ביצועי אוורור בועות עדינות בתהליך AAO: ניתוח עונתי (קיץ לעומת חורף)

מדידת ביצועים והערכה של מערכת אוורור בועות עדינות בתהליך AAO במהלך הקיץ והחורף

רוב המפעלים העירוניים לטיפול בשפכים (WWTP) בסין מנצלים תהליכים ביולוגיים אירוביים כדי להסיר חומר אורגני, חנקן, זרחן ומזהמים אחרים ממי שפכים. אספקת חמצן מומס (DO) במים היא תנאי הכרחי לשמירה על דרישת חיים של חיידקים ויעילות הטיפול בתהליך הביולוגי האירובי. כתוצאה מכך,יחידת האוורור היא הליבה של הטיפול הביולוגי האירובי בשפכים. במקביל, מערכת האוורור היא גםיחידת{0}}האנרגיה העיקריתב-WWTP, חשבונאות עבור45% עד 75% מצריכת האנרגיה הכוללת של המפעל. מלבד התנאים התפעוליים, צריכת האנרגיה של מערכת האוורור מושפעת מגורמים כמו איכות מי שפכים ותנאי סביבה. ברוב האזורים בסין יש ארבע עונות ברורות, גשמים בשפע ושונות טמפרטורות עונתיות משמעותיות. גשמים בקיץ מדללים את ריכוז המזהמים המשפיעים של חומרי ניקוי מים, בעוד שטמפרטורות חורף נמוכות משפיעות על פעילות החיידקים, ובכך משפיעות על איכות הקולחים. תנודות בקצב הזרימה ובאיכות ההשפעה מציבות גם אתגרים עבור השליטה המדויקת של מערכת האוורור בשטחי שטיפת מים. ללא הבנה מספקת של השינויים בביצועי העברת החמצן של מפיצי בועות עדינות ותחזוקתם במהלך הפעולה, היתרון של יעילות העברת חמצן גבוהה (OTE) של מערכות אוורור בועות עדינות לא ניתן לניצול מלא, מה שמוביל לבזבוז אנרגיה.

הסוג הנפוץ ביותר כיום הואמפזר בועות עדינות, שביצועיו קשורים ישירות לצריכת האנרגיה התפעולית של מערכת האוורור. שיטות למדידת ביצועי העברת החמצן של מפיצי בועות עדינות כוללות בדיקות סטטיות (כגון בדיקת מים נקיים) ובדיקות דינמיות (כגון שיטת ניתוח הגז-כבוי). מחקר על בדיקות סטטיות מתמקד בעיקר בסימולציות בקנה מידה מעבדתי-, בעוד ששיטות בדיקה דינמיות מדווחות רק לעתים רחוקות בגלל גורמים כמו דרישות אתר בדיקה ומגבלות בדיקות בשטח. נכון לעכשיו, סין קבעה רק תקנים רלוונטיים לשיטת בדיקת המים הנקיים. במהלך ההפעלה בפועל, ביצועי העברת החמצן של מפזרים מושפעים מגורמים כמו איכות ההשפעה, מאפייני הבוצה, תנאי הפעולה והתכלות של המפזרים. הביצועים בפועל שונים באופן משמעותי מתוצאות בדיקת מים נקיים, מה שמוביל לסטיות ניכרות בעת שימוש בנתוני מים נקיים כדי לחזות את דרישת אספקת האוויר בפועל. היעדר שיטות ניטור אפקטיביות לביצועי יעילות אנרגטית של מערכת האוורור בשטחי WWTP מביא לבזבוז אנרגיה. לכן, יש צורך למדוד ולהעריך את ביצועי העברת החמצן של מפזרים במהלך הפעולה בפועל כדי להנחות התאמות בזמן של אסטרטגיות אוורור ולסייע בהשגת חיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה במערכות אוורור. המחקר הזה לוקחתחנת מים עירונית בשנחאי כדוגמה. באמצעות מדידות שדה של ריכוז המזהמים במיכל האירובי ודפוסי השונות של OTE לאורך המסלול של מערכת אוורור הבועות העדינות בקיץ ובחורף, נמדדו והערכו באופן שיטתי יעילות הסרת המזהמים וביצועי מערכת האוורור. המטרה היא לחקור את ההשפעה של שינויים עונתיים על ביצועי העברת החמצן של מערכת האוורור, ולספק הדרכה לשליטה מדויקת ולפעולה-חסכון באנרגיה של מערכות אוורור בטיפול בשפכים.

