Atıksu Arıtma Tesislerindeki İnce{0}}Gözenekli Difüzörün Kirlenme Karakterizasyonu ve Havalandırma Performansının Geri Kazanımı
Belediye atık su arıtma tesislerinin (AAT'ler) aktif çamur prosesinde kritik bir adım olarak, oksijen kaynağına yönelik havalandırma, yalnızca mikroorganizmaların temel yaşam faaliyetlerini sürdürmek için yeterli oksijen sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çamuru askıda tutarak kirleticilerin adsorpsiyonunu ve uzaklaştırılmasını kolaylaştırır. Havalandırma aynı zamanda AAT'lerde en fazla enerji-tüketen birimdir ve tesisin toplam enerji tüketiminin %45 ila %75'ini oluşturur. Dolayısıyla havalandırma sisteminin performansı AAT'nin arıtma verimliliğini ve işletme maliyetlerini doğrudan etkilemektedir. Havalandırma ekipmanı, havalandırma sisteminin önemli bir bileşenidir; ince kabarcıklı havalandırıcılar, yüksek oksijen transfer verimliliği (OTE) nedeniyle belediye atık su arıtma tesislerinde en yaygın olarak kullanılanlardır. Ancak uzun süreli çalışma sırasında-havalandırıcıların yüzeyinde ve gözeneklerinde kaçınılmaz olarak kirletici maddeler birikir. Çıkış suyunun kalitesini sağlamak için, fanlardan ilave hava beslemesi gerekir, bu da enerji tüketiminin artmasına neden olur. Ayrıca kirlilik gözenek tıkanmasını şiddetlendirir ve havalandırıcı malzemesini değiştirir. Havalandırıcı bileşenlerinin basınç kaybı (dinamik ıslak basınç, DWP), uzun süreli çalışma sonucunda artar, üfleyicinin çıkış hava basıncını yükseltir ve daha fazla enerji israfına neden olur.
İnce kabarcıklı havalandırıcıların yüzeyinde ve gözeneklerinin içinde biriken kirleticiler biyolojik, organik ve inorganik kirlenmeyi içerir. Organik kirlenme, organik maddenin adsorpsiyonu ve çökelmesi ile mikrobiyal salgıların birikmesinden kaynaklanır. İnorganik kirlenme tipik olarak metal oksitler gibi çok değerlikli katyonların oluşturduğu kimyasal çökeltilerden oluşur. Kirleticiler, fiziksel temizlemeyle giderilip giderilemeyeceklerine bağlı olarak, fiziksel olarak geri döndürülebilir veya fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme olarak sınıflandırılabilir. Bu kirleticiler havalandırıcı yüzeyine gevşek bir şekilde bağlandığından, fiziksel olarak geri döndürülebilir kirlenme, mekanik fırçalama gibi basit fiziksel yöntemlerle giderilebilir. Fiziksel olarak geri dönüşü olmayan kirlenme, fiziksel temizlikle ortadan kaldırılamaz ve daha kapsamlı bir kimyasal temizlik gerektirir. Fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme içinde, kimyasal temizlemeyle giderilebilen kirleticiler kimyasal olarak geri döndürülebilir kirlenme olarak adlandırılırken, kimyasal temizlemeyle dahi giderilemeyen kirleticiler, geri döndürülemez kirlenme olarak kabul edilir.
