Atıksu Arıtma Tesislerinde İnce Kabarcıklı Havalandırıcılar İçin Online Kimyasal Temizleme Teknolojisinin Uygulanması
İnce kabarcıklı havalandırıcılar, basit yapıları, yüksek oksijen kullanım verimlilikleri, güvenilir performansları, tıkanmaya- dayanıklı gözenekler, atık suyun geri akışının engellenmesi, tekdüze çevresel gerilim dağılımı, uzun servis ömrü, kolay kurulum ve bakım ve düşük sistem maliyeti nedeniyle atık su arıtma tesislerinde havalandırma ekipmanı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Atık su arıtımında oksijen tedariği için önemli bir bileşen olan ince kabarcıklı havalandırma sistemleri, uzun süreli çalışma sırasında kirlenme ve biyofilm nedeniyle tıkanmaya eğilimlidir-, bu da performanslarının korunmasında önemli zorluklar oluşturur. Online kimyasal temizleme teknolojisi bu soruna etkili bir çözüm sunmaktadır.
1. İnce Kabarcıklı Havalandırıcı Tıkanmasının Oluşumu ve Tehlikeleri
Uzun süreli çalışma sonrasında, ince kabarcıklı havalandırıcılar tıkanmaya karşı hassastır ve kirletici maddenin tıkanma biçimine bağlı olarak genellikle "iç tıkanma" ve "dış tıkanma" olarak sınıflandırılır. "İç tıkanma", gözeneklerin tıkanmasına yol açacak şekilde karışık sıvıdan kolloidal parçacıklar ve çözünen makromoleküller gibi ince parçacıkların birikmesini ifade eder. "Dış tıkanma", su tarafına bakan membran yüzeyinde kireçlenme maddelerinin birikmesini ifade eder. Bu tür bir tıkanma, membranın hava tahliye direncini sürekli olarak artırma eğiliminde olup, membran üzerindeki basıncın artmasına ve gözenek boyutunun kademeli olarak genişlemesine yol açar. Zamanla bu durum kolayca membran yırtılmasına neden olabilir. Membran yırtıldığında, etki havalandırma verimliliğinin bozulmasından sistemin yapısal hasarına kadar uzanır ve potansiyel olarak bakım veya havalandırıcının değiştirilmesi için kapatmayı gerektirir.
İnce kabarcıklı havalandırıcılardaki tıkanma sorunları artan operasyonel riskleri beraberinde getirir:
- Elektrik tüketimi maliyeti açısından bakıldığında: Havalandırıcılar tıkandıkça boru hattı basıncı yükselir, bu da üfleyicileri yüksek-yük, yüksek-enerji-tüketimi koşulları altında çalışmaya zorlar. Bu, güç tüketimini artırır ve aynı zamanda üfleyicinin ömrünü de etkiler.
- Çevresel risk perspektifinden: Düzensiz havalandırma, oksijen aktarım hızlarını azaltır, proses kontrol esnekliğini sınırlar ve ciddi durumlarda atık su kalitesini ciddi şekilde etkileyebilir.
- Ekonomik maliyet perspektifinden: Tanklar boşaltıldıktan sonra manuel temizliğin maliyeti yüksektir.
- Güvenlik açısından: Boşaltma sonrasında manuel temizlik, çamurun uzaklaştırılması için tanklara girilmesini gerektirir, kapalı alana giriş ve geçici elektrik işlerini içerir, dolayısıyla elektrik ve kişisel güvenlik tehlikesi riskleri artar.Şekil 1havalandırıcının tıkanmasından kaynaklanan çamur birikimi olayını gösterir.
Bu nedenle, ince kabarcıklı havalandırıcıların düzenli bakımı ve temizliği, operasyonel performanslarının sağlanması açısından çok önemlidir. Geleneksel havalandırıcı bakım ve temizleme yöntemleri, biyolojik reaksiyon tanklarının tamamen boşaltılmasını gerektirir. Atık su arıtma tesislerinin büyük-ölçekli bakımı ve temizliği, normal atık su arıtma ve deşarjını etkileyebilir veya belirli yerlerde (kentsel drenaj ağları veya içme suyu kaynağı koruma bölgeleri tarafından kapsanan alanlar gibi) gerçekleştiriliyorsa ilgili devlet dairelerinin onayını gerektirebilir. Bu süreç, atık su arıtma tesislerine önemli ekonomik yükler ve potansiyel maliyetler (örneğin hükümet ilişkileriyle koordinasyon, bakım sırasında azaltılmış arıtma kapasitesi, su kalitesinin ayarlanması, güvenlik riskleri) getiren çok sayıda risk ve dezavantaja sahip çok sayıda tehlikeli işlemi (ör. kapalı alana giriş) içerir. Bakım için boşaltmanın yarattığı baskı ve zorluklar, havalandırıcı temizliği için düzenli boşaltmanın fizibilitesini nispeten zayıf kılmaktadır.