1. חומרים ושיטות

1.1 סקירה תפעולית של WWTP

תחנת המים העירונית של שנחאי משתמשת בשילוב תהליכים שלטיפול מקדים + תהליך AAO + מסנן סיבי מיטה עמוקה + חיטוי UV. הקיבולת הטיפול היא 3.0×10⁵ m³/d. זרימת התהליך העיקרית של WWTP מוצג באיור 1. המשפיע הוא בעיקרביוב ביתי, והקולחים עומדים בתקן דרגה A של "תקן הזרמה של מזהמים למפעלי טיהור שפכים עירוניים" (GB 18918-2002) לפני הזרמה לנהר היאנגצה. זמני השמירה ההידראולית (HRT) עבור המיכל האנאירובי, המיכל האנוקסי והמיכל האירובי של המיכל הביולוגי במפעל זה הם 1.5 שעות, 2.7 שעות ו-7.1 שעות, בהתאמה. יחס הריפלוקס הפנימי ויחס הריפלוקס החיצוני הם שניהם 100%. גיל הבוצה נשלט בין 10-15 ימים. במפעל יש בסך הכל 8 מיכלים אירוביים. מיכל אירובי יחיד בגודל 116.8 מ' × 75.1 מ' × 7.0 מ' (L × W × H), בנפח של 11,093 מ"ק. ריכוז המוצקים המרחפים (MLSS) נשלט בסביבות 4 גרם/ליטר. החלק התחתון מצויד במפזרי בועות עדינות צינורות מפוליאתילן Ecopolemer האוקראיני, בגודל 120 מ"מ × 1,000 מ"מ (D × L). יחס האוויר-ל-מים הוא 5.7:1. כל מיכל אירובי מורכב מ-3 ערוצים (אזור 1, אזור 2 ואזור 3). בהתבסס על ריכוז ה-DO שנמדד על ידי מדי זרימת גז בתוך התעלות, השבטים המכוונים של מפוחים צנטריפוגליים חד-שלביים (4 פעילים, 2 במצב המתנה) מותאמים כדי לשמור על ריכוז ה-DO במיכל האירובי בין 2-5 מ"ג/ליטר. לכל מפוח יש קצב זרימת אוויר מדורג של 108 מ"ק לדקה, לחץ של 0.06 קילוואט והספק של 160 קילוואט. כל ערוץ נשלט בנפרד באמצעות מדי זרימת גז. בשילוב עם משוב קריאת DO, אספקת האוויר בפועל נשלטת על ידי התאמת שבבי הכיוון של המפוחים הצנטריפוגליים החד-שלביים כדי לשמור על ה-DO הממוצע במיכל האירובי בין 2-5 מ"ג/ליטר. איכות ההשפעה/הקולח המעוצבת ואיכות ההשפעה של המפעל לשנת 2019 מוצגות בטבלה 1.

1.2 פריסת נקודת בדיקה

שתי בדיקות של ביצועי העברת החמצן של מערכת אוורור בועות עדינות בתנאי הפעלה בפועל נערכו ביולי (קיץ) ודצמבר (חורף). לאורך כיוון הזרימה הוקמו 22 נקודות בדיקה לפי מיקומי יציאות הבדיקה של המיכל האירובי. המרחק בין שתי נקודות בדיקה סמוכות היה כ-5 מ', עם 7, 7 ו-8 נקודות בדיקה באזור 1, אזור 2 ואזור 3, בהתאמה. התפלגות נקודות הבדיקה מוצגת באיור 2. ה-OTE בפועל של מפזרי הבועות העדינות בכל נקודה חושב על ידי מדידת תכולת החמצן בגז- הבורח מעל פני המים. במקביל, ריכוז ה-DO וטמפרטורת המים בכל נקודה נמדדו באמצעות מד איכות מים מרובה-פרמטרים (HQ 30d, Hach, ארה"ב), וריכוז המזהמים בכל נקודה נמדד ונותח כדי לקבל את דפוס השונות שלו לאורך המסלול. כדי למנוע את COD_Crבדגימות מהשפלה במהלך ההעברה, דגימות שנלקחו לאורך המיכל האירובי סוננו- באתר לפני המדידה.

