عملکرد هوادهی حباب ریز در فرآیند AAO: تجزیه و تحلیل فصلی (تابستان در مقابل زمستان)

اندازه گیری و ارزیابی عملکرد سیستم هوادهی حباب ریز در فرآیند AAO در تابستان و زمستان

اکثر تصفیه خانه های فاضلاب شهری (WWTPs) در چین از فرآیندهای بیولوژیکی هوازی برای حذف مواد آلی، نیتروژن، فسفر و سایر آلاینده ها از فاضلاب استفاده می کنند. تامین اکسیژن محلول (DO) در آب یک پیش نیاز برای حفظ تقاضای حیات میکروبی و کارایی تصفیه در فرآیند بیولوژیکی هوازی است. در نتیجه،واحد هوادهی هسته اصلی تصفیه بیولوژیکی فاضلاب هوازی است. به طور همزمان، سیستم هوادهی نیز استواحد مصرف{0} انرژی اصلیدر WWTP ها، حسابداری برای45 تا 75 درصد از کل انرژی مصرفی گیاه. علاوه بر شرایط عملیاتی، مصرف انرژی سیستم هوادهی تحت تأثیر عواملی مانند کیفیت فاضلاب و شرایط محیطی است. اکثر مناطق چین دارای چهار فصل متمایز، بارندگی فراوان و تغییرات قابل توجه دمای فصلی هستند. بارندگی تابستان غلظت آلاینده ورودی WWTP ها را رقیق می کند، در حالی که دمای پایین زمستان بر فعالیت میکروبی تأثیر می گذارد و در نتیجه بر کیفیت پساب تأثیر می گذارد. نوسانات در نرخ جریان ورودی و کیفیت نیز چالش هایی را برای کنترل دقیق سیستم هوادهی در WWTP ها ایجاد می کند. بدون درک کافی از تغییرات عملکرد انتقال اکسیژن پخش کننده های حباب ریز و نگهداری آنها در حین کار، مزیت راندمان بالای انتقال اکسیژن (OTE) سیستم های هوادهی حباب ریز نمی تواند به طور کامل مورد استفاده قرار گیرد که منجر به اتلاف انرژی می شود.

در حال حاضر پرکاربردترین نوع آن استپخش کننده حباب ریز، که عملکرد آن ارتباط مستقیمی با مصرف انرژی عملیاتی سیستم هوادهی دارد. روش‌های اندازه‌گیری عملکرد انتقال اکسیژن در پخش‌کننده‌های حباب ریز شامل آزمایش‌های استاتیک (مانند آزمایش آب تمیز) و آزمایش‌های دینامیکی (مانند روش تجزیه و تحلیل گاز خاموش{1}}). تحقیقات روی تست‌های استاتیک بیشتر بر روی شبیه‌سازی‌های مقیاس آزمایشگاهی تمرکز دارد، در حالی که روش‌های آزمایش پویا به ندرت به دلیل عواملی مانند الزامات محل آزمایش و محدودیت‌های آزمایش میدانی گزارش می‌شوند. در حال حاضر، چین فقط استانداردهای مربوطه را برای روش آزمایش آب تمیز ایجاد کرده است. در طول عملیات واقعی، عملکرد انتقال اکسیژن دیفیوزرها تحت تأثیر عواملی مانند کیفیت ورودی، ویژگی‌های لجن، شرایط عملیاتی و رسوب دیفیوزر قرار می‌گیرد. عملکرد واقعی به طور قابل توجهی با نتایج آزمایش آب تمیز متفاوت است، که منجر به انحرافات قابل توجهی در هنگام استفاده از داده های آب تمیز برای پیش بینی نیاز واقعی تامین هوا می شود. فقدان روش های نظارت موثر برای عملکرد بهره وری انرژی سیستم هوادهی در WWTP ها منجر به اتلاف انرژی می شود. بنابراین، اندازه گیری و ارزیابی عملکرد انتقال اکسیژن دیفیوزرها در طول عملیات واقعی برای هدایت تنظیمات به موقع استراتژی های هوادهی و کمک به دستیابی به صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف در سیستم های هوادهی ضروری است. این مطالعه طول می کشدیک WWTP شهری در شانگهای به عنوان مثال. از طریق اندازه گیری میدانی غلظت آلاینده در مخزن هوازی و الگوهای تغییرات OTE در طول مسیر سیستم هوادهی حباب ریز در تابستان و زمستان، راندمان حذف آلاینده و عملکرد سیستم هوادهی به طور سیستماتیک اندازه‌گیری و ارزیابی شد. هدف بررسی تأثیر تغییرات فصلی بر عملکرد انتقال اکسیژن سیستم هوادهی، ارائه راهنمایی برای کنترل دقیق و عملکرد{2}}صرفه‌جویی انرژی سیستم‌های هوادهی در تصفیه فاضلاب است.

