Caratterizzazione delle incrostazioni e ripristino dell'aerazione dei diffusori a pori fini-in HDPE rispetto a EPDM

Caratterizzazione delle incrostazioni e ripristino delle prestazioni di aerazione del diffusore a pori fini-negli impianti di trattamento delle acque reflue

Come fase fondamentale nel processo dei fanghi attivi degli impianti di trattamento delle acque reflue municipali (WWTP), l'aerazione per l'apporto di ossigeno non solo fornisce ossigeno sufficiente per sostenere le attività vitali fondamentali dei microrganismi, ma mantiene anche i fanghi sospesi, facilitando l'adsorbimento e la rimozione degli inquinanti. L'aerazione è anche l'unità che-consuma più energia negli impianti di depurazione, rappresentando dal 45% al ​​75% del consumo energetico totale dell'impianto. Pertanto, le prestazioni del sistema di aerazione influiscono direttamente sull’efficienza del trattamento e sui costi operativi dell’impianto di depurazione. Le apparecchiature di aerazione sono un componente chiave del sistema di aerazione, con gli aeratori a bolle fini che sono i più comunemente utilizzati negli impianti di depurazione municipali grazie alla loro elevata efficienza di trasferimento dell'ossigeno (OTE). Tuttavia, durante il funzionamento a lungo-termine, gli inquinanti inevitabilmente si accumulano sulla superficie e all'interno dei pori degli aeratori. Per garantire la qualità degli effluenti, è necessaria una fornitura d'aria aggiuntiva da parte dei ventilatori, con conseguente aumento del consumo di energia. Inoltre, l’inquinamento aggrava l’ostruzione dei pori e altera il materiale dell’aeratore. La perdita di pressione (pressione dinamica del bagnato, DWP) dei componenti dell'aeratore aumenta con il funzionamento prolungato, aumentando la pressione dell'aria in uscita dal ventilatore e causando un ulteriore spreco di energia.

Gli inquinanti che si accumulano sulla superficie e all'interno dei pori degli aeratori a bolle fini includono incrostazioni biologiche, organiche e inorganiche. Il fouling organico è il risultato dell'adsorbimento e della precipitazione della materia organica e della deposizione di secrezioni microbiche. Il fouling inorganico è tipicamente costituito da precipitati chimici formati da cationi polivalenti, come gli ossidi metallici. A seconda che possano essere rimossi mediante pulizia fisica, gli inquinanti possono essere classificati come incrostazioni fisicamente reversibili o fisicamente irreversibili. Le incrostazioni fisicamente reversibili possono essere rimosse con semplici metodi fisici come il lavaggio meccanico, poiché questi inquinanti sono attaccati in modo debole alla superficie dell'aeratore. Le incrostazioni fisicamente irreversibili non possono essere eliminate mediante la pulizia fisica e richiedono una pulizia chimica più approfondita. All'interno delle incrostazioni fisicamente irreversibili, gli inquinanti che possono essere rimossi mediante pulizia chimica sono definiti incrostazioni chimicamente reversibili, mentre quelli che non possono essere rimossi nemmeno mediante pulizia chimica sono considerati incrostazioni irrecuperabili.

Attualmente, gli aeratori a bolle fini utilizzati a livello domestico includono materiali in gomma tradizionali come il monomero di etilene propilene diene (EPDM) e materiali più recenti come il polietilene ad alta- densità (HDPE). Lo strato di distribuzione del gas degli aeratori in HDPE è formato rivestendo il tubo interno di mandata dell'aria con polimero fuso, con diametro dei pori di circa (4,0 ± 0,5) mm. L'HDPE offre buone proprietà chimiche, meccaniche e di resistenza agli urti e una lunga durata. Tuttavia, le dimensioni dei suoi pori sono incoerenti e distribuite in modo non uniforme, rendendoli soggetti alla deposizione di sostanze inquinanti. Il materiale EPDM è altamente flessibile, con pori creati mediante taglio meccanico. Gli aeratori in EPDM hanno un numero maggiore di pori per unità di area, producendo bolle più piccole (minimo 0,5 mm). La natura idrofila della membrana in gomma favorisce inoltre la formazione di bolle. Tuttavia, i microrganismi tendono ad attaccarsi e a crescere sulle superfici EPDM, utilizzando i plastificanti come substrato. Allo stesso tempo, il consumo di plastificanti provoca l'indurimento del materiale dell'aeratore, con conseguenti danni da fatica e una durata di servizio ridotta. Pertanto, è necessario indagare i modelli di accumulo degli inquinanti su questi due materiali e i conseguenti cambiamenti nell’efficienza di trasferimento dell’ossigeno e nella perdita di pressione.

