Design och driftsättning av ett exakt luftningssystem för en flerstegs AAO avloppsreningsverk
Översikt
Rening av avloppsvatten är en viktig del av stadsbyggande. Under de senaste åren har Kinas avloppsreningsindustri utvecklats snabbt. Avloppsreningsverkens djupa deltagande i samverkande utsläppsminskningar fungerar som ett viktigt stöd för att bygga ett-koldioxidsnålt samhälle, utveckla en låg-koldioxidekonomi och uppnå en hållbar stadsutveckling. Under "Dual Carbon"-målen har konceptet med reningsverk för avloppsvatten med låg-kolhalt väckt uppmärksamhet från industrin. För att stämma överens med utvecklingsstrategin för reningsverk med låg-koldioxidhalt är det nödvändigt att analysera och studera nyckelfaktorerna som påverkar energibesparing och utsläppsminskning.
De flesta rening av avloppsvatten från hushåll använder sig av aktiverade slamprocesser. En nyckelfaktor i denna behandling är att tillföra en lämplig mängd syre för oxidationsreaktioner av mikroorganismer i de biologiska tankarna, vilket gör kontrollen av luftningsvolymen avgörande. Traditionell luftningskontroll, som uppnås genom manuella omkopplare, bygger i första hand på erfarenheten från-operatörer på plats, vilket leder till betydande osäkerhet och slöseri. För att uppnå automatisk kontroll av exakta luftningssystem och minska manuella ingrepp har forskare i stor utsträckning studerat metoder för luftningskontroll, inklusive fuzzy kontroll, neurala nätverk, fuzzy neurala nätverk, genetiska algoritmer och stödvektormaskiner. Det här dokumentet fokuserar på AAO-processen i flera-steg i ett avloppsreningsverk i Shenzhen, och analyserar och sammanfattar design- och idrifttagningsprocessen för dess exakta luftningssystem för att ge referens för liknande projekt.
1 Systemöversikt
1.1 Principen för det exakta luftningssystemet
Biologisk rening är det viktigaste steget i reningsprocessen för avloppsvatten, som vanligtvis syftar till att avlägsna eller minska målämnen i avloppsvattnet för att möta utsläppsstandarder genom att upprätthålla en varaktig och effektiv mikrobiell tillväxt och främja biokemiska processer. Traditionella kontrollstrategier kan inte reagera i rätt tid och exakt på förändringar i driftsparametrar för moderna avloppsreningsverk. Under den inledande provdriften görs ofta justeringar endast av fläktar eller till terminalluftningsrören, utan att utföra real-tid, på-beställningsreglering av luftningsvolymen i reaktionstankar baserat på faktiska driftsförändringar samtidigt som energibesparingar uppnås.
Upplöst syre (DO) är en primär faktor som påverkar den biologiska reningsprocessen. Kvaliteten på DO-kontroll påverkar direkt avloppsvattenreningseffektiviteten. Det exakta luftningssystemet introducerar en kontrollmetod med flera-parameter som kombinerar "feedforward + feedback + modell", som effektivt adresserar egenskaper som stora tidsfördröjningar och icke-linjäritet i avloppsreningsverk. Den överväger omfattande fläktar, reglerventiler på luftningsrörledningar, såväl som DO och vattenbelastning, för att implementera exakt kontroll över den biologiska reaktionsprocessen, för att uppnå -på begäran luftning, och därigenom förbättra systemets driftsstabilitet och spara energi.
I avloppsreningsverk inkluderar framkopplade signaler främst influensflöde och kvalitetssignaler; återkopplingssignaler inkluderar huvudsakligen DO, blandad vätska suspenderade fasta ämnen (MLSS) och biologiska tanknivåsignaler.
DO-kontrollstrategin för exakta luftningssystem har vanligtvis två tillvägagångssätt: att ställa in kontrollmålet som ett konstant värde eller som ett dynamiskt värde.
Vanligtvis, under strategin där DO-kontrollmålet är inställt som ett konstant värde, beräknar det exakta luftningssystemet den erforderliga luftvolymen för varje biologisk tankzon och den totala erforderliga luftvolymen baserat på signaler som influenskvalitet, inflödesflöde, DO-börvärde och biologisk tank MLSS. Den justerar sedan fläktens huvudstyrsystem och elektriska ventiler på luftningsrören för att matcha lufttillförseln med efterfrågan, och uppnår därmed kontroll av DO-målvärdet.
