曝気システムの故障解析と改修 |下水処理場のケーススタディ

曝気装置の故障解析と改修計画

導入

のエアレーションシステムは生物学的廃水処理システムの構成要素の一つであり、主に微生物の代謝に必要な酸素を供給し、生物槽内の溶存酸素（DO）濃度を調整する機能を持っています。気泡の上昇により発生する渦とその破裂による乱れにより活性汚泥が効果的に混合され、汚泥の堆積を防ぎます。培地を含む接触生物タンクの場合、エアレーションは培地表面からの老化したバイオフィルムの剥離も促進し、バイオフィルムの再生を促進し、その活性を高めます。

研究によると、生物水槽内のDO濃度の変化は、動物群集の種、量、状態、生物活性、および微生物群集の代謝タイプの変化につながることが示されています。その結果、生物学的炭素除去、生物学的窒素除去、生物学的リン除去などの生化学プロセスの反応速度と効率が影響を受け、廃水中の有機物、アンモニア態窒素、全リン、全窒素などの汚染物質の除去効率が変化します。曝気システムの動作状態は微生物汚染物質の除去効率に直接影響を与え、それによって廃水処理プラント (WWTP) の全体的な浄化性能に影響を与えます。

したがって、曝気システムを良好な作動状態に維持することは、下水処理場の運営および保守における主要なタスクです。

1. 材料と方法

1.1 下水処理場の概要

設計容量のある下水処理場15,000 m³/d。設計された流入汚染物質指標を以下に示します。表1、排水基準は「都市廃水処理施設の汚染物質の排出基準」（GB 18918-2002）のグレード A 基準を満たしています。主な治療プロセスは次のとおりです。前処理 + 凝集-沈殿 + 生物系 + 二次沈殿槽 + 高度処理.

当初、収集ネットワークが未発達であり、周囲の企業が建設中であるため、プラントは流入量が少ないため断続的に稼働していました。周囲の企業が操業を開始するにつれて、流入量と汚染物質負荷が増加したため、生物タンク曝気システムは流入量と負荷に基づいて曝気率が調整される 24 時間連続運転に移行しました。この期間中、生物タンクと曝気システムは両方とも安定して動作し、すべての排水パラメータが一貫して基準を満たしていました。

1.1.1 生物タンクの説明

生物学的システムは、生物システムと同様のレイアウトを採用しています。従来の A²/O プロセス、嫌気性ゾーン、無酸素性ゾーン、有酸素性ゾーンで構成されます。嫌気性ゾーンと無酸素性ゾーンはそれぞれ同じ体積の 2 つのタンデム プロセス セクションに分割され、有酸素ゾーンは 4 つに分割されます。嫌気ゾーンと無酸素ゾーンには6台の水中ミキサーが設置されています。固定式微細気泡ディフューザーが無酸素ゾーンと有酸素ゾーンのセクションの底部に設置され、微生物の増殖のためにディフューザーの上に回収可能な模造媒体が取り付けられています。エアレーション システムはブロワーを使用して、横方向からファインバブル ディフューザーに圧縮空気を供給します。-各側面の通気量はバルブによって調整されます。ブロワーが 3 台設置されており、2 デューティ + 1- スタンバイ モードで動作します。

1.1.2 障害の説明

約 5 年間の安定した運転の後、無酸素ゾーンと有酸素ゾーンの底にかなりのスラッジが蓄積しました。ブロワーでは、出口圧力高圧アラームや保護停止が頻繁に発生しました。いくつかの微細気泡ディフューザーが破裂しました。-出口圧力が上昇し続けると、ブロワーの停止の頻度とディフューザーの破損の数が増加しました。破損したディフューザーによる大幅な空気損失により、生物タンク内の DO レベルが継続的に低下し、排水の水質が徐々に悪化しました。コンプライアンスを維持するために、動作するブロワーの数と稼働時間が増加しました。この悪循環により、ベアリングやギアなどのブロワーコンポーネントに頻繁な損傷が発生しました。最終的に、ブロワー 1 台がひどく摩耗し、廃棄されました。酸素ゾーンの汚泥は暗褐色に変わり、遊離して悪臭を放つ動物園が発生し、排水の水質はさらに悪化しました。{10}

1.2 故障原因の分析

運転記録（流入水、曝気システム、設備メンテナンス）と現場観察を検討し、原因を次のように分析しました。

1.2.1 ブロワー損傷の原因

1. 初期の断続的な流入により頻繁に起動/停止し、機械的摩耗が発生します。
2. 過負荷でシャットダウンした後、加圧状態でブロワーを再起動したり、過負荷で長時間動作したりする。
3. 流量の増加とディフューザーの破損により空気需要が増加し、稼働時間の延長につながります。
4. 長時間の過圧力による動作温度の上昇。

