אפיון זיהומים וביצועי אוורור שחזור של מפזר נקבוביות עדינות- במפעלי טיהור שפכים
כשלב קריטי בתהליך הבוצה המופעלת של מתקני טיהור שפכים עירוניים (WWTP), אוורור לאספקת חמצן מספק לא רק מספיק חמצן כדי לקיים את פעילויות החיים הבסיסיות של מיקרואורגניזמים, אלא גם שומר על הבוצה מרחפת, ומקל על ספיחה והסרה של מזהמים. אוורור הוא גם היחידה הצורכת-האנרגיה הגבוהה ביותר בשטחי שטיפת מים, ומהווה 45% עד 75% מצריכת האנרגיה הכוללת של המפעל. לפיכך, הביצועים של מערכת האוורור משפיעים ישירות על יעילות הטיפול ועלויות התפעול של שטיפת המים. ציוד אוורור הוא מרכיב מרכזי של מערכת האוורור, כאשר מאווררי בועות עדינות הם הנפוצים ביותר בשימוש בשטחי WWTP עירוניים בשל יעילות העברת החמצן הגבוהה שלהם (OTE). עם זאת, במהלך-פעולה ארוכת טווח, בהכרח מצטברים מזהמים על פני השטח ובתוך הנקבוביות של המאווררים. כדי להבטיח את איכות הקולחים, נדרשת אספקת אוויר נוספת ממפוחים, המובילה לצריכת אנרגיה מוגברת. יתר על כן, זיהום מחמיר את סתימת הנקבוביות ומשנה את חומר המאוורר. אובדן הלחץ (לחץ רטוב דינמי, DWP) של רכיבי המאוורר גדל במהלך פעולה ממושכת, מעלה את לחץ האוויר היוצא של המפוח וגורם לבזבוז אנרגיה נוסף.
מזהמים המצטברים על פני השטח ובתוך הנקבוביות של מאווררי בועות עדינות כוללים עכירות ביולוגית, אורגנית ואנאורגנית. זיהומים אורגניים נובעים מספיחת ומשקעים של חומרים אורגניים ושקיעת הפרשות מיקרוביאליות. זיהומים אנאורגניים מורכבים בדרך כלל ממשקעים כימיים הנוצרים על ידי קטיונים רב ערכיים, כגון תחמוצות מתכות. בהתבסס על האם ניתן להסירם על ידי ניקוי פיזי, מזהמים יכולים להיות מסווגים כזיהומים הפיכים פיזית או בלתי הפיכים פיזית. ניתן להסיר זיהומים הפיכים פיזית בשיטות פיזיות פשוטות כמו קרצוף מכני, מכיוון שמזהמים אלו מחוברים באופן רופף למשטח המאוורר. אי אפשר להעלים זיהומים בלתי הפיכים על ידי ניקוי פיזי ודורש ניקוי כימי יסודי יותר. בתוך זיהומים בלתי הפיכים פיזית, מזהמים שניתן להסיר על ידי ניקוי כימי נקראים זיהומים הפיכים כימיים, בעוד אלו שלא ניתן להסירם אפילו על ידי ניקוי כימי נחשבים לעיכול בלתי ניתן להשבתה.
נכון לעכשיו, מאווררי בועות עדינות בשימוש מקומי כוללים חומרי גומי מסורתיים כגון מונומר אתילן פרופילן דין (EPDM) וחומרים חדשים יותר כמו פוליאתילן בצפיפות- גבוהה (HDPE). שכבת חלוקת הגז של מאווררי HDPE נוצרת על ידי ציפוי צינור אספקת האוויר הפנימי בפולימר מותך, עם קוטר נקבוביות בקירוב (4.0 ± 0.5) מ"מ. HDPE מציע תכונות כימיות, מכניות ועמידות בפני פגיעות טובות וחיי שירות ארוכים. עם זאת, גדלי הנקבוביות שלו אינם עקביים ומפוזרים בצורה לא אחידה, מה שהופך אותם מועדים לשקיעת מזהמים. חומר EPDM גמיש ביותר, עם נקבוביות שנוצרו על ידי חיתוך מכני. למאווררי EPDM יש מספר גבוה יותר של נקבוביות ליחידת שטח, מה שמייצר בועות קטנות יותר (מינימום של 0.5 מ"מ). האופי ההידרופילי של קרום הגומי מעדיף גם היווצרות בועות. עם זאת, מיקרואורגניזמים נוטים להיצמד ולצמוח על משטחי EPDM, תוך שימוש בפלסטיקאים כמצע. במקביל, צריכת חומרים פלסטיים גורמת לחומר המאוורר להתקשות, מה שמוביל בסופו של דבר לנזקי עייפות ולקיצור חיי השירות. לכן, יש צורך לחקור את דפוסי הצטברות המזהמים בשני החומרים הללו ואת השינויים הנובעים מכך ביעילות העברת החמצן ואובדן הלחץ.
