Проектирование и ввод в эксплуатацию системы точной аэрации для многоступенчатой станции очистки сточных вод АОА
Обзор
Очистка сточных вод является жизненно важным компонентом городского строительства. В последние годы индустрия очистки сточных вод в Китае быстро развивалась. Активное участие предприятий по очистке сточных вод в совместном сокращении выбросов служит важной поддержкой для построения низко-углеродного общества, развития низко-углеродной экономики и достижения устойчивого городского развития. В рамках программы «Двойной углерод» внимание промышленности привлекла концепция низко-очистных сооружений. Чтобы согласовать стратегию развития низко-станций по очистке сточных вод, необходимо проанализировать и изучить ключевые факторы, влияющие на энергосбережение и сокращение выбросов.
В большинстве случаев при очистке бытовых сточных вод используются процессы с активным илом. Ключевым фактором в этой обработке является подача соответствующего количества кислорода для реакций окисления микроорганизмов в биологических резервуарах, поэтому контроль объема аэрации имеет решающее значение. Традиционное управление аэрацией, осуществляемое с помощью ручных переключателей, в первую очередь опирается на опыт-операторов на объекте, что приводит к значительной неопределенности и потерям. Чтобы добиться автоматического управления точными системами аэрации и сократить ручное вмешательство, исследователи тщательно изучили методы управления аэрацией, включая нечеткое управление, нейронные сети, нечеткие нейронные сети, генетические алгоритмы и машины опорных векторов. В этом документе основное внимание уделяется многоэтапному процессу AAO на станции очистки сточных вод в Шэньчжэне, анализируется и обобщается процесс проектирования и ввода в эксплуатацию точной системы аэрации, чтобы предоставить ссылки на аналогичные проекты.
1 Обзор системы
1.1 Принцип системы точной аэрации
Биологическая очистка является наиболее важным этапом процесса очистки сточных вод, обычно направленным на удаление или уменьшение количества целевых веществ в сточных водах для соответствия стандартам сброса путем поддержания устойчивого и эффективного роста микробов и стимулирования биохимических процессов. Традиционные стратегии управления не могут своевременно и точно реагировать на изменения рабочих параметров современных очистных сооружений. Во время первоначальной пробной эксплуатации настройки часто вносятся только в воздуходувки или концевые аэрационные трубы, что не позволяет обеспечить в реальном времени-времени-регулирование объема аэрации в реакционных резервуарах в зависимости от фактических изменений эксплуатационных условий, обеспечивая при этом экономию энергии.
Растворенный кислород (РК) является основным фактором, влияющим на процесс биологической очистки. Качество контроля растворенного кислорода напрямую влияет на эффективность очистки сточных вод. Точная система аэрации представляет собой многопараметрический метод управления, сочетающий в себе «упреждающую связь + обратную связь + модель», эффективно учитывающий такие характеристики, как большие временные задержки и нелинейность на очистных сооружениях. Он всесторонне учитывает воздуходувки, регулирующие клапаны на аэрационных трубопроводах, а также раствор кислорода и водную нагрузку, чтобы обеспечить точный контроль над процессом биологической реакции, обеспечивая аэрацию по-требованию, тем самым повышая эксплуатационную стабильность системы и экономя энергию.
На станциях очистки сточных вод сигналы прямой связи в основном включают сигналы притока и качества; Сигналы обратной связи в основном включают в себя DO, взвешенные вещества в растворе (MLSS) и сигналы уровня биологического резервуара.
Стратегия управления DO в точных системах аэрации обычно имеет два подхода: установка целевого значения управления как постоянного значения или как динамического значения.
Обычно в соответствии со стратегией, в которой целевой показатель контроля растворенного кислорода устанавливается как постоянное значение, точная система аэрации рассчитывает необходимый объем воздуха для каждой зоны биологического резервуара и общий требуемый объем воздуха на основе таких сигналов, как качество притока, поток притока, заданное значение растворенного кислорода и MLSS биологического резервуара. Затем он настраивает основную систему управления вентилятором и электрические клапаны на аэрационных трубах так, чтобы подача воздуха соответствовала потребности, тем самым достигая контроля целевого значения DO.
