การเติมอากาศสุญญากาศสำหรับการบำบัดน้ำเสีย

การเติมอากาศเป็นการใช้พลังงานรายใหญ่ที่สุดในโรงบำบัดน้ำเสียส่วนใหญ่ คิดเป็นร้อยละ 50 ถึง 70 ของค่าไฟฟ้าทั้งหมด ข้อเท็จจริงดังกล่าวเพียงอย่างเดียวอธิบายได้ว่าทำไมวิศวกรจึงมองหาวิธีที่ดีกว่าในการละลายออกซิเจนลงในน้ำ และเหตุใดวิธีการที่ใช้ระบบสุญญากาศจึงได้รับการปรับปรุงใหม่หลังจากถูกบดบังด้วยอากาศแบบกระจายและการเติมอากาศบนพื้นผิวเป็นเวลาหลายปี

บทความนี้ไม่เกี่ยวกับวิธีการที่รู้จักกันดี เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเติมอากาศแบบสุญญากาศ วิธีการทำงาน ตำแหน่งที่พอดี และสิ่งที่ส่งมอบได้จริงในโรงงานจริง

ปัญหาเกี่ยวกับการเติมอากาศแบบธรรมดา

ระบบกระจายอากาศจะดันอากาศอัดผ่านเมมเบรนหรือท่อที่มีรูพรุนที่ด้านล่างของถัง ฟองอากาศจะเพิ่มขึ้น ออกซิเจนจะถูกถ่ายโอนลงน้ำ และส่วนที่เหลือจะหลุดออกไปสู่ชั้นบรรยากาศ กระบวนการนี้ได้ผลแต่โดยเนื้อแท้แล้วกลับไร้ประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 15 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์สำหรับระบบฟองละเอียด พลังงานที่เหลือที่ใช้ในการอัดอากาศนั้นสูญเปล่า

เครื่องเติมอากาศบนพื้นผิวจะกวนน้ำเพื่อส่งเสริมการแลกเปลี่ยนก๊าซ พวกมันเรียบง่ายและเชื่อถือได้ แต่พวกมันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในถังน้ำลึกด้วยซ้ำ และพวกมันสร้างละอองลอยที่สามารถพาเชื้อโรคได้

ทั้งสองวิธีมีข้อจำกัดพื้นฐานร่วมกัน นั่นคืออาศัยแรงดันบวกเพื่อบังคับอากาศให้ลงไปในน้ำ นั่นหมายถึงคอมเพรสเซอร์ โบลเวอร์ และมอเตอร์แรงม้าสูงทำงานอย่างต่อเนื่อง เมื่อราคาพลังงานสูงขึ้น หรือเมื่อโรงงานจำเป็นต้องขยายตัวโดยไม่ต้องเพิ่มเครื่องเป่าลมใหม่ เศรษฐกิจก็เริ่มได้รับผลกระทบ

อะไรที่ทำให้การเติมอากาศแบบสุญญากาศแตกต่าง

การเติมอากาศแบบสุญญากาศพลิกหลักการ แทนที่จะดันอากาศเข้าไปในน้ำภายใต้ความกดดัน มันจะดึงน้ำเข้าสู่สภาพแวดล้อมที่มีแรงดันต่ำ ซึ่งการถ่ายโอนออกซิเจนจะเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

มีการกำหนดค่าทั่วไปสองแบบ ขั้นแรก น้ำจะถูกดูดเข้าไปในถังสุญญากาศ ซึ่งก๊าซที่ละลายอยู่ รวมถึงคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจนจะถูกกำจัดออกไป จากนั้นน้ำจะไหลผ่านโซนที่อุดมด้วยออกซิเจน ซึ่งออกซิเจนสดจะละลายได้ง่ายเนื่องจากน้ำอยู่ภายใต้สุญญากาศและมีความสามารถในการดูดซับก๊าซได้สูงกว่า ในรูปแบบที่สอง สุญญากาศจะถูกใช้เพื่อดึงอากาศหรือออกซิเจนบริสุทธิ์ผ่านตัวกระจายฟองละเอียดหรือคอนแทคเตอร์แบบเมมเบรนที่ความดันสัมบูรณ์ต่ำ ซึ่งจะช่วยลดพลังงานที่จำเป็นเพื่อให้ได้ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำเท่าเดิม

