Chemische Online-Reinigung für Feinblasbelüfter: Technologie, Anwendung und Kosteneinsparungen

Anwendung der Online-chemischen Reinigungstechnologie für Feinblasenbelüfter in Kläranlagen

Feinblasbelüfter werden aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der hohen Sauerstoffausnutzungseffizienz, der zuverlässigen Leistung, der Verstopfungsresistenz der Poren, der Verhinderung des Abwasserrückflusses, der gleichmäßigen Spannungsverteilung in Umfangsrichtung, der langen Lebensdauer, der einfachen Installation und Wartung sowie der niedrigen Systemkosten häufig als Belüftungsausrüstung in Kläranlagen eingesetzt. Feinblasige Belüftungssysteme sind eine Schlüsselkomponente für die Sauerstoffversorgung bei der Abwasseraufbereitung und neigen im Langzeitbetrieb zu Verstopfungen durch Verschmutzung und Biofilm, was erhebliche Herausforderungen für die Aufrechterhaltung ihrer Leistung mit sich bringt. Die chemische Online-Reinigungstechnologie bietet eine wirksame Lösung für dieses Problem.

1. Bildung und Gefahren einer Verstopfung des Belüfters mit feinen Blasen

Nach längerem Betrieb neigen Feinblasbelüfter zu Verstopfungen, die je nach Form der Schadstoffblockierung typischerweise in „interne Verstopfung“ und „externe Verstopfung“ eingeteilt werden. „Interne Verstopfung“ bezieht sich auf die Ablagerung feiner Partikel wie kolloidaler Partikel und gelöster Makromoleküle aus der gemischten Flüssigkeit in den Poren, was zu einer Verstopfung der Poren führt. Unter „äußerer Verstopfung“ versteht man die Ablagerung von Kesselsteinstoffen auf der wasserzugewandten Membranoberfläche. Diese Art der Verstopfung erhöht tendenziell den Luftaustrittswiderstand der Membran, was zu einem erhöhten Druck auf die Membran und einer allmählichen Vergrößerung der Porengröße führt. Mit der Zeit kann dies leicht zum Reißen der Membran führen. Sobald die Membran reißt, reichen die Auswirkungen von der Zerstörung der Belüftungseffizienz bis hin zu strukturellen Schäden am System, die möglicherweise eine Abschaltung für Wartungsarbeiten oder den Austausch des Belüfters erforderlich machen.

Verstopfungsprobleme in Feinblasbelüftern bringen erhöhte Betriebsrisiken mit sich:

• Aus Sicht der Stromverbrauchskosten: Wenn Belüfter verstopfen, steigt der Druck in der Rohrleitung, wodurch die Gebläse gezwungen werden, unter Bedingungen hoher -Last und hohem-Energieverbrauch-zu arbeiten. Dies erhöht den Stromverbrauch und beeinträchtigt auch die Lebensdauer des Gebläses.
• Aus Sicht des Umweltrisikos: Ungleichmäßige Belüftung verringert die Sauerstoffübertragungsraten, schränkt die Flexibilität der Prozesssteuerung ein und kann in schwerwiegenden Fällen die Abwasserqualität erheblich beeinträchtigen.
• Aus ökonomischer Kostensicht: Der Aufwand für die manuelle Reinigung nach der Tankentleerung ist hoch.
• Aus Sicherheitsgründen: Die manuelle Reinigung nach dem Entleeren erfordert das Betreten von Tanks zur Schlammentfernung, was das Betreten beengter Räume und vorübergehende Elektroarbeiten erfordert, wodurch das Risiko elektrischer und persönlicher Gefahren steigt.Abbildung 1zeigt das Phänomen der Schlammansammlung aufgrund einer Verstopfung des Belüfters.

Daher ist die regelmäßige Wartung und Reinigung von Feinblasbelüftern von entscheidender Bedeutung, um deren Betriebsleistung sicherzustellen. Herkömmliche Wartungs- und Reinigungsmethoden für Belüfter erfordern eine vollständige Entleerung der biologischen Reaktionstanks. Groß angelegte-Wartungs- und Reinigungsarbeiten an Abwasseraufbereitungsanlagen können sich auf die normale Abwasseraufbereitung und -ableitung auswirken oder eine Genehmigung der zuständigen Regierungsbehörden erfordern, wenn sie an bestimmten Orten durchgeführt werden (z. B. in Gebieten, die von städtischen Entwässerungsnetzen abgedeckt werden, oder in Schutzzonen für Trinkwasserquellen). Dieser Prozess beinhaltet mehrere gefährliche Vorgänge (z. B. das Betreten enger Räume) mit zahlreichen Risiken und Nachteilen, was zu erheblichen wirtschaftlichen Belastungen und potenziellen Kosten (z. B. Koordinierung mit Regierungsbeziehungen, verringerte Behandlungskapazität während der Wartung, Anpassung der Wasserqualität, Sicherheitsrisiken) für Abwasseraufbereitungsanlagen führt. Aufgrund des Drucks und der Herausforderungen, die das Entleeren zu Wartungszwecken mit sich bringt, ist die Möglichkeit einer regelmäßigen Entleerung zur Belüfterreinigung relativ gering.

