شناسایی رسوب و بازیابی هوادهی HDPE در مقابل EPDM Fine- پخش کننده منافذ

شناسایی رسوب و بازیابی عملکرد هوادهی پخش کننده منافذ ریز-در تصفیه خانه های فاضلاب

به عنوان یک گام مهم در فرآیند لجن فعال تصفیه خانه های فاضلاب شهری (WWTPs)، هوادهی برای تامین اکسیژن نه تنها اکسیژن کافی برای حفظ فعالیت های حیاتی میکروارگانیسم ها را فراهم می کند، بلکه لجن را معلق نگه می دارد و جذب و حذف آلاینده ها را تسهیل می کند. هوادهی همچنین بیشترین مصرف انرژی را{1}}در WWTPها دارد و 45% تا 75% از کل انرژی مصرفی نیروگاه را تشکیل می‌دهد. بنابراین، عملکرد سیستم هوادهی مستقیماً بر راندمان تصفیه و هزینه های عملیاتی WWTP تأثیر می گذارد. تجهیزات هوادهی جزء کلیدی سیستم هوادهی است، با هواده های حبابدار ریز که به دلیل راندمان بالای انتقال اکسیژن (OTE) بیشترین استفاده را در WWTP های شهری دارند. با این حال، در طول کارکرد طولانی مدت، آلاینده ها به ناچار روی سطح و درون منافذ هواده ها جمع می شوند. برای اطمینان از کیفیت پساب، تامین هوای اضافی از دمنده ها مورد نیاز است که منجر به افزایش مصرف انرژی می شود. علاوه بر این، آلودگی باعث تشدید انسداد منافذ و تغییر مواد هواده می شود. افت فشار (فشار مرطوب پویا، DWP) اجزای هواکش با کارکرد طولانی مدت افزایش می‌یابد، فشار هوای خروجی دمنده را افزایش می‌دهد و باعث اتلاف بیشتر انرژی می‌شود.

آلاینده های تجمع یافته در سطح و داخل منافذ هواده های حباب ریز شامل رسوب بیولوژیکی، آلی و غیرآلی می باشد. رسوب آلی ناشی از جذب و رسوب مواد آلی و رسوب ترشحات میکروبی است. رسوب غیر آلی معمولاً از رسوبات شیمیایی تشکیل شده توسط کاتیون های چند ظرفیتی مانند اکسیدهای فلزی تشکیل شده است. بر اساس اینکه آیا می توان آنها را با تمیز کردن فیزیکی حذف کرد، آلاینده ها را می توان به عنوان رسوب گیری فیزیکی برگشت پذیر یا غیرقابل برگشت فیزیکی طبقه بندی کرد. رسوب‌های برگشت‌پذیر فیزیکی را می‌توان با روش‌های فیزیکی ساده مانند شستشوی مکانیکی از بین برد، زیرا این آلاینده‌ها به راحتی به سطح هواکش متصل می‌شوند. رسوب غیرقابل برگشت فیزیکی با تمیز کردن فیزیکی قابل از بین رفتن نیست و نیاز به تمیز کردن شیمیایی دقیق تری دارد. در رسوب گیری غیرقابل برگشت فیزیکی، آلاینده هایی که می توانند با تمیز کردن شیمیایی حذف شوند، رسوب شیمیایی برگشت پذیر نامیده می شوند، در حالی که آنهایی که حتی با تمیز کردن شیمیایی قابل حذف نیستند، رسوب غیرقابل جبران در نظر گرفته می شوند.