1.3 מדידת ביצועי העברת חמצן של מפזרי בועות עדינות בתנאים בפועל

מדידת ביצועי העברת החמצן של מפזרי בועות עדינות בתנאים בפועל השתמשה בנתח גז כבוי שפותח באופן עצמאי על ידי Shanghai University of Electric Power, המורכב ממערכת איסוף גז, מערכת ניתוח גז ומערכת המרת אותות. גז כבוי- נאסף באמצעות משאבת דלק (KVP15-KM-2-C-S, Karier, סין) ומכסה מנוע, ונמסר לחיישן חמצן אלקטרוכימי (A-01, ITG, גרמניה) לצורך ניתוח. מערכת המרת האותות המירה את אות מתח המוצא של החיישן ללחץ החמצן החלקי בגז. במהלך בדיקת גז, נמדד תחילה לחץ חלקי החמצן באוויר הסביבה. לאחר מכן הותקן מכסה המנוע על פני המים של המיכל האירובי כדי לאסוף גז ולמדוד את לחץ החמצן החלקי שלו. הנתונים נרשמו לאחר שהפלט התייצב במשך 5 דקות. פרמטרים שהתקבלו באמצעות מנתח הגז כללו את לחץ החמצן החלקי באוויר הסביבה ובגז החוץ, שממנו חושב אחוז החמצן שהועבר משלב הגז למשקאות המעורבים, כלומר, ה-OTE של מפזר הבועות העדינות.משוואה (1).

אֵיפֹה:

Y(O_₂,_אֲוִיר)- שיעור החמצן באוויר;

Y(O_₂,_{כבוי-גז})- שיעור החמצן בגז-;

A_OTE- ערך OTE.

ה-OTE שנמדד על ידי מנתח הגז הכבוי- תוקן עבור DO, טמפרטורה ומליחות כדי לקבל את ה-OTE הסטנדרטי (SOTE) של מפזר הבועות העדינות בשפכים בתנאים סטנדרטיים, כמו במשוואה (2). החישוב של DO רווי במים מוצג במשוואה (3).

אֵיפֹה:

θ- מקדם תיקון טמפרטורה, נלקח כ-1.024, חסר מימד;

A_SOTE- ערך SOTE;

- מקדם מליחות עבור המשקאות המעורבים (מחושב על סמך סך המוצקים המומסים באלכוהול המעורב), חסר מימד, בדרך כלל נחשב 0.99;

- יחס בין יעילות העברת החמצן של המפזר בשפכים לעומת תנאי מים נקיים, חסר מימד;

ריכוז C - DO במים, מ"ג/ליטר;

C_S,_T- ריכוז DO רווי במים בטמפרטורה T, מ"ג/ליטר;

C_S,₂₀- ריכוז DO רווי במים ב-20 מעלות, מ"ג/ליטר;

T- טמפרטורת מים, מעלות .

1.4 שיטת חישוב לצריכת אנרגיה של מערכת אוורור

דרישת החמצן התיאורטית של המיכל האירובי חושבה על פי מודל הבוצה המופעלת (ASM). דרישת החמצן חושבה על סמך COD_Crותוצאות הסרת חנקן אמוניה כדי לקבוע את דרישת החמצן הכוללת (TOD) של המיכל האירובי, כמו במשוואה (4).

אֵיפֹה:

M_TOD- ערך של TOD, kg O₂/h;

Q- קצב זרימת השפעה, m³/d;

ΔC_CODCr- הבדל בין ריכוז COD Cr בשפכים ובקולחים, מ"ג/ליטר;

ΔC_{חנקן אמוניה}- הבדל בין ריכוז חנקן אמוניה בשפכים ובקולחים, מ"ג/ליטר; 4.57 הוא מקדם ההמרה של חנקן אמוניה ל-NO₃⁻-N.

קצב אספקת החמצן של מערכת אוורור בועות עדינות מחושב כמו במשוואה (5).

