Bij de afvalwaterzuivering isPSAEnVPSAZuurstofsystemen maken beide gebruik van moleculaire zeefadsorptie om zuurstof van lucht te scheiden, maar hun drukcycli, luchttoevoerapparatuur, regeneratiemethoden en stroomafwaartse integratie zijn verschillend.
PSAgebruikt perslucht voor adsorptie onder druk en vertrouwt normaal gesproken op drukverlaging voor regeneratie.VPSAgebruikt een ventilator om lucht met een lagere druk toe te voeren en gebruikt een vacuümpomp om de desorptie te ondersteunen. Deze verschillen zijn van invloed op de zuurstofuitlaatdruk, het energieverbruik, de configuratie van de apparatuur, de installatievereisten en de compatibiliteit met beluchtingssystemen.
Voor afvalwaterzuiveringsinstallaties moet de selectie gebaseerd zijn op het zuurstofverbruik, de diepte van het beluchtingsbassin, de diffusordruk, de bedrijfsuren, de installatieruimte, de beschikbare voorzieningen en de vereiste zuurstoftoevoerdruk.
PSA-zuurstoftechnologie in afvalwaterbehandeling
A PSAEen zuurstofgenerator combineert normaal gesproken een luchtcompressor, luchtzuiveringsapparatuur, adsorptievaten, schakelkleppen, zuurstofbufferapparatuur, sensoren en een automatisch regelsysteem.
Het proces kan in verschillende fasen worden verdeeld:
- Atmosferische lucht wordt gecomprimeerd.
- Filters en droogapparatuur verwijderen verontreinigingen en vocht.
- Behandelde perslucht komt het moleculaire zeefbed binnen.
- Stikstof wordt bij voorkeur geadsorbeerd.
- Met zuurstof verrijkt gas verlaat het adsorptievat.
Het verzadigde bed wordt drukloos gemaakt voor regeneratie.
Het besturingssysteem schakelt het gaspad tussen adsorptievaten.
De adsorptievaten werken cyclisch, zodat het ene vat zuurstof kan produceren terwijl het andere wordt geregenereerd. Deze opstelling zorgt voor een continue zuurstofstroom voor stroomafwaartse apparatuur.
Bij de afvalwaterzuivering isPSAzuurstof kan worden aangesloten op zuurstofpijpleidingen, diffusers, oxygenatiesystemen of andere gasoverdrachtapparatuur. De vereiste uitlaatdruk moet worden vergeleken met de onderdompelingsdiepte van het diffusor, het drukverlies in de pijpleiding, kleppen en andere stroomafwaartse weerstanden.
NEWTEK's gepubliceerde PSA-zuurstofinformatie geeft een overzicht van de zuurstofproductie1 tot 300 Nm³/u, zuurstofzuiverheid van93% ±3%en zuurstofdruk van0,01–0,5 MPa, afhankelijk van de systeemconfiguratie.
VPSA-zuurstoftechnologie in afvalwaterbehandeling
VPSAgebruikt hetzelfde basisprincipe van adsorptie, maar verandert de drukcyclus en de luchttoevoerregeling.
Een typischVPSAsysteem bevat:
- Luchtblazer
- Apparatuur voor luchtfiltratie
- Adsorptievaten
- Vacuümpomp
- Kleppen wisselen
- Zuurstofbufferapparatuur
- Druk- en vacuümsensoren
- Automatisch controlesysteem
Het bedrijfsproces volgt doorgaans deze volgorde:
De ventilator levert atmosferische lucht aan het adsorptievat.
Stikstof wordt geadsorbeerd door de moleculaire zeef.
Met zuurstof verrijkt gas verlaat het adsorptiebed.
Het adsorptievat wordt drukloos gemaakt.
Een vacuümpomp verlaagt de beddruk verder.
Geadsorbeerde stikstof wordt uit de moleculaire zeef verwijderd.
Het bed wordt teruggevoerd naar de adsorptiefase.