מחקר זה לקח מאווררי בועות עדינות שהוחלפו לאחר שנים של פעילות משני צינורות שטיפה עירוניים עם תנאי תהליך דומים כמו נושאי מחקר. מזהמים על המאווררים חולצו ואופיינו שכבה אחר שכבה לזיהוי מרכיביהם העיקריים. בהתבסס על כך, הוערכה היעילות של שיטות הניקוי בהחזרת יעילות העברת החמצן של המאווררים, במטרה לספק נתונים בסיסיים והתייחסויות טכניות לפעולה אופטימלית ויציבה לטווח ארוך של מערכות אוורור בועות עדינות.
1 חומרים ושיטות
1.1 מבוא למכוני טיהור שפכים
שני משטחי המים נמצאים בשנחאי ומשתמשים בתהליך האנאירובי-Anoxic-Oxic (AAO) כטיפול הליבה. WWTP A משתמש בתא גרגירי מערבולת + AAO קונבנציונלי + מסנן סיבים- ביעילות גבוהה + תהליך חיטוי UV. WWTP B משתמש בתא חצץ מאוורר + AAO קונבנציונלי + מיכל שקיעה ביעילות גבוהה- + תהליך חיטוי UV. שני המפעלים עומדים ביציבות בתקן דרגה A של "תקן הזרמה של מזהמים למפעלי טיהור שפכים עירוניים" (GB 18918-2002). עיצוב ופרמטרים תפעוליים ספציפיים מוצגים בטבלה 1.
1.2 מיצוי ואפיון של מזהמי מאוורר
מאווררי הבועות העדינות ששימשו בניסויים היו מאוורר HDPE צינורי (Ecopolemer, אוקראינה) שנאסף מצמח A ומאוורר EPDM צינורי (EDI-FlexAir, ארה"ב) שנאסף מצמח B. התמונות של שניהם מוצגות ב-איור 1. צינור ה-HDPE הישן היה בפעולה במשך 10 שנים, עם מידות D×L=120 מ"מ×1000 מ"מ וקוטר נקבוביות של (4±0.50) מ"מ, המסוגל לייצר בועות עדינות של 2~5 מ"מ. צינור ה-EPDM הישן פעל במשך 3 שנים, עם מידות D×L=91 מ"מ×1003 מ"מ, ויצר בועות עדינות של 1.0~1.2 מ"מ, בקוטר בועות מינימלי של 0.5 מ"מ.
צינורות ה-HDPE וה-EPDM הישנים הוצאו מהמיכלים האירוביים, הונחו על ניילון נצמד ונשטפו במים מפושטים. קרצוף מכני בוצע באמצעות להב מעוקר-להבה כדי לגרד מזהמים המחוברים למשטח המאוורר.
כדי להמשיך ולחקור את ההשפעה של זיהום על ביצועי העברת החמצן, בוצע ניקוי כימי על צינור ה-HDPE. לאחר קרצוף מכני, צינור ה-HDPE הושרה בתמיסות 5% HCl ו-5% NaClO למשך 24 שעות בהתאמה. הצינורות הישנים, הצינורות ששופשפו באופן מכני והצינורות המנוקו כימי יובשו בתנור של 60 מעלות (דגם XMTS-6000) למשך 60 שעות. לאחר מכן נבדקו המשטחים שלהם באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM, דגם JSM-7800F, יפן), ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDX, Oxford Instruments, בריטניה) ומיקרוסקופ סריקת לייזר קונפוקלית (CLSM, דגם TCS SP8, גרמניה). תמיסת הניקוי של HCl עברה סינון דרך ממברנה של 0.45 מיקרומטר, וניתוח כמותי של קטיונים רב ערכיים (כולל יוני Ca, Mg, Al, Fe וכו') בוצע באמצעות ספקטרומטריית פליטה אופטית פלזמה מחוברת אינדוקטיבית (ICP, דגם ICPS-7510, יפן). מכיוון ש-HCl ו-NaClO יכולים לגרום לדנטורציה ולהזדקנות של קרום ה-EPDM, ניקוי כימי לא בוצע על צינור ה-EPDM. צינור ה-EPDM נחתך לחתיכות קרום בגודל 5 ס"מ × 5 ס"מ והוספג ב-HCl לניתוח כמותי של קטיונים רב ערכיים בתמיסה.
