Регулирование подачи воздуха в аэротеках на очистных сооружениях – это возможность эффективно экономить электрическую энергию.

Объектом управления является технологический процесс очистки сточных вод с использованием бактерий, содержащихся в активном иле. Сточные воды подаются в секции аэротек, где находится активный ил с бактериями. Для активации бактерий и перемешивания иловой смеси в секции подается воздух от турбовоздуходувок. Контроль за содержанием растворенного кислорода в аэротеках производится лабораторным анализом, на основании которого осуществляется регулирование подачи воздуха в аэротеки системой запорной арматуры в ручном режиме.

Данная система является сложной с точки зрения требований к алгоритмам управления по причине влияния большого числа факторов:

Количество подаваемого кислорода;

Неоднозначности поведения биологической системы активного ила;

Температуры окружающей среды;

Степени концентрации в сточной воде загрязняющих веществ и других сооружениях.

В общем, описание подобных систем не укладывается в традиционные модели теории автоматического регулирования из-за факторов, учет влияния которых прогнозировать почти невозможно. Например, плотность воздуха и сжимаемость воздуха существенно зависят от температуры, а поэтому и контуры регулирования подачи воздуха необходимо перестраивать в зависимости от условий окружающей среды.

Непрерывный контроль концентрации растворенного кислорода в аэротеках – залог качественной очистки и снижения расхода электроэнергии на воздуходувках. Имевшееся оборудование на предприятии (турбовоздуходувки ТВ-175) и метод лабораторного измерения концентрации растворенного кислорода морально устарели и создают проблему высокой нестабильности и перерасхода электрической энергии

На сегодняшний день наиболее совершенным является автоматический регулятор в комплексе с аэроционным нагнетателем для биологической обработки стоков и системой непрерывного измерения кислорода. Регулирование производительности таких установок осуществляется по средствам диффузорного направляющего аппарата с регулируемыми лопатками или входного направляющего аппарата с предварительной закруткой потока, а возможна также комбинация двух названных систем. Система непрерывного измерения кислорода, включающая в себя первичный преобразователь с датчиком, погружающимся в воду, а также вторичного преобразователя, использующего современную технологию микропроцессорной обработки сигнала, формирует сигнал в соответствие с концентрацией растворенного кислорода, который поступает в установку по нагнетанию воздуха и далее автоматически происходит изменение количества воздуха, поступающего в аэротеки.

В соответствие с методикой расчета удельного расхода воздуха на объем поступающих стоков, определено количество воздуха, подаваемого в аэротеки – 18030 м 3 /ч.

Произведем расчет удельного расхода воздуха на объем поступающих стоков 28000 м 3 /сут.

Удельный расход воздуха

где: q 0 – удельный расход кислорода воздуха, на 1мг снятой БПК- полной.

Для полной очистки БПК20 принимается 1,1.

К 1 – коэффициент, учитывающий тип аэротека, принимаем 2,0 для первой очереди, 1,95 – второй очереди;

К 2 – коэффициент зависящий от глубины погружения аэратора:

2,08 = первая очередь;

2,92 – вторая очередь

К т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод

К т = 1+0,02·(T w -20), где: T w средняя температура воды за летний период;

К 3 – коэффициент качества воды, принимается для городских сточных вод 0,85.

С а – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л;

Таблицам растворенности кислорода воздуха в воде Lex – БПК 20 очищенной сточной воде с учетом снижения БПК при первичном отстаивании. Данные по БПК 20получены из информации о качественном составе нормативно-очищенных сточных вод, испытательной лабораторией КЖУП «Уником»: БПК пол.пост. 53,9 мг/л, БПКпол.очищ. 5,1 мг/л.

К т = 1+0,02 · (22,1-20)=1,042

С а = 1+· С т, где: Н – глубина погружения аэраторов, м;

С т – растворимость кислорода в воде. (Принимаем по таблице 27, Василенко. Водоотведение. Курсовое проектирование).

Саl = 1+· 8,83 = 10,12

q airl = 1,1· = 18,75

q airll = 1,1· = 12,16

Суточный расход воздуха по удельному расходу,определим по формуле:

Q = q air + q ср.сут. , м 3 /сут,

где: q air -удельный расход воздуха;

q ср.сут - среднесуточный расход сточных вод, поступающих на очистку, м 3 /сут (28000 м 3 /сут).

