Analisi dei guasti e schema di ristrutturazione del sistema di aerazione
Introduzione
ILsistema di aerazione, come uno dei componenti del sistema di trattamento biologico delle acque reflue, funziona principalmente per fornire l'ossigeno necessario per il metabolismo microbico e regolare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) all'interno del serbatoio biologico. I vortici generati dalla risalita delle bolle ed i disturbi provocati dalla loro rottura garantiscono un'efficace miscelazione dei fanghi attivi, prevenendone la deposizione. Per i serbatoi biologici a contatto contenenti mezzi, l'aerazione promuove anche la perdita del biofilm invecchiato dalla superficie dei mezzi, facilitando il rinnovamento del biofilm e potenziandone l'attività.
Gli studi indicano che i cambiamenti nella concentrazione di DO all'interno del serbatoio biologico portano ad alterazioni delle specie, della quantità, delle condizioni della zoogloia, dell'attività biologica e dei tipi metabolici delle comunità microbiche. Di conseguenza, le velocità di reazione e l’efficienza dei processi biochimici come la rimozione biologica del carbonio, la rimozione biologica dell’azoto e la rimozione biologica del fosforo vengono influenzate, modificando l’efficienza di rimozione di inquinanti come la materia organica, l’azoto ammoniacale, il fosforo totale e l’azoto totale nelle acque reflue. Lo stato operativo del sistema di aerazione incide direttamente sull'efficienza di rimozione degli inquinanti microbici, influenzando così le prestazioni complessive di purificazione dell'impianto di trattamento delle acque reflue (WWTP).
Pertanto, mantenere il sistema di aerazione in buone condizioni di funzionamento è un compito primario nel funzionamento e nella manutenzione dell'impianto di depurazione.
1. Materiali e metodi
1.1 Panoramica dell'impianto di depurazione
Un impianto di depurazione con una capacità di progetto di15,000 m³/d. Gli indicatori degli inquinanti influenti progettati sono mostrati inTabella 1e gli standard degli effluenti soddisfano lo standard di Grado A dello "Standard di scarico degli inquinanti per gli impianti di trattamento delle acque reflue municipali" (GB 18918-2002). Il principale processo di trattamento è:Trattamento preliminare + Coagulazione-Sedimentazione + Sistema biologico + Serbatoio di sedimentazione secondaria + Trattamento avanzato.
Inizialmente, a causa delle reti di raccolta sottosviluppate e della continua costruzione di imprese circostanti, l'impianto funzionava in modo intermittente a causa del basso afflusso. Quando le imprese circostanti sono diventate operative, l’afflusso e il carico di sostanze inquinanti sono aumentati, portando il sistema di aerazione del serbatoio biologico a passare al funzionamento continuo 24 ore su 24, con tassi di aerazione adeguati in base all’afflusso e al carico. Durante questo periodo, sia il serbatoio biologico che il sistema di aerazione hanno funzionato stabilmente, con tutti i parametri degli effluenti costantemente conformi agli standard.
1.1.1 Descrizione del serbatoio biologico
Il sistema biologico adotta uno schema simile a quelloprocesso tradizionale A²/O, comprendente zone anaerobiche, anossiche e ossiche. Le zone anaerobica e anossica sono divise ciascuna in due sezioni di processo Tandem di uguale volume, mentre la zona ossica è divisa in quattro. Nelle zone anaerobica e anossica sono installati sei miscelatori sommergibili. I diffusori fissi a bolle fini- sono installati sul fondo delle sezioni nelle zone anossiche e ossiche, con mezzi di imitazione recuperabili fissati sopra i diffusori per la crescita microbica. Il sistema di aerazione utilizza ventilatori per fornire aria compressa ai diffusori a bolle fini-attraverso i laterali. La velocità di aerazione in ciascun lato è regolata da valvole. Sono installati tre ventilatori, che funzionano in modalità standby + 1-a 2 funzioni.
1.1.2 Descrizione del guasto
Dopo circa 5 anni di funzionamento stabile, sul fondo delle zone anossiche e ossiche si è accumulata una quantità significativa di fanghi. I soffiatori riscontravano spesso allarmi di pressione di uscita elevata e arresti di protezione. Alcuni diffusori a bolle sottili-si sono rotti. Poiché la pressione in uscita continuava ad aumentare, aumentavano la frequenza degli arresti dei ventilatori e il numero di diffusori rotti. Una significativa perdita d'aria attraverso i diffusori rotti ha portato a una continua diminuzione dei livelli di DO nel serbatoio biologico, provocando un graduale deterioramento della qualità degli effluenti. Per mantenere la conformità, il numero e l'autonomia dei ventilatori in funzione sono stati aumentati. Questo circolo vizioso causava frequenti danni ai componenti del ventilatore come cuscinetti e ingranaggi. Alla fine, un ventilatore era gravemente usurato e demolito. I fanghi nella zona ossica sono diventati marrone scuro, con zoogloea sciolta-maleodorante e la qualità degli effluenti è ulteriormente peggiorata.
1.2 Analisi delle cause del guasto
Esaminando le registrazioni operative (affluenti, sistema di aerazione, manutenzione delle attrezzature) e le osservazioni del sito, le cause sono state analizzate come segue:
1.2.1 Cause di danni al soffiatore
- Avviamenti/arresti frequenti dovuti all'afflusso iniziale intermittente, che causano usura meccanica.
- Riavvio dei ventilatori sotto pressione dopo arresti per sovraccarico e funzionamento prolungato in sovraccarico.
- Aumento della richiesta d'aria a causa del flusso più elevato e dei diffusori rotti, che comportano un funzionamento prolungato.
- Temperature di esercizio elevate a causa della prolungata sovrapressione.