אֵיפֹה:

M_OTR- ערך קצב אספקת החמצן בפועל, ק"ג O₂/d;

Q_AFR- קצב זרימת אוויר, m³/h;

ŷ_O₂- חלק מסה של חמצן באוויר, 0.276.

כוח המפוח נקבע על ידי קצב אספקת האוויר בפועל של המפוח ולחץ היציאה, אשר בתורו נקבע על ידי לחץ היניקה, אובדן הלחץ של האוויר בצינור, אובדן הלחץ של מפזר הבועות העדינות עצמו ולחץ המים הסטטי בתחתית המיכל, כמו במשוואה (6).

אֵיפֹה:

ρ_אֲוִיר- צפיפות אוויר, גרם/ליטר, נלקח כ-1.29 גרם/ליטר;

N - כוח מפוח, קילוואט;

R- קבוע גז אוניברסלי, 8.314 J/(מול·K);

T_אֲוִיר- טמפרטורה אטמוספרית, מעלות ;

B- מקדם המרה של מפוח, נלקח כ-29.7;

- יחס חום ספציפי של גז, נלקח כקבוע 0.283;

η- יעילות משולבת של מנוע ומפוח, נלקחת כקבוע 0.8;

P_i- לחץ צריכת מפוח, Pa;

Z- לחץ מים בטבילה על מפזר, Pa;

P_הֶפסֵד- איבוד לחץ של מפזר הבועות העדינות עצמו, Pa;

h_L- אובדן לחץ של אוויר בצינור, פ.

בתנאי בדיקה, כמות החמצן המועברת למים ליחידת אנרגיה חשמלית הנצרכת על ידי המפזר [ק"ג/(kW·h)] היא יעילות האוורור הסטנדרטית (SAE), כמו במשוואה (7). ניתן להשתמש בערך SAE כדי להעריך את יעילות השימוש בפועל של מפזר הבועות העדינות.

אֵיפֹה:

A_SAE- ערך SAE.

1.5 שיטות מדידת אינדיקטורים קונבנציונליות

דגימות משקאות מעורבים סוננו דרך נייר סינון איכותי. COD מסיס_Cr(SCOD_Cr), חנקן אמוניה, NO₃^--N, ו-TP נמדדו בשיטות סטנדרטיות לאומיות.

2. תוצאות ודיון

2.1 יעילות סילוק מזהמים

האיכות המשפיעה של המזהמים העיקריים בקיץ ובחורף ב- WWTP מוצגת באיור 3. קצבי זרימת הטיפול הממוצעים בקיץ ובחורף היו 3.65×10⁵ מ"ק ליום ו-3.13×10⁵ מ"ק ליום, בהתאמה.COD המשפיע בקיץ_Crריכוזי חנקן אמוניה היו (188.38 ± 52.53) מ"ג/ליטר ו- (16.93 ± 5.10) מ"ג/ליטר, בהתאמה.COD המשפיע על החורף_Crריכוזי חנקן אמוניה היו (187.94 ± 28.26) מ"ג/ליטר ו- (17.91 ± 3.42) מ"ג/ליטר, בהתאמה. גשמים גבוהים יותר בקיץ מובילים את ה-WWTP לפעול במצב "עומס הידראולי גבוה - עומס מזהמים נמוך". העלייה בעומס ההידראולי מקצרת את ה-HRT של המערכת, מפחיתה את זמן התגובה במיכל הביולוגי ומשפיעה על פינוי המזהמים. עומס נמוך של מזהמים משפיעים בשטחי WWTP יכול בקלות להוביל לעומס בוצה נמוך מדי, ולגרום לאוורור- יתר והתפוררות בוצה. על משטחי מים להתאים בזמן את טעינת הבוצה ואת שיעורי אספקת האוויר כדי להפחית את ההשפעה של פעולת עומס מזהמים נמוך.טמפרטורת המים בקיץ הייתה (27.32 ± 1.34) מעלות, גבוהה משמעותית מטמפרטורת החורף של (17.39 ± 0.75) מעלות. טמפרטורה היא אחד הגורמים החשובים המשפיעים על יכולת סילוק המזהמים של המערכת. הסבילות של חיידקים חוטיים גבוהה מזו של חיידקים היוצרים-פלק, מה שהופך אותם לנטייה להתרבות בסביבות-טמפרטורות נמוכות, מה שגורם להתנפחות בוצה. טמפרטורות נמוכות גם מפחיתות את פעילות האנזים של מיקרואורגניזמים בבוצה המופעלת, מקטינות את קצב פירוק המצע ואת קצב הנשימה האנדוגנית, מה שמוביל להפחתת יעילות סילוק המזהמים. צינורות שטיפה יכולים לנקוט באמצעים כגון הגדלת גיל הבוצה ו-MLSS במיכל הביולוגי כדי להקל על ההשפעה השלילית של טמפרטורה נמוכה על סילוק מזהמים. מכיוון שהעומס ההידראולי בחורף נמוך יותר מאשר בקיץ, ה-HRT במיכל האירובי מורחב מעט עם אוורור מספק, מה שמקזז את ההשפעה השלילית של טמפרטורה נמוכה על ניטריפיקציה. לכן, איכות הקולחים בקיץ ובחורף עמדה בתקן דרגה A של GB 18918-2002.

