Pulizia chimica online per aeratori a bolle fini: tecnologia, applicazione e risparmio sui costi

Applicazione della tecnologia di pulizia chimica online per aeratori a bolle fini negli impianti di trattamento delle acque reflue

Gli aeratori a bolle fini sono ampiamente utilizzati come apparecchiature di aerazione negli impianti di trattamento delle acque reflue grazie alla loro struttura semplice, all'elevata efficienza di utilizzo dell'ossigeno, alle prestazioni affidabili, ai pori resistenti all'ostruzione-, alla prevenzione del riflusso delle acque reflue, alla distribuzione uniforme dello stress circonferenziale, alla lunga durata, alla facilità di installazione e manutenzione e al basso costo del sistema. Essendo un componente chiave per la fornitura di ossigeno nel trattamento delle acque reflue, i sistemi di aerazione a bolle fini tendono a intasarsi a causa di incrostazioni e biofilm durante il funzionamento a lungo-termine, ponendo sfide significative al mantenimento delle loro prestazioni. La tecnologia di pulizia chimica online fornisce una soluzione efficace a questo problema.

1. Formazione e rischi di intasamento dell'aeratore a bolle fini

Dopo un funzionamento prolungato, gli aeratori a bolle fini sono soggetti a intasamenti, generalmente classificati come "intasamento interno" e "intasamento esterno" in base alla forma di intasamento degli inquinanti. "Intasamento interno" si riferisce alla deposizione di particelle fini come particelle colloidali e macromolecole di soluto dal liquore misto all'interno dei pori, che porta al blocco dei pori. Per "intasamento esterno" si intende il deposito di sostanze incrostanti sulla superficie della membrana rivolta verso il lato acqua. Questo tipo di blocco tende ad aumentare continuamente la resistenza alla fuoriuscita dell'aria della membrana, portando ad un aumento della pressione sulla membrana e ad un graduale allargamento della dimensione dei pori. Nel tempo, ciò può facilmente causare la rottura della membrana. Una volta che la membrana si rompe, l'impatto si estende dalla distruzione dell'efficienza di aerazione al danno strutturale del sistema, rendendo potenzialmente necessario l'arresto per manutenzione o la sostituzione dell'aeratore.

I problemi di intasamento negli aeratori a bolle fini comportano maggiori rischi operativi:

• Dal punto di vista del costo del consumo di energia elettrica: quando gli aeratori si intasano, la pressione nella tubazione aumenta, costringendo i ventilatori a funzionare in condizioni di-carico elevato e consumo-di{2}}energia elevato. Ciò aumenta il consumo energetico e influisce anche sulla durata della ventola.
• Dal punto di vista del rischio ambientale: L'aerazione non uniforme riduce la velocità di trasferimento dell'ossigeno, limita la flessibilità del controllo del processo e, nei casi più gravi, può compromettere gravemente la qualità dell'effluente.
• Dal punto di vista dei costi economici: Il costo della pulizia manuale dopo lo svuotamento dei serbatoi è elevato.
• Dal punto di vista della sicurezza: La pulizia manuale dopo lo svuotamento richiede l'ingresso nei serbatoi per la rimozione dei fanghi, comportando l'ingresso in spazi confinati e lavori elettrici temporanei, aumentando così i rischi di pericoli elettrici e per la sicurezza personale.Figura 1mostra il fenomeno dell'accumulo di fanghi dovuto all'intasamento dell'aeratore.

Pertanto, la manutenzione e la pulizia regolari degli aeratori a bolle fini sono fondamentali per garantirne le prestazioni operative. I metodi tradizionali di manutenzione e pulizia degli aeratori richiedono lo svuotamento completo dei serbatoi di reazione biologica. La-manutenzione e la pulizia su larga scala degli impianti di trattamento delle acque reflue possono influenzare il normale trattamento e scarico delle acque reflue o richiedere l'approvazione dei dipartimenti governativi competenti se condotte in luoghi specifici (come aree coperte da reti di drenaggio urbano o zone di protezione delle fonti di acqua potabile). Questo processo comporta molteplici operazioni pericolose (ad esempio, ingresso in spazi confinati) con numerosi rischi e svantaggi, imponendo oneri economici significativi e costi potenziali (ad esempio, coordinamento con le relazioni governative, ridotta capacità di trattamento durante la manutenzione, adeguamento della qualità dell'acqua, rischi per la sicurezza) sugli impianti di trattamento delle acque reflue. La pressione e le sfide poste dallo svuotamento per la manutenzione rendono relativamente debole la fattibilità dello svuotamento regolare per la pulizia dell'aeratore.