Q I = 18,75·14000 = 262500 м 3 /сут

Q II = 12,16 · 14000 = 170240 м 3 /сут

Определим часовой расход воздуха

Q 4 I = =10938 м 3 /ч

Q 4 II = =7093 м 3 /ч

Общий расход равен

О р = Q 4 I + Q 4 II = 10938 + 7093 = 18031 м 3 /ч

Таким образом, необходимое количество воздуха, подаваемое на аэротеки составит 18031 м 3 /ч.

В настоящий момент установлено следующее нагнетательное оборудование:

1. турбовоздуходувка ТВ-175 производительностью 10000 м 3 /ч – 2 шт.

2. турбовоздуходувка ТВ-80 производительностью 6000 м 3 /ч – 2 шт.

3. турбовоздуходувка ТВ-80 производительностью 4000 м 3 /ч – 2 шт.

Для получения расчетного удельного расхода воздуха необходимо включать минимум две воздуходувки: одну воздуходувку ТВ-175 с установленной электрической мощностью 250 кВт и одну воздуходувку ТВ-80 с установленной электрической мощностью 160 кВт при номинальной нагрузке.

Учитывая физический и моральный износ нагнетательного оборудования, работающего с 1983 года, предлагается установить одноступенчатый центробежный компрессор с многолопастным открытым рабочим колесом турбинного типа в комплексе с системой регулирования подачи воздуха при помощи линейных сервомоторов с ниже перечисленными требованиями и показателями технологического оборудования:

Исходные данные

Для обеспечения подачи воздуха в количестве 12000 м 3 /ч необходимо включать две воздуходувки ТВ-80 суммарной мощностью 320 кВт.

Установленная электрическая мощность действующего технологического оборудования – 320 кВт - при 12000 м 3 /ч

Установленная электрическая мощность нового технологического оборудования – 315 кВт - при 16000 м 3 /ч, а при 12000 м 3 /ч - 249 кВт.

Определяем годовую экономию электрической энергии при установке новогооборудования:

Э э = (320 - 249) ·0,75 · 24 · 365 · 10 -3 = 466 тыс.кВт·ч или 130,5 т у.т

Стоимость сэкономленного топлива при цене 1 т у.т.=210$ (по данным департамента по энергоэффективности):

С = 130,5 · 210 = 27405 $ = 232942,5 тыс. р.

Срок окупаемости мероприятия:

где К – капиталовложения в мероприятие, 2000000 тыс. р.;

C – экономия от внедрения мероприятия, тыс. р.;

Т = == 8,6 года.

Примечание: Уточнение всех сумм капиталовложений по внедрению предложенных мероприятий и сроков окупаемости производится после разработки проектно сметной документации

Компрессор низкого давления или воздуходувка - оборудование, предназначенное для подачи воздуха под давлением в систему биологической очистки воды. Очистные сооружения с помощью кислорода, нагнетаемого воздуходувными станциями, ускоряют разложение органики аэробными бактериями. Аэрация воздухом способствует разложению биологических загрязнений активным илом. Аэротенк служитреактором биологической очистки воды.

Подача сжатого воздуха в биологическую очистку

Аэробные бактерии в форме активного ила используются в биологической ступени очистки. Процесс разложения органических соединений основан на окислительно-восстановительных реакциях. Под воздействием активного ила органика распадается на метан и двуокись углерода.. При этом бактерии размножаются. Чем больше в воде кислорода, тем быстрее усваиваются биоматериалы.

Воздух подаётся в преаэратор, где барботирует с активным илом и поступает в аэротенк. Часть ила из вторичных отстойников в регенераторе после обработки воздухом восстанавливает активность и поступает в аэратор. Основной поток сжатого воздуха направляется в аэротенк или на биофильтры с аэрацией, в зависимости от выбранной схемы. Итак,воздуходувка работает на биологической ступени, активируя аэробные бактерии. Только в условиях водной среды с избытком кислорода происходит биологическая очистка на 98%.

Эффективность работы аэротенка зависит от правильного подбора воздуходувки по типу и производительности.