Boşaltma sonrası geleneksel manuel temizliğin çok sayıda dezavantajı (yüksek maliyet, yüksek operasyonel risk ve optimal olmayan temizleme etkinliği- göz önüne alındığında, normal havalandırma koşulları altında çevrimiçi kimyasal dozaj cihazları kullanılarak ince kabarcıklı havalandırıcıların çevrimiçi temizliğine ilişkin araştırma özellikle önemlidir.
Bu çalışma, çevrimiçi kimyasal temizleme teknolojisi için saha test alanı olarak bir tesis projesini seçti. Dört fazda inşa edilen tesisin toplam günlük 600.000 ton atıksu arıtma kapasitesi bulunmaktadır. Üçüncü-faz proje, AAO süreci kullanılarak günde 100.000 ton işleme kapasitesine sahiptir; dördüncü-aşama projesi, MBR süreci kullanılarak günde 200.000 ton işleme kapasitesine sahiptir. Atık su kalitesi, GB 18918-2002 "Belediye Atık Su Arıtma Tesisleri için Kirleticilerin Deşarj Standardı" A Sınıfı standardını karşılamaktadır. 6-7 yıldır faaliyette olan 3. ve 4. etap aerobik tanklarındaki ince kabarcıklı havalandırıcılarda online temizlik yapıldı.
2. Çevrimiçi Kimyasal Temizleme Teknolojisinin Prensibi
Çevrimiçi kimyasal temizleme teknolojisi, tıkanma maddelerini kimyasal etki yoluyla çözmek veya dağıtmak için havalandırma sistemine belirli kimyasal maddelerin eklenmesini içerir. Bu maddeler asidik, alkalin, oksitleyici veya şelatlayıcı olabilir. Örneğin, bazı asidik maddeler kalsiyum karbonat gibi alkalin çökeltileri çözebilirken, oksitleyici maddeler mikroorganizmalar tarafından üretilen organik tıkanıklıkları parçalayabilir.
2.1 Yaygın Kirleticilerin Analizi
Havalandırıcı yüzeylerine yapışan kirleticiler çeşitlidir ve bileşimleri atık su özellikleri, arıtma prosesleri ve işletme koşullarıyla yakından ilişkilidir. Yaygın kirleticiler aşağıdaki şekilde analiz edilir:
- İnorganik Kirleticiler: Esas olarak kimyasal çökeltme ve iyon aşırı doygunluğundan kaynaklanan kalsiyum ve magnezyum bileşiklerini, sülfürleri, metal oksitleri ve hidroksitleri içerir. Havalandırıcılar üzerindeki başlıca etkileri arasında gözenek tıkanması, havalandırma verimliliğinin azalması, sistem enerji tüketiminin artması, havalandırma direncinin artması ve oksijen transfer verimliliğinin azalması yer alır.
- Organik Kirleticiler: Mikrobiyal biyofilm, asılı organik parçacıklar, katı/sıvı yağlar ve organik kolloidleri içerir. Mikrobiyal biyofilm öncelikle mikrobiyal kolonizasyon ve hücre dışı polimerik madde (EPS) yapışması nedeniyle oluşur. Tehlikeleri arasında anaerobik mikro ortamlar yaratılması ve toksik gazların (örn. H₂S) salınması yer alır. Organik kolloidler, hidrofobik etkileşimler ve elektrostatik adsorpsiyon nedeniyle oluşur, gaz salınımını engelleyen ve havalandırma homojenliğini etkileyen hidrofobik katmanlar oluşturur.
- Kompozit Kirleticiler (İnorganik-Organik Karışık Ölçekli): Temel olarak fiziksel hapsetme ve kimyasal bağlanma yoluyla oluşan biyolojik-kimyasal karışık kireç ve çamur parçacıkları bağlanmasını içerir. Etkileri arasında havalandırıcı yüzeyinin kapatılması, etkili havalandırma alanının azaltılması, ekipmanın eskimesinin hızlandırılması ve bakım döngülerinin kısaltılması yer alır.