1. مواد و روش ها

1.1 بررسی اجمالی عملیات WWTP

WWTP شهری شانگهای ترکیبی از فرآیندها را به کار می گیردپیش تصفیه + فرآیند AAO + فیلتر فیبر بستر عمیق + ضد عفونی UV. راظرفیت درمان 3.0×105 m³/d است. جریان فرآیند اصلی WWTP در نشان داده شده استشکل 1. تأثیرگذار در درجه اول استفاضلاب خانگی، و پساب پیش از تخلیه به رودخانه یانگ تسه با استاندارد درجه A "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری" (GB 18918-2002) مطابقت دارد. زمان نگهداری هیدرولیک (HRT) برای مخزن بی هوازی، تانک بدون اکسیژن و مخزن هوازی مخزن بیولوژیکی در این کارخانه به ترتیب 1.5 ساعت، 2.7 ساعت و 7.1 ساعت است. نسبت رفلاکس داخلی و نسبت رفلاکس خارجی هر دو 100٪ هستند. سن لجن بین 10-15 روز کنترل می شود. این کارخانه در مجموع دارای 8 تانک هوازی می باشد. اندازه یک مخزن هوازی 116.8 متر × 75.1 متر × 7.0 متر (L × W × H) با حجم 11093 متر مکعب است. غلظت جامدات معلق مشروب مخلوط (MLSS) در حدود 4 گرم در لیتر کنترل می شود. پایین مجهز شده استپخش کننده حباب ریز لوله ای پلی اتیلن اکوپولمر اوکراینی، اندازه 120 میلی متر × 1000 میلی متر (D × L). نسبت هوا به آب 5.7:1 است. هر تانک هوازی از 3 کانال (منطقه 1، منطقه 2 و منطقه 3) تشکیل شده است. بر اساس غلظت DO اندازه گیری شده توسط مترهای جریان گاز در کانال ها، پره های راهنمای دمنده های گریز از مرکز تک مرحله ای (4 عملیاتی، 2 آماده به کار) تنظیم می شوند تا غلظت DO در مخزن هوازی بین 2-5 میلی گرم در لیتر حفظ شود. هر دمنده دارای نرخ جریان هوای نامی 108 m³/min، فشار 0.06 کیلو پاسکال و توان 160 کیلو وات است. هر کانال به طور جداگانه با استفاده از جریان سنج گاز کنترل می شود. همراه با بازخورد خواندن DO، عرضه واقعی هوا با تنظیم پره های راهنمای دمنده های گریز از مرکز تک مرحله ای برای حفظ میانگین DO در مخزن هوازی بین 2-5 میلی گرم در لیتر کنترل می شود. کیفیت ورودی/پساب طراحی شده و کیفیت ورودی سال 2019 کارخانه در نشان داده شده استجدول 1.

1.2 طرح بندی نقطه آزمایش

دو آزمایش از عملکرد انتقال اکسیژن سیستم هوادهی حباب ریز تحت شرایط عملیاتی واقعی در ماه ژوئیه (تابستان) و دسامبر (زمستان) انجام شد. در امتداد جهت جریان، 22 نقطه تست با توجه به محل درگاه های بازرسی مخزن هوازی راه اندازی شد. فاصله بین دو نقطه آزمایش مجاور حدود 5 متر بود که 7، 7 و 8 نقطه آزمایش به ترتیب در منطقه 1، منطقه 2 و منطقه 3 بود. توزیع نقاط آزمون در نشان داده شده استشکل 2. OTE واقعی پخش‌کننده‌های حباب ریز در هر نقطه با اندازه‌گیری محتوای اکسیژن موجود در گاز خارج شده از سطح آب محاسبه شد. به طور همزمان، غلظت DO و دمای آب در هر نقطه با استفاده از یک متر کیفیت آب چند پارامتری (HQ 30d, Hach, USA) اندازه‌گیری شد و غلظت آلاینده در هر نقطه اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل شد تا الگوی تغییرات آن در طول مسیر به دست آید. برای جلوگیری از COD_Crدر نمونه‌ها از تخریب در حین انتقال، نمونه‌های گرفته شده در امتداد مخزن هوازی قبل از اندازه‌گیری در سایت- فیلتر شدند.

