다단계 AAO 폐수 처리장을 위한 정밀 통기 시스템 설계 및 시운전
개요
폐수 처리는 도시 건설의 필수 요소입니다. 최근 몇 년 동안 중국의 폐수 처리 산업은 급속한 발전을 이루었습니다. 공동 배출 저감에 폐수 처리장의 깊은 참여는 저탄소 사회 구축, 저탄소 경제 개발, 지속 가능한 도시 개발 달성을 위한 중요한 지원 역할을 합니다.- "이중 탄소" 목표에 따라 저탄소 폐수 처리장 개념이 업계의 주목을 받았습니다. 저탄소 폐수처리장 개발 전략에 맞춰 에너지 절약 및 배출 저감에 영향을 미치는 주요 요인을 분석하고 연구하는 것이 필요합니다.
대부분의 국내 폐수 처리에는 활성 슬러지 공정이 사용됩니다. 이 처리의 핵심은 생물조 내의 미생물에 의한 산화반응에 적합한 양의 산소를 공급하는 것이므로 통기량의 조절이 중요합니다. 수동 스위치를 통해 달성되는 기존의 폭기 제어는 주로 현장 작업자의 경험에 의존하므로{2}}상당한 불확실성과 낭비를 초래합니다. 정밀한 폭기 시스템의 자동 제어를 달성하고 수동 개입을 줄이기 위해 연구자들은 퍼지 제어, 신경망, 퍼지 신경망, 유전자 알고리즘 및 지원 벡터 기계를 포함한 폭기 제어 방법을 광범위하게 연구했습니다. 이 문서는 심천에 있는 폐수 처리장의 다단계 AAO 프로세스에 중점을 두고 정밀 폭기 시스템의 설계 및 시운전 프로세스를 분석하고 요약하여 유사한 프로젝트에 대한 참고 자료를 제공합니다.
1 시스템 개요
1.1 정밀폭기시스템의 원리
생물학적 처리는 폐수 처리 과정에서 가장 중요한 단계로, 일반적으로 지속적이고 효과적인 미생물 성장을 유지하고 생화학적 과정을 촉진함으로써 배출 기준을 충족하도록 폐수에서 목표 물질을 제거하거나 줄이는 것을 목표로 합니다. 전통적인 제어 전략은 현대 폐수 처리장의 운영 매개변수 변화에 적시에 정확하게 대응할 수 없습니다. 초기 시운전 중에는 송풍기나 터미널 폭기관만 조정하는 경우가 많아 에너지 절약을 달성하면서도 실제 작동 조건 변화에 따라 반응조의 폭기량을 실시간으로 -요구형으로 조절하지 못하는 경우가 있습니다.-
용존 산소(DO)는 생물학적 처리 과정에 영향을 미치는 주요 요소입니다. DO 제어의 품질은 폐수 처리 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 정밀 폭기 시스템은 "피드포워드 + 피드백 + 모델"을 결합한 다중-매개변수 제어 방법을 도입하여 폐수 처리장의 큰 시간 지연 및 비선형성과 같은 특성을 효과적으로 처리합니다.- 송풍기, 폭기 파이프라인의 조절 밸브, DO 및 물 부하를 종합적으로 고려하여 생물학적 반응 과정에 대한 정밀한 제어를 구현하고 주문형 폭기를 달성함으로써-시스템 작동 안정성을 향상하고 에너지를 절약합니다.
폐수 처리장에서 피드포워드 신호에는 주로 유입수 흐름 및 품질 신호가 포함됩니다. 피드백 신호에는 주로 DO, 혼합액 부유 물질(MLSS) 및 생물학적 탱크 레벨 신호가 포함됩니다.
정밀 폭기 시스템의 DO 제어 전략에는 일반적으로 제어 목표를 일정한 값으로 설정하거나 동적 값으로 설정하는 두 가지 접근 방식이 있습니다.
일반적으로 DO 제어 목표를 일정한 값으로 설정하는 전략에 따라 정밀폭기 시스템은 유입수 수질, 유입수 유량, DO 설정값, 생물학적 탱크 MLSS 등의 신호를 기반으로 각 생물조 구역의 필요 공기량과 총 필요 공기량을 계산합니다. 그런 다음 송풍기 주 제어 시스템과 폭기 파이프의 전기 밸브를 조정하여 공기 공급과 수요를 일치시켜 DO 목표 값을 제어합니다.
정밀한 폭기 시스템을 채택함으로써 폐수 처리장은 다음과 같은 목표를 더 잘 달성할 수 있습니다.