Şu anda yurt içinde kullanılan ince kabarcıklı havalandırıcılar, etilen propilen dien monomer (EPDM) gibi geleneksel kauçuk malzemeleri ve yüksek-yoğunluklu polietilen (HDPE) gibi daha yeni malzemeleri içermektedir. HDPE havalandırıcıların gaz dağıtım katmanı, iç hava dağıtım borusunun gözenek çapları yaklaşık (4,0 ± 0,5) mm olan erimiş polimer ile kaplanmasıyla oluşturulur. HDPE iyi kimyasal, mekanik ve darbe direnci özellikleri ve uzun bir servis ömrü sunar. Bununla birlikte, gözenek boyutları tutarsız ve eşit olmayan bir şekilde dağılmış olup, bu da onları kirletici birikmeye yatkın hale getirmektedir. EPDM malzeme, mekanik kesmeyle oluşturulan gözeneklerle oldukça esnektir. EPDM havalandırıcılar birim alan başına daha fazla sayıda gözenek içerir ve daha küçük kabarcıklar üretir (minimum 0,5 mm). Kauçuk membranın hidrofilik yapısı aynı zamanda kabarcık oluşumunu da kolaylaştırır. Ancak mikroorganizmalar plastikleştiricileri substrat olarak kullanarak EPDM yüzeylerine tutunma ve çoğalma eğilimindedir. Aynı zamanda plastikleştiricilerin tüketimi havalandırıcı malzemesinin sertleşmesine neden olur ve sonuçta yorulma hasarına ve hizmet ömrünün kısalmasına yol açar. Bu nedenle, bu iki malzeme üzerindeki kirletici birikim modellerinin ve bunun sonucunda oksijen transfer verimliliği ve basınç kaybındaki değişikliklerin araştırılması gerekmektedir.
Bu çalışma, araştırma konuları ile benzer süreç koşullarına sahip iki belediye Atık Su Arıtma Tesisinde yıllarca çalıştıktan sonra değiştirilen ince kabarcıklı havalandırıcıları aldı. Havalandırıcılardaki kirleticiler çıkarıldı ve ana bileşenlerini tanımlamak için katman katman karakterize edildi. Buna dayanarak, ince kabarcıklı havalandırma sistemlerinin uzun vadeli optimize edilmiş ve istikrarlı çalışması için-temel verileri ve teknik referansları sağlamayı amaçlayan, havalandırıcıların oksijen transfer verimliliğini geri kazanmada temizleme yöntemlerinin etkinliği değerlendirildi.
1 Malzemeler ve Yöntemler
1.1 Atıksu Arıtma Tesislerine Giriş
Her iki Atık Su Arıtma Tesisi de Şangay'da bulunmaktadır ve temel arıtma olarak Anaerobik-Anoksik-Oksik (AAO) sürecini kullanmaktadır. WWTP A, bir girdaplı kum haznesi + geleneksel AAO + yüksek-verimli fiber filtre + UV dezenfeksiyon işlemini kullanır. WWTP B, havalandırmalı bir kum haznesi + geleneksel AAO + yüksek-verimli çökeltme tankı + UV dezenfeksiyon işlemini kullanır. Her iki tesis de "Belediye Atık Su Arıtma Tesisleri için Kirleticilerin Deşarj Standardı"nın (GB 18918-2002) A Sınıfı standardını istikrarlı bir şekilde karşılamaktadır. Özel tasarım ve operasyonel parametreler şu şekilde gösterilmiştir:Tablo 1.
1.2 Havalandırıcı Kirleticilerinin Ekstraksiyonu ve Karakterizasyonu
Deneylerde kullanılan ince kabarcıklı havalandırıcılar, Tesis A'dan toplanan boru şeklinde bir HDPE havalandırıcı (Ecopolemer, Ukrayna) ve Tesis B'den toplanan boru şeklinde bir EPDM havalandırıcıydı (EDI-FlexAir, ABD). Her ikisinin fotoğrafları, Şekil 1'de gösterilmektedir.Şekil 1. D×L=120 mm×1000 mm boyutlarında ve (4±0,50) mm gözenek çapına sahip, 2~5 mm'lik ince kabarcıklar üretebilen eski HDPE tüpü 10 yıldır faaliyetteydi. Eski EPDM tüpü, D×L=91 mm×1003 mm boyutlarında, minimum kabarcık çapı 0,5 mm olan 1,0~1,2 mm ince kabarcıklar üreten, 3 yıldır çalışıyordu.