Considerati i numerosi inconvenienti della pulizia manuale tradizionale dopo lo svuotamento-costi elevati, rischio operativo elevato ed efficacia della pulizia non ottimale-la ricerca sulla pulizia in linea degli aeratori a bolle fini utilizzando dispositivi di dosaggio chimico in linea in normali condizioni di aerazione è particolarmente importante.

Questo studio ha selezionato un progetto di impianto come sito di prova sul campo per la tecnologia di pulizia chimica online. L'impianto ha una capacità totale di trattamento delle acque reflue di 600.000 tonnellate al giorno, costruito in quattro fasi. La terza-fase del progetto ha una capacità di trattamento di 100.000 tonnellate al giorno, utilizzando un processo AAO; la quarta-fase del progetto ha una capacità di trattamento di 200.000 tonnellate al giorno, utilizzando un processo MBR. La qualità dell'effluente soddisfa lo standard di Grado A della norma GB 18918-2002 "Standard di scarico degli inquinanti per gli impianti di trattamento delle acque reflue municipali". La pulizia in linea è stata eseguita sugli aeratori a bolle fini nelle vasche aerobiche della terza e quarta fase, in funzione da 6-7 anni.

2. Principio della tecnologia di pulizia chimica online

La tecnologia di pulizia chimica online prevede l'aggiunta di agenti chimici specifici al sistema di aerazione per dissolvere o disperdere le sostanze intasanti attraverso l'azione chimica. Questi agenti possono essere acidi, alcalini, ossidanti o chelanti. Ad esempio, alcuni agenti acidi possono dissolvere i precipitati alcalini come il carbonato di calcio, mentre gli agenti ossidanti possono decomporre i blocchi organici prodotti dai microrganismi.

2.1 Analisi degli inquinanti comuni

Gli inquinanti che aderiscono alle superfici degli aeratori sono diversi e la loro composizione è strettamente correlata alle caratteristiche delle acque reflue, ai processi di trattamento e alle condizioni operative. Gli inquinanti comuni vengono analizzati come segue:

• Inquinanti inorganici: Comprendono composti di calcio e magnesio, solfuri, ossidi metallici e idrossidi, originati principalmente dalla precipitazione chimica e dalla sovrasaturazione ionica. Gli impatti principali sugli aeratori includono l’ostruzione dei pori, la ridotta efficienza di aerazione, l’aumento del consumo energetico del sistema, l’aumento della resistenza all’aerazione e la diminuzione dell’efficienza di trasferimento dell’ossigeno.
• Inquinanti organici: Include biofilm microbico, particelle organiche sospese, grassi/oli e colloidi organici. Il biofilm microbico si forma principalmente a causa della colonizzazione microbica e dell’adesione della sostanza polimerica extracellulare (EPS). I suoi rischi includono la creazione di microambienti anaerobici e il rilascio di gas tossici (ad esempio H₂S). I colloidi organici si formano a causa delle interazioni idrofobiche e dell'adsorbimento elettrostatico, creando strati idrofobici che ostacolano il rilascio di gas e influenzano l'uniformità dell'aerazione.
• Inquinanti compositi (scala mista inorganica-organica): includono incrostazioni miste biologiche-chimiche e attaccamento di particelle di fango, formate principalmente attraverso intrappolamento fisico e legame chimico. I loro effetti includono la copertura della superficie dell'aeratore, la riduzione dell'area di aerazione effettiva, l'accelerazione dell'invecchiamento delle apparecchiature e la riduzione dei cicli di manutenzione.

