Uitgebreide oplossingen voor DO-afwijkingen

Abnormale concentraties opgeloste zuurstof (DO) zijn een veel voorkomend en uitdagend probleem in afvalwaterzuiveringsinstallaties, die niet alleen de kwaliteit van het afvalwater beïnvloeden, maar mogelijk ook een kettingreactie van slibophoping en een verhoogd energieverbruik veroorzaken. Naast conventionele beluchtingsaanpassingen en watervoorbehandelingsmaatregelen biedt het volgende geavanceerde oplossingen voor DO-afwijkingen vanuit drie dimensies: innovatieve noodtechnologieën, systeemherstructurering en -optimalisatie, en inter-disciplinaire technologie-integratie.

(I) Verbeterde beluchtingstechnologie
Nanobellenbeluchtingstechnologie
Principe en voordelen: Nanobellen, met een diameter van slechts 10-200 nm, bezitten een groot specifiek oppervlak, een langzame stijgsnelheid en een hoge oplosefficiëntie. Vergeleken met traditionele beluchtingsmethoden kan beluchting met nanobellen het zuurstofverbruik verhogen tot meer dan 80%, wat 2-3 keer zoveel is als bij microporeuze beluchting. In noodscenario's met een plotselinge daling van de DO-concentratie kunnen nanobellen het opgeloste zuurstofgehalte in het water snel verhogen zonder de microbiële gemeenschap te beïnvloeden.

Toepassingsgeval: Een chemische afvalwaterzuiveringsinstallatie ondervond een plotselinge toename van de concentratie van influent organisch materiaal, waardoor de concentratie opgeloste zuurstof (DO) daalde van 2,5 mg/l naar 0,8 mg/l. Na de noodactivering van het beluchtingssysteem met nanobellen steeg de DO-concentratie binnen slechts 30 minuten tot boven 2 mg/l en keerde na 2 uur terug naar het normale niveau, waardoor het risico werd vermeden dat het effluent de normen zou overschrijden.

Noodsysteem voor zuivere zuurstofbeluchting

Toepasbare scenario's: Wanneer conventionele beluchtingssystemen niet kunnen voldoen aan de noodbehoefte aan zuurstof, kan zuivere zuurstofbeluchting worden gebruikt als noodsupplement. Zuurstof met een hoge- concentratie wordt geleverd via opslagtanks voor vloeibare zuurstof of zuurstofgeneratoren en direct geïnjecteerd in de biologische behandelingstank, waardoor de DO-concentratie in korte tijd aanzienlijk toeneemt. De zuurstofoverdrachtsefficiëntie van zuivere zuurstofbeluchting is 5-10 keer die van luchtbeluchting, waardoor het bijzonder geschikt is voor noodbehandeling van schokken bij hoge belasting of defecten aan beluchtingsapparatuur.

Voorzorgsmaatregelen: Strenge controle van de zuurstofinjectiesnelheid is noodzakelijk voor zuivere zuurstofbeluchting om te voorkomen dat te hoge DO-concentraties leiden tot microbiële vergiftiging. Bovendien is zuivere zuurstof relatief duur en mag deze alleen worden gebruikt als noodmaatregel voor de korte-termijn, en niet voor continu gebruik op de lange- termijn. Tijdens pieklozingsperioden bij het reinigen van afvalwater van fermentatietanks maakte een afvalwaterzuiveringsinstallatie van een brouwerij gebruik van zuivere zuurstofbeluchting om een ​​stabiele concentratie opgeloste zuurstof (DO) van ongeveer 3 mg/l te handhaven, waardoor een efficiënte afbraak van organisch materiaal werd gegarandeerd.

