Omfattende løsninger for DO-avvik

Unormale konsentrasjoner av oppløst oksygen (DO) er et vanlig og utfordrende problem i renseanlegg for avløpsvann, og påvirker ikke bare avløpskvaliteten, men kan også utløse en kjedereaksjon med slambulking og økt energiforbruk. I tillegg til konvensjonelle luftejusteringer og vannforbehandlingstiltak, gir følgende avanserte løsninger for DO-avvik fra tre dimensjoner: nyskapende nødteknologier, systemrestrukturering og -optimalisering og tverrfaglig teknologiintegrasjon.

(I) Forbedret lufteteknologi
Nanoboble-lufteteknologi
Prinsipp og fordeler: Nanobobler, med en diameter på bare 10-200 nm, har et stort spesifikt overflateareal, langsom stigehastighet og høy oppløsningseffektivitet. Sammenlignet med tradisjonelle luftingsmetoder, kan nanoboblelufting øke oksygenutnyttelsen til over 80 %, som er 2-3 ganger høyere enn mikroporøs lufting. I nødscenarier med et plutselig fall i DO-konsentrasjon, kan nanobobler raskt øke oppløst oksygennivå i vannet uten å påvirke det mikrobielle samfunnet.

Applikasjonstilfelle: Et kjemisk renseanlegg for avløpsvann opplevde en plutselig økning i konsentrasjonen av innflytende organisk materiale, noe som førte til at konsentrasjonen av oppløst oksygen (DO) sank fra 2,5 mg/L til 0,8 mg/L. Etter nødaktiveringen av nanobobleluftesystemet, gikk DO-konsentrasjonen tilbake til over 2 mg/L i løpet av bare 30 minutter og returnerte til normale nivåer etter 2 timer, og unngikk risikoen for at avløpsvann overskrider standardene.

Nødsystem for ren oksygenlufting

Gjeldende scenarier: Når konvensjonelle luftesystemer ikke kan møte akutte oksygenbehov, kan ren oksygenlufting brukes som et nødsupplement. Høy-oksygenkonsentrasjon tilføres gjennom lagringstanker for flytende oksygen eller oksygengeneratorer og injiseres direkte i den biologiske behandlingstanken, noe som øker DO-konsentrasjonen betydelig på kort tid. Oksygenoverføringseffektiviteten til ren oksygenlufting er 5-10 ganger høyere enn luftlufting, noe som gjør den spesielt egnet for nødbehandling av støt med høy belastning eller feil på lufteutstyr.

Forholdsregler: Streng kontroll av oksygeninjeksjonshastigheten er nødvendig for ren oksygenlufting for å unngå for høye DO-konsentrasjoner som fører til mikrobiell forgiftning. Videre er rent oksygen relativt dyrt og bør kun brukes som et kort-nødtiltak, ikke for lang-kontinuerlig bruk. Under høye utslippsperioder for gjæringstankrensing av avløpsvann, brukte et renseanlegg for avløpsvann i et bryggeri ren oksygenlufting for å opprettholde en stabil konsentrasjon av oppløst oksygen (DO) på ca. 3 mg/L, noe som sikrer effektiv nedbrytning av organisk materiale.

(II) Mikrobiell forbedret saneringsteknologi
Målrettet dosering av funksjonelle mikrobielle midler:
Agentvalg og bruk: Spesifikke funksjonelle mikrobielle midler velges for forbedring basert på forskjellige typer DO-avvik. For eksempel, når DO-forbruket er sakte på grunn av utilstrekkelig slamaktivitet, kan tilsetning av svært effektive nedbrytende mikrobielle midler (som Bacillus og Pseudomonas) raskt øke mikrobiell metabolsk kapasitet og øke oksygenforbruket. Når DO-konsentrasjonen er for høy, tilsettes denitrifiserende mikrobielle midler for å utnytte denitrifikasjonsreaksjoner for å konsumere overflødig oksygen.

