Feinblasige Belüftungsleistung im AAO-Prozess: Saisonale Analyse (Sommer vs. Winter)

Leistungsmessung und Bewertung des Feinblasenbelüftungssystems im AAO-Prozess im Sommer und Winter

Die meisten kommunalen Kläranlagen (WWTPs) in China nutzen aerobe biologische Prozesse, um organische Stoffe, Stickstoff, Phosphor und andere Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Die Versorgung mit gelöstem Sauerstoff (DO) im Wasser ist eine Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des mikrobiellen Lebensbedarfs und der Behandlungseffizienz im aeroben biologischen Prozess. Folglich,Die Belüftungseinheit ist das Herzstück der aeroben biologischen Abwasserreinigung. Gleichzeitig ist das Belüftungssystem auch dasHauptenergie-verbrauchende Einheitin Kläranlagen, Bilanzierung45 % bis 75 % des gesamten Anlagenenergieverbrauchs. Neben den Betriebsbedingungen wird der Energieverbrauch des Belüftungssystems von Faktoren wie der Abwasserqualität und den Umgebungsbedingungen beeinflusst. In den meisten Regionen Chinas gibt es ausgeprägte vier Jahreszeiten, reichlich Niederschläge und erhebliche saisonale Temperaturschwankungen. Sommerniederschläge verdünnen die Schadstoffkonzentration der Kläranlagen, während niedrige Wintertemperaturen die mikrobielle Aktivität beeinträchtigen und dadurch die Abwasserqualität beeinträchtigen. Schwankungen in der Zuflussrate und -qualität stellen auch eine Herausforderung für die präzise Steuerung des Belüftungssystems in Kläranlagen dar. Ohne ausreichendes Verständnis der Änderungen in der Sauerstoffübertragungsleistung von Feinblasdiffusoren und deren Wartung während des Betriebs kann der Vorteil der hohen Sauerstoffübertragungseffizienz (OTE) von Feinblasbelüftungssystemen nicht vollständig genutzt werden, was zu Energieverschwendung führt.

Der derzeit am weitesten verbreitete Typ ist derfeiner Blasendiffusor, deren Leistung in direktem Zusammenhang mit dem betrieblichen Energieverbrauch des Belüftungssystems steht. Zu den Methoden zur Messung der Sauerstoffübertragungsleistung von Feinblasdiffusoren gehören statische Tests (z. B. der Reinwassertest) und dynamische Tests (z. B. die Abgasanalysemethode). Die Forschung zu statischen Tests konzentriert sich hauptsächlich auf Simulationen im Labormaßstab, während dynamische Testmethoden aufgrund von Faktoren wie Anforderungen an Teststandorte und Einschränkungen bei Feldtests selten beschrieben werden. Derzeit hat China nur relevante Standards für die Testmethode für sauberes Wasser festgelegt. Während des tatsächlichen Betriebs wird die Sauerstoffübertragungsleistung von Diffusoren durch Faktoren wie die Qualität des Zuflusses, die Eigenschaften des Schlamms, die Betriebsbedingungen und die Verschmutzung des Diffusors beeinflusst. Die tatsächliche Leistung weicht erheblich von den Ergebnissen der Reinwassertests ab, was zu erheblichen Abweichungen bei der Verwendung von Reinwasserdaten zur Vorhersage des tatsächlichen Luftversorgungsbedarfs führt. Das Fehlen wirksamer Überwachungsmethoden für die Energieeffizienzleistung von Belüftungssystemen in Kläranlagen führt zu Energieverschwendung. Daher ist es notwendig, die Sauerstoffübertragungsleistung von Diffusoren während des tatsächlichen Betriebs zu messen und zu bewerten, um rechtzeitige Anpassungen der Belüftungsstrategien zu ermöglichen und zu Energieeinsparungen und Verbrauchsreduzierungen in Belüftungssystemen beizutragen. Diese Studie dauertAls Beispiel dient eine kommunale Kläranlage in Shanghai. Durch Feldmessungen der Schadstoffkonzentration im Aerobic-Tank und der Variationsmuster der OTE entlang des Weges des feinblasigen Belüftungssystems im Sommer und Winter wurden die Schadstoffentfernungseffizienz und die Leistung des Belüftungssystems systematisch gemessen und bewertet. Ziel ist es, den Einfluss saisonaler Veränderungen auf die Sauerstoffübertragungsleistung des Belüftungssystems zu untersuchen und Hinweise für eine präzise Steuerung und einen energiesparenden Betrieb von Belüftungssystemen in der Abwasserbehandlung zu geben.

