Omfattande lösningar för DO-avvikelser

Onormala koncentrationer av löst syre (DO) är ett vanligt och utmanande problem i avloppsreningsverk, som inte bara påverkar avloppskvaliteten utan också potentiellt utlöser en kedjereaktion av slambulkning och ökad energiförbrukning. Förutom konventionella luftningsjusteringar och vattenförbehandlingsåtgärder tillhandahåller följande avancerade lösningar för DO-avvikelser från tre dimensioner: innovativa nödtekniker, systemomstrukturering och optimering och tvärvetenskaplig teknikintegration.

(I) Förbättrad luftningsteknik
Nanobubble-luftningsteknik
Princip och fördelar: Nanobubblor, med en diameter på endast 10-200 nm, har en stor specifik yta, långsam stighastighet och hög upplösningseffektivitet. Jämfört med traditionella luftningsmetoder kan luftning med nanobubblor öka syreutnyttjandet till över 80 %, vilket är 2-3 gånger så mycket som mikroporös luftning. I nödsituationer med en plötslig minskning av DO-koncentrationen kan nanobubblor snabbt öka nivåerna av löst syre i vattnet utan att påverka det mikrobiella samhället.

Applikationsfall: Ett kemiskt avloppsreningsverk upplevde en plötslig ökning av koncentrationen av organiskt material som inflytande, vilket gjorde att koncentrationen av löst syre (DO) sjönk från 2,5 mg/L till 0,8 mg/L. Efter nödaktiveringen av luftningssystemet för nanobubblor återgick DO-koncentrationen till över 2 mg/L inom bara 30 minuter och återgick till normala nivåer efter 2 timmar, vilket undviker risken för att avloppsvattnet överskrider standarderna.

Nödsystem för rent syreluftning

Tillämpliga scenarier: När konventionella luftningssystem inte kan möta akuta syrebehov, kan ren syreluftning användas som ett nödtillskott. Hög-syrekoncentration tillhandahålls genom lagringstankar för flytande syre eller syregeneratorer och injiceras direkt i den biologiska behandlingstanken, vilket avsevärt ökar DO-koncentrationen på kort tid. Syreöverföringseffektiviteten för luftning med ren syrgas är 5-10 gånger högre än luftluftning, vilket gör den särskilt lämplig för akutbehandling av stötar med hög belastning eller fel på luftningsutrustning.

Försiktighetsåtgärder: Strikt kontroll av syrgasinjektionshastigheten är nödvändig för ren syrgasluftning för att undvika alltför höga DO-koncentrationer som leder till mikrobiell förgiftning. Dessutom är rent syre relativt dyrt och bör endast användas som en kort-nödåtgärd, inte för lång-kontinuerlig användning. Under topputsläppsperioder för jäsningstanksrening av avloppsvatten använde ett bryggeri avloppsvattenreningsverk ren syreluftning för att upprätthålla en stabil koncentration av löst syre (DO) på cirka 3 mg/L, vilket säkerställer effektiv nedbrytning av organiskt material.

(II) Mikrobiell förbättrad saneringsteknik
Riktad dosering av funktionella mikrobiella medel:
Medelval och tillämpning: Specifika funktionella mikrobiella medel väljs för förbättring baserat på olika typer av DO-avvikelser. Till exempel, när DO-konsumtionen är långsam på grund av otillräcklig slamaktivitet, kan tillsats av högeffektiva nedbrytande mikrobiella medel (som Bacillus och Pseudomonas) snabbt förbättra mikrobiell metabolisk kapacitet och öka syreförbrukningen. När DO-koncentrationen är för hög tillsätts denitrifierande mikrobiella medel för att använda denitrifieringsreaktioner för att förbruka överskott av syre.