Применяя точную систему аэрации, очистные сооружения могут лучше достичь следующих целей:
(1) Снижение энергопотребления на единицу очищенных сточных вод, что снижает затраты.
(2) Повышение общей стабильности и надежности операций по очистке сточных вод.
(3) Автоматически регулируйте аэрацию в зависимости от нагрузки на очищенную воду и загрязнения, обеспечивая аэрацию-по требованию и автоматическое управление.
(4) Улучшить качество сточных вод и повысить уровень соблюдения требований к качеству сточных вод.
1.2 Общая конструкция системы точной аэрации
Проектная мощность очистных сооружений составляет 50 000 м³/сутки. Он использует многоэтапный процесс AAO и оснащен двумя биологическими резервуарами. Основные показатели качества сточных вод соответствуют IV классу поверхностных вод. Схема процесса очистки сточных вод представлена на рис.Рисунок 1.
В проекте имеется 2 биологических резервуара. Каждый биологический резервуар разделен на 6 зон контроля растворенного кислорода, в результате чего в биологических резервуарах завода образуется 12 зон контроля растворенного кислорода. Схема конструкции точной системы аэрации показана на рис.Рисунок 2.
Для достижения точной аэрации необходима полная сеть управления системой точной аэрации. Топология автоматизированной связи точной системы аэрации показана на рис.Рисунок 3.
Мастер-станция точной системы аэрации напрямую получает необходимые параметры от аэрационных нагнетателей через связь, собирает сигналы от приборов мониторинга на объекте и отправляет команды регулирования на клапаны оборудования и систему нагнетателей, тем самым обеспечивая полное автоматическое управление процессом аэрации и скоординированное регулирование клапанов регулирования расхода и нагнетателей.
1.3 Аппаратные компоненты системы точной аэрации
Для каждой зоны контроля растворенного кислорода настроен один онлайн-анализатор растворенного кислорода. На аэрационном патрубке, соответствующем каждой зоне регулирования РК, расположены один расходомер теплового газа и один электрический регулирующий клапан. На главном отводящем трубопроводе воздуходувки установлены один расходомер теплового газа и один датчик давления.
Таблица конфигурации оборудования и приборов для точной системы аэрации показана на рис.Таблица 1.
1.4 Программные компоненты системы точной аэрации
Программное обеспечение системы точной аэрации устанавливается и работает на рабочей станции системы точной аэрации, служащей основным процессором системы. На основе собранных полевых сигналов это устройство рассчитывает биологическую потребность биологических резервуаров в воздухе с помощью модели и одновременно выдает команды регулировки на полевые устройства управления. Функционально он включает в себя основные модули, такие как модуль расчета объема аэрации, модуль распределения воздуха и модуль настройки оптимизации вентилятора.
Программное обеспечение системы точной аэрации в первую очередь разрабатывается с учетом следующих двух аспектов:
(1) Точная система аэрации делит аэробную секцию на несколько независимых зон контроля растворенного кислорода, способных адаптироваться к требованиям потока управления процессом, автоматически регулируя поток аэрации в соответствии с условиями процесса распределения растворенного кислорода, требуемыми установками обработки.
(2) Точная система аэрации позволяет пользователям независимо устанавливать целевые уровни растворенного кислорода и поддерживает динамические заданные значения растворенного кислорода. Учитывая удобство и оперативность, соответствующие данные можно просмотреть и настроить в центральной диспетчерской.
Механизм управления точной аэрацией определяет приоритет поля, за которым следует центральный верхний компьютер управления, в основном включающий управление клапанами и управление воздуходувкой.
Управление клапаном имеет два режима: режим местного управления и режим дистанционного управления. На верхнем компьютере центрального управления есть два варианта: ручной режим и режим точной аэрации.
Регулирование давления вентилятора включает в себя:
(1) Когда главный шкаф управления переходит в локальный режим, заданное значение давления можно установить вручную локально.
