ניקוי כימי מקוון עבור אווררי בועות עדינות: טכנולוגיה, יישום וחיסכון בעלויות

יישום של טכנולוגיית ניקוי כימי מקוונת עבור מאווררי בועות עדינות במפעלי טיהור שפכים

מאווררי בועות עדינות נמצאים בשימוש נרחב כציוד אוורור במפעלי טיהור שפכים בשל המבנה הפשוט שלהם, יעילות ניצול חמצן גבוהה, ביצועים אמינים, נקבוביות עמידות-העמידות לסתימה, מניעת זרימה חוזרת של שפכים, פיזור מתח היקפי אחיד, חיי שירות ארוכים, התקנה ותחזוקה קלה ועלות מערכת נמוכה. כמרכיב מפתח לאספקת חמצן בטיפול בשפכים, מערכות אוורור בועות עדינות נוטות להסתימה על ידי זיהומים וביופילם במהלך-תפעול ארוך טווח, מה שמציב אתגרים משמעותיים בשמירה על הביצועים שלהן. טכנולוגיית ניקוי כימי מקוון מספקת פתרון יעיל לבעיה זו.

1. היווצרות וסכנות של סתימת מאוורר בועות עדינות

לאחר פעולה ממושכת, מאווררי בועות עדינות רגישים לסתימה, בדרך כלל מסווגים כ"סתימה פנימית" ו"סתימה חיצונית" בהתבסס על צורת חסימת מזהמים. "סתימה פנימית" מתייחסת לשקיעת חלקיקים עדינים כגון חלקיקים קולואידים ומקרומולקולות מומסות מהמשקאות המעורבים בתוך הנקבוביות, מה שמוביל לחסימת נקבוביות. "סתימה חיצונית" מתייחסת לשקיעת חומרי אבנית על פני הממברנה הפונה לצד המים. סוג זה של סתימה נוטה להגביר ברציפות את התנגדות פריקת האוויר של הממברנה, מה שמוביל ללחץ מוגבר על הממברנה ולהגדלה הדרגתית של גודל הנקבוביות. עם הזמן, זה יכול בקלות לגרום לקריעת קרום. ברגע שהממברנה נקרעת, ההשפעה משתרעת מהרס של יעילות האוורור ועד לנזק מבני של המערכת, שעלול לחייב כיבוי לצורך תחזוקה או החלפת מאוורר.

בעיות סתימה במאווררי בועות עדינות מביאות לסיכונים תפעוליים מוגברים:

• מנקודת מבט של עלות צריכת חשמל: כשמאווררים נסתמים, לחץ הצינור עולה, מה שמאלץ את המפוחים לפעול בתנאי-עומס גבוה,-צריכה-אנרגיה גבוהה. זה מגדיל את צריכת החשמל וגם משפיע על אורך חיי המפוח.
• מנקודת מבט של סיכון סביבתי: אוורור לא אחיד מפחית את קצבי העברת החמצן, מגביל את גמישות בקרת התהליך ויכול להשפיע קשות על איכות הקולחים במקרים חמורים.
• מנקודת מבט של עלות כלכלית: עלות הניקוי הידני לאחר ריקון מכלים גבוהה.
• מנקודת מבט בטיחותית: ניקוי ידני לאחר ריקון מחייב כניסה למכלים לצורך פינוי בוצה, הכולל כניסה לחלל מצומצם ועבודות חשמל זמניות, ובכך להגביר את הסיכונים לסכנות חשמליות ובטיחותיות אישיות.איור 1מראה את תופעת הצטברות הבוצה מסתימת המאוורר.

לכן, תחזוקה וניקוי שוטפים של מאווררי בועות עדינות חיוניים כדי להבטיח את הביצועים התפעוליים שלהם. שיטות תחזוקה וניקוי מסורתיות של המאוורר דורשות ריקון מלא של מכלי התגובה הביולוגיים. תחזוקה וניקוי בקנה מידה גדול של מתקני טיהור שפכים עשויים להשפיע על טיפול והזרמה רגילה של שפכים, או לדרוש אישור ממשרדי ממשלה רלוונטיים אם מתבצעים במיקומים ספציפיים (כגון אזורים המכוסים על ידי רשתות ניקוז עירוניות או אזורי הגנה על מקורות מי שתייה). תהליך זה כרוך במספר פעולות מסוכנות (למשל, כניסה לחלל סגור) עם סיכונים וחסרונות רבים, הטלת עומסים כלכליים ועלויות פוטנציאליות משמעותיות (למשל, תיאום עם קשרי ממשלה, כושר טיפול מופחת במהלך תחזוקה, התאמת איכות המים, סיכונים בטיחותיים) על מתקני טיהור שפכים. הלחץ והאתגרים שמציבים ריקון לצורך תחזוקה הופכים את ההיתכנות של ריקון רגיל לניקוי מאוורר חלשה יחסית.

