Aplicació de la tecnologia de neteja química en línia per a airejadors de bombolles fines en plantes de tractament d'aigües residuals
Els airejadors de bombolles fines s'utilitzen àmpliament com a equips d'aireació a les plantes de tractament d'aigües residuals a causa de la seva estructura senzilla, l'alta eficiència d'utilització d'oxigen, el rendiment fiable, l'obstrucció de porus resistents a -, la prevenció del retorn d'aigües residuals, la distribució uniforme de l'estrès circumferencial, la llarga vida útil, la facilitat d'instal·lació i manteniment i el baix cost del sistema. Com a component clau per al subministrament d'oxigen en el tractament d'aigües residuals, els sistemes d'aireació de bombolles fines són propensos a l'obstrucció per contaminació i biofilm durant el funcionament a llarg termini-, cosa que suposa un repte important per mantenir el seu rendiment. La tecnologia de neteja química en línia ofereix una solució eficaç a aquest problema.
1. Formació i perills d'obstrucció de l'aireador de bombolles fines
Després d'un funcionament prolongat, els airejadors de bombolles fines són susceptibles a l'obstrucció, normalment classificats com a "obstrucció interna" i "obstrucció externa" segons la forma d'obstrucció contaminant. L'"obstrucció interna" es refereix a la deposició de partícules fines com ara partícules col·loïdals i macromolècules de solut del licor barrejat dins dels porus, que condueixen a l'obstrucció dels porus. L'"obstrucció externa" es refereix a la deposició de substàncies incrustades a la superfície de la membrana orientada al costat de l'aigua. Aquest tipus de bloqueig tendeix a augmentar contínuament la resistència a la descàrrega d'aire de la membrana, donant lloc a un augment de la pressió sobre la membrana i a un augment gradual de la mida dels porus. Amb el pas del temps, això pot causar fàcilment un trencament de la membrana. Una vegada que la membrana es trenca, l'impacte s'estén des de la destrucció de l'eficiència de l'aireació fins al dany estructural del sistema, la qual cosa pot requerir l'aturada per al manteniment o la substitució de l'aireador.
Els problemes d'obstrucció als airejadors de bombolles fines comporten un augment dels riscos operatius:
- Des de la perspectiva del cost del consum elèctric: a mesura que s'obstrueixen els airejadors, la pressió de la canonada augmenta, cosa que obliga els ventiladors a funcionar en condicions de gran-càrrega i alt-energia-consum. Això augmenta el consum d'energia i també afecta la vida útil del ventilador.
- Des d'una perspectiva de risc ambiental: L'aireació desigual redueix les taxes de transferència d'oxigen, limita la flexibilitat del control del procés i pot afectar greument la qualitat de l'efluent en casos greus.
- Des d'una perspectiva de costos econòmics: El cost de la neteja manual després de buidar els dipòsits és elevat.
- Des d'una perspectiva de seguretat: La neteja manual després del buidatge requereix l'entrada als dipòsits per a l'eliminació de fangs, que implica l'entrada d'espais confinats i treballs elèctrics temporals, augmentant així els riscos de perills elèctrics i de seguretat personal.Figura 1mostra el fenomen d'acumulació de fangs per obstrucció de l'aireador.
Per tant, el manteniment i la neteja regulars dels airejadors de bombolles fines és crucial per garantir el seu rendiment operatiu. Els mètodes tradicionals de manteniment i neteja dels airejadors requereixen el buidatge complet dels dipòsits de reacció biològica. El manteniment i la neteja a gran-escala de les instal·lacions de tractament d'aigües residuals poden afectar el tractament i l'abocament normals d'aigües residuals, o requereixen l'aprovació dels departaments governamentals pertinents si es realitza en llocs específics (com ara zones cobertes per xarxes de drenatge urbà o zones de protecció de fonts d'aigua potable). Aquest procés implica múltiples operacions perilloses (per exemple, entrada a espais confinats) amb nombrosos riscos i inconvenients, que imposen càrregues econòmiques importants i costos potencials (per exemple, coordinació amb les relacions governamentals, capacitat de tractament reduïda durant el manteniment, ajust de la qualitat de l'aigua, riscos de seguretat) a les plantes de tractament d'aigües residuals. La pressió i els reptes que suposa el buidatge per al manteniment fan que la viabilitat del buidatge regular per a la neteja de l'aireador sigui relativament feble.
Tenint en compte els nombrosos inconvenients de la neteja manual tradicional després del buidatge{0}}l'alt cost, l'alt risc operatiu i l'eficàcia de la neteja subòptima-, la investigació sobre la neteja en línia d'airejadors de bombolles fines mitjançant dispositius de dosificació de productes químics en línia en condicions d'aireació normals és especialment important.