(1) 폐수 처리 단위당 에너지 소비를 줄여 비용을 절감합니다.
(2) 폐수 처리 작업의 전반적인 안정성과 신뢰성을 향상시킵니다.
(3) 처리수 부하 및 오염 부하에 따라 폭기를 자동으로 조정하여 -주문형 폭기 및 자동 제어를 실현합니다.
(4) 배출수질을 개선하고 배출수질 준수율을 높인다.
1.2 정밀 폭기 시스템의 전체 설계
이 폐수 처리장의 설계 처리 용량은 50,000m³/d입니다. 2개의 생물학적 탱크를 갖춘 다단계 AAO 프로세스를 채택합니다. 주요 폐수 품질 지표는 지표수 클래스 IV 표준을 충족합니다. 폐수 처리 공정 흐름은 다음과 같습니다.그림 1.
이 프로젝트에는 2개의 생물학적 탱크가 있습니다. 각 생물학적 탱크는 6개의 DO 제어 구역으로 나누어져 식물의 생물학적 탱크에 대한 총 12개의 DO 제어 구역이 됩니다. 정확한 폭기 시스템의 설계 다이어그램은 다음과 같습니다.그림 2.
정밀한 폭기를 달성하려면 정밀한 폭기 시스템을 위한 완전한 제어 네트워크가 필요합니다. 정밀 폭기 시스템의 자동화 통신 토폴로지는 다음과 같습니다.그림 3.
정밀 폭기 시스템 마스터 스테이션은 통신을 통해 폭기 송풍기로부터 관련 매개변수를 직접 얻고, -현장 모니터링 기기로부터 신호를 수집하고, 장비 밸브 및 송풍기 시스템에 제어 조정 명령을 전송함으로써 폭기 과정을 완전 자동으로 제어하고 유량 제어 밸브 및 송풍기의 조화로운 조절을 달성합니다.
1.3 정밀 폭기 시스템의 하드웨어 구성 요소
각 DO 제어 구역에 대해 하나의 온라인 DO 분석기가 구성됩니다. 각 DO 제어 구역에 해당하는 폭기 분기관에 열가스 유량계 1개와 전기 제어 밸브 1개를 구성합니다. 열가스 유량계 1개와 압력 트랜스미터 1개가 송풍실의 주 출구 파이프에 설치됩니다.
정밀 폭기 시스템을 위한 장비 및 기기 구성표는 다음과 같습니다.표 1.
1.4 정밀 폭기 시스템의 소프트웨어 구성 요소
정밀폭기시스템 소프트웨어는 정밀폭기시스템 워크스테이션에 설치 및 실행되며 시스템의 핵심 처리 장치 역할을 합니다. 수집된 현장 신호를 기반으로 생물학적 탱크의 생물학적 공기 요구량을 모델을 통해 계산하는 동시에 현장 제어 장치에 조정 명령을 내립니다. 기능적으로는 폭기량 계산 모듈, 공기 분배 모듈, 송풍기 최적화 설정 모듈 등의 핵심 모듈이 포함되어 있습니다.
정밀 폭기 시스템 소프트웨어는 주로 다음 두 가지 측면을 기반으로 설계되었습니다.
(1) 정밀 폭기 시스템은 호기성 섹션을 여러 개의 독립적인 DO 제어 구역으로 나누어 공정 제어 흐름의 요구 사항에 적응할 수 있으며 처리 장치에서 요구하는 DO 분배 공정 조건을 충족하도록 폭기 흐름을 자동으로 조정할 수 있습니다.
(2) 정밀한 폭기 시스템을 통해 사용자는 목표 DO 수준을 독립적으로 설정할 수 있으며 동적 DO 설정점을 지원합니다. 편의성과 조작성을 고려하여 중앙제어실에서 관련 데이터를 확인하고 구성할 수 있습니다.
정밀한 폭기를 위한 제어 메커니즘은 현장을 우선시하고 중앙 제어 상위 컴퓨터가 뒤따르며 주로 밸브 제어 및 송풍기 제어를 포함합니다.
밸브 제어에는 로컬 제어 모드와 원격 제어 모드의 두 가지 모드가 있습니다. 중앙 제어 상위 컴퓨터에는 수동 모드와 정밀 폭기 모드의 두 가지 선택이 있습니다.
송풍기 압력 제어에는 다음이 포함됩니다.
(1) 주 제어 캐비닛이 로컬 모드로 전환되면 압력 설정점을 로컬에서 수동으로 설정할 수 있습니다.