1.3 בדיקת מכשיר ושיטה לביצועי העברת חמצן במאוורר
ביצועי העברת החמצן של מאווררי הבועות העדינות נבדקו על פי "קביעת ביצועי העברת החמצן במים נקיים של אווררי בועות עדינות" (CJ/T 475-2015). הגדרת הבדיקה מוצגת באיור 2.
המכשיר הוא מבנה נירוסטה-בגודל 1.2 מ' × 0.3 מ' × 1.4 מ', עם חלונות צפייה מזכוכית אורגנית משני הצדדים. המאוורר היה קבוע בתחתית המרכז באמצעות תומך מתכת, עם עומק טבילה של 1.0 מ'. מנתח איכות מים מרובה-פרמטרים (Hach HQ30D, ארה"ב) שימש לניטור ריכוז החמצן המומס (DO) בזמן אמת-. נתרן סולפיט נטול מים שימש כחומר ניקוי החמצן, וקובלט כלוריד כזרז. קריאת מד הלחץ ייצגה את הלחץ הרטוב הדינמי של המאוורר (DWP, kPa). תוצאות המדידה תוקנו עבור טמפרטורה, מליחות ו-DO. יעילות העברת החמצן הסטנדרטית (SOTE,%) שימשה כמדד ההערכה.
צריכת אנרגיית המפוח קשורה הן לקצב זרימת אספקת האוויר והן ללחץ האוויר ביציאה, המושפעים מה-SOTE וה-DWP של המאוורר, בהתאמה. לכן, נעשה שימוש במדד צריכת אנרגיית אוורור J (kPa·h/g), המייצג את ההשפעה המשולבת של SOTE ו-DWP, כדי להעריך את ביצועי המאוורר. הוא מוגדר כאובדן הלחץ שעל המאוורר להתגבר על כל יחידת מסה של חמצן המועבר. J מחושב מהשיפוע של התאמת הרגרסיה הליניארית בין DWP/SOTE וקצב זרימת האוויר (AFR), כפי שמוצג במשוואה הבאה:
אֵיפֹה:
AFRהוא קצב זרימת האוויר, m³/h;
ρאֲוִירהיא צפיפות האוויר, נלקחת כ-1.29 × 10³ g/m³ ב-20 מעלות;
yO2הוא תכולת החמצן באוויר, נלקחת כ-0.23 גרם O₂/ג אוויר.
2 תוצאות וניתוח
2.1 ביצועי העברת חמצן של מאווררים חדשים, ישנים ומנוקים
איור 3מציג את ה-SOTE וה-DWP של המאווררים בקצבי זרימת אוויר שונים.
מתוך איורים 3(א) ו-(ב), ערכי ה-SOTE עבור צינורות ה-HDPE החדשים וה-EPDM החדשים היו (7.36±0.53)% ו-(9.68±1.84)%, בהתאמה. שפופרת ה-EPDM מייצרת בועות קטנות יותר עם שטח פנים ספציפי גדול יותר, ומגדילה את שטח המגע עם הנוזל וזמן השהייה של הגז, ובכך מביאה ל-SOTE גבוה יותר. ה-SOTE של שני המאווררים ירד עם הגדלת ה-AFR מכיוון ש-AFR גבוה יותר מגביר את מספר הבועות ואת המהירות ההתחלתית, מה שמוביל להתנגשויות בועות רבות יותר ולהיווצרות בועות גדולות יותר, מה שמפריע להעברת חמצן משלב גז לפאזה נוזלית. ה-SOTE של צינור ה-EPDM הראה מגמת ירידה בולטת יותר עם הגדלת AFR בהשוואה לשפופרת HDPE. הסיבה לכך היא שהנקבוביות של מאוורר HDPE קשיחות ואינן משתנות עם AFR, בעוד שהנקבוביות של מאוורר EPDM גמישות ופתוחות יותר עם AFR מוגבר, יוצרות בועות גדולות יותר ומפחיתות עוד יותר את SOTE.
