ניתוח תקלות מערכת אוורור ושיפוץ|מחקר מקרה של WWTP

ניתוח תקלות ותכנית שיפוץ של מערכת אוורור

מָבוֹא

המערכת אוורור, כאחד המרכיבים של מערכת הטיפול בשפכים הביולוגית, מתפקדת בעיקר לאספקת חמצן הדרוש למטבוליזם מיקרוביאלי ולוויסות ריכוז החמצן המומס (DO) בתוך המיכל הביולוגי. המערבולות הנוצרות על ידי הבועות העולות וההפרעות שנגרמות מקריעתן מספקות ערבוב יעיל של הבוצה הפעילה, ומונעות שקיעת בוצה. עבור מיכלי מגע ביולוגיים המכילים מדיה, אוורור מקדם גם את השלכת ביופילם מיושן משטח המדיה, מקל על חידוש ביופילם ומגביר את פעילותו.

מחקרים מצביעים על כך ששינויים בריכוז ה-DO בתוך המיכל הביולוגי מובילים לשינויים במין, בכמות, במצב הזווגלואה, בפעילות ביולוגית ובסוגים מטבוליים של קהילות מיקרוביאליות. כתוצאה מכך, קצב התגובה והיעילות של תהליכים ביוכימיים כגון סילוק פחמן ביולוגי, סילוק חנקן ביולוגי ופינוי זרחן ביולוגי מושפעים, מה שמשנה את יעילות ההסרה של מזהמים כמו חומר אורגני, חנקן אמוניה, זרחן כולל ומי חנקן כולל בפסולת. המצב התפעולי של מערכת האוורור משפיע ישירות על יעילות סילוק המזהמים המיקרוביאליים, ובכך משפיע על ביצועי הטיהור הכוללים של מפעל טיהור שפכים (WWTP).

לכן, שמירה על מערכת האוורור במצב תקין היא משימה עיקרית בתפעול ותחזוקה של שטיפת מים.

1. חומרים ושיטות

1.1 סקירה כללית של WWTP

משטח מים עם קיבולת עיצוב של15,000 m³/d. האינדיקטורים המזהמים המשפיעים המעוצבים מוצגים בטבלה 1, ותקני הקולחים עומדים בתקן דרגה A של "תקן הזרמה של מזהמים למפעלי טיהור שפכים עירוניים" (GB 18918-2002). תהליך הטיפול העיקרי הוא:טיפול מקדים + קרישה-שיקוע + מערכת ביולוגית + מיכל שקיעה משני + טיפול מתקדם.

בתחילה, עקב רשתות איסוף לא מפותחות ובנייה מתמשכת של מפעלים מסביב, המפעל פעל לסירוגין עקב זרימה נמוכה. ככל שהארגונים הסובבים הפכו לפעולה, גדלו הזרימה ועומס המזהמים, מה שהוביל את מערכת אוורור המיכלים הביולוגית למעבר לפעולה רציפה של 24 שעות ביממה, עם קצבי האוורור שהותאמו על סמך זרימה ועומס. במהלך תקופה זו, הן המיכל הביולוגי והן מערכת האוורור פעלו ביציבות, כאשר כל פרמטרי הקולחים עומדים בעקביות בתקנים.

1.1.1 תיאור מיכל ביולוגי

המערכת הביולוגית מאמצת פריסה דומה ל-תהליך A²/O מסורתי, הכולל אזורים אנאירוביים, אנוקסיים ואוקסיים. האזורים האנאירוביים והאנוקסיים מחולקים כל אחד לשני חלקי תהליך טנדם בעלי נפח שווה, בעוד שהאזור האוקסי מחולק לארבעה. שישה מיקסרים צוללים מותקנים באזורים אנאירוביים ואנוקסיים. מפזרי בועות עדינים- קבועים מותקנים בחלק התחתון של חלקים באזורים האנוקסיים והאוקסיים, עם מדיה חיקוי ניתנת לשליפה מחוברת מעל המפזרים לגידול חיידקים. מערכת האוורור משתמשת במפוחים כדי לספק אוויר דחוס למפזרי הבועות העדינות- דרך צדדים. קצב האוורור בכל צד מוסדר על ידי שסתומים. מותקנים שלושה מפוחים הפועלים במצב המתנה דו-פעמי + 1-.

