هوادهی خلاء برای تصفیه فاضلاب

هوادهی بزرگترین مصرف کننده انرژی در اکثر تصفیه خانه های فاضلاب است. این بخش 50 تا 70 درصد از کل قبض برق را به خود اختصاص می دهد. این واقعیت به تنهایی توضیح می دهد که چرا مهندسان به دنبال راه های بهتر برای حل کردن اکسیژن در آب هستند - و چرا رویکردهای مبتنی بر خلاء پس از سال ها تحت الشعاع قرار گرفتن توسط هوادهی پخش شده و هوادهی سطحی، دوباره مورد توجه قرار گرفته اند.

این مقاله در مورد روش های شناخته شده نیست. این در مورد هوادهی خلاء است - نحوه کار آن، جایگاه آن و آنچه در تصفیه خانه های واقعی ارائه می دهد.

مشکل هوادهی متعارف

سیستم های هوادهی پخش شده هوای فشرده را از طریق غشاها یا لوله های سوراخ دار در پایین مخزن عبور می دهند. حباب ها بالا می آیند، اکسیژن به آب منتقل می شود و بقیه به اتمسفر فرار می کند. این فرآیند کار می کند، اما ذاتاً ناکارآمد است. راندمان انتقال اکسیژن معمولی برای سیستم های حباب ریز بین 15 تا 35 درصد است. بقیه انرژی مورد استفاده برای فشرده سازی آن هوا هدر می رود.

هوادهنده های سطحی آب را برای ترویج تبادل گاز هم می زنند. آنها ساده و قابل اعتماد هستند، اما در مخازن عمیق حتی ناکارآمدتر هستند و آئروسل هایی ایجاد می کنند که می توانند عوامل بیماری زا را حمل کنند.

هر دو روش یک محدودیت اساسی دارند: آنها برای مجبور کردن هوا به داخل آب به فشار مثبت متکی هستند. این به معنای کمپرسورها، دمنده ها و موتورهای با اسب بخار بالا است که به طور مداوم کار می کنند. هنگامی که قیمت انرژی افزایش می یابد - یا زمانی که یک تصفیه خانه نیاز به گسترش بدون اضافه کردن دمنده های جدید دارد - اقتصاد شروع به آسیب رساندن می کند.

چه چیزی هوادهی خلاء را متفاوت می کند

هوادهی خلاء اصل را برعکس می کند. به جای فشار دادن هوا به داخل آب تحت فشار، آب را به یک محیط کم فشار می کشد که در آن انتقال اکسیژن کارآمدتر اتفاق می افتد.

دو پیکربندی رایج وجود دارد. در پیکربندی اول، آب به یک مخزن خلاء کشیده می شود که در آن گازهای محلول - از جمله دی اکسید کربن و نیتروژن - حذف می شوند. سپس آب از یک منطقه غنی از اکسیژن عبور می کند که در آن اکسیژن تازه به راحتی حل می شود زیرا آب تحت خلاء است و میل بیشتری به جذب گاز دارد. در پیکربندی دوم، از خلاء برای کشیدن هوا یا اکسیژن خالص از طریق یک پخش کننده حباب ریز یا کنتاکتور غشایی در فشار مطلق پایین استفاده می شود، که انرژی مورد نیاز برای دستیابی به همان سطح اکسیژن محلول را کاهش می دهد.

بینش کلیدی این است که خلاء فشار جزئی گازهای ناخواسته را کاهش می دهد و باعث می شود اکسیژن راحت تر جای آنها را بگیرد. این همان اصل پشت گاز زدایی خلاء است، اما به صورت معکوس اعمال می شود - حذف آنچه نمی خواهید تا بتوانید آنچه را که می خواهید اضافه کنید.

جایگاه هوادهی خلاء

هوادهی خلاء یک جایگزین جهانی برای هوادهی پخش شده نیست. این در شرایط خاص بیشترین منطق را دارد.

فاضلاب صنعتی با بار آلی بالایکی از این موارد است. هنگامی که بار آلی بالا است، تقاضای اکسیژن بالا است و هوادهی متعارف برای همگام شدن با آن مشکل دارد. سیستم های خلاء می توانند اکسیژن بیشتری در هر کیلووات ساعت ارائه دهند زیرا انرژی را برای فشرده سازی هوایی که هرگز حل نمی شود، از دست نمی دهند.

