Luftning av Avloppsvatten
Jetluftare
Hög effektivitet och tillförlitlig drift med lägre energiförbrukning.
Mycket förorenat organiskt avloppsvatten (eller med hög organisk belastning) kräver mycket syre för att oxideras och brytas ned för att uppfylla miljölagstiftningen. Moderna anläggningar för biologisk rening av avloppsvatten är därför ständigt ute efter att öka höjden på sina tankar för att optimera syreöverföringen till avloppsvattnet. Konventionell teknik har visat sig ineffektiv för vissa tillämpningar, t.ex. bassängdjup på mer än 6 meter, stort behov av syre och höga koncentrationer av slam och fasta partiklar. Lösningen i Europa, med högeffektiv syreöverföring och en betydande minskning av energiförbrukningen, har varit användningen av jetluftare. Med de senaste prisökningarna på energi och elektricitet börjar jetluftare och jetluftning få nya användare inom en mängd olika industrier och för sanitärt avloppsvatten. Koerting Jet luftare kan användas i alla typer av luftningsteknik för avloppsvatten, oavsett om det är konventionellt aktiverat slam (CAS), sekventiell batchreaktor (SBR), membranbioreaktor (MBR) eller bioreaktor med rörlig bädd (MBBR).
Koerting har under mer än 150 år utvecklat kundanpassade lösningar av ejektorer och vakuumsystem för olika branscher. Under de senaste 30 åren har Koerting utvecklat ett nytt affärssegment: Luftning av vatten och avloppsvatten med jetluftare. Denna "nya" tillämpning för jetluftare utvecklades tillsammans med en partner, ett välkänt tyskt företag, särskilt för MBR-lösningar för avloppsvattenrening. Företaget hade specifika behov av att överföra syre mer effektivt och hållbart i avloppsvatten med hög organisk belastning. Utvecklingen av denna djärva lösning har fram till idag resulterat i över 1200 leveranser av luftningssystem för avloppsvatten.
Ejektorer används i många processer för behandling av vatten och avloppsvatten, t.ex. luftning och nitrifikation med jetluftare, medan jetblandare används för utjämning, homogenisering, denitrifikation, neutralisering, blandning, transport av hartser, m.m. Utformningen bestäms av typen av driv- och sugvätska samt det rådande trycket i de tre ejektoranslutningarna. Ejektorerna är självsugande, har inga rörliga delar och deras funktion baseras helt och hållet på fluiddynamikens lagar. De många möjligheterna till utformning och placering av ejektorerna och deras olika driftsätt, med luftintag från atmosfären eller luft från fläktar, ger idealiska förutsättningar för tillämpningar i vattenreningsverk och avloppsvatten, stora som små.
Hur fungerar en jetluftare?
Drivmedlet passerar genom jetluftarens tvärsnitt, som visas i figuren nedan. Längs denna kanal ändrar tvärsnittet area så att trycket i munstycket minskar och körhastigheten ökar (Bernoullis princip). Drivmunstycket utvecklades speciellt för att främja acceleration och bättre konditionering av drivvätskan för att släppa igenom den luft/gas som sugs genom sugsektionen. Begränsningen i dess spiral ökar skjuvspänningen i drivvätskan, vilket ger spår och rotation i strålen, vilket gör det lättare att spruta och, genom Venturi-effekten, integrera med sugvätskan. På så sätt får man en bra blandning av vätskor med hög gasmättnad i vätskan.
Området med det lägsta statiska trycket finns omedelbart efter det drivande munstycket, där sugning sker. Sugvätskan tillsätts och blandas med drivvätskan, vilket ytterligare överför kinetisk energi till sugvätskan och accelererar den. Längs diffusorn minskar flödeshastigheten igen, vilket orsakar en tryckökning tills den når jetluftarens utloppstryck. Överföringen av syre beror inte bara på bubblans storlek (kontaktytan mellan gasen och vattnet), utan också på förnyelsen av gasbubblornas kontaktytor. Denna förnyelse sker genom konstant recirkulation av det avloppsvatten som levereras till jetluftaren av en centrifugalpump.
Drivvätskan i applikationer för avloppsvattenrening är normalt det återcirkulerade avloppsvattnet från centrifugalpumpar. Sugvätskan, vanligtvis luft, kan levereras av en fläkt/kompressor eller i vissa fall till och med sugas direkt från omgivningen av jetluftaren.