Eski HDPE ve EPDM tüpler aerobik tanklardan çıkarılarak streç film üzerine yerleştirildi ve deiyonize su ile durulandı. Havalandırıcı yüzeyine yapışan kirletici maddeleri kazımak için alevle-sterilize edilmiş bir bıçak kullanılarak mekanik fırçalama gerçekleştirildi.
Kirlenmenin oksijen transfer performansı üzerindeki etkisini daha fazla araştırmak için HDPE tüpü üzerinde kimyasal temizlik yapıldı. Mekanik fırçalamanın ardından HDPE tüpü, 24 saat boyunca sırasıyla %5 HCl ve %5 NaClO çözeltilerine batırıldı. Eski tüpler, mekanik olarak temizlenmiş tüpler ve kimyasal olarak temizlenmiş tüpler, 60 derecelik bir fırında (model XMTS-6000) 60 saat süreyle kurutuldu. Daha sonra yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM, model JSM-7800F, Japonya), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX, Oxford Instruments, İngiltere) ve eş odaklı lazer tarama mikroskobu (CLSM, model TCS SP8, Almanya) kullanılarak incelendi. HCl temizleme çözeltisi 0,45 μm'lik bir membrandan filtrelendi ve çok değerlikli katyonların (Ca, Mg, Al, Fe iyonları vb. dahil) kantitatif analizi, endüktif olarak eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi (ICP, model ICPS-7510, Japonya) kullanılarak yapıldı. HCl ve NaClO, EPDM membranın denatürasyonuna ve yaşlanmasına neden olabileceğinden, EPDM tüp üzerinde kimyasal temizlik yapılmamıştır. EPDM tüpü 5 cm x 5 cm'lik membran parçalarına kesildi ve çözeltideki çok değerlikli katyonların kantitatif analizi için HCl'ye batırıldı.
1.3 Havalandırıcı Oksijen Transfer Performansı için Test Aparatı ve Yöntemi
İnce kabarcıklı havalandırıcıların oksijen transfer performansı, "İnce Kabarcıklı Havalandırıcıların Temiz Su Oksijen Transfer Performansının Belirlenmesi" (CJ/T 475-2015) uyarınca test edilmiştir. Test kurulumu şurada gösterilmiştir:Şekil 2.
Cihaz, her iki tarafında organik cam görüntüleme pencereleri bulunan, 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m ölçülerinde, paslanmaz-çelik bir yapıdır. Havalandırıcı, 1,0 m dalma derinliğine sahip metal bir destek kullanılarak orta tabana sabitlendi. Çözünmüş oksijen (DO) konsantrasyonunu gerçek zamanlı olarak izlemek için çok-parametreli bir su kalitesi analizörü (Hach HQ30D, ABD) kullanıldı. Deoksijenasyon maddesi olarak sodyum sülfit susuz ve katalizör olarak kobalt klorür kullanıldı. Basınç göstergesi okuması havalandırıcının dinamik ıslak basıncını (DWP, kPa) temsil ediyordu. Ölçüm sonuçları sıcaklık, tuzluluk ve DO için düzeltildi. Değerlendirme indeksi olarak standartlaştırılmış oksijen transfer verimliliği (SOTE, %) kullanıldı.
Üfleyicinin enerji tüketimi, sırasıyla havalandırıcının SOTE ve DWP'sinden etkilenen hava besleme akış hızı ve çıkış hava basıncıyla ilişkilidir. Bu nedenle, havalandırıcı performansını değerlendirmek için SOTE ve DWP'nin birleşik etkisini temsil eden bir havalandırma enerji tüketim indeksi J (kPa·h/g) kullanıldı. Aktarılan oksijenin birim kütlesi başına havalandırıcının aşması gereken basınç kaybı olarak tanımlanır. J, aşağıdaki denklemde gösterildiği gibi, DWP/SOTE ile hava akış hızı (AFR) arasındaki doğrusal regresyon uyumunun eğiminden hesaplanır:
Nerede:
AFRhava akış hızı, m³/h;
ρhava20 derecede 1,29 × 10³ g/m³ olarak alınan hava yoğunluğudur;
yO20,23 g O₂/g hava olarak alınan havadaki oksijen içeriğidir.