1.3 اندازه گیری عملکرد انتقال اکسیژن پخش کننده های حباب ریز تحت شرایط واقعی

اندازه‌گیری عملکرد انتقال اکسیژن پخش‌کننده‌های حباب ریز در شرایط واقعی از یک تجزیه‌کننده گاز خاموش-به‌طور مستقل توسط دانشگاه برق شانگهای، متشکل از یک سیستم جمع‌آوری گاز، سیستم تجزیه و تحلیل گاز و سیستم تبدیل سیگنال، استفاده کرد. گاز خاموش با استفاده از پمپ بنزین (KVP15-KM-2-C-S، Karier، چین) و یک هود جمع‌آوری شد و برای تجزیه و تحلیل به یک حسگر اکسیژن الکتروشیمیایی (A-01، ITG، آلمان) تحویل داده شد. سیستم تبدیل سیگنال سیگنال ولتاژ خروجی سنسور را به فشار جزئی اکسیژن در گاز تبدیل کرد. در طول آزمایش بدون گاز، ابتدا فشار جزئی اکسیژن در هوای محیط اندازه‌گیری شد. سپس هود روی سطح آب مخزن هوازی ثابت شد تا گاز خروجی جمع‌آوری شود و فشار جزئی اکسیژن آن اندازه‌گیری شود. داده ها پس از تثبیت خروجی به مدت 5 دقیقه ثبت شد. پارامترهای به دست آمده از طریق آنالایزر خارج از گاز شامل فشار جزئی اکسیژن در هوای محیط و گاز خارج از محیط بود که از آن درصد اکسیژن منتقل شده از فاز گاز به مایع مخلوط، یعنی OTE پخش کننده حباب ریز، محاسبه شد.معادله (1).

کجا:

Y(O_₂,_هوا)- نسبت اکسیژن موجود در هوا؛

Y(O_₂,_{گاز خاموش-})- نسبت اکسیژن در-گاز خاموش؛

A_OTE- مقدار OTE.

OTE اندازه‌گیری‌شده توسط تجزیه‌کننده گاز خاموش، برای DO، دما و شوری برای به‌دست آوردن OTE استاندارد (SOTE) پخش‌کننده حباب ریز در فاضلاب در شرایط استاندارد، اصلاح شد.معادله (2). محاسبه DO اشباع شده در آب در نشان داده شده استمعادله (3).

کجا:

θ- ضریب تصحیح دما، 1.024، بدون بعد;

A_SOTE- مقدار SOTE;

- ضریب شوری برای مشروب مخلوط (محاسبه بر اساس کل جامدات محلول در مشروب مخلوط)، بدون بعد، معمولاً 0.99 در نظر گرفته می‌شود.

- نسبت راندمان انتقال اکسیژن دیفیوزر در فاضلاب به شرایط آب تمیز، بدون بعد.

غلظت C - DO در آب، mg/L.

C_S,_T- غلظت DO اشباع شده در آب در دمای T, mg/L.

C_S,₂₀- غلظت DO اشباع شده در آب در دمای 20 درجه، میلی گرم در لیتر؛

T- دمای آب، درجه .

1.4 روش محاسبه برای مصرف انرژی سیستم هوادهی

نیاز نظری اکسیژن مخزن هوازی بر اساس مدل لجن فعال (ASM) محاسبه شد. نیاز اکسیژن بر اساس COD محاسبه شد_Crو حذف نیتروژن آمونیاکی برای تعیین نیاز اکسیژن کل (TOD) مخزن هوازی، مانندمعادله (4).

کجا:

M_TOD- مقدار TOD، کیلوگرم O₂/h.

Q- نرخ جریان ورودی، m³/d.

ΔC_CODCr- تفاوت بین غلظت COD Cr ورودی و خروجی، mg/L.

ΔC_{نیتروژن آمونیاکی}- تفاوت بین غلظت نیتروژن آمونیاک ورودی و خروجی، mg/L. 4.57 ضریب تبدیل نیتروژن آمونیاکی به NO3--N است.