Классификация воздуходувного оборудования

Воздуходувные станции должны обеспечить поступление кислорода для биологической очистки воды. Требования к воздуходувкам:

• нагнетаемый воздух не должен содержать примеси;
• малая энергоёмкость и лёгкое обслуживание;
• механизмы должны работать бесшумно;
• соответствовать производительности линии;
• иметь регулируемую подачу воздуха, повышая энергоэффективность.

Исходя из критериев, ведется расчёт и подбор агрегатов. Существует два типа установок - погружные и центробежные.

Погружные компрессоры устанавливаются в теле аэротенка на глубине, с обвязкой для контроля и управления всасывающими фильтрами. В толще воды происходит интенсивный отвод тепла от корпуса, подшипниковый узел не нагревается. Компрессор работает надёжнее, межремонтный период в несколько раз увеличивается.

Центробежные системы имеют большую производительность и несколько ступеней сжатия. Они используют принудительную смазку и водяное охлаждение.

По принципу работы установки бывают:

• поршневые;
• винтовые;
• вихревые.

Поршневые установки, сжимают газ в камере, создавая давление. Винтовые или роторные модели компактны, подают в систему чистый воздух без следов масла, работают не шумно и круглосуточно. Роторные модели имеют подшипники вне зоны сжатия, ротор смонтирован на валу.

По сжатию воздуха аппараты бывают низконапорные, но с большей производительностью, или рассчитанные на высокие параметры сжатия с меньшим расходом. Градация необходима при выборе оборудования для аэротенков разной глубины.

Основные энергозатраты очистного оборудования связаны с подачей воздуха в аэротенки. Снижение энергетической составляющей возможно, если использовать установки с регулируемым расходом и компрессией.

Производители компрессоров достоинство и недостатки оборудования

Управляемые промышленные воздуходувки подтвердили эффективность быстрой окупаемостью. Основным поставщиком оборудования является компания Siemens. В России до 80% нерегулируемых установок энергозатратны. Окупаемость новых управляемых установок за 2-4 года с ежегодной экономией до 35% электроэнергии. Компания отдаёт их на лизинговых условиях. Регулируемые воздуходувки предлагает российская компания «Эканит» по более низким ценам.

Давний разработчик и производитель компрессоров, литовская компания Vienybe предлагает большой выбор ротационных, вихревых компрессоров. Выбор моделей обширный, и отвечает современным запросам.

Для доочистки питьевой воды в системе водоподготовки подача воздуха ускорит процесс барботирование воздухом. Оборудование поставляет компания «ЭкоТехАвангард». Воздуходувки на давление 1 бар называются низкобарными, и выпускаются как оборудование для ВОС.

Зарубежные представители предлагают компрессорное оборудование:

• EPU Systems специализируется на погружных моделях EVW;
• итальянские компрессоры марки Robuschi характеризуются большой производительностью и качеством рабочих поверхностей;
• японские модели Hiblow компактны, экономичны и надёжны, используются новые технологии;
• немецкое оборудование компании Becker создает компактные надёжные модели, отвечающие современным требованиям.

Подбор воздуходувки при реконструкции очистных сооружений

Задачей реконструкции производства является замена отработавших агрегатов современным, экономически выгодным. Воздуходувка должна отвечать запросам:

• повышение производительности аэротенка без увеличения объёмов;
• встроить управление регулируемой воздуходувкой в автоматизированный процесс;
• уменьшить расход энергии на подачу воздуха.

Оборудование подбирается с учетом новых разработок производителей.

• использование мелкопузырчатого барботирования;
• замена воздуходувок на погружные автоматизированные системы;
• установка компрессоров низкого давления.

В процессе модернизации может быть применена схема поэтапной замены компрессоров без остановки производства.

Выбор воздуходувок при новом строительстве

Проектируя биологическую ступень очистных сооружений, исходят из эффективности разложения органических загрязнений. Особенностью процесса является среда, насыщенная кислородом и достаточное количество активного ила. Подача воздуха является неотъёмлемой частью очистки, но самой энергоёмкой. Снизить потребление энергии можно за счёт установки новейших моделей мировых и отечественных разработчиков. Среди предлагаемого оборудования нужно подобрать лучшее по эффективности, цене и качеству.

