Schéma d'analyse des défauts et de rénovation du système d'aération
Introduction
Lesystème d'aération, en tant que l'un des composants du système de traitement biologique des eaux usées, fonctionne principalement pour fournir l'oxygène nécessaire au métabolisme microbien et réguler la concentration d'oxygène dissous (OD) dans le réservoir biologique. Les tourbillons générés par la montée des bulles et les perturbations provoquées par leur rupture assurent un mélange efficace des boues activées, évitant ainsi leur dépôt. Pour les réservoirs biologiques de contact contenant des milieux, l'aération favorise également l'élimination du biofilm vieilli de la surface du milieu, facilitant ainsi le renouvellement du biofilm et améliorant son activité.
Des études indiquent que les changements dans la concentration d'OD dans le réservoir biologique entraînent des modifications des espèces, de la quantité, de l'état de la zoogloée, de l'activité biologique et des types métaboliques des communautés microbiennes. Par conséquent, les taux de réaction et l'efficacité des processus biochimiques tels que l'élimination biologique du carbone, l'élimination biologique de l'azote et l'élimination biologique du phosphore sont affectés, modifiant ainsi l'efficacité de l'élimination des polluants comme la matière organique, l'azote ammoniacal, le phosphore total et l'azote total dans les eaux usées. L'état opérationnel du système d'aération a un impact direct sur l'efficacité de l'élimination des polluants microbiens, influençant ainsi les performances globales de purification de la station d'épuration des eaux usées (STEP).
Par conséquent, maintenir le système d’aération en bon état de fonctionnement est une tâche primordiale dans l’exploitation et la maintenance des STEP.
1. Matériels et méthodes
1.1 Aperçu de la STEP
Une STEP d'une capacité nominale de15,000 m³/d. Les indicateurs de polluants entrants conçus sont présentés dansTableau 1, et les normes d'effluents répondent à la norme de catégorie A de « Norme de rejet de polluants pour les usines de traitement des eaux usées municipales » (GB 18918-2002). Le principal processus de traitement est le suivant :Traitement préliminaire + Coagulation-Sédimentation + Système biologique + Bassin de sédimentation secondaire + Traitement avancé.
Initialement, en raison du sous-développement des réseaux de collecte et de la construction en cours des entreprises environnantes, l'usine a fonctionné de manière intermittente en raison du faible afflux. À mesure que les entreprises environnantes sont devenues opérationnelles, l'afflux et la charge de polluants ont augmenté, conduisant le système d'aération du réservoir biologique à passer à un fonctionnement continu 24 heures sur 24, avec des taux d'aération ajustés en fonction de l'afflux et de la charge. Pendant cette période, le réservoir biologique et le système d'aération ont fonctionné de manière stable, tous les paramètres des effluents répondant systématiquement aux normes.
1.1.1 Description du réservoir biologique
Le système biologique adopte une disposition similaire à celleprocédé A²/O traditionnel, comprenant des zones anaérobies, anoxiques et oxiques. Les zones anaérobies et anoxiques sont chacune divisées en deux sections de procédé Tandem de volume égal, tandis que la zone oxique est divisée en quatre. Six mélangeurs submersibles sont installés dans les zones anaérobie et anoxique. Des diffuseurs fixes à fines bulles-sont installés au bas des sections dans les zones anoxiques et oxiques, avec des supports d'imitation récupérables fixés au-dessus des diffuseurs pour la croissance microbienne. Le système d'aération utilise des soufflantes pour fournir de l'air comprimé aux diffuseurs à fines bulles - via des latéraux. Le taux d'aération dans chaque latéral est régulé par des vannes. Trois ventilateurs sont installés, fonctionnant en mode veille à 2 fonctions + 1-.
1.1.2 Description du défaut
Après environ 5 ans de fonctionnement stable, d'importantes boues se sont accumulées au fond des zones anoxiques et oxiques. Les soufflantes étaient fréquemment confrontées à des alarmes de pression de sortie élevée et à des arrêts de protection. Quelques fines-diffuseurs à bulles se sont rompus. À mesure que la pression de sortie continuait d’augmenter, la fréquence des arrêts des soufflantes et le nombre de diffuseurs rompus augmentaient. Des pertes d’air importantes dues à des diffuseurs cassés ont entraîné une diminution continue des niveaux d’OD dans le bassin biologique, provoquant une détérioration progressive de la qualité des effluents. Pour maintenir la conformité, le nombre et la durée de fonctionnement des ventilateurs en fonctionnement ont été augmentés. Ce cercle vicieux provoquait des dommages fréquents aux composants du ventilateur tels que les roulements et les engrenages. Finalement, un ventilateur a été gravement usé et mis au rebut. Les boues de la zone oxique sont devenues brun foncé, avec des zoogloées lâches et nauséabondes, et la qualité des effluents s'est encore détériorée.
1.2 Analyse des causes des défauts
En examinant les dossiers opérationnels (affluent, système d'aération, maintenance des équipements) et les observations sur site, les causes ont été analysées comme suit :
1.2.1 Causes des dommages au ventilateur
- Démarrages/arrêts fréquents dus à un afflux initial intermittent, provoquant une usure mécanique.
- Redémarrage des ventilateurs sous pression après des arrêts pour surcharge et un fonctionnement prolongé en cas de surcharge.
- Demande d'air accrue en raison d'un débit plus élevé et de diffuseurs rompus, entraînant un fonctionnement prolongé.
- Températures de fonctionnement élevées en raison d'une surpression prolongée.