نرخ تامین اکسیژن سیستم هوادهی حباب ریز به صورت زیر محاسبه می شودمعادله (5).

کجا:

M_OTR- مقدار نرخ واقعی اکسیژن، کیلوگرم O2/d.

Q_AFR- سرعت جریان هوا، m³/h.

ŷ_O₂- کسر جرمی اکسیژن در هوا، 0.276.

قدرت دمنده با نرخ واقعی تامین هوای دمنده و فشار خروجی تعیین می شود که به نوبه خود توسط فشار ورودی، افت فشار هوا در خط لوله، افت فشار خود پخش کننده حباب ریز و فشار استاتیک آب در کف مخزن تعیین می شود.معادله (6).

کجا:

ρ_هوا- چگالی هوا، گرم در لیتر، 1.29 گرم در لیتر.

N - قدرت دمنده، کیلووات؛

R- ثابت گاز جهانی، 8.314 J/(mol·K);

T_هوا- دمای اتمسفر، درجه ;

B- ضریب تبدیل دمنده، 29.7;

- نسبت گرمای ویژه گاز، به عنوان ثابت 0.283;

η- راندمان ترکیبی موتور و دمنده، به عنوان ثابت 0.8 در نظر گرفته شده است.

P_i- فشار ورودی دمنده، Pa;

Z- فشار آب غوطه‌ور در دیفیوزر، Pa;

P_{از دست دادن}- کاهش فشار خود پخش کننده حباب ریز، Pa.

h_L- افت فشار هوا در خط لوله، Pa.

در شرایط آزمایش، مقدار اکسیژن انتقال یافته به آب به ازای واحد انرژی الکتریکی مصرف شده توسط دیفیوزر [kg/(kW·h)] بازده هوادهی استاندارد (SAE) است، همانطور که درمعادله (7). مقدار SAE را می توان برای ارزیابی بازده واقعی استفاده از پخش کننده حباب خوب استفاده کرد.

کجا:

A_SAE- مقدار SAE.

1.5 روش های اندازه گیری شاخص مرسوم

نمونه های مشروب مخلوط از طریق کاغذ صافی کیفی فیلتر شدند. COD محلول_Cr(SCOD_Crنیتروژن آمونیاکی، NO3^--N و TP با استفاده از روش‌های استاندارد ملی اندازه‌گیری شد.

2. نتایج و بحث

2.1 راندمان حذف آلاینده

کیفیت نفوذ آلاینده های اصلی در تابستان و زمستان در WWTP نشان داده شده استشکل 3. متوسط ​​نرخ جریان تیمار در تابستان و زمستان به ترتیب 3.65×105 m³/d و 3.13×105m³/d بود.COD تاثیرگذار تابستانی_Crو غلظت نیتروژن آمونیاک (52.53 ± 188.38) میلی گرم در لیتر و (16.93 ± 5.10) میلی گرم در لیتر بود.به ترتیب.COD نفوذی زمستانی_Crو غلظت نیتروژن آمونیاک (28.26 ± 187.94) میلی گرم در لیتر و (17.91 ± 3.42) میلی گرم در لیتر بود.به ترتیب. بارندگی بیشتر تابستان باعث می شود که WWTP در حالت "بار هیدرولیک بالا - بار آلاینده کم" کار کند. افزایش بار هیدرولیک HRT سیستم را کوتاه می کند و زمان واکنش در مخزن بیولوژیکی را کاهش می دهد و بر حذف آلاینده ها تأثیر می گذارد. بار کم آلاینده ورودی در WWTP ها می تواند به راحتی منجر به بارگذاری لجن بسیار کم شود و باعث هوادهی بیش از حد و از هم پاشیدگی لجن شود. WWTPs باید به موقع بارگذاری لجن و نرخ عرضه هوا را تنظیم کند تا تأثیر عملیات بار آلاینده کم را کاهش دهد.دمای آب تابستان (34/1 ± 32/27) درجه بود که به طور معنی‌داری بیشتر از دمای زمستان (75/0 ± 39/17) درجه بود.. دما یکی از عوامل مهم موثر بر ظرفیت حذف آلاینده های سیستم است. تحمل باکتری‌های رشته‌ای بیشتر از باکتری‌های تشکیل‌دهنده لخته است، و آنها را مستعد تکثیر در محیط‌های با دمای پایین-می‌کند و باعث حجیم شدن لجن می‌شود. دماهای پایین‌تر نیز فعالیت آنزیمی میکروارگانیسم‌ها را در لجن فعال کاهش می‌دهد، سرعت تخریب بستر و سرعت تنفس درون‌زا را کاهش می‌دهد و منجر به کاهش راندمان حذف آلاینده‌ها می‌شود. WWTP ها می توانند اقداماتی مانند افزایش سن لجن و MLSS در مخزن بیولوژیکی برای کاهش تأثیر منفی دمای پایین بر حذف آلاینده ها انجام دهند. از آنجایی که بار هیدرولیک در زمستان کمتر از تابستان است، HRT در مخزن هوازی با هوادهی کافی کمی افزایش می یابد و تأثیر منفی دمای پایین بر نیتریفیکاسیون را جبران می کند. بنابراین، کیفیت پساب در تابستان و زمستان با استاندارد درجه A GB 18918-2002 مطابقت داشت.