1. Materialien und Methoden

1.1 Betriebsübersicht der Kläranlage

Die kommunale Kläranlage Shanghai nutzt eine Verfahrenskombination ausVorbehandlung + AAO-Prozess + Tiefenfaserfilter + UV-Desinfektion. DerDie Behandlungskapazität beträgt 3,0×10⁵ m³/d. Der Hauptprozessablauf der Kläranlage ist in dargestelltAbbildung 1. Der Einfluss ist in erster Liniehäusliches Abwasserund das Abwasser erfüllt den Grad-A-Standard des „Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plants“ (GB 18918-2002), bevor es in den Jangtsekiang eingeleitet wird. Die hydraulischen Verweilzeiten (HRT) für den anaeroben Tank, den anoxischen Tank und den aeroben Tank des biologischen Tanks in dieser Anlage betragen 1,5 Stunden, 2,7 Stunden bzw. 7,1 Stunden. Das interne Rückflussverhältnis und das externe Rückflussverhältnis betragen jeweils 100 %. Das Schlammalter wird auf 10–15 Tage begrenzt. Die Anlage verfügt über insgesamt 8 Aerobic-Becken. Ein einzelnes Aerobic-Becken misst 116,8 m × 75,1 m × 7,0 m (L × B × H) und hat ein Volumen von 11.093 m³. Die Konzentration der suspendierten Feststoffe in der gemischten Flüssigkeit (MLSS) wird auf etwa 4 g/l geregelt. Der Boden ist ausgestattet mitUkrainische Ecopolemer-Polyethylen-Rohrdiffusoren mit feinen Blasen, Größe 120 mm × 1.000 mm (T × L). Das Verhältnis Luft-zu-Wasser beträgt 5,7:1. Jeder Aerobic-Tank besteht aus 3 Kanälen (Zone 1, Zone 2 und Zone 3). Basierend auf der DO-Konzentration, die von Gasdurchflussmessern in den Kanälen gemessen wird, werden die Leitschaufeln von einstufigen Zentrifugalgebläsen (vier in Betrieb, zwei im Standby-Modus) so eingestellt, dass die DO-Konzentration im Aerobic-Tank zwischen 2-5 mg/L gehalten wird. Jedes Gebläse hat einen Nennluftdurchsatz von 108 m³/min, einen Druck von 0,06 kPa und eine Leistung von 160 kW. Jeder Kanal wird separat über Gasdurchflussmesser gesteuert. In Kombination mit der Rückmeldung des Sauerstoffgehalts wird die tatsächliche Luftzufuhr durch Einstellen der Leitschaufeln der einstufigen Zentrifugalgebläse gesteuert, um den durchschnittlichen Sauerstoffgehalt im Aerobic-Tank zwischen 2 und 5 mg/l zu halten. Die geplante Zulauf-/Ablaufqualität und die Zulaufqualität der Anlage für 2019 sind in dargestelltTabelle 1.

1.2 Testpunktlayout

Im Juli (Sommer) und Dezember (Winter) wurden zwei Tests der Sauerstoffübertragungsleistung des feinblasigen Belüftungssystems unter tatsächlichen Betriebsbedingungen durchgeführt. Entlang der Strömungsrichtung wurden 22 Testpunkte entsprechend der Lage der Inspektionsöffnungen des Aerobic-Beckens eingerichtet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Testpunkten betrug etwa 5 m, mit 7, 7 bzw. 8 Testpunkten in Zone 1, Zone 2 und Zone 3. Die Verteilung der Testpunkte ist in dargestelltAbbildung 2. Der tatsächliche OTE der feinblasigen Diffusoren an jedem Punkt wurde durch Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas, das aus der Wasseroberfläche austritt, berechnet. Gleichzeitig wurden die DO-Konzentration und die Wassertemperatur an jedem Punkt mit einem Multiparameter-Wasserqualitätsmessgerät (HQ 30d, Hach, USA) gemessen und die Schadstoffkonzentration an jedem Punkt gemessen und analysiert, um ihr Variationsmuster entlang des Pfades zu erhalten. Um die Nachnahme zu verhindern_CrUm zu verhindern, dass sich die Proben während des Transports zersetzen, wurden die Proben, die entlang des Aerobic-Tanks entnommen wurden, vor der Messung vor Ort gefiltert.