در حال حاضر، هواده های حباب ریز که در داخل کشور استفاده می شوند شامل مواد لاستیکی سنتی مانند مونومر اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM) و مواد جدیدتر مانند پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) هستند. لایه توزیع گاز هواده های HDPE با پوشش دادن لوله انتقال هوای داخلی با پلیمر مذاب، با قطر منافذ تقریباً (4.0 ± 0.5) میلی متر تشکیل می شود. HDPE خواص شیمیایی، مکانیکی و مقاومت در برابر ضربه و عمر طولانی دارد. با این حال، اندازه منافذ آن ناسازگار و توزیع نابرابر است و آنها را مستعد رسوب آلاینده می کند. مواد EPDM بسیار انعطاف پذیر است، با منافذ ایجاد شده توسط برش مکانیکی. هواده های EPDM تعداد منافذ بیشتری در واحد سطح دارند و حباب های کوچکتری تولید می کنند (حداقل 0.5 میلی متر). ماهیت آبدوست غشای لاستیکی نیز به شکل گیری حباب کمک می کند. با این حال، میکروارگانیسم‌ها تمایل دارند روی سطوح EPDM بچسبند و رشد کنند و از نرم‌کننده‌ها به عنوان بستر استفاده می‌کنند. به طور همزمان، مصرف نرم کننده ها باعث سخت شدن مواد هواده می شود که در نهایت منجر به آسیب خستگی و کاهش عمر مفید می شود. بنابراین بررسی الگوهای تجمع آلاینده بر روی این دو ماده و تغییرات متعاقب آن در راندمان انتقال اکسیژن و افت فشار ضروری است.

این مطالعه هواده‌های حباب‌دار ریز را پس از سال‌ها بهره‌برداری از دو WWTP شهری با شرایط فرآیندی مشابه به عنوان موضوعات تحقیقاتی جایگزین کرد. آلاینده های موجود در هواده ها استخراج و لایه به لایه مشخص شدند تا اجزای اصلی آنها شناسایی شوند. بر این اساس، اثربخشی روش‌های تمیز کردن در بازیابی راندمان انتقال اکسیژن هواده‌ها با هدف ارائه داده‌های اساسی و منابع فنی برای عملکرد بهینه و پایدار درازمدت سیستم‌های هوادهی حباب ریز مورد ارزیابی قرار گرفت.

1 مواد و روش ها

1.1 مقدمه ای بر تصفیه خانه های فاضلاب

هر دو WWTP در شانگهای قرار دارند و از فرآیند بی هوازی-Anoxic-Oxic (AAO) به عنوان تصفیه اصلی استفاده می‌کنند. WWTP A از یک محفظه شن گرداب + AAO معمولی + فیلتر الیافی با راندمان بالا + فرآیند ضد عفونی UV استفاده می کند. WWTP B از محفظه شن هوادهی + AAO معمولی + مخزن ته نشینی با راندمان بالا + فرآیند ضد عفونی UV استفاده می کند. هر دو نیروگاه به طور پایدار با استاندارد درجه A "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری" (GB 18918-2002) مطابقت دارند. طراحی خاص و پارامترهای عملیاتی در نشان داده شده استجدول 1.

1.2 استخراج و شناسایی آلاینده های هواکش

هواده‌های حباب‌دار ریز مورد استفاده در آزمایش‌ها، یک هواده لوله‌ای HDPE (Ecopolemer، اوکراین) جمع‌آوری‌شده از کارخانه A و یک هواکش لوله‌ای EPDM (EDI{0}}FlexAir، USA) جمع‌آوری‌شده از کارخانه B بودند. عکس‌های هر دو در نشان داده شده‌اند.شکل 1. لوله HDPE قدیمی به مدت 10 سال با ابعاد D×L=120 mm×1000 میلی متر و قطر منفذ (4±0.50) میلی متر، قادر به تولید حباب های ریز 2 تا 5 میلی متر بود. لوله قدیمی EPDM به مدت 3 سال با ابعاد D×L{10}} میلی‌متر×1003 میلی‌متر کار می‌کرد و حباب‌های ریز 1.0 تا 1.2 میلی‌متر تولید می‌کرد و حداقل قطر حباب 0.5 میلی‌متر بود.

