Toepassing van online chemische reinigingstechnologie voor fijne bellenbeluchters in afvalwaterzuiveringsinstallaties
Fijne bellenbeluchters worden veel gebruikt als beluchtingsapparatuur in afvalwaterzuiveringsinstallaties vanwege hun eenvoudige structuur, hoge efficiëntie van zuurstofgebruik, betrouwbare prestaties, verstopping-resistente poriën, preventie van terugstroming van afvalwater, uniforme spanningsverdeling langs de omtrek, lange levensduur, eenvoudige installatie en onderhoud, en lage systeemkosten. Omdat ze een belangrijk onderdeel vormen voor de zuurstofvoorziening bij de behandeling van afvalwater, zijn beluchtingssystemen met fijne bellen gevoelig voor verstopping door vervuiling en biofilm tijdens langdurig gebruik-, wat aanzienlijke uitdagingen met zich meebrengt voor het behoud van hun prestaties. Online chemische reinigingstechnologie biedt een effectieve oplossing voor dit probleem.
1. Vorming en gevaren van verstopping van de fijne bellenbeluchter
Na langdurig gebruik zijn beluchters met fijne bellen gevoelig voor verstopping, doorgaans gecategoriseerd als "interne verstopping" en "externe verstopping" op basis van de vorm van verstopping door verontreinigende stoffen. "Interne verstopping" verwijst naar de afzetting van fijne deeltjes zoals colloïdale deeltjes en opgeloste macromoleculen uit de gemengde vloeistof in de poriën, wat leidt tot verstopping van de poriën. "Externe verstopping" verwijst naar de afzetting van kalkhoudende stoffen op het membraanoppervlak dat naar de waterzijde is gericht. Dit type verstopping heeft de neiging de luchtafvoerweerstand van het membraan voortdurend te vergroten, wat leidt tot een verhoogde druk op het membraan en een geleidelijke vergroting van de poriegrootte. Na verloop van tijd kan dit gemakkelijk membraanscheuren veroorzaken. Zodra het membraan scheurt, strekt de impact zich uit van de vernietiging van de beluchtingsefficiëntie tot structurele schade aan het systeem, waardoor het mogelijk moet worden stilgelegd voor onderhoud of vervanging van de beluchter.
Verstoppingsproblemen in beluchters met fijne bellen brengen verhoogde operationele risico's met zich mee:
- Vanuit een kostenperspectief voor elektriciteitsverbruik: Naarmate de beluchters verstopt raken, stijgt de druk in de pijpleidingen, waardoor de ventilatoren gedwongen worden te werken onder hoge- belasting en- hoge energie- omstandigheden. Dit verhoogt het energieverbruik en heeft ook invloed op de levensduur van de ventilator.
- Vanuit een milieurisicoperspectief: Ongelijkmatige beluchting vermindert de zuurstofoverdrachtsnelheid, beperkt de flexibiliteit van de procescontrole en kan in ernstige gevallen de kwaliteit van het afvalwater ernstig beïnvloeden.
- Vanuit een economisch kostenperspectief: De kosten van handmatige reiniging na het legen van tanks zijn hoog.
- Vanuit een veiligheidsperspectief: Handmatig reinigen na het legen vereist het betreden van tanks voor het verwijderen van slib, waarbij toegang tot besloten ruimtes en tijdelijke elektrische werkzaamheden nodig zijn, waardoor de risico's op elektrische en persoonlijke veiligheidsrisico's toenemen.Figuur 1toont het fenomeen van slibophoping door verstopping van de beluchter.