2.2 الگوهای تغییر شکل های آلاینده در امتداد تانک هوازی

در روزهای امتحان،SCOD نفوذی_Crغلظت در تابستان و زمستان به ترتیب 186.76 میلی گرم در لیتر و 248.42 میلی گرم در لیتر و غلظت نیتروژن آمونیاک 22.05 میلی گرم در لیتر و 25.91 میلی گرم در لیتر بود.به ترتیب. احتمالاً به دلیل ترکیبی از سرریز فاضلاب و نفوذ آب زیرزمینی، کیفیت ورودی کمتر از مقادیر طراحی بود. تغییرات آلاینده ها در امتداد مخزن هوازی نشان داده شده استشکل 4.

به دلیل آزاد شدن فسفر در مخزن بی هوازی، نیترات زدایی در مخزن بدون اکسیژن و رقیق شدن با بازگشت لجن، غلظت آلاینده قبل از ورود به مخزن هوازی به طور قابل توجهی کاهش یافت. SCOD_Crغلظت در ورودی تانک هوازی در تابستان و زمستان به ترتیب mg/L 30.32 و mg/L 52.48 و غلظت نیتروژن آمونیاکی به ترتیب mg/L 3.90 و mg/L 4.62 بود. غلظت TN در ورودی مخزن هوازی در تابستان و زمستان به ترتیب 4.86 میلی گرم در لیتر و 6.16 میلی گرم در لیتر بود که اندکی به 4.46 میلی گرم در لیتر و 5.70 میلی گرم در لیتر در پساب کاهش یافت که نشان دهنده نسبت نسبتاً کمی از نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان در یک مخزن است. SCOD_Crغلظت در منطقه 1 به طور معنی داری کاهش یافت و به ترتیب به 19.36 میلی گرم در لیتر و 30.20 میلی گرم در لیتر در تابستان و زمستان رسید. غلظت نیتروژن آمونیاک به 1.75 میلی گرم در لیتر و 2.80 میلی گرم در لیتر کاهش یافت. روند کاهشی غلظت آلاینده در منطقه 2 کند شد، که نشان می دهد مواد آلی مولکولی کوچک به طور کامل تجزیه شده و نیتریفیکاسیون کامل شده است. غلظت آلاینده در انتهای منطقه 2 قبلاً استاندارد تخلیه پساب را برآورده کرده است. غلظت آلاینده در منطقه 3 تقریباً بدون تغییر باقی ماند، اما مقدار DO در مشروب مخلوط افزایش یافت، که نشان می دهد بیشتر اکسیژن عرضه شده در این منطقه در مایع مخلوط لجن حل می شود و برای COD استفاده نمی شود._Crاکسیداسیون و اکسیداسیون آمونیاک. SCOD پساب_Crغلظت هوازی از مخزن هوازی در تابستان و زمستان به ترتیب 15.36 میلی گرم در لیتر و 26.51 میلی گرم در لیتر و غلظت نیتروژن آمونیاک پساب به ترتیب 0.17 میلی گرم در لیتر و 0.50 میلی گرم در لیتر بود.میزان بالاتر حذف نیتروژن آمونیاک در تابستان به دلیل دمای بالاتر آب است که فعالیت نیتریفیکاسیون{0}}نیتروژن زدایی میکروارگانیسم ها را افزایش می دهد.. ژانگ تائو و همکاران پیدا کرد کهدمای پایین زمستان باعث کاهش فراوانی آمونیاک-باکتری‌های اکسیدکننده و نیتریت-باکتری‌های اکسیدکننده می‌شود و میزان حذف نیتروژن آمونیاکی را در WWTPها کاهش می‌دهد..