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญคือสุญญากาศจะลดความดันบางส่วนของก๊าซที่ไม่ต้องการ ทำให้ออกซิเจนเข้ามาแทนที่ได้ง่ายขึ้น นี่เป็นหลักการเดียวกันกับการไล่แก๊สแบบสุญญากาศ แต่ใช้แบบย้อนกลับ นั่นคือนำสิ่งที่คุณไม่ต้องการออก เพื่อให้คุณสามารถเพิ่มสิ่งที่คุณทำลงไปได้

ตำแหน่งที่การเติมอากาศแบบสุญญากาศเหมาะสม

การเติมอากาศแบบสุญญากาศไม่ใช่การทดแทนอากาศแบบกระจายแบบสากล มันสมเหตุสมผลที่สุดในสถานการณ์เฉพาะ

น้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีความแข็งแรงสูงเป็นหนึ่ง เมื่อปริมาณสารอินทรีย์สูง ความต้องการออกซิเจนก็จะสูง และการเติมอากาศแบบธรรมดาก็ประสบปัญหาในการตามให้ทัน ระบบสุญญากาศสามารถส่งออกซิเจนได้มากขึ้นต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง เนื่องจากไม่สูญเสียพลังงานให้กับการอัดอากาศที่ไม่เคยละลาย

พืชที่มีพื้นที่จำกัดได้รับประโยชน์เช่นกัน อุปกรณ์เติมอากาศสูญญากาศมักจะมีขนาดกะทัดรัดกว่าระบบโบลเวอร์แบบทั่วไป ทำให้ง่ายต่อการติดตั้งเพิ่มเติมในถังที่มีอยู่หรือพื้นที่ที่คับแคบ

ระบบที่มุ่งเป้าไปที่ออกซิเจนบริสุทธิ์พบว่าการเติมอากาศแบบสุญญากาศมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เมื่อมีการจ่ายออกซิเจนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานที่หรือส่งเป็นออกซิเจนเหลว ระบบสูญญากาศสามารถละลายออกซิเจนได้โดยมีการสูญเสียน้อยกว่าเครื่องกระจายออกซิเจนทั่วไป

สิ่งอำนวยความสะดวกที่มีต้นทุนพลังงานสูงดูการคืนทุนที่เร็วที่สุด การประหยัดพลังงานจากการเติมอากาศแบบสุญญากาศสามารถประหยัดพลังงานได้ 20 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับอากาศแบบกระจายฟองละเอียด ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

พืชในเขตเทศบาลเผชิญกับข้อจำกัดทางโภชนาการที่เข้มงวดมากขึ้นกำลังประเมินการเติมอากาศแบบสุญญากาศด้วย เนื่องจากสามารถใช้ร่วมกับการกำจัดก๊าซแบบสุญญากาศเพื่อขจัดคาร์บอนไดออกไซด์และปรับปรุงการควบคุม pH ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยกำจัดสารอาหารทางชีวภาพ

การเติมอากาศแบบสุญญากาศทำงานอย่างไรในทางปฏิบัติ

ระบบเติมอากาศสุญญากาศทั่วไปมีสามส่วนหลัก: ถังสุญญากาศ ระบบส่งออกซิเจน และส่วนควบคุม

น้ำเข้าสู่ถังสุญญากาศผ่านวาล์วควบคุม ภายในความดันจะลดลงเหลือ 0.2 ถึง 0.5 บาร์สัมบูรณ์ ก๊าซที่ละลายน้ำ เช่น CO₂, N₂ และมีเทนหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ตกค้าง ออกมาจากสารละลายและถูกระบายออก น้ำซึ่งขณะนี้ถูกแยกออกจากก๊าซเหล่านี้จะเคลื่อนไปยังห้องสัมผัสออกซิเจนซึ่งมีการนำออกซิเจนเข้าไปภายใต้สุญญากาศ เนื่องจากน้ำหมดแก๊สไปแล้ว จึงดูดซับออกซิเจนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