לאחר פעולה ממושכת-, ה-SOTE של שפופרת ה-HDPE ירד ל-(5.39±0.62)%, ירידה של 26.7%, בעיקר עקב הצטברות מזהמים שסותמת את הנקבוביות והפחתת מספר הנקבוביות היעילות ליצירת בועות. קרצוף מכני העלה את ה-SOTE של שפופרת HDPE ל-(5.59±0.66)%, אך ההתאוששות לא הייתה משמעותית, אולי בגלל שמזהמים על שפופרת HDPE לא רק היו מחוברים למשטח אלא גם הושקעו בתוך הנקבוביות, מה שמקשה על הסרה באמצעות קרצוף מכני. Jiang et al. מצא כי NaClO יכול להסיר ביעילות מזהמים מצינורות HDPE ולשחזר את ביצועי האוורור שלהם. לאחר ניקוי NaClO, ה-SOTE של צינור ה-HDPE התאושש ל-(6.14±0.63)%, שהם 83.4% מרמת הצינור החדש, עדיין לא הצליח להתאושש במלואו. הסיבה לכך היא שבמשך פעולה ממושכת, מזהמים מתחברים היטב, משנים את מבנה הנקבוביות, חוסמים את זרימת האוויר, מגבירים את התלכדות הבועות, מפחיתים את שטח הפנים הספציפי של הבועות ואת זמן השהייה, ובכך מעכבים את העברת החמצן. במקביל, זיהום גורם לפיזור אוויר לא אחיד, ופוגע בביצועים הכוללים.
ה-SOTE של צינור ה-EPDM הישן ירד ל-(9.06±1.75)%, ירידה של 6.4%. מלבד סתימת נקבוביות מהצטברות מזהמים, זיהומים ביולוגיים צורכים חומרים פלסטיים בחומר, מקשיחים את המאוורר ומעוותים את הנקבוביות. הנקבוביות המעוותות אינן יכולות לחזור למצבן המקורי, מה שיוצר בועות גדולות יותר ומוריד את ה-SOTE. קרצוף מכני העלה את ה-SOTE של צינור ה-EPDM ל-(9.47±1.87)%, וכמעט החזיר אותו לרמת הצינור החדש, מה שמעיד על כך שמזהמים על צינור ה-EPDM היו מחוברים באופן רופף למשטח וניתן להסירם בעיקר על ידי קרצוף מכני.
מאיורים 3(c) ו-(d), ה-DWP של צינור ה-EPDM החדש היה (6.47±0.66) kPa, גבוה משמעותית מזה של צינור ה-HDPE החדש [(1.47±0.49) kPa]. הסיבה לכך היא שקוטר הנקבוביות של צינור ה-EPDM קטן יותר מזה של צינור ה-HDPE, וכתוצאה מכך התנגדות גדולה יותר כאשר בועות נלחצות דרכן. לאחר פעולה- ארוכת טווח, ה-DWP של צינור ה-HDPE הישן עלה ל-(4.36±0.56) kPa, פי 2.97 מזה של הצינור החדש. העלייה ב-DWP קשורה הן למידת סתימת הנקבוביות והן לשינויים בחומר. קרצוף מכני הפחית את ה-DWP של שפופרת HDPE לפי 2.25 מזה של השפופרת החדשה. ניקוי NaClO הפחית אותו עוד יותר ל- (2.04±0.45) kPa, פי 1.39 מזה של הצינור החדש. זה שוב מצביע על כך שרוב המזהמים על צינור ה-HDPE הופקדו בתוך הנקבוביות ולא ניתן היה להסירם ביעילות על ידי קרצוף מכני, מה שדורש ניקוי NaClO כדי לשחזר את הביצועים. ה-DWP של צינור ה-EPDM הישן עלה ל- (8.10 ± 0.94) kPa, פי 1.25 מזה של הצינור החדש, וירד לפי 1.10 לאחר קרצוף מכני.
איור 4מציג את השינוי של DWP/SOTE (מסומן כ-DWP') עם AFR עבור המאווררים.