Questo studio ha preso come soggetti di ricerca gli aeratori a bolle fini sostituiti dopo anni di funzionamento da due impianti di depurazione municipali con condizioni di processo simili. Gli inquinanti sugli aeratori sono stati estratti e caratterizzati strato per strato per identificarne i componenti principali. Sulla base di ciò, è stata valutata l'efficacia dei metodi di pulizia nel recuperare l'efficienza di trasferimento dell'ossigeno degli aeratori, con l'obiettivo di fornire dati fondamentali e riferimenti tecnici per il funzionamento ottimizzato e stabile a lungo-termine dei sistemi di aerazione a bolle fini.

1 Materiali e Metodi

1.1 Introduzione agli impianti di trattamento delle acque reflue

Entrambi gli impianti di depurazione si trovano a Shanghai e utilizzano il processo anaerobico-anossico-ossico (AAO) come trattamento principale. L'impianto di depurazione A utilizza una camera di sabbiatura a vortice + AAO convenzionale + filtro in fibra ad alta-efficienza + processo di disinfezione UV. L'impianto di depurazione B utilizza una camera di dissabbiatura aerata + AAO convenzionale + vasca di sedimentazione ad alta-efficienza + processo di disinfezione UV. Entrambi gli impianti soddisfano stabilmente lo standard di Grado A dello "Standard di scarico degli inquinanti per gli impianti di trattamento delle acque reflue municipali" (GB 18918-2002). I parametri operativi e di progettazione specifici sono mostrati inTabella 1.

1.2 Estrazione e caratterizzazione degli inquinanti dell'aeratore

Gli aeratori a bolle fini utilizzati negli esperimenti erano un aeratore tubolare in HDPE (Ecopolemer, Ucraina) raccolto dall'impianto A e un aeratore tubolare in EPDM (EDI-FlexAir, USA) raccolto dall'impianto B. Le foto di entrambi sono mostrate inFigura 1. Il vecchio tubo in HDPE era in funzione da 10 anni, con dimensioni D×L=120 mm×1000 mm e diametro dei pori di (4±0,50) mm, in grado di produrre bolle fini di 2~5 mm. Il vecchio tubo EPDM era in funzione da 3 anni, con dimensioni D×L=91 mm×1003 mm, producendo bolle fini di 1,0~1,2 mm, con un diametro minimo della bolla di 0,5 mm.

I vecchi tubi in HDPE ed EPDM sono stati recuperati dai serbatoi aerobici, posti su pellicola trasparente e risciacquati con acqua deionizzata. Il lavaggio meccanico è stato eseguito utilizzando una lama sterilizzata alla fiamma-per raschiare via gli inquinanti attaccati alla superficie dell'aeratore.

Per studiare ulteriormente l'impatto delle incrostazioni sulle prestazioni di trasferimento dell'ossigeno, è stata eseguita una pulizia chimica sul tubo in HDPE. Dopo il lavaggio meccanico, il tubo in HDPE è stato immerso in soluzioni al 5% di HCl e al 5% di NaClO rispettivamente per 24 ore. I vecchi tubi, quelli lavati meccanicamente e quelli puliti chimicamente sono stati asciugati in un forno a 60 gradi (modello XMTS-6000) per 60 ore. Le loro superfici sono state quindi esaminate utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM, modello JSM-7800F, Giappone), la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX, Oxford Instruments, Regno Unito) e la microscopia confocale a scansione laser (CLSM, modello TCS SP8, Germania). La soluzione detergente HCl è stata filtrata attraverso una membrana da 0,45 μm e l'analisi quantitativa dei cationi polivalenti (inclusi ioni Ca, Mg, Al, Fe, ecc.) è stata eseguita utilizzando la spettrometria di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente (ICP, modello ICPS-7510, Giappone). Poiché HCl e NaClO possono causare la denaturazione e l'invecchiamento della membrana EPDM, non è stata eseguita la pulizia chimica sul tubo EPDM. Il tubo EPDM è stato tagliato in pezzi di membrana di 5 cm x 5 cm e immerso in HCl per l'analisi quantitativa dei cationi polivalenti nella soluzione.