2.3 خاموش-نتایج آزمایش گاز در امتداد مخزن هوازی

آزمایشات میدانی عملکرد انتقال اکسیژن سیستم هوادهی حباب ریز در امتداد مخزن هوازی در تابستان و زمستان با استفاده از تحلیلگر گاز خاموش- انجام شد. نتایج در نشان داده شده استشکل 5. غلظت DO در مخزن هوازی به تدریج در جهت جریان افزایش یافت. غلظت DO در مشروب مخلوط به مقدار اکسیژن منتقل شده از فاز گاز به فاز مایع توسط دیفیوزرها (یعنی OTR) و اکسیژن مصرف شده توسط میکروارگانیسم ها (یعنی OUR) بستگی دارد. زیرلایه در انتهای جلوی مخزن هوازی فراوان است و میکروارگانیسم ها به اکسیژن بیشتری برای تجزیه بستر نیاز دارند. بنابراین، غلظت DO در منطقه 1 در تابستان و زمستان به ترتیب (22/0 ± 54/1) میلی‌گرم در لیتر و (31/0 ± 85/1) میلی‌گرم در لیتر کمترین مقدار را داشت. غلظت DO به ترتیب به (2.27 ± 0.45) میلی گرم در لیتر و (2.04 ± 0.13) میلی گرم در لیتر در منطقه 2 افزایش یافت. در منطقه 3، غلظت DO به ترتیب (0.55 ± 4.48) میلی گرم در لیتر و (4.53 ± 1.68) میلی گرم در لیتر بود. الگوی تغییرات DO در طول مسیر با غلظت آلاینده سازگار است. تجزیه مواد آلی و نیتیفیکاسیون اساساً در منطقه 2 تکمیل شد. محتوای مواد آلی در منطقه 3 کمتر است، نیاز اکسیژن را کاهش می‌دهد و منجر به عدم استفاده کامل از اکسیژن و ذخیره در فاز آب به عنوان DO می‌شود که باعث می‌شود غلظت DO به سطوح بسیار بالایی افزایش یابد. میانگین DO در منطقه 3 به طور قابل توجهی بالاتر از 2.0 میلی گرم در لیتر بود که نشان دهنده هوادهی بیش از حد در انتهای مخزن هوازی است. تنفس درون زا لجن فعال فعالیت لجن را کاهش می دهد و به راحتی می تواند باعث حجیم شدن لجن شود و در عین حال انرژی را نیز هدر دهد. غلظت بسیار بالای DO در انتهای مخزن هوازی همچنین منجر به غلظت DO بالاتر در مایع برگشتی می شود که نه تنها غلظت DO را که از طریق رفلاکس خارجی وارد مخزن آنوکسیک می شود افزایش می دهد بلکه مقدار COD Cr موجود را نیز کاهش می دهد و در نتیجه کارایی نیترات زدایی را کاهش می دهد. بنابراین توصیه می شود برای صرفه جویی در مصرف انرژی هوادهی، هوای منطقه 3 را با حفظ شدت اختلاط لازم کاهش دهید.

همانطور که در نشان داده شده استشکل 5تفاوت قابل توجهی در عملکرد انتقال اکسیژن دیفیوزرها در کانال های مختلف در طول عملیات واقعی بین تابستان و زمستان وجود دارد. میانگین OTE اندازه گیری شده در زمستان 9.72 درصد بود، کمتر از نتیجه اندازه گیری شده در تابستان (16.71 درصد). این به این دلیل استکاهش دمای آب باعث کاهش فعالیت میکروارگانیسم‌ها در مخزن هوازی WWTP می‌شود که منجر به کاهش میزان مصرف اکسیژن می‌شود.. پس از اصلاح دما، شوری و DO، میانگین مقادیر SOTE در تابستان و زمستان به ترتیب 17.69% و 14.21% بود. SOTE تابستان کمی بالاتر از زمستان بود، احتمالاً به این دلیلعملیات طولانی مدت تشدید رسوب دیفیوزر، مسدود کردن منافذ و کاهش عملکرد انتقال اکسیژن دیفیوزر.