Angesichts der zahlreichen Nachteile der herkömmlichen manuellen Reinigung nach der Entleerung -hohe Kosten, hohes Betriebsrisiko und suboptimale Reinigungswirksamkeit- ist die Forschung zur Online-Reinigung von Feinblasenbelüftern mithilfe von Online-Chemikaliendosiergeräten unter normalen Belüftungsbedingungen besonders wichtig.

In dieser Studie wurde ein Anlagenprojekt als Feldteststandort für die chemische Online-Reinigungstechnologie ausgewählt. Die Anlage verfügt über eine Gesamtkapazität zur Abwasserbehandlung von 600.000 Tonnen pro Tag und wird in vier Phasen errichtet. Das Projekt der dritten-Phase verfügt über eine Behandlungskapazität von 100.000 Tonnen pro Tag unter Verwendung eines AAO-Verfahrens; Das Projekt der vierten-Phase verfügt über eine Behandlungskapazität von 200.000 Tonnen pro Tag unter Verwendung eines MBR-Verfahrens. Die Abwasserqualität entspricht dem Grad-A-Standard von GB 18918-2002 „Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants“. Die Online-Reinigung erfolgte an Feinblasbelüftern in den Aerobic-Becken der dritten und vierten Phase, die seit 6–7 Jahren in Betrieb waren.

2. Prinzip der Online-chemischen Reinigungstechnologie

Bei der chemischen Online-Reinigungstechnologie werden dem Belüftungssystem bestimmte chemische Wirkstoffe zugesetzt, um verstopfende Substanzen durch chemische Wirkung aufzulösen oder zu verteilen. Diese Mittel können sauer, alkalisch, oxidierend oder chelatbildend sein. Beispielsweise können einige saure Mittel alkalische Niederschläge wie Kalziumkarbonat auflösen, während Oxidationsmittel durch Mikroorganismen verursachte organische Verstopfungen zersetzen können.

2.1 Analyse häufiger Schadstoffe

An Belüfteroberflächen haftende Schadstoffe sind vielfältig und ihre Zusammensetzung hängt eng mit den Abwassereigenschaften, den Aufbereitungsprozessen und den Betriebsbedingungen zusammen. Häufige Schadstoffe werden wie folgt analysiert:

• Anorganische Schadstoffe: Dazu gehören Calcium- und Magnesiumverbindungen, Sulfide, Metalloxide und Hydroxide, die hauptsächlich aus chemischer Fällung und Ionenübersättigung stammen. Zu ihren Hauptauswirkungen auf Belüfter gehören Porenverstopfung, verringerte Belüftungseffizienz, erhöhter Energieverbrauch des Systems, erhöhter Belüftungswiderstand und verringerte Sauerstoffübertragungseffizienz.
• Organische Schadstoffe: Dazu gehören mikrobieller Biofilm, suspendierte organische Partikel, Fette/Öle und organische Kolloide. Mikrobieller Biofilm entsteht hauptsächlich aufgrund der mikrobiellen Besiedlung und der Adhäsion extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS). Zu den Gefahren zählen die Schaffung anaerober Mikroumgebungen und die Freisetzung giftiger Gase (z. B. H₂S). Durch hydrophobe Wechselwirkungen und elektrostatische Adsorption bilden sich organische Kolloide, wodurch hydrophobe Schichten entstehen, die die Gasfreisetzung behindern und die Gleichmäßigkeit der Belüftung beeinträchtigen.
• Zusammengesetzte Schadstoffe (anorganische-organische gemischte Skala): Beinhaltet biologische-chemische gemischte Kesselstein- und Schlammpartikelanhaftungen, die hauptsächlich durch physikalischen Einschluss und chemische Bindung entstehen. Zu ihren Auswirkungen gehört die Abdeckung der Belüfteroberfläche, die Verringerung der effektiven Belüftungsfläche, die Beschleunigung der Alterung der Ausrüstung und die Verkürzung der Wartungszyklen.