لوله های HDPE و EPDM قدیمی از مخازن هوازی خارج شدند، روی فیلم چسبناک قرار گرفتند و با آب دیونیزه شسته شدند. شستشوی مکانیکی با استفاده از یک تیغه استریل شده با شعله برای خراش دادن آلاینده های متصل به سطح هواکش انجام شد.

برای مطالعه بیشتر تأثیر رسوب بر عملکرد انتقال اکسیژن، تمیز کردن شیمیایی روی لوله HDPE انجام شد. پس از شستشوی مکانیکی، لوله HDPE به ترتیب در محلول های HCl 5% و NaClO 5% به مدت 24 ساعت خیسانده شد. لوله‌های قدیمی، لوله‌های تمیزشده به‌صورت مکانیکی، و لوله‌های تمیزشده شیمیایی در اجاق 60 درجه (مدل XMTS{10}}6000) به مدت 60 ساعت خشک شدند. سپس سطوح آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM، مدل JSM-7800F، ژاپن)، طیف‌سنجی پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDX، Oxford Instruments، UK) و میکروسکوپ روبشی لیزری کانفوکال (CLSM، مدل TCS SP8، آلمان) مورد بررسی قرار گرفت. محلول تمیزکننده HCl از طریق یک غشاء 0.45 میکرومتر فیلتر شد و تجزیه و تحلیل کمی کاتیون‌های چند ظرفیتی (شامل یون‌های Ca، Mg، Al، Fe و غیره) با استفاده از طیف‌سنجی نشر نوری پلاسما جفت شده القایی (ICP، مدل ICPS-7510، ژاپن) انجام شد. از آنجایی که HCl و NaClO می توانند باعث دناتوره شدن و پیری غشای EPDM شوند، تمیز کردن شیمیایی روی لوله EPDM انجام نشد. لوله EPDM به قطعات غشایی 5 سانتی متر × 5 سانتی متر بریده شد و برای تجزیه و تحلیل کمی کاتیون های چند ظرفیتی در محلول در HCl خیس شد.

1.3 دستگاه تست و روش برای عملکرد انتقال اکسیژن هواکش

عملکرد انتقال اکسیژن هواده های حباب ریز با توجه به "تعیین عملکرد انتقال اکسیژن آب پاک هواده های حباب ریز" (CJ/T 475-2015) آزمایش شد. تنظیمات تست در نشان داده شده استشکل 2.

این دستگاه از جنس فولاد ضد زنگ-به ابعاد 1.2 × 0.3 × 1.4 متر است که دارای پنجره‌های شیشه‌ای ارگانیک در دو طرف است. هواکش در پایین وسط با استفاده از یک تکیه گاه فلزی، با عمق غوطه وری 1.0 متر ثابت شد. یک تحلیلگر کیفیت آب چند پارامتری (Hach HQ30D، ایالات متحده آمریکا) برای نظارت بر غلظت اکسیژن محلول (DO) در زمان واقعی استفاده شد. سدیم سولفیت بی آب به عنوان عامل اکسیژن زدایی و کلرید کبالت به عنوان کاتالیزور استفاده شد. قرائت گیج فشار نشان دهنده فشار مرطوب دینامیک هواکش (DWP، kPa) است. نتایج اندازه گیری برای دما، شوری و DO تصحیح شد. بازده انتقال اکسیژن استاندارد شده (SOTE، %) به عنوان شاخص ارزیابی استفاده شد.

مصرف انرژی دمنده هم به نرخ جریان هوا و هم فشار هوای خروجی مربوط می شود که به ترتیب تحت تأثیر SOTE و DWP هواکش قرار دارند. بنابراین، یک شاخص مصرف انرژی هوادهی J (kPa·h / g)، که نشان دهنده اثر ترکیبی SOTE و DWP است، برای ارزیابی عملکرد هواده استفاده شد. به عنوان افت فشاری که هواده باید بر واحد جرم اکسیژن منتقل شده غلبه کند، تعریف می شود. J از شیب تناسب رگرسیون خطی بین DWP/SOTE و نرخ جریان هوا (AFR) محاسبه می‌شود، همانطور که در معادله زیر نشان داده شده است:

کجا:

AFRسرعت جریان هوا، m³/h است.