Attraverso le ispezioni di manutenzione del sistema di aerazione dell'impianto, sono stati identificati i seguenti problemi: ① Il prolungato funzionamento sott'acqua degli aeratori, insieme all'aumento della durata di servizio, ha portato a un significativo invecchiamento delle guarnizioni O- nei punti di connessione, con conseguenti perdite di gas; ② Durante il funzionamento, la continua deposizione di fanghi e le regolazioni nel controllo del processo di produzione hanno portato a concentrazioni di fanghi più elevate in alcune aree, causando indirettamente gravi incrostazioni sulle superfici della membrana dell'aeratore, come mostrato inFigura 2; ③ Quando la concentrazione dei fanghi nei serbatoi di reazione biologica è troppo elevata, l'età dei fanghi si allunga, aumentando l'ossigeno disciolto richiesto per la normale attività microbica e aumentando la domanda sul sistema di fornitura di ossigeno; ④ L'aumento della densità del liquore misto nei serbatoi di aerazione aumenta la resistenza, portando a un maggiore consumo energetico per l'aerazione meccanica o con soffiante; ⑤ Alcune incrostazioni sono penetrate nei pori di aerazione, compromettendo l'aerazione del sistema, come mostrato inFigura 3. Sulla base delle cause della formazione degli inquinanti, è stato accertato che le incrostazioni sulle superfici dell'aeratore contenevano inquinanti inorganici, sostanze organiche, proteine, ecc.

2.2 Selezione dei detergenti

Per i tipi di inquinamento delle membrane è necessario selezionare detergenti chimici adeguati. Questi agenti possono penetrare attraverso i pori di aerazione nella parete del tubo fino allo spazio tra la membrana e la parete del tubo, ottenendo la pulizia della superficie della membrana e dei suoi pori. La scelta del tipo di detergente dovrebbe basarsi sulle effettive proprietà fisico-chimiche della membrana, sui tipi di inquinanti e sul grado di incrostazione. L'agente detergente deve essere biodegradabile e non-tossico per gli organismi, in grado di rimuovere efficacemente le incrostazioni inorganiche dalle pareti dei tubi dell'aria e all'interno dei diffusori. Dovrebbe avere una buona efficacia pulente contro i blocchi (noti anche come "intasamento della fase gassosa-") causati da contaminanti, particelle o polvere nell'aria in ingresso dei sistemi di aerazione dei ventilatori, perdite di olio dai ventilatori e ruggine dalle tubazioni dell'aria interne.

I detergenti alcalini includono idrossido di sodio, carbonato di sodio, fosfato di sodio, silicato di sodio, idrossido di potassio, ecc. L'idrossido di sodio è un agente chimico comune nei processi di trattamento delle acque reflue per aumentare il pH delle acque reflue, quindi può essere selezionato come detergente alcalino.

I detergenti acidi includono acido solforico, acido cloridrico, acido nitrico, acido citrico, acido ossalico, acido fosforico, ecc. Dato che il citrato ha una forte capacità chelante per ioni come manganese e ferro e, in pratica, rispetto agli acidi minerali, l'acido citrico è relativamente debole, meno corrosivo per le apparecchiature, più sicuro e facilmente biodegradabile dai microrganismi, l'acido citrico è stato selezionato come detergente acido.

Tabella 1mostra le categorie e le prestazioni dei detergenti comunemente utilizzati per il fouling delle membrane.

2.3 Progettazione del dispositivo di pulizia online

Considerata la pressione di funzionamento degli impianti di aerazione a bolle fini e i numerosi tubi di diramazione, è particolarmente importante progettare un dispositivo di dosaggio in linea adatto per gli aeratori a bolle fini. Il dispositivo di dosaggio e pulizia progettato in questo studio comprende un'unità di dissoluzione/diluizione e un'unità di dosaggio, come mostrato inFigura 4.