Tesisin havalandırma sisteminin bakım incelemeleri sonucunda aşağıdaki sorunlar tespit edildi: ① Havalandırıcıların uzun süre su altında çalıştırılması ve artan hizmet ömrü, bağlantı noktalarındaki O-halka contalarının önemli ölçüde eskimesine yol açarak gaz sızıntısına yol açtı; ② Çalışma sırasında, sürekli çamur birikmesi ve üretim süreci kontrolündeki ayarlamalar, belirli alanlarda daha yüksek çamur konsantrasyonlarına neden oldu ve dolaylı olarak, şekilde gösterildiği gibi havalandırıcı membran yüzeylerinde ciddi kireçlenmeye neden oldu.Şekil 2; ③ Biyolojik reaksiyon tanklarındaki çamur konsantrasyonu çok yüksek olduğunda, çamurun yaşı uzar, normal mikrobiyal aktivite için gereken çözünmüş oksijen artar ve oksijen besleme sistemi üzerindeki talep artar; ④ Havalandırma tanklarında artan karışık sıvı yoğunluğu direnci arttırır, mekanik veya üflemeli havalandırma için daha yüksek güç tüketimine yol açar; ⑤ Şekilde gösterildiği gibi sistemin havalandırmasını etkileyen bir miktar kirlenme havalandırma gözeneklerine nüfuz etmiştir.Şekil 3. Kirletici oluşum nedenlerine göre havalandırıcı yüzeylerindeki kireçtaşının inorganik kirleticiler, organik madde, protein vb. içerdiği belirlendi.
2.2 Temizlik Maddelerinin Seçimi
Membran kirliliği çeşitlerine uygun kimyasal temizlik maddelerinin seçilmesi gerekmektedir. Bu maddeler boru duvarındaki havalandırma gözeneklerinden membran ile boru duvarı arasındaki boşluğa nüfuz ederek membran yüzeyinin ve gözeneklerinin temizlenmesini sağlayabilir. Temizlik maddesi tipinin seçimi, membranın gerçek fizikokimyasal özelliklerine, kirletici türlerine ve kirlenme derecesine dayanmalıdır. Temizlik maddesi biyolojik olarak parçalanabilir olmalı ve organizmalar için-toksik olmamalıdır; hava borusu duvarlarından ve difüzörlerin içindeki inorganik kireci etkili bir şekilde giderebilmelidir. Üfleyici havalandırma sistemlerinin giriş havasındaki kirletici maddeler, parçacıklar veya tozdan, üfleyicilerden yağ sızıntılarından ve iç hava borularından paslanmadan kaynaklanan tıkanmalara ("gaz-faz tıkanması" olarak da bilinir) karşı iyi bir temizleme etkinliğine sahip olmalıdır.
Alkali temizleme maddeleri arasında sodyum hidroksit, sodyum karbonat, sodyum fosfat, sodyum silikat, potasyum hidroksit vb. yer alır. Sodyum hidroksit, atık su arıtma proseslerinde atık suyun pH'ını yükseltmek için yaygın olarak kullanılan bir kimyasal maddedir, dolayısıyla alkalin temizleme maddesi olarak seçilebilir.
Asidik temizleme maddeleri arasında sülfürik asit, hidroklorik asit, nitrik asit, sitrik asit, oksalik asit, fosforik asit vb. yer alır. Sitratın manganez ve demir gibi iyonlar için güçlü kenetleme kabiliyetine sahip olduğu ve pratikte mineral asitlerle karşılaştırıldığında sitrik asidin nispeten zayıf olduğu, ekipmana karşı daha az aşındırıcı, daha güvenli ve mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak kolayca parçalanabildiği göz önüne alındığında, asidik temizlik maddesi olarak sitrik asit seçilmiştir.
Tablo 1Membran kirlenmesinde yaygın olarak kullanılan temizlik maddelerinin kategorilerini ve performansını gösterir.
2.3 Çevrimiçi Temizleme Cihazının Tasarımı
İnce kabarcıklı havalandırma sistemlerinin çalıştırılmasındaki baskı ve çok sayıda branşman borusu göz önüne alındığında, ince kabarcıklı havalandırıcılar için uygun bir çevrimiçi dozaj cihazının tasarlanması özellikle önemlidir. Bu çalışmada tasarlanan dozaj temizleme cihazı, şekilde gösterildiği gibi bir çözündürme/seyreltme ünitesi ve bir dozaj ünitesi içerir.Şekil 4.
