίας αλατούχων λυμάτων της WWTP χειρίζεται κυρίως λύματα ηλεκτρικής αφαλάτωσης από ατμοσφαιρική-απόσταξη κενού, καθαρισμένο νερό, λύματα εξουδετέρωσης αλκυλίωσης και κάποιο υπερκείμενο και υψηλή{2}απόσταξη άλατος. Αυτή η μονάδα διαθέτει σύστημα βιολογικού καθαρισμού τριών{4} σταδίων, με δευτερεύον στάδιο τη λεκάνη αερισμού του φυσητήρα. Η εισερχόμενη μέση χημική απαίτηση οξυγόνου (COD) είναι σταθερά κάτω από 100 mg/L, κατατάσσοντάς την ως διαδικασία ενεργού ιλύος χαμηλού-φορτίου. Πέρα από τις αναβαθμίσεις του εξοπλισμού, η διατήρηση της βέλτιστης λειτουργίας απαιτεί προσεκτικό έλεγχο και προσαρμογή των παραμέτρων της διαδικασίας.
2. Επισκόπηση εγκατάστασης
2.1 Ροή Διαδικασίας Μονάδας Επεξεργασίας Λυμάτων Αλατούχου Νερού
Η μονάδα χρησιμοποιεί μια διαδικασία "Εξισορρόπηση + Διαχωρισμός λαδιού + Δύο-Επίπλευση + Τρεις σταδίων-Βιολογική επεξεργασία" με τα επεξεργασμένα λύματα να αποστέλλονται σε μια μονάδα στίλβωσης. Ο διαχωριστής λαδιού χρησιμοποιεί συνδυασμένη σχεδίαση οριζόντιας ροής και κεκλιμένης πλάκας. Τα δύο στάδια επίπλευσης χρησιμοποιούν Vortex Cavitation Air Flotation (CAF) και Partial Reflux Pressurized Dissolved Air Flotation (DAF), αντίστοιχα. Τα τρία βιολογικά στάδια είναι διαδοχικά: Δεξαμενή αερισμού καθαρού οξυγόνου III, δεξαμενή αερισμού φυσητήρα και δευτερεύουσα βιοχημική δεξαμενή (EM-BAF). Η ροή της διαδικασίας φαίνεται στοΕικόνα 1.
2.2 Λεκάνη αερισμού φυσητήρων Περιγραφή
Η λεκάνη αερισμού του φυσητήρα είναι μια επαναχρησιμοποιημένη εγκατάσταση που χτίστηκε αρχικά το 1995 ως μέρος μιας μονάδας επεξεργασίας λιπαντικών λυμάτων. Χρησιμοποιεί έναν παραδοσιακό σχεδιασμό αερισμού ροής-με ενεργό όγκο 3.888 m³ και τρέχον υδραυλικό χρόνο συγκράτησης (HRT) περίπου 17,6 ωρών. Το λεκανοπέδιο λειτουργεί σε δύο παράλληλα τρένα, το καθένα με τέσσερα διαμερίσματα. Στο κάτω μέρος είναι εγκατεστημένοι αεριστές, οι οποίοι παρέχονται από φυγοκεντρικούς φυσητήρες για την παροχή οξυγόνου για τον μεταβολισμό της ενεργοποιημένης ιλύος. Είναι επίσης εξοπλισμένο με δύο δευτερεύοντες διαυγαστήρες (Φ18m x 5m).
Μέσα στο βιολογικό σύστημα τριών- σταδίων:
- Στάδιο 1 (δεξαμενή αερισμού καθαρού οξυγόνου III): Η κύρια λειτουργία είναι η αφαίρεση αντικαταβολής.
- Στάδιο 2 (δεξαμενή αερισμού φυσητήρων): Η κύρια λειτουργία είναι η αφαίρεση αζώτου αμμωνίας (NH3-N), η δευτερεύουσα λειτουργία είναι η περαιτέρω αφαίρεση COD.