Daarom is regelmatig onderhoud en reiniging van fijne bellenbeluchters cruciaal om hun operationele prestaties te garanderen. Traditionele onderhouds- en reinigingsmethoden voor de beluchter vereisen een volledige lediging van de biologische reactietanks. Onderhoud en reiniging op grote schaal van afvalwaterzuiveringsinstallaties kan van invloed zijn op de normale behandeling en lozing van afvalwater, of kan goedkeuring vereisen van relevante overheidsinstanties als dit wordt uitgevoerd op specifieke locaties (zoals gebieden die worden bedekt door stedelijke afwateringsnetwerken of beschermingszones voor drinkwaterbronnen). Dit proces omvat meerdere gevaarlijke handelingen (bijvoorbeeld het betreden van besloten ruimtes) met tal van risico's en nadelen, die aanzienlijke economische lasten en potentiële kosten met zich meebrengen (bijvoorbeeld coördinatie met overheidsrelaties, verminderde behandelingscapaciteit tijdens onderhoud, aanpassing van de waterkwaliteit, veiligheidsrisico's) voor afvalwaterzuiveringsinstallaties. De druk en uitdagingen die het legen voor onderhoud met zich meebrengt, maken de haalbaarheid van regelmatig legen voor het reinigen van de beluchter relatief zwak.
Gezien de talrijke nadelen van traditionele handmatige reiniging na het legen, zijn de -hoge kosten, het hoge operationele risico en de suboptimale effectiviteit van de reiniging- van groot belang.
In deze studie werd een fabrieksproject geselecteerd als veldtestlocatie voor de online chemische reinigingstechnologie. De fabriek heeft een totale afvalwaterzuiveringscapaciteit van 600.000 ton per dag, gebouwd in vier fasen. Het derde-faseproject heeft een verwerkingscapaciteit van 100.000 ton per dag, waarbij gebruik wordt gemaakt van een AAO-proces; het project in de vierde-fase heeft een verwerkingscapaciteit van 200.000 ton per dag, waarbij gebruik wordt gemaakt van een MBR-proces. De kwaliteit van het afvalwater voldoet aan de klasse A-norm van GB 18918-2002 "Lozingsnorm voor verontreinigende stoffen voor gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties". Online reiniging werd uitgevoerd op fijnbellenbeluchters in de aërobe tanks van de derde en vierde fase, die al 6-7 jaar in bedrijf waren.
2. Principe van online chemische reinigingstechnologie
Online chemische reinigingstechnologie omvat het toevoegen van specifieke chemische middelen aan het beluchtingssysteem om verstoppingsstoffen door chemische actie op te lossen of te verspreiden. Deze middelen kunnen zuur, alkalisch, oxiderend of chelerend zijn. Sommige zure middelen kunnen bijvoorbeeld alkalische neerslagen zoals calciumcarbonaat oplossen, terwijl oxidatiemiddelen organische blokkades kunnen afbreken die door micro-organismen worden geproduceerd.
2.1 Analyse van veel voorkomende verontreinigende stoffen
Verontreinigende stoffen die zich hechten aan de oppervlakken van de beluchters zijn divers en hun samenstelling hangt nauw samen met de kenmerken van het afvalwater, de behandelingsprocessen en de operationele omstandigheden. Veel voorkomende verontreinigende stoffen worden als volgt geanalyseerd:
- Anorganische verontreinigende stoffen: Omvat calcium- en magnesiumverbindingen, sulfiden, metaaloxiden en hydroxiden, voornamelijk afkomstig van chemische neerslag en oververzadiging van ionen. Hun belangrijkste gevolgen voor beluchters zijn onder meer verstopping van de poriën, verminderde beluchtingsefficiëntie, verhoogd energieverbruik van het systeem, verhoogde beluchtingsweerstand en verminderde zuurstofoverdrachtsefficiëntie.
- Organische verontreinigende stoffen: Omvat microbiële biofilm, zwevende organische deeltjes, vetten/oliën en organische colloïden. Microbiële biofilm wordt voornamelijk gevormd als gevolg van microbiële kolonisatie en adhesie van extracellulaire polymere stoffen (EPS). De gevaren ervan omvatten het creëren van anaërobe micro-omgevingen en het vrijkomen van giftige gassen (bijvoorbeeld H₂S). Organische colloïden ontstaan als gevolg van hydrofobe interacties en elektrostatische adsorptie, waardoor hydrofobe lagen ontstaan die de gasafgifte belemmeren en de uniformiteit van de beluchting beïnvloeden.
- Samengestelde verontreinigende stoffen (anorganische-organische gemengde schaal): Inclusief biologische-chemische gemengde aanslag en slibdeeltjes, voornamelijk gevormd door fysieke insluiting en chemische binding. De gevolgen hiervan zijn onder meer het bedekken van het beluchtingsoppervlak, het verkleinen van het effectieve beluchtingsoppervlak, het versnellen van de veroudering van apparatuur en het verkorten van onderhoudscycli.