Skräddarsydd utveckling av mikrobiella medel: Vissa reningsverk för avloppsvatten samarbetar med forskningsinstitutioner för att utveckla skräddarsydda sammansatta mikrobiella medel baserat på inflytande vattenkvalitet och mikrobiell samhällsstruktur. Ett läkemedelsreningsverk upptäckte, genom analys av dess mikrobiella slamsamhälle, brist på stammar som bryter ned specifika antibiotika. Efter riktad applicering av ett sammansatt mikrobiellt medel minskade DO-koncentrationen från 5 mg/L till 2,8 mg/L, medan antibiotikaavlägsningshastigheten ökade med 40 %. Rapid Biofilm Construction Technology

Val av bärare och metod för bildande av biofilm: Suspenderade biologiska bärare (såsom polyuretansvamp eller keramsit) läggs till den biologiska behandlingstanken. En teknologi för snabb biofilmbildning används för att skapa en biofilm på bärarytan. Det mikrobiella samhället i biofilmen har en stabil struktur, stark stötbeständighet och kan upprätthålla aktivitet även under förhållanden med stora DO-koncentrationsfluktuationer. Genom att använda luftning och blandning i kombination med inokulering av dominerande bakteriearter kan biofilmbildning slutföras inom 7-10 dagar, vilket ökar behandlingskapaciteten i det biologiska systemet med 20%-30%.

Applikationsresultat: Ett kommunalt avloppsreningsverk upplevde minskad slamaktivitet och för mycket ammoniakkväve i avloppsvattnet på grund av långvariga DO-koncentrationsfluktuationer. Genom att lägga till biologiska bärare av keramsit och inokulera med nitrifierande bakterier, stabiliserades DO-koncentrationen på 2-3 mg/L efter biofilmbildning, och ammoniakkväveavlägsnandet ökade från 60 % till 95 %, vilket avsevärt förbättrade avloppskvaliteten.

(I) Process Route Upgrade and Transformation

Fler-stegs AO-processoptimering

Segmenterad inflytande och exakt luftning: Genom att uppgradera den traditionella AO-processen till en AO-process i flera-steg, genom segmenterad inflytande och oberoende luftningskontroll, uppnås exakt reglering av DO-koncentrationen i olika zoner. Till exempel, i det första-steget anoxiska zonen kontrolleras DO-koncentrationen till<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%.

Tillägg av mellanliggande sedimenteringstank: Genom att lägga till en mellanliggande sedimenteringstank till AO-processen i flera-steg uppnås separat kontroll av returslam och återföring av blandlut. Den mellanliggande sedimenteringstanken kan ta bort en del slam, vilket minskar slamkoncentrationen i den efterföljande aeroba zonen och minskar syreförbrukningen; samtidigt kan den blandade lutreturen transportera mer nitrat in i den anoxiska zonen, vilket förbättrar denitrifieringseffektiviteten. Ett avloppsreningsverk i en industripark minskade DO-koncentrationen i den aeroba zonen med 0,5 mg/L och minskade luftningsenergiförbrukningen med 15 % genom att lägga till en mellanliggande sedimenteringstank.

MBR Process Deep Optimization: Membranmodullayout och justering av luftningsmetod: I en membranbioreaktor (MBR) kan optimering av membranmodullayouten och luftningsmetoden effektivt kontrollera DO-koncentrationsfördelningen. En kombination av bottenluftning och sidoluftning används för att möta syrebehovet hos mikroorganismer samtidigt som det genererar skjuvkraft för att förhindra nedsmutsning av membranet. Samtidigt möjliggör onlineövervakning av DO-koncentrationen i membrantanken för real-justering av luftningshastigheten, vilket förhindrar överdriven luftning som kan leda till höga DO-koncentrationer. Efter optimering stabiliserades DO-koncentrationen i MBR-systemet i en livsmedelsanläggnings avloppsreningsverk på 1,5-2,5 mg/L, och membranrengöringscykeln förlängdes från 30 dagar till 60 dagar.

MBR kopplat till avancerade oxidationsprocesser: När DO-koncentrationen i MBR-systemet är onormal på grund av motsträviga organiskt material i inflödet, kopplas avancerade oxidationsprocesser (som ozonoxidation och Fenton-oxidation) för att förbehandla influenten. Avancerad oxidation kan bryta ner motsträviga organiskt material till lätt biologiskt nedbrytbara ämnen, vilket minskar den biokemiska behandlingsbelastningen och stabiliserar DO-koncentrationen. Efter att ha antagit den MBR-ozonkopplade processen, såg en reningsanläggning för färgning och tryckning av avloppsvatten sin DO-koncentration öka från 1,2 mg/L till 2,2 mg/L, och dess COD-avlägsnande ökade från 75 % till 90 %.