(2) Когда главный шкаф управления переходит в дистанционный автоматический режим, настройка давления делится на два режима: ручной и точный аэрация, а управление переключается на центральную диспетчерскую.
Поскольку она имеет три режима управления - полный автоматический контроль, частичный автоматический контроль и принудительное ручное управление - и позволяет переключать режимы либо на-объекте, либо в главном диспетчерском пункте, точная система аэрации может адекватно справляться с различными ситуациями, возникающими во время работы очистных сооружений.
1.5 Функции системы точной аэрации
1.5.1 Расчет потребности в воздухе
Точная система аэрации может динамически рассчитывать фактическую потребность в воздухе на основе изменений различных факторов в биологических резервуарах, что позволяет системе аэрации подавать воздух по требованию. Модель расчета потребности в воздухе для точной системы аэрации показана на рис.Фигура4.
При практическом применении точного управления аэрацией на очистных сооружениях точная система аэрации может рассчитывать фактическую потребность в воздухе в режиме реального-времени по мере изменения притока и качественных нагрузок, обеспечивая разумную аэрацию, соответствующую биохимическим требованиям, одновременно экономя ненужное потребление энергии на аэрацию.
1.5.2 Распределение объема аэрации
Точная система аэрации включает в себя несколько блоков управления аэрацией. В системе реализована стратегия управления развязкой нескольких-клапанов для подавления помех от регулировок одного-клапана на других клапанах. Он также обладает стратегией управления оптимальным открытием нескольких-клапанов, позволяющей быстро и оптимально регулировать открытие клапана для достижения быстрой и точной передачи и распределения объема аэрации между различными блоками управления аэрацией.
1.5.3 Управление оптимизацией вентилятора
Экономия энергии в процессе аэрации достигается за счет оптимизации работы воздуходувки. Основой системы аэрации является регулирование работы вентилятора в зависимости от рабочих параметров. С одной стороны, регулировка вентилятора должна учитывать фактические рабочие параметры; с другой стороны, регулировка вентилятора должна также учитывать защиту оборудования. Общий принцип заключается в том, чтобы эксплуатировать воздуходувки в наиболее экономичных условиях, предотвращая при этом ненормальные условия работы воздуходувки (например, помпаж).
Точная система аэрации рассчитывает необходимый объем воздуха на основе текущих рабочих параметров процесса, а затем отправляет сигнал в шкаф управления вентилятором. Такие операции, как запуск/остановка вентиляторов и регулировка отверстий, выполняются на основе заданного значения общего объема воздуха для удовлетворения потребности биологической системы в аэрации, в то время как давление защиты от помпажа используется для защиты вентиляторов от помпажа. Воздуходувки являются основным технологическим оборудованием на очистных сооружениях. Точная система аэрации должна регулировать работу воздуходувки, чтобы удовлетворить потребность в аэрации биологических резервуаров, предотвращая при этом помпаж воздуходувки.
2 Ввод в эксплуатацию системы точной аэрации
Чтобы обеспечить нормальную работу системы точной аэрации, отдельные устройства внутри системы необходимо сначала поочередно ввести в эксплуатацию. В дальнейшем необходим согласованный ввод в эксплуатацию аэрационных клапанов биорезервуара и воздуходувок, регулирующих объем воздуха нагнетателей и регулирующих контроль давления в трубопроводах. При вводе в эксплуатацию все операции и настройки не должны влиять на производство. В частности, следует обратить особое внимание на меры предосторожности при аварийной эксплуатации воздуходувки:
(1) В течение краткосрочных-периодов значительные колебания открытия вентилятора. В этой системе используются центробежные вентиляторы с магнитными подшипниками, которые могут получать заданные значения, отправляемые точной системой аэрации, в-времени. Воздуходувка регулирует время открытия и действия в зависимости от разницы. Точная система аэрации оснащена механизмом защиты от колебаний вентилятора, предотвращающим всплески, вызванные колебаниями. Возможные причины краткосрочных-значительных колебаний открытия воздуходувки включают внезапные изменения качества приточной воды, несоответствие параметров настройки системы, внезапные изменения давления в трубопроводе и неисправности приборов биологического резервуара. В целях безопасности оборудования, во избежание значительных колебаний давления в трубопроводе и рисков помпажной работы вентилятора, точная система аэрации может быть отключена вручную и переведена в ручной режим.