ρ_هواچگالی هوا، 1.29 × 10³ گرم در متر مکعب در 20 درجه است.

y_O2محتوای اکسیژن موجود در هوا است که به صورت 0.23 گرم O2/g هوا در نظر گرفته می شود.

2 نتایج و تجزیه و تحلیل

2.1 عملکرد انتقال اکسیژن هواده های جدید، قدیمی و تمیز شده

شکل 3SOTE و DWP هواده ها را در نرخ های جریان هوای مختلف نشان می دهد.

از شکل 3 (a) و (b)، مقادیر SOTE برای لوله های HDPE و EPDM جدید به ترتیب (7.36±0.53)٪ و (9.68±1.84)٪ بود. لوله EPDM حباب‌های کوچک‌تری با سطح ویژه بزرگ‌تر تولید می‌کند و سطح تماس مایع{6} و زمان ماند را افزایش می‌دهد و در نتیجه SOTE بالاتری را در پی دارد. SOTE هر دو هواده با افزایش AFR کاهش می یابد زیرا AFR بالاتر تعداد حباب ها و سرعت اولیه را افزایش می دهد و منجر به برخورد حباب های بیشتر و تشکیل حباب های بزرگتر می شود که مانع از انتقال اکسیژن از گاز به فاز مایع می شود. SOTE لوله EPDM با افزایش AFR در مقایسه با لوله HDPE روند کاهشی بارزتری را نشان داد. این به این دلیل است که منافذ هواکش HDPE سفت هستند و با AFR تغییر نمی‌کنند، در حالی که منافذ هواکش EPDM با افزایش AFR انعطاف‌پذیر بوده و بازتر می‌شوند و حباب‌های بزرگ‌تری تشکیل می‌دهند و SOTE را کاهش می‌دهند.

پس از عملکرد طولانی مدت، SOTE لوله HDPE به (0.62±5.39٪) کاهش یافت، کاهش 26.7٪، عمدتاً به دلیل تجمع آلاینده که منافذ را مسدود می کند و تعداد منافذ موثر برای تولید حباب را کاهش می دهد. شستشوی مکانیکی SOTE لوله HDPE را به (5.59±0.66) درصد افزایش داد، اما بازیابی قابل توجهی نبود، احتمالاً به این دلیل که آلاینده‌های روی لوله HDPE نه تنها به سطح چسبیده بودند، بلکه در داخل منافذ نیز رسوب می‌کردند و حذف آنها را با مالش مکانیکی دشوار می‌کرد. جیانگ و همکاران دریافتند که NaClO می تواند به طور موثر آلاینده ها را از لوله های HDPE حذف کند و عملکرد هوادهی آنها را بازیابی کند. پس از تمیز کردن NaClO، SOTE لوله HDPE به (6.14±0.63)٪، که 83.4٪ از سطح لوله جدید است، بازیابی شد، هنوز قادر به بازیابی کامل نیست. این به این دلیل است که در طول عملیات طولانی مدت، آلاینده‌ها محکم به هم متصل می‌شوند، ساختار منافذ را تغییر می‌دهند، جریان هوا را مسدود می‌کنند، ادغام حباب‌ها را افزایش می‌دهند، سطح ویژه حباب و زمان ماندن را کاهش می‌دهند و در نتیجه انتقال اکسیژن را مختل می‌کنند. به طور همزمان، رسوب باعث توزیع ناهموار هوا می شود و عملکرد کلی را کاهش می دهد.

