如果污水处理厂的现代化工作势在必行,一般来说,永久降低铵、硝酸盐和磷酸盐的极限值能够推动相关人员作出投资决策。 如果涉及预算,考虑到气候保护和财务问题,计划中涵盖能效将获得回报。 考虑到光是为曝气供气通常已经占据了这一方面运营成本的 70 以上,人们很快就明白了为什么提高效率尤其能在这一方面收到成效,而就这一个项目而言,则是实现了高投资回报。 这符合雷达—维登布吕克(Rheda-Wiedenbrück)污水处理厂(326000 人口当量)的计划。 他们目前正在测试 AERZEN 鼓风机技术的全新控制理念 — AERsmart 控制组合。
2013 年,污水处理厂的现代化工作启动。 涉及范围包括雷达—维登布吕克 (Rheda-Wiedenbrück) 地区的居民和德国最大宰猪场。 当时,项目的目标是,不仅将原有通风格栅换为新格栅,更将新格栅安装在曝气池底面 30 cm 厘米深处,从而更高效地为生物系统供应气体。 “考虑到六个曝气池的表面,我们可以将处理量增加数百立方米”,污水处理经理 Hendrik Wulfhorst 解释道。 而之后获得的 30 cm 空间意味着系统压力增加 30 mbar,为此,必须根据鼓风机技术的设计予以相应考量。
在工厂启动现代化之前,生物系统的运行一直伴随着池中的过量氧气,尤其是能够稳妥地应对屠宰场氧气输入量的波动。 最后,在降低运行成本和减少相关二氧化碳排放量的方针下,项目有了一个明确的目标:未来能将曝气池的曝气与不断波动的污水负载以及最终导致的耗氧量更密切地结合在一起。 这表明,第一步就是使用 AERZEN 生产的四台鼓风机装置的需求导向型速度控制功能。
设定值由 PLC(可编程逻辑控制器)根据在污水中所测数据(主要表现为铵与硝酸盐浓度)生成。 另外还有隔膜调节阀智能控制系统。 随着它们的慢慢接近,相应池水已达到规定的氧饱和度。 为了避免这样的接近导致较高的压力并从而在管道中产生阻力,PLC 同时减少了目标压力。 “否则我们的隔膜调节阀就会破坏能源,因为在持续的压力调节下,鼓风机必须在隔膜调节阀造成的压力损失下工作。 借助滑动式压力控制,现在我们可以更智能更高效地实现大幅调节。”来自辅助策划公司 Aquaconsult 的项目工程师 Markus Haverkamp 解释道。 对于生物系统的基本负载供应,汉诺威工程办事处给出规划指导,通过三个净化阶段交替形成了一个由通风池和不通风池构成的回路,最后通过选择 AERZEN 生产的离心式鼓风机及其它装置实现了这一计划。
AT 150-0.8S-G5 型装置达到了每小时 4800 立方米的流量,电机额定功率 143 KW,进气压力 1 bar,最终压力高达 1.8 bar。 对于 AERZEN 的销售工程师 Cord Utermann 来说,高速涡轮离心式鼓风机是能量优化型基础负载机械的典型代表,该鼓风机从能以最高能效运行开始,应在额定值参数内 24 小时不间断工作。 “就像几乎所有离心式技术一样,只要机械进入部分负载范围,能效就会下降。”Utermann 解释道。 因此,需要发展新理念,并考虑对每天从高到低的污物负载进行高能效清洁。 为了优化污水处理厂的能效,这一方法意味着正排量设备(例如正排量风机和扭叶螺杆风机)需要考虑到超出基本负载的空气需要量。 它们在 25% 至 100% 之间的高控制范围内表现良好,并且在部分负载运行时效率尚佳。 因此,两台 AERZEN Delta Hybrid 整机(型号 D 62 S)和一台 Detal Blower(GM 80 L)也被纳入雷达—维登布吕克 (Rheda-Wiedenbrück) 污水处理厂的复合系统。
AERZEN 开发了 AERsmart,目的是让这一四件套装置不仅能够通过安全流程处理曝气槽所需的必要氧气,还能以最节能的方式在复合系统中生成所需风量。 Cord Utermann 表示,“高级控制工程旨在尽可能流畅地形成重叠工作区之间的过渡,并且尽可能实现每一种负载的高能效,亦即始终以整体最优状态运行不同设备。” 据 Markus Haverkamp 表示,这些成效均来自于“每一种负载都符合实际需求”。 这“始终包括上行峰值和下行峰值”。 由于雷达—维登布吕克 (Rheda-Wiedenbrück) 污水处理厂使用了三种运行范围和效率各不相同的设备,其运行必须经过协调,以使得“切换运行的次数越少越好。 因为持续接通又断开会增加磨损,”Aquaconsult 项目工程师透露称。 “曝气槽之间的高效风量分配(滑压控制、干扰物(例如 NH4-N)入侵、水量等) 与高效设备的选择是实现最优整体效率必不可少的。 使用 AERZEN 新型控制系统便可实现。”
三个清除步骤中的需氧量是借助 AERsmart 控制装置优化控制系统的基础。 指标由污水处理厂的中央 PLC 处理,最终目标压力借助 Profibus 总线传递至鼓风机控制器。 AERsmart 然后开始研究四台整机的优化组合运行以节约能源。 “例如,这里使用的高速涡轮离心式鼓风机在产量为 83 时达到最高效率,”Cord Utermann 解释称。 如果空气需要量超出这一数值,则完全断开基本负载设备并由两台 Delta Hybrid 设备来满足较低的空气需要量会使得效率更高。 “我们的细菌并不在意氧的来源,” Hendrik Wulfhorst 笑着说。 但是污水处理厂经理指出,鼓风机技术是在现代化改造的准备阶段即已规划,因此,高速涡轮离心式鼓风机的性能应当足以应对“一般”日常要求。
暂时的成果是,利用能源优化的鼓风机和与主要实际数值关系更密切、相对简单的工艺控制,雷达—维登布吕克 (Rheda-Wiedenbrück) 污水处理厂的生物系统节约了大约 30 的能源。 由于鼓风机水平的优化,AERsmart 另行节约了 5% 至 8% 的能源。 污水处理厂的实地测试将证实较长运行时间内可节约的能源量。 雷达—维登布吕克 (Rheda-Wiedenbrück) 是德国首家在实际环境中对 AERsmart 进行测试的污水处理厂。 “我们需要现场操作,因为只有这样我们才能现场认识到污水处理厂错综复杂的连接关系;而这是无法在试验台上再现的。 正因如此,和我们的客户展开大量合作才会如此重要,因为只有这一过程能为我们提供适用于未来发展的详细应用参考,”Cord Utermann 概括称。