בהתחשב בחסרונות הרבים של ניקוי ידני מסורתי לאחר ריקון -עלות גבוהה, סיכון תפעולי גבוה ויעילות ניקיון לא אופטימלית-, חשוב במיוחד מחקר על ניקוי מקוון של מאווררי בועות עדינות באמצעות התקני מינון כימיקלים מקוונים בתנאי אוורור רגילים.

מחקר זה בחר בפרויקט מפעל כאתר בדיקת השטח לטכנולוגיית הניקוי הכימי המקוון. למפעל קיבולת טיהור שפכים כוללת של 600,000 טון ליום, בנוי בארבעה שלבים. לפרויקט-השלב השלישי קיבולת טיפול של 100,000 טון ליום, תוך שימוש בתהליך AAO; לפרויקט-השלב הרביעי קיבולת טיפול של 200,000 טון ליום, תוך שימוש בתהליך MBR. איכות הקולחים עומדת בתקן דרגה A של GB 18918-2002 "תקן הזרמה של מזהמים למפעלים עירוניים לטיהור שפכים". ניקוי מקוון בוצע במאווררי בועות עדינות במיכלים האירוביים של השלב השלישי והרביעי, אשר פעלו 6-7 שנים.

2. עקרון טכנולוגיית ניקוי כימי מקוון

טכנולוגיית ניקוי כימי מקוונת כוללת הוספת חומרים כימיים ספציפיים למערכת האוורור כדי להמיס או לפזר חומרים סתומים באמצעות פעולה כימית. חומרים אלה יכולים להיות חומציים, אלקליים, מחמצנים או קלאטיים. לדוגמה, חומרים חומציים מסוימים יכולים להמיס משקעים אלקליים כמו סידן פחמתי, בעוד שחומרי חמצון יכולים לפרק חסימות אורגניות המיוצרות על ידי מיקרואורגניזמים.

2.1 ניתוח מזהמים נפוצים

מזהמים הנדבקים למשטחי המאוורר הם מגוונים, והרכבם קשור קשר הדוק למאפייני שפכים, תהליכי טיפול ותנאי תפעול. מזהמים נפוצים מנותחים באופן הבא:

• מזהמים אנאורגניים: כולל תרכובות סידן ומגנזיום, סולפידים, תחמוצות מתכות והידרוקסידים, שמקורם בעיקר במשקעים כימיים וריווי-על של יונים. ההשפעות העיקריות שלהם על המאווררים כוללות סתימת נקבוביות, יעילות אוורור מופחתת, צריכת אנרגיה מוגברת של המערכת, התנגדות מוגברת לאוורור וירידה ביעילות העברת החמצן.
• מזהמים אורגניים: כולל ביופילם מיקרוביאלי, חלקיקים אורגניים מרחפים, שומנים/שמנים וקולואידים אורגניים. ביופילם מיקרוביאלי נוצר בעיקר עקב התיישבות מיקרוביאלית והידבקות של חומרים פולימריים חוץ-תאיים (EPS). הסכנות שלו כוללות יצירת מיקרו-סביבות אנאירוביות ושחרור גזים רעילים (למשל, H₂S). קולואידים אורגניים נוצרים עקב אינטראקציות הידרופוביות וספיחה אלקטרוסטטית, היוצרים שכבות הידרופוביות המעכבות את שחרור הגזים ומשפיעות על אחידות האוורור.
• מזהמים מרוכבים (בקנה מידה מעורב אורגני-אורגני): כלול אבנית ביולוגית-כימית מעורבת וחיבור חלקיקי בוצה, שנוצרו בעיקר באמצעות לכידה פיזית וקשירה כימית. ההשפעות שלהם כוללות כיסוי משטח המאוורר, הפחתת שטח איוורור יעיל, האצת הזדקנות הציוד וקיצור מחזורי תחזוקה.