SOTE لوله EPDM قدیمی به (9.06±1.75)٪ کاهش یافت، کاهش 6.4٪. علاوه بر مسدود شدن منافذ ناشی از تجمع آلاینده ها، رسوب بیولوژیکی باعث مصرف نرم کننده های موجود در مواد می شود و هواکش را سخت می کند و منافذ را تغییر شکل می دهد. منافذ تغییر شکل یافته نمی توانند به حالت اولیه خود برگردند و حباب های بزرگتری تولید می کنند و SOTE را پایین می آورند. شستشوی مکانیکی SOTE لوله EPDM را به (9.47±1.87) درصد افزایش داد، تقریباً آن را به سطح لوله جدید بازگرداند، که نشان می‌دهد آلاینده‌های روی لوله EPDM به طور شل به سطح چسبیده‌اند و عمدتاً می‌توان آن را با شستشوی مکانیکی حذف کرد.

از شکل 3 (c) و (d)، DWP لوله EPDM جدید (6.47±0.66) کیلو پاسکال بود، به طور قابل توجهی بالاتر از لوله HDPE جدید [(1.47±0.49) کیلو پاسکال]. این به این دلیل است که قطر منافذ لوله EPDM از لوله HDPE کوچکتر است و در نتیجه هنگام فشرده شدن حباب ها مقاومت بیشتری ایجاد می کند. پس از عملیات طولانی مدت، DWP لوله HDPE قدیمی به (4.36±0.56) کیلو پاسکال، 2.97 برابر لوله جدید افزایش یافت. افزایش DWP هم به میزان گرفتگی منافذ و هم به تغییرات مواد مرتبط است. شستشوی مکانیکی DWP لوله HDPE را به 2.25 برابر لوله جدید کاهش داد. تمیز کردن NaClO بیشتر آن را به (2.04±0.45) کیلو پاسکال، 1.39 برابر بیشتر از لوله جدید کاهش داد. این دوباره نشان می‌دهد که بیشتر آلاینده‌های روی لوله HDPE در داخل منافذ رسوب کرده‌اند و نمی‌توان آن‌ها را به‌طور موثر با شستشوی مکانیکی حذف کرد، و برای بازیابی عملکرد نیاز به تمیز کردن NaClO دارد. DWP لوله EPDM قدیمی به (0.94 ± 8.10) کیلو پاسکال، 1.25 برابر لوله جدید افزایش یافت و پس از شستشوی مکانیکی به 1.10 برابر کاهش یافت.

شکل 4تغییر DWP/SOTE (که به عنوان DWP' نشان داده می شود) با AFR برای هواده ها را نشان می دهد.

از معادله رگرسیون خطی برای برازش DWP' در مقابل AFR استفاده شد و پارامتر مصرف انرژی J از شیب به دست آمد. مقادیر J برای لوله های HDPE و EPDM جدید به ترتیب 0.064 و 0.204 kPa·h/g بود که نشان می دهد در واحد جرم اکسیژن منتقل شده، لوله EPDM باید بر افت فشار بیشتری غلبه کند. در زمان تعویض، مقادیر J برای لوله های HDPE و EPDM به ترتیب به 0.251 و 0.274 kPa·h / g افزایش یافت. رسوب هواده منجر به افزایش افت فشار ممکن است بر عملکرد ایمن دمنده تأثیر بگذارد. پس از شستشوی مکانیکی، مقادیر J برای لوله‌های HDPE و EPDM به ترتیب به 0.184 و 0.237 kPa·h/g کاهش یافت. تغییرات در J را می توان برای تجزیه و تحلیل کمی آلاینده های هواکش استفاده کرد. تفاوت J بین لوله قدیمی و لوله تمیز شده مکانیکی ناشی از رسوب گیری فیزیکی قابل برگشت است. تفاوت بین لوله تمیز شده مکانیکی و لوله جدید ناشی از رسوب غیرقابل برگشت فیزیکی است. تفاوت بین لوله تمیز شده مکانیکی و لوله تمیز شده با مواد شیمیایی ناشی از رسوب گیری برگشت پذیر شیمیایی است، در حالی که تفاوت بین لوله تمیز شده شیمیایی و لوله جدید ناشی از رسوب غیرقابل جبران است. شکل 5 تغییرات پارامتر مصرف انرژی J را برای هواده ها نشان می دهد.

