Комплексні рішення для аномалій DO

Аномальні концентрації розчиненого кисню (РО) є поширеною та складною проблемою на очисних спорудах, що впливає не тільки на якість стоків, але й потенційно викликає ланцюгову реакцію накопичення осаду та збільшення споживання енергії. На додаток до звичайних налаштувань аерації та заходів попередньої обробки води, нижче надано передові рішення для аномалій РЗ у трьох вимірах: інноваційні технології для надзвичайних ситуацій, реструктуризація та оптимізація системи та між-інтеграція міждисциплінарних технологій.

(I) Покращена технологія аерації
Технологія нанобульбашкової аерації
Принцип і переваги: ​​Нанобульбашки діаметром лише 10-200 нм мають велику питому поверхню, повільну швидкість росту та високу ефективність розчинення. Порівняно з традиційними методами аерації, нанобульбашкова аерація може підвищити використання кисню до понад 80%, що в 2-3 рази більше, ніж мікропориста аерація. У надзвичайних ситуаціях із раптовим падінням концентрації DO нанобульбашки можуть швидко підвищити рівень розчиненого кисню у воді, не впливаючи на мікробну спільноту.

Випадок застосування: на станції хімічної очистки стічних вод спостерігалося раптове збільшення концентрації органічних речовин, що припливає, внаслідок чого концентрація розчиненого кисню (РО) впала з 2,5 мг/л до 0,8 мг/л. Після екстреної активації системи нанобульбашкової аерації концентрація DO підскочила вище 2 мг/л лише за 30 хвилин і повернулася до нормального рівня через 2 години, уникаючи ризику перевищення стандартів стоками.

Аварійна система аерації чистого кисню

Застосовні сценарії: якщо звичайні системи аерації не можуть задовольнити надзвичайні потреби в кисні, аерація чистим киснем може бути використана як аварійне доповнення. Кисень із високою-концентрацією подається через резервуари для зберігання рідкого кисню або генератори кисню та безпосередньо впорскується в резервуар для біологічної обробки, значно підвищуючи концентрацію DO за короткий час. Ефективність передачі кисню аерації чистим киснем у 5-10 разів перевищує ефективність аерації повітря, що робить її особливо придатною для екстреного лікування ударів високого навантаження або поломок обладнання для аерації.

Запобіжні заходи: Суворий контроль швидкості впорскування кисню необхідний для аерації чистого кисню, щоб уникнути надмірно високих концентрацій DO, що призводять до мікробного отруєння. Крім того, чистий кисень є відносно дорогим, і його слід використовувати лише як короткочасний-надзвичайний захід, а не для тривалого-безперервного використання. Під час пікових періодів скидання стічних вод очищення резервуарів для бродіння пивоварна очисна станція використовувала аерацію чистим киснем для підтримки стабільної концентрації розчиненого кисню (DO) приблизно 3 мг/л, забезпечуючи ефективне розкладання органічних речовин.

(II) Мікробна покращена технологія відновлення
Цільове дозування функціональних мікробних агентів:
Вибір і застосування агента: для посилення вибираються специфічні функціональні мікробні агенти на основі різних типів аномалій DO. Наприклад, коли споживання DO відбувається повільно через недостатню активність мулу, додавання високоефективних мікробних агентів (таких як Bacillus і Pseudomonas) може швидко підвищити метаболічну здатність мікробів і збільшити споживання кисню. Коли концентрація DO занадто висока, додають денітрифікуючі мікробні агенти, щоб використовувати реакції денітрифікації для споживання надлишку кисню.

Індивідуальна розробка мікробних агентів: деякі очисні споруди співпрацюють з дослідницькими установами для розробки індивідуальних складних мікробних агентів на основі впливової якості води та структури мікробного співтовариства. Фармацевтична очисна станція за допомогою аналізу мікробної спільноти осаду виявила відсутність штамів, які руйнують певні антибіотики. Після цілеспрямованого застосування складного мікробного препарату концентрація РК знизилася з 5 мг/л до 2,8 мг/л, а швидкість виведення антибіотиків зросла на 40 %. Швидка технологія будівництва біоплівки

Вибір носія та метод утворення біоплівки: зважені біологічні носії (такі як поліуретанова губка або керамзит) додають у резервуар для біологічної обробки. Для створення біоплівки на поверхні носія використовується технологія швидкого формування біоплівки. Мікробне співтовариство в біоплівці має стабільну структуру, сильну ударостійкість і може зберігати активність навіть за умов великих коливань концентрації DO. Використовуючи аерацію та змішування в поєднанні з інокуляцією домінантних видів бактерій, утворення біоплівки може бути завершено протягом 7-10 днів, збільшуючи очисну здатність біологічної системи на 20%-30%.