(II) Microbiële verbeterde saneringstechnologie
Gerichte dosering van functionele microbiële middelen:
Selectie en toepassing van middelen: Specifieke functionele microbiële middelen worden geselecteerd voor verbetering op basis van verschillende soorten DO-afwijkingen. Wanneer de DO-consumptie bijvoorbeeld traag is als gevolg van onvoldoende slibactiviteit, kan het toevoegen van zeer efficiënte afbrekende microbiële middelen (zoals Bacillus en Pseudomonas) de microbiële metabolische capaciteit snel verbeteren en het zuurstofverbruik verhogen. Wanneer de DO-concentratie te hoog is, worden denitrificerende microbiële middelen toegevoegd om denitrificatiereacties te gebruiken om overtollige zuurstof te verbruiken.

Ontwikkeling van microbiële agentia op maat: Sommige afvalwaterzuiveringsinstallaties werken samen met onderzoeksinstellingen om op maat gemaakte samengestelde microbiële agentia te ontwikkelen op basis van de kwaliteit van het influentwater en de structuur van de microbiële gemeenschap. Een farmaceutische afvalwaterzuiveringsinstallatie ontdekte door analyse van de microbiële gemeenschap van het slib een gebrek aan stammen die specifieke antibiotica afbreken. Na de gerichte toepassing van een samengesteld microbieel middel daalde de DO-concentratie van 5 mg/L naar 2,8 mg/L, terwijl de verwijderingssnelheid van antibiotica met 40% toenam. Snelle biofilm-constructietechnologie

Methode voor dragerselectie en biofilmvorming: Gesuspendeerde biologische dragers (zoals polyurethaanspons of ceramsiet) worden aan de biologische behandelingstank toegevoegd. Er wordt gebruik gemaakt van een snelle biofilmvormingstechnologie om een ​​biofilm op het drageroppervlak te creëren. De microbiële gemeenschap in de biofilm heeft een stabiele structuur, een sterke schokbestendigheid en kan zelfs onder omstandigheden van grote schommelingen in de DO-concentratie activiteit behouden. Door gebruik te maken van beluchting en menging in combinatie met inenting van dominante bacteriesoorten kan de biofilmvorming binnen 7-10 dagen worden voltooid, waardoor de behandelingscapaciteit van het biologische systeem met 20%-30% wordt vergroot.

Toepassingsresultaten: Een gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie ondervond een verminderde slibactiviteit en overmatige ammoniakstikstof in het effluent als gevolg van lange- schommelingen in de concentratie van DO. Door het toevoegen van biologische dragers van cerasiet en het inenten met nitrificerende bacteriën, stabiliseerde de DO-concentratie zich op 2-3 mg/L na biofilmvorming, en nam de verwijderingssnelheid van ammoniakstikstof toe van 60% naar 95%, waardoor de naleving van de kwaliteit van het effluent aanzienlijk verbeterde.

(I) Upgrade en transformatie van procesroutes

Meer-fasen AO-procesoptimalisatie

Gesegmenteerd influent en nauwkeurige beluchting: Door het traditionele AO-proces te upgraden naar een meer-staps AO-proces, door gesegmenteerd influent en onafhankelijke beluchtingsregeling, wordt een nauwkeurige regeling van de DO-concentratie in verschillende zones bereikt. In de anoxische zone van de eerste- fase wordt de DO-concentratie bijvoorbeeld gecontroleerd<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%.

Toevoeging van een tussenbezinkingstank: Door een tussenbezinkingstank toe te voegen aan het meer- AO-proces wordt een afzonderlijke regeling van de slibretour en de gemengde vloeistofretour bereikt. De tussenbezinktank kan een deel van het slib verwijderen, waardoor de slibconcentratie in de daaropvolgende aërobe zone wordt verminderd en het zuurstofverbruik wordt verminderd; tegelijkertijd kan de gemengde vloeistofretour meer nitraat naar de anoxische zone transporteren, waardoor de denitrificatie-efficiëntie wordt verbeterd. Een afvalwaterzuiveringsinstallatie op een industriepark verlaagde de DO-concentratie in de aërobe zone met 0,5 mg/l en verlaagde het energieverbruik voor de beluchting met 15% door de toevoeging van een tussenliggende bezinkingstank.