Bei Wartungsinspektionen des Belüftungssystems der Anlage wurden die folgenden Probleme festgestellt: ① Längerer Unterwasserbetrieb von Belüftern, verbunden mit einer längeren Lebensdauer, führte zu einer erheblichen Alterung der O-Ring-Dichtungen an den Verbindungspunkten, was zu Gaslecks führte; ② Während des Betriebs führten die kontinuierliche Schlammablagerung und Anpassungen in der Steuerung des Produktionsprozesses zu höheren Schlammkonzentrationen in bestimmten Bereichen, was indirekt zu starker Ablagerung auf den Belüftermembranoberflächen führte, wie in gezeigtAbbildung 2; ③ Wenn die Schlammkonzentration in den biologischen Reaktionstanks zu hoch ist, verlängert sich das Schlammalter, wodurch der für die normale mikrobielle Aktivität erforderliche gelöste Sauerstoff zunimmt und die Anforderungen an das Sauerstoffversorgungssystem steigen. ④ Eine erhöhte Mischflüssigkeitsdichte in Belebungstanks erhöht den Widerstand, was zu einem höheren Stromverbrauch für die mechanische oder Gebläsebelüftung führt; ⑤ Etwas Schmutz war in die Belüftungsporen eingedrungen und beeinträchtigte die Belüftung des Systems, wie in gezeigtAbbildung 3. Basierend auf den Ursachen der Schadstoffbildung wurde festgestellt, dass der Belag auf den Belüfteroberflächen anorganische Schadstoffe, organische Stoffe, Proteine ​​usw. enthielt.

2.2 Auswahl der Reinigungsmittel

Je nach Art der Membranverschmutzung müssen geeignete chemische Reinigungsmittel ausgewählt werden. Diese Mittel können durch die Belüftungsporen in der Rohrwand in den Raum zwischen Membran und Rohrwand eindringen und so eine Reinigung der Membranoberfläche und ihrer Poren bewirken. Die Auswahl des Reinigungsmitteltyps sollte auf den tatsächlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Membran, der Art der Schadstoffe und dem Grad der Verschmutzung basieren. Das Reinigungsmittel sollte biologisch abbaubar und ungiftig für Organismen sein und in der Lage sein, anorganische Ablagerungen wirksam von den Wänden der Luftleitungen und im Inneren der Diffusoren zu entfernen. Es sollte eine gute Reinigungswirkung gegen Verstopfungen (auch bekannt als „Gasphasenverstopfung“) haben, die durch Verunreinigungen, Partikel oder Staub in der Einlassluft von Gebläsebelüftungssystemen, Öllecks aus Gebläsen und Rost aus internen Luftleitungen verursacht werden.

Zu den alkalischen Reinigungsmitteln gehören Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumphosphat, Natriumsilikat, Kaliumhydroxid usw. Natriumhydroxid ist ein übliches chemisches Mittel in Abwasseraufbereitungsprozessen zur Erhöhung des Abwasser-pH-Werts und kann daher als alkalisches Reinigungsmittel ausgewählt werden.

Zu den sauren Reinigungsmitteln gehören Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Zitronensäure, Oxalsäure, Phosphorsäure usw. Da Citrat eine starke Chelatisierungsfähigkeit für Ionen wie Mangan und Eisen aufweist und in der Praxis im Vergleich zu Mineralsäuren relativ schwach, weniger korrosiv gegenüber Geräten, sicherer und durch Mikroorganismen leicht biologisch abbaubar ist, wurde Zitronensäure als saures Reinigungsmittel ausgewählt.

Tabelle 1zeigt die Kategorien und die Leistung von Reinigungsmitteln, die üblicherweise zur Membranverschmutzung verwendet werden.

2.3 Design des Online-Reinigungsgeräts

Angesichts des Drucks beim Betrieb von Feinblasbelüftern und der zahlreichen Abzweigrohre ist die Auslegung eines geeigneten Online-Dosiergeräts für Feinblasbelüfter besonders wichtig. Das in dieser Studie entworfene Dosierreinigungsgerät umfasst eine Auflösungs-/Verdünnungseinheit und eine Dosiereinheit, wie in gezeigtAbbildung 4.