Het grootste verschil met PSA is daarom niet de moleculaire zeef zelf, maar de manier waarop druk wordt gecreëerd en verwijderd tijdens de adsorptie-regeneratiecyclus.
OmdatVPSAwerkt normaal gesproken met een lagere zuurstoftoevoerdruk, het stroomafwaartse zuurstofdistributiesysteem moet dienovereenkomstig worden ontworpen.
PSA versus VPSA: belangrijkste technische verschillen
| Parameter | PSA-zuurstof | VPSA-zuurstof |
|---|---|---|
| Toevoerluchtapparatuur | Luchtcompressor | Luchtblazer |
| Adsorptietoestand | Onder druk | Relatief lage druk |
| Regeneratie methode | Drukverlaging/desorptie | Vacuümondersteunde desorptie |
| Vacuümpomp | Normaal gesproken niet vereist | Vereist |
| Zuurstof uitlaatdruk | Over het algemeen geschikt voor hogere drukverdeling | Over het algemeen geschikt voor levering onder lagere druk |
| Belangrijkste energieverbruikende apparatuur | Compressor | Blower en vacuümpomp |
| Belangrijk ontwerpprobleem | Persluchtdruk en behandeling | Grootte van ventilator/vacuüm en zuurstoftoevoer onder lage druk |
| Stroomafwaartse vereiste | Geschikt voor zuurstofdistributie onder druk | Vereist een compatibel lagedrukzuurstofsysteem |
De vergelijking mag niet alleen gebaseerd zijn op de zuurstofzuiverheid of de generatorcapaciteit. De drukrelatie tussen de generator en de beluchtingsapparatuur is even belangrijk.
Het zuurstofverbruik is een belangrijke selectiefactor
Afvalwaterzuiveringsinstallaties berekenen normaal gesproken het zuurstofverbruik op basis van biologische belasting, ammoniakoxidatie-eisen, doelstellingen voor opgeloste zuurstof, watertemperatuur, afvalwaterkarakteristieken en de bedrijfstoestand van de biologische reactor.
Een actief-slibproces kan bijvoorbeeld een continue zuurstofoverdracht naar een beluchtingsbassin vereisen. Het zuurstofopwekkingssysteem moet daarom worden gedimensioneerd in overeenstemming met de vereiste zuurstofmassastroom, in plaats van eenvoudigweg een generator te selecteren op basis van de nominale gasstroom.
Voor een grotere zuiveringsinstallatie zijn mogelijk meerdere modules voor het opwekken van zuurstof nodig die parallel werken. Hierdoor kan het systeem de zuurstofproductie afstemmen op variaties in biologische belasting, seizoensgebonden afvalwatervolume of veranderingen in de beluchtingsvraag.
Voor kleinere of middelgrote installaties,PSAkan een eenvoudigere configuratie bieden wanneer ook zuurstofdruk vereist is. Voor toepassingen met een groot debiet waarbij zuurstof onder lage druk rechtstreeks kan worden aangesloten op een beluchtingssysteem, wordt VPSA een belangrijk alternatief voor technische evaluatie.
Zuurstofdruk beïnvloedt het ontwerp van het beluchtingssysteem
Zuurstof moet de druk overwinnen die door het afvalwaterzuiveringssysteem wordt gegenereerd voordat het door de diffusor kan gaan en in het water kan komen.
Bij een ondergedompeld diffusor wordt de vereiste gasdruk beïnvloed door:
- Waterdiepte
- Werkdruk diffuser
- Lengte pijpleiding
- Pijpdiameter
- Kleppen en fittingen
- Gasstroomsnelheid
Drukverlies door het diffusor
Een dieper beluchtingsbassin vereist doorgaans een hogere gasdruk bij de diffusorinlaat.
Dit is een belangrijk verschil bij het vergelijken van PSA en VPSA. PSA kan zuurstof leveren bij een druk die geschikt is voor distributie onder druk, terwijl VPSA over het algemeen werkt met een lagere zuurstofuitlaatdruk.