1.3 Apparecchiatura e metodo di prova per le prestazioni di trasferimento dell'ossigeno dell'aeratore

Le prestazioni di trasferimento dell'ossigeno degli aeratori a bolle fini sono state testate secondo la "Determinazione delle prestazioni di trasferimento dell'ossigeno nell'acqua pulita degli aeratori a bolle fini" (CJ/T 475-2015). La configurazione del test è mostrata inFigura 2.

L'apparato è una struttura in acciaio inossidabile- che misura 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m, con finestre di visualizzazione in vetro organico su entrambi i lati. L'aeratore è stato fissato al centro del fondo mediante un supporto metallico, con una profondità di immersione di 1,0 m. È stato utilizzato un analizzatore multi-parametrico della qualità dell'acqua (Hach HQ30D, USA) per monitorare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) in tempo reale-. Come agente deossigenante è stato utilizzato solfito di sodio anidro e cloruro di cobalto come catalizzatore. La lettura del manometro rappresentava la pressione dinamica dell'aeratore (DWP, kPa). I risultati delle misurazioni sono stati corretti per temperatura, salinità e DO. Come indice di valutazione è stata utilizzata l’efficienza di trasferimento dell’ossigeno standardizzata (SOTE,%).

Il consumo energetico del ventilatore è correlato sia alla portata dell'aria di alimentazione che alla pressione dell'aria in uscita, che sono influenzate rispettivamente dal SOTE e dal DWP dell'aeratore. Pertanto, per valutare le prestazioni dell'aeratore è stato utilizzato un indice di consumo energetico di aerazione J (kPa·h/g), che rappresenta l'effetto combinato di SOTE e DWP. È definito come la perdita di pressione che l'aeratore deve superare per unità di massa di ossigeno trasferita. J viene calcolato dalla pendenza dell'adattamento della regressione lineare tra DWP/SOTE e la portata d'aria (AFR), come mostrato nella seguente equazione:

Dove:

AFRè la portata d'aria, m³/h;

ρ_ariaè la densità dell'aria, presa come 1,29 × 10³ g/m³ a 20 gradi;

y_O2è il contenuto di ossigeno nell'aria, preso come 0,23 g O₂/g aria.

2 Risultati e analisi

2.1 Prestazioni di trasferimento dell'ossigeno di aeratori nuovi, vecchi e puliti

Figura 3mostra il SOTE e il DWP degli aeratori a diverse portate d'aria.

Dalle Figure 3(a) e (b), i valori SOTE per i nuovi tubi HDPE e EPDM erano rispettivamente (7,36±0,53)% e (9,68±1,84)%. Il tubo EPDM produce bolle più piccole con un'area superficiale specifica maggiore, aumentando l'area di contatto del gas-liquido e il tempo di permanenza, con conseguente SOTE più elevato. Il SOTE di entrambi gli aeratori diminuisce con l'aumentare dell'AFR perché un AFR più elevato aumenta il numero di bolle e la velocità iniziale, portando a più collisioni di bolle e alla formazione di bolle più grandi, che ostacolano il trasferimento di ossigeno dalla fase gassosa a quella liquida. Il SOTE del tubo EPDM ha mostrato un trend decrescente più pronunciato con un aumento dell'AFR rispetto al tubo HDPE. Questo perché i pori dell'aeratore in HDPE sono rigidi e non cambiano con l'AFR, mentre i pori dell'aeratore in EPDM sono flessibili e si aprono maggiormente con l'aumento dell'AFR, formando bolle più grandi e riducendo ulteriormente il SOTE.