1.2.2 Cause di pressione di uscita elevata del ventilatore e danni al diffusore
- Pulizia incompleta delle tubazioni dell'aria durante la costruzione, con residui che ostruiscono i pori del diffusore.
- Deposizione di fanghi che copre i diffusori, ostruendo i pori.
- La condensa nei tubi dell'aria ostruisce i pori del diffusore.
- Aerazione intermittente che causa frequenti espansione/contrazione, invecchiamento delle membrane del diffusore e apertura incompleta dei pori, con conseguente aumento di pressione.
- Ingresso di acque reflue/fanghi nei diffusori rotti, disperdendo e intasando altri diffusori.
1.2.3 Cause dell'accumulo di fanghi di fondo
- Afflusso intermittente e aerazione che causano deposizione.
- Frequenti guasti al ventilatore che causano un'aerazione intermittente.
- Aerazione ridotta nelle laterali con diffusori rotti.
- Scarse prestazioni di aerazione che aumentano la deposizione di biofilm inattivo staccato dal serbatoio e dai mezzi.
1.3 Schema di ristrutturazione
Affrontando i guasti e le loro cause, considerando i modelli di afflusso e la necessità di un funzionamento continuo, è stato sviluppato il seguente schema di ristrutturazione:
La ventola irreparabile è stata sostituita con una singola ventola a sospensione pneumatica con portata e pressione superiori a quelle di progetto, modificando di conseguenza le tubazioni di uscita.
Per quanto riguarda i problemi del sistema di aerazione (alta pressione, intasamento, rottura, aerazione irregolare), considerando i requisiti del processo (intensità di miscelazione, flusso d'aria, controllo DO), la disposizione delle apparecchiature (miscelatori, tubazioni, mezzi) e lo schema dei diffusori danneggiati, sono stati progettati schemi di ristrutturazione separati per le zone anossiche e ossiche.
Ristrutturazione della zona anossica: I diffusori danneggiati erano concentrati nel mezzo delle sezioni anossiche 1 e 2, in coincidenza con l'accumulo di fanghi. Utilizzando il telaio del materiale esistente come supporto, all'interno del letto del materiale è stato installato un nuovo condotto d'aria laterale collegato al collettore principale, con una valvola di controllo del flusso. Nuovi tubi perforati-orientati verso il basso sono stati installati nella parte inferiore del telaio multimediale come nuovo sistema di aerazione. Il sistema originale a fondo fisso è stato dismesso. VedereFigura 1.
Ristrutturazione della zona ossica: Allo stesso modo, il supporto è stato rimosso nelle aree con diffusori danneggiati. È stato installato un nuovo laterale con valvola. Nella parte inferiore del telaio multimediale sono stati installati nuovi-dischi d'aria a bolle fini. Tubi perforati, simili alla zona anossica, sono stati installati anche verticalmente all'interno del telaio del mezzo per disturbare periodicamente i fanghi di fondo mediante valvole di commutazione. Il sistema originale a fondo fisso è stato dismesso. VedereFigura 2.
2. Risultati e analisi
Seguendo un approccio di test pilota-, le sezioni più gravemente colpite (Anoxic 1, Oxic 1) sono state rinnovate. I parametri chiave (OD, pressione del ventilatore, spessore dei fanghi) sono stati monitorati per 30 giorni prima- e dopo-la ristrutturazione. I risultati sono mostrati inFigura 3e analizzato inTabella 2.
FARE(Fig 3a, 3b, Tabella 2): i livelli di DO sono migliorati in modo significativo. Nella zona anossica, il DO è aumentato da 0,12-0,23 mg/L (avg. 0.16) a 0,32-0,58 mg/L (avg. 0.46), un aumento di 1,88 volte. Nella zona ossica, la DO è aumentata da 0,89-2,22 mg/L (avg. 1.78) a 2,81-5,02 mg/L (avg. 4.17), un aumento di 1,34 volte.
Pressione del ventilatore(Fig 3c, Tabella 2): La pressione di uscita è diminuita da 69,2-75,2 kPa (avg. 71.44) a 61,2-63,5 kPa (avg. 62.06), una riduzione di 0,13 volte.
Spessore del fango(Fig 3d, Tabella 2): lo spessore del fango di fondo è diminuito da 27,3-33,4 cm (avg. 30.00) a 14,2-28,8 cm (avg. 20.75), una riduzione di 0,31 volte.
L'osservazione dei fanghi attivi dopo la-ristrutturazione ha evidenziato un miglioramento dell'attività, un cambiamento di colore e una migliore crescita della zoogloea sui supporti, indicando il recupero del sistema. I cattivi odori cessarono.
La qualità dell'effluente è migliorata: l'azoto ammoniacale medio è sceso a 1,49 mg/L (rimozione del 90,5%, +17.7%); il fosforo totale medio è sceso a 0,19 mg/l (rimozione dell'88,9%, +12.7%); l'azoto totale medio è sceso a 10,28 mg/L (rimozione del 57,9%, +16.9%). Il consumo energetico del ventilatore è diminuito da 72,5 kW a 59 kW in condizioni simili, con un risparmio energetico del 18,6%.
3. Conclusione
L'analisi ha identificato le cause del danno al ventilatore, dell'alta pressione, del danno al diffusore e dell'accumulo di fanghi. Sono stati implementati programmi di ristrutturazione mirati per le zone anossiche e ossiche. I test pilota hanno dimostrato miglioramenti significativi: DO anossico, DO ossico, pressione del ventilatore e spessore dei fanghi sono stati migliorati rispettivamente di fattori di 1,88, 1,34, 0,13 e 0,31. Ciò fornisce una solida base per un rinnovamento-su vasta scala.