2.4 تجزیه و تحلیل پتانسیل بهینه سازی انرژی برای سیستم هوادهی مخزن هوازی

با توجه به معادلات (3) و (4)، تقاضای اکسیژن، نرخ عرضه اکسیژن و قدرت دمنده برای هر کانال از مخزن هوازی در تابستان و زمستان محاسبه شد، همانطور که در نشان داده شده است.جدول 2. نیاز کل اکسیژن مخزن هوازی در زمستان حدود 34.91 درصد بیشتر از تابستان بود که ناشی از COD ورودی بالاتر بود._Crو بار آلاینده نیتروژن آمونیاکی در زمستان نسبت به تابستان. نیاز اکسیژن در هر منطقه از مخزن هوازی با کاهش آلاینده های ورودی در طول مسیر کاهش می یابد. منطقه 1 دارای بالاترین غلظت آلاینده و بستر کافی است که در نتیجه فعالیت میکروبی بالاتری دارد، بنابراین نیاز به اکسیژن آن بالاترین است. با کاهش مداوم آلاینده ها، نیاز به اکسیژن در منطقه 2 و منطقه 3 به تدریج کاهش می یابد. در تابستان، نسبت اکسیژن مورد نیاز سه منطقه به ترتیب 72.62، 21.65 درصد و 5.73 درصد از کل نیاز اکسیژن مخزن هوازی بود. در زمستان این نسبت به ترتیب 84/72، 53/24 و 63/2 درصد بود. در راکتورهای لجن فعال معمولی، نیاز اکسیژن برای بخش جلویی 45٪ -55٪، بخش میانی 25٪ -35٪، و بخش عقب 15٪ -25٪ است. بار درمانی در انتهای این تانک هوازی کمتر از مقادیر معمولی است. عرضه هوا در قسمت جلویی می تواند به طور مناسب کاهش یابد و اجازه می دهد برخی از آلاینده ها در قسمت های عقب تجزیه شوند.

در مقایسه با تابستان،تقاضای اکسیژن در فرآیند تصفیه بیولوژیکی در زمستان بیشتر است و راندمان انتقال اکسیژن سیستم هوادهی حباب ریز کمتر است که منجر به تامین هوای مورد نیاز بیشتر می شود.. بر اساس داده های عملیاتی WWTP، کل نرخ عرضه هوای دمنده در تابستان و زمستان به ترتیب 76.23 مترمکعب در ساعت و 116.70 مترمکعب در ساعت بود. عرضه هوا در منطقه 1 بالاترین میزان بود، در حالی که عرضه هوا در منطقه 2 و منطقه 3 مشابه اما کمتر از منطقه 1 بود. عرضه اکسیژن در تابستان 38.99٪ بیشتر از تقاضای اکسیژن بود که نشان دهنده پتانسیل صرفه جویی در انرژی است. عرضه اکسیژن در هر دو منطقه 2 و منطقه 3 از تقاضای واقعی اکسیژن بیشتر بود. عرضه اکسیژن در زمستان 7.07 درصد بیشتر از اکسیژن مورد نیاز بود. عرضه و تقاضای اکسیژن در منطقه 1 و منطقه 2 مطابقت داشتند، در حالی که هوادهی بیش از- در منطقه 3 رخ داد. قدرت دمنده متناسب با نرخ عرضه هوا است، همانطور که در رابطه (6) وجود دارد. توان مصرفی دمنده ها در تابستان و زمستان به ترتیب 21/85 کیلووات و 44/130 کیلووات بود. هنکل این را پیشنهاد می کندافزایش دمای هوا باعث کاهش قدرت دمنده ها در سیستم های هوادهی می شود. در پاسخ به تفاوت در تقاضای اکسیژن در بین کانال های مختلف، WWTPs باید اقدامات تنظیم هوادهی مربوطه، مانند هوادهی مخروطی را انجام دهند. این می‌تواند شامل باز کردن کامل لوله‌های انشعاب هوا در انتهای جلو، باز کردن لوله‌های انتهای میانی تا نیمه، و تنظیم لوله‌های انشعاب در انتها با حداقل باز شدن باشد.صرفه جویی در تامین هوا و مصرف انرژی هوادهی.

