Visaptveroši risinājumi DO anomālijām

Nenormālas izšķīdušā skābekļa (DO) koncentrācijas ir izplatīta un sarežģīta problēma notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, kas ietekmē ne tikai notekūdeņu kvalitāti, bet arī potenciāli var izraisīt dūņu masas palielināšanas ķēdes reakciju un palielinātu enerģijas patēriņu. Papildus parastajiem aerācijas regulējumiem un ūdens pirmapstrādes pasākumiem tālāk ir sniegti uzlaboti risinājumi DO anomālijām no trīs dimensijas: avārijas novatoriskas tehnoloģijas, sistēmas pārstrukturēšana un optimizācija, kā arī starpdisciplināra tehnoloģiju integrācija.

(I) Uzlabota aerācijas tehnoloģija
Nanoburbuļu aerācijas tehnoloģija
Princips un priekšrocības: Nanoburbuļiem, kuru diametrs ir tikai 10-200 nm, ir liels īpatnējais virsmas laukums, lēns pieauguma ātrums un augsta šķīdināšanas efektivitāte. Salīdzinot ar tradicionālajām aerācijas metodēm, nanoburbuļu aerācija var palielināt skābekļa izmantošanu līdz vairāk nekā 80%, kas ir 2-3 reizes vairāk nekā mikroporainā aerācija. Ārkārtas gadījumos ar pēkšņu DO koncentrācijas kritumu nanoburbuļi var strauji palielināt izšķīdušā skābekļa līmeni ūdenī, neietekmējot mikrobu kopienu.

Lietošanas gadījums: ķīmiskajā notekūdeņu attīrīšanas iekārtā pēkšņi palielinājās ieplūstošo organisko vielu koncentrācija, kā rezultātā izšķīdušā skābekļa (DO) koncentrācija samazinājās no 2,5 mg/L līdz 0,8 mg/L. Pēc nanoburbuļu aerācijas sistēmas avārijas aktivizēšanas DO koncentrācija tikai 30 minūšu laikā atjaunojās līdz virs 2 mg/l un pēc 2 stundām atgriezās normālā līmenī, izvairoties no riska, ka notekūdeņi varētu pārsniegt standartus.

Tīra skābekļa aerācijas avārijas sistēma

Piemērojamie scenāriji: ja parastās aerācijas sistēmas nevar apmierināt ārkārtas skābekļa pieprasījumu, tīru skābekļa aerāciju var izmantot kā ārkārtas papildinājumu. Augstas-koncentrācijas skābeklis tiek nodrošināts caur šķidrā skābekļa uzglabāšanas tvertnēm vai skābekļa ģeneratoriem un tiek tieši ievadīts bioloģiskās attīrīšanas tvertnē, ievērojami palielinot DO koncentrāciju īsā laikā. Tīrā skābekļa aerācijas skābekļa pārvades efektivitāte ir 5-10 reizes lielāka nekā gaisa aerācijas efektivitāte, tādēļ tā ir īpaši piemērota lielas slodzes triecienu vai aerācijas iekārtu bojājumu ārkārtas ārstēšanai.

Piesardzības pasākumi: Stingra skābekļa ievadīšanas ātruma kontrole ir nepieciešama tīrai skābekļa aerācijai, lai izvairītos no pārmērīgi augstas DO koncentrācijas, kas izraisa saindēšanos ar mikrobiem. Turklāt tīrs skābeklis ir salīdzinoši dārgs, un to vajadzētu izmantot tikai kā īstermiņa-ārkārtas līdzekli, nevis ilgstošai{2}}pārtrauktai lietošanai. Fermentācijas tvertnes tīrīšanas notekūdeņu maksimālās izplūdes periodos alus darītavas notekūdeņu attīrīšanas iekārtā tika izmantota tīra skābekļa aerācija, lai uzturētu stabilu izšķīdušā skābekļa (DO) koncentrāciju aptuveni 3 mg/L, nodrošinot efektīvu organisko vielu sadalīšanos.