באמצעות בדיקות תחזוקה של מערכת האוורור של המפעל, זוהו הבעיות הבאות: ① פעולה תת-מימית ממושכת של מאווררים, יחד עם חיי שירות גדלים, הובילו להזדקנות משמעותית של אטמי O-טבעות בנקודות חיבור, וכתוצאה מכך דליפת גז; ② במהלך הפעולה, שקיעת בוצה מתמשכת והתאמות בבקרת תהליך הייצור הביאו לריכוזי בוצה גבוהים יותר באזורים מסוימים, וגרמו בעקיפין להצטברות אבנית חמורה על משטחי קרום המאוורר, כפי שמוצג ב-איור 2; ③ כאשר ריכוז הבוצה במיכלי התגובה הביולוגית גבוה מדי, גיל הבוצה מתארך, מגדיל את החמצן המומס הנדרש לפעילות מיקרוביאלית רגילה ומעלה את הדרישות למערכת אספקת החמצן; ④ צפיפות אלכוהול מעורבת מוגברת במיכלי אוורור מגבירה את ההתנגדות, מה שמוביל לצריכת חשמל גבוהה יותר עבור אוורור מכני או מפוח; ⑤ זיהומים מסוימים חדרו לנקבוביות האוורור, והשפיעו על אוורור המערכת, כפי שמוצג באיור 3. על סמך הגורמים להיווצרות מזהמים, נקבע כי האבנית על משטחי המאוורר מכילה מזהמים אנאורגניים, חומרים אורגניים, חלבונים וכו'.

2.2 בחירת חומרי ניקוי

עבור סוגי זיהום הממברנה, יש לבחור חומרי ניקוי כימיים מתאימים. חומרים אלו יכולים לחדור דרך נקבוביות האוורור בדופן הצינור למרווח שבין הממברנה לדופן הצינור, ולהשיג ניקוי של פני הממברנה והנקבוביות שלו. בחירת סוג חומר הניקוי צריכה להתבסס על המאפיינים הפיזיקליים הכימיים בפועל של הממברנה, סוגי המזהמים ומידת העיכול. חומר הניקוי צריך להיות מתכלה ואינו -רעיל לאורגניזמים, המסוגל להסיר ביעילות אבנית אנאורגנית מקירות צינור האוויר ובתוך המפזרים. היא צריכה להיות בעלת יעילות ניקוי טובה נגד סתימות (הידועה גם בשם "סתימת גז-) הנגרמת על ידי מזהמים, חלקיקים או אבק באוויר הכניסה של מערכות אוורור מפוחים, נזילות שמן ממפוחים וחלודה מצנרת אוויר פנימית.

חומרי ניקוי אלקליניים כוללים נתרן הידרוקסיד, נתרן קרבונט, נתרן פוספט, נתרן סיליקט, אשלגן הידרוקסיד ועוד. נתרן הידרוקסיד הוא חומר כימי נפוץ בתהליכי טיפול בשפכים להעלאת ה-pH של שפכים, כך שניתן לבחור בו כחומר הניקוי הבסיסי.

חומרי ניקוי חומציים כוללים חומצה גופרתית, חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית, חומצת לימון, חומצה אוקסלית, חומצה זרחתית וכו'. בהתחשב בכך שלציטראט יש יכולת קליטה חזקה ליונים כמו מנגן וברזל, ובפועל, בהשוואה לחומצות מינרליות, חומצת לימון חלשה יחסית, פחות קורוזיבית לציוד, ניתנת לפירוק ביולוגי, בטוחה יותר, ניתנת לפירוק ביולוגי, בטוחה. חומר ניקוי חומצי.

טבלה 1מציג את הקטגוריות והביצועים של חומרי ניקוי הנפוצים בשימוש לחיפוי ממברנות.

2.3 עיצוב מכשיר ניקוי מקוון

בהתחשב בלחץ בהפעלת מערכות אוורור בועות עדינות ובצינורות הענפים הרבים, תכנון מכשיר מינון מקוון מתאים עבור מאווררי בועות עדינות חשוב במיוחד. מכשיר ניקוי המינון שתוכנן במחקר זה כולל יחידת פירוק/דילול ויחידת מינון, כפי שמוצג ב-איור 4.