- Στάδιο 3 (Δευτεροβάθμια Βιοχημική Δεξαμενή - EM-BAF): Λειτουργεί για περαιτέρω γυάλισμα των λυμάτων COD και NH3-N, διασφαλίζοντας την τελική ποιότητα του νερού.
2.3 Ποιότητα εισροής και εκροής λεκάνης αερισμού φυσητήρα
Η εισροή στη λεκάνη αερισμού του φυσητήρα προέρχεται από το Pure Oxygen Aeration Tank III, με όρια ρύπων: CODcr μικρότερο ή ίσο με 300 mg/L, NH3-N μικρότερο ή ίσο με 30 mg/L, αιωρούμενα στερεά (SS) μικρότερα από 50 mg/L.
Τα απόβλητά του τροφοδοτούν τη Δευτερεύουσα Βιοχημική Δεξαμενή, με όρια: CODcr Λιγότερο ή ίσο με 120 mg/L, NH3-N Λιγότερο ή ίσο με 30 mg/L, SS Λιγότερο ή ίσο με 50 mg/L.
Τα τελικά απόβλητα από τη Δευτερεύουσα Βιοχημική Δεξαμενή πρέπει να πληρούν: CODcr Λιγότερο ή ίσο με 70 mg/L, Πετρέλαιο μικρότερο ή ίσο με 5 mg/L, NH3-N μικρότερο ή ίσο με 3 mg/L.
Καθ' όλη τη διάρκεια του 2021, ο μέσος όρος εισροής CODcr της λεκάνης ήταν 67,094 mg/L και ο μέσος NH3-N ήταν 23,098 mg/L, πληρώνοντας και τα δύο τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Ωστόσο, η ιδιαίτερα χαμηλή εισροή COD οδήγησε σε ανεπάρκεια πηγής άνθρακα για την ενεργοποιημένη ιλύ, επηρεάζοντας τον κανονικό μεταβολισμό της. Αντίθετα, επαρκές αμμωνιακό άζωτο και χαμηλή συγκέντρωση οργανικών ρύπων στο μικτό υγρό ευνόησαν τη νιτροποίηση, η οποία προχώρησε αποτελεσματικά.
3. Λειτουργικοί παράγοντες επιρροής και μέτρα ελέγχου
3.1 Επιπτώσεις χαμηλού φορτίου εισροής και γήρανσης λάσπης
Με εισερχόμενο COD στα 67,094 mg/L-κάτω τόσο από το όριο σχεδιασμού (Μικρότερο ή ίσο με 300 mg/L) όσο και από τη μικροβιακή ζήτηση άνθρακα (περίπου. 100 mg/L BOD₅)-η ενεργοποιημένη ιλύς παρουσίασε ανεπάρκεια πηγής άνθρακα. Το χαμηλό φορτίο είχε ως αποτέλεσμα την αργή ανάπτυξη της λάσπης, καθιστώντας την επιρρεπή στη γήρανση και σχηματίζοντας χαλαρή δομή. Η γερασμένη, νεκρή λάσπη σχημάτισε αφρό που επιπλέει στην επιφάνεια του δευτερεύοντος διαυγαστήρα. Ελλείψει εξοπλισμού συλλογής απορριμμάτων, αυτή η αφρόκρεμα έρεε έξω με τα λύματα, προκαλώντας θολότητα, υπερβαίνοντας τα όρια COD και SS και στη συνέχεια υπερφορτώνοντας τη δευτερεύουσα βιοχημική δεξαμενή κατάντη, επηρεάζοντας την τελική ποιότητα των λυμάτων της.