ازشکل 5برای لوله HDPE، رسوب فیزیکی برگشت پذیر و غیرقابل برگشت فیزیکی به ترتیب 35.8٪ و 64.2٪ از کل رسوب ها را تشکیل می دهند. در رسوب غیر قابل برگشت فیزیکی، رسوب شیمیایی برگشت پذیر و غیرقابل جبران به ترتیب 42.8٪ و 21.4٪ را تشکیل می دهند. برای لوله EPDM، رسوب فیزیکی برگشت پذیر و رسوب فیزیکی غیرقابل برگشت به ترتیب 52.9٪ و 47.1٪ را تشکیل می دهند. رسوب غیرقابل جبران در ابتدا ظاهر نمی شود، اما در طول زمان جمع می شود و در نهایت عمر مفید هواکش را تعیین می کند. بنابراین، برنامه‌های تمیز کردن معقولی باید ایجاد شود تا روند انتقال از رسوب‌گیری برگشت‌پذیر به غیرقابل برگشت را کاهش دهد و تجمع رسوب‌های غیرقابل جبران را به حداقل برساند.

2.2 مشاهده SEM هواده های جدید، قدیمی و تمیز شده

شکل 6تصاویر SEM از سطوح هواده های جدید، قدیمی و مکانیکی تمیز شده را نشان می دهد. ساختار متخلخل لوله HDPE جدید به وضوح قابل مشاهده است، در حالی که سطح لوله EPDM جدید با منافذ بریده شده تمیز- صاف است. پس از چندین سال کار، مورفولوژی سطح هر دو هواده به طور قابل توجهی تغییر کرد. آلاینده‌های میله‌ای ناهموار-و آلاینده‌های بلوکی سطح را کاملاً پوشانده بودند، با تجمعات آلاینده در اطراف و داخل منافذ، مانع انتقال اکسیژن و افزایش افت فشار می‌شوند. پس از شستشوی مکانیکی، بیشتر آلاینده های سطح لوله EPDM حذف شدند، اما منافذ مسدود شده باقی ماندند. برای لوله HDPE، ضخامت لایه آلاینده کاهش یافت، اما منافذ همچنان پوشیده بودند.

2.3 تجزیه و تحلیل رسوب غیر آلی هواده های جدید، قدیمی و تمیز شده

از EDX برای تجزیه و تحلیل بیشتر ترکیب عنصری اصلی سطوح هواکش استفاده شد که نتایج نشان داده شده استجدول 2. کربن، اکسیژن، آهن، سیلیکون و کلسیم در هر دو سطح HDPE و EPDM شناسایی شد. لوله HDPE همچنین حاوی منیزیم بود، در حالی که لوله EPDM حاوی آلومینیوم بود. استنباط می شود که آلاینده های معدنی روی لوله HDPE دی اکسید سیلیکون، کربنات کلسیم، کربنات منیزیم و فسفات آهن هستند، در حالی که آلاینده های موجود در لوله EPDM دی اکسید سیلیکون و اکسید آلومینیوم هستند. این رسوبات معدنی زمانی تشکیل می شوند که غلظت یون های معدنی از فاضلاب شهری و لجن فعال در سطح هواکش به حد اشباع برسد. پس از شستشوی مکانیکی، عناصر معدنی روی سطوح هواکش تفاوت کمی در مقایسه با لوله‌های قدیمی نشان دادند که نشان می‌دهد شستشوی مکانیکی نمی‌تواند به طور موثر آلاینده‌های معدنی را حذف کند. کیم و همکاران دریافتند که پس از کارکرد طولانی مدت، آلاینده‌های غیر آلی توسط آلاینده‌های آلی پوشانده می‌شوند و محکم به سطح و داخل منافذ می‌چسبند و حذف آن‌ها را با شستشوی مکانیکی دشوار می‌کنند.