L'unità di dissoluzione/diluizione è costituita principalmente da un serbatoio di preparazione, un agitatore e un indicatore di livello, utilizzato per sciogliere e diluire gli agenti. Iniettando una certa quantità di acqua nel serbatoio di preparazione, aggiungendo l'agente e avviando l'agitatore, è possibile preparare un agente di concentrazione specifica per l'uso da parte dell'unità di dosaggio.

L'unità di dosaggio è costituita principalmente da un serbatoio di dosaggio, una valvola di scarico, una valvola di dosaggio, una valvola di bilanciamento, una valvola di alimentazione e alcuni sistemi di tubazioni. Il fondo del serbatoio di dosaggio è collegato a un tubo di dosaggio, che si ramifica ulteriormente in più sottotubi-di dosaggio. Tutti i sotto-tubi di dosaggio sono collegati uno-a-uno con più tubi di derivazione di aerazione, che a loro volta sono collegati a diversi aeratori a bolle fini, raggiungendo così lo scopo di pulire gli aeratori a bolle fini.

Durante l'implementazione, è stato praticato un foro da Φ15 mm in ciascun tubo di diramazione di aerazione dei serbatoi di reazione biologica come porta di dosaggio, attraverso il quale è stato installato un tubo di dosaggio in nylon per fornire l'agente agli aeratori a bolle fini, riducendo la perdita di agente. Contemporaneamente, è stato praticato un ulteriore foro nel tubo di derivazione di aerazione come tubo del gas di bilanciamento per equalizzare la pressione tra il serbatoio di dosaggio e il tubo di derivazione di aerazione. I fori praticati nei tubi di diramazione dell'aerazione vengono sigillati con tappi durante il normale funzionamento e i raccordi terminali a collegamento rapido- vengono installati durante il dosaggio per consentire una rapida installazione e rimozione.

3. Applicazione del dispositivo di pulizia del dosaggio online

In questo esperimento di pulizia con dosaggio online, gli aeratori a bolle fini sono stati collocati nei serbatoi biologici. Una soluzione detergente specifica è stata iniettata nelle membrane dell'aeratore a bolle fini attraverso i tubi di diramazione di aerazione, consentendole di fluire verso il lato di alimentazione per decomporre la materia organica aderente alla superficie della membrana, ripristinando così la differenza di pressione transmembrana e ottenendo l'effetto pulente. Il disegno sperimentale si basava su tre variabili: tipo di agente, concentrazione dell'agente e tempo di pulizia. Lo schema del test è mostrato inTabella 2.

3.1 Analisi dell'effetto di pulizia del dosaggio online

Dopo la pulizia, l'osservazione sensoriale della superficie di aerazione nel sito ha mostrato bolle di dimensioni più piccole che fuoriescono dalla superficie del serbatoio di aerazione e un'aerazione più uniforme.Figura 5mostra l'aspetto sensoriale dell'aerazione prima e dopo la pulizia.

Dopo la pulizia con diversi tipi e concentrazioni di agenti, gli aeratori hanno mostrato costantemente un aumento della portata e una diminuzione della pressione nella tubazione, con portate ripristinate. L'efficienza dell'aerazione è stata ripristinata a vari livelli dopo il trattamento con diversi metodi di pulizia. I dati combinati sull’aumento del flusso d’aria e sulla diminuzione della pressione nella tubazione indicano che diversi tipi di agenti, concentrazioni e tempi di pulizia hanno effetti diversi sul ripristino dell’aeratore.Figure 6 e 7mostrano le variazioni di portata e pressione rispettivamente prima e dopo la pulizia.

L'efficienza di ripristino degli aeratori dopo la pulizia con idrossido di sodio era leggermente inferiore a quella dopo la pulizia con acido citrico. L'elevata solubilità dell'idrossido di sodio in acqua porta a un significativo rilascio di calore durante la dissoluzione. Queste proprietà, unite alla forte igroscopicità, alcalinità e corrosività, richiedono l'adozione di ulteriori precauzioni nelle operazioni pratiche. Dal punto di vista della sicurezza delle operazioni di pulizia, l’idrossido di sodio non è il detergente preferito. Pertanto, quando si scelgono i detergenti, è necessario valutarne attentamente la sicurezza e la comodità operativa per garantire la sicurezza dell'operatore e un'efficacia di pulizia ottimale.