Genom att anta ett exakt luftningssystem kan avloppsreningsverk bättre uppnå följande mål:
(1) Minska energiförbrukningen per enhet renat avloppsvatten, vilket sänker kostnaderna.
(2) Förbättra den övergripande stabiliteten och tillförlitligheten av avloppsvattenreningsverksamheten.
(3) Justera automatiskt luftningen baserat på belastningen av behandlat vatten och föroreningsbelastningen, för att verkligen uppnå -efterfrågan luftning och automatisk kontroll.
(4) Förbättra avloppskvaliteten och öka efterlevnaden av avloppskvaliteten.
1.2 Övergripande design av det exakta luftningssystemet
Den planerade reningskapaciteten för detta avloppsreningsverk är 50 000 m³/d. Den använder en AAO-process i flera-steg, utrustad med 2 biologiska tankar. De viktigaste kvalitetsindikatorerna för avloppsvatten uppfyller standarderna för ytvattenklass IV. Processflödet för avloppsvattenrening visas iBild 1.
Projektet har 2 biologiska tankar. Varje biologisk tank är indelad i 6 DO-kontrollzoner, vilket resulterar i totalt 12 DO-kontrollzoner för anläggningens biologiska tankar. Designschemat för dess exakta luftningssystem visas iFigur 2.
För att uppnå exakt luftning krävs ett komplett kontrollnätverk för det exakta luftningssystemet. Automationskommunikationstopologin för det exakta luftningssystemet visas iFigur 3.
Den exakta luftningssystemets masterstation erhåller direkt relevanta parametrar från luftningsfläktarna via kommunikation, samlar in signaler från -övervakningsinstrument på plats och skickar kontrolljusteringskommandon till utrustningens ventiler och fläktsystemet, och uppnår därmed full automatisk kontroll av luftningsprocessen och samordnad reglering av flödeskontrollventiler och fläktar.
1.3 Hårdvarukomponenter i Precise Aeration System
En online DO-analysator är konfigurerad för varje DO-kontrollzon. En termisk gasflödesmätare och en elektrisk reglerventil är konfigurerade på luftningsgrenröret som motsvarar varje DO-kontrollzon. En termisk gasflödesmätare och en tryckgivare är installerade på huvudutloppsröret i fläktrummet.
Utrustnings- och instrumentkonfigurationstabellen för det exakta luftningssystemet visas iTabell 1.
1.4 Programvarukomponenter i Precise Aeration System
Programvaran för det exakta luftningssystemet installeras och körs på arbetsstationen för det exakta luftningssystemet, som fungerar som systemets kärnbehandlingsenhet. Baserat på insamlade fältsignaler beräknar denna enhet det biologiska luftbehovet i de biologiska tankarna genom en modell och ger samtidigt justeringskommandon till fältstyrenheter. Funktionellt inkluderar den kärnmoduler som beräkningsmodulen för luftningsvolym, luftdistributionsmodul och inställningsmodul för fläktoptimering.
Den exakta mjukvaran för luftningssystem är i första hand utformad utifrån följande två aspekter:
(1) Det exakta luftningssystemet delar upp den aeroba sektionen i flera oberoende DO-kontrollzoner, som kan anpassas till kraven för processkontrollflödet, automatiskt justera luftningsflödet för att möta DO-distributionsprocessförhållandena som krävs av behandlingsenheterna.
(2) Det exakta luftningssystemet tillåter användare att självständigt ställa in mål DO-nivåer och stöder dynamiska DO-börvärden. Med tanke på bekvämlighet och funktionsduglighet kan relevant data ses och konfigureras i det centrala kontrollrummet.
Styrmekanismen för exakt luftning prioriterar fältet, följt av den centrala styrdatorn, huvudsakligen inklusive ventilstyrning och fläktstyrning.
Ventilstyrning har två lägen: lokalt styrläge och fjärrstyrningsläge. På centralstyrningens övre dator finns två val: manuellt läge och exakt luftningsläge.