با کمی کردن بیشتر راندمان استفاده واقعی از پخش کننده های حباب ریز، بازده هوادهی استاندارد (SAE) در مخزن هوازی در تابستان 2.57 کیلوگرم O2/kW·h بود که 32.29٪ بیشتر از زمستان است. تفاوت در کیفیت، کمیت و دمای آب ورودی بین تابستان و زمستان باعث تغییرات قابل توجهی در عملکرد و کنترل سیستم هوادهی در WWTP می شود. اتلاف انرژی در تابستان شدیدتر از زمستان بود و سیستم هوادهی در زمستان به تعادل عرضه- بهتری دست یافت. با در نظر گرفتن نرخ و کیفیت جریان ورودی،عرضه هوا می تواند به طور مناسب در تابستان کاهش یابدضمن اطمینان از کیفیت پساب و اختلاط کافی در مخزن هوازی. در زمستان، برای کاهش تاثیر بار آلاینده با نفوذ بالا و دمای پایین، باید از هوادهی کافی اطمینان حاصل شود. با این حال، توجه به این نکته مهم است که در طول کارکرد طولانی مدت، آلاینده‌ها روی سطح و داخل منافذ پخش‌کننده‌ها جمع می‌شوند و به تدریج منافذ را مسدود می‌کنند و راندمان انتقال اکسیژن کاهش می‌یابد. اگر تمیز کردن دیفیوزر به موقع نباشد، می تواند منجر به تامین ناکافی اکسیژن توسط سیستم هوادهی شود و کیفیت پساب را تحت تاثیر قرار دهد.

WWTP از یک استراتژی کنترل جریان هوا DO{0}}دمنده استفاده می کند. هدف سیستم کنترل هوادهی فراهم کردن یک محیط DO پایدار برای میکروارگانیسم‌های موجود در مخزن هوازی و اطمینان از انطباق پساب است. با این حال، مکانیسم بازخورد DO به تنهایی نمی تواند پتانسیل صرفه جویی در انرژی سیستم هوادهی را ارزیابی کند. آزمایش میدانی عملکرد انتقال اکسیژن سیستم هوادهی امکان محاسبه دقیق نرخ واقعی تامین اکسیژن سیستم هوادهی را فراهم می‌کند و الگوی تغییرات آن را در طول مسیر توصیف می‌کند. همراه با داده های تقاضای اکسیژن، این امر کنترل دقیق سیستم هوادهی را برای دستیابی به تعادل عرضه-و هدف صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف ممکن می سازد.

3. نتیجه گیری

• دمای بالاتر آب در تابستان، فعالیت نیتریفیکاسیون میکروبی و نیترات زدایی را افزایش می دهد و در نتیجه COD Cr و نیتروژن آمونیاک پساب بیشتری را در زمستان نسبت به تابستان افزایش می دهد. با این حال، به دلیل بار هیدرولیکی کمتر در زمستان نسبت به تابستان، HRT طولانی در مخزن هوازی و هوادهی کافی تأثیر منفی دمای پایین بر نیتریفیکاسیون را جبران می‌کند. بنابراین، کیفیت پساب در تابستان و زمستان با استاندارد درجه A GB 18918-2002 مطابقت داشت.

• در مقایسه با تابستان، تقاضای اکسیژن فرآیند تصفیه بیولوژیکی در زمستان بیشتر است، راندمان انتقال اکسیژن سیستم هوادهی حباب ریز کمتر است، که منجر به نرخ عرضه هوای مورد نیاز بالاتر و راندمان هوادهی کمتر می شود.

• عرضه اکسیژن در تابستان و زمستان به ترتیب 38.99٪ و 7.07٪ بیشتر از اکسیژن مورد نیاز بود که نشان دهنده پتانسیل صرفه جویی بیشتر انرژی در تابستان است. غلظت آلاینده به تدریج در امتداد مخزن هوازی کاهش می یابد، تقریباً در انتها ثابت می ماند، در حالی که غلظت DO در انتها بسیار بیشتر از قسمت جلویی است. این نشان می دهد که بیشتر اکسیژن عرضه شده در انتها در مایع مخلوط لجن حل می شود و برای COD استفاده نمی شود._Crاکسیداسیون و اکسیداسیون آمونیاک، که بیانگر هوادهی بیش از حد است. بنابراین، هوای انتهای مخزن هوازی را می توان به طور مناسب کاهش داد و در عین حال کیفیت پساب و اختلاط کافی را تضمین کرد.