נעשה שימוש במשוואת רגרסיה ליניארית כדי להתאים את DWP' לעומת AFR, ופרמטר צריכת האנרגיה J התקבל מהשיפוע. ערכי J עבור צינורות ה-HDPE החדשים וה-EPDM החדשים היו 0.064 ו-0.204 kPa·h/g, בהתאמה, מה שמצביע על כך שלכל יחידת מסה חמצן המועברת, צינור ה-EPDM חייב להתגבר על אובדן לחץ גדול יותר. בזמן ההחלפה, ערכי J עבור צינורות HDPE ו-EPDM עלו ל-0.251 ו-0.274 kPa·h/g, בהתאמה. התכלות של המאוורר המובילה לאובדן לחץ מוגבר עלולה להשפיע על פעולת בטוחה של המפוח. לאחר קרצוף מכני, ערכי J עבור צינורות HDPE ו-EPDM ירדו ל-0.184 ו-0.237 kPa·h/g, בהתאמה. ניתן להשתמש בשינויים ב-J לניתוח כמותי של מזהמי מאוורר. ההבדל ב-J בין הצינור הישן לצינור המשופשף באופן מכני נגרם כתוצאה מעיבוי הפיך פיזית. ההבדל בין הצינור המשופשף באופן מכני לבין הצינור החדש נגרם על ידי עכירות בלתי הפיכה פיזית. ההבדל בין הצינור הנקרצף מכני לבין הצינור המנוקה כימי נגרם כתוצאה מזיהומים הפיכים מבחינה כימית, בעוד שההבדל בין הצינור שנוקה כימית לצינור החדש נגרם מריגוש בלתי ניתן להשבתה. איור 5 מציג את השינויים בפרמטר צריכת האנרגיה J עבור המאווררים.
מִןאיור 5, עבור שפופרת ה-HDPE, עכירות הפיכה פיזית ובלתי הפיכה פיזית היוו 35.8% ו-64.2% מסך הזיהום, בהתאמה. בתוך העווית הבלתי הפיכה פיזית, עכירות הפיכה כימית ובלתי ניתנת להשבתה היוו 42.8% ו-21.4%, בהתאמה. עבור צינור EPDM, עכירות הפיכה פיזית ובלתי הפיכה פיזית היוו 52.9% ו-47.1%, בהתאמה. עכירות בלתי ניתנת להחלמה אינה מופיעה בתחילה אלא מצטברת עם הזמן, ובסופו של דבר קובעת את חיי השירות של המאוורר. לכן, יש לקבוע לוחות זמנים סבירים של ניקוי כדי להאט את המעבר מעווית הפיכה לבלתי הפיכה ולמזער את הצטברות של עכירות בלתי ניתנת להחלמה.
2.2 תצפית SEM של אוורורים חדשים, ישנים ומנוקים
איור 6מציג תמונות SEM של משטחים של מאווררים חדשים, ישנים ומקרצפים מכנית. המבנה הנקבובי של צינור ה-HDPE החדש נראה בבירור, בעוד פני השטח של צינור ה-EPDM החדש חלקים עם נקבוביות נקיות -חתוכות. לאחר מספר שנים של פעילות, מורפולוגיה פני השטח של שני המאווררים השתנתה באופן משמעותי. מזהמים לא אחידים דמויי מוט- ומגושם כיסו לחלוטין את פני השטח, עם אגרגטים מזהמים מסביב ובתוך הנקבוביות, מעכבים את העברת החמצן ואובדן הלחץ מגביר. לאחר קרצוף מכני, רוב המזהמים על פני צינור ה-EPDM הוסרו, אך הנקבוביות נותרו סתומות. עבור צינור ה-HDPE, עובי השכבה המזהמת ירד, אך הנקבוביות עדיין היו מכוסות.
2.3 ניתוח זיהומים אנאורגניים של אוורורים חדשים, ישנים ומנוקים
EDX שימש לניתוח נוסף של הרכב היסודות העיקרי של משטחי המאוורר, עם התוצאות המוצגות בטבלה 2. פחמן, חמצן, ברזל, סיליקון וסידן זוהו על משטחי HDPE ו-EPDM כאחד. שפופרת HDPE הכילה גם מגנזיום, בעוד שפופרת EPDM הכילה אלומיניום. ניתן להסיק שמזהמים אנאורגניים על שפופרת ה-HDPE היו דו תחמוצת הסיליקון, סידן קרבונט, מגנזיום קרבונט ופוספט ברזל, בעוד שאלו על שפופרת ה-EPDM היו דו תחמוצת הסיליקון ותחמוצת אלומיניום. משקעים אנאורגניים אלו נוצרו כאשר ריכוזי היונים האנאורגניים מהשפכים העירוניים והבוצה הפעילה הגיעו לרוויה על פני המאוורר. לאחר קרצוף מכני, האלמנטים האנאורגניים על משטחי המאוורר הראו הבדל קטן בהשוואה לצינורות הישנים, מה שמעיד על כך שקרצוף מכני אינו יכול להסיר ביעילות מזהמים אנאורגניים. קים וחב' מצא כי לאחר פעולה ממושכת-, מזהמים אנאורגניים מתכסים במזהמים אורגניים, נצמדים היטב לפני השטח ובתוך הנקבוביות, מה שמקשה על הסרה באמצעות קרצוף מכני.