Als de zuurstofgenerator zich bijvoorbeeld ver van een diep beluchtingsbassin bevindt, moeten het drukverlies in de pijpleiding en de diffusordruk worden berekend voordat een lagedrukzuurstofsysteem wordt geselecteerd.
Persluchtkwaliteit en moleculaire zeefbescherming
Beide systemen zijn afhankelijk van moleculaire zeef-adsorptie, dus de luchttoevoerbehandeling heeft rechtstreeks invloed op de adsorptiebedden.
Olie, vloeibaar water, deeltjesverontreiniging en overmatig vocht kunnen het materiaal van de moleculaire zeef beschadigen of vervuilen en de drukval door het adsorptiebed vergroten. De luchtbehandelingssectie omvat daarom normaal gesproken filtratie-, vochtafscheidings- en droogapparatuur die geschikt is voor de generatorconfiguratie.
PSA-systemen leggen doorgaans meer nadruk op de kwaliteit van de perslucht, omdat atmosferische lucht eerst door de compressor gaat voordat deze de adsorptievaten binnengaat. De perstemperatuur van de compressor, de olieoverdracht, het vochtgehalte, de staat van het filter en de prestaties van de droger moeten worden gecontroleerd.
VPSA-systemen maken gebruik van luchttoevoer via een ventilator, maar dit neemt de noodzaak van luchttoevoerbehandeling niet weg. Stoffiltratie en vochtbeheersing blijven belangrijk omdat verontreinigingen de moleculaire zeefbedden kunnen binnendringen en de adsorptiecapaciteit kunnen beïnvloeden.
Voor beide technologieën moet vervanging van moleculaire zeven worden beschouwd als een onderhoudsitem en niet als een onderdeel met een onbepaalde levensduur.
Het stroomverbruik heeft verschillende bronnen
De elektrische belasting van PSA enVPSAkomt voornamelijk uit verschillende apparaten.
De grootste elektrische belasting komt normaal gesproken van de luchtcompressor. Het stroomvereiste is afhankelijk van:
- Vereiste persluchtdruk
- Luchtstroom
- Compressorefficiëntie
- Bedrijfsuren
- Droger en hulpapparatuur
VPSA verdeelt normaal gesproken de belangrijkste elektrische belasting tussen de luchtblazer en de vacuümpomp. Hun vereisten zijn afhankelijk van:
- Luchtstroom
- Adsorptie druk
- Vacuümniveau
- Capaciteit vacuümpomp
- Cyclustijd
- Drukverliezen in pijpleidingen en apparatuur
Voor inkoop is de bruikbare vergelijking:specifiek energieverbruik per geproduceerde eenheid zuurstof, in plaats van alleen het vermogen van de compressor en de ventilator te vergelijken.
Bij de vergelijking moeten ook dezelfde zuurstofstroom, zuiverheid, bedrijfsuren en uitlaatdrukomstandigheden worden gebruikt.
Integratie met afvalwaterbeluchtingsapparatuur
De zuurstofgenerator is slechts een onderdeel van het zuurstofoverdrachtsysteem.
Een volledige installatie kan bestaan uit:
- Zuurstofgenerator
- Zuurstofbuffertank
- Distributiepijplijn
- Stroomregelkleppen
- Druksensoren
- Zuurstofconcentratiesensoren
- Opgeloste zuurstofsensoren
- Apparatuur voor fijnbellen of andere zuurstofoverdracht
- PLC/SCADA-interface
Voor PSA kan de zuurstofbuffer het effect van generatorcycli op de stroomafwaartse zuurstoftoevoer verminderen. Druksensoren kunnen de distributieleiding bewaken, terwijl zuurstofsensoren de productgasconcentratie kunnen bewaken.
VPSA kan ook worden geïntegreerd met zuurstofopslag en automatische regeling, maar de zuurstofpijpleiding en stroomafwaartse drukcontroleapparatuur moeten worden ontworpen rond de lagere leveringsdruk.
Wanneer sensoren voor opgeloste zuurstof zijn aangesloten op het besturingssysteem van de fabriek, kan de zuurstofproductie worden aangepast aan de werkelijke reactoromstandigheden in plaats van continu op een vast vermogen te werken.