Door middel van onderhoudsinspecties van het beluchtingssysteem van de fabriek werden de volgende problemen vastgesteld: ① Langdurige werking onder water van beluchters, gekoppeld aan een langere levensduur, leidde tot aanzienlijke veroudering van O--ringafdichtingen op verbindingspunten, resulterend in gaslekkage; ② Tijdens bedrijf resulteerden de continue slibafzetting en aanpassingen in de controle van het productieproces in bepaalde gebieden in hogere slibconcentraties, wat indirect ernstige aanslag op de membraanoppervlakken van de beluchter veroorzaakte, zoals weergegeven inFiguur 2; ③ Wanneer de slibconcentratie in de biologische reactietanks te hoog is, wordt de slibleeftijd verlengd, waardoor de opgeloste zuurstof die nodig is voor normale microbiële activiteit toeneemt en de eisen aan het zuurstoftoevoersysteem toenemen; ④ Een verhoogde dichtheid van het gemengde vloeistof in beluchtingstanks verhoogt de weerstand, wat leidt tot een hoger energieverbruik voor mechanische beluchting of beluchting met ventilatoren; ⑤ Er was wat vervuiling in de beluchtingsporiën terechtgekomen, waardoor de beluchting van het systeem werd beïnvloed, zoals weergegeven inFiguur 3. Op basis van de oorzaken van de vorming van verontreinigende stoffen werd vastgesteld dat de aanslag op de beluchtingsoppervlakken anorganische verontreinigende stoffen, organisch materiaal, eiwitten, enz. bevatte.
2.2 Selectie van reinigingsmiddelen
Voor de soorten membraanvervuiling moeten geschikte chemische reinigingsmiddelen worden geselecteerd. Deze middelen kunnen door de beluchtingsporiën in de buiswand naar de ruimte tussen het membraan en de buiswand dringen, waardoor het membraanoppervlak en de poriën ervan worden gereinigd. De keuze van het type reinigingsmiddel moet gebaseerd zijn op de feitelijke fysisch-chemische eigenschappen van het membraan, de soorten verontreinigende stoffen en de mate van vervuiling. Het reinigingsmiddel moet biologisch afbreekbaar en niet-giftig zijn voor organismen, en in staat zijn om anorganische aanslag effectief te verwijderen van de wanden van de luchtpijpen en in de diffusers. Het moet een goede reinigende werking hebben tegen verstoppingen (ook bekend als "gas-faseverstopping") veroorzaakt door verontreinigingen, deeltjes of stof in de inlaatlucht van beluchtingssystemen van ventilatoren, olielekken uit ventilatoren en roest uit interne luchtleidingen.
Alkalische reinigingsmiddelen omvatten natriumhydroxide, natriumcarbonaat, natriumfosfaat, natriumsilicaat, kaliumhydroxide, enz. Natriumhydroxide is een veelgebruikt chemisch middel in afvalwaterzuiveringsprocessen om de pH van afvalwater te verhogen, dus het kan worden geselecteerd als alkalisch reinigingsmiddel.
Zure reinigingsmiddelen omvatten zwavelzuur, zoutzuur, salpeterzuur, citroenzuur, oxaalzuur, fosforzuur, enz. Aangezien citraat een sterk chelaatvormend vermogen heeft voor ionen zoals mangaan en ijzer, en in de praktijk, vergeleken met minerale zuren, citroenzuur relatief zwak is, minder corrosief voor apparatuur, veiliger en gemakkelijk biologisch afbreekbaar door micro-organismen, werd citroenzuur geselecteerd als het zure reinigingsmiddel.
Tabel 1toont de categorieën en prestaties van reinigingsmiddelen die vaak worden gebruikt voor membraanvervuiling.
2.3 Ontwerp van online reinigingsapparaat
Gezien de druk bij het bedienen van fijnbellenbeluchtingssystemen en de talrijke aftakleidingen, is het ontwerpen van een geschikt online doseerapparaat voor fijnbellenbeluchters bijzonder belangrijk. Het in dit onderzoek ontworpen doseerreinigingsapparaat omvat een oplos-/verdunningseenheid en een doseereenheid, zoals weergegeven inFiguur 4.