پس از تمیز کردن HCl، یون های فلزی روی سطوح هواکش به طور کامل حذف شدند. هیدروکلراید بخشی از لایه آلی که سطح را پوشانده بود خورده، به آن نفوذ کرد و با یون های فلزی واکنش داد و رسوبات معدنی را از طریق خنثی سازی و تجزیه از بین برد. محلول تمیزکننده هیدروکلراید مورد استفاده برای خیساندن هواده ها توسط ICP برای محاسبه محتوای آلاینده های معدنی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. محتوای کلسیم، منیزیم و آهن برای لوله HDPE به ترتیب 18.00، 1.62 و 13.90 mg/cm² بود، در حالی که برای لوله EPDM، محتوای Ca، Al و Fe به ترتیب 9.55، 1.61 و 3.38 mg/cm² بود.

2.4 تجزیه و تحلیل رسوب آلی هواده های جدید، قدیمی و تمیز شده

برای بررسی کمی توزیع آلاینده‌های آلی، از نرم‌افزار Image J برای محاسبه حجم زیستی و نسبت پوشش بستر کل سلول‌ها، پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌ها از میکروگراف‌های CLSM، با میانگین‌ها به عنوان نتایج نهایی استفاده شد.شکل 7).

از شکل 7 (الف)، پروتئین ها و کل سلول ها به ترتیب اجزای اصلی آلاینده های آلی در لوله های HDPE و EPDM بودند، با حداکثر حجم کل به 7.66×105 و 7.02×105μm3 می رسید. حجم کل سلول در لوله EPDM 2.5 برابر لوله HDPE بود، مطابق با یافته های Garrido-Baserba و همکاران، که غلظت DNA کل بالاتری را در هواده های قدیمی EPDM در مقایسه با مواد دیگر گزارش کردند. وانگر و همکاران دریافتند که وقتی میکروارگانیسم‌ها به لوله‌های EPDM متصل می‌شوند، اگر محیط اطراف فاقد بستر آلی کافی باشد، به استفاده از نرم‌کننده‌های غشایی EPDM روی می‌آورند. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند از نرم‌کننده‌ها به‌عنوان منبع کربن استفاده کنند، رشد و تولیدمثل را تسریع کنند و در نتیجه رسوب‌های بیولوژیکی را در سطح EPDM تشدید کنند. محتوای پلی ساکارید و پروتئین در لوله EPDM بسیار کمتر از محتوای لوله HDPE بود، احتمالاً به دلیل سن لجن بالاتر در گیاه B در مقایسه با گیاه A، که منجر به غلظت کمتر ماده پلیمری خارج سلولی (EPS) شد. به عنوان اجزای اصلی EPS، پروتئین ها و پلی ساکاریدهای ترشح شده توسط میکروارگانیسم ها به منابع قابل توجهی از آلاینده های آلی در سطح لوله HDPE در کارخانه A تبدیل شدند.

پس از شستشوی مکانیکی، مقدار کل سلول‌ها، پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌ها در لوله HDPE به ترتیب 1.49×105، 0.13×105 و 1.33×105μm³ کاهش یافت. در لوله EPDM، کاهش مربوطه به ترتیب 2.20 × 105، 1.88 × 105، و 2.38 × 105 میکرومتر بود. این نشان می دهد که شستشوی مکانیکی می تواند رسوب آلی را تا حدی کاهش دهد.

با این حال، برای لوله HDPE، سطح پوشش بستر پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌ها پس از شستشوی مکانیکی از 2.75% و 6.28% به ترتیب به 4.67% و 7.09% افزایش یافت [شکل 7(b)]. این به این دلیل رخ داد که مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) دارای ویسکوزیته بالایی هستند. در نتیجه، شستشوی مکانیکی اثر معکوس پخش پروتئین‌ها، پلی‌ساکاریدها و آلاینده‌های معدنی را به‌طور گسترده‌تر در سطح لوله HDPE داشت که منجر به پوشش منطقه بیشتر شد. این احتمالاً توضیح می دهد که چرا شستشوی مکانیکی نتوانست به طور قابل توجهی راندمان هوادهی لوله HDPE را بازیابی کند.