2.2 דפוסי וריאציה של צורות מזהמים לאורך הטנק האירובי

בימי המבחן,ה-SCOD המשפיע_Crהריכוזים בקיץ ובחורף היו 186.76 מ"ג/ליטר ו-248.42 מ"ג/ליטר, בהתאמה, וריכוזי חנקן האמוניה היו 22.05 מ"ג/ליטר ו-25.91 מ"ג/ליטר., בהתאמה. ייתכן בגלל הצפת ביוב משולבת וחדירת מי תהום, איכות ההשפעה הייתה נמוכה מערכי התכנון. השונות של מזהמים לאורך המיכל האירובי מוצגת באיור 4.

עקב שחרור זרחן במיכל האנאירובי, דניטריפיקציה במיכל האנוקסי ודילול בהחזרת בוצה, ריכוז המזהמים ירד משמעותית לפני הכניסה למיכל האירובי. ה-SCOD_Crהריכוזים בכניסת המיכל האירובי בקיץ ובחורף היו 30.32 מ"ג/ליטר ו-52.48 מ"ג/ליטר, בהתאמה, וריכוזי חנקן האמוניה היו 3.90 מ"ג/ליטר ו-4.62 מ"ג/ליטר, בהתאמה. ריכוזי ה-TN בכניסת המיכל האירובי בקיץ ובחורף היו 4.86 מ"ג/ליטר ו-6.16 מ"ג/ליטר, בהתאמה, ירידה קלה ל-4.46 מ"ג/ליטר ו-5.70 מ"ג/ליטר בשפכים, מה שמעיד על שיעור נמוך יחסית של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו-זמנית המתרחשת במיכל. ה-SCOD_Crהריכוז ירד משמעותית באזור 1 ל-19.36 מ"ג/ליטר ו-30.20 מ"ג/ליטר בקיץ ובחורף, בהתאמה; ריכוז חנקן האמוניה ירד ל-1.75 מ"ג/ליטר ו-2.80 מ"ג/ליטר. מגמת הירידה של ריכוז המזהמים הואטה באזור 2, מה שמעיד על כך שחומר אורגני מולקולרי קטן התפרק במלואו והניטריפיקציה הושלמה. ריכוז המזהמים בקצה אזור 2 כבר עמד בתקן הזרמת קולחים. ריכוז המזהמים נותר כמעט ללא שינוי באזור 3, אך ערך ה-DO באלכוהול המעורב עלה, מה שמעיד על כך שרוב החמצן שסופק באזור זה התמוסס לתוך הבוצה המעורבת ולא שימש ל-COD_Crחמצון וחמצון אמוניה. הקולחין SCOD_Crריכוזי המיכל האירובי בקיץ ובחורף היו 15.36 מ"ג/ליטר ו-26.51 מ"ג/ליטר, בהתאמה, וריכוזי חנקן האמוניה בשפכים היו 0.17 מ"ג/ליטר ו-0.50 מ"ג/ליטר, בהתאמה.שיעור סילוק החנקן האמוניה הגבוה בקיץ נבע מטמפרטורת מים גבוהה יותר המגבירה את פעילות הניטריפיקציה-של מיקרואורגניזמים. ג'אנג טאו וחב'. מצא את זהטמפרטורות חורף נמוכות מפחיתות את השפע של-חיידקי אמוניה מחמצנים וחיידקים מחמצנים ניטריט-, ומקטינות את קצב סילוק החנקן האמוניה בשטחי שטיפה.