Tilpasset utvikling av mikrobielle midler: Noen renseanlegg for avløpsvann samarbeider med forskningsinstitusjoner for å utvikle tilpassede sammensatte mikrobielle midler basert på innflytende vannkvalitet og mikrobiell samfunnsstruktur. Et farmasøytisk renseanlegg for avløpsvann oppdaget, gjennom analyse av sitt mikrobielle slamsamfunn, mangel på stammer som bryter ned spesifikke antibiotika. Etter målrettet påføring av et sammensatt mikrobielt middel, sank DO-konsentrasjonen fra 5 mg/L til 2,8 mg/L, mens fjerningshastigheten for antibiotika økte med 40 %. Rapid Biofilm Construction Technology

Bærervalg og biofilmdannelsesmetode: Suspenderte biologiske bærere (som polyuretansvamp eller keramsitt) legges til den biologiske behandlingstanken. En rask biofilmdannelsesteknologi brukes til å lage en biofilm på bæreroverflaten. Det mikrobielle samfunnet i biofilmen har en stabil struktur, sterk støtmotstand, og kan opprettholde aktivitet selv under forhold med store DO-konsentrasjonssvingninger. Ved å bruke lufting og blanding kombinert med inokulering av dominerende bakteriearter, kan biofilmdannelse fullføres innen 7-10 dager, noe som øker behandlingskapasiteten til det biologiske systemet med 20%-30%.

Søknadsresultater: Et kommunalt renseanlegg opplevde redusert slamaktivitet og for mye ammoniakknitrogen i avløpet på grunn av langvarige DO-konsentrasjonssvingninger. Ved å tilsette biologiske keramsittbærere og inokulere med nitrifiserende bakterier, stabiliserte DO-konsentrasjonen seg på 2-3 mg/L etter biofilmdannelse, og ammoniakknitrogenfjerningshastigheten økte fra 60 % til 95 %, noe som forbedret kvaliteten på avløpskvaliteten betydelig.

(I) Prosessruteoppgradering og transformasjon

Fler-trinns AO-prosessoptimalisering

Segmentert innflytende og presis lufting: Ved å oppgradere den tradisjonelle AO-prosessen til en flertrinns AO-prosess, gjennom segmentert innflytende og uavhengig luftingskontroll, oppnås presis regulering av DO-konsentrasjonen i forskjellige soner. For eksempel, i første-stadium anoksisk sone, kontrolleres DO-konsentrasjonen til<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%.

Tilsetning av mellomliggende sedimentasjonstank: Ved å legge til en mellomliggende sedimentasjonstank til flertrinns AO-prosessen oppnås separat kontroll av retur av slam og retur av blandet væske. Den mellomliggende sedimentasjonstanken kan fjerne noe slam, redusere slamkonsentrasjonen i den påfølgende aerobe sonen og redusere oksygenforbruket; samtidig kan den blandede væskereturen føre mer nitrat inn i den anoksiske sonen, noe som forbedrer denitrifikasjonseffektiviteten. Et avløpsrenseanlegg i en industripark reduserte DO-konsentrasjonen i den aerobe sonen med 0,5 mg/L og reduserte lufteenergiforbruket med 15 % ved å legge til en mellomliggende sedimentasjonstank.

MBR Process Deep Optimization: Membranmodullayout og justering av luftemetode: I en membranbioreaktor (MBR) kan optimalisering av membranmodullayouten og luftemetoden effektivt kontrollere DO-konsentrasjonsfordelingen. En kombinasjon av bunnlufting og sidelufting brukes for å møte oksygenbehovet til mikroorganismer samtidig som det genereres skjærkraft for å forhindre membranbegroing. Samtidig gir online overvåking av DO-konsentrasjonen i membrantanken mulighet for sann-tidsjustering av luftehastigheten, og forhindrer overdreven lufting som kan føre til høye DO-konsentrasjoner. Etter optimalisering stabiliserte DO-konsentrasjonen i MBR-systemet til et matvareanleggs renseanlegg for avløpsvann på 1,5-2,5 mg/L, og membranrensesyklusen ble utvidet fra 30 dager til 60 dager.

MBR koblet med avanserte oksidasjonsprosesser: Når DO-konsentrasjonen i MBR-systemet er unormal på grunn av gjenstridig organisk materiale i tilløpet, kobles avanserte oksidasjonsprosesser (som ozonoksidasjon og Fenton-oksidasjon) for å forbehandle tilløpet. Avansert oksidasjon kan dekomponere gjenstridig organisk materiale til lett biologisk nedbrytbare stoffer, redusere den biokjemiske behandlingsbelastningen og stabilisere DO-konsentrasjonen. Etter å ha tatt i bruk den MBR-ozonkoblede prosessen, så et renseanlegg for farging og utskrift av avløpsvann sin DO-konsentrasjon øke fra 1,2 mg/L til 2,2 mg/L, og COD-fjerningshastigheten økte fra 75 % til 90 %.