Aquest estudi va seleccionar un projecte de planta com a lloc de prova de camp per a la tecnologia de neteja química en línia. La planta té una capacitat total de tractament d'aigües residuals de 600.000 tones diàries, construïdes en quatre fases. El projecte de tercera-fase té una capacitat de tractament de 100.000 tones diàries, mitjançant un procés AAO; el projecte de quarta-fase té una capacitat de tractament de 200.000 tones diàries, mitjançant un procés MBR. La qualitat de l'efluent compleix la norma de grau A de GB 18918-2002 "Norma d'abocament de contaminants per a estacions de tractament d'aigües residuals municipals". La neteja en línia es va realitzar en airejadors de bombolles fines als tancs aeròbics de la tercera i quarta fase, que portaven 6-7 anys en funcionament.
2. Principi de tecnologia de neteja química en línia
La tecnologia de neteja química en línia implica l'addició d'agents químics específics al sistema d'aireació per dissoldre o dispersar les substàncies que obstrueixen mitjançant l'acció química. Aquests agents poden ser àcids, alcalins, oxidants o quelants. Per exemple, alguns agents àcids poden dissoldre precipitats alcalins com el carbonat de calci, mentre que els agents oxidants poden descompondre els bloquejos orgànics produïts pels microorganismes.
2.1 Anàlisi de contaminants comuns
Els contaminants que s'adhereixen a les superfícies dels airejadors són diversos i la seva composició està estretament relacionada amb les característiques de les aigües residuals, els processos de tractament i les condicions operatives. Els contaminants comuns s'analitzen de la següent manera:
- Contaminants inorgànics: Inclou compostos de calci i magnesi, sulfurs, òxids metàl·lics i hidròxids, originats principalment per precipitació química i sobresaturació d'ions. Els seus principals impactes sobre els airejadors inclouen l'obstrucció dels porus, la reducció de l'eficiència de l'aireació, l'augment del consum d'energia del sistema, l'augment de la resistència a l'aireació i la disminució de l'eficiència de transferència d'oxigen.
- Contaminants orgànics: Inclou biofilm microbià, partícules orgàniques en suspensió, greixos/olis i col·loides orgànics. El biofilm microbià es forma principalment a causa de la colonització microbiana i l'adhesió de la substància polimèrica extracel·lular (EPS). Els seus perills inclouen la creació de microambients anaeròbics i l'alliberament de gasos tòxics (per exemple, H₂S). Els col·loides orgànics es formen a causa de les interaccions hidrofòbiques i l'adsorció electrostàtica, creant capes hidrofòbiques que dificulten l'alliberament de gasos i afecten la uniformitat de l'aireació.
- Contaminants compostos (inorgànics{0}}escala orgànica mixta): Inclou l'adhesió de partícules d'escala-química biològica i de partícules de fang, formada principalment per atrapament físic i enllaç químic. Els seus efectes inclouen cobrir la superfície de l'airedor, reduir l'àrea d'aireació efectiva, accelerar l'envelliment de l'equip i escurçar els cicles de manteniment.
Mitjançant les inspeccions de manteniment del sistema d'aireació de la planta, s'han identificat els problemes següents: ① El funcionament prolongat sota l'aigua dels airejadors, juntament amb l'augment de la vida útil, va provocar un envelliment important dels segells O-en els punts de connexió, donant lloc a fuites de gas; ② Durant l'operació, la deposició contínua de fangs i els ajustos en el control del procés de producció van donar lloc a concentracions més elevades de fang en determinades zones, provocant indirectament una escalada severa a les superfícies de la membrana de l'aireador, tal com es mostra aFigura 2; ③ Quan la concentració de fangs als dipòsits de reacció biològica és massa alta, l'edat dels fangs s'estén, augmentant l'oxigen dissolt necessari per a l'activitat microbiana normal i augmentant les demandes del sistema de subministrament d'oxigen; ④ L'augment de la densitat del licor barrejat als tancs d'aireació augmenta la resistència, donant lloc a un major consum d'energia per a l'aireació mecànica o per ventilador; ⑤ Alguna contaminació havia penetrat als porus d'aireació, afectant l'aireació del sistema, tal com es mostra aFigura 3. A partir de les causes de la formació de contaminants, es va determinar que l'escala de les superfícies de l'aireador contenia contaminants inorgànics, matèria orgànica, proteïnes, etc.
2.2 Selecció d'agents de neteja
Per als tipus de contaminació de la membrana, cal seleccionar agents de neteja químics adequats. Aquests agents poden penetrar a través dels porus d'aireació de la paret del tub fins a l'espai entre la membrana i la paret del tub, aconseguint la neteja de la superfície de la membrana i els seus porus. La selecció del tipus d'agent de neteja s'ha de basar en les propietats fisicoquímiques reals de la membrana, els tipus de contaminants i el grau d'encrassement. L'agent de neteja ha de ser biodegradable i no-tòxic per als organismes, capaç d'eliminar eficaçment l'escombra inorgànica de les parets de la canonada d'aire i dins dels difusors. Ha de tenir una bona eficàcia de neteja contra els bloquejos (també coneguts com a "-obstrucció en fase gasosa") causats per contaminants, partícules o pols a l'entrada d'aire dels sistemes d'aireació del ventilador, fuites d'oli dels ventiladors i òxid de les canonades d'aire internes.