2 Sonuçlar ve Analiz
2.1 Yeni, Eski ve Temizlenmiş Havalandırıcıların Oksijen Transfer Performansı
Şekil 3farklı hava akış hızlarında havalandırıcıların SOTE ve DWP değerlerini gösterir.
Şekil 3(a) ve (b)'den yeni HDPE ve yeni EPDM tüplerinin SOTE değerleri sırasıyla %(7,36±0,53) ve %(9,68±1,84) idi. EPDM tüpü daha büyük spesifik yüzey alanına sahip daha küçük kabarcıklar üreterek gaz-sıvı temas alanını ve kalış süresini arttırır, böylece daha yüksek SOTE elde edilir. Her iki havalandırıcının SOTE'si artan AFR ile birlikte azalmıştır çünkü daha yüksek bir AFR kabarcık sayısını ve başlangıç hızını arttırır, bu da daha fazla kabarcık çarpışmasına ve daha büyük kabarcıkların oluşmasına yol açar, bu da gazdan sıvı faza oksijen transferini engeller. EPDM borunun SOTE'si, HDPE boruya kıyasla artan AFR ile daha belirgin bir azalma eğilimi gösterdi. Bunun nedeni, HDPE havalandırıcının gözeneklerinin sert olması ve AFR ile değişmemesi, EPDM havalandırıcının gözeneklerinin ise artan AFR ile esnek olması ve daha geniş açılması, daha büyük kabarcıklar oluşturması ve SOTE'yi daha da azaltmasıdır.
Uzun-süreli çalışmanın ardından, HDPE tüpünün SOTE'si %(5,39±0,62)'ye düştü; bu %26,7'lik bir azalmaydı; bunun temel nedeni kirletici birikiminin gözenekleri tıkaması ve kabarcık oluşumu için etkili gözeneklerin sayısını azaltmasıydı. Mekanik fırçalama, HDPE tüpünün SOTE'sini %(5,59±0,66)'ye yükseltti, ancak geri kazanım önemli değildi; bunun nedeni, muhtemelen HDPE tüpündeki kirleticilerin yalnızca yüzeye yapışmakla kalmayıp aynı zamanda gözeneklerin içinde de birikmesi ve bunların mekanik fırçalamayla çıkarılmasını zorlaştırmasıdır. Jiang ve diğerleri. NaClO'nun kirletici maddeleri HDPE tüplerinden etkili bir şekilde çıkarabildiğini ve havalandırma performanslarını eski haline getirebildiğini buldu. NaClO temizliği sonrasında HDPE tüpünün SOTE'si, yeni tüpün seviyesinin %83,4'ü olan %(6,14±0,63)'e geriledi, ancak hala tam olarak toparlanamadı. Bunun nedeni, uzun süreli çalışma sırasında kirleticilerin sıkı bir şekilde bağlanması, gözenek yapısını değiştirmesi, hava akışını engellemesi, kabarcık birleşmesini arttırması, kabarcığın spesifik yüzey alanını ve kalış süresini azaltması ve dolayısıyla oksijen transferini engellemesidir. Aynı zamanda kirlenme, havanın dengesiz dağılımına neden olarak genel performansın düşmesine neden olur.
