Nel trattamento delle acque reflue,PSAEVPSAEntrambi i sistemi di ossigeno utilizzano l'adsorbimento con setacci molecolari per separare l'ossigeno dall'aria, ma i loro cicli di pressione, le apparecchiature di alimentazione dell'aria, i metodi di rigenerazione e l'integrazione a valle sono diversi.
PSAutilizza aria compressa per l'adsorbimento pressurizzato e normalmente si affida alla depressurizzazione per la rigenerazione.VPSAutilizza un ventilatore per fornire aria a una pressione inferiore e utilizza una pompa a vuoto per favorire il desorbimento. Queste differenze influiscono sulla pressione di uscita dell'ossigeno, sul consumo energetico, sulla configurazione dell'apparecchiatura, sui requisiti di installazione e sulla compatibilità con i sistemi di aerazione.
Per gli impianti di trattamento delle acque reflue, la selezione dovrebbe basarsi sulla domanda di ossigeno, sulla profondità del bacino di aerazione, sulla pressione del diffusore, sulle ore di funzionamento, sullo spazio di installazione, sui servizi disponibili e sulla pressione di fornitura di ossigeno richiesta.
Tecnologia dell'ossigeno PSA nel trattamento delle acque reflue
A PSAIl generatore di ossigeno normalmente combina un compressore d'aria, apparecchiature per la purificazione dell'aria, recipienti di adsorbimento, valvole di commutazione, apparecchiature per il buffer dell'ossigeno, sensori e un sistema di controllo automatico.
Il processo può essere suddiviso in più fasi:
- L'aria atmosferica è compressa.
- I filtri e le apparecchiature di asciugatura rimuovono i contaminanti e l'umidità.
- L'aria compressa trattata entra nel letto del setaccio molecolare.
- L'azoto viene preferibilmente adsorbito.
- Il gas arricchito di ossigeno lascia il recipiente di adsorbimento.
Il letto saturo viene depressurizzato per la rigenerazione.
Il sistema di controllo commuta il percorso del gas tra i recipienti di adsorbimento.
I vasi di adsorbimento funzionano ciclicamente, quindi un vaso può produrre ossigeno mentre un altro viene rigenerato. Questa disposizione fornisce un flusso continuo di ossigeno per le apparecchiature a valle.
Nel trattamento delle acque reflue,PSAl'ossigeno può essere collegato a condotte di ossigeno, diffusori, sistemi di ossigenazione o altre apparecchiature di trasferimento del gas. La pressione di uscita richiesta deve essere confrontata con la profondità di immersione del diffusore, la perdita di pressione della tubazione, le valvole e altre resistenze a valle.
Le informazioni sull'ossigeno PSA pubblicate da NEWTEK elencano la produzione di ossigeno dada 1 a 300 Nm³/h, purezza dell'ossigeno di93% ±3%e la pressione dell'ossigeno di0,01–0,5 MPa, a seconda della configurazione del sistema.
Tecnologia dell'ossigeno VPSA nel trattamento delle acque reflue
VPSAutilizza lo stesso principio base di adsorbimento ma modifica il ciclo di pressione e la disposizione dell'alimentazione dell'aria.
Un tipicoVPSAil sistema contiene:
- Ventilatore d'aria
- Attrezzature per la filtrazione dell'aria
- Vasi di assorbimento
- Pompa a vuoto
- Valvole di commutazione
- Attrezzatura per il buffer dell'ossigeno
- Sensori di pressione e vuoto
- Sistema di controllo automatico
Il processo operativo generalmente segue questa sequenza:
Il ventilatore fornisce aria atmosferica al recipiente di adsorbimento.
L'azoto viene adsorbito dal setaccio molecolare.
Il gas arricchito di ossigeno lascia il letto di adsorbimento.
Il recipiente di assorbimento è depressurizzato.
Una pompa a vuoto riduce ulteriormente la pressione del letto.
L'azoto adsorbito viene rimosso dal setaccio molecolare.
Il letto viene riportato alla fase di adsorbimento.