1.1.2 תיאור תקלה

לאחר כ-5 שנים של פעילות יציבה, הצטברה בוצה משמעותית בתחתית האזור האנוקסי והאוקסי. מפוחים חוו לעתים קרובות אזעקות לחץ יציאה גבוה והשבתות מגן. כמה מפזרי בועות עדינים- נקרעו. ככל שלחץ היציאה המשיך לעלות, עלתה תדירות השבתות המפוחים ומספר המפזרים הנקרעים. אובדן אוויר משמעותי דרך מפזרים שבורים הוביל לירידה מתמשכת ברמות ה-DO במיכל הביולוגי, מה שגרם להידרדרות הדרגתית של איכות הקולחים. כדי לשמור על עמידה בדרישות, הוגדל מספר וזמן הריצה של מפוחים הפועלים. מעגל קסמים זה גרם לנזק תכוף לרכיבי מפוח כמו מיסבים וגלגלי שיניים. בסופו של דבר, מפוח אחד היה שחוק מאוד ונגרוט. הבוצה באזור האוקסי הפכה לחום כהה, עם זווגלואה רופפת ומלאת ריח-, ואיכות הקולחים החמירה עוד יותר.

1.2 ניתוח סיבת התקלה

סקירת רישומים תפעוליים (השפעה, מערכת אוורור, תחזוקת ציוד) ותצפיות באתר, הגורמים נותחו כדלקמן:

1.2.1 גורמים לנזק למפוח

1. התחלות/עצירות תכופות עקב זרימה ראשונית לסירוגין, הגורמת לבלאי מכני.
2. הפעלה מחדש של מפוחים בלחץ לאחר כיבוי עומס יתר, והפעלה ממושכת בעומס יתר.
3. ביקוש מוגבר לאוויר עקב זרימה גבוהה יותר ומפזרים קרעים, מה שמוביל לפעולה ממושכת.
4. טמפרטורות עבודה גבוהות עקב לחץ יתר ממושך.

1.2.2 גורמים ללחץ יציאת מפוח גבוה ונזקי מפזר

1. ניקוי צנרת אוויר לא שלם במהלך הבנייה, מותיר פסולת שסתמה את נקבוביות המפזר.
2. שקיעת בוצה המכסה מפזרים, סתימת נקבוביות.
3. עיבוי בצינורות אוויר סותם את נקבוביות המפזר.
4. אוורור לסירוגין הגורם להתרחבות/התכווצות תכופה, ממברנות מפזרות הזדקנות ופתיחת נקבוביות לא מלאה, מה שמוביל להצטברות לחץ.
5. חדירת שפכים/בוצה לתוך מפזרים שבורים, מתפזרים וסתומים מפזרים אחרים.

1.2.3 גורמים להצטברות בוצת תחתית

1. זרימה ואוורור לסירוגין הגורמים לתצהיר.
2. תקלות תכופות במפוח הגורמות לאוורור לסירוגין.
3. אוורור מופחת בצידיים עם מפזרים קרעים.
4. ביצועי אוורור גרועים מגבירים את השקיעה של ביופילם לא פעיל שנשפך מהמכל והמדיה.

1.3 תכנית שיפוץ

בהתייחס לתקלות וסיבותיהן, בהתחשב בדפוסי זרימה ובצורך בפעילות רציפה, פותחה תכנית השיפוץ הבאה:

המפוח הבלתי ניתן לתיקון הוחלף במפוח מתלי אוויר יחיד בעל קיבולת ודירוג לחץ גבוהים מהתכנון, תוך שינוי צנרת היציאה בהתאם.

עבור בעיות מערכת האוורור (לחץ גבוה, סתימה, קרע, אוורור לא אחיד), בהתחשב בדרישות התהליך (עוצמת הערבוב, זרימת האוויר, בקרת DO), פריסת הציוד (מערבלים, צנרת, מדיה), ודפוס המפזרים הפגומים, תוכננו תוכניות שיפוץ נפרדות עבור האזורים האנוקסיים והאוקסיים.