De oplos-/verdunningseenheid bestaat voornamelijk uit een voorbereidingstank, roerder en niveaumeter, die wordt gebruikt voor het oplossen en verdunnen van de middelen. Door een bepaalde hoeveelheid water in de bereidingstank te injecteren, het middel toe te voegen en het roerwerk te starten, kan een middel met een specifieke concentratie worden klaargemaakt voor gebruik door de doseerunit.
De doseereenheid bestaat hoofdzakelijk uit een doseertank, uitlaatklep, doseerklep, balansklep, voedingsklep en enkele leidingsystemen. De bodem van de doseertank is verbonden met een doseerleiding, die zich verder vertakt in meerdere doseersub-leidingen. Alle doseersub-leidingen zijn één-op-één aangesloten met meerdere beluchtingsaftakleidingen, die op hun beurt zijn aangesloten op verschillende fijne bellenbeluchters, waardoor het doel van het reinigen van de fijne bellenbeluchters wordt bereikt.
Tijdens de implementatie werd in elke beluchtingsaftakleiding van de biologische reactietanks een gat van Φ15 mm geboord als doseerpoort, waardoorheen een nylon doseerleiding werd geïnstalleerd om het middel aan de fijne bellenbeluchters te leveren, waardoor het verlies van het middel werd verminderd. Tegelijkertijd werd een extra gat in de beluchtingsaftakleiding geboord als balansgasleiding om de druk tussen de doseertank en de beluchtingsaftakleiding gelijk te maken. De gaten die in de beluchtingsaftakleidingen zijn geboord, worden tijdens normaal gebruik afgedicht met pluggen, en tijdens het doseren worden snel-aansluitfittingen geïnstalleerd om een snelle installatie en verwijdering mogelijk te maken.
3. Toepassing van het online doseerreinigingsapparaat
In dit online doseringsreinigingsexperiment werden de fijnbellenbeluchters in de biologische tanks geplaatst. Er werd een specifieke reinigingsoplossing in de beluchtingsmembranen met fijne bellen geïnjecteerd via de beluchtingsaftakleidingen, waardoor deze naar de toevoerzijde kon stromen om organisch materiaal dat zich aan het membraanoppervlak hechtte te ontbinden, waardoor het transmembraandrukverschil werd hersteld en het reinigende effect werd bereikt. Het experimentele ontwerp was gebaseerd op drie variabelen: middeltype, middelconcentratie en reinigingstijd. Het testschema wordt weergegeven inTabel 2.
3.1 Analyse van het online doseringsreinigingseffect
Na het reinigen toonde sensorische observatie van het beluchtingsoppervlak ter plaatse kleinere bellengroottes die uit het oppervlak van de beluchtingstank ontsnapten en een meer uniforme beluchting.Figuur 5toont het zintuiglijke uiterlijk van beluchting voor en na het reinigen.
Na reiniging met verschillende soorten middelen en concentraties vertoonden de beluchters consistent een verhoogd debiet en een verlaagde leidingdruk, waarbij het debiet herstelde. De beluchtingsefficiëntie werd in verschillende mate hersteld na behandeling met verschillende reinigingsmethoden. Gecombineerde gegevens over een grotere luchtstroom en een lagere pijpleidingdruk geven aan dat verschillende soorten middelen, concentraties en reinigingstijden verschillende effecten hebben op het herstel van de beluchter.Figuren 6 en 7tonen de veranderingen in debiet en druk respectievelijk voor en na het reinigen.
De restauratie-efficiëntie van beluchters na natriumhydroxidereiniging was iets lager dan die na citroenzuur. De hoge oplosbaarheid van natriumhydroxide in water leidt tot een aanzienlijke warmteafgifte bij het oplossen. Gecombineerd met de sterke hygroscopiciteit, alkaliteit en corrosiviteit ervan, maken deze eigenschappen het nemen van extra voorzorgsmaatregelen bij praktische werkzaamheden noodzakelijk. Vanuit het oogpunt van veiligheid bij het reinigen is natriumhydroxide niet het voorkeursreinigingsmiddel. Daarom moeten bij het selecteren van reinigingsmiddelen hun veiligheid en bedieningsgemak zorgvuldig worden geëvalueerd om de veiligheid van de operator en een optimale reinigingseffectiviteit te garanderen.
