En el tractament d'aigües residuals,PSAiVPSAEls dos sistemes d'oxigen utilitzen l'adsorció de tamís moleculars per separar l'oxigen de l'aire, però els seus cicles de pressió, equips de subministrament d'aire, mètodes de regeneració i integració aigües avall són diferents.
PSAutilitza aire comprimit per a l'adsorció a pressió i normalment es basa en la despresurització per a la regeneració.VPSAutilitza un ventilador per subministrar aire a una pressió més baixa i utilitza una bomba de buit per ajudar a la desorció. Aquestes diferències afecten la pressió de sortida d'oxigen, el consum d'energia, la configuració de l'equip, els requisits d'instal·lació i la compatibilitat amb els sistemes d'aireació.
Per a les plantes de tractament d'aigües residuals, la selecció s'ha de basar en la demanda d'oxigen, la profunditat de la conca d'aireació, la pressió del difusor, les hores de funcionament, l'espai d'instal·lació, els serveis públics disponibles i la pressió de subministrament d'oxigen requerida.
Tecnologia de l'oxigen de PSA en el tractament d'aigües residuals
A PSAEl generador d'oxigen normalment combina un compressor d'aire, equips de purificació d'aire, recipients d'adsorció, vàlvules de commutació, equips d'amortiment d'oxigen, sensors i un sistema de control automàtic.
El procés es pot dividir en diverses etapes:
- L'aire atmosfèric està comprimit.
- Els filtres i els equips d'assecat eliminen els contaminants i la humitat.
- L'aire comprimit tractat entra al llit del tamís molecular.
- El nitrogen s'adsorbeix preferentment.
- El gas enriquit amb oxigen surt del vas d'adsorció.
El llit saturat es despresuritza per a la regeneració.
El sistema de control canvia el camí del gas entre els recipients d'adsorció.
Els vasos d'adsorció funcionen cíclicament, de manera que un recipient pot produir oxigen mentre un altre s'està regenerant. Aquesta disposició proporciona un corrent continu d'oxigen per als equips aigües avall.
En el tractament d'aigües residuals,PSAl'oxigen es pot connectar a canonades d'oxigen, difusors, sistemes d'oxigenació o altres equips de transferència de gas. La pressió de sortida necessària s'ha de comparar amb la profunditat d'immersió del difusor, la pèrdua de pressió de la canonada, les vàlvules i altres resistències aigües avall.
La informació d'oxigen PSA publicada per NEWTEK enumera la producció d'oxigen1 a 300 Nm³/h, puresa d'oxigen de93% ±3%, i pressió d'oxigen de0,01–0,5 MPa, depenent de la configuració del sistema.
Tecnologia d'oxigen VPSA en el tractament d'aigües residuals
VPSAutilitza el mateix principi bàsic d'adsorció, però canvia el cicle de pressió i la disposició del subministrament d'aire.
Un típicVPSAsistema conté:
- Bufador d'aire
- Equips de filtració d'aire
- Vasos d'adsorció
- Bomba de buit
- Vàlvules de commutació
- Equip tampó d'oxigen
- Sensors de pressió i buit
- Sistema de control automàtic
El procés de funcionament generalment segueix aquesta seqüència:
El ventilador subministra aire atmosfèric al recipient d'adsorció.
El nitrogen és adsorbit pel tamís molecular.
El gas enriquit amb oxigen surt del llit d'adsorció.
El recipient d'adsorció es despresuritza.
Una bomba de buit redueix encara més la pressió del llit.
El nitrogen adsorbit s'elimina del tamís molecular.
El llit es torna a l'etapa d'adsorció.
Per tant, la principal diferència amb el PSA no és el tamís molecular en si, sinó la manera com es crea i s'elimina la pressió durant el cicle d'adsorció-regeneració.
PerquèVPSAnormalment funciona amb una pressió de lliurament d'oxigen més baixa, el sistema de distribució d'oxigen aigües avall s'ha de dissenyar en conseqüència.
PSA vs VPSA: principals diferències d'enginyeria
| Paràmetre | PSA Oxigen | VPSA Oxigen |
|---|---|---|
| Equips d'alimentació d'aire | Compressor d'aire | Bufador d'aire |
| Condició d'adsorció | Pressuritzat | Pressió relativament baixa |
| Mètode de regeneració | Despressurització/dessorció | Desorció assistida pel buit |
| Bomba de buit | Normalment no es requereix | Obligatori |
| Pressió de sortida d'oxigen | Generalment adequat per a la distribució de pressió més alta | Generalment adequat per a subministrament a baixa pressió |
| Equips principals que consumeixen energia | Compressor | Ventilador i bomba de buit |
| Problema clau del disseny | Pressió i tractament d'aire comprimit | Dimensió del ventilador/buit i lliurament d'oxigen a baixa pressió |
| Requisit aigües avall | Pot acomodar la distribució d'oxigen a pressió | Requereix un sistema d'oxigen de baixa pressió compatible |
La comparació no s'ha de basar només en la puresa de l'oxigen o la capacitat del generador. La relació de pressió entre el generador i l'equip d'aireació és igualment important.