Eski EPDM tüpünün SOTE'si %6,4'lük bir düşüşle %(9,06±1,75)'e düştü. Kirletici birikimi nedeniyle gözeneklerin tıkanmasının yanı sıra biyolojik kirlenme, malzemedeki plastikleştiricileri tüketerek havalandırıcıyı sertleştirir ve gözenekleri deforme eder. Deforme olmuş gözenekler orijinal durumlarına dönemezler, daha büyük kabarcıklar üretirler ve SOTE'yi düşürürler. Mekanik fırçalama, EPDM tüpünün SOTE'sini %(9,47±1,87)'ye yükselterek neredeyse yeni tüpün seviyesine geri getirdi; bu, EPDM tüpündeki kirleticilerin yüzeye gevşek bir şekilde bağlandığını ve çoğunlukla mekanik fırçalamayla giderilebileceğini gösterdi.
Şekil 3(c) ve (d)'den yeni EPDM tüpünün DWP'si (6,47±0,66) kPa olup, yeni HDPE tüpününkinden önemli ölçüde daha yüksekti [(1,47±0,49) kPa]. Bunun nedeni, EPDM borunun gözenek çapının HDPE borununkinden daha küçük olmasıdır, bu da kabarcıklar sıkıştırıldığında daha büyük direnç sağlar. Uzun-süreli çalışmanın ardından eski HDPE tüpünün DWP'si, yeni tüpünkinin 2,97 katı olan (4,36±0,56) kPa'ya yükseldi. DWP'deki artış hem gözenek tıkanma derecesi hem de malzeme değişiklikleriyle ilgilidir. Mekanik fırçalama, HDPE tüpünün DWP'sini yeni tüpün DWP'sinin 2,25 katına düşürdü. NaClO temizliği, bunu yeni tüpün 1,39 katı olan (2,04±0,45) kPa'ya düşürdü. Bu yine HDPE tüpündeki çoğu kirleticinin gözeneklerin içinde biriktiğini ve mekanik fırçalamayla etkili bir şekilde giderilemediğini, performansın yeniden sağlanması için NaClO temizliğinin gerekli olduğunu gösteriyor. Eski EPDM tüpünün DWP'si yeni tüpün DWP'sinin 1,25 katı olan (8,10 ± 0,94) kPa'ya yükseldi ve mekanik fırçalama sonrasında 1,10 katına düştü.
Şekil 4havalandırıcılar için AFR ile DWP/SOTE'nin (DWP' olarak gösterilir) değişimini gösterir.
DWP' ile AFR'yi eşleştirmek için doğrusal bir regresyon denklemi kullanıldı ve enerji tüketimi parametresi J, eğimden elde edildi. Yeni HDPE ve yeni EPDM tüpleri için J değerleri sırasıyla 0,064 ve 0,204 kPa·h/g idi; bu, aktarılan birim oksijen kütlesi başına EPDM tüpünün daha büyük basınç kaybının üstesinden gelmesi gerektiğini gösterir. Değiştirme sırasında HDPE ve EPDM tüplerin J değerleri sırasıyla 0,251 ve 0,274 kPa·h/g'ye yükseldi. Basınç kaybının artmasına neden olan havalandırıcı kirlenmesi, üfleyicinin güvenli çalışmasını etkileyebilir. Mekanik fırçalamanın ardından HDPE ve EPDM tüplerin J değerleri sırasıyla 0,184 ve 0,237 kPa·h/g'ye düştü. J'deki değişiklikler havalandırıcı kirleticilerin niceliksel analizi için kullanılabilir. Eski tüp ile mekanik olarak temizlenmiş tüp arasındaki J farkı, fiziksel olarak tersinir kirlenmeden kaynaklanmaktadır. Mekanik olarak temizlenen tüp ile yeni tüp arasındaki fark, fiziksel olarak geri dönüşü olmayan kirlenmeden kaynaklanmaktadır. Mekanik olarak temizlenmiş tüp ile kimyasal olarak temizlenmiş tüp arasındaki fark, kimyasal olarak geri döndürülebilir kirlenmeden kaynaklanırken, kimyasal olarak temizlenmiş tüp ile yeni tüp arasındaki fark, onarılamaz kirlenmeden kaynaklanır. Şekil 5, havalandırıcılar için enerji tüketimi parametresi J'deki değişiklikleri göstermektedir.