I risultati dei test hanno mostrato che dopo la pulizia con dosaggio in linea, l'aerazione nei serbatoi biologici è diventata più uniforme, la portata degli aeratori a bolle fini è aumentata, la pressione della tubazione è diminuita significativamente e l'effetto di pulizia è stato notevole.

3.2 Vantaggi tecnici

• Riduce i tempi di inattività: Rispetto alla tradizionale pulizia a smontaggio, la pulizia con dosaggio in linea non richiede l'arresto del sistema di aerazione, evitando interruzioni nel processo di trattamento delle acque reflue e ridotta efficienza del trattamento causata dai fermi.
• Migliora l'efficienza della pulizia: gli agenti possono penetrare in profondità nei pori, pulendo efficacemente le aree ostruite difficili-da-raggiungere. Dopo l'applicazione in alcuni impianti di trattamento delle acque reflue domestiche, l'uniformità dell'aerazione è migliorata notevolmente e l'efficienza del trasferimento di ossigeno è aumentata in modo significativo.
• Riduce l'intensità e i costi della manodopera: Elimina la necessità di smontare e rimontare manualmente gli aeratori, riducendo il lavoro manuale e il rischio di danni alle apparecchiature dovuti a frequenti smontaggi, risparmiando così sui costi di manutenzione. Il costo della pulizia chimica online per gli aeratori a bolle fini è di 0,47 RMB/tonnellata, mentre il costo della pulizia manuale tradizionale per i vecchi aeratori è di 13,3 RMB/tonnellata. Si stima che il risparmio annuale sui costi di pulizia degli aeratori a bolle fini ammonti a 515.000 RMB. Rispetto alla tradizionale pulizia manuale dei vecchi aeratori, la pulizia chimica in linea offre notevoli vantaggi economici.
• Prolunga la durata delle apparecchiature di aerazione: Attraverso la pulizia chimica in linea, l'effetto di aerazione degli aeratori a bolle fini viene effettivamente migliorato, migliorando le prestazioni dell'aeratore e, in una certa misura, prolungando la durata delle apparecchiature di aerazione, riducendo efficacemente il carico del ventilatore.
• Fornisce più opzioni per la pianificazione della produzione e i piani di manutenzione: Attraverso la pulizia chimica in linea, la distribuzione delle bolle diventa più uniforme, la pressione del tubo dell'aria viene effettivamente ridotta, la portata aumenta significativamente, migliorando notevolmente la velocità di trasferimento dell'ossigeno e fornendo una solida garanzia per la regolazione della qualità dell'acqua.

4. Conclusione

La tecnologia di pulizia chimica online per aeratori a bolle fini ha un valore applicativo significativo negli impianti di trattamento delle acque reflue. Attraverso la sua applicazione razionale, è possibile risolvere efficacemente i problemi di intasamento negli aeratori a bolle fini, migliorare le prestazioni del sistema di aerazione, ridurre i tempi di inattività e i costi operativi e garantire un funzionamento stabile ed efficiente degli impianti di trattamento delle acque reflue. I limiti della tradizionale pulizia manuale spingeranno l’industria verso la pulizia online. L’emergere di nuove attrezzature e sistemi di controllo intelligenti riduce significativamente la difficoltà operativa della pulizia in linea. Insieme a normative politiche e ambientali che enfatizzano la neutralità del carbonio e il riciclaggio delle risorse idriche, che promuoveranno indirettamente l’applicazione della tecnologia di pulizia online. In futuro, le formulazioni degli agenti potranno essere ottimizzate e si potranno ricercare tecnologie di pulizia sinergica multi-agente. Inoltre, è possibile perseguire strategie di controllo del dosaggio e ricerche sull’intelligenza delle apparecchiature per adattarsi meglio alle esigenze dei diversi impianti di trattamento delle acque reflue.