La principale differenza rispetto al PSA non è quindi il setaccio molecolare in sé, ma il modo in cui la pressione viene creata e rimossa durante il ciclo di adsorbimento-rigenerazione.
PerchéVPSAnormalmente funziona con una pressione di erogazione dell'ossigeno inferiore, il sistema di distribuzione dell'ossigeno a valle deve essere progettato di conseguenza.
PSA vs VPSA: principali differenze tecniche
| Parametro | PSA Ossigeno | Ossigeno VPSA |
|---|---|---|
| Attrezzatura per l'alimentazione dell'aria | Compressore d'aria | Ventilatore d'aria |
| Condizione di assorbimento | Pressurizzato | Pressione relativamente bassa |
| Metodo di rigenerazione | Depressurizzazione/desorbimento | Desorbimento assistito dal vuoto |
| Pompa a vuoto | Normalmente non richiesto | Necessario |
| Pressione di uscita dell'ossigeno | Generalmente adatto per la distribuzione a pressione più elevata | Generalmente adatto per erogazioni a bassa pressione |
| Principali apparecchiature che consumano energia | Compressore | Ventilatore e pompa a vuoto |
| Problema chiave di progettazione | Pressione e trattamento dell'aria compressa | Dimensionamento del ventilatore/vuoto e erogazione di ossigeno a bassa pressione |
| Requisito a valle | Può ospitare la distribuzione dell'ossigeno pressurizzato | Richiede un sistema di ossigeno a bassa pressione compatibile |
Il confronto non dovrebbe basarsi solo sulla purezza dell'ossigeno o sulla capacità del generatore. Altrettanto importante è il rapporto di pressione tra il generatore e l'attrezzatura di aerazione.
La domanda di ossigeno è un importante fattore di selezione
Gli impianti di trattamento delle acque reflue normalmente calcolano la domanda di ossigeno in base al carico biologico, ai requisiti di ossidazione dell'ammoniaca, agli obiettivi di ossigeno disciolto, alla temperatura dell'acqua, alle caratteristiche delle acque reflue e alle condizioni operative del reattore biologico.
Ad esempio, un processo a fanghi attivi può richiedere un trasferimento continuo di ossigeno in un bacino di aerazione. Il sistema di generazione dell'ossigeno deve quindi essere dimensionato in base al flusso massico di ossigeno richiesto anziché semplicemente selezionare un generatore in base al suo flusso di gas nominale.
Un impianto di trattamento più grande può richiedere diversi moduli di generazione di ossigeno che operano in parallelo. Ciò consente al sistema di adattare la produzione di ossigeno alle variazioni del carico biologico, al volume stagionale delle acque reflue o ai cambiamenti nella domanda di aerazione.
Per installazioni di piccole o medie dimensioni,PSApuò fornire una configurazione più semplice quando è richiesta anche la pressione dell'ossigeno. Per le applicazioni a flusso elevato in cui l'ossigeno a bassa pressione può essere collegato direttamente a un sistema di aerazione, VPSA diventa un'importante alternativa per la valutazione ingegneristica.
La pressione dell'ossigeno influisce sulla progettazione del sistema di aerazione
L'ossigeno deve superare la pressione generata dal sistema di trattamento delle acque reflue prima di poter passare attraverso il diffusore ed entrare nell'acqua.
Per un diffusore sommerso, la pressione del gas richiesta è influenzata da:
- Profondità dell'acqua
- Pressione di esercizio del diffusore
- Lunghezza della tubazione
- Diametro del tubo
- Valvole e raccordi
- Portata del gas
Perdita di pressione attraverso il diffusore
Un bacino di aerazione più profondo richiede generalmente una pressione del gas maggiore all'ingresso del diffusore.
Questa è una differenza importante quando si confrontano PSA e VPSA. Il PSA può fornire ossigeno a una pressione adatta alla distribuzione pressurizzata, mentre il VPSA generalmente funziona con una pressione di uscita dell'ossigeno inferiore.