Результати застосування: муніципальна очисна станція спостерігала зниження активності мулу та надмірний вміст аміачного азоту в стічних водах через довгострокові-коливання концентрації DO. Завдяки додаванню біологічних носіїв керамзиту та інокуляції нітрифікуючими бактеріями концентрація DO стабілізувалася на рівні 2-3 мг/л після утворення біоплівки, а швидкість видалення аміачного азоту зросла з 60% до 95%, що значно покращило рівень відповідності якості стоків.

(I) Оновлення та трансформація маршруту процесу

Багато-етапна оптимізація процесу AO

Сегментований приплив і точна аерація: модернізація традиційного процесу АО до багато-етапного процесу АО за допомогою сегментованого припливу та незалежного контролю аерації забезпечує точне регулювання концентрації DO в різних зонах. Наприклад, у безкисневій зоні першого{2}}ступеню концентрація DO контролюється<0.5 mg/L to enhance denitrification; in the aerobic zone, the aeration rate is adjusted according to the influent load to stabilize the DO concentration at 2-4 mg/L. After adopting the multi-stage AO process, a wastewater treatment plant reduced the DO concentration fluctuation range from ±1 mg/L to ±0.3 mg/L, and the denitrification efficiency increased by 30%.

Додавання проміжного відстійника: додавання проміжного відстійника до багато-ступінчастого процесу AO забезпечує роздільне керування поверненням осаду та поверненням змішаного розчину. Проміжний відстійник може видалити частину мулу, зменшивши концентрацію мулу в наступній аеробній зоні та зменшивши споживання кисню; у той же час повернення змішаної рідини може переносити більше нітратів у безкисневу зону, покращуючи ефективність денітрифікації. Станція очищення стічних вод в індустріальному парку знизила концентрацію DO в аеробній зоні на 0,5 мг/л і зменшила споживання енергії на аерацію на 15% завдяки додаванню проміжного відстійника.

Глибока оптимізація процесу MBR: коригування схеми мембранного модуля та методу аерації: у мембранному біореакторі (MBR) оптимізація компонування мембранного модуля та методу аерації може ефективно контролювати розподіл концентрації DO. Комбінація нижньої аерації та бічної аерації використовується для задоволення потреби мікроорганізмів у кисні, одночасно створюючи силу зсуву для запобігання засміченню мембрани. Одночасно онлайн-моніторинг концентрації DO в мембранному резервуарі дозволяє -регулювати швидкість аерації в реальному часі, запобігаючи надмірній аерації, яка може призвести до високих концентрацій DO. Після оптимізації концентрація DO в системі MBR станції очищення стічних вод харчового заводу стабілізувалася на рівні 1,5-2,5 мг/л, а цикл очищення мембрани подовжено з 30 днів до 60 днів.

MBR у поєднанні з вдосконаленими процесами окислення: коли концентрація DO в системі MBR є ненормальною через непокірну органічну речовину у потокі, що надходить, поєднуються передові процеси окислення (такі як окислення озоном і окислення Фентона) для попередньої обробки потоку. Розширене окислення може розкласти непокірну органічну речовину на речовини, які легко біологічно розкладаються, зменшуючи навантаження біохімічної обробки та стабілізуючи концентрацію DO. Після впровадження процесу MBR-з озоновим зв’язком, на станції очищення стічних вод для фарбування та друку концентрація DO зросла з 1,2 мг/л до 2,2 мг/л, а швидкість видалення ГПК зросла з 75% до 90%.