Die Lösungs-/Verdünnungseinheit besteht im Wesentlichen aus einem Vorbereitungstank, einem Rührwerk und einem Füllstandsmesser, die zum Lösen und Verdünnen der Wirkstoffe dienen. Durch Einspritzen einer bestimmten Menge Wasser in den Ansatzbehälter, Zugabe des Mittels und Starten des Rührwerks kann ein Mittel mit einer bestimmten Konzentration für die Verwendung in der Dosiereinheit vorbereitet werden.

Die Dosiereinheit besteht im Wesentlichen aus einem Dosierbehälter, einem Auslassventil, einem Dosierventil, einem Ausgleichsventil, einem Zufuhrventil und einigen Rohrleitungssystemen. Der Boden des Dosierbehälters ist mit einer Dosierleitung verbunden, die sich weiter in mehrere Dosier-Unterrohre verzweigt. Alle Dosierunter-rohre sind eins-zu-mit mehreren Belüftungszweigrohren verbunden, die wiederum mit mehreren Feinblasbelüftern verbunden sind, wodurch der Zweck der Reinigung der Feinblasbelüfter erreicht wird.

Während der Implementierung wurde in jedes Belüftungszweigrohr der biologischen Reaktionstanks ein Loch mit einem Durchmesser von 15 mm als Dosieröffnung gebohrt, durch das ein Nylon-Dosierrohr installiert wurde, um das Mittel an die feinblasigen Belüfter zu liefern und so den Verlust des Mittels zu reduzieren. Gleichzeitig wurde im Belüftungszweigrohr ein zusätzliches Loch als Ausgleichsgasleitung gebohrt, um den Druckausgleich zwischen Dosierbehälter und Belüftungszweigrohr zu gewährleisten. Die in den Belüftungszweigrohren gebohrten Löcher werden im Normalbetrieb mit Stopfen verschlossen und während der Dosierung werden Schnellanschluss-Anschlussstücke installiert, um einen schnellen Ein- und Ausbau zu ermöglichen.

3. Anwendung des Online-Dosier-Reinigungsgeräts

Bei diesem Online-Dosierreinigungsexperiment wurden die feinblasigen Belüfter in den biologischen Becken platziert. Durch die Belüftungszweigrohre wurde eine spezielle Reinigungslösung in die feinblasigen Belüftermembranen injiziert, die es ihr ermöglichte, zur Zufuhrseite zu fließen, um an der Membranoberfläche anhaftende organische Stoffe zu zersetzen, wodurch die Druckdifferenz zwischen den Membranen wiederhergestellt und der Reinigungseffekt erzielt wurde. Der Versuchsaufbau basierte auf drei Variablen: Wirkstofftyp, Wirkstoffkonzentration und Reinigungszeit. Das Testschema ist in dargestelltTabelle 2.

3.1 Analyse des Reinigungseffekts der Online-Dosierung

Nach der Reinigung zeigte die sensorische Beobachtung der Belüftungsoberfläche am Standort, dass kleinere Blasengrößen aus der Oberfläche des Belebungsbeckens austraten und die Belüftung gleichmäßiger war.Abbildung 5zeigt die sensorische Erscheinung der Belüftung vor und nach der Reinigung.

Nach der Reinigung mit unterschiedlichen Wirkstofftypen und -konzentrationen zeigten die Belüfter durchweg eine erhöhte Durchflussrate und einen verringerten Rohrleitungsdruck, wobei die Durchflussraten wiederhergestellt wurden. Die Belüftungseffizienz wurde nach der Behandlung mit verschiedenen Reinigungsmethoden in unterschiedlichem Maße wiederhergestellt. Kombinierte Daten zu erhöhtem Luftstrom und verringertem Rohrleitungsdruck zeigen, dass unterschiedliche Wirkstofftypen, Konzentrationen und Reinigungszeiten unterschiedliche Auswirkungen auf die Wiederherstellung des Belüfters haben.Abbildungen 6 und 7zeigen die Änderungen der Durchflussrate und des Drucks vor bzw. nach der Reinigung.

Die Wiederherstellungseffizienz von Belüftern nach der Reinigung mit Natriumhydroxid war etwas geringer als nach der Reinigung mit Zitronensäure. Die hohe Löslichkeit von Natriumhydroxid in Wasser führt beim Auflösen zu einer erheblichen Wärmefreisetzung. In Verbindung mit seiner starken Hygroskopizität, Alkalität und Korrosivität erfordern diese Eigenschaften das Ergreifen zusätzlicher Vorsichtsmaßnahmen im praktischen Betrieb. Aus Sicht der Reinigungssicherheit ist Natriumhydroxid nicht das bevorzugte Reinigungsmittel. Daher sollten bei der Auswahl von Reinigungsmitteln deren Sicherheit und Bedienkomfort sorgfältig geprüft werden, um die Sicherheit des Bedieners und eine optimale Reinigungswirksamkeit zu gewährleisten.