Jetluftare - med konstant blandning av avloppsvattnet - kan uppnå en mycket högre effektivitet än andra syreluftare. När den mättade vätskan med luftbubblor kommer ut ur ejektormunstycket stannar den kvar som en stråle på tankens botten (50-60 cm) och betraktar försiktigt vätskenivåns totala höjd med mikrobubblor i sin sammanväxande yta. Med sina flödesriktningar riktade mot tankens botten utnyttjar Koertings jetluftare djupet i varje tank fullt ut.
Syreöverföringseffektivitet och energiförbrukning
Långa syretillförseltester i rent vatten (ATV M-209) enligt adsorptionsmetoden, från databasen till konstruktionen av Koertings jetluftare. Alla mätningar utfördes vid inspektion av den faktiska anläggningen och bekräftades i många tester. Effektiviteten i denna operation resulterar i en syreabsorptionshastighet i avloppsvattnet på upp till 3 kgO2 / kWh förbrukad med alfa x beta effektivitetsfaktorer på 0,8 - standardvärde i utformningen av Koerting jetluftare.
En sådan effektivitet bidrar också till en snabb avkastning på investeringen tack vare minskad energiförbrukning (effekt på pumpens och fläktens axlar) upp till 55% eller i vissa fall ännu större minskning jämfört med diffusorsystemen tack vare effektivare syreöverföring till fina bubblor och konstant ytförnyelse. Det bör noteras att en minskning av energiförbrukningen vanligtvis ökar med ökande djup i tanken.
Styrningen av syrgastillförseln sker helt enkelt genom att ändra volymen luft som tillförs. En minskad lufttillförsel resulterar i ett mindre intensivt arbete för fläkten/kompressorn, som arbetar med ett lägre utloppstryck, vilket minskar energiförbrukningen i driften.
Jetluftarens utloppsriktning och position påverkar det täckta området, där mikrobubblorna kommer att ha en något längre väg för maximal syre överföring från luft till avloppsvatten. På grund av drivflödet och turbulensen i driften reduceras tryckfallet för jetluftningssystemet. I andra tekniker finns ett högt motstånd/tryckfall för luftbubblor att korsa på dess väg, liksom "nedsmutsningsfaktorn" som hänvisar till det extra tryckfall som orsakas av nedsmutsning av luftrören, gradvis igensättning av luftfördelningsytorna på grund av sedimenterade fasta partiklarna och oljan från blåsmaskinn, samt slamavsättning och mikrobiell tillväxt på samma ytor. Dessa faktorer resulterar i högre tryckförlust för konventionell teknik, vilket kräver högre utloppstryck för blåsmaskiner och följaktligen högre energiförbrukning.
Jetluftare är utformade för att inte kräva något underhåll under de första 15 årens användning.
Förutom den stora fördelen med en betydande minskning av energiförbrukningen finns det andra faktorer som gör Koertings jetluftare ännu mer konkurrenskraftiga jämfört med andra tekniker.
Om man utrustar en tank eller luftningsdamm med Koertings jetluftare behövs inget underhåll inuti tanken, eftersom ejektorerna inte har några rörliga eller roterande delar som kan slitas ut under drift och behöva repareras. Livslängden för jetluftare i tankar är mer än 15 år och i vissa fall över 25 år, vilket har bevisats i många installationer runt om i världen. Konventionell teknik, t.ex. membrandiffusorer, kräver normalt att luftningselementen byts ut vart 2-5:e år, vilket medför kostnader för reservdelar och betydande tid och arbete för underhåll.
Underhållet av jetluftningssystemen under driftåren kommer att utföras i fläktarna/kompressorerna och återcirkulationspumparna, som vanligtvis installeras utanför tanken för att underlätta detta underhåll. Därmed behöver inte tankarna tömmas.
Jämförande exempel - Fallstudier
Vi har redan anläggningar med 25 års drift utan behov av byte av jetluftare, även i svåra avloppsvattenapplikationer som lakvatten, diarindustrin eller massa- och pappersindustrin, etc., och praktiskt taget oförändrad syrgasöverföring från början av driften.