Onderhoudsverschillen
PSA-onderhoud is sterk verbonden met de persluchtzijde. Typische inspectiepunten zijn onder meer de toestand van de compressorolie, luchtfilters, drogers, kleppen, druksensoren, zuurstofsensoren en de prestaties van moleculaire zeven.
VPSA-onderhoud verlegt een deel van de focus van de apparatuur naar het ventilator- en vacuümsysteem. De staat van de vacuümpomp, afdichtingen, filters, kleppen, vacuümdruk en drukgedrag in het adsorptiebed vereisen regelmatige inspectie.
Voor beide systemen kunnen abnormale drukval, langere cyclustijd, verminderde zuurstofzuiverheid, onstabiele zuurstofstroom en verhoogd energieverbruik duiden op problemen in het luchtbehandelingssysteem, schakelkleppen, moleculaire zeef, sensoren of regelvolgorde.
Een onderhoudsplan moet daarom de bedrijfsgegevens monitoren en niet alleen vertrouwen op geplande vervanging van componenten.
Wat moeten kopers van afvalwaterbehandeling vergelijken?
Een technische vergelijking zou meer moeten omvatten dan alleen het generatorvermogen.
| Koperparameter | Technische betekenis |
|---|---|
| Zuurstof stroom | Bepaalt de capaciteit van het adsorptiebed en de apparatuur |
| Zuurstofzuiverheid | Bepaalt de zuurstofconcentratie die aan het proces wordt geleverd |
| Uitlaatdruk | Moet overeenkomen met de diffuser- en pijpleidingvereisten |
| Specifiek stroomverbruik | Maakt vergelijking van bedrijfsenergie mogelijk |
| Piekzuurstofbehoefte | Bepaalt generator- en buffercapaciteit |
| Bedrijfsuren | Heeft invloed op het jaarlijkse elektriciteitsverbruik |
| Diepte beluchtingsbassin | Beïnvloedt de vereiste gasdruk |
| Pijpleiding afstand | Bepaalt het distributiedrukverlies |
| Kwaliteit van de toevoerlucht | Beschermt moleculaire zeef en kleppen |
| Installatiegebied | Bepaalt de opstelling van de apparatuur |
| Besturingsinterface | Bepaalt PLC/SCADA-integratie |
| Toegang voor onderhoud | Heeft invloed op de servicetijd en uitvaltijd |
| Toekomstige uitbreiding | Bepaalt modulaire capaciteitsvereisten |
De meest bruikbare aankoopvergelijking is daarom gebaseerd op het volledige zuurstofopwekkings- en zuurstofoverdrachtssysteem.
NEWTEK Zuurstofproductie voor afvalwaterbehandeling
NEWTEKricht zich op on-site PSA-zuurstof- en stikstofgeneratiesystemen. De PSA-zuurstofconfiguratie combineert luchtzuivering, zeoliet-moleculaire zeef-adsorptie, adsorptievaten, druk- en zuurstofsensoren, automatische regeling, gasleidingen en componenten voor zuurstofopslag/-controle.
Voor afvalwaterbehandelingstoepassingen omvatten de relevante apparatuurparameters zuurstofstroom, zuiverheid, uitlaatdruk, dauwpunt, luchtverbruik, leidinggrootte en regelconfiguratie. De gepubliceerde PSA-zuurstofgegevens van NEWTEK bestrijken productiecapaciteiten van 1 tot 300 Nm³/u, met een zuurstofzuiverheid van 93% ±3%, een zuurstofdruk van 0,01–0,5 MPa en een atmosferisch zuurstofdauwpuntbereik van -40 graden tot -75 graden.
De juiste systeemconfiguratie moet worden bepaald op basis van het daadwerkelijke zuurstofverbruik en de beluchtingsomstandigheden van de afvalwaterinstallatie, en vervolgens worden afgestemd op de generatorcapaciteit, de zuurstofdruk, het regelsysteem en de installatieomgeving.
