I. Дисковий дифузор: найвища ефективність перенесення кисню та найповніший масообмін газ-рідина
Мікропориста аерація в даний час є найбільш ефективним методом перенесення кисню при очищенні стічних вод. Основними типами є трубчасті або дискові мембранні мікропористі аератори, які широко використовуються в звичайних процесах видалення азоту та фосфору, таких як AAO, окислювальна канава та SBR.
Основні значення ефективності:Звичайні дискові дифузори (діаметр бульбашки 1-5 мм) досягають SOTE 25%-45% на глибині аерації 4-6 м, що робить їх єдиним типом системи аерації з SOTE понад 40%. За фактичних умов стічних вод (MLSS 2000–4000 мг/л) OTE становить приблизно 60–80% від SOTE.
Основний принцип ефективності:Через крихітні пори (діаметром 0,5–2 мм) на мембрані повітря розбивається на мікробульбашки. Ці мікробульбашки мають набагато більшу питому поверхню, ніж середні або великі бульбашки, і їхня швидкість висування у воді надзвичайно повільна (0,03–0,1 м/с). Час перебування цих бульбашок в аеротенку може досягати 3–5 хвилин, забезпечуючи достатній контакт газу-рідини. Одночасно рушійна сила масообміну на межі газ-рідина є сильною під час підйому мікробульбашок, дозволяючи кисню повністю дифундувати з газової фази в рідку фазу. Це типовий метод аерації,-що керується інтерфейсом масопередачі.
Основні фактори, що впливають на ефективність:Глибина води значно підвищує ефективність; на кожен 1 м збільшення глибини води SOTE збільшується приблизно на 5–8%. Однак на ефективність значною мірою впливає якість води. Коли MLSS в аеротенку перевищує 4000 мг/л, пластівці мулу легко викликають агрегацію бульбашок, зменшуючи питому площу поверхні та знижуючи ефективність на 10%–30%. Крім того, мікропори та адгезія осаду безпосередньо зменшують пропускну здатність пор, що призводить до збільшення бульбашок і значного зниження ефективності, що вимагає регулярного очищення та обслуговування.
II. Система струминної аерації: помірна ефективність перенесення кисню, балансування масообміну та перемішування
Струминна аерація поєднує газо-рідинний турбулентний масообмін із міжфазним масообміном. Він не має мікропористих структур, які легко забиваються, і поєднує аерацію з перемішуванням. Його ефективність знаходиться між показниками мікропористих і вихрових систем аерації, що робить його придатним для стічних вод з високою-концентрацією органічних речовин, промислових стічних вод або застосувань, які потребують сильного змішування.
Основні значення ефективності:При глибині води 4-8 м СОТЕ струминних аераторів становить 15-30%. За фактичних умов стічних вод (високий вміст завислих речовин і високий MLSS) OTE становить приблизно 70–90% від SOTE, із значно меншим зниженням ефективності порівняно з мікропористими системами.
Основний принцип ефективності:Вода під високим{0}}тиском викидається з високою швидкістю через сопло, створюючи негативний тиск у камері струменя. Це втягує повітря та розбиває його на маленькі та середні-бульбашки (5–20 мм у діаметрі). Бульбашки дифундують у воді разом із турбулентним потоком, створеним високо-швидкісним струменем. Дальність струменя може досягати 5–10 м, що значно подовжує час контакту з газом-рідиною. Водночас високошвидкісна{12}}турбулентність розриває застійний шар на межі газ-рідина, посилюючи масообмін кисню. Хоча його ефективність масообміну нижча, ніж у мікропор, ефект перемішування компенсує недостатню питому поверхню бульбашок.
Основні фактори, що впливають на ефективність:Тиск струменя та співвідношення повітря-до-води є основними факторами впливу. Оптимальне співвідношення повітря-до-води становить приблизно від 1:3 до 1:5. Недостатній тиск призводить до меншого надходження повітря та неадекватного розриву бульбашок, що призводить до значної втрати ефективності. Глибина води також підвищує ефективність; кожен додатковий метр глибини струменя подовжує час перебування бульбашок, збільшуючи SOTE приблизно на 3%–5%. Якість води на струменеві системи мінімально впливає, проблеми з закупоркою пор відсутні. Вплив концентрації мулу та зважених твердих речовин на агрегацію бульбашок можна компенсувати турбулентним перемішуванням.
