Tekniska grunder och operativ hantering av en låg-blåsningsbassäng
1. Översikt
1.1 Funktionsprincip för fläktluftningsbassänger
Fläktluftning, som vanligtvis används i Kina, inkluderar främst diffusa, spiralformade och mikroporösa luftningstyper. En luftningsbassäng innefattar typiskt ett luftningssystem, bassängstrukturen och inlopps-/utloppsportar, som fungerar som en nyckelstruktur vid rening av aktivt slam avloppsvatten. Vanliga luftningsmetoder är mekanisk och fläktluftning. System för luftning av fläktar består i allmänhet av specialiserade luftare och fläktar. Bassängerna är ofta uppdelade i flera fack, var och en kan ge oberoende inflytande matning. Avloppsvatten kommer in i bassängen och kommer ut i motsatt ände. Under denna process levereras luft via kompressorer till diffusorer i bassängbotten och släpps ut som bubblor.
1.2 Relaterad forskning om fläktluftningsbassänger
Forskning av Cheng Dandan et al. fann att i Kinas kommunala reningsverk för avloppsvatten förbrukar luftningsfläktar cirka 60 % av den totala energin. Genom att integrera luftningssystemet med intelligent PID-styrning med sluten-slinga för löst syre (DO) och implementera fläktenergi-besparingsstrategier kan man effektivt ta itu med hög energiförbrukning i reningsverksluftningssystem, vilket minskar den med över 30 %.
Liu Xiaoqi et al. använde dispergerade flödesluftare för att öka syrehalten i avloppsvattnet under rening och samtidigt sänka energiförbrukningen. Detta uppnådde också enhetlig vatten-luftblandning och -distribution, vilket minskade precisionskravet för utjämning av luftarens installation.
Chang Kai et al. förbättrad prestanda för konventionellt luftningsbassängsystem genom att modifiera det ursprungliga luftuppsamlingsläget. De ersatte traditionella mikroporösa luftare med mikroporösa luftare med hög syre-överföringseffektivitet och mikroporösa luftare av silikonplattor och ersatte enkel- rakt-flödesluftningsbassäng med tre-passage serpentinflödesbassänger. Genom att införliva exakt luftningskontroll förbättrades systemet ytterligare och åtgärdade problem med hög energiförbrukning, låg effektivitet och dålig massöverföring i traditionella fläktluftningsmetoder.
1.3 Driftledning av fläktluftningsbassänger
Fläktluftningsbassänger används i stor utsträckning vid rening av avloppsvatten. Enligt principen om "separat rening för olika avfallsströmmar" hanterar en specifik reningsverks saltvattenreningsenhet primärt elektriskt avsaltningsavloppsvatten från atmosfärisk -vakuumdestillation, strippat renat vatten, alkyleringsneutraliseringsavloppsvatten och en del supernatant och hög-saltavlopp. Denna enhet har ett biologiskt behandlingssystem i tre-steg, med luftningsbassängen för fläkten som sekundärt steg. Dess inflytande genomsnittliga kemiska syrebehov (COD) är konsekvent under 100 mg/L, vilket klassificerar det som en låg-aktiverad slamprocess. Utöver utrustningsuppgraderingar kräver bibehållande av optimal drift noggrann kontroll och justering av processparametrar.
2. Anläggningsöversikt
2.1 Enhet för behandling av saltvatten avloppsvatten Processflöde
Enheten använder en "Utjämning + Oljeseparation + Två-Flotation + Tre-Biologisk Rening"-process, med behandlat avloppsvatten som skickas till en poleringsenhet. Oljeavskiljaren använder ett kombinerat horisontellt flöde och lutande plåtdesign. De två flotationsstegen använder Vortex Cavitation Air Flotation (CAF) respektive Partial Reflux Pressurized Dissolved Air Flotation (DAF). De tre biologiska stegen är sekventiellt: Pure Oxygen Aeration Tank III, Blower Aeration Tank och Secondary Biochemical Tank (EM-BAF). Processflödet visas iBild 1.
2.2 Beskrivning av fläktluftningsbassäng
Luftningsbassängen för fläktar är en ombyggd anläggning som ursprungligen byggdes 1995 som en del av en reningsenhet för oljigt avloppsvatten. Den använder en traditionell plugg-flödesluftningsdesign med en effektiv volym på 3 888 m³ och en aktuell hydraulisk retentionstid (HRT) på cirka 17,6 timmar. Bassängen fungerar i två parallella tåg, vardera med fyra fack. Luftare är installerade i botten, tillförda av centrifugalblåsare för att ge syre för aktiverad slammetabolism. Den är också utrustad med två sekundära klarare (Φ18m x 5m).
Inom det tre-biologiska systemet:
- Steg 1 (ren syreluftningstank III): Primär funktion är COD-borttagning.
- Steg 2 (Fläktluftningstank): Primär funktion är avlägsnande av ammoniakkväve (NH₃-N), sekundär funktion är ytterligare COD-borttagning.
- Steg 3 (Secondary Biochemical Tank - EM-BAF): Fungerar för att ytterligare polera avloppsvatten COD och NH₃-N, vilket säkerställer den slutliga vattenkvaliteten.