پس از تمیز کردن NaClO، کل سلول‌ها، پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌های روی لوله HDPE به ترتیب به میزان 2.34×105، 3.42×105 و 4.53×105 μm³ کاهش یافت که راندمان حذف به‌طور قابل‌توجهی نسبت به شستشوی مکانیکی نشان داد. NaClO گروه های عاملی آلاینده های آلی را به کتون ها، آلدئیدها و اسیدهای کربوکسیلیک اکسید می کند و آب دوستی ترکیبات اصلی را افزایش می دهد و چسبندگی آلاینده را به هواده کاهش می دهد. علاوه بر این، لخته های لجن و کلوئیدها می توانند توسط اکسیدان ها به ذرات ریز و مواد آلی محلول تجزیه شوند.

3 نتیجه گیری

①مقادیر SOTE برای لوله های HDPE و EPDM جدید به ترتیب (7.36±0.53)٪ و (9.68±1.84)٪ بود. SOTE لوله EPDM با افزایش AFR در مقایسه با لوله HDPE روند کاهشی بارزتری را نشان داد. این به این دلیل است که منافذ هواکش HDPE سفت هستند و با AFR تغییر نمی‌کنند، در حالی که منافذ هواکش EPDM با افزایش AFR انعطاف‌پذیر بوده و بازتر می‌شوند و حباب‌های بزرگ‌تری تشکیل می‌دهند و SOTE را کاهش می‌دهند.

②با توجه به تجمع آلاینده در سطح و داخل منافذ، راندمان انتقال اکسیژن لوله HDPE 26.7 درصد کاهش یافت و افت فشار آن به 2.97 برابر لوله جدید افزایش یافت. از آنجایی که بیشتر آلاینده‌های روی لوله HDPE در داخل منافذ رسوب می‌کردند، شستشوی مکانیکی مؤثر نبود. پس از تمیز کردن شیمیایی، SOTE لوله HDPE به 83.4٪ از سطح لوله جدید بهبود یافت و DWP به 1.39 برابر لوله جدید کاهش یافت که بهبود عملکرد قابل توجهی را نشان داد. با این حال، به دلیل رسوب آلاینده، نتوانست به طور کامل به حالت اولیه خود بازگردد. برای لوله HDPE، رسوب گیری فیزیکی برگشت پذیر، شیمیایی برگشت پذیر و غیرقابل جبران به ترتیب 35.8٪، 42.8٪ و 21.4٪ بود.

③پس از کارکرد طولانی مدت، راندمان انتقال اکسیژن لوله EPDM 6.4٪ کاهش یافت و افت فشار آن به 1.25 برابر لوله جدید افزایش یافت. پس از شستشوی مکانیکی، عملکرد هوادهی لوله EPDM تقریباً به سطح لوله جدید بازگردانده شد، که نشان می‌دهد آلاینده‌های موجود در لوله EPDM به طور شل به سطح متصل شده‌اند و می‌توان تا حد زیادی با شستشوی مکانیکی حذف شدند. برای لوله EPDM، رسوب فیزیکی برگشت پذیر و رسوب فیزیکی غیرقابل برگشت به ترتیب 52.9٪ و 47.1٪ را تشکیل می دهند.

④پروتئین ها جزء اصلی آلاینده های آلی در لوله HDPE بودند، در حالی که سلول های کل جزء اصلی در لوله EPDM بودند. این به این دلیل است که میکروارگانیسم‌ها از نرم‌کننده‌های موجود در مواد EPDM به عنوان منبع کربن استفاده می‌کنند و رشد و تولیدمثل آنها را تسریع می‌کنند و در نتیجه رسوب بیولوژیکی را در هواده‌های مواد EPDM تشدید می‌کنند.