1.3 Messung der Sauerstoffübertragungsleistung feinblasiger Diffusoren unter realen Bedingungen

Für die Messung der Sauerstoffübertragungsleistung von Feinblasdiffusoren unter realen Bedingungen wurde ein von der Shanghai University of Electric Power unabhängig entwickelter Abgasanalysator verwendet, der aus einem Gassammelsystem, einem Gasanalysesystem und einem Signalumwandlungssystem besteht. Abgas wurde mit einer Gaspumpe (KVP15-KM-2-C-S, Karier, China) und einer Haube gesammelt und zur Analyse an einen elektrochemischen Sauerstoffsensor (A-01, ITG, Deutschland) weitergeleitet. Das Signalumwandlungssystem wandelte das Ausgangsspannungssignal des Sensors in den Sauerstoffpartialdruck im Gas um. Bei der Abgasprüfung wurde zunächst der Sauerstoffpartialdruck in der Umgebungsluft gemessen. Dann wurde die Haube auf der Wasseroberfläche des Aerobic-Tanks befestigt, um Abgase zu sammeln und ihren Sauerstoffpartialdruck zu messen. Die Daten wurden aufgezeichnet, nachdem sich die Ausgabe 5 Minuten lang stabilisiert hatte. Zu den über den Abgasanalysator erhaltenen Parametern gehörte der Sauerstoffpartialdruck in der Umgebungsluft und im Abgas, aus dem der Prozentsatz des von der Gasphase in die gemischte Flüssigkeit übertragenen Sauerstoffs, d. h. der OTE des Feinblasendiffusors, wie in berechnet wurdeGleichung (1).

Wo:

Y(O_₂,_Luft)- Sauerstoffanteil in der Luft;

Y(O_₂,_Off-Gas)- Sauerstoffanteil im Abgas-gas;

A_OTE- Wert von OTE.

Der vom Abgasanalysator gemessene OTE wurde um DO, Temperatur und Salzgehalt korrigiert, um den Standard-OTE (SOTE) des Feinblasendiffusors im Abwasser unter Standardbedingungen zu erhalten, wie inGleichung (2). Die Berechnung des gesättigten DO in Wasser ist in dargestelltGleichung (3).

Wo:

θ- Temperaturkorrekturkoeffizient, angenommen als 1,024, dimensionslos;

A_SOTE- Wert von SOTE;

- Salzgehaltskoeffizient für die gemischte Flüssigkeit (berechnet auf der Grundlage der gesamten gelösten Feststoffe in der gemischten Flüssigkeit), dimensionslos, normalerweise als 0,99 angenommen;

- Verhältnis der Sauerstoffübertragungseffizienz des Diffusors im Abwasser zu den Reinwasserbedingungen, dimensionslos;

C - DO-Konzentration in Wasser, mg/L;

C_S,_T- Gesättigte DO-Konzentration in Wasser bei Temperatur T, mg/L;

C_S,₂₀- Gesättigte DO-Konzentration in Wasser bei 20 Grad, mg/L;

T- Wassertemperatur, Grad .

1.4 Berechnungsmethode für den Energieverbrauch des Belüftungssystems

Der theoretische Sauerstoffbedarf des Aerobic-Beckens wurde nach dem Belebtschlammmodell (ASM) berechnet. Der Sauerstoffbedarf wurde anhand des CSB berechnet_Crund Ammoniak-Stickstoff-Entfernungsergebnisse, um den Gesamtsauerstoffbedarf (TOD) des Aerobic-Tanks zu bestimmen, wie inGleichung (4).

Wo:

M_TOD- Wert von TOD, kg O₂/h;

Q- Zuflussrate, m³/Tag;

ΔC_CODCr- Differenz zwischen der CSB-Cr-Konzentration im Zufluss und im Abfluss, mg/L;

ΔC_{Ammoniakstickstoff}- Differenz zwischen der Ammoniakstickstoffkonzentration im Zufluss und im Abfluss, mg/L; 4,57 ist der Umrechnungsfaktor für Ammoniakstickstoff in NO₃⁻-N.