Αντίμετρο: Η ομάδα χειρισμού έλεγξε τη συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών μικτού υγρού (MLSS). Χρησιμοποιώντας έναν βαθμονομημένο κύλινδρο 1000 mL για τη δοκιμή 30 λεπτών Sludge Volume Index (SVI), διατήρησαν το SVI περίπου στο 20%, που αντιστοιχεί σε MLSS περίπου 2 g/L. Αυτή η ισορροπημένη αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης ρύπων αποτρέπει τη γήρανση της λάσπης, την επίπλευση και την υποβάθμιση της ποιότητας του νερού. Η αργή ανάπτυξη της λάσπης σήμαινε ελάχιστη και σπάνια σπατάλη ιλύος, επιτρέποντας στα νιτροποιητικά βακτήρια ένα χρόνο παραμονής που υπερβαίνει τον ελάχιστο χρόνο παραγωγής τους, προωθώντας περαιτέρω τη νιτροποίηση.
3.2 Επίδραση ελέγχου διαλυμένου οξυγόνου (DO).
Οι μικροοργανισμοί στην ενεργοποιημένη ιλύ είναι κυρίως αερόβιοι, και συνήθως απαιτούν DO μεταξύ 1-3 mg/L. Τα εταιρικά πρότυπα ορίζουν το εύρος DO για τις παραδοσιακές λεκάνες αερισμού βύσματος στα 2-4 mg/L, με τη νιτροποίηση να απαιτεί DO γενικά όχι κάτω από 2,0 mg/L. Το τρέχον χαμηλό φορτίο εισροής και η περαιτέρω μειωμένη συγκέντρωση MLSS μείωσαν τη ζήτηση DO, καθιστώντας τον έλεγχο δύσκολο. Η διατήρηση της πλήρους ανάμειξης συχνά αύξησε το DO πάνω από 4 mg/L, ενώ ο έλεγχος του DO εντός του εύρους στόχου οδηγούσε μερικές φορές σε ανεπαρκή ανάμειξη σε ορισμένες περιοχές, προκαλώντας καθίζηση της λάσπης.
Επιπλέον, το υψηλό DO επιταχύνει την αποσύνθεση της οργανικής ύλης, επιδεινώνοντας τη γήρανση της ιλύος. Επομένως, στην πράξη, το DO ελέγχεται γύρω στα 3 mg/L. Επιπλέον, όλες οι βαλβίδες αέρα ρυθμίζονται περίπου κάθε μήνα για να βελτιωθεί η ομοιομορφία ανάμειξης, να ενεργοποιηθούν εκ νέου τα αδρανοποιημένα κροκίδια και να διατηρηθεί η ενεργή βιομάζα.
3.3 Επίπτωση της θερμοκρασίας του νερού
Η θερμοκρασία επηρεάζει σημαντικά τη μικροβιακή δραστηριότητα. Οι κατάλληλες θερμοκρασίες προάγουν τη δραστηριότητα, ενώ οι χαμηλές θερμοκρασίες την αναστέλλουν ή τη μειώνουν και οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να αλλάξουν τη φυσιολογία ή να προκαλέσουν θάνατο. Σε αυτό το σύστημα, τα θερμόφιλα βακτήρια είναι οι κύριες λειτουργικές ομάδες. Για την ασφάλεια του συστήματος, η θερμοκρασία διατηρείται συνήθως μεταξύ 15–35 βαθμών, αν και το κατάλληλο εύρος είναι 10–45 μοίρες. Η υπέρβαση των 30 μοιρών μπορεί να μετουσιώσει τις πρωτεΐνες νιτροποιητή, μειώνοντας τη δραστηριότητά τους. Η ενεργοποιημένη ιλύς περιέχει τόσο αποικοδομητικά όσο και νιτροποιητικά βακτήρια COD, με τη νιτροποίηση να έχει στενότερη βέλτιστη περιοχή 5–30 μοιρών.