לאחר ניקוי HCl, יוני מתכת על משטחי המאוורר הוסרו לחלוטין. HCl הרס חלק מהשכבה האורגנית המכסה את פני השטח, חדר אליו והגיב עם יוני מתכת, והסיר משקעים אנאורגניים באמצעות נטרול ופירוק. תמיסת הניקוי HCl המשמשת להשריית המאווררים נותחה על ידי ICP כדי לחשב את התוכן של מזהמים אנאורגניים. תכולת Ca, Mg ו-Fe עבור צינור ה-HDPE היו 18.00, 1.62 ו-13.90 מ"ג/סמ"ר, בהתאמה, בעוד שבשפופרת EPDM, תכולת Ca, Al ו-Fe הייתה 9.55, 1.61 ו-3.38 מ"ג/סמ"ר, בהתאמה.
2.4 ניתוח זיהומים אורגניים של אווררים חדשים, ישנים ומנוקים
כדי לבחון כמותית את התפלגות המזהמים האורגניים, נעשה שימוש בתוכנת Image J כדי לחשב את נפח הביולוגי ויחס הכיסוי של המצע של סך התאים, פוליסכרידים וחלבונים מצילומי מיקרוגרפיה CLSM, כאשר ממוצעים נלקחו כתוצאות סופיות (איור 7).
מתוך איור 7(א), חלבונים וסך התאים היו המרכיבים העיקריים של מזהמים אורגניים בצינורות HDPE ו-EPDM, בהתאמה, עם נפחים כוללניים מקסימליים שהגיעו ל-7.66×10⁵ ו-7.02×10⁵ מיקרומטר. נפח התא הכולל בצינור ה-EPDM היה פי 2.5 מזה של צינור ה-HDPE, בהתאם לממצאים של Garrido-Baserba וחב', שדיווחו על ריכוז DNA כולל גבוה יותר במאווררי EPDM ישנים בהשוואה לחומרים אחרים. Wanger et al. מצאו שכאשר מיקרואורגניזמים מתחברים לצינורות EPDM, אם הסביבה הסובבת חסרה מצע אורגני מספיק, הם פנו להשתמש במכבוש ממברנות EPDM. מיקרואורגניזמים יכולים לנצל חומרים פלסטיים כמקור פחמן, להאיץ את הצמיחה והרבייה, ובכך להעצים את הזיהום הביולוגי על פני ה-EPDM. תכולת הפוליסכרידים והחלבון בצינור ה-EPDM היו נמוכים בהרבה מאלו בצינור ה-HDPE, אולי בשל גיל הבוצה הגבוה בצמח B בהשוואה לצמח A, מה שהוביל לריכוז נמוך יותר של חומר פולימרי חוץ-תאי (EPS). כמרכיבים עיקריים של EPS, חלבונים ופוליסכרידים המופרשים על ידי מיקרואורגניזמים הפכו למקורות משמעותיים של מזהמים אורגניים על פני צינור ה-HDPE בצמח A.
לאחר קרצוף מכני, הכמויות של סך התאים, הפוליסכרידים והחלבונים בצינור ה-HDPE ירדו ב-1.49×10⁵, 0.13×10⁵ ו-1.33×10⁵ μm³, בהתאמה. בצינור EPDM, הירידות המתאימות היו 2.20×10⁵, 1.88×10⁵ ו-2.38×10⁵ מיקרומטר, בהתאמה. זה מצביע על כך שקרצוף מכני יכול להפחית זיהומים אורגניים במידה מסוימת.