(2) 주 제어 캐비닛이 원격 자동 모드로 전환되면 압력 설정은 수동 및 정밀 폭기의 두 가지 모드로 나뉘며 제어는 중앙 제어실로 전환됩니다.
-전자동제어, 부분자동제어, 수동강제제어-의 3가지 제어모드를 보유하고 있으며, 현장에서 또는 주제어실에서 모드 전환이 가능하므로-폐수처리장 운영 중 발생하는 다양한 상황에 적절하게 대처할 수 있는 정밀폭기시스템입니다.
1.5 정밀폭기시스템의 기능
1.5.1 공기 수요 계산
정밀한 폭기 시스템은 생물학적 탱크 내 다양한 요인의 변화를 기반으로 실제 공기 수요를 동적으로 계산할 수 있어 폭기 시스템이 요구에 따라 공기를 공급할 수 있습니다. 정밀폭기시스템의 공기요구량 계산모델은 그림 1과 같다.수치4.
폐수 처리장에서 정밀 폭기 제어를 실제로 적용할 때 정밀 폭기 시스템은 유입수 흐름과 품질 부하 변화에 따라 실제 공기 수요를 실시간으로 계산할 수 있으므로 생화학적 요구사항을 충족하는 합리적인 폭기를 보장하는 동시에 불필요한 폭기 에너지 소비를 절약할 수 있습니다.
1.5.2 폭기량 분포
정밀한 폭기 시스템에는 여러 폭기 제어 장치가 포함됩니다. 이 시스템은 다른 밸브의 단일-밸브 조정으로 인한 간섭을 억제하기 위해 다중-밸브 분리 제어 전략을 통합합니다. 또한 다중- 밸브 최적 개방 제어 전략을 보유하여 신속하고 최적의 밸브 개방 조정을 가능하게 하여 다양한 폭기 제어 장치 간에 폭기량의 빠르고 정확한 전달 및 분배를 달성합니다.
1.5.3 송풍기 최적화 제어
송풍기 작동을 최적화하여 폭기 과정의 에너지 절약을 달성합니다. 폭기 시스템의 핵심은 작동 매개변수에 따라 송풍기 작동을 조절하는 것입니다. 한편으로는 송풍기 조정 시 실제 작동 매개변수를 고려해야 합니다. 반면에 송풍기 조정 시에는 장비 보호도 고려해야 합니다. 일반적인 원칙은 비정상적인 송풍기 조건(서지 등)을 방지하면서 가장 경제적인 조건에서 송풍기를 작동하는 것입니다.
정밀 폭기 시스템은 현재 공정 작동 매개변수를 기반으로 필요한 공기량을 계산한 다음 신호를 송풍기 제어 캐비닛으로 보냅니다. 송풍기 시작/중지 및 개구부 조정과 같은 작업은 생물학적 시스템의 폭기 요구 사항을 충족하기 위해 총 풍량 설정점을 기반으로 수행되며, 서지 보호 압력은 송풍기 서지로부터 보호하는 데 사용됩니다. 송풍기는 폐수처리장의 핵심 공정 장비입니다. 정밀한 폭기 시스템은 송풍기 서지 현상을 방지하면서 생물 탱크의 폭기 수요를 충족할 수 있도록 송풍기 작동을 조절해야 합니다.
2 정밀폭기시스템 시운전
정밀 폭기 시스템의 정상적인 작동을 보장하려면 먼저 시스템 내의 개별 장치를 하나씩 시운전해야 합니다. 결과적으로, 생물학적 탱크 폭기 밸브 및 송풍기의 조정된 시운전이 필요하며, 송풍기 공기량을 설정하고 파이프라인 압력 모니터링을 조절해야 합니다. 시운전 중 모든 작업 및 조정은 생산에 영향을 미치지 않도록 해야 합니다. 특히, 비상 송풍기 작동 시 주의사항이 강조되어야 합니다.
(1) 단기- 동안 송풍기 개방의 상당한 변동. 이 시스템은 정밀 폭기 시스템에서 보낸 설정값을 실시간으로 수신할 수 있는 자기 베어링 원심 송풍기를 사용합니다.- 송풍기는 그 차이에 따라 개방 및 작동 시간을 조정합니다. 정밀 폭기 시스템에는 송풍기 변동에 대한 안전 보호 메커니즘이 있어 변동으로 인한 서지를 방지합니다. 송풍기 개방이 단기적으로 크게 변동하는-이유로는 유입수 품질의 급격한 변화, 시스템 조정 매개변수 불일치, 파이프라인 압력의 급격한 변화, 생물학적 탱크 기기 고장 등이 있습니다. 장비 안전을 위해 대규모 파이프라인 압력 변동 및 송풍기 서지 위험을 방지하기 위해 정밀 폭기 시스템을 수동으로 무시하고 수동 모드로 전환할 수 있습니다.