Dopo un funzionamento a lungo-termine, il SOTE del tubo in HDPE è sceso a (5,39±0,62), una riduzione del 26,7%, principalmente a causa dell'accumulo di sostanze inquinanti che ostruiscono i pori e riducono il numero di pori efficaci per la generazione di bolle. Il lavaggio meccanico ha aumentato il SOTE del tubo in HDPE a (5,59±0,66)%, ma il recupero non è stato significativo, probabilmente perché gli inquinanti sul tubo in HDPE non solo erano attaccati alla superficie ma si erano anche depositati all'interno dei pori, rendendoli difficili da rimuovere mediante il lavaggio meccanico. Jiang et al. hanno scoperto che NaClO può rimuovere efficacemente gli inquinanti dai tubi in HDPE e ripristinarne le prestazioni di aerazione. Dopo la pulizia con NaClO, il SOTE del tubo in HDPE è tornato a (6,14±0,63)%, ovvero all'83,4% del livello del nuovo tubo, ma non è ancora in grado di recuperare completamente. Questo perché, in caso di funzionamento prolungato, gli inquinanti si attaccano saldamente, alterando la struttura dei pori, ostruendo il flusso d'aria, aumentando la coalescenza delle bolle, riducendo la superficie specifica delle bolle e il tempo di residenza e quindi ostacolando il trasferimento di ossigeno. Allo stesso tempo, le incrostazioni causano una distribuzione non uniforme dell'aria, riducendo le prestazioni complessive.

Il SOTE del vecchio tubo in EPDM è sceso a (9,06±1,75)%, con una riduzione del 6,4%. Oltre all'ostruzione dei pori dovuta all'accumulo di sostanze inquinanti, l'incrostazione biologica consuma i plastificanti del materiale, indurendo l'aeratore e deformando i pori. I pori deformati non possono ritornare al loro stato originale, producendo bolle più grandi e abbassando il SOTE. Il lavaggio meccanico ha aumentato il SOTE del tubo EPDM a (9,47±1,87), riportandolo quasi al livello del nuovo tubo, indicando che gli inquinanti sul tubo EPDM erano attaccati in modo lasco alla superficie e potevano essere per lo più rimossi mediante lavaggio meccanico.

Dalle Figure 3(c) e (d), il DWP del nuovo tubo EPDM era (6,47±0,66) kPa, significativamente superiore a quello del nuovo tubo HDPE [(1,47±0,49) kPa]. Questo perché il diametro dei pori del tubo in EPDM è inferiore a quello del tubo in HDPE, con conseguente maggiore resistenza quando le bolle vengono schiacciate. Dopo un funzionamento a lungo-termine, il DWP del vecchio tubo in HDPE è aumentato a (4,36±0,56) kPa, 2,97 volte quello del nuovo tubo. L’aumento del DWP è correlato sia al grado di intasamento dei pori che ai cambiamenti del materiale. Il lavaggio meccanico ha ridotto il DWP del tubo in HDPE a 2,25 volte quello del nuovo tubo. La pulizia con NaClO lo ha ulteriormente ridotto a (2,04±0,45) kPa, 1,39 volte quello del nuovo tubo. Ciò indica ancora una volta che la maggior parte degli inquinanti sul tubo in HDPE si sono depositati all'interno dei pori e non possono essere rimossi efficacemente mediante lavaggio meccanico, richiedendo la pulizia con NaClO per ripristinare le prestazioni. Il DWP del vecchio tubo in EPDM è aumentato a (8,10 ± 0,94) kPa, 1,25 volte quello del nuovo tubo, ed è diminuito a 1,10 volte dopo il lavaggio meccanico.

Figura 4mostra la variazione di DWP/SOTE (indicato come DWP') con AFR per gli aeratori.

