Düşük-Yüklü Üfleyici Havalandırma Havuzunun Teknik Temelleri ve Operasyonel Yönetimi
1. Genel Bakış
1.1 Blower Havalandırma Havuzlarının Çalışma Prensibi
Çin'de yaygın olarak kullanılan üfleyici havalandırma, öncelikle dağınık, spiral ve mikro gözenekli havalandırma türlerini içerir. Bir havalandırma havuzu tipik olarak aktif çamur atıksu arıtımında anahtar yapı olarak hizmet veren bir havalandırma sistemi, havuz yapısı ve giriş/çıkış portlarından oluşur. Yaygın havalandırma yöntemleri mekanik ve üflemeli havalandırmadır. Blower havalandırma sistemleri genellikle özel havalandırıcılardan ve üfleyicilerden oluşur. Havzalar genellikle her biri bağımsız olarak içeri giren beslemeyi yapabilen birden fazla bölmeye bölünmüştür. Atık su havzaya girer ve karşı uçtan çıkar. Bu işlem sırasında hava, kompresörler vasıtasıyla havuz tabanındaki difüzörlere iletilir ve kabarcıklar halinde dışarı verilir.
1.2 Blower Havalandırma Havuzları İle İlgili Araştırmalar
Cheng Dandan ve arkadaşlarının araştırması. Çin'in belediye atık su arıtma tesislerinde (WWTP'ler) havalandırma fanlarının toplam enerjinin yaklaşık %60'ını tükettiğini buldu. Havalandırma sistemini çözünmüş oksijen (DO) için akıllı PID-kapalı döngü kontrolüyle entegre etmek ve fan enerjisinden-tasarruf stratejileri uygulamak, Atık Su Arıtma Sistemi havalandırma sistemlerindeki yüksek enerji tüketimini %30'un üzerinde azaltarak etkili bir şekilde karşılayabilir.
Liu Xiaoqi ve diğerleri. Enerji tüketimini azaltırken arıtma sırasında atık sudaki oksijen içeriğini artırmak için dağınık akışlı havalandırıcılar kullandı. Bu aynı zamanda havalandırıcı kurulumunun tesviyesi için gereken hassasiyet gereksinimini azaltarak, suyun-hava karışımını ve dağıtımını eşit şekilde sağladı.
Chang Kai ve diğerleri. Orijinal hava toplama modunu değiştirerek geleneksel havalandırma havuzu sistemi performansını geliştirdi. Geleneksel mikro gözenekli havalandırıcıları, yüksek oksijen-transfer verimli silikon plakalı mikro gözenekli havalandırıcılarla değiştirdiler ve tek-geçişli düz-akışlı havalandırma havuzlarını üç-geçişli serpantin akış havuzlarıyla değiştirdiler. Hassas havalandırma kontrolünün dahil edilmesi, sistemi daha da geliştirerek, geleneksel fanlı havalandırma yöntemlerinde yüksek enerji tüketimi, düşük verimlilik ve zayıf kütle aktarımı sorunlarını ele aldı.
1.3 Blower Havalandırma Havuzlarının Operasyonel Yönetimi
Blower havalandırma havuzları atık su arıtımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Belirli bir Atık Su Arıtma Tesisi'nin tuzlu atık su arıtma ünitesi, "farklı atık akışları için ayrı arıtma" ilkesini izleyerek, öncelikle atmosferik-vakum damıtma, sıyrılmış arıtılmış su, alkilasyon nötrleştirme atık suyu ve bazı süpernatan ve yüksek-tuzluluktaki atık sulardan gelen elektrikli tuzdan arındırma atık sularını işler. Bu ünite, ikinci aşama olarak üfleyici havalandırma havuzunun kullanıldığı üç-aşamalı bir biyolojik arıtma sistemine sahiptir. Etkileyen ortalama Kimyasal Oksijen İhtiyacı (COD) sürekli olarak 100 mg/L'nin altındadır, bu da onu düşük-yüklü aktif çamur prosesi olarak sınıflandırır. Ekipman yükseltmelerinin ötesinde, optimum çalışmayı sürdürmek, süreç parametrelerinin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini ve ayarlanmasını gerektirir.