Ad esempio, se il generatore di ossigeno è situato lontano da un bacino di aerazione profondo, è necessario calcolare la perdita di pressione della tubazione e la pressione del diffusore prima di selezionare un sistema di ossigeno a bassa pressione.
Qualità dell'aria compressa e protezione tramite setacci molecolari
Entrambi i sistemi dipendono dall'adsorbimento con setacci molecolari, quindi il trattamento dell'aria di alimentazione influisce direttamente sui letti di adsorbimento.
Olio, acqua liquida, contaminazione da particelle e umidità eccessiva possono danneggiare o contaminare il materiale del setaccio molecolare e aumentare la caduta di pressione attraverso il letto di adsorbimento. La sezione di trattamento dell'aria comprende quindi normalmente apparecchiature di filtrazione, separazione dell'umidità e essiccazione adeguate alla configurazione del generatore.
I sistemi PSA in genere attribuiscono maggiore importanza alla qualità dell'aria compressa perché l'aria atmosferica passa prima attraverso il compressore prima di entrare nei recipienti di adsorbimento. È necessario monitorare la temperatura di scarico del compressore, il trascinamento dell'olio, il contenuto di umidità, le condizioni del filtro e le prestazioni dell'essiccatore.
I sistemi VPSA utilizzano l'alimentazione dell'aria tramite soffiante, ma ciò non elimina la necessità del trattamento dell'aria di alimentazione. La filtrazione delle polveri e il controllo dell'umidità rimangono importanti perché i contaminanti possono entrare nei letti dei setacci molecolari e influenzare la capacità di adsorbimento.
Per entrambe le tecnologie, la sostituzione dei setacci molecolari dovrebbe essere considerata un elemento di manutenzione piuttosto che un componente a vita indefinita.
Il consumo di energia ha fonti diverse
Il carico elettrico di PSA eVPSAproviene principalmente da diverse apparecchiature.
Il carico elettrico principale normalmente proviene dal compressore d'aria. Il suo fabbisogno energetico dipende da:
- Pressione dell'aria compressa richiesta
- Flusso d'aria
- Efficienza del compressore
- Orari di funzionamento
- Asciugatrice e attrezzature ausiliarie
Il VPSA normalmente distribuisce il carico elettrico principale tra il ventilatore dell'aria e la pompa del vuoto. I loro requisiti dipendono da:
- Flusso d'aria
- Pressione di assorbimento
- Livello di vuoto
- Capacità della pompa per vuoto
- Tempo di ciclo
- Perdite di carico nelle tubazioni e nelle apparecchiature
Per gli appalti il confronto utile èconsumo energetico specifico per unità di ossigeno prodotto, piuttosto che confrontare solo la potenza nominale del compressore e della ventola.
Il confronto dovrebbe inoltre utilizzare gli stessi flussi di ossigeno, purezza, ore di funzionamento e condizioni di pressione di uscita.
Integrazione con apparecchiature di aerazione delle acque reflue
Il generatore di ossigeno è solo una parte del sistema di trasferimento dell'ossigeno.
Un'installazione completa può includere:
- Generatore di ossigeno
- Serbatoio tampone di ossigeno
- Conduttura di distribuzione
- Valvole di controllo del flusso
- Sensori di pressione
- Sensori di concentrazione di ossigeno
- Sensori di ossigeno disciolto
- Apparecchiature per bolle fini o altre apparecchiature per il trasferimento dell'ossigeno
- Interfaccia PLC/SCADA
Per PSA, il tampone di ossigeno può ridurre l'effetto del ciclo del generatore sulla fornitura di ossigeno a valle. I sensori di pressione possono monitorare la linea di distribuzione, mentre i sensori di ossigeno possono monitorare la concentrazione del gas prodotto.
Il VPSA può anche essere integrato con lo stoccaggio dell'ossigeno e il controllo automatico, ma la conduttura dell'ossigeno e le apparecchiature di controllo della pressione a valle devono essere progettate attorno alla pressione di erogazione inferiore.
Laddove i sensori di ossigeno disciolto sono collegati al sistema di controllo dell'impianto, la generazione di ossigeno può essere regolata in base alle condizioni effettive del reattore anziché funzionare in modo continuo a un'uscita fissa.