È stata utilizzata un'equazione di regressione lineare per adattare DWP' rispetto a AFR e il parametro di consumo energetico J è stato ottenuto dalla pendenza. I valori J per i nuovi tubi in HDPE e nuovi tubi in EPDM erano rispettivamente 0,064 e 0,204 kPa·h/g, indicando che per unità di massa di ossigeno trasferita, il tubo in EPDM deve superare una maggiore perdita di pressione. Al momento della sostituzione, i valori J per i tubi HDPE ed EPDM sono aumentati rispettivamente a 0,251 e 0,274 kPa·h/g. L'imbrattamento dell'aeratore che comporta una maggiore perdita di pressione può compromettere il funzionamento sicuro del ventilatore. Dopo il lavaggio meccanico, i valori J per i tubi in HDPE ed EPDM sono diminuiti rispettivamente a 0,184 e 0,237 kPa·h/g. Le variazioni di J possono essere utilizzate per l'analisi quantitativa degli inquinanti dell'aeratore. La differenza in J tra il vecchio tubo e il tubo lavato meccanicamente è causata da incrostazioni fisicamente reversibili. La differenza tra il tubo lavato meccanicamente e il nuovo tubo è causata da incrostazioni fisicamente irreversibili. La differenza tra il tubo pulito meccanicamente e il tubo pulito chimicamente è causata da incrostazioni chimicamente reversibili, mentre la differenza tra il tubo pulito chimicamente e il tubo nuovo è causata da incrostazioni irrecuperabili. La Figura 5 mostra le variazioni del parametro di consumo energetico J per gli aeratori.

DaFigura 5, per il tubo in HDPE, le incrostazioni fisicamente reversibili e fisicamente irreversibili rappresentavano rispettivamente il 35,8% e il 64,2% delle incrostazioni totali. All'interno delle incrostazioni fisicamente irreversibili, le incrostazioni chimicamente reversibili e irrecuperabili rappresentavano rispettivamente il 42,8% e il 21,4%. Per il tubo in EPDM, le incrostazioni fisicamente reversibili e fisicamente irreversibili rappresentavano rispettivamente il 52,9% e il 47,1%. Le incrostazioni irrecuperabili non compaiono inizialmente ma si accumulano nel tempo, determinando in definitiva la durata di servizio dell'aeratore. Pertanto, dovrebbero essere stabiliti programmi di pulizia ragionevoli per rallentare la transizione dalle incrostazioni reversibili a quelle irreversibili e ridurre al minimo l’accumulo di incrostazioni irrecuperabili.

2.2 Osservazione al SEM di aeratori nuovi, vecchi e puliti

Figura 6mostra immagini SEM delle superfici di aeratori nuovi, vecchi e lavati meccanicamente. La struttura porosa del nuovo tubo in HDPE è chiaramente visibile, mentre la superficie del nuovo tubo in EPDM è liscia con pori-tagliati nettamente. Dopo diversi anni di funzionamento, la morfologia superficiale di entrambi gli aeratori è cambiata in modo significativo. Gli inquinanti a forma di bastoncini e blocchi irregolari ricoprivano completamente la superficie, con aggregati inquinanti attorno e all'interno dei pori, ostacolando il trasferimento di ossigeno e aumentando la perdita di pressione. Dopo il lavaggio meccanico, la maggior parte degli inquinanti presenti sulla superficie del tubo EPDM sono stati rimossi, ma i pori sono rimasti ostruiti. Per il tubo in HDPE lo spessore dello strato inquinante è diminuito, ma i pori erano ancora coperti.