(II) Energiåtervinning och återvinning
Slam-anaerob rötning för kraftgenerering och luftning
Processprincip: Överskottsslam matas in i den anaeroba kokaren. Den genererade biogasen används för att generera elektricitet genom bränsleceller, vilket ger ström till luftningsutrustningen. Samtidigt är matsmältningen efter anaerob nedbrytning rik på näringsämnen som kväve och fosfor, som kan återföras till den biokemiska tanken för att fylla på mikrobiella näringsämnen, främja mikrobiell metabolism och stabilisera DO-koncentrationen. Ett avloppsreningsverk, genom anaerob rötning av slam för kraftgenerering, tillgodosede 30 % av luftningssystemets elbehov, vilket sparade cirka 800 000 yuan i elkostnader årligen, samtidigt som DO-koncentrationsstabiliteten förbättrades med 25 %.

Matsmältningsåtergångskontroll: Kontrollera strikt rötgasreturflödet för att undvika överdriven mikrobiell tillväxt på grund av överdriven näringsämnen, vilket skulle öka syreförbrukningen. Genom att övervaka kväve- och fosforkoncentrationer i den biologiska reningstanken justeras andelen återcirkulation av biogasslurry, vanligtvis styrd till 5%-10% av inflödeshastigheten.

Spillvärmeåtervinning och vattentemperaturkontroll

Spillvärmeåtervinningssystemet samlar upp spillvärme som genereras vid rening av avloppsvatten (såsom värmeavledning från luftningsutrustning och värmealstring från anaerob rötning), omvandlar den till varmvatten via ett värmepumpsystem för att reglera vattentemperaturen i den biologiska reningstanken. Vattentemperaturen är en avgörande faktor som påverkar syrelösligheten och mikrobiell aktivitet. Att hålla vattentemperaturen på 20-30 grader hjälper till att stabilisera syrelösligheten och optimerar mikrobiell aktivitet. Ett avloppsreningsverk i norra Kina ökade genom sitt spillvärmeåtervinningssystem vattentemperaturen i sin biologiska reningstank från 12 grader till 22 grader på vintern, ökade koncentrationen av löst syre (DO) med 0,8 mg/L och förbättrade reningseffektiviteten med 20 %.

Vattentemperatur och DO Co-kontroll: En sam-kontrollmodell upprättas mellan vattentemperatur och DO-koncentration. När vattentemperaturen stiger, ökas luftningshastigheten på lämpligt sätt för att kompensera för minskningen i syrelöslighet; när vattentemperaturen sjunker reduceras luftningshastigheten för att förhindra alltför höga DO-koncentrationer. Denna dynamiska kontroll säkerställer att DO-koncentrationen förblir stabil inom ett lämpligt område.

(I) Tillämpning av IoT och Big Data-teknik

DO Concentration Intelligent Prediction and Early Warning System

Multi-Källdatafusionsanalys: Genom att integrera information om flera-källor såsom influensvattenkvalitet, vattenkvantitet, driftsparametrar för luftningsutrustning och meteorologiska data, upprättas en DO-koncentrationsförutsägelsemodell genom stordataanalys. Denna modell kan förutsäga DO-koncentrationstrender 24 timmar i förväg. När den förutsagda DO-koncentrationen kommer att överskrida det normala intervallet, utlöser den automatiskt en tidig varning och skickar optimeringsförslag. Det intelligenta systemet för tidig varning vid ett avloppsreningsverk uppnådde en noggrannhet på 95 %, vilket minskade svarstiden för hantering av DO-koncentrationsavvikelser från 2 timmar till 30 minuter.

Fjärrkontroll och obemannad drift: Baserat på IoT-teknik uppnås fjärrkontroll av luftningsutrustning och obemannad hantering av biologiska reningstankar. Operatörer kan övervaka DO-koncentration och utrustningens driftstatus i realtid via mobil APP eller dator, och fjärrjustera parametrar som luftningshastighet och slamreturförhållande. Efter att ha antagit det obemannade operationssystemet såg ett avloppsreningsverk i ett bergsområde sin stabilitetshastighet för DO-koncentrationen öka till 98 % och arbetskostnaderna minskade med 60 %. Simulering och optimering av digitalt tvillingsystem