Fläkttryckskontroll inkluderar:
(1) När huvudstyrskåpet går in i lokalt läge kan tryckbörvärdet ställas in manuellt lokalt.
(2) När huvudstyrskåpet går in i fjärrautomatiskt läge är tryckinställningen uppdelad i två lägen: manuell och exakt luftning, och kontrollomkopplare till det centrala kontrollrummet.
Eftersom den har tre kontrolllägen - helautomatisk styrning, partiell automatisk styrning och manuell forcerad styrning - och tillåter lägesväxling antingen på -platsen eller i huvudkontrollrummet, kan det exakta luftningssystemet på ett adekvat sätt hantera olika situationer som uppstår under driften av avloppsreningsverket.
1.5 Funktioner hos Precise Aeration System
1.5.1 Beräkning av luftbehov
Det exakta luftningssystemet kan dynamiskt beräkna det faktiska luftbehovet baserat på förändringar i olika faktorer i de biologiska tankarna, vilket gör det möjligt för luftningssystemet att tillföra luft vid behov. Beräkningsmodellen för luftbehovet för det exakta luftningssystemet visas iFigur4.
I praktiska tillämpningar av exakt luftningskontroll i avloppsreningsverk kan det exakta luftningssystemet beräkna det faktiska luftbehovet i realtid-eftersom inflytande flöde och kvalitetsbelastningar förändras, vilket säkerställer rimlig luftning som uppfyller biokemiska krav samtidigt som man sparar onödig energiförbrukning för luftning.
1.5.2 Luftningsvolymfördelning
Det exakta luftningssystemet involverar flera luftningsstyrenheter. Systemet innehåller en styrstrategi för avkoppling av flera-ventiler för att undertrycka störningar från enkla-ventiljusteringar på andra ventiler. Den har också en strategi för optimal öppningskontroll med flera-ventiler, som möjliggör snabba och optimala ventilöppningsjusteringar för att uppnå snabb och exakt överföring och fördelning av luftningsvolymen mellan olika luftningskontrollenheter.
1.5.3 Kontroll av fläktoptimering
Energibesparing i luftningsprocessen uppnås genom att optimera fläktdriften. Kärnan i luftningssystemet är att reglera fläktdrift baserat på driftsparametrar. Å ena sidan måste fläktjusteringar beakta faktiska driftsparametrar; å andra sidan måste fläktjusteringar också beakta utrustningsskydd. Den allmänna principen är att driva fläktar under de mest ekonomiska förhållandena samtidigt som man förhindrar onormala fläktförhållanden (som t.ex. svallvågor).
Det exakta luftningssystemet beräknar den erforderliga luftvolymen baserat på aktuella processdriftsparametrar och skickar sedan signalen till fläktens styrskåp. Operationer som start/stopp av fläktar och justering av öppningar utförs baserat på den totala luftvolymens börvärde för att möta det biologiska systemets luftningsbehov, medan överspänningsskyddstryck används för att skydda fläktarna från att sjunka. Fläktar är kärnprocessutrustning i avloppsreningsverk. Det exakta luftningssystemet bör reglera fläktdriften för att möta luftningsbehovet för biologiska tankar samtidigt som det förhindrar att fläkten slår till.
2 Driftsättning av Precise Aeration System
För att säkerställa normal drift av det exakta luftningssystemet måste enskilda enheter i systemet först tas i drift en efter en. Därefter är en samordnad driftsättning av biologiska tankluftningsventiler och fläktar nödvändig, inställning av fläktluftvolym och reglering av rörledningstryckövervakning. Under driftsättningen måste alla operationer och justeringar säkerställa att ingen påverkan på produktionen. Specifikt bör försiktighetsåtgärder för nödfläktdrift betonas:
(1) Under kort-}avsevärda fluktuationer i fläktens öppning. Det här systemet använder centrifugalfläktar med magnetlager, som kan ta emot börvärden som skickas av det exakta luftningssystemet i realtid-. Fläkten justerar sin öppning och verkanstid baserat på skillnaden. Det exakta luftningssystemet har en säkerhetsmekanism för fläktfluktuationer för att förhindra svallningar orsakade av fluktuationer. Möjliga orsaker till kortsiktiga-påtagliga fluktuationer i fläktens öppning inkluderar plötsliga förändringar i influenskvalitet, felaktiga systemjusteringsparametrar, plötsliga förändringar i rörledningstryck och fel på biologiska tankinstrument. För utrustningssäkerhet, för att förhindra stora rörledningstrycksfluktuationer och fläktsvallrisker, kan det exakta luftningssystemet åsidosättas manuellt och växlas till manuellt läge.