Nedan följer några exempel på studier av energiförbrukning
Avloppsvattenrening i en rektangulär tank med hög biomassakoncentration:
Tankens yta (m²) | 21 x 5.3 |
Tankens djup (m) | 3.0 |
Tankens volym (m³) | 339 |
Syreförbrukning - AOR (kg O2 / h) | 210 |
Koncentration av biomassa (g / l) | 12 |
Detta exempel visar en betydande minskning av energiförbrukningen, även med denna vätskenivå som är mycket lägre än den ideala. Den höga effektiviteten beror på den optimala blandningen av drivande flöden, vilket underlättar kontakten mellan avloppsvatten och luft i jetluftarna.
|
Teknik |
Luftare för jetmotorer |
Diffusorer |
|
Belopp för |
3 luftningsgrenrör med 16 ejektorer vardera |
252 spridare |
|
Faktor α (alfa) beaktas |
0.8 |
|
|
Nödvändig luftvolym (Nm³ / h) |
1700 |
5200 |
|
Energiförbrukning |
|
|
|
Återcirkulationspumpar (kWh) |
25 |
AT |
|
Fläkt (kWh) |
11.6 |
74.4 |
|
Total energiförbrukning |
48.2 |
74.4 |
|
Minskad förbrukning (kWh /%) |
26.2 / 35.2% |
|
|
Total kostnad för investeringen |
$ 112 515,00 |
$ 101 075,00 |
|
* inklusive pumpar och fläktar |
||
|
Minskning av driftskostnader |
8760 h / år |
|
|
Elektricitet ($ 0,2 / kWh) |
$ 45 902,00 |
|
Avloppsvattenrening i cirkulär tank med hög biomassakoncentration
Tankens yta (m²) | 572 (Ø 27m) |
Tankens djup (m) | 7.0 |
Tankens volym (m³) | 4,000 |
Syrebehov - AOR (kg O2 / h) | 202 – 213 |
Koncentration av biomassa (g / l) | 8 – 10 |
I detta exempel med idealiskt djup för användning av Koerting-teknik och med betydligt större avloppsvattenflöde och tankvolym än i de tidigare exemplen, minskar energiförbrukningen med 55% för Koerting-systemet med fläkt jämfört med konkurrerande teknik. Minskningen av energiförbrukning och driftskostnader i detta mycket intressanta projekt.
Teknik | Luftare för jetmotorer | Diffusorer |
Faktor α (alfa) beaktas | 0.8 | 0.55 |
Nödvändig luftvolym (Nm³ / h) | 3625 | 8216 |
Energiförbrukning |
|
|
Recirkulationspumpar (kWh/dag) | 147 | AT |
Fläkt (kWh/dag) | 329 | |
Minskad förbrukning (kWh /%) | 182/55 | Referens |
Minskning av driftskostnader | 8760 h / år |
|
Elektricitet ($ 0,20 / kWh) | $ 318 864,00 |
Slutsats
Koerting fortsätter sin tradition att skapa innovativa och kundanpassade lösningar med bästa möjliga resultat vad gäller prestanda och minskad energiförbrukning, med robust och hållbar utrustning. Sedan ejektorerna skapades har olika tillämpningsområden inom industriella processer utvecklats och miljöteknik, inklusive luftning av avloppsvatten med jetluftare, integrerar alla dessa tillämpningar i flera segment inom sina processer.
Som framgår av ovanstående fall var Koertings luftningsteknik ekonomiskt fördelaktig och hade potential att avsevärt minska energiförbrukningen och kostnaderna för enheten som helhet (med CAPEX nära de viktigaste teknikerna som används på marknaden och med OPEX och underhållskostnader som var mycket lägre än dessa).
Erivacs och Koertings expertis inom detta segment är inte begränsad till ejektortekniken, utan till den kompletta utformningen av systemet som helhet, optimering av utrustningsdesign, utrustningspositioner och attackvinklar, minskning av tryckfall, utveckling av specialmunstycken för komplexa tillämpningar.
Det finns många möjligheter att använda denna teknik för alla typer av luftningsbassänger eller tekniker, oavsett om det handlar om CAS-, SBR-, MBR- eller MBBR-teknik. Vi kan tillämpa vår portfölj inom olika industriella och kommunala segment, liksom en mängd anpassade alternativ för specifika typer av avloppsvatten.
Förutom luftningssystemet har Koerting också lika fördelaktiga lösningar när det gäller CAPEX och OPEX för utjämningstankar, anaeroba reaktorer, ozoninblandning i behandlingen av dricksvatten och flotation med upplöst luft.