Die Sauerstoffzufuhrrate des feinblasigen Belüftungssystems wird wie folgt berechnetGleichung (5).

Wo:

M_OTR- Wert der tatsächlichen Sauerstoffversorgungsrate, kg O₂/Tag;

Q_AFR- Luftdurchsatz, m³/h;

ŷ_O₂- Massenanteil von Sauerstoff in Luft, 0,276.

Die Gebläseleistung wird durch die tatsächliche Luftzufuhrrate des Gebläses und den Auslassdruck bestimmt, der wiederum durch den Ansaugdruck, den Druckverlust der Luft in der Rohrleitung, den Druckverlust des Feinblasendiffusors selbst und den statischen Wasserdruck am Tankboden bestimmt wird, wie inGleichung (6).

Wo:

ρ_Luft- Luftdichte, g/L, angenommen als 1,29 g/L;

N - Gebläseleistung, kW;

R- Universelle Gaskonstante, 8,314 J/(mol·K);

T_Luft- Atmosphärische Temperatur, Grad;

B- Gebläseumwandlungskoeffizient, angenommen als 29,7;

- Spezifisches Wärmeverhältnis von Gas, angenommen als Konstante 0,283;

η- Kombinierter Wirkungsgrad von Motor und Gebläse, angenommen als Konstante 0,8;

P_i- Gebläseansaugdruck, Pa;

Z- Immersionswasserdruck am Diffusor, Pa;

P_Verlust- Druckverlust des Feinblasendiffusors selbst, Pa;

h_L- Druckverlust der Luft in der Rohrleitung, Pa.

Unter Testbedingungen entspricht die Menge an Sauerstoff, die pro vom Diffusor verbrauchter elektrischer Energieeinheit in das Wasser übertragen wird [kg/(kW·h)], der Standardbelüftungseffizienz (SAE), wie inGleichung (7). Anhand des SAE-Wertes lässt sich die tatsächliche Nutzungseffizienz des Feinblaszerstäubers beurteilen.

Wo:

A_SAE- Wert von SAE.

1.5 Konventionelle Indikatorenmessmethoden

Gemischte Flüssigkeitsproben wurden durch qualitatives Filterpapier filtriert. Löslicher CSB_Cr(SCOD_Cr), Ammoniakstickstoff, NO₃^--N und TP wurden mit nationalen Standardmethoden gemessen.

2. Ergebnisse und Diskussion

2.1 Effizienz der Schadstoffentfernung

Die Einflussqualität der Hauptschadstoffe im Sommer und Winter auf die Kläranlage ist in dargestelltAbbildung 3. Die durchschnittlichen Behandlungsdurchflussraten im Sommer und Winter betrugen 3,65×10⁵ m³/Tag bzw. 3,13×10⁵ m³/Tag.Der Sommereinfluss COD_Crund die Ammoniakstickstoffkonzentrationen betrugen (188,38 ± 52,53) mg/L und (16,93 ± 5,10) mg/L, jeweils.Der Wintereinfluss CSB_Crund die Ammoniakstickstoffkonzentrationen betrugen (187,94 ± 28,26) mg/L und (17,91 ± 3,42) mg/L, jeweils. Höhere Niederschläge im Sommer führen dazu, dass die Kläranlage im Modus „hohe hydraulische Belastung - geringe Schadstoffbelastung“ arbeitet. Die Erhöhung der hydraulischen Belastung verkürzt die HRT des Systems, verringert die Reaktionszeit im biologischen Tank und beeinträchtigt die Schadstoffentfernung. Eine geringe Schadstoffbelastung des Zulaufs in Kläranlagen kann leicht zu einer übermäßig geringen Schlammbelastung führen, was zu einer übermäßigen Belüftung und Schlammzersetzung führt. Kläranlagen sollten die Schlammbeladung und die Luftzufuhrraten rechtzeitig anpassen, um die Auswirkungen des Betriebs mit geringer Schadstoffbelastung abzumildern.Die Wassertemperatur im Sommer betrug (27,32 ± 1,34) Grad und war damit deutlich höher als die Wintertemperatur von (17,39 ± 0,75) Grad. Die Temperatur ist einer der wichtigen Faktoren, die die Schadstoffentfernungskapazität des Systems beeinflussen. Die Toleranz von filamentösen Bakterien ist höher als die von flockenbildenden Bakterien, wodurch sie in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen dazu neigen, sich zu vermehren, was zu einer Schlammaufblähung führen kann. Niedrigere Temperaturen verringern auch die Enzymaktivität der Mikroorganismen im Belebtschlamm, wodurch die Substratabbaurate und die endogene Atmungsrate verringert werden, was zu einer verringerten Schadstoffentfernungseffizienz führt. Kläranlagen können Maßnahmen wie die Erhöhung des Schlammalters und der MLSS im Biotank ergreifen, um die negativen Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Schadstoffentfernung zu mildern. Da die hydraulische Belastung im Winter geringer ist als im Sommer, wird die HRT im Aerobic-Becken bei ausreichender Belüftung leicht verlängert, wodurch die negativen Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Nitrifikation ausgeglichen werden. Daher entsprach die Abwasserqualität sowohl im Sommer als auch im Winter dem Grad-A-Standard von GB 18918-2002.