(II) Energigjenvinning og resirkulering
Slam-anaerob fordøyelse for kraftproduksjon og lufting
Prosessprinsipp: Overflødig slam føres inn i den anaerobe kokeren. Den genererte biogassen brukes til å generere elektrisitet gjennom brenselceller, som gir strøm til lufteutstyret. Samtidig er fordøyelsen etter anaerob fordøyelse rik på næringsstoffer som nitrogen og fosfor, som kan returneres til den biokjemiske tanken for å fylle på mikrobielle næringsstoffer, fremme mikrobiell metabolisme og stabilisere DO-konsentrasjonen. Et avløpsrenseanlegg, gjennom anaerob nedbryting av slam for kraftproduksjon, dekket 30 % av luftesystemets elektrisitetsbehov, og sparte omtrent 800 000 yuan i strømkostnader årlig, samtidig som det forbedret DO-konsentrasjonsstabiliteten med 25 %.

Returkontroll for fordøyelsen: Kontroller strømningshastigheten for fordøyelsens retur strengt for å unngå overdreven mikrobiell vekst på grunn av for mye næringsstoffer, noe som vil øke oksygenforbruket. Ved å overvåke nitrogen- og fosforkonsentrasjoner i den biologiske rensetanken, justeres andelen av resirkulering av biogassslurry, generelt kontrollert til 5%-10% av innflytende strømningshastighet.

Spillvarmegjenvinning og vanntemperaturkontroll

Spillvarmegjenvinningssystemet samler spillvarme som genereres under behandling av avløpsvann (som varmeavledning fra lufteutstyr og varmegenerering fra anaerob fordøyelse), og omdanner den til varmt vann via et varmepumpesystem for å regulere vanntemperaturen i den biologiske behandlingstanken. Vanntemperatur er en avgjørende faktor som påvirker oksygenløselighet og mikrobiell aktivitet. Å opprettholde vanntemperaturen på 20-30 grader bidrar til å stabilisere oksygenløseligheten og optimerer mikrobiell aktivitet. Et avløpsrenseanlegg i Nord-Kina økte gjennom sitt spillvarmegjenvinningssystem vanntemperaturen i den biologiske rensetanken fra 12 grader til 22 grader om vinteren, økte konsentrasjonen av oppløst oksygen (DO) med 0,8 mg/L og forbedret behandlingseffektiviteten med 20 %.

Vanntemperatur og DO Co-kontroll: En co-kontrollmodell etableres mellom vanntemperatur og DO-konsentrasjon. Når vanntemperaturen stiger, økes luftehastigheten passende for å kompensere for reduksjonen i oksygenløselighet; når vanntemperaturen faller, reduseres luftehastigheten for å forhindre for høye DO-konsentrasjoner. Denne dynamiske kontrollen sikrer at DO-konsentrasjonen forblir stabil innenfor et passende område.

(I) Anvendelse av IoT og Big Data-teknologier

DO Konsentrasjon Intelligent Prediction and Early Warning System

Multi-kildedatafusjonsanalyse: Ved å integrere multi-kildeinformasjon som innflytende vannkvalitet, vannmengde, driftsparametere for lufteutstyr og meteorologiske data, etableres en DO-konsentrasjonsprediksjonsmodell gjennom stordataanalyse. Denne modellen kan forutsi DO-konsentrasjonstrender 24 timer i forveien. Når den anslåtte DO-konsentrasjonen vil overskride normalområdet, utløser den automatisk en tidlig advarsel og sender optimaliseringsforslag. Det intelligente tidlige varslingssystemet på et avløpsrenseanlegg oppnådde en nøyaktighetsgrad på 95 %, noe som reduserte responstiden for håndtering av DO-konsentrasjonsavvik fra 2 timer til 30 minutter.

Fjernkontroll og ubemannet drift: Basert på IoT-teknologi oppnås fjernkontroll av lufteutstyr og ubemannet styring av biologiske rensetanker. Operatører kan overvåke DO-konsentrasjon og utstyrsdriftsstatus i sanntid via mobil APP eller datamaskin, og fjernjustere parametere som luftingshastighet og slamreturforhold. Etter å ha tatt i bruk det ubemannede operasjonssystemet, fikk et avløpsrenseanlegg i et fjellområde sin DO-konsentrasjonsstabilitet øke til 98 %, og arbeidskostnadene ble redusert med 60 %. Simulering og optimalisering av digitalt tvillingsystem