(2) Under fläkten svallande. Under den första idrifttagningen är fläkten ibland oundviklig. Möjliga orsaker inkluderar otillräcklig koordination mellan ventiler och fläktar, vilket leder till ökat rörledningstryck och svallningar; eller orimliga fläktparametrar i sig, med öppningsjusteringar för snabba, vilket får själva fläkten att sjunka. När detta fel uppstår kan det exakta luftningssystemet manuellt åsidosättas och växlas till manuellt läge för drift.
3 DO Control Effektivitet och energibesparande resultat av det exakta luftningssystemet
3.1 DO Control Effektiviteten av det exakta luftningssystemet
Effektivitetsverifieringen av det exakta luftningssystemet för detta projekt utfördes i första hand genom att jämföra scenarier med och utan systemets ingripande. Traditionella kontrollmetoder kan inte reagera i rätt tid och exakt på effekterna av olika störningar. När det online-kontrollerade DO-värdet visar stora fluktuationer, visas variationen av löst syre (DO) över tiden på en viss plats i en biologisk tank utan exakt luftning iFigur 5.
Jämfört med traditionella biologiska tankkontrollmetoder kan den exakta luftningskontrollmetoden mer exakt kontrollera DO i den biologiska tanken, vilket visar starkare anpassningsförmåga, vilket möjliggör bättre luftning och energibesparing. Trenden för löst syre (DO) på en viss plats i en biologisk tank med exakt luftning visas iBild 6.
Enligt provdriftresultaten för det exakta kontrollsystemet i detta projekt är sannolikheten för DO-värden fördelade inom ±0,5 mg/L av målbörvärdet 90 %; sannolikheten inom ±0,3 mg/L är 30 %; och sannolikheten inom ±0,2 mg/L är 20 %, vilket uppfyller designkrav och faktiska driftbehov.
3.2 Energibesparande resultat av DO-kontroll med Precise Aeration System
I avloppsreningsverket AAO i flera-steg beräknar det exakta luftningssystemet den erforderliga totala luftvolymen i realtid- baserat på aktuellt inflytande flöde och belastning under fläktstyrning. Den överför sedan det totala luftbehovets börvärde till fläktens huvudstyrskåp, som reglerar tillhörande fläktar enligt det inställda målet. Detta säkerställer att luftningsvolymen uppfyller de faktiska kraven under både hög och låg belastning samtidigt som onödig energiförbrukning för luftning minskas. Under traditionell styrning arbetar fläktar vanligtvis kontinuerligt med en relativt hög effekt. Genom det exakta luftningssystemets kontroll av fläktar uppnås-realtidsjustering av driftseffekten, vilket uppnår målet att spara energi.
Efter att ha antagit det exakta luftningssystemet, drar flerstegs AAO avloppsreningsverket nytta av den normala driften av reningsutrustning, exakta instrumentdata, stabilt inflöde och kvalitet (som inte överstiger ±20 % av designvärden), tillräckligt fläktarbetstryck, kontinuerligt justerbar luftvolym och automatisk drift med konstant tryck i huvudstyrskåpet.
4 Slutsats
Tillämpningen av det exakta luftningssystemet i AAOs avloppsreningsverk i flera-steg syftar till att tillhandahålla en förfinad driftslösning för luftningssteget i avloppsvattenreningsprocessen. Den exakta lösningen för luftningssystem matchar helt anläggningens driftsförhållanden och uppnår exakt luftningskontroll. På grundval av detta förblir den mikrobiella biokemiska miljön stabil, vilket hjälper avloppsreningsverket att uppnå raffinerad, energibesparande-och automatiserad drift av luftningssystemet, vilket förbättrar stabiliteten i avloppskvaliteten.