تصفیه خانه های با فضای محدودنیز سود می برند. تجهیزات هوادهی خلاء اغلب فشرده تر از سیستم های دمنده متعارف هستند و نصب مجدد آنها در مخازن موجود یا فضاهای کوچک را آسان تر می کند.

سیستم هایی که هدفشان اکسیژن خالص استهوادهی خلاء را به ویژه جذاب می دانند. هنگامی که اکسیژن از یک ژنراتور در محل تامین می شود یا به صورت اکسیژن مایع تحویل داده می شود، یک سیستم خلاء می تواند آن را با اتلاف کمتر از یک پخش کننده متعارف حل کند.

تاسیساتی با هزینه های بالای انرژیسریعترین بازپرداخت را می بینند. صرفه جویی در انرژی از هوادهی خلاء می تواند 20 تا 40 درصد در مقایسه با هوادهی پخش شده با حباب ریز باشد، بسته به کاربرد.

تصفیه خانه های شهری که با محدودیت های سختگیرانه تر مواد مغذی روبرو هستندنیز در حال ارزیابی هوادهی خلاء هستند زیرا می توان آن را با گاز زدایی خلاء برای حذف دی اکسید کربن و بهبود کنترل pH ترکیب کرد - که هر دو به حذف مواد مغذی بیولوژیکی کمک می کنند.

نحوه کار هوادهی خلاء در عمل

یک سیستم هوادهی خلاء معمولی دارای سه بخش اصلی است: مخزن خلاء، سیستم تحویل اکسیژن و کنترل ها.

آب از طریق یک شیر کنترل وارد مخزن خلاء می شود. در داخل، فشار به 0.2 تا 0.5 بار مطلق کاهش می یابد. گازهای محلول - CO2، N2 و هرگونه متان یا سولفید هیدروژن باقی مانده - از محلول خارج شده و تخلیه می شوند. آب، که اکنون از این گازها پاک شده است، به یک محفظه تماس اکسیژن منتقل می شود که در آن اکسیژن تحت خلاء معرفی می شود. از آنجایی که آب از قبل از گاز تخلیه شده است، اکسیژن را به سرعت و به طور موثر جذب می کند.

خلاء توسط یک پمپ که برای بار گاز خاص و شرایط بخار آب انتخاب شده است، حفظ می شود. پمپ های حلقه مایع رایج هستند زیرا رطوبت و عبور را تحمل می کنند. پمپ های پیچ خشک به طور فزاینده ای در مواردی که راندمان انرژی و عملکرد بدون روغن اولویت دارند، استفاده می شوند.

کنترل ها اکسیژن محلول، سطح خلاء و جریان آب را نظارت می کنند. سیستم به طور خودکار برای مطابقت با تقاضای بیولوژیکی، که در طول روز و در سراسر فرآیند تصفیه متغیر است، تنظیم می شود.

مزایای واقعی، محدودیت های واقعی

هوادهی خلاء بدون مصالحه نیست.

مزایا:

• راندمان انتقال اکسیژن بالاتر، به ویژه در عمق

• مصرف انرژی کمتر در مقایسه با دمنده های متعارف

• فضای اشغالی کم

• تولید آئروسل کمتر در مقایسه با هوادهی سطحی

• سازگار با اکسیژن خالص و جریان های گازی غنی شده

• قابل ترکیب با گاز زدایی برای کنترل pH و خوردگی

محدودیت ها:

• هزینه سرمایه بالاتر نسبت به هوادهی پخش شده متعارف

• نیاز به کنترل های پیچیده تر دارد

• برای هر هندسه مخزنی مناسب نیست

• مخازن خلاء و لوله کشی نیاز به طراحی دقیق برای جلوگیری از عبور آب دارند

• کارکنان نگهداری نیاز به آموزش در مورد سیستم های خلاء دارند

ملاحظات نگهداری

سیستم های هوادهی خلاء نیازهای نگهداری متفاوتی نسبت به دمنده های متعارف دارند.