(II) Mikrobiāli uzlabota sanācijas tehnoloģija
Funkcionālo mikrobu aģentu mērķtiecīga dozēšana:
Līdzekļa izvēle un pielietošana: specifiski funkcionālie mikrobu līdzekļi tiek atlasīti uzlabošanai, pamatojoties uz dažāda veida DO anomālijām. Piemēram, ja DO patēriņš ir lēns nepietiekamas dūņu aktivitātes dēļ, ļoti efektīvu degradējošu mikrobu aģentu (piemēram, Bacillus un Pseudomonas) pievienošana var ātri uzlabot mikrobu vielmaiņas spēju un palielināt skābekļa patēriņu. Ja DO koncentrācija ir pārāk augsta, tiek pievienoti denitrificējoši mikrobu līdzekļi, lai izmantotu denitrifikācijas reakcijas, lai patērētu lieko skābekli.

Pielāgota mikrobu aģentu izstrāde: dažas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas sadarbojas ar pētniecības iestādēm, lai izstrādātu pielāgotus saliktus mikrobu aģentus, pamatojoties uz ieplūstošā ūdens kvalitāti un mikrobu kopienas struktūru. Farmaceitiskā notekūdeņu attīrīšanas iekārta, analizējot tās dūņu mikrobu kopienu, atklāja tādu celmu trūkumu, kas noārda specifiskas antibiotikas. Pēc mērķtiecīgas salikta mikrobu līdzekļa lietošanas DO koncentrācija samazinājās no 5 mg/L līdz 2,8 mg/L, savukārt antibiotiku izvadīšanas ātrums palielinājās par 40%. Ātrās bioplēves konstrukcijas tehnoloģija

Nesēja izvēles un bioplēves veidošanas metode: bioloģiskās apstrādes tvertnei pievieno suspendētos bioloģiskos nesējus (piemēram, poliuretāna sūkli vai keramzītu). Lai izveidotu bioplēvi uz nesēja virsmas, tiek izmantota ātra bioplēves veidošanas tehnoloģija. Mikrobu kopienai bioplēvē ir stabila struktūra, spēcīga triecienizturība un tā var uzturēt aktivitāti pat lielu DO koncentrācijas svārstību apstākļos. Izmantojot aerāciju un sajaukšanu kombinācijā ar dominējošo baktēriju sugu inokulāciju, bioplēves veidošanos var pabeigt 7-10 dienu laikā, palielinot bioloģiskās sistēmas apstrādes jaudu par 20%-30%.

Lietošanas rezultāti: ilgstošas ​​-DO koncentrācijas svārstības dēļ sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtā novēroja samazinātu dūņu aktivitāti un pārmērīgu amonjaka slāpekļa daudzumu tās notekūdeņos. Pievienojot keramzīta bioloģiskos nesējus un inokulējot ar nitrificējošām baktērijām, pēc bioplēves veidošanās DO koncentrācija stabilizējās pie 2-3 mg/L, un amonjaka slāpekļa atdalīšanas ātrums palielinājās no 60% līdz 95%, būtiski uzlabojot notekūdeņu kvalitātes atbilstības līmeni.

(I) Procesa maršruta jaunināšana un pārveidošana

Daudzpakāpju AO procesa optimizācija

Segmentēta ieplūde un precīza aerācija: tradicionālo AO procesu pārveidojot par daudzpakāpju AO procesu, izmantojot segmentētu ieplūdes un neatkarīgu aerācijas vadību, tiek panākta precīza DO koncentrācijas regulēšana dažādās zonās. Piemēram, pirmajā-boksa zonā DO koncentrācija tiek kontrolēta līdz<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%.

Starpposma sedimentācijas tvertnes pievienošana: pievienojot starpposma sedimentācijas tvertni daudzpakāpju AO procesam, tiek nodrošināta atsevišķa dūņu atgriešanas un jauktā šķidruma atgriešanas kontrole. Starpposma sedimentācijas tvertne var noņemt dažas dūņas, samazinot dūņu koncentrāciju nākamajā aerobajā zonā un samazinot skābekļa patēriņu; tajā pašā laikā jauktā šķidruma atdeve var pārnest vairāk nitrātu anoksiskajā zonā, uzlabojot denitrifikācijas efektivitāti. Notekūdeņu attīrīšanas iekārta industriālajā parkā samazināja DO koncentrāciju aerobajā zonā par 0,5 mg/L un samazināja aerācijas enerģijas patēriņu par 15%, pievienojot starpposma sedimentācijas tvertni.