İtibarenŞekil 5HDPE tüpü için, fiziksel olarak geri döndürülebilir ve fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme, toplam kirlenmenin sırasıyla %35,8 ve %64,2'sine karşılık geliyordu. Fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme içinde, kimyasal olarak geri döndürülebilir ve geri döndürülemez kirlenme sırasıyla %42,8 ve %21,4'tür. EPDM tüp için, fiziksel olarak geri döndürülebilir ve fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme sırasıyla %52,9 ve %47,1'e karşılık geliyordu. Onarılamaz kirlenme başlangıçta ortaya çıkmaz, zamanla birikir ve sonuçta havalandırıcının hizmet ömrünü belirler. Bu nedenle, geri döndürülebilir kirlenmeden geri döndürülemez kirlenmeye geçişi yavaşlatmak ve geri döndürülemez kirlenme birikimini en aza indirmek için makul temizlik programları oluşturulmalıdır.
2.2 Yeni, Eski ve Temizlenmiş Havalandırıcıların SEM Gözlemi
Şekil 6yeni, eski ve mekanik olarak temizlenen havalandırıcıların yüzeylerinin SEM görüntülerini gösterir. Yeni HDPE tüpün gözenekli yapısı açıkça görülebilmektedir, yeni EPDM tüpün yüzeyi ise temiz-kesilmiş gözeneklerle pürüzsüzdür. Birkaç yıl çalıştıktan sonra her iki havalandırıcının yüzey morfolojisi önemli ölçüde değişti. Düzensiz çubuk benzeri ve bloklu kirleticiler yüzeyi tamamen kapladı; gözeneklerin etrafında ve içinde kirletici birikmeler oluştu, oksijen transferini engelledi ve basınç kaybını artırdı. Mekanik fırçalamanın ardından EPDM tüp yüzeyindeki kirleticilerin çoğu giderildi ancak gözenekler tıkalı kaldı. HDPE tüp için kirletici tabaka kalınlığı azaldı ancak gözenekler hâlâ kapalıydı.
2.3 Yeni, Eski ve Temizlenmiş Havalandırıcıların İnorganik Kirlenme Analizi
EDX, havalandırıcı yüzeylerinin ana element bileşimini daha ayrıntılı analiz etmek için kullanıldı; sonuçlar şöyle gösterilmiştir:Tablo 2. Hem HDPE hem de EPDM yüzeylerinde karbon, oksijen, demir, silikon ve kalsiyum tespit edildi. HDPE tüpü aynı zamanda magnezyum içerirken EPDM tüpü alüminyum içeriyordu. HDPE tüpündeki inorganik kirleticilerin silikon dioksit, kalsiyum karbonat, magnezyum karbonat ve demir fosfat olduğu, EPDM tüpündekilerin ise silikon dioksit ve alüminyum oksit olduğu anlaşıldı. Bu inorganik çökeltiler, belediye atık suyundan ve aktif çamurdan gelen inorganik iyon konsantrasyonları havalandırıcı yüzeyinde doygunluğa ulaştığında oluşmuştur. Mekanik fırçalamanın ardından, havalandırıcı yüzeylerindeki inorganik elementler eski tüplere kıyasla çok az fark gösterdi; bu da mekanik fırçalamanın inorganik kirleticileri etkili bir şekilde gideremediğini gösteriyor. Kim ve ark. uzun süreli-süreli çalışma sonrasında inorganik kirleticilerin organik kirleticiler tarafından kaplandığını, yüzeye ve gözeneklerin içine sıkı bir şekilde yapışarak bunların mekanik fırçalamayla çıkarılmasını zorlaştırdığını buldu.