Testresultaten toonden aan dat na online doseerreiniging de beluchting in de biologische tanks uniformer werd, het debiet van de fijnbellenbeluchters toenam, de leidingdruk aanzienlijk daalde en het reinigende effect opmerkelijk was.
3.2 Technische voordelen
- Vermindert stilstand: Vergeleken met traditionele demontagereiniging vereist online doseringsreiniging niet dat het beluchtingssysteem moet worden gestopt, waardoor onderbrekingen in het afvalwaterzuiveringsproces worden vermeden en de behandelingsefficiëntie als gevolg van stilstand wordt verminderd.
- Verbetert de reinigingsefficiëntie: Middelen kunnen diep in de poriën doordringen en effectief moeilijk-om- verstopte plekken reinigen. Na toepassing in sommige huishoudelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties verbeterde de uniformiteit van de beluchting merkbaar en nam de efficiëntie van de zuurstofoverdracht aanzienlijk toe.
- Vermindert de arbeidsintensiteit en kosten: Elimineert de noodzaak van handmatige demontage en hermontage van beluchters, waardoor handmatige arbeid en het risico op schade aan apparatuur door frequente demontage worden verminderd, waardoor onderhoudskosten worden bespaard. De kosten van online chemische reiniging voor beluchters met fijne bellen bedragen 0,47 RMB/ton, terwijl de kosten van traditionele handmatige reiniging voor oude beluchters 13,3 RMB/ton bedragen. Er wordt geschat dat de jaarlijkse besparingen op de reinigingskosten van de fijne bellenbeluchter 515.000 RMB bedragen. Vergeleken met de traditionele handmatige reiniging van oude beluchters biedt online chemisch reinigen aanzienlijke economische voordelen.
- Verlengt de levensduur van beluchtingsapparatuur: Door online chemische reiniging wordt het beluchtingseffect van beluchters met fijne bellen effectief verbeterd, waardoor de prestaties van de beluchter worden verbeterd en, tot op zekere hoogte, de levensduur van beluchtingsapparatuur wordt verlengd, waardoor de ventilatorbelasting effectief wordt verminderd.
- Biedt meer opties voor productieplanning en onderhoudsplannen: Door online chemische reiniging wordt de verdeling van de bellen uniformer, wordt de druk in de luchtleiding effectief verminderd, neemt de stroomsnelheid aanzienlijk toe, waardoor de zuurstofoverdrachtsnelheid aanzienlijk wordt verbeterd en een solide garantie wordt geboden voor de regulering van de waterkwaliteit.
4. Conclusie
Online chemische reinigingstechnologie voor beluchters met fijne bellen heeft een aanzienlijke toepassingswaarde in afvalwaterzuiveringsinstallaties. Door de rationele toepassing ervan kunnen verstoppingsproblemen in fijne bellenbeluchters effectief worden opgelost, de prestaties van het beluchtingssysteem worden verbeterd, de uitvaltijd en operationele kosten worden verminderd en een stabiele, efficiënte werking van afvalwaterzuiveringsinstallaties wordt verzekerd. De beperkingen van traditionele handmatige reiniging zullen de industrie ertoe aanzetten om online te reinigen. De opkomst van nieuwe apparatuur en intelligente besturingssystemen vermindert de operationele problemen van online schoonmaken aanzienlijk. In combinatie met beleids- en milieuregels die de nadruk leggen op koolstofneutraliteit en recycling van waterbronnen, wat indirect de toepassing van online schoonmaaktechnologie zal bevorderen. In de toekomst kunnen de formuleringen van middelen worden geoptimaliseerd en kunnen synergetische reinigingstechnologieën met meerdere- middelen worden onderzocht. Bovendien kunnen doseercontrolestrategieën en onderzoek naar apparatuurintelligentie worden nagestreefd om zich beter aan te passen aan de behoeften van verschillende afvalwaterzuiveringsinstallaties.