Virtuell biokemisk tankkonstruktion: En virtuell modell av den biokemiska tanken är konstruerad med hjälp av digital tvillingteknologi för att simulera DO-koncentrationsfördelningen och mikrobiella metaboliska processer under olika inflytande förhållanden och driftsparametrar. Genom virtuella experiment optimeras parametrar som luftningsstrategier och slamreturförhållande, och den optimala lösningen tillämpas sedan på den faktiska produktionen. Ett avloppsreningsverk, genom simulering av digitala tvillingsystem, fann att justering av luftningshuvudets avstånd från 1,2 meter till 1 meter förbättrade DO-koncentrationens enhetlighet med 20 %, och den faktiska effekten efter modifiering överensstämde med simuleringsresultaten.

Felsimulering och nödövningar: Onormala DO-koncentrationsscenarier (såsom fel på luftningsutrustning och stötar med inflytande belastning) simuleras i det digitala tvillingsystemet, och virtuella nödövningar genomförs för att förbättra operatörernas reaktionsförmåga. Genom upprepade övningar blev operatörerna mer bekanta med hanteringsrutinerna för DO-avvikelser och den faktiska nödinsatstiden förkortades med 40 %.

(II) Utveckling av nya material och avancerad utrustning

Intelligenta luftningsmembranmaterial

Materialegenskaper och fördelar: Det nya intelligenta luftningsmembranmaterialet har hög porositet, hög syreöverföringseffektivitet och stark anti-fouling-förmåga. Den intelligenta beläggningen på membranytan justerar automatiskt porstorleken efter DO-koncentrationen. När DO-koncentrationen är för hög, krymper porerna, vilket minskar syreöverföringen; när DO-koncentrationen är för låg expanderar porerna, vilket ökar syreöverföringen. Syreöverföringseffektiviteten hos det intelligenta luftningsmembranet är mer än 50 % högre än för traditionella luftningshuvuden, samtidigt som energiförbrukningen minskar med 30 %.

Applikationsutsikter: Det intelligenta luftningsmembranmaterialet befinner sig för närvarande i pilotstadiet- och förväntas uppnå stor-applicering under de kommande 3-5 åren. Resultat i pilotskala från en forskningsinstitution visar att DO-koncentrationsfluktuationsintervallet i den biologiska reningstanken som använder det intelligenta luftningsmembranet endast är ±0,2 mg/L, och behandlingseffekten är betydligt bättre än för traditionella luftningssystem.

Underwater DO Concentration Real-Time Monitoring Robot

Funktioner: Undervattensroboten är utrustad med en DO-sensor med hög-precision, vattenkvalitetsanalysator och kamera. Den kan självständigt navigera i den biologiska reningstanken och övervaka DO-koncentrationen och vattenkvalitetsparametrarna i olika områden i realtid. Roboten sänder data till det centrala kontrollrummet via trådlös kommunikation, vilket gör att operatörerna intuitivt kan förstå fördelningen av DO-koncentrationen och snabbt identifiera områden med onormala DO-nivåer.

Innovativ tillämpning: Efter att ha introducerat en undervattens DO-övervakningsrobot upptäckte ett stort avloppsreningsverk en död zon med låg DO-koncentration i hörnet av den biologiska reningstanken. Genom att justera luftningshuvudets layout eliminerades den ojämna DO-koncentrationsfördelningen, vilket förbättrade den totala behandlingseffektiviteten med 10 %.

Slutsats: Att lösa onormala DO-koncentrationer kräver att bryta igenom traditionellt tänkande och kombinera innovativa nödtekniker, systemrekonstruktion och optimering och tvärvetenskaplig teknikintegration för att bygga diversifierade och-lösningar på flera nivåer. Från kortsiktiga-nödåtgärder som luftning av nanobubblor och tillsats av funktionella bakterier, till långsiktig-systemoptimering genom processuppgraderingar och energiåtervinning, och vidare till banbrytande-teknologier som IoT-applikationer och ny materialutveckling, varje teknik ger nya idéer för att lösa onormala DO-koncentrationer. I framtiden, med kontinuerliga tekniska framsteg och innovationer, kommer DO-koncentrationskontrollen att bli mer exakt och effektiv, vilket ger en solid garanti för stabil drift av avloppsreningsverk och uppnående av vattenkvalitetsstandarder.