HCl temizliği sonrasında havalandırıcı yüzeylerindeki metal iyonları tamamen uzaklaştırılmıştır. HCl, yüzeyi kaplayan organik tabakanın bir kısmını aşındırdı, ona nüfuz etti ve metal iyonlarıyla reaksiyona girerek nötralizasyon ve ayrışma yoluyla inorganik çökeltileri uzaklaştırdı. Havalandırıcıları ıslatmak için kullanılan HCl temizleme solüsyonu, inorganik kirleticilerin içeriğini hesaplamak için ICP tarafından analiz edildi. HDPE tüpü için Ca, Mg ve Fe içerikleri sırasıyla 18,00, 1,62 ve 13,90 mg/cm² iken EPDM tüpü için Ca, Al ve Fe içerikleri sırasıyla 9,55, 1,61 ve 3,38 mg/cm² idi.
2.4 Yeni, Eski ve Temizlenmiş Havalandırıcıların Organik Kirlenme Analizi
Organik kirleticilerin dağılımını niceliksel olarak incelemek için, CLSM mikrograflarından toplam hücrelerin, polisakkaritlerin ve proteinlerin biyolojik hacim ve substrat kapsama oranını hesaplamak için Image J yazılımı kullanıldı ve ortalamalar nihai sonuçlar olarak alındı (Şekil 7).
Şekil 7(a)'da proteinler ve toplam hücreler, sırasıyla HDPE ve EPDM tüplerindeki organik kirleticilerin ana bileşenleriydi ve maksimum toplam hacimler 7,66×10⁵ ve 7,02×10⁵ μm³'e ulaştı. EPDM tüpündeki toplam hücre hacmi, HDPE tüpündekinin 2,5 katıydı; bu, diğer malzemelerle karşılaştırıldığında eski EPDM havalandırıcılarda daha yüksek toplam DNA konsantrasyonu bildiren Garrido-Baserba ve arkadaşlarının bulgularıyla tutarlıydı. Wanger ve ark. Mikroorganizmalar EPDM tüplere bağlandıklarında, eğer çevrede yeterli organik substrat bulunmuyorsa, EPDM membran plastikleştiricileri kullanmaya yöneldiklerini buldu. Mikroorganizmalar plastikleştiricileri karbon kaynağı olarak kullanabilir, büyümeyi ve üremeyi hızlandırabilir, böylece EPDM yüzeyindeki biyolojik kirlenmeyi yoğunlaştırabilir. EPDM tüpündeki polisakkarit ve protein içerikleri, muhtemelen Bitki A'ya kıyasla Bitki B'deki daha yüksek çamur yaşı nedeniyle HDPE tüpündekilerden çok daha düşüktü ve bu da daha düşük hücre dışı polimerik madde (EPS) konsantrasyonuna yol açtı. EPS'nin ana bileşenleri olan mikroorganizmalar tarafından salgılanan proteinler ve polisakkaritler, Bitki A'daki HDPE tüp yüzeyinde önemli organik kirletici kaynakları haline geldi.
Mekanik fırçalamanın ardından HDPE tüpündeki toplam hücre, polisakkarit ve protein miktarları sırasıyla 1,49×10⁵, 0,13×10⁵ ve 1,33×10⁵ μm³ azaldı. EPDM tüpünde karşılık gelen düşüşler sırasıyla 2,20×10⁵, 1,88×10⁵ ve 2,38×10⁵ μm³ olmuştur. Bu, mekanik fırçalamanın organik kirlenmeyi bir dereceye kadar azaltabileceğini göstermektedir.
Bununla birlikte, HDPE tüpü için, polisakaritlerin ve proteinlerin substrat kapsama alanı, mekanik fırçalamanın ardından -sırasıyla %2,75 ve %6,28'den %4,67 ve %7,09'a yükseldi [Şekil 7(b)]. Bunun nedeni, hücre dışı polimerik maddelerin (EPS) yüksek viskoziteye sahip olmasıdır. Sonuç olarak, mekanik fırçalama, proteinlerin, polisakkaritlerin ve inorganik kirleticilerin HDPE tüpünün yüzeyi boyunca daha geniş bir şekilde yayılmasına neden olarak ters etki yarattı ve bu da daha fazla alan kapsamına yol açtı. Bu muhtemelen mekanik fırçalamanın neden HDPE tüpünün havalandırma verimliliğini önemli ölçüde geri getiremediğini açıklıyor.