Els agents de neteja alcalins inclouen hidròxid de sodi, carbonat de sodi, fosfat de sodi, silicat de sodi, hidròxid de potassi, etc. L'hidròxid de sodi és un agent químic comú en els processos de tractament d'aigües residuals per augmentar el pH de les aigües residuals, de manera que es pot seleccionar com a agent de neteja alcalí.
Els agents de neteja àcids inclouen l'àcid sulfúric, l'àcid clorhídric, l'àcid nítric, l'àcid cítric, l'àcid oxàlic, l'àcid fosfòric, etc. Atès que el citrat té una forta capacitat quelant per a ions com el manganès i el ferro, i en la pràctica, en comparació amb els àcids minerals, l'àcid cítric és relativament feble, menys corrosiu per als equips, més segur i fàcilment seleccionat per l'àcid cítric com a àcid cítric biodegradable. agent de neteja.
Taula 1mostra les categories i el rendiment dels agents de neteja que s'utilitzen habitualment per a l'encrassement de membranes.
2.3 Disseny del dispositiu de neteja en línia
Atesa la pressió en els sistemes d'aireació de bombolles fines i les nombroses canonades de branca, el disseny d'un dispositiu de dosificació en línia adequat per a airejadors de bombolles fines és especialment important. El dispositiu de neteja de dosificació dissenyat en aquest estudi inclou una unitat de dissolució/dilució i una unitat de dosificació, tal com es mostra aFigura 4.
La unitat de dissolució/dilució consisteix principalment en un dipòsit de preparació, un agitador i un indicador de nivell, utilitzats per dissoldre i diluir els agents. Injectant una certa quantitat d'aigua al dipòsit de preparació, afegint l'agent i posant en marxa l'agitador, es pot preparar un agent de concentració específica per a la unitat de dosificació.
La unitat de dosificació consta principalment d'un dipòsit de dosificació, vàlvula d'escapament, vàlvula de dosificació, vàlvula d'equilibri, vàlvula d'alimentació i alguns sistemes de canonades. La part inferior del dipòsit de dosificació està connectada a una canonada de dosificació, que es ramifica encara més en múltiples sub-conductes de dosificació. Tots els sub-tubs de dosificació estan connectats un-a-un amb múltiples tubs de derivació d'aireació, que al seu torn es connecten a diversos airejadors de bombolles fines, aconseguint així el propòsit de netejar els airejadors de bombolles fines.
Durant la implementació, es va perforar un forat de Φ15 mm a cada tub de branca d'aireació dels tancs de reacció biològica com a port de dosificació, a través del qual es va instal·lar un tub de dosificació de niló per lliurar l'agent als airejadors de bombolles fines, reduint la pèrdua d'agent. Simultàniament, es va perforar un forat addicional a la canonada de la branca d'aeració com a canonada de gas d'equilibri per igualar la pressió entre el dipòsit de dosificació i la canonada de la branca d'aeració. Els forats perforats a les canonades de branca d'aeració es tanquen amb taps durant el funcionament normal i s'instal·len accessoris de terminal de connexió ràpida-durant la dosificació per permetre una instal·lació i desmuntatge ràpides.
3. Aplicació del Dispositiu de neteja de dosificació en línia
En aquest experiment de neteja de dosificació en línia, els airejadors de bombolles fines es van col·locar als dipòsits biològics. Es va injectar una solució de neteja específica a les membranes de l'aireador de bombolles fines a través de les canonades de la branca d'aireació, permetent-la fluir cap al costat d'alimentació per descompondre la matèria orgànica adherida a la superfície de la membrana, restaurant així la diferència de pressió transmembrana i aconseguint l'efecte de neteja. El disseny experimental es va basar en tres variables: tipus d'agent, concentració d'agent i temps de neteja. L'esquema de prova es mostra aTaula 2.
3.1 Anàlisi de l'efecte de neteja de la dosificació en línia
Després de la neteja, l'observació sensorial de la superfície d'aireació al lloc va mostrar mides de bombolles més petites que s'escapaven de la superfície del dipòsit d'aireació i una aireació més uniforme.Figura 5mostra l'aspecte sensorial de l'aireació abans i després de la neteja.