שיפוץ אזור אנוקסי: מפזרים פגומים רוכזו באמצע חלקים אנוקסיים 1 ו-2, במקביל להצטברות בוצה. תוך ניצול מסגרת המדיה הקיימת לתמיכה, הותקן בתוך מיטת המדיה שלט אוויר חדש המחובר לראש הראשי, עם שסתום בקרת זרימה. צינורות מחוררים חדשים-למטה הותקנו בתחתית מסגרת המדיה כמערכת האוורור החדשה. מערכת התחתית הקבועה המקורית בוטלה. לִרְאוֹתאיור 1.

שיפוץ אזור אוקסיק: באופן דומה, מדיה הוסרה באזורים עם מפזרים פגומים. הותקן צד חדש עם שסתום. בתחתית מסגרת המדיה הותקנו דיסקים חדשים של- בועות אוויר. צינורות מחוררים, בדומה לאזור האנוקסי, הותקנו גם הם אנכית בתוך מסגרת המדיה כדי להפריע מדי פעם לבוצה התחתונה על ידי החלפת שסתומים. מערכת התחתית הקבועה המקורית בוטלה. לִרְאוֹתאיור 2.

2. תוצאות וניתוח

בעקבות גישת ניסוי-, שופצו הקטעים שנפגעו בצורה הקשה ביותר (Anoxic 1, Oxic 1). פרמטרים מרכזיים (DO, לחץ מפוח, עובי בוצה) נוטרו במשך 30 יום לפני- ואחרי-שיפוץ. התוצאות מוצגות באיור 3וניתח בטבלה 2.

לַעֲשׂוֹת(איור 3a, 3b, טבלה 2): רמות ה-DO השתפרו באופן משמעותי. באזור האנוקסי, DO עלה מ-0.12-0.23 מ"ג/ליטר (ממוצע. 0.16) ל-0.32-0.58 מ"ג/ליטר (ממוצע. 0.46), עלייה של פי 1.88. באזור האוקסי, DO עלה מ-0.89-2.22 מ"ג/ליטר (ממוצע. 1.78) ל-2.81-5.02 מ"ג/ליטר (ממוצע. 4.17), עלייה של פי 1.34.

לחץ מפוח(איור 3c, טבלה 2): לחץ היציאה ירד מ-69.2-75.2 kPa (ממוצע. 71.44) ל-61.2-63.5 kPa (ממוצע. 62.06), ירידה של פי 0.13.

עובי בוצה(איור 3d, טבלה 2): עובי הבוצה התחתונה ירד מ-27.3-33.4 ס"מ (ממוצע. 30.00) ל-14.2-28.8 ס"מ (ממוצע. 20.75), הפחתה של פי 0.31.

התבוננות בשיפוץ הבוצה הפעילה-הראתה שיפור בפעילות, שינוי צבע וצמיחת זווגלואה טובה יותר במדיה, דבר המעיד על שחזור המערכת. ריחות רעים פסקו.

איכות הקולחים השתפרה: חנקן אמוניה ממוצע ירד ל-1.49 מ"ג/ליטר (90.5% הסרה, +17.7%); הממוצע הכולל של זרחן ירד ל-0.19 מ"ג/ליטר (88.9% הסרה, +12.7%); ממוצע החנקן הכולל ירד ל-10.28 מ"ג/ליטר (57.9% הסרה, +16.9%). צריכת החשמל של המפוחים ירדה מ-72.5 קילוואט ל-59 קילוואט בתנאים דומים, וחיסכון של 18.6% באנרגיה.

3. מסקנה

ניתוח זיהה את הגורמים לנזק למפוחים, ללחץ גבוה, לנזק לפזר ולהצטברות בוצה. יושמו תוכניות שיפוץ ממוקדות עבור האזורים האנוקסיים והאוקסיים. בדיקות פיילוט הדגימו שיפורים משמעותיים: DO anoxic, DO oxic, לחץ מפוח ועובי בוצה שופרו לפי גורמים של 1.88, 1.34, 0.13 ו-0.31, בהתאמה. זה מספק בסיס איתן לשיפוץ מלא-.