Çözündürme/seyreltme ünitesi temel olarak ajanların çözülmesi ve seyreltilmesi için kullanılan bir hazırlama tankı, karıştırıcı ve seviye göstergesinden oluşur. Hazırlama tankına belirli miktarda su enjekte edilerek, ajan eklenerek ve karıştırıcı çalıştırılarak, dozaj ünitesi tarafından kullanılmak üzere belirli konsantrasyonda bir ajan hazırlanabilir.
Dozaj ünitesi esas olarak bir dozaj tankı, egzoz valfi, dozaj valfi, denge valfi, besleme valfi ve bazı boru sistemlerinden oluşur. Dozaj tankının alt kısmı, birden fazla dozaj alt-borusuna ayrılan bir dozaj borusuna bağlanır. Tüm dozaj alt-boruları, birden fazla havalandırma branşman borusuyla bire-bire-bağlanmıştır; bu borular da birkaç ince kabarcıklı havalandırıcıya bağlanır, böylece ince kabarcıklı havalandırıcıların temizlenmesi amacına ulaşılır.
Uygulama sırasında, biyolojik reaksiyon tanklarının her bir havalandırma branşman borusuna dozaj portu olarak Φ15 mm'lik bir delik açıldı; bu delik içinden ajanı ince kabarcıklı havalandırıcılara iletmek ve ajan kaybını azaltmak için bir naylon dozaj borusu yerleştirildi. Eş zamanlı olarak, dozaj tankı ile havalandırma branşman borusu arasındaki basıncı eşitlemek için havalandırma branşman borusuna denge gazı borusu olarak ilave bir delik açıldı. Havalandırma branşman borularına açılan delikler normal çalışma sırasında tapalarla kapatılır ve hızlı kurulum ve sökme işlemine olanak sağlamak için dozajlama sırasında hızlı-bağlantı terminal bağlantı parçaları takılır.
3. Online Dozajlama Temizleme Cihazının Uygulanması
Bu çevrimiçi dozajlama temizleme deneyinde ince kabarcıklı havalandırıcılar biyolojik tanklara yerleştirildi. İnce kabarcıklı havalandırıcı membranlarına, havalandırma branşman boruları yoluyla özel temizleme solüsyonu enjekte edilerek, membran yüzeyine yapışan organik maddenin ayrıştırılması için besleme tarafına doğru akmasına izin verildi, böylece transmembran basınç farkı yeniden sağlandı ve temizleme etkisi elde edildi. Deney tasarımı üç değişkene dayanıyordu: ajan tipi, ajan konsantrasyonu ve temizleme süresi. Test şeması şu şekilde gösterilmiştir:Tablo 2.
3.1 Çevrimiçi Dozaj Temizleme Etkisinin Analizi
Temizlemeden sonra, sahadaki havalandırma yüzeyinin duyusal gözlemi, havalandırma tankı yüzeyinden kaçan kabarcık boyutlarının daha küçük olduğunu ve havalandırmanın daha düzgün olduğunu gösterdi.Şekil 5temizlik öncesi ve sonrası havalandırmanın duyusal görünümünü gösterir.
Farklı madde türleri ve konsantrasyonları ile temizlendikten sonra, havalandırıcılar sürekli olarak artan akış hızı ve azalan boru hattı basıncı gösterdi ve akış hızları normale döndü. Farklı temizleme yöntemleriyle yapılan işlemlerden sonra havalandırma verimliliği değişen derecelerde geri kazanıldı. Artan hava akışı ve azalan boru hattı basıncına ilişkin birleşik veriler, farklı madde türlerinin, konsantrasyonlarının ve temizleme sürelerinin havalandırıcı restorasyonu üzerinde farklı etkileri olduğunu göstermektedir.Şekil 6 ve 7sırasıyla temizlikten önce ve sonra akış hızı ve basınçtaki değişiklikleri gösterir.
Sodyum hidroksit temizliğinden sonra havalandırıcıların restorasyon verimliliği, sitrik asit temizliğinden sonra biraz daha düşüktü. Sodyum hidroksitin sudaki yüksek çözünürlüğü, çözünme üzerine önemli miktarda ısı salınımına yol açar. Güçlü higroskopikliği, alkaliliği ve aşındırıcılığıyla birleştiğinde bu özellikler, pratik işlemlerde ekstra önlemlerin alınmasını gerektirir. Temizleme işlemi güvenliği açısından sodyum hidroksit tercih edilen temizlik maddesi değildir. Bu nedenle, temizlik maddelerini seçerken, operatörün güvenliğini ve optimum temizleme etkinliğini sağlamak için bunların güvenliği ve kullanım kolaylığı dikkatle değerlendirilmelidir.