2.2 Variationsmuster der Schadstoffformen entlang des Aerobic-Tanks

An den Testtagender einflussreiche SCOD_CrDie Konzentrationen im Sommer und Winter betrugen 186,76 mg/L bzw. 248,42 mg/L und die Ammoniakstickstoffkonzentrationen betrugen 22,05 mg/L bzw. 25,91 mg/L, jeweils. Möglicherweise lag die Qualität des Zuflusses aufgrund von kombiniertem Abwasserüberlauf und Grundwasserinfiltration unter den Auslegungswerten. Die Variation der Schadstoffe entlang des Aerobic-Beckens ist in dargestelltAbbildung 4.

Aufgrund der Phosphorfreisetzung im anaeroben Becken, der Denitrifikation im anoxischen Becken und der Verdünnung durch Schlammrückführung nahm die Schadstoffkonzentration vor Eintritt in das aerobe Becken deutlich ab. Der SCOD_CrDie Konzentrationen am Einlass des Aerobic-Tanks betrugen im Sommer und Winter 30,32 mg/L bzw. 52,48 mg/L und die Ammoniakstickstoffkonzentrationen betrugen 3,90 mg/L bzw. 4,62 mg/L. Die TN-Konzentrationen am Einlass des Aerobic-Tanks betrugen im Sommer und Winter 4,86 ​​mg/L bzw. 6,16 mg/L und sanken leicht auf 4,46 mg/L bzw. 5,70 mg/L im Abwasser, was auf einen relativ geringen Anteil gleichzeitiger Nitrifikation und Denitrifikation im Aerobic-Tank hinweist. Der SCOD_CrDie Konzentration sank in Zone 1 deutlich auf 19,36 mg/L und 30,20 mg/L im Sommer bzw. Winter; die Ammoniakstickstoffkonzentration sank auf 1,75 mg/L und 2,80 mg/L. Der abnehmende Trend der Schadstoffkonzentration verlangsamte sich in Zone 2, was darauf hindeutet, dass die kleinmolekulare organische Substanz vollständig abgebaut und die Nitrifikation abgeschlossen war. Die Schadstoffkonzentration am Ende der Zone 2 erfüllte bereits die Abwassereinleitungsnorm. Die Schadstoffkonzentration blieb in Zone 3 nahezu unverändert, der DO-Wert in der Mischlauge stieg jedoch an, was darauf hindeutet, dass sich der Großteil des in dieser Zone zugeführten Sauerstoffs in der Schlammmischlauge löste und nicht für CSB verwendet wurde_CrOxidation und Ammoniakoxidation. Der abfließende SCOD_CrDie Konzentrationen aus dem Aerobic-Becken betrugen im Sommer und Winter 15,36 mg/L bzw. 26,51 mg/L und die Ammoniak-Stickstoffkonzentrationen im Abfluss betrugen 0,17 mg/L bzw. 0,50 mg/L.Die höhere Ammoniak-Stickstoff-Entfernungsrate im Sommer war darauf zurückzuführen, dass die höhere Wassertemperatur die Nitrifikations--Denitrifikationsaktivität der Mikroorganismen steigerte. Zhang Tao et al. habe das gefundenNiedrige Wintertemperaturen verringern die Häufigkeit von Ammoniak-oxidierenden Bakterien und Nitrit-oxidierenden Bakterien und verringern so die Ammoniak-Stickstoff-Entfernungsrate in Kläranlagen.