1.2.2 Causes d'une pression de sortie élevée du ventilateur et de dommages au diffuseur
- Nettoyage incomplet des conduites d’air pendant la construction, laissant des débris obstruant les pores du diffuseur.
- Dépôt de boues recouvrant les diffuseurs et obstruant les pores.
- Condensation dans les conduites d'air obstruant les pores du diffuseur.
- Aération intermittente provoquant une expansion/contraction fréquente, un vieillissement des membranes du diffuseur et une ouverture incomplète des pores, entraînant une accumulation de pression.
- Pénétration d’eaux usées/boues dans des diffuseurs cassés, dispersant et obstruant les autres diffuseurs.
1.2.3 Causes de l'accumulation des boues de fond
- Afflux et aération intermittents provoquant des dépôts.
- Défauts fréquents du ventilateur provoquant une aération intermittente.
- Aération réduite dans les latérales avec diffuseurs rompus.
- Mauvaises performances d'aération augmentant le dépôt de biofilm inactif éliminé du réservoir et du support.
1.3 Projet de rénovation
Pour remédier aux défauts et à leurs causes, en tenant compte des schémas d'afflux et de la nécessité d'un fonctionnement continu, le programme de rénovation suivant a été élaboré :
Le ventilateur irréparable a été remplacé par un seul ventilateur à suspension pneumatique avec une capacité et une pression nominale supérieures à celles conçues, modifiant ainsi la tuyauterie de sortie en conséquence.
Pour les problèmes du système d'aération (haute pression, colmatage, rupture, aération inégale), compte tenu des exigences du processus (intensité de mélange, débit d'air, contrôle de l'OD), de la disposition des équipements (mélangeurs, tuyauterie, médias) et de la configuration des diffuseurs endommagés, des programmes de rénovation distincts ont été conçus pour les zones anoxiques et oxiques.
Rénovation de la zone anoxique: Les diffuseurs endommagés étaient concentrés au milieu des sections anoxiques 1 et 2, coïncidant avec l'accumulation de boues. En utilisant le cadre de support existant comme support, un nouveau côté d'air connecté au collecteur principal a été installé dans le lit de support, avec une vanne de contrôle de débit. De nouveaux tuyaux perforés-orientés vers le bas ont été installés au bas du cadre multimédia en tant que nouveau système d'aération. Le système à fond fixe d'origine a été mis hors service. VoirFigure 1.
Rénovation de la zone oxique: De même, les médias ont été retirés dans les zones où les diffuseurs étaient endommagés. Une nouvelle latérale avec valve a été installée. De nouveaux disques d'air à fines-bulles ont été installés au bas du cadre multimédia. Des tuyaux perforés, similaires à ceux de la zone anoxique, ont également été installés verticalement dans le cadre du média pour perturber périodiquement les boues de fond en commutant les vannes. Le système à fond fixe d'origine a été mis hors service. VoirFigure 2.
2. Résultats et analyse
Suite à une approche de tests pilotes-, les sections les plus gravement touchées (Anoxic 1, Oxic 1) ont été rénovées. Les paramètres clés (OD, pression du ventilateur, épaisseur des boues) ont été surveillés pendant 30 jours avant- et après-rénovation. Les résultats sont affichés dansFigure 3et analysé dansTableau 2.
FAIRE(Fig. 3a, 3b, Tableau 2) : Les niveaux d'OD se sont améliorés de manière significative. Dans la zone anoxique, la DO est passée de 0,12 à 0,23 mg/L (moy. 0.16) à 0,32 à 0,58 mg/L (moy. 0.46), soit une augmentation de 1,88 fois. Dans la zone oxique, la DO est passée de 0,89 à 2,22 mg/L (moyenne. 1.78) à 2,81-5,02 mg/L (moyenne. 4.17), soit une augmentation de 1,34 fois.
Pression du ventilateur(Fig. 3c, Tableau 2) : La pression de sortie a diminué de 69,2 à 75,2 kPa (moy. 71.44) à 61,2 à 63,5 kPa (moy. 62.06), soit une réduction de 0,13 fois.
Épaisseur des boues(Fig. 3d, Tableau 2) : L'épaisseur des boues de fond a diminué de 27,3 à 33,4 cm (moyenne . 30.00) à 14,2 à 28,8 cm (moyenne . 20.75), soit une réduction de 0,31 fois.
L'observation des boues activées après-rénovation a montré une activité améliorée, un changement de couleur et une meilleure croissance des zoogloées sur le support, indiquant une récupération du système. Les odeurs nauséabondes ont cessé.
Qualité des effluents améliorée : l'azote ammoniacal moyen a diminué à 1,49 mg/L (élimination de 90,5 %, +17.7 %) ; le phosphore total moyen a diminué à 0,19 mg/L (élimination de 88,9 %, +12.7 %) ; L'azote total moyen a diminué à 10,28 mg/L (élimination de 57,9 %, +16.9 %). La consommation électrique du ventilateur est passée de 72,5 kW à 59 kW dans des conditions similaires, soit une économie d'énergie de 18,6 %.
3. Conclusion
L'analyse a identifié les causes des dommages au ventilateur, de la haute pression, des dommages au diffuseur et de l'accumulation de boues. Des programmes de rénovation ciblés pour les zones anoxiques et oxiques ont été mis en œuvre. Les tests pilotes ont démontré des améliorations significatives : l'OD anoxique, l'OD oxique, la pression du ventilateur et l'épaisseur de la boue ont été améliorés par des facteurs de 1,88, 1,34, 0,13 et 0,31, respectivement. Cela fournit une base solide pour une rénovation à grande échelle.