(2) Во время помпажа вентилятора. При первом вводе в эксплуатацию помпаж вентилятора иногда неизбежен. Возможные причины включают недостаточную координацию между клапанами и нагнетателями, что приводит к повышению давления в трубопроводе и помпажам; или необоснованные параметры самих вентиляторов со слишком быстрой регулировкой открытия, что приводит к помпажам самого вентилятора. При возникновении этой неисправности систему точной аэрации можно отключить вручную и переключить в ручной режим работы.
3 Эффективность контроля растворенного кислорода и результаты энергосбережения системы точной аэрации
3.1 Эффективность контроля растворенного кислорода в системе точной аэрации
Проверка эффективности точной системы аэрации для этого проекта в основном проводилась путем сравнения сценариев с вмешательством системы и без него. Традиционные методы управления не могут своевременно и точно реагировать на воздействие различных возмущений. Когда контролируемое в режиме реального времени значение растворенного кислорода показывает большие колебания, изменение растворенного кислорода (РК) с течением времени в определенном месте биологического резервуара без точной аэрации показано на рисунке.Рисунок 5.
По сравнению с традиционными методами управления биологическим резервуаром, точный метод управления аэрацией позволяет более точно контролировать раствор кислорода в биологическом резервуаре, демонстрируя более высокую адаптируемость, тем самым обеспечивая лучшую аэрацию и экономию энергии. Динамика содержания растворенного кислорода (РК) в определенном месте биологического резервуара с точной аэрацией показана на рисунке.Рисунок 6.
По результатам опытной эксплуатации системы точного контроля в этом проекте вероятность распределения значений растворенного кислорода в пределах ±0,5 мг/л от целевого заданного значения составляет 90%; вероятность в пределах ±0,3 мг/л – 30%; а вероятность в пределах ±0,2 мг/л составляет 20%, что соответствует проектным требованиям и фактическим эксплуатационным потребностям.
3.2 Результаты энергосбережения при контроле растворенного кислорода с помощью системы точной аэрации
На многоступенчатой очистной станции AAO точная система аэрации рассчитывает необходимый общий объем воздуха в-времени на основе текущего приходящего потока и нагрузки во время управления вентилятором. Затем он передает заданное значение общей потребности в воздухе в главный шкаф управления вентилятором, который регулирует работу соответствующих вентиляторов в соответствии с заданным заданием. Это гарантирует, что объем аэрации соответствует фактическим требованиям как в условиях высокой, так и в условиях низкой нагрузки, одновременно снижая ненужное потребление энергии на аэрацию. При традиционном управлении воздуходувки обычно работают непрерывно с относительно высокой мощностью. Благодаря точному управлению воздуходувками с помощью системы аэрации достигается-регулировка рабочей мощности в реальном времени, что позволяет достичь цели экономии энергии.
После внедрения точной системы аэрации многоступенчатая станция очистки сточных вод AAO получает преимущества от нормальной работы очистного оборудования, точных данных приборов, стабильного расхода и качества приточной воды (не превышающей ± 20 % от расчетных значений), достаточного рабочего давления воздуходувки, плавной регулировки объема воздуха и автоматической работы главного шкафа управления при постоянном давлении.
4 Заключение
Применение точной системы аэрации на многоступенчатой очистной установке AAO направлено на обеспечение усовершенствованного оперативного решения для этапа аэрации процесса очистки сточных вод. Точная система аэрации полностью соответствует условиям эксплуатации предприятия, обеспечивая точный контроль аэрации. Благодаря этому микробная биохимическая среда остается стабильной, что помогает очистным сооружениям достичь более эффективной, энергосберегающей и автоматизированной работы системы аэрации, что, как следствие, повышает стабильность качества сточных вод.