Després de netejar amb diferents tipus i concentracions d'agent, els airejadors van mostrar constantment un augment del cabal i una disminució de la pressió de la canonada, amb els cabals restaurats. L'eficiència de l'aireació es va restaurar en diferents graus després del tractament amb diferents mètodes de neteja. Les dades combinades sobre l'augment del flux d'aire i la disminució de la pressió de la canonada indiquen que diferents tipus d'agent, concentracions i temps de neteja tenen efectes diferents en la restauració de l'aireador.Figures 6 i 7mostren els canvis en el cabal i la pressió abans i després de la neteja, respectivament.
L'eficiència de restauració dels airejadors després de la neteja amb hidròxid de sodi va ser lleugerament inferior a la després de l'àcid cítric. L'alta solubilitat de l'hidròxid de sodi a l'aigua condueix a un alliberament de calor important quan es dissol. Juntament amb la seva forta higroscopicitat, alcalinitat i corrosivitat, aquestes propietats requereixen prendre precaucions addicionals en les operacions pràctiques. Des de la perspectiva de la seguretat de l'operació de neteja, l'hidròxid de sodi no és l'agent de neteja preferit. Per tant, a l'hora de seleccionar agents de neteja, s'han d'avaluar acuradament la seva seguretat i conveniència operativa per garantir la seguretat de l'operador i l'eficàcia òptima de la neteja.
Els resultats de les proves van mostrar que després de la neteja de dosificació en línia, l'aireació dels dipòsits biològics es va fer més uniforme, el cabal dels airejadors de bombolles fines va augmentar, la pressió de la canonada va disminuir significativament i l'efecte de neteja va ser notable.
3.2 Avantatges tècnics
- Redueix el temps d'inactivitat: En comparació amb la neteja de desmuntatge tradicional, la neteja de dosificació en línia no requereix aturar el sistema d'aireació, evitant interrupcions en el procés de tractament d'aigües residuals i una reducció de l'eficiència del tractament causada per les parades.
- Millora l'eficiència de neteja: els agents poden penetrar profundament als porus, netejant eficaçment les zones obstruïdes per{0}}-aconseguir. Després de l'aplicació en algunes plantes de tractament d'aigües residuals domèstiques, la uniformitat de l'aireació va millorar notablement i l'eficiència de transferència d'oxigen va augmentar significativament.
- Redueix la intensitat laboral i els costos: Elimina la necessitat de desmuntatge i muntatge manual dels airejadors, reduint el treball manual i el risc de danys a l'equip per desmuntatges freqüents, estalviant així costos de manteniment. El cost de la neteja química en línia per als airejadors de bombolles fines és de 0,47 RMB/tona, mentre que el cost de la neteja manual tradicional dels airejadors antics és de 13,3 RMB/tona. Es calcula que l'estalvi anual en costos de neteja de l'aireador de bombolles fines ascendeix a 515.000 RMB. En comparació amb la neteja manual tradicional d'airejadors antics, la neteja química en línia ofereix avantatges econòmics importants.
- Amplia la vida útil dels equips d'aireació: Mitjançant la neteja química en línia, l'efecte d'aireació dels airejadors de bombolles fines es millora eficaçment, millorant el rendiment de l'airejador i, fins a cert punt, allargant la vida útil dels equips d'aireació, reduint eficaçment la càrrega del ventilador.
- Ofereix més opcions per a la programació de la producció i els plans de manteniment: Mitjançant la neteja química en línia, la distribució de bombolles es fa més uniforme, la pressió de la canonada d'aire es redueix eficaçment, el cabal augmenta significativament, millorant considerablement les taxes de transferència d'oxigen i proporcionant una sòlida garantia per a la regulació de la qualitat de l'aigua.
4. Conclusió
La tecnologia de neteja química en línia per a airejadors de bombolles fines té un valor d'aplicació important a les plantes de tractament d'aigües residuals. Mitjançant la seva aplicació racional, es poden resoldre eficaçment els problemes d'obstrucció dels airejadors de bombolles fines, millorar el rendiment del sistema d'aireació, reduir el temps d'inactivitat i els costos operatius i garantir un funcionament estable i eficient de les plantes de tractament d'aigües residuals. Les limitacions de la neteja manual tradicional impulsaran la indústria cap a la neteja en línia. L'aparició de nous equips i sistemes de control intel·ligent redueix significativament la dificultat operativa de la neteja en línia. Juntament amb normatives polítiques i mediambientals que emfatitzen la neutralitat del carboni i el reciclatge dels recursos hídrics, que promouran indirectament l'aplicació de la tecnologia de neteja en línia. En el futur, es poden optimitzar les formulacions d'agents i es poden investigar tecnologies de neteja sinèrgiques multi-agents. A més, es poden dur a terme estratègies de control de dosificació i investigació sobre la intel·ligència dels equips per adaptar-se millor a les necessitats de les diferents plantes de tractament d'aigües residuals.