Die Testergebnisse zeigten, dass nach der Reinigung mit Online-Dosierung die Belüftung in den biologischen Tanks gleichmäßiger wurde, die Durchflussrate der Feinblasbelüfter zunahm, der Rohrleitungsdruck deutlich abnahm und der Reinigungseffekt bemerkenswert war.

3.2 Technische Vorteile

• Reduziert Ausfallzeiten: Im Vergleich zur herkömmlichen Zerlegungsreinigung ist bei der Online-Dosierreinigung kein Anhalten des Belüftungssystems erforderlich, wodurch Unterbrechungen im Abwasserbehandlungsprozess und eine verringerte Behandlungseffizienz durch Abschaltungen vermieden werden.
• Verbessert die Reinigungseffizienz: Wirkstoffe können tief in die Poren eindringen und schwer{0}zu-verstopfte Stellen effektiv reinigen. Nach der Anwendung in einigen häuslichen Kläranlagen verbesserte sich die Gleichmäßigkeit der Belüftung deutlich und die Effizienz der Sauerstoffübertragung erhöhte sich deutlich.
• Reduziert Arbeitsintensität und Kosten: Eliminiert die Notwendigkeit einer manuellen Demontage und erneuten Montage von Belüftern, reduziert die manuelle Arbeit und das Risiko von Geräteschäden durch häufige Demontage und spart so Wartungskosten. Die Kosten für die chemische Online-Reinigung von Feinblasbelüftern betragen 0,47 RMB/Tonne, während die Kosten für die herkömmliche manuelle Reinigung alter Belüfter 13,3 RMB/Tonne betragen. Schätzungen zufolge belaufen sich die jährlichen Einsparungen bei den Reinigungskosten für Feinblasbelüfter auf 515.000 RMB. Im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Reinigung alter Belüfter bietet die chemische Online-Reinigung erhebliche wirtschaftliche Vorteile.
• Verlängert die Lebensdauer von Belüftungsgeräten: Durch die chemische Online-Reinigung wird der Belüftungseffekt von Feinblasbelüftern effektiv verbessert, wodurch die Leistung des Belüfters verbessert und in gewissem Maße die Lebensdauer der Belüftungsausrüstung verlängert wird, wodurch die Gebläselast effektiv reduziert wird.
• Bietet mehr Optionen für Produktionsplanung und Wartungspläne: Durch die chemische Online-Reinigung wird die Blasenverteilung gleichmäßiger, der Luftleitungsdruck wird effektiv reduziert, die Durchflussrate erhöht sich deutlich, was die Sauerstoffübertragungsraten erheblich verbessert und eine solide Garantie für die Regulierung der Wasserqualität bietet.

4. Fazit

Die chemische Online-Reinigungstechnologie für Feinblasenbelüfter hat einen erheblichen Anwendungswert in Kläranlagen. Durch die rationelle Anwendung können Verstopfungsprobleme in Feinblasbelüftern effektiv gelöst, die Leistung des Belüftungssystems verbessert, Ausfallzeiten und Betriebskosten reduziert und ein stabiler, effizienter Betrieb von Abwasseraufbereitungsanlagen sichergestellt werden. Die Einschränkungen der herkömmlichen manuellen Reinigung werden die Branche in Richtung Online-Reinigung treiben. Das Aufkommen neuer Geräte und intelligenter Steuerungssysteme reduziert die betrieblichen Schwierigkeiten bei der Online-Reinigung erheblich. In Verbindung mit politischen und Umweltvorschriften, die den Schwerpunkt auf CO2-Neutralität und Wasserrecycling legen, wird dies indirekt den Einsatz von Online-Reinigungstechnologie fördern. In Zukunft können Wirkstoffformulierungen optimiert und synergistische Reinigungstechnologien mit mehreren Wirkstoffen erforscht werden. Darüber hinaus können Dosierungskontrollstrategien und Untersuchungen zur Geräteintelligenz durchgeführt werden, um eine bessere Anpassung an die Bedürfnisse verschiedener Abwasseraufbereitungsanlagen zu ermöglichen.