La demanda d'oxigen és un factor de selecció important
Les plantes de tractament d'aigües residuals normalment calculen la demanda d'oxigen a partir de la càrrega biològica, els requisits d'oxidació d'amoníac, els objectius d'oxigen dissolt, la temperatura de l'aigua, les característiques de les aigües residuals i les condicions de funcionament del reactor biològic.
Per exemple, un procés de fangs activats pot requerir una transferència contínua d'oxigen a una conca d'aireació. Per tant, el sistema de generació d'oxigen s'ha de dimensionar segons el cabal de massa d'oxigen requerit en lloc de seleccionar simplement un generador en funció del seu cabal de gas nominal.
Una planta de tractament més gran pot requerir diversos mòduls de generació d'oxigen que funcionin en paral·lel. Això permet que el sistema coincideixi la producció d'oxigen amb les variacions de la càrrega biològica, el volum d'aigües residuals estacionals o els canvis en la demanda d'aireació.
Per a instal·lacions petites o mitjanes,PSApot proporcionar una configuració més senzilla quan també es requereix pressió d'oxigen. Per a aplicacions de gran cabal on l'oxigen de baixa pressió es pot connectar directament a un sistema d'aireació, VPSA es converteix en una alternativa important per a l'avaluació d'enginyeria.
La pressió de l'oxigen afecta el disseny del sistema d'aireació
L'oxigen ha de superar la pressió generada pel sistema de tractament d'aigües residuals abans que pugui passar pel difusor i entrar a l'aigua.
Per a un difusor submergit, la pressió de gas necessària es veu afectada per:
- Profunditat de l'aigua
- Longitud de la canonada
- Diàmetre del tub
- Vàlvules i accessoris
- Caudal de gas
Pèrdua de pressió a través del difusor
Una conca d'aireació més profunda generalment requereix una pressió de gas més alta a l'entrada del difusor.
Aquesta és una diferència important quan es comparen PSA i VPSA. PSA pot proporcionar oxigen a una pressió adequada per a la distribució a pressió, mentre que VPSA generalment funciona amb una pressió de sortida d'oxigen més baixa.
Per exemple, si el generador d'oxigen es troba lluny d'una conca d'aireació profunda, la pèrdua de pressió de la canonada i la pressió del difusor s'han de calcular abans de seleccionar un sistema d'oxigen de baixa pressió.
Qualitat de l'aire comprimit i protecció del tamís molecular
Tots dos sistemes depenen de l'adsorció del tamís molecular, de manera que el tractament de l'aire d'alimentació afecta directament els llits d'adsorció.
L'oli, l'aigua líquida, la contaminació per partícules i la humitat excessiva poden danyar o contaminar el material del tamís molecular i augmentar la caiguda de pressió a través del llit d'adsorció. Per tant, la secció de tractament d'aire inclou normalment equips de filtració, separació d'humitat i assecat adequats a la configuració del generador.
Els sistemes PSA solen posar més èmfasi en la qualitat de l'aire comprimit perquè l'aire atmosfèric passa primer pel compressor abans d'entrar als recipients d'adsorció. S'ha de controlar la temperatura de descàrrega del compressor, el transport d'oli, el contingut d'humitat, l'estat del filtre i el rendiment de l'assecador.
Els sistemes VPSA utilitzen un subministrament d'aire basat en bufadors, però això no elimina la necessitat de tractament d'aire d'alimentació. La filtració de pols i el control de la humitat segueixen sent importants perquè els contaminants poden entrar als llits del tamís molecular i afectar la capacitat d'adsorció.
Per a ambdues tecnologies, la substitució del tamís molecular s'ha de considerar com un element de manteniment en lloc d'un component de vida indefinida.
El consum d'energia té diferents fonts
La càrrega elèctrica de PSA iVPSAprové principalment de diferents equips.
La càrrega elèctrica principal prové normalment del compressor d'aire. El seu requeriment d'energia depèn de:
- Pressió d'aire comprimit requerida
- Flux d'aire
- Eficiència del compressor
- Horari de funcionament
- Assecador i equips auxiliars
VPSA normalment distribueix la seva càrrega elèctrica principal entre el bufador d'aire i la bomba de buit. Els seus requisits depenen de:
- Flux d'aire
- Pressió d'adsorció
- Nivell de buit
- Capacitat de la bomba de buit
- Temps de cicle
- Pèrdues de pressió de canonades i equips
Per a l'adquisició, la comparació útil ésconsum d'energia específic per unitat d'oxigen produït, en lloc de comparar només la potència de la placa d'identificació del compressor i del ventilador.
La comparació també hauria d'utilitzar el mateix flux d'oxigen, puresa, hores de funcionament i condicions de pressió de sortida.
