Gwella ac Enillion Effeithlonrwydd Pilenni Tryledwr Swigod Gain mewn Gweithfeydd Trin Dŵr Gwastraff Dinesig
Mae'r system awyru, sy'n elfen graidd o'r broses trin dŵr gwastraff slwtsh wedi'i actifadu, yn effeithio'n uniongyrchol ar effeithiolrwydd triniaeth a chostau gweithredu. Dengys ystadegau y gall awyru gyfrif am 40% i 60% o gyfanswm defnydd ynni nodweddiadol WWTP. Mae'r bilen tryledwr, y cyfrwng allweddol ar gyfer trosglwyddo ocsigen, yn pennu'r effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen (OTE) a lefel y defnydd o ynni. Dros amser, mae pilenni yn aml yn dioddef o heneiddio, clocsio, a difrod, gan arwain at lai o OTE a chynnydd sylweddol yn y defnydd o ynni.
Mae gan Tsieina dros 4,000 o WWTP trefol gyda chynhwysedd trin blynyddol o fwy na 60 biliwn m³. Mae defnydd trydan blynyddol systemau awyru yn fwy na 100 biliwn kWh. Felly, mae optimeiddio systemau awyru a gwella OTE yn hanfodol ar gyfer cyflawni nodau "Carbon Deuol". Fodd bynnag, mae astudiaethau empirig ar ailosod pilenni tryledu mewn WWTP trefol domestig yn brin, yn enwedig o ran asesiadau cynhwysfawr o ddefnydd ynni ac effeithlonrwydd triniaeth.
1. Statws Ymchwil Optimeiddio System Awyru
Mae ymchwil ryngwladol yn canolbwyntio ar wella deunydd pilen ac arloesi dulliau awyru. Er enghraifft, datblygodd Supratec yr Almaen bilenni EPDM gydag effeithlonrwydd trosglwyddo ocsigen o 0.33, ac mae astudiaethau EPA yr Unol Daleithiau yn dangos bod awyru swigod micro yn arbed dros 30% o ynni o'i gymharu â dulliau traddodiadol. Canfu ymchwilwyr domestig fel Hu Peng y gallai optimeiddio leihau'r defnydd o ynni planhigion 15%-25%.
Fodd bynnag, mae gan ymchwil bresennol ddiffygion: amlygrwydd astudiaethau labordy dros achosion y byd go iawn, ffocws ar-effeithiau tymor byr dros-sefydlogrwydd tymor hir, a dadansoddiad o ddangosyddion sengl dros fuddion cynhwysfawr. Mae'r astudiaeth hon, trwy-monitro tymor hir, yn gwerthuso'n systematig effaith gynhwysfawr ailosod pilen ar effeithlonrwydd triniaeth a'r defnydd o ynni, gan fynd i'r afael â bwlch ymchwil.
2. Cynnwys a Methodoleg yr Ymchwil
Defnyddiodd yr astudiaeth hon ddadansoddiad cymharol o ddata gweithredol cyn ac ar ôl ailosod pilenni (Mehefin 2020 - Mawrth 2022) mewn WWTP yn Dongguan, Guangdong. Roedd y meysydd ymchwil allweddol yn cynnwys: newidiadau mewn effeithlonrwydd tynnu llygryddion, nodweddion defnydd ynni system awyru, mecanweithiau gwella OTE, a dadansoddiad economaidd techno. Roedd y dulliau'n cynnwys monitro maes a dadansoddi labordy.
2.1 Trosolwg Pwnc
Mae gan yr achos WWTP gapasiti dylunio o 20,000 m³/d, mae'n defnyddio proses A²/O ar gyfer carthion trefol, mae'n gwasanaethu tua 150,000 o bobl, ac mae ganddo lif dyddiol gwirioneddol o 18,000-24,000 m³. Roedd y tryledwyr swigen mân rwber gwreiddiol wedi bod ar waith ers 8 mlynedd, gan ddangos heneiddio sylweddol.