(II) Відновлення та переробка енергії
Анаеробне зброджування осаду для виробництва електроенергії та аерації
Принцип процесу: надлишок осаду подається в анаеробний метантенк. Отриманий біогаз використовується для виробництва електроенергії через паливні елементи, що забезпечує живлення обладнання для аерації. Одночасно дигестат після анаеробного зброджування багатий поживними речовинами, такими як азот і фосфор, які можна повернути в біохімічний резервуар для поповнення мікробних поживних речовин, сприяння мікробному метаболізму та стабілізації концентрації DO. Станція очищення стічних вод за допомогою анаеробного зброджування осаду для виробництва електроенергії задовольнила 30% потреб системи аерації в електроенергії, заощаджуючи приблизно 800 000 юанів на електроенергії щорічно, одночасно покращуючи стабільність концентрації DO на 25%.

Контроль повернення дигестату: суворо контролюйте швидкість повернення дигестату, щоб уникнути надмірного росту мікробів через надмірну кількість поживних речовин, що збільшить споживання кисню. За допомогою моніторингу концентрації азоту та фосфору в резервуарі для біологічної обробки регулюється частка рециркуляції суспензії біогазу, яка зазвичай контролюється на рівні 5%-10% від швидкості потоку.

Рекуперація відпрацьованого тепла та контроль температури води

Система рекуперації відпрацьованого тепла збирає відпрацьоване тепло, яке утворюється під час очищення стічних вод (наприклад, розсіювання тепла від обладнання для аерації та утворення тепла від анаеробного зброджування), перетворюючи його в гарячу воду за допомогою системи теплового насоса для регулювання температури води в резервуарі біологічної обробки. Температура води є вирішальним фактором, що впливає на розчинність кисню та активність мікробів. Підтримання температури води на рівні 20-30 градусів сприяє стабілізації розчинності кисню та оптимізації мікробної діяльності. Станція очищення стічних вод на півночі Китаю за допомогою своєї системи рекуперації відпрацьованого тепла підвищила температуру води в резервуарі для біологічної очистки з 12 градусів до 22 градусів взимку, збільшила концентрацію розчиненого кисню (РО) на 0,8 мг/л і покращила ефективність очищення на 20%.

Контроль температури води та концентрації DO-: встановлюється модель спільного{1}}контролю між температурою води та концентрацією DO. Коли температура води підвищується, швидкість аерації відповідно збільшується, щоб компенсувати зниження розчинності кисню; коли температура води падає, швидкість аерації зменшується, щоб запобігти надмірно високим концентраціям DO. Цей динамічний контроль гарантує, що концентрація DO залишається стабільною в межах відповідного діапазону.

(I) Застосування технологій Інтернету речей і великих даних

Інтелектуальна система прогнозування та раннього попередження концентрації DO

Аналіз злиття даних із багатьох-джерел: інтегруючи інформацію з багатьох{1}}джерел, як-от якість води, що надходить, кількість води, робочі параметри обладнання для аерації та метеорологічні дані, модель прогнозування концентрації DO створюється за допомогою аналізу великих даних. Ця модель може передбачати тенденції концентрації DO за 24 години наперед. Коли прогнозована концентрація DO перевищить нормальний діапазон, він автоматично запускає раннє попередження та надсилає пропозиції щодо оптимізації. Інтелектуальна система раннього попередження на станції очищення стічних вод досягла рівня точності 95%, зменшивши час реакції для обробки аномалій концентрації DO з 2 годин до 30 хвилин.

Дистанційне керування та безпілотна робота: на основі технології IoT досягається дистанційне керування обладнанням для аерації та безпілотне керування резервуарами для біологічної обробки. Оператори можуть контролювати концентрацію DO та робочий стан обладнання в режимі реального часу за допомогою мобільного додатку або комп’ютера та дистанційно регулювати такі параметри, як швидкість аерації та коефіцієнт повернення осаду. Після впровадження безпілотної системи керування станцією очищення стічних вод у гірській місцевості рівень стабільності концентрації DO зріс до 98%, а витрати на оплату праці зменшилися на 60%. Симуляція та оптимізація цифрової подвійної системи