יחידת הפירוק/דילול מורכבת בעיקר ממיכל הכנה, תסיסה ומד מפלס, המשמשים להמסה ודילול החומרים. על ידי הזרקת כמות מסוימת של מים למיכל ההכנה, הוספת החומר והפעלת המערבל, ניתן להכין חומר בריכוז ספציפי לשימוש יחידת המינון.

יחידת המינון מורכבת בעיקר ממיכל מינון, שסתום פליטה, שסתום מינון, שסתום איזון, שסתום הזנה ומערכות צנרת מסוימות. החלק התחתון של מיכל המינון מחובר לצינור מינון, המסתעף עוד יותר למספר תת-צינורות מינון-. כל צינורות המשנה למינון-מחוברים אחד-ל-אחד עם מספר צינורות ענפי אוורור, אשר בתורם מחוברים למספר תנורי בועות עדינות, ובכך משיגים את מטרת ניקוי תנורי הבועות העדינות.

במהלך היישום, נקדח חור של Φ15 מ"מ בכל צינור מסועף אוורור של מיכלי התגובה הביולוגית כפתח מינון, שדרכו הותקן צינור מינון ניילון כדי להעביר את הסוכן למאווררי הבועות העדינות, תוך הפחתת אובדן החומר. במקביל, נקדח חור נוסף בצינור ענף האוורור כצינור גז איזון להשוואת הלחץ בין מיכל המינון לצינור ענף האוורור. החורים שנקדחו בצינורות ענפי האוורור נאטמים עם פקקים במהלך פעולה רגילה, ואביזרי חיבור מהיר- מותקנים במהלך המינון כדי לאפשר התקנה והסרה מהירה.

3. יישום התקן ניקוי מינון מקוון

בניסוי ניקוי המינון המקוון הזה, הונחו תנורי הבועות העדינות במיכלים הביולוגיים. תמיסת ניקוי ספציפית הוזרקה לתוך ממברנות המאוורר הבועות העדינות דרך צינורות ענפי האוורור, מה שמאפשר לה לזרום לכיוון צד ההזנה כדי לפרק חומר אורגני הנדבק למשטח הממברנה, ובכך להחזיר את הפרש הלחצים הטרנסממברניים ולהשיג את אפקט הניקוי. התכנון הניסוי התבסס על שלושה משתנים: סוג הסוכן, ריכוז הסוכן וזמן הניקוי. ערכת הבדיקה מוצגת בטבלה 2.

3.1 ניתוח אפקט הניקוי של מינון מקוון

לאחר הניקוי, התבוננות חושית של משטח האוורור באתר הראתה גדלי בועות קטנים יותר שנמלטים ממשטח מיכל האוורור ואוורור אחיד יותר.איור 5מראה את המראה החושי של אוורור לפני ואחרי הניקוי.

לאחר ניקוי עם סוגים וריכוזים שונים של חומרים, המאווררים הראו באופן עקבי קצב זרימה מוגבר ולחץ צנרת מופחת, כאשר קצבי הזרימה שוחזרו. יעילות האוורור הוחזרה בדרגות שונות לאחר טיפול בשיטות ניקוי שונות. נתונים משולבים על זרימת אוויר מוגברת וירידה בלחץ בצנרת מצביעים על כך שלסוגי חומר, ריכוזים וזמני ניקוי שונים יש השפעות שונות על שיקום המאוורר.איורים 6 ו-7הצג את השינויים בקצב הזרימה והלחץ לפני ואחרי הניקוי, בהתאמה.

יעילות השיקום של מאווררים לאחר ניקוי נתרן הידרוקסיד הייתה מעט נמוכה מזו שלאחר חומצת לימון. המסיסות הגבוהה של נתרן הידרוקסיד במים מובילה לשחרור חום משמעותי עם פירוק. יחד עם ההיגרוסקופיות החזקה, הבסיסיות והקורוזיביות, תכונות אלו מחייבות לנקוט באמצעי זהירות נוספים בפעולות מעשיות. מנקודת המבט של בטיחות פעולת הניקוי, נתרן הידרוקסיד אינו חומר הניקוי המועדף. לכן, בעת בחירת חומרי ניקוי, יש להעריך בקפידה את בטיחותם ונוחות התפעול שלהם כדי להבטיח את בטיחות המפעיל ויעילות ניקוי מיטבית.