2.2 Uwchraddio Dyluniad y Cynllun
2.2.1 Cyfrifo'r Galw am Ocsigen
Based on water quality/quantity, the aerobic zone's daily oxygen demand was >275 kg/awr. O ystyried y maes gwasanaeth, capasiti cyflenwi ocsigen, a chlocsio posibl, cyfrifwyd bod y cyflenwad aer gofynnol yn 2,400–4,800 m³/h (mewnlifiad 1,200 m³/h, Aer-i-Cymhareb Dŵr 2–4). Roedd hyn yn cyfateb i 480 metr o diwbiau tryledwr (cyflenwad aer 5–10 m³/h y metr), gydag ardal wasanaeth o dan 2.5 m² y metr, gan ganiatáu cyflenwad ocsigen uchaf yn fwy na 380 kg/h.
2.2.2 Dewis Pilenni
Yn seiliedig ar gymhariaeth perfformiad (Tabl 1), gan ystyried OTE, ystod llif aer, a chost, dewiswyd pilenni swigen mân EPDM. Paramedrau allweddol: OTE 0.33 (uwch na'r gwreiddiol), llif aer 2–15 m³/h, bywyd gwasanaeth 5–8 mlynedd, a phris uned cost effeithiol.
2.2.3 Dewis Gwneuthurwr
Ar ôl ymgynghori â chyflenwyr domestig ac ystyried profiad lleol, dewiswyd tryledwyr EPDM math padlo oherwydd eu manteision cynhwysfawr o ran cyflenwad ocsigen, strwythur gosod a phris. Gosodwyd cyfanswm o 484 metr ar draws dau danc biolegol. Dangosir paramedrau technegol gwahanol fodelau ynTabl 2.
2.2.4 Gweithredu Amnewid
Cymerodd y newid ym mis Mehefin 2021 7 diwrnod, yn cynnwys 484 metr o dryledwyr math padlo. Parhaodd y planhigyn i weithredu'n barhaus trwy redeg ar gapasiti llai ar un ochr. Roedd y pilenni newydd, a gynlluniwyd ar gyfer 5 m³/h, yn gweithredu ar 4-8 m³/h.
2.3 Casglu a Dadansoddi Data
Casglwyd 22 mis o ddata gweithredol cyn ac ar ôl amnewid ar draws pedwar categori: ansawdd dŵr (COD mewnlifol/elifiant, NH₃{{-N), paramedrau gweithredol (cyfanswm cyfaint aer, gwasgedd, DO), defnydd o ynni (trydan system awyru, kWh/m³) ac effeithlonrwydd (OTE, Aer{{-Aer{{{-{-Cymhareb Aer i{-Dŵr).
3. Newidiadau mewn Effeithlonrwydd Dileu Llygryddion
3.1 Dileu COD
Post{0}}disodli, gwellodd tynnu COD yn sylweddol. Gostyngodd COD elifiant o 14.2 mg/L i 12.4 mg/L, a chynyddodd y gyfradd symud o 93.5% i 96.0%. Roedd y system newydd hefyd yn dangos gwell sefydlogrwydd er gwaethaf COD dylanwadol cyfnewidiol (117-249 mg/L) (Ffigur 1).
3.2 NH₃-Tynnu N
Roedd gwelliant yn fwy amlwg ar gyfer NH₃-N. Gyda lefelau dylanwadol sefydlog, gostyngodd elifiant NH₃{-N o gyfartaledd o 2.3 mg/L i 0.85 mg/L, a chyrhaeddodd y gyfradd dynnu 94.1% (Ffigur 1). Priodolir hyn i ddosbarthiad awyru mwy unffurf, hyrwyddo twf a gweithgaredd nitrifier, gan sicrhau cydymffurfiad NH₃-N sefydlog.
4. Nodweddion Defnydd Ynni System Awyru
4.1 Cymhareb Aer i-Dŵr
Gostyngodd y Gymhareb Aer i-Dŵr o 3.4 i lai na 2.0, tra arhosodd tanc aerobig DO yn sefydlog ar 0.5–1 mg/L (Ffigur 2), sy'n nodi effeithlonrwydd a sefydlogrwydd uwch.