Virtuell biokjemisk tankkonstruksjon: En virtuell modell av den biokjemiske tanken er konstruert ved hjelp av digital tvillingteknologi for å simulere DO-konsentrasjonsfordelingen og mikrobielle metabolske prosesser under forskjellige innflytelsesforhold og driftsparametere. Gjennom virtuelle eksperimenter optimaliseres parametere som luftestrategier og slamreturforhold, og den optimale løsningen blir deretter brukt på faktisk produksjon. Et avløpsrenseanlegg, gjennom digital tvillingsystemsimulering, fant at justering av luftehodeavstanden fra 1,2 meter til 1 meter forbedret DO-konsentrasjonens ensartethet med 20 %, og den faktiske effekten etter modifisering var i samsvar med simuleringsresultatene.

Feilsimulering og nødøvelser: Unormale DO-konsentrasjonsscenarier (som svikt i lufteutstyr og støt på innflytende belastning) simuleres i det digitale tvillingsystemet, og virtuelle nødøvelser utføres for å forbedre operatørenes responsevne. Gjennom gjentatte øvelser ble operatørene mer kjent med håndteringsprosedyrene for DO-avvik, og selve beredskapstiden ble forkortet med 40 %.

(II) Utvikling av nye materialer og avansert utstyr

Intelligente luftemembranmaterialer

Materialegenskaper og fordeler: Det nye intelligente luftemembranmaterialet har høy porøsitet, høy oksygenoverføringseffektivitet og sterk anti-begroingsevne. Det intelligente belegget på membranoverflaten justerer automatisk porestørrelsen i henhold til DO-konsentrasjonen. Når DO-konsentrasjonen er for høy, krymper porene, noe som reduserer oksygenoverføringen; når DO-konsentrasjonen er for lav, utvider porene seg, noe som øker oksygenoverføringen. Oksygenoverføringseffektiviteten til den intelligente luftemembranen er mer enn 50 % høyere enn tradisjonelle luftehoder, samtidig som den reduserer energiforbruket med 30 %.

Applikasjonsutsikter: Det intelligente luftemembranmaterialet er for øyeblikket i pilot--skalastadiet og forventes å oppnå stor-applikasjon i løpet av de neste 3-5 årene. Pilotskalaresultater fra en forskningsinstitusjon viser at DO-konsentrasjonsfluktuasjonsområdet i den biologiske behandlingstanken ved bruk av den intelligente luftemembranen kun er ±0,2 mg/L, og behandlingseffekten er betydelig bedre enn tradisjonelle luftesystemer.

Undervanns DO-konsentrasjon Real-tidsovervåkingsrobot

Funksjoner: Undervannsroboten er utstyrt med en DO-sensor med høy-presisjon, vannkvalitetsanalysator og kamera. Den kan autonomt navigere i den biologiske behandlingstanken, og overvåke DO-konsentrasjonen og vannkvalitetsparametere i forskjellige områder i sanntid. Roboten overfører data til det sentrale kontrollrommet via trådløs kommunikasjon, slik at operatørene intuitivt kan forstå DO-konsentrasjonsfordelingen og umiddelbart identifisere områder med unormale DO-nivåer.

Innovativ applikasjon: Etter å ha introdusert en undervanns DO-overvåkingsrobot, oppdaget et stort renseanlegg for avløpsvann en dødsone med lav DO-konsentrasjon i hjørnet av den biologiske rensetanken. Ved å justere utformingen av luftehodet ble den ujevne DO-konsentrasjonsfordelingen eliminert, noe som forbedret den totale behandlingseffektiviteten med 10 %.

Konklusjon: Å løse unormale DO-konsentrasjoner krever å bryte gjennom tradisjonell tenkning og kombinere nyskapende nødteknologier, systemrekonstruksjon og -optimalisering, og tverrfaglig teknologiintegrasjon for å bygge diversifiserte og-løsninger på flere nivåer. Fra kortsiktige-nødtiltak som lufting av nanobobler og tilsetning av funksjonelle bakterier, til langsiktig-systemoptimalisering gjennom prosessoppgraderinger og energigjenvinning, og videre til banebrytende-teknologier som IoT-applikasjoner og ny materialutvikling, gir hver teknologi nye ideer for å løse unormale DO-konsentrasjoner. I fremtiden, med kontinuerlig teknologisk fremgang og innovasjon, vil DO-konsentrasjonskontroll bli mer presis og effektiv, og gi en solid garanti for stabil drift av avløpsrenseanlegg og oppnåelse av vannkvalitetsstandarder.