2.3 Fläktluftningsbassängens inflytande och avloppsvattenkvalitet
Inflytande till fläktens luftningsbassäng kommer från Pure Oxygen Aeration Tank III, med föroreningsgränser: CODcr Mindre än eller lika med 300 mg/L, NH₃-N Mindre än eller lika med 30 mg/L, Suspenderade fasta ämnen (SS) Mindre än eller lika med 50 mg/L.
Dess avloppsvatten matar den sekundära biokemiska tanken, med gränser: CODcr Mindre än eller lika med 120 mg/L, NH₃-N Mindre än eller lika med 30 mg/L, SS Mindre än eller lika med 50 mg/L.
Det slutliga avloppsvattnet från den sekundära biokemiska tanken måste uppfylla: CODcr Mindre än eller lika med 70 mg/L, Petroleum Mindre än eller lika med 5 mg/L, NH₃-N Mindre än eller lika med 3 mg/L.
Under hela 2021 var bassängens genomsnittliga inflytande CODcr 67,094 mg/L, och genomsnittlig NH₃-N var 23,098 mg/L, båda uppfyllde designkraven. Den anmärkningsvärt låga inflytande COD ledde dock till brist på kolkälla för det aktiverade slammet, vilket påverkade dess normala metabolism. Omvänt gynnade tillräckligt med ammoniakkväve och låg koncentration av organiska föroreningar i blandluten nitrifikation, som fortgick effektivt.
3. Operativa påverkande faktorer och kontrollåtgärder
3.1 Effekten av låg inflytande belastning och slamåldring
Med inflytande COD vid 67,094 mg/L-under både designgränsen (Mindre än eller lika med 300 mg/L) och det mikrobiella kolbehovet (ungefär . 100 mg/L BOD₅)- upplevde det aktiverade slammet brist på kolkälla. Den låga belastningen resulterade i långsam slamtillväxt, vilket gjorde det benäget att åldras och bilda en lös struktur. Åldrat, dött slam bildade avskum som flyter på den sekundära klarningsytan. I brist på utrustning för uppsamling av avskum flödade detta avskum ut med avloppsvattnet, vilket orsakade grumlighet, överskred COD- och SS-gränserna och överbelastade därefter den nedströms sekundära biokemiska tanken, vilket påverkade dess slutliga avloppskvalitet.
Motåtgärd: Driftsteamet kontrollerade koncentrationen av suspenderade fasta ämnen (Mixed Liquor Suspended Solids). Genom att använda en 1000 ml graderad cylinder för 30-minuters Sludge Volume Index (SVI)-testet bibehöll de SVI runt 20 %, vilket motsvarar en MLSS på cirka 2 g/L. Denna balanserade effektivitet för borttagning av föroreningar och förhindrar slamåldring, flytning och försämring av vattenkvaliteten. Den långsamma slamtillväxten innebar minimalt och sällsynt slamspill, vilket gav nitrifierande bakterier en uppehållstid som överskred deras minimigenereringstid, vilket ytterligare främjade nitrifikation.
3.2 Inverkan av kontroll av upplöst syre (DO).
Mikroorganismer i aktiverat slam är främst aeroba och kräver vanligtvis DO mellan 1-3 mg/L. Företagsstandarder anger DO-intervallet för traditionella pluggflödesluftningsbassänger till 2-4 mg/L, med nitrifikation som kräver DO i allmänhet inte under 2,0 mg/L. Den nuvarande låga inflytande belastningen och ytterligare reducerad MLSS-koncentration sänkte DO-kravet, vilket gjorde kontrollen utmanande. Att bibehålla full blandning höjde ofta DO över 4 mg/L, medan kontroll av DO inom målintervallet ledde ibland till otillräcklig blandning i vissa områden, vilket orsakade slamavsättningar.
Dessutom påskyndar hög DO nedbrytning av organiskt material, vilket förvärrar slamåldring. Därför kontrolleras DO i praktiken runt 3 mg/L. Dessutom justeras alla luftventiler ungefär en gång i månaden för att förbättra blandningslikformigheten, återaktivera vilande flockar och bibehålla aktiv biomassa.
3.3 Påverkan av vattentemperatur
Temperaturen påverkar avsevärt mikrobiell aktivitet. Lämpliga temperaturer främjar aktivitet, medan låga temperaturer hämmar eller minskar den, och höga temperaturer kan förändra fysiologin eller orsaka dödsfall. I detta system är termofila bakterier de huvudsakliga funktionella grupperna. För systemsäkerhet hålls temperaturen vanligtvis mellan 15–35 grader, även om det lämpliga området är 10–45 grader. Överstigande 30 grader kan denaturera nitrifieringsproteiner, vilket minskar deras aktivitet. Det aktiverade slammet innehåller både COD-nedbrytande och nitrifierande bakterier, med nitrifikation som har ett smalare optimalt område på 5–30 grader.