2.3 כבוי-תוצאות בדיקת גז לאורך הטנק האירובי

בדיקות שדה של ביצועי העברת החמצן של מערכת אוורור הבועות העדינות נערכו לאורך המיכל האירובי בקיץ ובחורף באמצעות מנתח הגז הכבוי-. התוצאות מוצגות באיור 5. ריכוז ה-DO במיכל האירובי עלה בהדרגה לאורך כיוון הזרימה. ריכוז ה-DO במשקאות המעורבים תלוי בכמות החמצן המועברת משלב הגז לשלב הנוזלי על ידי המפזרים (כלומר, OTR) ובחמצן הנצרך על ידי מיקרואורגניזמים (כלומר, OUR). המצע מצוי בשפע בקצה הקדמי של המיכל האירובי, ומיקרואורגניזמים דורשים יותר חמצן כדי לפרק את המצע. לכן, ריכוז ה-DO היה הנמוך ביותר באזור 1 הן בקיץ והן בחורף, ב-(1.54 ± 0.22) מ"ג/ליטר ו-(1.85 ± 0.31) מ"ג/ליטר, בהתאמה. ריכוז ה-DO עלה ל- (2.27 ± 0.45) מ"ג/ליטר ו- (2.04 ± 0.13) מ"ג/ליטר באזור 2, בהתאמה. באזור 3, ריכוז ה-DO היה (4.48 ± 0.55) מ"ג/ליטר ו- (4.53 ± 1.68) מ"ג/ליטר, בהתאמה. דפוס הווריאציה של DO לאורך המסלול תואם את זה של ריכוז מזהמים. פירוק החומר האורגני והניטיפיקציה הושלמו בעצם באזור 2. תכולת החומר האורגני באזור 3 נמוכה יותר, מה שמפחית את דרישת החמצן, מה שמוביל לכך שהחמצן לא מנוצל במלואו ונאגר בשלב המים כ-DO, מה שגורם לריכוז ה-DO לעלות לרמות גבוהות מדי. ה-DO הממוצע באזור 3 היה גבוה משמעותית מ-2.0 מ"ג/ליטר, מה שמצביע על אוורור- יתר בקצה המיכל האירובי. נשימה אנדוגנית של בוצה פעילה מפחיתה את פעילות הבוצה ועלולה לגרום בקלות להתנפחות בוצה, תוך בזבוז אנרגיה. ריכוז ה-DO הגבוה מדי בקצה המיכל האירובי גורם גם לריכוז DO גבוה יותר בליקר ההחזר, מה שלא רק מגביר את ריכוז ה-DO הנכנס למיכל האנוקסי באמצעות ריפלוקס חיצוני אלא גם מפחית את כמות ה-COD Cr הזמין, ובכך מוריד את יעילות ה-Dnitrification. לכן, מומלץ להפחית את אספקת האוויר באזור 3, תוך שמירה על עוצמת הערבוב הדרושה בלבד, כדי לחסוך בצריכת אנרגיית אוורור.

כפי שמוצג באיור 5, קיימים הבדלים משמעותיים בביצועי העברת החמצן של מפזרים בערוצים שונים במהלך הפעולה בפועל בין הקיץ לחורף. ה-OTE הממוצע שנמדד בחורף היה 9.72%, נמוך מהתוצאה שנמדדה בקיץ (16.71%). זה בגללהירידה בטמפרטורת המים מפחיתה את הפעילות של מיקרואורגניזמים במיכל האירובי של מיכל המים, מה שמוביל לשיעור ניצול חמצן נמוך יותר. לאחר תיקון לטמפרטורה, מליחות ו-DO, ערכי ה-SOTE הממוצעים בקיץ ובחורף היו 17.69% ו-14.21%, בהתאמה. SOTE הקיץ היה מעט גבוה יותר מאשר בחורף, אולי בגללניתוח ממושך החרפת עכירות המפזר, חסימת נקבוביות והפחתת ביצועי העברת החמצן של המפזר.