Integració amb equips d'aireació d'aigües residuals
El generador d'oxigen és només una part del sistema de transferència d'oxigen.
Una instal·lació completa pot incloure:
- Generador d'oxigen
- Tanc d'amortiment d'oxigen
- Conducte de distribució
- Vàlvules de control de cabal
- Sensors de pressió
- Sensors de concentració d'oxigen
- Sensors d'oxigen dissolt
- Bombolla fina o un altre equip de transferència d'oxigen
- Interfície PLC/SCADA
Per a PSA, el tampó d'oxigen pot reduir l'efecte del cicle del generador sobre el subministrament d'oxigen aigües avall. Els sensors de pressió poden controlar la línia de distribució, mentre que els sensors d'oxigen poden controlar la concentració de gas del producte.
VPSA també es pot integrar amb l'emmagatzematge d'oxigen i el control automàtic, però la canonada d'oxigen i l'equip de control de pressió aigües avall s'han de dissenyar al voltant de la seva pressió de lliurament més baixa.
Quan els sensors d'oxigen dissolt estan connectats al sistema de control de la planta, la generació d'oxigen es pot ajustar segons les condicions reals del reactor en lloc d'operar contínuament a una sortida fixa.
Diferències de manteniment
El manteniment de PSA està fortament associat al costat de l'aire comprimit. Els punts d'inspecció típics inclouen l'estat de l'oli del compressor, els filtres d'aire, els assecadors, les vàlvules, els sensors de pressió, els sensors d'oxigen i el rendiment del tamís molecular.
El manteniment de VPSA desplaça part del focus de l'equip cap al sistema de bufador i buit. L'estat de la bomba de buit, els segells, els filtres, les vàlvules, la pressió de buit i el comportament de la pressió del llit d'adsorció necessiten una inspecció regular.
Per als dos sistemes, la caiguda de pressió anormal, el temps de cicle més llarg, la puresa d'oxigen reduïda, el flux d'oxigen inestable i l'augment del consum d'energia poden indicar problemes en el sistema de tractament d'aire, vàlvules de commutació, tamís molecular, sensors o seqüència de control.
Per tant, un pla de manteniment hauria de controlar les dades operatives en lloc de confiar només en la substitució programada de components.
Què haurien de comparar els compradors de tractament d'aigües residuals?
Una comparació tècnica hauria d'incloure més que la capacitat del generador.
| Paràmetre del comprador | Importància de l'enginyeria |
|---|---|
| Flux d'oxigen | Determina la capacitat del llit d'adsorció i de l'equip |
| Puresa d'oxigen | Determina la concentració d'oxigen subministrada al procés |
| Pressió de sortida | Ha de coincidir amb els requisits del difusor i de la canonada |
| Consum específic d'energia | Permet comparar l'energia de funcionament |
| Demanda màxima d'oxigen | Determina la capacitat del generador i del buffer |
| Horari de funcionament | Afecta el consum elèctric anual |
| Profunditat de la conca d'aireació | Influeix la pressió de gas requerida |
| Distància del gasoducte | Determina la pèrdua de pressió de distribució |
| Qualitat de l'aire d'alimentació | Protegeix el garbell molecular i les vàlvules |
| Zona d'instal·lació | Determina la disposició dels equips |
| Interfície de control | Determina la integració PLC/SCADA |
| Accés de manteniment | Afecta el temps de servei i el temps d'inactivitat |
| Expansió futura | Determina els requisits de capacitat modular |
Per tant, la comparació de compres més útil es basa en el sistema complet de generació i transferència d'oxigen.
NEWTEK Generació d'oxigen per al tractament d'aigües residuals
NEWTEKse centra en sistemes de generació d'oxigen i nitrogen PSA in situ. La seva configuració d'oxigen PSA combina purificació d'aire, adsorció de tamís moleculars de zeolita, recipients d'adsorció, sensors de pressió i oxigen, control automàtic, canonades de gas i components d'emmagatzematge/control d'oxigen.
Per a les aplicacions de tractament d'aigües residuals, els paràmetres rellevants de l'equip inclouen el flux d'oxigen, la puresa, la pressió de sortida, el punt de rosada, el consum d'aire, la mida de la canonada i la configuració de control. Les dades d'oxigen PSA publicades de NEWTEK cobreixen capacitats de producció d'1 a 300 Nm³/h, amb una puresa d'oxigen del 93% ± 3%, pressió d'oxigen de 0,01 a 0,5 MPa i un interval de punt de rosada d'oxigen atmosfèric de -40 graus a -75 graus.
La configuració correcta del sistema s'ha de determinar a partir de la demanda real d'oxigen i les condicions d'aireació de la planta d'aigües residuals, i després s'ha de fer coincidir amb la capacitat del generador, la pressió d'oxigen, el sistema de control i l'entorn d'instal·lació.