Test sonuçları, çevrimiçi dozaj temizliğinden sonra biyolojik tanklardaki havalandırmanın daha düzgün hale geldiğini, ince kabarcıklı havalandırıcıların akış hızının arttığını, boru hattı basıncının önemli ölçüde azaldığını ve temizleme etkisinin dikkate değer olduğunu gösterdi.
3.2 Teknik Avantajlar
- Kesinti Süresini Azaltır: Geleneksel sökme temizliğiyle karşılaştırıldığında, çevrimiçi dozajlama temizliği havalandırma sisteminin durdurulmasını gerektirmez, atık su arıtma prosesindeki kesintileri ve kapatmalardan kaynaklanan arıtma verimliliğinin azalmasını önler.
- Temizleme Verimliliğini Artırır: Ajanlar gözeneklerin derinliklerine nüfuz ederek ulaşılması zor-tıkanmış alanları etkili bir şekilde temizleyebilir. Bazı evsel atık su arıtma tesislerinde uygulandıktan sonra havalandırma homojenliği gözle görülür şekilde iyileşti ve oksijen transfer verimliliği önemli ölçüde arttı.
- İşgücü Yoğunluğunu ve Maliyetleri Azaltır: Havalandırıcıların manuel olarak sökülmesi ve yeniden takılması ihtiyacını ortadan kaldırır, manuel işçiliği ve sık sık sökme nedeniyle ekipmanın hasar görmesi riskini azaltır, böylece bakım maliyetlerinden tasarruf sağlar. İnce kabarcıklı havalandırıcılar için çevrimiçi kimyasal temizliğin maliyeti 0,47 RMB/ton iken, eski havalandırıcılar için geleneksel manuel temizliğin maliyeti 13,3 RMB/tondur. İnce kabarcıklı havalandırıcı temizleme maliyetlerinde yıllık tasarrufun 515.000 RMB olduğu tahmin edilmektedir. Eski havalandırıcıların geleneksel manuel temizliğiyle karşılaştırıldığında, çevrimiçi kimyasal temizleme önemli ekonomik avantajlar sunar.
- Havalandırma Ekipmanının Ömrünü Uzatır: Çevrimiçi kimyasal temizleme yoluyla, ince kabarcıklı havalandırıcıların havalandırma etkisi etkili bir şekilde iyileştirilir, havalandırıcı performansı artırılır ve bir dereceye kadar havalandırma ekipmanının hizmet ömrü uzatılır ve üfleyici yükü etkili bir şekilde azaltılır.
- Üretim Planlama ve Bakım Planları için Daha Fazla Seçenek Sağlar: Çevrimiçi kimyasal temizleme sayesinde kabarcık dağılımı daha düzgün hale gelir, hava borusu basıncı etkili bir şekilde azalır, akış hızı önemli ölçüde artar, oksijen aktarım hızlarını büyük ölçüde artırır ve su kalitesi düzenlemesi için sağlam bir garanti sağlar.
4. Sonuç
İnce kabarcıklı havalandırıcılara yönelik çevrimiçi kimyasal temizleme teknolojisi, atık su arıtma tesislerinde önemli bir uygulama değerine sahiptir. Akılcı uygulaması sayesinde, ince kabarcıklı havalandırıcılardaki tıkanma sorunları etkili bir şekilde çözülebilir, havalandırma sistemi performansı iyileştirilebilir, arıza süreleri ve işletme maliyetleri azaltılabilir ve atık su arıtma tesislerinin istikrarlı, verimli çalışması sağlanabilir. Geleneksel manuel temizliğin sınırlamaları, sektörü çevrimiçi temizliğe yönlendirecektir. Yeni ekipmanların ve akıllı kontrol sistemlerinin ortaya çıkışı, çevrimiçi temizliğin operasyonel zorluğunu önemli ölçüde azaltıyor. Çevrimiçi temizlik teknolojisinin uygulanmasını dolaylı olarak teşvik edecek olan, karbon nötrlüğü ve su kaynaklarının geri dönüşümünü vurgulayan politika ve çevre düzenlemeleriyle birlikte. Gelecekte madde formülasyonları optimize edilebilir ve çoklu-ajanlı sinerjik temizleme teknolojileri araştırılabilir. Ek olarak, farklı atık su arıtma tesislerinin ihtiyaçlarına daha iyi uyum sağlamak için dozaj kontrol stratejileri ve ekipman zekası araştırmaları takip edilebilir.