2.3 Off-Ergebnisse des Gastests entlang des Aerobic-Tanks

Feldtests zur Sauerstoffübertragungsleistung des feinblasigen Belüftungssystems wurden im Sommer und Winter entlang des Aerobic-Beckens mit dem Abgasanalysator durchgeführt. Die Ergebnisse sind in dargestelltAbbildung 5. Die DO-Konzentration im Aerobic-Tank nahm entlang der Strömungsrichtung allmählich zu. Die DO-Konzentration in der gemischten Flüssigkeit hängt von der Menge an Sauerstoff ab, die durch die Diffusoren von der Gasphase in die flüssige Phase übertragen wird (d. h. OTR), und vom Sauerstoff, der von Mikroorganismen verbraucht wird (d. h. OUR). Am vorderen Ende des Aerobic-Tanks ist reichlich Substrat vorhanden, und Mikroorganismen benötigen mehr Sauerstoff, um das Substrat abzubauen. Daher war die DO-Konzentration in Zone 1 sowohl im Sommer als auch im Winter mit (1,54 ± 0,22) mg/L bzw. (1,85 ± 0,31) mg/L am niedrigsten. Die DO-Konzentration stieg in Zone 2 auf (2,27 ± 0,45) mg/L bzw. (2,04 ± 0,13) mg/L. In Zone 3 betrug die DO-Konzentration (4,48 ± 0,55) mg/L bzw. (4,53 ± 1,68) mg/L. Das Variationsmuster von DO entlang des Pfades stimmt mit dem der Schadstoffkonzentration überein. Der Abbau und die Nitrifikation organischer Stoffe wurden in Zone 2 im Wesentlichen abgeschlossen. Der Gehalt an organischer Substanz in Zone 3 ist geringer, was den Sauerstoffbedarf verringert, was dazu führt, dass Sauerstoff nicht vollständig genutzt wird und in der Wasserphase als DO gespeichert wird, was zu einem übermäßig hohen Anstieg der DO-Konzentration führt. Der durchschnittliche Sauerstoffgehalt in Zone 3 lag deutlich über 2,0 mg/L, was auf eine Überbelüftung am Ende des Aerobic-Beckens hinweist. Die endogene Atmung von Belebtschlamm verringert die Schlammaktivität und kann leicht zu einer Aufblähung des Schlamms führen, während gleichzeitig Energie verschwendet wird. Die übermäßig hohe DO-Konzentration am Ende des aeroben Tanks führt auch zu einer höheren DO-Konzentration in der Rücklaufflüssigkeit, was nicht nur die DO-Konzentration erhöht, die über den externen Rückfluss in den anoxischen Tank gelangt, sondern auch die Menge an verfügbarem CSB-Cr reduziert und dadurch die Denitrifikationseffizienz verringert. Daher wird empfohlen, die Luftzufuhr in Zone 3 zu reduzieren und nur die erforderliche Mischintensität beizubehalten, um den Energieverbrauch der Belüftung zu senken.

Wie in gezeigtAbbildung 5, bestehen erhebliche Unterschiede in der Sauerstoffübertragungsleistung von Diffusoren in verschiedenen Kanälen während des tatsächlichen Betriebs zwischen Sommer und Winter. Der im Winter gemessene durchschnittliche OTE lag mit 9,72 % unter dem im Sommer gemessenen Ergebnis (16,71 %). Das liegt daranDurch die Senkung der Wassertemperatur verringert sich die Aktivität der Mikroorganismen im Aerobic-Tank der Kläranlage, was zu einer geringeren Sauerstoffverwertung führt. Nach Korrektur von Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoff betrugen die durchschnittlichen SOTE-Werte im Sommer und Winter 17,69 % bzw. 14,21 %. Die SOTE im Sommer war etwas höher als im Winter, möglicherweise weillängerer Betrieb Dies verstärkt die Verschmutzung des Diffusors, verstopft die Poren und verringert die Sauerstoffübertragungsleistung des Diffusors.