Diepe optimalisatie van MBR-processen: aanpassing van de lay-out van de membraanmodule en aanpassing van de beluchtingsmethode: In een membraanbioreactor (MBR) kan het optimaliseren van de lay-out van de membraanmodule en de beluchtingsmethode de DO-concentratieverdeling effectief regelen. Een combinatie van bodembeluchting en zijbeluchting wordt gebruikt om aan de zuurstofbehoefte van micro-organismen te voldoen en tegelijkertijd schuifkracht te genereren om membraanvervuiling te voorkomen. Tegelijkertijd maakt online monitoring van de DO-concentratie in de membraantank het mogelijk om in real-time de beluchtingssnelheid aan te passen, waardoor overmatige beluchting wordt voorkomen die tot hoge DO-concentraties zou kunnen leiden. Na optimalisatie stabiliseerde de DO-concentratie in het MBR-systeem van de afvalwaterzuiveringsinstallatie van een voedselverwerkingsfabriek zich op 1,5-2,5 mg/L, en werd de membraanreinigingscyclus verlengd van 30 dagen naar 60 dagen.

MBR in combinatie met geavanceerde oxidatieprocessen: Wanneer de DO-concentratie in het MBR-systeem abnormaal is als gevolg van recalcitrant organisch materiaal in het influent, worden geavanceerde oxidatieprocessen (zoals ozonoxidatie en Fenton-oxidatie) gekoppeld om het influent voor te behandelen. Geavanceerde oxidatie kan recalcitrant organisch materiaal ontleden in gemakkelijk biologisch afbreekbare stoffen, waardoor de biochemische behandelingsbelasting wordt verminderd en de DO-concentratie wordt gestabiliseerd. Na de toepassing van het MBR-ozongekoppelde proces zag een afvalwaterzuiveringsinstallatie voor verf- en drukwerk de DO-concentratie stijgen van 1,2 mg/l naar 2,2 mg/l, en de CZV-verwijderingssnelheid van 75% naar 90%.

(II) Energieterugwinning en recycling
Anaerobe vergisting van slib voor energieopwekking en beluchting
Procesprincipe: Overtollig slib wordt in de anaerobe vergister gevoerd. Het gegenereerde biogas wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken via brandstofcellen, die de beluchtingsapparatuur van stroom voorzien. Tegelijkertijd is het digestaat na anaerobe vergisting rijk aan voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor, die kunnen worden teruggevoerd naar de biochemische tank om microbiële voedingsstoffen aan te vullen, het microbiële metabolisme te bevorderen en de DO-concentratie te stabiliseren. Een afvalwaterzuiveringsinstallatie voorzag, door middel van anaerobe vergisting van slib voor energieopwekking, in 30% van de elektriciteitsbehoefte van het beluchtingssysteem, waardoor jaarlijks ongeveer 800.000 yuan aan elektriciteitskosten werd bespaard, terwijl tegelijkertijd de stabiliteit van de DO-concentratie met 25% werd verbeterd.

Digestaatretourcontrole: Controleer strikt de retourstroomsnelheid van het digestaat om overmatige microbiële groei als gevolg van overmatige voedingsstoffen te voorkomen, wat het zuurstofverbruik zou verhogen. Door de stikstof- en fosforconcentraties in de biologische behandelingstank te monitoren, wordt het aandeel van de recirculatie van biogasslurry aangepast, doorgaans geregeld op 5% -10% van het influentdebiet.