III. Циклонний аератор: найнижча ефективність передачі кисню, найсильніша здатність проти-перешкод
Циклонна аерація використовує масоперенесення від середніх-до-великих бульбашок. Його проста конструкція та сильна проти-засмічувальна здатність роблять його типом аерації з найменшими вимогами до обслуговування, придатним для невеликих очисних споруд, періодичної аерації або сценаріїв із низькою якістю води.
Основні значення ефективності:При глибині води 3–5 м СОТЕ циклонних аераторів становить лише 8–15 %. Вплив збільшення глибини води на підвищення ефективності обмежений; понад 5 м SOTE збільшується менш ніж на 2%. За фактичних умов стічних вод OTE становить приблизно 80–95% від SOTE, що є найменшим зниженням ефективності серед трьох типів аерації та демонструє майже стійкість до коливань якості води.
Основний принцип ефективності:Коли повітря потрапляє у вихрову камеру аератора, воно розбивається на середні---великі бульбашки (20–50 мм у діаметрі) за допомогою вихрового зсуву. Ці бульбашки піднімаються вихровим рухом після випуску з високою швидкістю (0,2–0,5 м/с) і часом перебування лише 1–2 хвилини. Їх питома поверхня значно менша, ніж у мікропор і струменів. Перенесення кисню в основному залежить від міжфазного масообміну на поверхні бульбашки. Завихрення дещо збільшує час контакту газу-рідини, але не може порушити застійний шар газу-рідини, що призводить до слабкої рушійної сили масопередачі та низької ефективності.
Основні фактори, що впливають на ефективність:На ефективність циклонного аератора в першу чергу впливають гідравлічні умови аеротенка. Якщо існує багато гідравлічних мертвих зон, бульбашки мають тенденцію швидко підніматися та виходити, ще більше знижуючи ефективність. Спосіб випуску бульбашок (наприклад, кут вихрової камери та кількість вихідних отворів) незначно впливає на ефективність, але загалом його можна контролювати. Концентрація мулу, зважені речовини та рН води майже не впливають на ефективність. Немає компонентів, що засмічують, а розмір бульбашок стабільний і практично не піддається впливу зовнішніх факторів.
|
Система аерації |
Розмір бульбашки |
SOTE (типовий) |
OTE (Фактичні стічні води) |
Основні сильні сторони |
Основні обмеження / міркування |
|
Дисковий дифузор (мікропористий) |
0,5–5 мм (мікробульбашки) |
25%–45% (може перевищувати 40%) |
~60%–80% SOTE |
Найвища ефективність перенесення кисню; найбільш повний масоперенос газ-рідина; підходить для звичайного видалення азоту/фосфору |
Highly affected by water quality and MLSS >4000 мг/л; закупорка пір; вимагає регулярного чищення; ефективність сильно зростає з глибиною води (5-8% на м) |
|
Система струминної аерації |
5–20 мм (від малого до середнього) |
15%–30% |
~70%–90% SOTE |
Врівноважує масообмін і перемішування; підходить для -органічних або промислових стічних вод високої концентрації; менше залежить від якості води; мінімальне обслуговування |
Ефективність нижче мікропористої; залежить від тиску струменя та співвідношення повітря-до-води (оптимально 1:3–1:5); глибина води помірно впливає на ефективність (3-5% на м) |
|
Циклонний аератор (вихровий) |
20–50 мм (від середнього до великого) |
8%–15% |
~80%–95% SOTE |
проста конструкція; найсильніша анти{0}}перешкода; мінімальне обслуговування; майже не впливає на якість води |
Найнижча ефективність перенесення кисню; швидке спливання бульбашки скорочує час контакту; на ККД незначно впливають мертві зони гідравліки; обмежене покращення із збільшенням глибини води |