4.2 Ynni Awyru fesul Metr Ciwbig o Ddŵr
Gostyngodd y defnydd o ynni awyru o 0.073 kWh/m³ i 0.052 kWh/m³, gostyngiad o 28.3%. Roedd yr effaith arbed ynni yn sefydlog dros fisoedd (Ffigur 3), gan ddangos dibynadwyedd cyson.
4.3 Defnydd Ynni fesul Uned Llygrydd Wedi'i Dileu
Gostyngodd y metrig hwn o 0.32 kWh/kg i 0.24 kWh/kg, gostyngiad o 25% (Ffigur 4). Mae hyn yn dangos bod y pilenni newydd nid yn unig yn lleihau'r defnydd o ynni absoliwt ond hefyd wedi gwella effeithlonrwydd y defnydd o ynni ar gyfer tynnu llygryddion.
5. Mecanweithiau ar gyfer Gwell Effeithlonrwydd Defnydd Ocsigen
5.1 Newid mewn Effeithlonrwydd Trosglwyddo Ocsigen
Cynyddodd OTE o 15.10% i 24.75%, gwelliant o 63.9% (Ffigur 5). Mae hyn oherwydd y micro-strwythur mandwll wedi'i optimeiddio a dosbarthiad swigen mwy unffurf y pilenni newydd, gan wella trosglwyddiad màs ocsigen. Roedd nanotechnoleg uwch yn caniatáu mandyllau mwy manwl, wedi'u dosbarthu'n fwy unffurf, gan gynyddu trylediad a hydoddedd.
5.2 Optimeiddio Paramedrau Gweithredol
Fel y dangosir ynTabl 3, post{0}}disodli, gostyngodd cyfanswm cyfaint yr aer 18.4% tra'n cynnal DO rhwng 0.5-1 mg/L. Gostyngodd y Gymhareb Aer i-Dŵr o 3.4:1 i 2.0:1, cynyddodd OTE 63.9%, a gostyngodd ynni awyru fesul m³ 28.3%. Fe wnaeth y gwelliannau cynhwysfawr hyn wella'r defnydd o ynni, effeithlonrwydd gweithredol ac ansawdd dŵr.
6. Techno-Dadansoddiad Economaidd
6.1 Cyfnod Ad-dalu Buddsoddiadau
Cyfanswm y buddsoddiad oedd 163,900 CNY (pilennau, trafnidiaeth, gosod, comisiynu). Yn seiliedig ar arbedion ynni o 0.021 kWh / m³, pris trydan o 0.7 CNY / kWh, a llif dyddiol cyfartalog o 24,000 m³, arbedion trydan blynyddol yw 128,800 CNY. Tua 15 mis yw'r cyfnod ad-dalu syml, sy'n dangos manteision economaidd sylweddol.
6.2 Manteision Amgylcheddol
Yn seiliedig ar driniaeth flynyddol o 8.76 miliwn m³, mae arbedion trydan blynyddol yn 184,000 kWh, sy'n cyfateb i leihau allyriadau CO₂ 184 tunnell. Mae gwell gwared â llygryddion yn gwella buddion amgylcheddol ac yn sicrhau cydymffurfiaeth elifion yn fwy sefydlog, gan leihau risgiau amgylcheddol.
7. Diweddglo
Cynyddodd gosod pilenni tryledwr swigen mân EPDM yn sylweddol OTE i 24.75% a gostyngodd y defnydd o ynni awyru 28.3%, gan ddangos perfformiad economaidd techno da. Cynyddodd y system newydd gyfraddau tynnu COD a NH₃{{{{-N) i 96.0% a 94.1%, yn y drefn honno, gan wella gwytnwch y system i amrywiadau mewn llwythi, a chyflawnodd gyfnod ad-dalu syml o tua 15 mis. Mae'r dull hwn yn addas ar gyfer WWTP trefol dwys ynni sy'n ceisio gwelliannau ansawdd ac effeithlonrwydd, gan ddangos gwerth hyrwyddo sylweddol.