MBR procesa dziļā optimizācija: membrānas moduļa izkārtojums un aerācijas metodes pielāgošana: membrānas bioreaktorā (MBR), optimizējot membrānas moduļa izkārtojumu un aerācijas metodi, var efektīvi kontrolēt DO koncentrācijas sadalījumu. Apakšējās aerācijas un sānu aerācijas kombinācija tiek izmantota, lai apmierinātu mikroorganismu skābekļa pieprasījumu, vienlaikus radot bīdes spēku, lai novērstu membrānas piesārņošanu. Vienlaikus tiešsaistes DO koncentrācijas uzraudzība membrānas tvertnē ļauj reāllaikā-regulēt aerācijas ātrumu, novēršot pārmērīgu aerāciju, kas var izraisīt augstu DO koncentrāciju. Pēc optimizācijas pārtikas pārstrādes rūpnīcas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas MBR sistēmā DO koncentrācija stabilizējās pie 1,5-2,5 mg/L, un membrānas tīrīšanas cikls tika pagarināts no 30 dienām līdz 60 dienām.

MBR savienots ar uzlabotiem oksidācijas procesiem: ja DO koncentrācija MBR sistēmā ir nenormāla, jo ieplūstošā ūdenī ir nepastāvīgas organiskās vielas, uzlaboti oksidācijas procesi (piemēram, ozona oksidēšana un Fentona oksidēšana) tiek savienoti, lai ieplūstošā viela iepriekš apstrādātu. Uzlabotā oksidēšana var sadalīt nepaklausīgas organiskās vielas viegli bioloģiski noārdāmās vielās, samazinot bioķīmiskās apstrādes slodzi un stabilizējot DO koncentrāciju. Pēc MBR-ozona savienojuma procesa ieviešanas notekūdeņu krāsošanas un drukāšanas attīrīšanas iekārtā DO koncentrācija palielinājās no 1,2 mg/L līdz 2,2 mg/L un ĶSP noņemšanas ātrums palielinājās no 75% līdz 90%.

(II) Enerģijas reģenerācija un pārstrāde
Dūņu anaerobā pārstrāde elektroenerģijas ražošanai un aerācijai
Procesa princips: liekās dūņas tiek ievadītas anaerobajā bioreaktorā. Saražotā biogāze tiek izmantota elektroenerģijas ražošanai caur kurināmā elementiem, nodrošinot enerģiju aerācijas iekārtām. Tajā pašā laikā digestāts pēc anaerobās fermentācijas ir bagāts ar tādām barības vielām kā slāpeklis un fosfors, ko var atgriezt bioķīmiskajā tvertnē, lai papildinātu mikrobu barības vielas, veicinātu mikrobu metabolismu un stabilizētu DO koncentrāciju. Notekūdeņu attīrīšanas iekārta, izmantojot dūņu anaerobo fermentāciju elektroenerģijas ražošanai, apmierināja 30% no aerācijas sistēmas elektroenerģijas pieprasījuma, ietaupot aptuveni 800 000 juaņu elektroenerģijas izmaksās gadā, vienlaikus uzlabojot DO koncentrācijas stabilitāti par 25%.

Digestāta atgriešanas kontrole: Stingri kontrolējiet digestāta atgriešanās plūsmas ātrumu, lai izvairītos no pārmērīgas mikrobu augšanas pārmērīgas barības vielu dēļ, kas palielinātu skābekļa patēriņu. Pārraugot slāpekļa un fosfora koncentrāciju bioloģiskās attīrīšanas tvertnē, tiek regulēta biogāzes vircas recirkulācijas proporcija, ko parasti kontrolē 5–10% no ieplūstošās plūsmas ātruma.

Atkritumu siltuma rekuperācija un ūdens temperatūras kontrole

Atkritumu siltuma reģenerācijas sistēma savāc atkritumu siltumu, kas rodas notekūdeņu attīrīšanas laikā (piemēram, siltuma izkliedi no aerācijas iekārtām un siltuma veidošanos no anaerobās fermentācijas), pārvēršot to karstā ūdenī, izmantojot siltumsūkņa sistēmu, lai regulētu ūdens temperatūru bioloģiskās attīrīšanas tvertnē. Ūdens temperatūra ir izšķirošs faktors, kas ietekmē skābekļa šķīdību un mikrobu aktivitāti. Ūdens temperatūras uzturēšana 20-30 grādu robežās palīdz stabilizēt skābekļa šķīdību un optimizē mikrobu darbību. Notekūdeņu attīrīšanas iekārta Ķīnas ziemeļos, izmantojot savu siltuma atgūšanas sistēmu, paaugstināja ūdens temperatūru bioloģiskās attīrīšanas tvertnē no 12 grādiem līdz 22 grādiem ziemā, palielināja izšķīdušā skābekļa (DO) koncentrāciju par 0,8 mg/L un uzlaboja attīrīšanas efektivitāti par 20%.