1.2.2 ブロワー出口圧力の上昇とディフューザーの損傷の原因

1. 建設中のエア配管の清掃が不完全で、破片がディフューザーの孔に詰まったままになっています。
2. スラッジの堆積がディフューザーを覆い、細孔を詰まらせます。
3. エアパイプ内の凝縮物がディフューザーの細孔を詰まらせます。
4. 断続的なエアレーションにより、頻繁な膨張/収縮、ディフューザー膜の老化、不完全な孔の開口が発生し、圧力の上昇につながります。
5. 廃水/汚泥が壊れたディフューザーに侵入し、他のディフューザーを飛散させて詰まらせます。

1.2.3 底泥堆積の原因

1. 断続的な流入と曝気により堆積が発生します。
2. 送風機の故障が頻繁に発生し、断続的なエアレーションが発生します。
3. ディフューザーが破損したため、側面のエアレーションが減少しました。
4. エアレーション性能が低いと、タンクや培地から剥がれ落ちた不活性なバイオフィルムの堆積が増加します。

1.3 改修計画

障害とその原因に対処し、流入パターンと継続的な運用の必要性を考慮して、次の改修計画が開発されました。

修理不能なブロワーは、設計よりも高い容量と圧力定格を備えた単一のエアサスペンションブロワーに置き換えられ、それに応じて出口配管が変更されました。

曝気システムの問題 (高圧、詰まり、破裂、不均一な曝気) については、プロセス要件 (混合強度、空気流量、DO 制御)、機器のレイアウト (ミキサー、配管、媒体)、およびディフューザーの損傷のパターンを考慮して、無酸素ゾーンと有酸素ゾーンに個別の改修計画が設計されました。

無酸素ゾーンの改修: 損傷したディフューザーは、スラッジの蓄積と同時に、無酸素セクション 1 と 2 の中央に集中していました。既存のメディアフレームをサポートとして利用し、メインヘッダーに接続された新しいエアラテラルがメディアベッド内に流量制御バルブとともに設置されました。新しいエアレーション システムとして、メディア フレームの底部に新しい下向きの多孔パイプが設置されました。-元の固定底システムは廃止されました。見る図1.

オキシックゾーンの改修: 同様に、ディフューザーが破損した領域のメディアも除去されました。新しいバルブ付きラテラルが取り付けられました。新しいファインバブル エア ディスクがメディア フレームの底部に取り付けられました。-無酸素ゾーンと同様の穴あきパイプも媒体フレーム内に垂直に設置され、バルブを切り替えることで底泥を定期的に撹乱します。元の固定底システムは廃止されました。見る図2.

2. 結果と分析

パイロット テストのアプローチに従って、最も深刻な影響を受けたセクション（無酸素 1、有酸素 1）が改修されました。{0}重要なパラメータ（DO、ブロワー圧力、スラッジの厚さ）は、改修前-と改修後-の30日間監視されました。結果は次のとおりです。図3そして分析された表2.

する(図 3a、3b、表 2): DO レベルが大幅に改善されました。無酸素ゾーンでは、DO は 0.12 ～ 0.23 mg/L (平均 . 0.16) から 0.32 ～ 0.58 mg/L (平均 . 0.46) に増加し、1.88 倍に増加しました。有酸素ゾーンでは、DO は 0.89-2.22 mg/L (平均. 1.78) から 2.81-5.02 mg/L (平均 . 4.17) に増加し、1.34 倍増加しました。

ブロワー圧力(図 3c、表 2): 出口圧力は 69.2 ～ 75.2 kPa (平均 . 71.44) から 61.2 ～ 63.5 kPa (平均 . 62.06) に減少し、0.13 分の 1 に減少しました。

スラッジの厚さ(図 3d、表 2): 底部スラッジの厚さは 27.3 ～ 33.4 cm (平均 . 30.00) から 14.2 ～ 28.8 cm (平均 . 20.75) に減少し、0.31 分の 1 に減少しました。

改修後の活性汚泥を観察すると、活性の向上、色の変化、媒体上の動物園の増殖の改善が見られ、システムの回復が示されました。{0}悪臭はなくなりました。

排水の水質が改善されました。平均アンモニア性窒素が 1.49 mg/L に減少しました (90.5% 除去、+17.7%)。平均総リン量は 0.19 mg/L に減少しました (88.9% 除去、+12.7%)。平均総窒素量は 10.28 mg/L (57.9% 除去、+16.9%) に減少しました。ブロワーの消費電力は、同様の条件下で 72.5 kW から 59 kW に減少し、エネルギーが 18.6% 節約されました。

3. 結論

分析の結果、ブロワーの損傷、高圧、ディフューザーの損傷、スラッジの蓄積の原因が特定されました。無酸素ゾーンと有酸素ゾーンを対象とした改修計画が実施されました。パイロットテストでは大幅な改善が実証され、無酸素DO、酸素DO、ブロワー圧力、汚泥の厚さはそれぞれ1.88、1.34、0.13、0.31倍改善されました。これにより、全面的な改修のための健全な基盤が提供されます。-