Det salthaltiga avloppsvattnet innehåller hög-temperaturströmmar. Tidigare incidenter involverade på varandra följande dagar med inflytande temperaturer över 40 grader, vilket ledde till slamsönderdelning, död av COD-nedbrytare och nitrifierare och systemkollaps. Därefter installerades en termometer på utjämningstankens avloppsledning för att strikt kontrollera utloppstemperaturen så att den inte överstiger 40 grader, vilket uppfyller kraven på slamtemperatur. Inga liknande incidenter som påverkade nitrifikation inträffade 2021.
3.4 Inverkan av alkalinitet
Enligt relevanta företagsstandarder, när man använder aktivt slam för ammoniakavlägsnande, bör förhållandet mellan total alkalinitet och ammoniakkväve inte vara mindre än 7,14; annars måste alkaliniteten kompletteras. Med en designinflytande NH₃-N på 30 mg/L och ett faktiskt medelvärde på 23,098 mg/L, är den totala alkaliniteten som krävs inte mindre än 214,2 mg/L. För närvarande är den ingående alkaliniteten otillräcklig, vilket kräver daglig tillsats av soda (Na₂CO₃) för att möta processkraven.
3.5 Påverkan av pH och giftiga ämnen
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 eller<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerob mikrobiell metabolism kan måttligt buffra pH-förändringar. Till exempel kan användning av kväveföreningar sänka pH under nitrifikation, medan dekarboxylering producerar alkaliska aminer, vilket höjer pH. Detta möjliggör långvarig-acklimatisering till svagt surt/alkaliskt avloppsvatten. Den inneboende alkaliniteten i avloppsvattnet hjälper också till att hämma pH-fallet.
Men drastiska pH-förändringar (t.ex. plötsligt alkaliskt inflöde till ett surt system) påverkar mikrober avsevärt och kan störa driften. Därför beror neutraliseringsnödvändigheten på det specifika fallet. Mindre, konsekventa pH-fluktuationer, speciellt med svaga syror/baser, behöver kanske inte neutraliseras. Större fluktuationer kräver pH-justering till neutral.
Nitrifierande bakterier är mycket pH-känsliga, med optimal nitrifikation vid pH 7,2–8,0, medan allmänna mikrober föredrar 6,5–8,5. För specifika industriavloppsvatten är giftiga ämnestyper ofta fasta, men koncentrationer och utsläppsvolymer fluktuerar. Förutom utjämning måste inflytande halter av giftiga ämnen övervakas och kontrolleras. Efter slamacklimatisering bör en maximal influenskoncentrationsgräns fastställas baserat på acklimatiseringsgrad och operativ erfarenhet. Långvarigt överskridande kräver åtgärder som att minska inflödet, öka slamåtervinningen eller förbättra syresättningen för att förhindra mikrobiell förgiftning och behandlingsmisslyckande. För närvarande har inga giftiga ämnen som orsakar mikrobiell förgiftning upptäckts i bassängens inlopp.
3.6 Effekten av inflytande chockbelastningar
Den inkommande COD förblir stabilt låg med mindre fluktuationer, och NH₃-N och totalt kväve (TN) håller sig också inom relativt stabila intervall under långa perioder. Nitrifikatorpopulationen förblir relativt fixerad. Men på grund av deras långsamma tillväxthastighet kan en plötslig, signifikant ökning av inflytande NH₃-N eller TN mätta bassängens avskiljningskapacitet, vilket äventyrar avloppsvattnets NH₃-N- och TN-kvalitet.
Teoretiskt följer mikrobiell N- och P-efterfrågan ett BOD5:N:P-förhållande på 100:5:1. N- och P-halten varierar dock mycket med industriavloppsvattentyp. Vissa avloppsvatten är höga i N och P, vilket kräver avlägsnande för att uppfylla standarder. Andra är bristfälliga, vilket kräver tillskott för att undvika att begränsa ämnesomsättningen. För driftbassänger som behandlar avloppsvatten med lågt N/P kan inflödesnivåer på cirka 10 mg/L NH₃-N och 5 mg/L fosfat基本 uppfylla mikrobiella behov. Långvariga nivåer under dessa kräver ökad N/P-dosering.
Daglig drift kräver noggrann övervakning av NH₃-N och TN i alla ingående strömmar och utjämningstankens avlopp, såväl som i återvinningsflöden från justeringstankar, för att förhindra överbelastning av nedströms poleringsenheten och hota slutvattensäkerheten.
4. Slutsats
Som kärnnitrifikationsreaktor i reningsenheten för salthaltigt avloppsvatten kräver fläktluftningsbassängen noggrann daglig övervakning av vattentemperaturen, inflytande NH₃-N och TN. Strikt kontroll av MLSS-koncentrationen, bibehållande av DO runt 3 mg/L och säkerställande av adekvat alkalinitetstillsats är avgörande. Under dessa optimerade åtgärder fungerar systemet stabilt med utmärkt avloppskvalitet: genomsnittlig COD på 54,213 mg/L, NH₃-N på 9,678 mg/L och SS på 23,849 mg/L, vilket helt uppfyller den sekundära biokemiska tankens inflödeskrav. Pågående testning, sammanfattning och optimering från flera aspekter är också avgörande för att ytterligare säkerställa utrustningens tillförlitlighet och effektiviteten i systembehandlingen.