Η εισροή αλατούχων λυμάτων περιέχει ρεύματα υψηλής{{0} θερμοκρασίας. Τα προηγούμενα περιστατικά αφορούσαν διαδοχικές ημέρες με θερμοκρασία εισροής άνω των 40 βαθμών , που οδήγησαν σε αποσάθρωση της λάσπης, θάνατο αποικοδομητών και νιτροποιητών COD-και κατάρρευση του συστήματος. Στη συνέχεια, εγκαταστάθηκε ένα θερμόμετρο στη γραμμή εκροών της δεξαμενής εξισορρόπησης για τον αυστηρό έλεγχο της θερμοκρασίας εκκένωσης να μην υπερβαίνει τους 40 βαθμούς, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις θερμοκρασίας λάσπης. Δεν συνέβησαν παρόμοια περιστατικά που να επηρεάζουν τη νιτροποίηση το 2021.
3.4 Επίδραση της αλκαλικότητας
Σύμφωνα με τα σχετικά εταιρικά πρότυπα, όταν χρησιμοποιείται ενεργοποιημένη ιλύς για την απομάκρυνση της αμμωνίας, η εισερχόμενη αναλογία ολικής αλκαλικότητας προς αμμωνιακό άζωτο δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 7,14. Διαφορετικά, η αλκαλικότητα πρέπει να συμπληρωθεί. Με σχεδιαστικό εισερχόμενο NH3-N 30 mg/L και πραγματικό μέσο όρο 23,098 mg/L, η απαιτούμενη ολική αλκαλικότητα δεν είναι μικρότερη από 214,2 mg/L. Επί του παρόντος, η εισερχόμενη αλκαλικότητα είναι ανεπαρκής, και απαιτεί καθημερινή προσθήκη ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) για την κάλυψη των απαιτήσεων της διαδικασίας.
3.5 Επίδραση του pH και των τοξικών ουσιών
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 ή<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Ο αερόβιος μικροβιακός μεταβολισμός μπορεί να ρυθμίσει μέτρια τις αλλαγές του pH. Για παράδειγμα, η χρήση ενώσεων αζώτου μπορεί να μειώσει το pH κατά τη νιτροποίηση, ενώ η αποκαρβοξυλίωση παράγει αλκαλικές αμίνες, αυξάνοντας το pH. Αυτό επιτρέπει-μακροπρόθεσμο εγκλιματισμό σε ήπια όξινα/αλκαλικά λύματα. Η εγγενής αλκαλικότητα των λυμάτων βοηθά επίσης στην αναστολή της πτώσης του pH.
Ωστόσο, οι δραστικές αλλαγές του pH (π.χ. ξαφνική εισροή αλκαλίων σε ένα όξινο σύστημα) επηρεάζουν σημαντικά τα μικρόβια και μπορούν να διαταράξουν τη λειτουργία. Επομένως, η αναγκαιότητα εξουδετέρωσης εξαρτάται από τη συγκεκριμένη περίπτωση. Μικρές, σταθερές διακυμάνσεις του pH, ειδικά με ασθενή οξέα/βάσεις, μπορεί να μην απαιτούν εξουδετέρωση. Οι μεγαλύτερες διακυμάνσεις απαιτούν ρύθμιση του pH σε ουδέτερο.
Τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στο pH-, με βέλτιστη νιτροποίηση σε pH 7,2–8,0, ενώ τα γενικά μικρόβια προτιμούν το 6,5–8,5. Για συγκεκριμένα βιομηχανικά λύματα, οι τύποι τοξικών ουσιών συχνά καθορίζονται, αλλά οι συγκεντρώσεις και οι όγκοι απόρριψης κυμαίνονται. Εκτός από την εξισορρόπηση, τα επίπεδα εισερχόμενης τοξικής ουσίας πρέπει να παρακολουθούνται και να ελέγχονται. Μετά τον εγκλιματισμό της λάσπης, θα πρέπει να καθοριστεί ένα μέγιστο όριο συγκέντρωσης εισροής με βάση τον βαθμό εγκλιματισμού και την επιχειρησιακή εμπειρία. Η παρατεταμένη υπέρβαση απαιτεί μέτρα όπως η μείωση της εισροής, η αύξηση της ανακύκλωσης της ιλύος ή η ενίσχυση της οξυγόνωσης για την πρόληψη της μικροβιακής δηλητηρίασης και της αποτυχίας της θεραπείας. Επί του παρόντος, δεν έχουν ανιχνευθεί τοξικές ουσίες που να προκαλούν μικροβιακή δηλητηρίαση στην εισροή της λεκάνης.