תוצאות הבדיקה הראו כי לאחר ניקוי מינון מקוון, האוורור במיכלים הביולוגיים נעשה אחיד יותר, קצב הזרימה של מאווררי בועות עדינות גדל, לחץ הצינור ירד באופן משמעותי, והשפעת הניקוי הייתה יוצאת דופן.

3.2 יתרונות טכניים

• מפחית את זמן ההשבתה: בהשוואה לניקוי פירוק מסורתי, ניקוי מינון מקוון אינו מצריך עצירת מערכת האוורור, הימנעות מהפרעות בתהליך הטיפול בשפכים ויעילות טיפול מופחתת הנגרמת כתוצאה מהשבתות.
• משפר את יעילות הניקוי: סוכנים יכולים לחדור עמוק לתוך הנקבוביות, ולנקות ביעילות קשה-כדי-להגיע לאזורים סתומים. לאחר היישום בכמה מתקני טיהור שפכים ביתיים, אחידות האוורור השתפרה באופן ניכר, ויעילות העברת החמצן עלתה באופן משמעותי.
• מפחית את עוצמת העבודה והעלויות: מבטל את הצורך בפירוק והרכבה ידנית של מאווררים, מפחית את העבודה הידנית ואת הסיכון לנזק לציוד מפירוק תכוף, ובכך חוסך בעלויות תחזוקה. עלות הניקוי הכימי המקוון עבור מאווררי בועות עדינות היא 0.47 RMB/טון, בעוד שהעלות של ניקוי ידני מסורתי עבור מאווררים ישנים היא 13.3 RMB/טון. ההערכה היא שהחיסכון השנתי בעלויות ניקוי מאיר בועות עדינות מסתכם ב-515,000 יואן. בהשוואה לניקוי ידני מסורתי של מאווררים ישנים, ניקוי כימי מקוון מציע יתרונות כלכליים משמעותיים.
• מאריך את תוחלת החיים של ציוד אוורור: באמצעות ניקוי כימי מקוון, השפעת האוורור של מאווררי בועות עדינות משתפרת ביעילות, משפרת את ביצועי המאוורר, ובמידה מסוימת, מאריכה את חיי השירות של ציוד האוורור, ומפחיתה למעשה את עומס המפוחים.
• מספק אפשרויות נוספות לתזמון ייצור ותכניות תחזוקה: באמצעות ניקוי כימי מקוון, חלוקת הבועות הופכת אחידה יותר, לחץ צינור האוויר מופחת ביעילות, קצב הזרימה עולה משמעותית, משפר מאוד את קצבי העברת החמצן ומתן ערובה מוצקה לוויסות איכות המים.

4. מסקנה

טכנולוגיית ניקוי כימי מקוונת עבור מאווררי בועות עדינות מחזיקה בערך יישום משמעותי במפעלי טיהור שפכים. באמצעות היישום הרציונלי שלו, ניתן לפתור ביעילות בעיות סתימה במאווררי בועות עדינות, לשפר את ביצועי מערכת האוורור, להפחית את זמן ההשבתה ואת עלויות התפעול ולהבטיח תפעול יציב ויעילה של מתקני טיהור שפכים. המגבלות של ניקוי ידני מסורתי יניעו את התעשייה לכיוון ניקוי מקוון. הופעתם של ציוד חדש ומערכות בקרה חכמות מפחיתה משמעותית את הקושי התפעולי של ניקוי מקוון. יחד עם מדיניות ותקנות סביבתיות בדגש על ניטרליות פחמן ומיחזור משאבי מים, אשר יקדם בעקיפין את היישום של טכנולוגיית ניקוי מקוונת. בעתיד, ניתן לבצע אופטימיזציה של פורמולציות של סוכנים, וניתן לחקור טכנולוגיות ניקוי סינרגטיות מרובי-סוכנים. בנוסף, ניתן להמשיך באסטרטגיות בקרת מינון ומחקר על מודיעין ציוד כדי להתאים טוב יותר לצרכים של מתקני טיהור שפכים שונים.