Differenze di manutenzione
La manutenzione del PSA è fortemente associata al lato dell'aria compressa. I punti di ispezione tipici includono le condizioni dell'olio del compressore, i filtri dell'aria, gli essiccatori, le valvole, i sensori di pressione, i sensori di ossigeno e le prestazioni dei setacci molecolari.
La manutenzione VPSA sposta parte dell'attenzione dell'attrezzatura verso il soffiatore e il sistema di aspirazione. Le condizioni della pompa per vuoto, le guarnizioni, i filtri, le valvole, il livello di vuoto e il comportamento della pressione del letto di adsorbimento richiedono un'ispezione regolare.
Per entrambi i sistemi, una caduta di pressione anomala, un tempo di ciclo più lungo, una purezza ridotta dell'ossigeno, un flusso di ossigeno instabile e un maggiore consumo energetico possono indicare problemi nel sistema di trattamento dell'aria, nelle valvole di commutazione, nel setaccio molecolare, nei sensori o nella sequenza di controllo.
Un piano di manutenzione dovrebbe quindi monitorare i dati operativi piuttosto che fare affidamento solo sulla sostituzione programmata dei componenti.
Cosa dovrebbero confrontare gli acquirenti del trattamento delle acque reflue?
Un confronto tecnico dovrebbe includere qualcosa di più della semplice capacità del generatore.
| Parametro dell'acquirente | Significato ingegneristico |
|---|---|
| Flusso di ossigeno | Determina la capacità del letto di adsorbimento e dell'attrezzatura |
| Purezza dell'ossigeno | Determina la concentrazione di ossigeno fornita al processo |
| Pressione di uscita | Deve soddisfare i requisiti del diffusore e della tubazione |
| Consumo energetico specifico | Consente il confronto dell'energia operativa |
| Picco della domanda di ossigeno | Determina la capacità del generatore e del buffer |
| Orari di funzionamento | Influisce sul consumo annuale di elettricità |
| Profondità del bacino di aerazione | Influenze necessarie pressione del gas |
| Distanza della conduttura | Determina la perdita di pressione della distribuzione |
| Qualità dell'aria di alimentazione | Protegge il setaccio molecolare e le valvole |
| Zona di installazione | Determina la disposizione delle apparecchiature |
| Interfaccia di controllo | Determina l'integrazione PLC/SCADA |
| Accesso per manutenzione | Influisce sui tempi di servizio e di inattività |
| Espansione futura | Determina i requisiti di capacità modulare |
Il confronto d'acquisto più utile si basa quindi sul sistema completo di generazione e trasferimento dell'ossigeno.
NEWTEK Generazione di ossigeno per il trattamento delle acque reflue
NEWTEKsi concentra sui sistemi di generazione di ossigeno e azoto PSA in loco. La sua configurazione per ossigeno PSA combina purificazione dell'aria, adsorbimento con setaccio molecolare zeolite, recipienti di adsorbimento, sensori di pressione e ossigeno, controllo automatico, tubazioni del gas e componenti di stoccaggio/controllo dell'ossigeno.
Per le applicazioni di trattamento delle acque reflue, i parametri rilevanti dell'apparecchiatura includono il flusso di ossigeno, la purezza, la pressione di uscita, il punto di rugiada, il consumo d'aria, le dimensioni del tubo e la configurazione del controllo. I dati sull'ossigeno PSA pubblicati da NEWTEK coprono capacità di produzione da 1 a 300 Nm³/h, con una purezza dell'ossigeno del 93% ±3%, una pressione dell'ossigeno di 0,01–0,5 MPa e un intervallo del punto di rugiada dell'ossigeno atmosferico da -40 gradi a -75 gradi.
La corretta configurazione del sistema deve essere determinata in base alla domanda effettiva di ossigeno e alle condizioni di aerazione dell'impianto di trattamento delle acque reflue, quindi abbinata alla capacità del generatore, alla pressione dell'ossigeno, al sistema di controllo e all'ambiente di installazione.