สุญญากาศจะถูกบำรุงรักษาโดยปั๊มที่เลือกไว้สำหรับปริมาณก๊าซและสภาวะไอน้ำเฉพาะ ปั๊มวงแหวนของเหลวเป็นเรื่องธรรมดาเนื่องจากสามารถทนต่อความชื้นและสารพาหะได้ ปั๊มสกรูแบบแห้งมีการใช้กันมากขึ้นโดยคำนึงถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการทำงานแบบไร้น้ำมัน

ควบคุมการตรวจสอบออกซิเจนละลายน้ำ ระดับสุญญากาศ และการไหลของน้ำ ระบบจะปรับโดยอัตโนมัติเพื่อให้ตรงกับความต้องการทางชีวภาพ ซึ่งจะแตกต่างกันไปตลอดทั้งวันและตลอดกระบวนการบำบัด

ข้อดีที่แท้จริง ข้อจำกัดที่แท้จริง

การเติมอากาศแบบสุญญากาศไม่ได้ไร้ข้อด้อยใดๆ

ข้อดี:

• ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนสูงขึ้น โดยเฉพาะที่ระดับความลึก

• ใช้พลังงานน้อยกว่าเมื่อเทียบกับโบลเวอร์ทั่วไป

• รอยเท้าขนาดกะทัดรัด

• การสร้างละอองลอยลดลงเมื่อเทียบกับการเติมอากาศที่พื้นผิว

• เข้ากันได้กับออกซิเจนบริสุทธิ์และกระแสก๊าซเสริมสมรรถนะ

• สามารถใช้ร่วมกับการกำจัดแก๊สเพื่อควบคุม pH และการกัดกร่อน

ข้อจำกัด:

• ต้นทุนเงินทุนสูงกว่าอากาศแบบกระจายทั่วไป

• ต้องมีการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้น

• ไม่เหมาะกับทุกรูปทรงของรถถัง

• ถังสุญญากาศและท่อจำเป็นต้องออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการลำเลียงน้ำ

• เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงจำเป็นต้องได้รับการฝึกอบรมเกี่ยวกับระบบสุญญากาศ

ข้อควรพิจารณาในการบำรุงรักษา

ระบบเติมอากาศสุญญากาศมีความต้องการการบำรุงรักษาที่แตกต่างจากโบลเวอร์ทั่วไป

ปั๊มสุญญากาศเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ ปั๊มวงแหวนของเหลวจำเป็นต้องมีการจัดการน้ำแบบซีล คุณภาพน้ำ อุณหภูมิ และการไหลล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน ปั๊มสกรูแบบแห้งจำเป็นต้องมีการกรองทางเข้าและการบำรุงรักษาตลับลูกปืนเป็นระยะ แต่ไม่มีการเปลี่ยนน้ำมัน

ถังสุญญากาศนั้นมีการบำรุงรักษาต่ำ แต่ส่วนประกอบภายใน เช่น หัวฉีดสเปรย์หรือบรรจุภัณฑ์ อาจเกิดการเปรอะเปื้อนเมื่อเวลาผ่านไป แนะนำให้ตรวจสอบในระหว่างการปิดระบบตามกำหนดเวลา

หัววัดออกซิเจนละลายน้ำและเซ็นเซอร์สูญญากาศจำเป็นต้องมีการสอบเทียบ การเปรอะเปื้อนของหัววัด DO เป็นสาเหตุที่พบบ่อยของการควบคุมที่ไม่ดีและการสูญเสียพลังงาน