2.4 ניתוח פוטנציאל אופטימיזציה של אנרגיה עבור מערכת איוורור טנק אירובי

על פי משוואות (3) ו-(4), צריכת החמצן, קצב אספקת החמצן וכוח המפוח עבור כל ערוץ של המיכל האירובי בקיץ ובחורף חושבו, כפי שמוצג ב-טבלה 2. צריכת החמצן הכוללת של המיכל האירובי בחורף הייתה גבוהה בכ-34.91% מאשר בקיץ, נגרמת על ידי COD בעל השפעה גבוהה יותר_Crועומס מזהמים חנקן אמוניה בחורף בהשוואה לקיץ. הדרישה לחמצן בכל אזור של המיכל האירובי פוחתת ככל שמזהמים משפיעים מתכלים לאורך המסלול. באזור 1 יש את ריכוז המזהמים הגבוה ביותר ומצע מספיק, וכתוצאה מכך פעילות מיקרוביאלית גבוהה יותר, ומכאן שדרישת החמצן שלו היא הגבוהה ביותר. ככל שמזהמים מתכלים ללא הרף, הדרישה לחמצן באזורים 2 ובאזור 3 פוחתת בהדרגה. בקיץ, הפרופורציות של דרישת החמצן של שלושת האזורים היו 72.62%, 21.65% ו-5.73% מסך הביקוש לחמצן של מיכל אירובי, בהתאמה. בחורף, הפרופורציות היו 72.84%, 24.53% ו-2.63%, בהתאמה. בכורי בוצה פעילה קונבנציונליים, דרישת החמצן לחלק הקדמי הוא 45%-55%, החלק האמצעי 25%-35%, והחלק האחורי 15%-25%. עומס הטיפול בקצה מיכל אירובי זה נמוך מהערכים המקובלים. ניתן לצמצם את אספקת האוויר בקצה הקדמי בצורה מתאימה, ולאפשר לחלק מזהמים להתפרק בחלקים האחוריים.

בהשוואה לקיץ,דרישת החמצן של תהליך הטיפול הביולוגי בחורף גבוהה יותר, ויעילות העברת החמצן של מערכת אוורור הבועות העדינה נמוכה יותר, מה שמוביל לאספקת אוויר נדרשת גבוהה יותר.. על פי הנתונים התפעוליים של ה-WWTP, תעריפי אספקת האוויר הכוללים של מפוחים בקיץ ובחורף היו 76.23 מ"ק לשעה ו-116.70 מ"ק לשעה, בהתאמה. אספקת האוויר הייתה הגבוהה ביותר באזור 1, בעוד שאספקת האוויר באזור 2 ובאזור 3 הייתה דומה אך נמוכה מזו של אזור 1. אספקת החמצן בקיץ הייתה גבוהה ב-38.99% מדרישת החמצן, מה שמצביע על פוטנציאל חיסכון- משמעותי באנרגיה. אספקת החמצן גם באזור 2 וגם באזור 3 עלתה על הדרישה בפועל לחמצן. אספקת החמצן בחורף הייתה גבוהה ב-7.07% מדרישת החמצן. אספקת החמצן והביקוש באזור 1 ובאזור 2 הותאמו, בעוד -אוורור יתר התרחש באזור 3. כוח המפוח הוא פרופורציונלי לקצב אספקת האוויר, כמו במשוואה (6). צריכת החשמל של המפוחים בקיץ ובחורף עמדה על 85.21 קילוואט ו-130.44 קילוואט בהתאמה. הנקל מציע זאתעלייה בטמפרטורת האוויר מפחיתה את כוחם של מפוחים במערכות אוורור. בתגובה להבדלים בדרישת החמצן בין הערוצים השונים, צריכת WWTP לנקוט באמצעי התאמת אוורור תואמים, כגון אוורור מחודד. זה יכול להיות כרוך בפתיחה מלאה של צינורות הענף של אספקת האוויר בקצה הקדמי, פתיחת אלה בקצה האמצעי למחצה, והתאמת צינורות הענף בקצה לפתח המינימלי כדילחסוך באספקת אוויר ובצריכת אנרגיית אוורור.