Ūdens temperatūras un DO Co{0}}kontrole: starp ūdens temperatūru un DO koncentrāciju tiek izveidots kop{1}}kontroles modelis. Kad ūdens temperatūra paaugstinās, aerācijas ātrums tiek atbilstoši palielināts, lai kompensētu skābekļa šķīdības samazināšanos; kad ūdens temperatūra pazeminās, aerācijas ātrums tiek samazināts, lai novērstu pārmērīgi augstu DO koncentrāciju. Šī dinamiskā vadība nodrošina, ka DO koncentrācija saglabājas stabila piemērotā diapazonā.

(I) IoT un lielo datu tehnoloģiju pielietošana

DO koncentrēšanās inteliģentā prognozēšanas un agrīnās brīdināšanas sistēma

Vairāku-avotu datu saplūšanas analīze: integrējot vairāku{{1} avotu informāciju, piemēram, ieplūstošā ūdens kvalitāti, ūdens daudzumu, aerācijas iekārtu darbības parametrus un meteoroloģiskos datus, tiek izveidots DO koncentrācijas prognozēšanas modelis, izmantojot lielo datu analīzi. Šis modelis var paredzēt DO koncentrācijas tendences 24 stundas iepriekš. Kad paredzētā DO koncentrācija pārsniegs normālo diapazonu, tas automātiski aktivizē agrīnu brīdinājumu un nospiež optimizācijas ieteikumus. Inteliģentā agrīnās brīdināšanas sistēma notekūdeņu attīrīšanas iekārtā sasniedza 95% precizitāti, samazinot reakcijas laiku DO koncentrācijas anomāliju apstrādei no 2 stundām līdz 30 minūtēm.

Tālvadība un bezpilota darbība: pamatojoties uz IoT tehnoloģiju, tiek panākta aerācijas iekārtu tālvadība un bioloģiskās attīrīšanas tvertņu bezpilota vadība. Operatori var reāllaikā uzraudzīt DO koncentrāciju un aprīkojuma darbības stāvokli, izmantojot mobilo lietotni vai datoru, un attālināti pielāgot tādus parametrus kā aerācijas ātrums un dūņu atgriešanas koeficients. Pēc bezpilota darbības sistēmas ieviešanas notekūdeņu attīrīšanas iekārtā kalnainā apvidū DO koncentrācijas stabilitātes līmenis palielinājās līdz 98%, un darbaspēka izmaksas samazinājās par 60%. Digitālās dvīņu sistēmas simulācija un optimizācija

Virtuālās bioķīmiskās tvertnes uzbūve: Bioķīmiskās tvertnes virtuālais modelis ir izveidots, izmantojot digitālo dvīņu tehnoloģiju, lai modelētu DO koncentrācijas sadalījumu un mikrobu vielmaiņas procesus dažādos ieplūdes apstākļos un darbības parametros. Izmantojot virtuālos eksperimentus, tiek optimizēti tādi parametri kā aerācijas stratēģijas un dūņu atgriešanas attiecības, un pēc tam optimālais risinājums tiek piemērots faktiskajai ražošanai. Notekūdeņu attīrīšanas iekārta, izmantojot digitālo dvīņu sistēmas simulāciju, atklāja, ka aerācijas galvas atstatuma pielāgošana no 1,2 metriem līdz 1 metram uzlaboja DO koncentrācijas vienmērīgumu par 20%, un faktiskais efekts pēc modifikācijas atbilst simulācijas rezultātiem.