การตรวจจับการรั่วไหลเป็นสิ่งสำคัญ อากาศที่รั่วเข้าสู่ระบบสุญญากาศจะเพิ่มแรงดันสัมบูรณ์และลดประสิทธิภาพลง การสำรวจการรั่วไหลเป็นประจำควรเป็นส่วนหนึ่งของกำหนดการบำรุงรักษา

สรุป

การเติมอากาศแบบสุญญากาศไม่ใช่แนวคิดที่ไร้สาระ เป็นแนวทางการถ่ายโอนออกซิเจนที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานที่วัดผลได้และคุณประโยชน์ของกระบวนการในการใช้งานที่เหมาะสม ไม่ใช่การทดแทนแบบหยดสำหรับระบบกระจายอากาศทุกระบบ แต่สำหรับน้ำเสียที่มีความแข็งแรงสูง พืชที่มีพื้นที่จำกัด และสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีต้นทุนพลังงานสูง สมควรได้รับการประเมินอย่างจริงจัง

เทคโนโลยีมีความเป็นผู้ใหญ่ ปั๊มมีความน่าเชื่อถือ การควบคุมเป็นที่เข้าใจกันดี สิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปคือเศรษฐศาสตร์—และนั่นคือสิ่งที่ทำให้การเติมอากาศแบบสุญญากาศคุ้มค่าแก่การพิจารณาอย่างใกล้ชิดในปัจจุบัน

คำถามที่พบบ่อยทางเทคนิค

ถาม: การเติมอากาศแบบสุญญากาศแตกต่างจากการไล่ก๊าซแบบสุญญากาศอย่างไรตอบ: การไล่แก๊สด้วยสุญญากาศจะกำจัดก๊าซที่ละลายออกจากน้ำ การเติมอากาศแบบสุญญากาศจะกำจัดก๊าซที่ไม่ต้องการออก จากนั้นจึงเติมออกซิเจนภายใต้สุญญากาศเพื่อปรับปรุงการบำบัดทางชีวภาพ เป็นกระบวนการเสริมและสามารถรวมกันได้ในระบบเดียว

ถาม: การเติมอากาศแบบสุญญากาศสามารถบรรลุประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนได้เพียงใดตอบ: การเติมอากาศแบบสุญญากาศสามารถให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนได้ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบและความลึกของน้ำ เทียบกับ 15 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์สำหรับเครื่องกระจายฟองละเอียดทั่วไป

ถาม: การเติมอากาศใช้ระดับสุญญากาศเท่าใดตอบ: ระดับสุญญากาศโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.2 ถึง 0.5 บาร์สัมบูรณ์ ระดับที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแหล่งออกซิเจน อุณหภูมิของน้ำ และวัตถุประสงค์ในการบำบัด

ถาม: การเติมอากาศแบบสุญญากาศสามารถใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ได้หรือไม่ก. ใช่. การเติมอากาศแบบสุญญากาศเหมาะอย่างยิ่งกับออกซิเจนบริสุทธิ์ เนื่องจากสภาพแวดล้อมแบบสุญญากาศช่วยให้ออกซิเจนละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่เกิดการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับตัวกระจายอากาศแบบเดิม

ถาม: ระบบเติมอากาศสุญญากาศต้องการการบำรุงรักษาอะไรบ้างตอบ: การบำรุงรักษาปั๊มสุญญากาศ (น้ำซีลสำหรับวงแหวนของเหลว การกรองทางเข้าสำหรับปั๊มแห้ง) DO การสอบเทียบหัววัด การสำรวจการรั่วไหลของสุญญากาศ และการตรวจสอบส่วนประกอบภายในถังเป็นระยะ

ถาม: การเติมอากาศแบบสุญญากาศเหมาะสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชนหรือไม่?ตอบ: ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคำนึงถึงการกำจัดสารอาหาร ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน หรือการจำกัดพื้นที่ สามารถติดตั้งเพิ่มเติมในถังที่มีอยู่ได้ด้วยการออกแบบอย่างระมัดระวัง