2.4 Analyse des Energieoptimierungspotenzials für das aerobe Tankbelüftungssystem

Gemäß den Gleichungen (3) und (4) wurden der Sauerstoffbedarf, die Sauerstoffzufuhrrate und die Gebläseleistung für jeden Kanal des Aerobic-Beckens im Sommer und Winter berechnet, wie in gezeigtTabelle 2. Der Gesamtsauerstoffbedarf des Aerobic-Beckens war im Winter um etwa 34,91 % höher als im Sommer, was auf den höheren CSB-Zufluss zurückzuführen ist_Crund Ammoniak-Stickstoff-Schadstoffbelastung im Winter im Vergleich zum Sommer. Der Sauerstoffbedarf in jeder Zone des Aerobic-Beckens sinkt, da einströmende Schadstoffe entlang des Weges abgebaut werden. Zone 1 weist die höchste Schadstoffkonzentration und ausreichend Substrat auf, was zu einer höheren mikrobiellen Aktivität und damit zu einem höheren Sauerstoffbedarf führt. Da Schadstoffe kontinuierlich abgebaut werden, sinkt der Sauerstoffbedarf in Zone 2 und Zone 3 allmählich. Im Sommer betrugen die Sauerstoffbedarfsanteile der drei Zonen 72,62 %, 21,65 % bzw. 5,73 % des gesamten Sauerstoffbedarfs im Aerobic-Tank. Im Winter betrugen die Anteile 72,84 %, 24,53 % bzw. 2,63 %. Bei herkömmlichen Belebtschlammreaktoren beträgt der Sauerstoffbedarf für den vorderen Teil 45–55 %, der mittlere Teil 25–35 % und der hintere Teil 15–25 %. Die Behandlungsbelastung am Ende dieses Aerobic-Beckens ist geringer als herkömmliche Werte. Die Luftzufuhr am Vorderwagen konnte entsprechend reduziert werden, wodurch ein Teil der Schadstoffe im hinteren Bereich abgebaut werden konnte.

Im Vergleich zum SommerDer Sauerstoffbedarf des biologischen Aufbereitungsprozesses im Winter ist höher und die Sauerstoffübertragungseffizienz des feinblasigen Belüftungssystems ist geringer, was zu einer höheren erforderlichen Luftzufuhr führt. Den Betriebsdaten der Kläranlage zufolge betrug die Gesamtgebläseleistung im Sommer und Winter 76,23 m³/h bzw. 116,70 m³/h. Die Luftversorgung war in Zone 1 am höchsten, während die Luftversorgung in Zone 2 und Zone 3 ähnlich, aber niedriger als in Zone 1 war. Die Sauerstoffversorgung im Sommer war 38,99 % höher als der Sauerstoffbedarf, was auf ein erhebliches Energiesparpotenzial hinweist. Das Sauerstoffangebot in Zone 2 und Zone 3 überstieg den tatsächlichen Sauerstoffbedarf. Das Sauerstoffangebot im Winter war 7,07 % höher als der Sauerstoffbedarf. Sauerstoffangebot und -bedarf in Zone 1 und Zone 2 stimmten überein, während es in Zone 3 zu einer Überbelüftung kam. Die Gebläseleistung ist proportional zur Luftzufuhrrate, wie in Gleichung (6). Der Stromverbrauch der Gebläse betrug im Sommer und Winter 85,21 kW bzw. 130,44 kW. Henkel schlägt das vorEin Anstieg der Lufttemperatur verringert die Leistung der Gebläse in Belüftungssystemen. Als Reaktion auf den unterschiedlichen Sauerstoffbedarf zwischen verschiedenen Kanälen sollten Kläranlagen entsprechende Maßnahmen zur Belüftungsanpassung ergreifen, beispielsweise eine konische Belüftung. Dies könnte bedeuten, dass die Luftzufuhr-Abzweigrohre am vorderen Ende vollständig geöffnet werden, die Abzweigrohre am mittleren Ende zur Hälfte geöffnet werden und die Abzweigrohre am Ende auf die minimale Öffnung eingestellt werdenSparen Sie Luftzufuhr und Belüftungsenergieverbrauch.