בהמשך לכימות יעילות השימוש בפועל של מפזרי הבועות העדינות, יעילות האוורור הסטנדרטית (SAE) במיכל האירובי בקיץ הייתה 2.57 ק"ג O₂/kW·h, שהוא גבוה ב-32.29% מאשר בחורף. הבדלים באיכות המים המשפיעים, בכמות ובטמפרטורה בין הקיץ לחורף גורמים לשינויים משמעותיים בתפעול ובבקרה של מערכת האוורור במי המים. בזבוז האנרגיה היה חמור יותר בקיץ מאשר בחורף, ומערכת האוורור השיגה מאזן ביקוש- טוב יותר בהיצע בחורף. בהתחשב בקצב הזרימה והאיכות המשפיעים,ניתן לצמצם את אספקת האוויר כראוי בקיץתוך הקפדה על איכות קולחין וערבוב נאות במיכל האירובי. בחורף, כדי למתן את ההשפעה של עומס מזהמים משפיע גבוה וטמפרטורה נמוכה, יש להבטיח אוורור מספק. עם זאת, חשוב לציין שבמהלך פעולה-לטווח ארוך, מצטברים מזהמים על פני השטח ובתוך הנקבוביות של המפזרים, וחוסמים בהדרגה את הנקבוביות, ויעילות העברת החמצן תפחת. אם ניקוי המפזר אינו בזמן, זה יכול להוביל לאספקת חמצן לא מספקת על ידי מערכת האוורור, מה שמשפיע על איכות הקולחים.

ה-WWTP משתמש באסטרטגיית בקרת זרימת אוויר DO-. המטרה של מערכת בקרת האוורור היא לספק סביבת DO יציבה עבור מיקרואורגניזמים במיכל האירובי ולהבטיח תאימות לקולחים. עם זאת, מנגנון המשוב של DO לבדו אינו יכול להעריך את פוטנציאל החיסכון באנרגיה- של מערכת האוורור. בדיקת שדה של ביצועי העברת החמצן של מערכת האוורור מאפשרת חישוב מדויק של קצב אספקת החמצן בפועל של מערכת האוורור ומתארת ​​את דפוס השונות שלה לאורך המסלול. בשילוב עם נתוני דרישת חמצן, זה מאפשר שליטה מדויקת על מערכת האוורור כדי להשיג איזון ביקוש-של היצע ומטרת חיסכון באנרגיה והפחתת הצריכה.

3. מסקנה

• טמפרטורות גבוהות יותר של מים בקיץ משפרות את פעילות הניטריפיקציה המיקרוביאלית ואת הדניטריפיקציה, וכתוצאה מכך COD Cr בקולחים וחנקן אמוניה גבוהים יותר בחורף בהשוואה לקיץ. עם זאת, עקב עומס הידראולי נמוך יותר בחורף מאשר בקיץ, ה-HRT המורחבת במיכל האירובי ואוורור מספק קיזזו את ההשפעה השלילית של טמפרטורה נמוכה על ניטריפיקציה. לכן, איכות הקולחים בקיץ ובחורף עמדה בתקן דרגה A של GB 18918-2002.

• בהשוואה לקיץ, דרישת החמצן של תהליך הטיפול הביולוגי בחורף גבוהה יותר, יעילות העברת החמצן של מערכת אוורור הבועות העדינה נמוכה יותר, מה שמוביל לקצב אספקת אוויר נדרש גבוה יותר ויעילות אוורור נמוכה יותר.

• אספקת החמצן בקיץ ובחורף הייתה גבוהה ב-38.99% וב-7.07% מדרישת החמצן, בהתאמה, מה שמצביע על פוטנציאל חיסכון באנרגיה- גדול יותר בקיץ. ריכוז המזהמים יורד בהדרגה לאורך המיכל האירובי, נשאר כמעט קבוע בסוף, בעוד שריכוז ה-DO בקצה גבוה בהרבה מאשר בחזית. זה מצביע על כך שרוב החמצן שסופק בסוף מתמוסס לתוך המשקאות המעורבים בוצה ואינו משמש ל-COD_Crחמצון וחמצון אמוניה, דבר המצביע על אוורור- יתר. לכן, ניתן להפחית כראוי את אספקת האוויר בקצה המיכל האירובי תוך הקפדה על איכות קולחין וערבוב נאות.