Подбор воздуходувки осуществляют исходя из расчётного расхода воздуха подаваемого в систему и рабочего давления. Технико-экономическими обоснованиями для выбора служат критерии:

• снижение энергетической нагрузки;
• автоматизация процесса;
• уменьшение затрат на капитальное строительство здания под компрессорное оборудование.

Проект должен отвечать оптимизации процесса и снижению трудозатрат. Именно этот путь предлагается ведущими мировыми производителями. Их модели компактны, экономичны и безопасны в эксплуатации. Новейшие разработки экономят до35% энергии в год, уменьшают эксплуатационные расходы.

Стоимость воздуходувок зависит от использования новых узлов, повышающих функциональность и экономичность модели. Надёжность устройства, материал изготовления рабочих механизмов, тип компрессора - всё имеет цену. Дорогостоящие агрегаты высокого качества имеют длительный срок службы и окупаются в течение 2-4 лет. В долгосрочной перспективе их устанавливать выгодно.

Сопутствующее оборудование при установке воздуходувок

При монтаже воздуходувки в систему биологической очистки потребуются дополнительные элементы управления процессом. В этом случае датчики процесса и исполнительные механизмы заказывают согласно схеме. Разводка воздуха по бассейну выполняется с применением дисковых и тарельчатых аэраторов, устанавливаемых на воздуховоде. Сенсорная панель управления агрегатом с контроллером позволяет регулировать режим работы в ручном и автоматическом режиме.

Air Blowers for Aeration in Wastewater Treatment

Keywords: biological treatment, air blowers, aeration

Biological treatment today is one of the most environment-friendly methods of treatment of industrial and municipal wastewater. Saturation of the treated water with oxygen is a mandatory condition for an efficient aerobic biological treatment process. This is achieved with air blowers designed for compression and delivery of air, and for creation of vacuum.

Описание:

Воздуходувки для аэрации при очистке сточных вод

Биологическая очистка в настоящее время является одним из наиболее экологичных методов водоочистки как промышленных, так и бытовых сточных вод. Для эффективного протекания процесса аэробной биологической очистки обязательным условием является насыщение очищаемых вод кислородом. Для этого используются воздуходувки, предназначенные для сжатия и нагнетания воздуха, а также для создания вакуума.

При выборе оборудования для очистных сооружений воздуходувкам уделяют особое внимание. Расход воздуха, требуемый для очистки сточных вод, зависит от потребности процесса в кислороде, необходимой эффективности удаления загрязняющих веществ, а также от используемой технологии очистки. Необходимое количество подаваемого воздуха при проведении очистки в аэротенках зависит от состава и температуры сточных вод, геометрических характеристик аэротенков, типа используемых аэраторов.

Расчетное рабочее давление, которое должны создавать воздуходувки, следует принимать исходя из глубины расположения аэраторов в аэротенках и потерь напора в воздухоподающей сети и самих аэраторах.

Диапазон требуемой производительности воздуходувки, в зависимости от заданных условий, может значительно отличаться и составлять от нескольких кубических метров воздуха до десятков тысяч. В то же время, независимо от типоразмера, воздуходувки, применяемые для аэрации сточных вод, должны соответствовать следующим требованиям.

1. Аэрация является одним из наиболее энергозатратных процессов. До 70 % энергии на очистных сооружениях расходуется системами аэрации. Соответственно, одним из важнейших требований является высокая энергоэффективность используемых воздуходувок. Согласно требованиям нормативных документов необходимо рассматривать возможность утилизации тепла сжатого воздуха для нужд станции очистки сточных вод. Рекомендуется использовать воздуходувное оборудование, позволяющее осуществлять регулирование расхода подаваемого воздуха. Это связано с суточной и сезонной неравномерностью притока сточных вод, а также с изменением как температуры сточных вод, так и температуры воздуха, поступающей к воздуходувкам. При использовании технологий биологического удаления азота и фосфора рекомендуется предусматривать гибкое либо ступенчатое управление системой подачи воздуха в аэротенки с применением средств автоматизации.