NaClO temizliğinden sonra, HDPE tüpündeki toplam hücreler, polisakkaritler ve proteinler sırasıyla 2,34×10⁵, 3,42×10⁵ ve 4,53×10⁵ μm³ azaldı ve bu da mekanik fırçalamaya göre önemli ölçüde daha yüksek çıkarma verimliliği gösterdi. NaClO, organik kirleticilerin fonksiyonel gruplarını ketonlara, aldehitlere ve karboksilik asitlere oksitleyerek ana bileşiklerin hidrofilikliğini arttırır ve kirleticinin havalandırıcıya yapışmasını azaltır. Ayrıca çamur topakları ve kolloidler oksidanlar tarafından ince parçacıklara ve çözünmüş organik maddelere ayrıştırılabilir.
3 Sonuç
①Yeni HDPE ve yeni EPDM tüplerinin SOTE değerleri sırasıyla %(7,36±0,53) ve %(9,68±1,84) idi. EPDM borunun SOTE'si, HDPE boruya kıyasla artan AFR ile daha belirgin bir azalma eğilimi gösterdi. Bunun nedeni, HDPE havalandırıcının gözeneklerinin sert olması ve AFR ile değişmemesi, EPDM havalandırıcının gözeneklerinin ise artan AFR ile esnek olması ve daha geniş açılması, daha büyük kabarcıklar oluşturması ve SOTE'yi daha da azaltmasıdır.
②Yüzeyde ve gözeneklerin içindeki kirletici maddelerin birikmesi nedeniyle HDPE tüpün oksijen transfer verimi %26,7 azalmış, basınç kaybı ise yeni tüpe göre 2,97 katına çıkmıştır. HDPE tüpündeki kirleticilerin çoğu gözeneklerin içinde biriktiğinden, mekanik fırçalama etkili olmadı. Kimyasal temizliğin ardından, HDPE tüpün SOTE'si yeni tüpün seviyesinin %83,4'üne ulaştı ve DWP, yeni tüpünkinin 1,39 katına düşerek önemli bir performans artışı gösterdi. Ancak kirleticilerin birikmesi nedeniyle tam olarak orijinal durumuna dönemedi. HDPE tüp için fiziksel olarak geri dönüşümlü, kimyasal olarak geri dönüşümlü ve geri döndürülemez kirlenme sırasıyla %35,8, %42,8 ve %21,4'e karşılık geliyordu.
③Uzun-süreli çalışmanın ardından EPDM tüpünün oksijen transfer verimliliği %6,4 azaldı ve basınç kaybı yeni tüpünkinin 1,25 katına çıktı. Mekanik fırçalamanın ardından, EPDM tüpünün havalandırma performansı neredeyse yeni tüpün seviyesine geri döndü; bu, EPDM tüpündeki kirleticilerin yüzeye gevşek bir şekilde bağlandığını ve mekanik fırçalamayla büyük ölçüde giderilebileceğini gösteriyor. EPDM tüp için, fiziksel olarak geri döndürülebilir ve fiziksel olarak geri döndürülemez kirlenme sırasıyla %52,9 ve %47,1'e karşılık geliyordu.
④HDPE tüpündeki organik kirleticilerin ana bileşeni proteinler iken, EPDM tüpündeki ana bileşen toplam hücrelerdi. Bunun nedeni, mikroorganizmaların EPDM malzemedeki plastikleştiricileri karbon kaynağı olarak kullanmaları, büyümelerini ve üremelerini hızlandırmaları ve böylece EPDM malzeme havalandırıcıları üzerindeki biyolojik kirlenmeyi yoğunlaştırmalarıdır.