(2) 송풍기 서지 중. 초기 시운전 중에 송풍기 서지 현상이 불가피한 경우가 있습니다. 가능한 이유는 밸브와 송풍기 간의 조정이 불충분하여 파이프라인 압력이 증가하고 급증하는 경우입니다. 또는 불합리한 송풍기 매개변수 자체로 인해 개방 조정이 너무 빨라 송풍기 자체가 급상승하게 됩니다. 이 오류가 발생하면 정밀 폭기 시스템을 수동으로 무시하고 수동 모드로 전환하여 작동할 수 있습니다.
3 정밀폭기시스템의 DO 제어 효과 및 에너지 절감 효과
3.1 정밀폭기시스템의 DO 제어 효과
본 프로젝트의 정밀폭기시스템의 유효성 검증은 주로 시스템의 개입이 있는 경우와 없는 경우의 시나리오를 비교하여 수행되었습니다. 기존의 제어 방법은 다양한 장애의 영향에 적시에 정확하게 대응할 수 없습니다. 온라인으로 제어되는 DO 값이 큰 변동을 보일 때, 정확한 폭기 없이 생물조 내 특정 위치에서 시간에 따른 용존산소(DO)의 변화를 그림에 표시합니다.그림 5.
기존 생물조 제어 방식에 비해 정밀 폭기 제어 방식은 생물조 내 DO를 보다 정확하게 제어할 수 있어 적응성이 더욱 강해 폭기 및 에너지 절약이 가능합니다. 정밀한 폭기를 적용한 생물조의 특정 위치에서의 용존산소(DO)의 추세는 다음과 같습니다.그림 6.
본 프로젝트의 정밀 제어 시스템의 시운전 결과에 따르면 DO 값이 목표 설정값의 ±0.5 mg/L 내에 분포할 확률은 90%입니다. ±0.3mg/L 이내의 확률은 30%입니다. ±0.2mg/L 이내의 확률은 20%로 설계 요구 사항과 실제 작동 요구 사항을 충족합니다.
3.2 정밀폭기시스템을 통한 DO 제어의 에너지 절감 효과
다단계 AAO 폐수 처리장에서 정밀 폭기 시스템은 송풍기 제어 중 현재 유입 유량과 부하를 기준으로 필요한 총 공기량을 실시간으로 계산합니다.{1}} 그런 다음 총 공기 수요 설정점을 송풍기 주 제어 캐비닛으로 전송하고, 송풍기는 설정된 목표에 따라 관련 송풍기를 조절합니다. 이를 통해 불필요한 통기 에너지 소비를 줄이는 동시에 고부하 및 저부하 조건 모두에서 통기량이 실제 요구 사항을 충족하도록 보장합니다. 전통적인 제어 하에서 송풍기는 일반적으로 상대적으로 높은 전력으로 지속적으로 작동합니다. 정확한 폭기 시스템의 송풍기 제어를 통해-작동 전력을 실시간으로 조정하여 에너지 절약이라는 목표를 달성합니다.
정밀 폭기 시스템을 채택한 후 다단계 AAO 폐수 처리장은 처리 장비의 정상 작동, 정확한 기기 데이터, 안정적인 유입 유량 및 품질(설계 값의 ±20%를 초과하지 않음), 충분한 송풍기 작동 압력, 지속적으로 조정 가능한 풍량, 주 제어 캐비닛의 자동 정압 작동 등의 이점을 누리고 있습니다.
4 결론
다단계 AAO 폐수 처리장에 정밀 폭기 시스템을 적용하는 것은 폐수 처리 공정의 폭기 단계에 대한 정교한 운영 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다. 정밀한 폭기 시스템 솔루션은 공장의 운영 조건과 완벽하게 일치하여 정밀한 폭기 제어를 달성합니다. 이를 바탕으로 미생물의 생화학적 환경이 안정적으로 유지되어 폐수처리장의 정제, 에너지 절약- 및 폭기 시스템의 자동화 운영을 지원하여 결과적으로 유출수 품질의 안정성을 향상시킵니다.