3.6 Επιπτώσεις εισροών φορτίων κρούσης
Το εισερχόμενο COD παραμένει σταθερά χαμηλό με μικρές διακυμάνσεις και το NH3-N και το ολικό άζωτο (TN) παραμένουν επίσης σε σχετικά σταθερά εύρη για μεγάλες περιόδους. Ο πληθυσμός των νιτροποιητών παραμένει σχετικά σταθερός. Ωστόσο, λόγω του αργού ρυθμού ανάπτυξής τους, μια ξαφνική, σημαντική αύξηση της εισροής NH3-N ή TN μπορεί να κορεστεί την ικανότητα απομάκρυνσης της λεκάνης, θέτοντας σε κίνδυνο την ποιότητα των εκροών NH3-N και TN.
Θεωρητικά, η μικροβιακή ζήτηση N και P ακολουθεί αναλογία BOD5:N:P 100:5:1. Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε N και P ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τον τύπο των βιομηχανικών λυμάτων. Ορισμένα λύματα έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε N και P, που απαιτούν απομάκρυνση για να πληρούν τα πρότυπα. Άλλοι είναι ανεπαρκείς, απαιτώντας συμπληρώματα για να αποφευχθεί ο περιορισμός του μεταβολισμού. Για λεκάνες λειτουργίας που επεξεργάζονται λύματα χαμηλού N/P, τα επίπεδα εισροής περίπου 10 mg/L NH3-N και 5 mg/L φωσφορικών μπορούν να καλύψουν τις μικροβιακές ανάγκες. Παρατεταμένα επίπεδα κάτω από αυτά απαιτούν αυξημένη δόση N/P.
Η καθημερινή λειτουργία απαιτεί στενή παρακολούθηση του NH3-N και του TN σε όλα τα εισερχόμενα ρεύματα και τα λύματα της δεξαμενής εξισορρόπησης, καθώς και στις ροές ανακύκλωσης από τις δεξαμενές ρύθμισης, για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση της μονάδας στίλβωσης κατάντη και να απειληθεί η ασφάλεια του νερού τελικής εκκένωσης.
4. Συμπέρασμα
Ως αντιδραστήρας νιτροποίησης πυρήνα στη μονάδα επεξεργασίας αλατούχων λυμάτων, η λεκάνη αερισμού του φυσητήρα απαιτεί στενή καθημερινή παρακολούθηση της θερμοκρασίας του νερού, του εισερχόμενου NH3-N και του TN. Ο αυστηρός έλεγχος της συγκέντρωσης MLSS, η διατήρηση του DO γύρω στα 3 mg/L και η εξασφάλιση επαρκούς προσθήκης αλκαλικότητας είναι απαραίτητα. Σύμφωνα με αυτά τα βελτιστοποιημένα μέτρα, το σύστημα λειτουργεί σταθερά με εξαιρετική ποιότητα εκροής: μέσος όρος COD 54,213 mg/L, NH3-N 9,678 mg/L και SS 23,849 mg/L, ικανοποιώντας πλήρως τις απαιτήσεις εισροής της Δευτερογενούς Βιοχημικής Δεξαμενής. Οι συνεχείς δοκιμές, η σύνοψη και η βελτιστοποίηση από πολλαπλές πτυχές είναι επίσης ζωτικής σημασίας για την περαιτέρω διασφάλιση της αξιοπιστίας του εξοπλισμού και της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας του συστήματος.