Terugwinning van afvalwarmte en regeling van de watertemperatuur

Het restwarmteterugwinningssysteem verzamelt afvalwarmte die wordt gegenereerd tijdens de afvalwaterzuivering (zoals warmteafvoer van beluchtingsapparatuur en warmteopwekking door anaerobe vergisting) en zet deze om in warm water via een warmtepompsysteem om de watertemperatuur in de biologische behandelingstank te regelen. De watertemperatuur is een cruciale factor die de zuurstofoplosbaarheid en microbiële activiteit beïnvloedt. Door de watertemperatuur op 20-30 graden te houden, wordt de zuurstofoplosbaarheid gestabiliseerd en wordt de microbiële activiteit geoptimaliseerd. Een afvalwaterzuiveringsinstallatie in het noorden van China verhoogde via zijn afvalwarmteterugwinningssysteem de watertemperatuur in zijn biologische zuiveringstank van 12 graden naar 22 graden in de winter, verhoogde de concentratie opgeloste zuurstof (DO) met 0,8 mg/l en verbeterde de zuiveringsefficiëntie met 20%.

Watertemperatuur en DO-co-controle: er wordt een co--controlemodel opgesteld tussen de watertemperatuur en de DO-concentratie. Wanneer de watertemperatuur stijgt, wordt de beluchtingssnelheid op passende wijze verhoogd om de afname van de zuurstofoplosbaarheid te compenseren; wanneer de watertemperatuur daalt, wordt de beluchtingssnelheid verlaagd om te hoge DO-concentraties te voorkomen. Deze dynamische controle zorgt ervoor dat de DO-concentratie binnen een geschikt bereik stabiel blijft.

(I) Toepassing van IoT- en Big Data-technologieën

DO Concentratie Intelligent voorspellings- en vroegtijdig waarschuwingssysteem

Multi- Data Fusion Analysis: door informatie uit meerdere- bronnen te integreren, zoals de kwaliteit van het influentwater, de waterkwantiteit, de bedrijfsparameters van beluchtingsapparatuur en meteorologische gegevens, wordt een voorspellingsmodel voor de DO-concentratie tot stand gebracht door middel van big data-analyse. Dit model kan de trends in de DO-concentratie 24 uur van tevoren voorspellen. Wanneer de voorspelde DO-concentratie het normale bereik overschrijdt, wordt er automatisch een vroege waarschuwing geactiveerd en worden er optimalisatiesuggesties gegeven. Het intelligente systeem voor vroegtijdige waarschuwing bij een afvalwaterzuiveringsinstallatie behaalde een nauwkeurigheid van 95%, waardoor de responstijd voor het omgaan met afwijkingen in de DO-concentratie werd teruggebracht van 2 uur naar 30 minuten.

Afstandsbediening en onbemande bediening: Op basis van IoT-technologie wordt afstandsbediening van beluchtingsapparatuur en onbemand beheer van biologische behandelingstanks bereikt. Operators kunnen de DO-concentratie en de bedrijfsstatus van de apparatuur in realtime volgen via een mobiele APP of computer, en op afstand parameters aanpassen, zoals de beluchtingssnelheid en de slibretourverhouding. Na de invoering van het onbemande besturingssysteem zag een afvalwaterzuiveringsinstallatie in een bergachtig gebied de stabiliteit van de DO-concentratie stijgen tot 98% en de arbeidskosten met 60% dalen. Simulatie en optimalisatie van digitale tweelingsystemen

Virtuele biochemische tankconstructie: Er wordt een virtueel model van de biochemische tank geconstrueerd met behulp van digital twin-technologie om de DO-concentratieverdeling en microbiële metabolische processen onder verschillende influentomstandigheden en bedrijfsparameters te simuleren. Door middel van virtuele experimenten worden parameters zoals beluchtingsstrategieën en slibretourverhoudingen geoptimaliseerd, en de optimale oplossing wordt vervolgens toegepast op de daadwerkelijke productie. Een afvalwaterzuiveringsinstallatie ontdekte door middel van digitale twin-systeemsimulatie dat het aanpassen van de beluchtingskopafstand van 1,2 meter naar 1 meter de uniformiteit van de DO-concentratie met 20% verbeterde, en het feitelijke effect na wijziging was consistent met de simulatieresultaten.