2.3 Analisi delle incrostazioni inorganiche su aeratori nuovi, vecchi e puliti

EDX è stato utilizzato per analizzare ulteriormente la principale composizione elementare delle superfici dell'aeratore, con i risultati mostrati inTabella 2. Carbonio, ossigeno, ferro, silicio e calcio sono stati rilevati sia sulle superfici in HDPE che in EPDM. Il tubo in HDPE conteneva anche magnesio, mentre il tubo in EPDM conteneva alluminio. Si deduce che gli inquinanti inorganici sul tubo in HDPE erano biossido di silicio, carbonato di calcio, carbonato di magnesio e fosfato di ferro, mentre quelli sul tubo EPDM erano biossido di silicio e ossido di alluminio. Questi precipitati inorganici si sono formati quando le concentrazioni di ioni inorganici provenienti dalle acque reflue urbane e dai fanghi attivi hanno raggiunto la saturazione sulla superficie dell'aeratore. Dopo il lavaggio meccanico, gli elementi inorganici sulle superfici dell'aeratore hanno mostrato poche differenze rispetto ai vecchi tubi, indicando che il lavaggio meccanico non può rimuovere efficacemente gli inquinanti inorganici. Kim et al. ha scoperto che dopo un funzionamento a lungo-termine, gli inquinanti inorganici vengono coperti da inquinanti organici, aderendo strettamente alla superficie e all'interno dei pori, rendendoli difficili da rimuovere mediante lavaggio meccanico.

Dopo la pulizia con HCl, gli ioni metallici sulle superfici dell'aeratore sono stati completamente rimossi. L'HCl ha corroso parte dello strato organico che ricopriva la superficie, vi è penetrato e ha reagito con ioni metallici, rimuovendo i precipitati inorganici attraverso neutralizzazione e decomposizione. La soluzione detergente HCl utilizzata per immergere gli aeratori è stata analizzata dall'ICP per calcolare il contenuto di inquinanti inorganici. I contenuti di Ca, Mg e Fe per il tubo in HDPE erano rispettivamente 18,00, 1,62 e 13,90 mg/cm², mentre per il tubo in EPDM i contenuti di Ca, Al e Fe erano rispettivamente 9,55, 1,61 e 3,38 mg/cm².

2.4 Analisi delle incrostazioni organiche su aeratori nuovi, vecchi e puliti

Per esaminare quantitativamente la distribuzione degli inquinanti organici, è stato utilizzato il software Image J per calcolare il biovolume e il rapporto di copertura del substrato di cellule totali, polisaccaridi e proteine ​​dalle micrografie CLSM, con le medie prese come risultati finali (Figura 7).

Dalla Figura 7 (a), le proteine ​​e le cellule totali erano i componenti principali degli inquinanti organici rispettivamente sui tubi HDPE ed EPDM, con volumi totali massimi che raggiungevano 7,66×10⁵ e 7,02×10⁵ μm³. Il volume totale delle cellule sul tubo in EPDM era 2,5 volte quello sul tubo in HDPE, in linea con i risultati di Garrido-Baserba et al., che hanno riportato una concentrazione di DNA totale più elevata sui vecchi aeratori in EPDM rispetto ad altri materiali. Wanger et al. hanno scoperto che quando i microrganismi si attaccano ai tubi EPDM, se l'ambiente circostante non dispone di un substrato organico sufficiente, si sono rivolti all'uso di plastificanti per membrane EPDM. I microrganismi possono utilizzare i plastificanti come fonte di carbonio, accelerando la crescita e la riproduzione, intensificando così l'incrostazione biologica sulla superficie dell'EPDM. Il contenuto di polisaccaridi e proteine ​​sul tubo EPDM era molto inferiore a quello sul tubo HDPE, probabilmente a causa della maggiore età dei fanghi nell'impianto B rispetto all'impianto A, che porta a una minore concentrazione di sostanza polimerica extracellulare (EPS). Come componenti principali dell'EPS, le proteine ​​e i polisaccaridi secreti dai microrganismi sono diventati fonti significative di inquinanti organici sulla superficie del tubo in HDPE nell'impianto A.

Dopo il lavaggio meccanico, le quantità totali di cellule, polisaccaridi e proteine ​​sul tubo in HDPE sono diminuite rispettivamente di 1,49×10⁵, 0,13×10⁵ e 1,33×10⁵ μm³. Sul tubo EPDM, le diminuzioni corrispondenti sono state rispettivamente di 2,20×10⁵, 1,88×10⁵ e 2,38×10⁵ μm³. Ciò indica che il lavaggio meccanico può ridurre in una certa misura le incrostazioni organiche.