پمپ خلاء جزء حیاتی است. پمپ های حلقه مایع نیاز به مدیریت آب مهر و موم دارند - کیفیت آب، دما و جریان همگی بر عملکرد تأثیر می گذارند. پمپ های پیچ خشک نیاز به فیلتراسیون ورودی و سرویس بلبرینگ دوره ای دارند، اما بدون تعویض روغن.

خود مخزن خلاء کم نگهداری است، اما اجزای داخلی مانند نازل های اسپری یا بسته بندی می توانند در طول زمان کثیف شوند. بازرسی در طول خاموشی های برنامه ریزی شده توصیه می شود.

پروب های اکسیژن محلول و سنسورهای خلاء نیاز به کالیبراسیون دارند. کثیف شدن پروب های DO یک علت رایج کنترل ضعیف و اتلاف انرژی است.

تشخیص نشتی مهم است. نشت هوا به داخل سیستم خلاء فشار مطلق را افزایش می دهد و راندمان را کاهش می دهد. یک نظرسنجی منظم نشتی باید بخشی از برنامه نگهداری باشد.

خلاصه

هوادهی خلاء یک ایده حاشیه ای نیست. این یک رویکرد اثبات شده برای انتقال اکسیژن است که در کاربردهای مناسب، صرفه جویی قابل اندازه گیری در انرژی و مزایای فرآیندی را ارائه می دهد. این یک جایگزین مستقیم برای هر سیستم هوادهی پخش شده نیست، اما برای فاضلاب با بار آلی بالا، تصفیه خانه های با فضای محدود و تاسیساتی با هزینه های بالای انرژی، شایسته ارزیابی جدی است.

این فناوری بالغ است. پمپ ها قابل اعتماد هستند. کنترل ها به خوبی درک شده اند. آنچه تغییر کرده است، اقتصاد است - و این همان چیزی است که هوادهی خلاء را امروز شایسته بررسی دقیق تر می کند.

سوالات متداول فنی

س: هوادهی خلاء چگونه با گاز زدایی خلاء متفاوت است؟پاسخ: گاز زدایی خلاء گازهای محلول را از آب حذف می کند. هوادهی خلاء گازهای ناخواسته را حذف می کند و سپس اکسیژن را تحت خلاء اضافه می کند تا تصفیه بیولوژیکی را بهبود بخشد. آنها فرآیندهای مکمل هستند و می توانند در یک سیستم واحد ترکیب شوند.

س: هوادهی خلاء چه راندمان انتقال اکسیژنی می تواند به دست آورد؟پاسخ: بسته به طراحی و عمق آب، هوادهی خلاء می تواند راندمان انتقال اکسیژن 40 تا 60 درصد را به دست آورد، در مقایسه با 15 تا 35 درصد برای پخش کننده های حباب ریز متعارف.

س: چه سطح خلاء در هوادهی استفاده می شود؟پاسخ: سطوح خلاء معمولی از 0.2 تا 0.5 بار مطلق متغیر است. سطح دقیق به منبع اکسیژن، دمای آب و اهداف تصفیه بستگی دارد.

س: آیا هوادهی خلاء می تواند از اکسیژن خالص استفاده کند؟پاسخ: بله. هوادهی خلاء به ویژه برای اکسیژن خالص مناسب است زیرا محیط خلاء اجازه می دهد اکسیژن به طور موثر حل شود بدون اتلاف های مرتبط با پخش کننده های متعارف.

س: سیستم هوادهی خلاء به چه نگهداری نیاز دارد؟پاسخ: نگهداری پمپ خلاء (آب مهر و موم برای حلقه مایع، فیلتراسیون ورودی برای پمپ های خشک)، کالیبراسیون پروب DO، نظرسنجی نشتی خلاء و بازرسی دوره ای اجزای داخلی مخزن.

س: آیا هوادهی خلاء برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری مناسب است؟پاسخ: بله، به ویژه در مواردی که حذف مواد مغذی، راندمان انرژی یا محدودیت فضا اولویت دارند. می توان آن را با طراحی دقیق در مخازن موجود نصب مجدد کرد.