Um die tatsächliche Nutzungseffizienz der Feinblasdiffusoren weiter zu quantifizieren, betrug die Standardbelüftungseffizienz (SAE) im Aerobic-Becken im Sommer 2,57 kg O₂/kWh·h, was 32,29 % höher ist als im Winter. Unterschiede in der Qualität, Menge und Temperatur des Zulaufwassers zwischen Sommer und Winter führen zu erheblichen Schwankungen im Betrieb und in der Steuerung des Belüftungssystems in der Kläranlage. Im Sommer war die Energieverschwendung größer als im Winter, und das Belüftungssystem sorgte im Winter für ein besseres Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. Unter Berücksichtigung der Durchflussmenge und Qualität des Zuflusses,Im Sommer könnte die Luftzufuhr entsprechend reduziert werdenGleichzeitig wird die Qualität des Abwassers und eine ausreichende Durchmischung im Aerobic-Becken sichergestellt. Im Winter sollte für eine ausreichende Belüftung gesorgt werden, um die Auswirkungen hoher Schadstoffbelastungen und niedriger Temperaturen abzumildern. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich im Langzeitbetrieb Schadstoffe an der Oberfläche und in den Poren der Diffusoren ansammeln, die Poren allmählich verstopfen und die Effizienz der Sauerstoffübertragung abnimmt. Wenn die Reinigung des Diffusors nicht rechtzeitig erfolgt, kann es zu einer unzureichenden Sauerstoffversorgung durch das Belüftungssystem kommen, was sich negativ auf die Abwasserqualität auswirkt.

Die Kläranlage verwendet eine DO--Gebläse-Luftstromkontrollstrategie. Das Ziel des Belüftungskontrollsystems besteht darin, eine stabile Sauerstoffumgebung für Mikroorganismen im Aerobic-Tank zu schaffen und die Einhaltung der Abwasservorschriften sicherzustellen. Allerdings kann der DO-Rückkopplungsmechanismus allein nicht das Energieeinsparpotenzial des Belüftungssystems beurteilen. Feldtests der Sauerstoffübertragungsleistung des Belüftungssystems ermöglichen eine genaue Berechnung der tatsächlichen Sauerstoffzufuhrrate des Belüftungssystems und beschreiben ihr Variationsmuster entlang des Pfades. In Kombination mit Sauerstoffbedarfsdaten ermöglicht dies eine präzise Steuerung des Belüftungssystems, um ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage zu erreichen und das Ziel der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung zu erreichen.

3. Fazit

• Höhere Wassertemperaturen im Sommer steigern die mikrobielle Nitrifikationsaktivität und Denitrifikation, was im Winter zu einem höheren CSB-Cr- und Ammoniakstickstoffgehalt im Abwasser führt als im Sommer. Aufgrund der geringeren hydraulischen Belastung im Winter als im Sommer konnten jedoch die verlängerte HRT im Aerobic-Becken und eine ausreichende Belüftung die negativen Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Nitrifikation ausgleichen. Daher entsprach die Abwasserqualität sowohl im Sommer als auch im Winter dem Grad-A-Standard von GB 18918-2002.

• Im Vergleich zum Sommer ist der Sauerstoffbedarf des biologischen Behandlungsprozesses im Winter höher, die Sauerstoffübertragungseffizienz des feinblasigen Belüftungssystems geringer, was zu einer höheren erforderlichen Luftzufuhrrate und einer geringeren Belüftungseffizienz führt.

• Das Sauerstoffangebot im Sommer und Winter war um 38,99 % bzw. 7,07 % höher als der Sauerstoffbedarf, was auf ein größeres Energieeinsparpotenzial im Sommer hinweist. Die Schadstoffkonzentration nimmt entlang des Aerobic-Beckens allmählich ab und bleibt am Ende nahezu konstant, während die DO-Konzentration am Ende viel höher ist als an der Vorderseite. Dies weist darauf hin, dass sich der größte Teil des am Ende zugeführten Sauerstoffs in der Schlammmischflüssigkeit auflöst und nicht für den CSB verwendet wird_CrOxidation und Ammoniakoxidation, was auf eine übermäßige -Belüftung hindeutet. Daher kann die Luftzufuhr am Ende des Aerobic-Beckens entsprechend reduziert werden, während gleichzeitig die Qualität des Abwassers und eine ausreichende Durchmischung gewährleistet sind.