Dyfuzory dyskowe kontra aeratory powierzchniowe: dlaczego napowietrzanie zanurzeniowe wygrywa w systemach MBR

W projektowaniu nowoczesnych oczyszczalni ścieków – szczególnie tych wykorzystujących Bioreaktor membranowy (MBR) technologii – wybór systemu napowietrzania jest jedną z najważniejszych decyzji. Chociaż napowietrzacze powierzchniowe od dawna stanowią podstawowy element tradycyjnych lagun, Dyfuzory drobnopęcherzykowe (napowietrzanie zanurzeniowe) stały się złotym standardem w zastosowaniach MBR.

Oto techniczne porównanie tego, dlaczego zanurzone dyfuzory dyskowe radzą sobie lepiej z napowietrzaniem powierzchniowym w środowiskach o wysokiej wydajności.

Kluczowe różnice: napowietrzanie zanurzeniowe a napowietrzanie powierzchniowe

Gdzie powietrze wchodzi do wody

• Napowietrzanie zanurzeniowe (np. nawiewniki dyskowe) uwalnia powietrze od dołu lub od wewnątrz zmieszanego płynu, tak aby tlen rozprzestrzenił się w całym słupie wody.
• Aeratory powierzchniowe wprowadzić tlen w powierzchnia wody przez rozpryskiwanie lub mieszanie.

Ponieważ systemy MBR zazwyczaj działają w głębokich, gęstych mieszanych cieczach, metody zanurzeniowe pozwalają na unoszenie się pęcherzyków na całej głębokości, wydłużając czas kontaktu z tlenem i bardziej równomierne napowietrzanie.

1. Wydajność przenoszenia tlenu (OTE)

Podstawowym celem napowietrzania jest przeniesienie tlenu z powietrza do cieczy.

• Aeratory powierzchniowe: Maszyny te działają na zasadzie rozpryskiwania wody w powietrze. Czas kontaktu powietrza z wodą jest niezwykle krótki i występuje tylko na powierzchni.
• Dyfuzory dyskowe: Uwalniając miliony drobnych pęcherzyków na dnie zbiornika, dyfuzory dyskowe wykorzystują cały słup wody. Gdy pęcherzyki unoszą się, przenoszą tlen przez całą podróż.
• Czynnik MBR: Zbiorniki MBR są zazwyczaj głębokie (do metrów), aby zaoszczędzić miejsce. Dyfuzory dyskowe zyskują wydajność wraz z głębokością (wyższy SOTE na metr), podczas gdy aeratory powierzchniowe mają trudności z natlenieniem dna głębokich zbiorników.

2. Zarządzanie wysokimi stężeniami MLSS

Systemy MBR działają przy znacznie wyższych poziomach zawiesiny mieszanej cieczy (MLSS) – zwykle od do mg/L – w porównaniu do systemów konwencjonalnych (mg/L).

• Wyzwania związane z lepkością: Wysoki MLSS powoduje, że ścieki są bardziej lepkie (grubsze). Aeratory powierzchniowe często nie zapewniają wystarczającej ilości zlokalizowanej energii, aby przeniknąć przez gęsty osad, co prowadzi do „martwych stref”, w których osadzają się ciała stałe i stają się one beztlenowe.
• Zanurzona precyzja: Nawiewniki dyskowe rozmieszczone są w siatce na podłodze. Zapewnia to równomierne mieszanie i gwarantuje, że każdy litr osadu o dużej gęstości otrzyma odpowiednią ilość rozpuszczonego tlenu (DO), niezależnie od lepkości.

3. Wpływ na zdrowie membrany i pienienie

W systemie MBR system napowietrzania nie tylko stanowi pożywkę dla bakterii; oddziałuje z wrażliwymi modułami membranowymi.

• Aerozole i pienienie: Aeratory powierzchniowe powodują powstawanie znacznych rozprysków i aerozoli. W ściekach przemysłowych lub farmaceutycznych może to prowadzić do nadmiernego pienienia i uwalniania lotnych związków organicznych (LZO) do atmosfery.
• Delikatna interakcja: Dyfuzory dyskowe zapewniają turbulencje „pod powierzchnią”. Drobne pęcherzyki unoszą się delikatnie, zapewniając niezbędny efekt „czyszczenia”, jeśli zostaną umieszczone pod modułami membranowymi, co pomaga utrzymać membrany w czystości bez gwałtownego mechanicznego działania wirnika powierzchniowego.

4. Zużycie energii i straty ciepła

Zwykle odpowiada za to napowietrzanie 45% do 75% kosztów energii w oczyszczalni ścieków.

• Wydajność dmuchawy: Dyfuzory dyskowe w połączeniu z wysokowydajnymi dmuchawami można precyzyjnie dławić za pomocą napędów VFD (napędów o zmiennej częstotliwości) opartych na czujnikach DO działających w czasie rzeczywistym.
• Zarządzanie ciepłem: Aeratory powierzchniowe wystawiają ścieki na kontakt z otaczającym powietrzem. Zimą powoduje to ogromną utratę ciepła, co spowalnia aktywność biologiczną. Latem może przegrzać wodę. Napowietrzanie zanurzeniowe utrzymuje stabilną temperaturę procesu.

Podsumowanie porównania: Dyfuzory dyskowe i aeratory powierzchniowe

Wniosek

W przypadku systemu MBR wybór jest jasny. Dyfuzory drobnopęcherzykowe zapewniają doskonały transfer tlenu, mieszanie w głębokim zbiorniku i efektywność energetyczną wymaganą do utrzymania biomasy o dużej gęstości. Chociaż aeratory powierzchniowe mogą być prostsze w instalacji w otwartych lagunach, brakuje im precyzji i mocy wymaganej w środowisku o wysokiej intensywności, jakim jest nowoczesny zakład farmaceutyczny lub chemiczny MBR.