עם זאת, עבור צינור ה-HDPE, שטח כיסוי המצע של פוליסכרידים וחלבונים גדל לאחר קרצוף מכני -מ-2.75% ו-6.28% ל-4.67% ו-7.09%, בהתאמה [איור 7(ב)]. זה התרחש מכיוון שלחומרים פולימריים חוץ-תאיים (EPS) יש צמיגות גבוהה. כתוצאה מכך, לקרצוף מכני הייתה ההשפעה הנגדית של הפצת חלבונים, פוליסכרידים ומזהמים אנאורגניים באופן נרחב יותר על פני השטח של צינור ה-HDPE, מה שהוביל לכיסוי שטח גדול יותר. זה כנראה מסביר מדוע קרצוף מכני לא הצליח לשחזר באופן משמעותי את יעילות האוורור של שפופרת HDPE.
לאחר ניקוי NaClO, סך התאים, הפוליסכרידים והחלבונים על צינור ה-HDPE ירד ב-2.34×10⁵, 3.42×10⁵ ו-4.53×10⁵ מיקרומטר, בהתאמה, והראה יעילות הסרה גבוהה משמעותית מאשר קרצוף מכני. NaClO מחמצן קבוצות פונקציונליות של מזהמים אורגניים לקטונים, אלדהידים וחומצות קרבוקסיליות, מגביר את ההידרופיליות של תרכובות האב ומפחית את היצמדות המזהמים למאוורר. יתר על כן, קבוצות בוצה וקולואידים יכולים להתפרק על ידי חומרים מחמצנים לחלקיקים עדינים ולחומר אורגני מומס.
3 מסקנות
①ערכי SOTE עבור צינורות ה-HDPE החדשים וה-EPDM החדשים היו (7.36±0.53)% ו-(9.68±1.84)%, בהתאמה. ה-SOTE של צינור ה-EPDM הראה מגמת ירידה בולטת יותר עם הגדלת AFR בהשוואה לשפופרת HDPE. הסיבה לכך היא שהנקבוביות של מאוורר HDPE קשיחות ואינן משתנות עם AFR, בעוד שהנקבוביות של מאוורר EPDM גמישות ופתוחות יותר עם AFR מוגבר, יוצרות בועות גדולות יותר ומפחיתות עוד יותר את SOTE.
②עקב הצטברות מזהמים על פני השטח ובתוך הנקבוביות, יעילות העברת החמצן של שפופרת HDPE ירדה ב-26.7%, ואובדן הלחץ שלו גדל פי 2.97 מזה של הצינור החדש. מכיוון שרוב המזהמים על צינור ה-HDPE הופקדו בתוך הנקבוביות, קרצוף מכני לא היה יעיל. לאחר ניקוי כימי, ה-SOTE של שפופרת HDPE התאושש ל-83.4% מרמת השפופרת החדשה, וה-DWP ירד לפי 1.39 מזה של השפופרת החדשה, והראה שיפור משמעותי בביצועים. עם זאת, עקב שקיעת מזהמים, הוא לא הצליח להתאושש במלואו למצבו המקורי. עבור צינור ה-HDPE, עכירות הפיכה פיזית, הפיכה כימית ובלתי ניתנת להשבתה היוו 35.8%, 42.8% ו-21.4%, בהתאמה.
③לאחר פעולה-ת לטווח ארוך, יעילות העברת החמצן של שפופרת ה-EPDM ירדה ב-6.4%, ואובדן הלחץ שלה גדל פי 1.25 מזה של השפופרת החדשה. לאחר קרצוף מכני, ביצועי האוורור של צינור ה-EPDM כמעט שוחזרו לרמה של הצינור החדש, מה שמעיד על כך שמזהמים על צינור ה-EPDM היו מחוברים בצורה רופפת למשטח וניתן להסירם במידה רבה על ידי קרצוף מכני. עבור צינור EPDM, עכירות הפיכה פיזית ובלתי הפיכה פיזית היוו 52.9% ו-47.1%, בהתאמה.
④חלבונים היו המרכיב העיקרי של מזהמים אורגניים בצינור ה-HDPE, בעוד שכל התאים היו המרכיב העיקרי בצינור ה-EPDM. הסיבה לכך היא שמיקרואורגניזמים מנצלים חומרים פלסטיים בחומר ה-EPDM כמקור פחמן, ומאיצים את צמיחתם ורבייתם, ובכך מגבירים את ההתכלות הביולוגית במאווררי חומרי EPDM.