Конструкція віртуального біохімічного резервуару: віртуальна модель біохімічного резервуару побудована за допомогою технології цифрових близнюків для моделювання розподілу концентрації DO та мікробних метаболічних процесів за різних умов впливу та робочих параметрів. За допомогою віртуальних експериментів оптимізуються такі параметри, як стратегії аерації та коефіцієнти повернення осаду, а потім оптимальне рішення застосовується до фактичного виробництва. Станція очищення стічних вод за допомогою моделювання цифрової подвійної системи виявила, що регулювання відстані між головками аерації з 1,2 метра до 1 метра покращило рівномірність концентрації DO на 20%, а фактичний ефект після модифікації узгоджувався з результатами моделювання.

Симуляція несправностей і надзвичайні тренування: аномальні сценарії концентрації DO (такі як збій аераційного обладнання та впливові удари навантаження) моделюються в цифровій подвійній системі, а також проводяться віртуальні надзвичайні тренування, щоб покращити можливості реагування операторів. Завдяки повторним тренуванням оператори ближче познайомилися з процедурами поводження з аномаліями DO, і фактичний час реагування на надзвичайні ситуації було скорочено на 40%.

(II) Розробка нових матеріалів і передового обладнання

Інтелектуальні аераційні мембранні матеріали

Характеристики та переваги матеріалу: новий матеріал для інтелектуальної аераційної мембрани має високу пористість, високу ефективність передачі кисню та сильну здатність проти-забруднення. Розумне покриття на поверхні мембрани автоматично регулює розмір пор відповідно до концентрації DO. Коли концентрація DO занадто висока, пори звужуються, зменшуючи передачу кисню; коли концентрація DO занадто низька, пори розширюються, збільшуючи передачу кисню. Ефективність передачі кисню інтелектуальної аераційної мембрани більш ніж на 50% вище, ніж у традиційних аераційних головок, при цьому споживання енергії знижується на 30%.

Перспективи застосування: матеріал для інтелектуальної аераційної мембрани наразі перебуває на стадії пілотного-масштабу та, як очікується, досягне широкомасштабного-застосування протягом наступних 3-5 років. Результати пілотного масштабу дослідницької установи показують, що діапазон коливань концентрації DO в резервуарі для біологічної очистки з використанням інтелектуальної аераційної мембрани становить лише ±0,2 мг/л, а ефект очищення значно кращий, ніж у традиційних систем аерації.

Підводний робот моніторингу-концентрації DO в реальному часі

Особливості. Підводний робот оснащено високо-точним датчиком DO, аналізатором якості води та камерою. Він може автономно переміщатися в резервуарі біологічної очистки, відстежуючи концентрацію DO та параметри якості води в різних зонах у реальному часі. Робот передає дані в центральну диспетчерську через бездротовий зв’язок, дозволяючи операторам інтуїтивно розуміти розподіл концентрації DO та швидко визначати області з аномальними рівнями DO.

Інноваційне застосування: після впровадження підводного робота-моніторингу DO велика очисна станція виявила мертву зону з низькою концентрацією DO в кутку резервуара для біологічної очистки. Завдяки регулюванню схеми аераційної головки було усунено нерівномірний розподіл концентрації DO, покращивши загальну ефективність обробки на 10%.

Висновок. Щоб вирішити проблеми з аномальною концентрацією DO, потрібно подолати традиційне мислення та поєднати інноваційні технології для надзвичайних ситуацій, реконструкцію й оптимізацію системи, а також між{0}}інтеграцію міждисциплінарних технологій для створення диверсифікованих і багато{1}}рівневих рішень. Від короткострокових-надзвичайних заходів, таких як нанобульбашкова аерація та додавання функціонального бактеріального агента, до довгострокової-оптимізації системи за допомогою модернізації процесів і рекуперації енергії, і далі до найсучасніших-технологій, таких як додатки Інтернету речей і розробка нових матеріалів, кожна технологія пропонує нові ідеї для вирішення аномальних концентрацій DO. У майбутньому, з постійним технологічним прогресом та інноваціями, контроль концентрації DO стане більш точним і ефективним, забезпечуючи надійну гарантію стабільної роботи очисних споруд і досягнення стандартів якості води.