Foutsimulatie en noodoefeningen: Abnormale DO-concentratiescenario's (zoals uitval van beluchtingsapparatuur en influentbelastingsschokken) worden gesimuleerd in het digital twin-systeem, en virtuele noodoefeningen worden uitgevoerd om de reactiemogelijkheden van operators te verbeteren. Door herhaalde oefeningen raakten operators beter vertrouwd met de procedures voor het omgaan met DO-afwijkingen, en werd de daadwerkelijke responstijd bij noodgevallen met 40% verkort.

(II) Ontwikkeling van nieuwe materialen en geavanceerde apparatuur

Intelligente beluchtingsmembraanmaterialen

Materiaalkenmerken en voordelen: Het nieuwe intelligente beluchtingsmembraanmateriaal heeft een hoge porositeit, een hoge zuurstofoverdrachtsefficiëntie en een sterk- aangroeiwerend vermogen. De intelligente coating op het membraanoppervlak past automatisch de poriegrootte aan op basis van de DO-concentratie. Wanneer de DO-concentratie te hoog is, krimpen de poriën, waardoor de zuurstofoverdracht afneemt; wanneer de DO-concentratie te laag is, zetten de poriën uit, waardoor de zuurstofoverdracht toeneemt. De zuurstofoverdrachtsefficiëntie van het intelligente beluchtingsmembraan is meer dan 50% hoger dan die van traditionele beluchtingskoppen, terwijl het energieverbruik met 30% wordt verminderd.

Toepassingsvooruitzichten: Het intelligente beluchtingsmembraanmateriaal bevindt zich momenteel in de pilot- fase en zal naar verwachting in de komende 3-5 jaar op grote- schaal worden toegepast. Uit pilotschaalresultaten van een onderzoeksinstelling blijkt dat het fluctuatiebereik van de DO-concentratie in de biologische behandelingstank met behulp van het intelligente beluchtingsmembraan slechts ±0,2 mg/l bedraagt, en dat het behandelingseffect aanzienlijk beter is dan dat van traditionele beluchtingssystemen.

Onderwater DO Concentratie Real{0}} Robot voor monitoring

Kenmerken: De onderwaterrobot is uitgerust met een zeer-precieze DO-sensor, waterkwaliteitsanalysator en camera. Het kan autonoom navigeren binnen de biologische zuiveringstank en de DO-concentratie en waterkwaliteitsparameters in verschillende gebieden in realtime monitoren. De robot verzendt gegevens via draadloze communicatie naar de centrale controlekamer, waardoor operators intuïtief de distributie van de DO-concentratie kunnen begrijpen en onmiddellijk gebieden met abnormale DO-niveaus kunnen identificeren.

Innovatieve toepassing: Na de introductie van een DO-monitoringrobot onder water ontdekte een grote afvalwaterzuiveringsinstallatie een dode zone met een lage DO-concentratie in de hoek van de biologische zuiveringstank. Door de indeling van de beluchtingskop aan te passen, werd de ongelijkmatige verdeling van de DO-concentratie geëlimineerd, waardoor de algehele behandelingsefficiëntie met 10% werd verbeterd.

Conclusie: Het oplossen van abnormale DO-concentraties vereist het doorbreken van het traditionele denken en het combineren van innovatieve noodtechnologieën, systeemreconstructie en -optimalisatie, en inter-disciplinaire technologie-integratie om gediversifieerde oplossingen op meerdere- niveaus te bouwen. Van noodmaatregelen op de korte-termijn, zoals beluchting van nanobellen en toevoeging van functionele bacteriële agentia, tot systeemoptimalisatie op de lange-termijn door procesupgrades en energieterugwinning, en verder tot geavanceerde- technologieën zoals IoT-toepassingen en de ontwikkeling van nieuwe materialen: elke technologie biedt nieuwe ideeën voor het oplossen van abnormale DO-concentraties. In de toekomst zal, met voortdurende technologische vooruitgang en innovatie, de controle op de DO-concentratie nauwkeuriger en efficiënter worden, wat een solide garantie biedt voor de stabiele werking van afvalwaterzuiveringsinstallaties en het behalen van waterkwaliteitsnormen.