Bojājumu simulācijas un avārijas treniņi: neparastas DO koncentrācijas scenāriji (piemēram, aerācijas iekārtu kļūme un ieplūstošās slodzes triecieni) tiek simulēti digitālajā dvīņu sistēmā, un tiek veiktas virtuālās avārijas mācības, lai uzlabotu operatoru reaģēšanas spējas. Veicot atkārtotas mācības, operatori labāk iepazinās ar DO anomāliju apstrādes procedūrām, un faktiskais ārkārtas reaģēšanas laiks tika saīsināts par 40%.

(II) Jaunu materiālu un modernu iekārtu izstrāde

Inteliģenti aerācijas membrānas materiāli

Materiāla īpašības un priekšrocības: jaunajam viedajam aerācijas membrānas materiālam ir augsta porainība, augsta skābekļa pārneses efektivitāte un spēcīga pret-apaugšanas spēja. Inteliģentais pārklājums uz membrānas virsmas automātiski pielāgo poru izmēru atbilstoši DO koncentrācijai. Ja DO koncentrācija ir pārāk augsta, poras saraujas, samazinot skābekļa pārnesi; kad DO koncentrācija ir pārāk zema, poras paplašinās, palielinot skābekļa pārnesi. Inteliģentās aerācijas membrānas skābekļa pārneses efektivitāte ir par vairāk nekā 50% augstāka nekā tradicionālajām aerācijas galviņām, vienlaikus samazinot enerģijas patēriņu par 30%.

Pielietojuma perspektīvas: viedais aerācijas membrānas materiāls pašlaik ir izmēģinājuma{0}}apjoma stadijā, un ir paredzams, ka nākamajos 3-5 gados tas tiks plaši izmantots-. Pētniecības iestādes izmēģinājuma mēroga rezultāti liecina, ka DO koncentrācijas svārstību diapazons bioloģiskās attīrīšanas tvertnē, izmantojot viedo aerācijas membrānu, ir tikai ±0,2 mg/L, un apstrādes efekts ir ievērojami labāks nekā tradicionālajām aerācijas sistēmām.

Zemūdens DO koncentrācijas{0}}reālā laika uzraudzības robots

Funkcijas: zemūdens robots ir aprīkots ar augstas-precizitātes DO sensoru, ūdens kvalitātes analizatoru un kameru. Tas var autonomi pārvietoties bioloģiskās attīrīšanas tvertnē, reāllaikā uzraugot DO koncentrāciju un ūdens kvalitātes parametrus dažādās vietās. Robots pārraida datus uz centrālo vadības telpu, izmantojot bezvadu sakarus, ļaujot operatoriem intuitīvi saprast DO koncentrācijas sadalījumu un nekavējoties noteikt apgabalus ar neparastiem DO līmeņiem.

Novatorisks pielietojums: pēc zemūdens DO monitoringa robota ieviešanas liela notekūdeņu attīrīšanas iekārta atklāja mirušo zonu ar zemu DO koncentrāciju bioloģiskās attīrīšanas tvertnes stūrī. Pielāgojot aerācijas galviņas izkārtojumu, tika novērsts nevienmērīgais DO koncentrācijas sadalījums, uzlabojot kopējo apstrādes efektivitāti par 10%.

Secinājums. Lai atrisinātu neparastas DO koncentrācijas, ir jāpārvar tradicionālā domāšana un jāapvieno ārkārtas novatoriskās tehnoloģijas, sistēmas rekonstrukcija un optimizācija, kā arī starpdisciplināra tehnoloģiju integrācija, lai izveidotu daudzveidīgus un daudzlīmeņu risinājumus. Sākot ar īstermiņa -ārkārtas pasākumiem, piemēram, nanoburbuļu aerāciju un funkcionālu baktēriju aģentu pievienošanu, līdz ilgtermiņa-sistēmas optimizācijai, izmantojot procesu jauninājumus un enerģijas atgūšanu, un tālāk līdz visprogresīvākajām tehnoloģijām, piemēram, IoT lietojumprogrammām un jaunu materiālu izstrādei, katra tehnoloģija sniedz jaunas idejas, kā atrisināt neparastas DO koncentrācijas. Nākotnē ar nepārtrauktu tehnoloģisko progresu un inovācijām DO koncentrācijas kontrole kļūs precīzāka un efektīvāka, nodrošinot stabilu garantiju notekūdeņu attīrīšanas iekārtu stabilai darbībai un ūdens kvalitātes standartu sasniegšanai.