2. Воздуходувки должны оказывать минимальное воздействие на экологию окружающей среды. Класс чистоты сжатого воздуха регламентируется согласно ГОСТ Р ИСО 8573–1–2016 «Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты», который идентичен международному стандарту ИСО 8573–1:2010* «Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты» (ISO 8573–1:2010). В настоящее время рекомендуются к использованию безмасляные воздуходувки. Отсутствие масла благотворно влияет на поддержание жизнедеятельности бактерий и микроорганизмов при обработке осадка сточных вод, воздух которых не содержит частиц масла. Особенно неприемлемо содержание воздуха в том случае, если вода после очистки должна быть повторно использована.

3. Воздуходувка должна работать максимально бесшумно, так как повышенный уровень шума негативно влияет на персонал, занимающийся эксплуатацией оборудования очистных сооружений.

4. Воздуходувка должна быть рассчитана на условия эксплуатации, то есть быть устойчивой к коррозии, перепадам температур и воздействию атмосферных осадков.

5. Воздуходувки должны отличаться простотой в эксплуатации.

Воздуходувки или компрессора низкого давления широко используются в химической, металлургической, пищевой и добывающей промышленности а также в аэрации сточных вод, производстве строительных материалов и на железной дороге.
Компания «Спецстроймашина» производит воздуходувки серии ВР (воздуходувки роторные), на базе нагнетателей лучших мировых производителей, таких, как компании Tuthill
Vacuum & Blower Systems (США); Dresser Roots (CША, Англия), Aerzener Maschinenfabrik GmbH (Германия). Все используемые нагнетатели имеют сертификат ISO 9001. Воздуходувки серии ВР производства компании «Спецстроймашина» имеют высокий КПД, надежны и безотказны в работе на протяжении длительного срока эксплуатации.

При работе с Заказчиком инженеры нашей компании тщательно и скрупулезно изучают и анализируют полученную техническую информацию и предлагают оборудование высокого качество по оптимальной цене.

Применение качественных импортных нагнетателей с низкими шумовыми характеристиками позволяют использовать воздуходувки серии ВР непосредственно в производственных помещениях. Для дополнительной защиты от воздействия шумового излучения компания «Спецстроймашина» производит и поставляет в комплекте с воздуходувками серии ВР, шумозащитные кожухи двух модификащий ШК ССМ и ШК «Стрибог» ССМ с интегрированным шкафом управления воздуходувкой ШУВ ССМ.

Шумкожух ШК ССМ спроектирован таким образом, чтобы открытие минимального числа панелей позволяло обеспечить наилучшее обслуживание узлов и механизмов воздуходувки.

Конструкция воздуходувок ВР позволяет осуществлять легкий и беспрепятственный доступ к основным узлам, подлежащим периодической замене или обслуживанию: ремням, заливным пробкам нагнетателя, коммутационной коробки электродвигателя, съемной крышки воздушного фильтра и т. д.

Воздуходувки серии ВР оснащены виброопорами. Существует возможность простого и быстрого монтажа виброопор на бетонный фундамент производственного помещения.

Для автоматизации работы оборудования компания Спецстроймашина производит различные шкафы управления воздуходувками ШУВ ЗТ ССМ (звезда-треугольник), ШУВ ПлП ССМ (шкаф управления воздуходувкой с плавным пуском), ШУВ ЧП ССМ (шкаф управления воздуходувкой с частотным приводом) и др. используя для этого комплектующие таких известных мировых производителей как Siemens, Danfos, Mitsubishi и др.

Усилиями конструкторов компании «Спецстроймашина» удалось спроектировать воздуходувки серии ВР, гармонично сочетающие в себе качество, компактность и возможностью установки приводных электродвигателей разных фирм на одну базу.

Массо-габаритные характеристики воздуходувок серии ВР соизмеримы с зарубежными аналогами. При установке воздуходувок серии ВР экономяться значительные производственные площади и повышается удобство технического обслуживания оборудования.

В случае отсутствия у Заказчика помещений для установки оборудования компания «Спецстроймашина» изготавливает и устанавливает воздуходувки в блок контейнеры типа «Север» с различной степенью автоматизации а так же проводит сервисные и пуско-налодочные работы.

Воздуходувки производства компании «Спецстроймашина» проходят строгий контроль качества и обязательную сертификацию, что позволяет нашей продукции конкурировать со многими мировыми производителями компрессоров низкого давления, таких как GE Roots , Vienybe, LUTOS, Robuschi, Kaeser Compressors, Hibon, Atlas Copco, Aerzener.