Tuttavia, per il tubo in HDPE, l'area di copertura del substrato di polisaccaridi e proteine ​​è aumentata dopo il lavaggio meccanico-dal 2,75% e 6,28% al 4,67% e 7,09%, rispettivamente [Figura 7(b)]. Ciò è avvenuto perché le sostanze polimeriche extracellulari (EPS) possiedono un'elevata viscosità. Di conseguenza, il lavaggio meccanico ha avuto l'effetto controproducente di diffondere più ampiamente proteine, polisaccaridi e inquinanti inorganici sulla superficie del tubo in HDPE, portando a una maggiore copertura dell'area. Ciò probabilmente spiega perché il lavaggio meccanico non è riuscito a ripristinare in modo significativo l’efficienza di aerazione del tubo in HDPE.

Dopo la pulizia con NaClO, le cellule totali, i polisaccaridi e le proteine ​​sul tubo HDPE sono diminuiti rispettivamente di 2,34×10⁵, 3,42×10⁵ e 4,53×10⁵ μm³, mostrando un'efficienza di rimozione significativamente più elevata rispetto al lavaggio meccanico. NaClO ossida i gruppi funzionali degli inquinanti organici in chetoni, aldeidi e acidi carbossilici, aumentando l'idrofilicità dei composti originari e riducendo l'adesione degli inquinanti all'aeratore. Inoltre, i fiocchi di fango e i colloidi possono essere decomposti dagli ossidanti in particelle fini e materia organica disciolta.

3 Conclusioni

①I valori SOTE per i nuovi tubi HDPE e EPDM erano rispettivamente (7,36±0,53)% e (9,68±1,84)%. Il SOTE del tubo EPDM ha mostrato un trend decrescente più pronunciato con un aumento dell'AFR rispetto al tubo HDPE. Questo perché i pori dell'aeratore in HDPE sono rigidi e non cambiano con l'AFR, mentre i pori dell'aeratore in EPDM sono flessibili e si aprono maggiormente con l'aumento dell'AFR, formando bolle più grandi e riducendo ulteriormente il SOTE.

②A causa dell'accumulo di sostanze inquinanti sulla superficie e all'interno dei pori, l'efficienza di trasferimento dell'ossigeno del tubo in HDPE è diminuita del 26,7% e la sua perdita di pressione è aumentata fino a 2,97 volte quella del nuovo tubo. Poiché la maggior parte degli inquinanti presenti sul tubo in HDPE si depositavano all'interno dei pori, il lavaggio meccanico non era efficace. Dopo la pulizia chimica, il SOTE del tubo in HDPE è tornato all'83,4% del livello del nuovo tubo e il DWP è sceso a 1,39 volte quello del nuovo tubo, mostrando un significativo miglioramento delle prestazioni. Tuttavia, a causa del deposito di sostanze inquinanti, non è stato possibile ripristinare completamente il suo stato originale. Per il tubo in HDPE, le incrostazioni fisicamente reversibili, chimicamente reversibili e irrecuperabili rappresentavano rispettivamente il 35,8%, 42,8% e 21,4%.

③Dopo un funzionamento a lungo-termine, l'efficienza di trasferimento dell'ossigeno del tubo EPDM è diminuita del 6,4% e la sua perdita di pressione è aumentata fino a 1,25 volte quella del nuovo tubo. Dopo il lavaggio meccanico, le prestazioni di aerazione del tubo EPDM sono state quasi ripristinate al livello del nuovo tubo, indicando che gli inquinanti sul tubo EPDM erano attaccati in modo debole alla superficie e potevano essere in gran parte rimossi mediante lavaggio meccanico. Per il tubo in EPDM, le incrostazioni fisicamente reversibili e fisicamente irreversibili rappresentavano rispettivamente il 52,9% e il 47,1%.

④Le proteine ​​erano il componente principale degli inquinanti organici sul tubo in HDPE, mentre le cellule totali erano il componente principale nel tubo in EPDM. Questo perché i microrganismi utilizzano i plastificanti presenti nel materiale EPDM come fonte di carbonio, accelerandone la crescita e la riproduzione, intensificando così l'incrostazione biologica sugli aeratori del materiale EPDM.