2. Tesise Genel Bakış
2.1 Tuzlu Atıksu Arıtma Ünitesi Proses Akışı
Ünite, "Dengeleme + Yağ Ayırma + İki-Aşamalı Flotasyon + Üç-Aşamalı Biyolojik Arıtma" sürecini kullanır ve arıtılmış atık su bir parlatma ünitesine gönderilir. Yağ ayırıcı, birleşik yatay akış ve eğimli plaka tasarımını kullanır. İki yüzdürme aşamasında sırasıyla Vorteks Kavitasyonlu Hava Yüzdürme (CAF) ve Kısmi Geri Akış Basınçlı Çözünmüş Hava Yüzdürme (DAF) kullanılır. Üç biyolojik aşama sırasıyla şunlardır: Saf Oksijen Havalandırma Tankı III, Üfleyici Havalandırma Tankı ve İkincil Biyokimyasal Tank (EM-BAF). Süreç akışı şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 1.
2.2 Blower Havalandırma Havuzu Açıklaması
Üfleyici havalandırma havuzu, yağlı atık su arıtma ünitesinin bir parçası olarak ilk olarak 1995 yılında inşa edilmiş, yeniden tasarlanmış bir tesistir. 3.888 m³ etkin hacme ve yaklaşık 17,6 saatlik mevcut hidrolik tutma süresine (HRT) sahip geleneksel bir tapa{2}}akışlı havalandırma tasarımı kullanır. Havza, her biri dört bölmeli iki paralel dizi halinde çalışmaktadır. Aktif çamur metabolizması için oksijen sağlamak üzere santrifüj üfleyiciler tarafından beslenen havalandırıcılar tabana monte edilmiştir. Ayrıca iki adet ikincil arıtıcı (Φ18m x 5m) ile donatılmıştır.
Üç-aşamalı biyolojik sistem içinde:
- Aşama 1 (Saf Oksijen Havalandırma Tankı III): Birincil işlev COD'nin giderilmesidir.
- Aşama 2 (Blower Havalandırma Tankı): Birincil işlev, amonyak nitrojenin (NH₃-N) giderilmesidir, ikincil işlev ise KOİ'nin daha da giderilmesidir.
- Aşama 3 (İkincil Biyokimyasal Tank - EM-BAF): Atık sudaki COD ve NH₃-N'nin daha da arıtılması ve nihai su kalitesinin sağlanması işlevleri.
2.3 Blower Havalandırma Havzası Giriş ve Çıkış Suyu Kalitesi
Üfleyici havalandırma havuzuna giren su, kirletici limitleriyle Saf Oksijen Havalandırma Tankı III'ten gelir: CODcr 300 mg/L'den az veya eşit, NH₃-N 30 mg/L'den az veya eşit, Askıda Katı Maddeler (SS) 50 mg/L'den az veya eşit.
Atık suyu İkincil Biyokimyasal Tankı aşağıdaki limitlerle besler: CODcr 120 mg/L'den az veya buna eşit, NH₃-N 30 mg/L'den az veya buna eşit, SS 50 mg/L'den az veya eşit.
İkincil Biyokimyasal Tanktan gelen son atık su aşağıdaki şartları karşılamalıdır: CODcr 70 mg/L'den az veya buna eşit, Petrol 5 mg/L'den az veya eşit, NH₃-N 3 mg/L'den az veya eşit.
2021 yılı boyunca havzanın ortalama giriş CODcr'si 67,094 mg/L ve ortalama NH₃-N 23,098 mg/L idi; her ikisi de tasarım gereksinimlerini karşılıyordu. Bununla birlikte, girişteki oldukça düşük KOİ, aktif çamur için karbon kaynağı eksikliğine yol açarak normal metabolizmayı etkilemiştir. Tersine, karışık sıvıdaki yeterli amonyak nitrojeni ve düşük organik kirletici konsantrasyonu nitrifikasyonu destekledi ve bu da etkili bir şekilde ilerledi.
3. Operasyonel Etkileyen Faktörler ve Kontrol Önlemleri
3.1 Düşük Etki Yükü ve Çamur Yaşlandırmanın Etkisi
Giriş KOİ'sinin 67,094 mg/L-hem tasarım sınırının (300 mg/L'den az veya eşit) hem de mikrobiyal karbon talebinin (yaklaşık. 100 mg/L BOD₅) altında olmasıyla-aktif çamurda karbon kaynağı eksikliği yaşandı. Düşük yük, çamurun yavaş büyümesine neden oldu, bu da çamurun yaşlanmaya yatkın hale gelmesine ve gevşek bir yapı oluşmasına neden oldu. İkincil çökeltme yüzeyinde yüzen eski, ölü çamurdan oluşan köpük. Köpük toplama ekipmanının bulunmadığı bu köpük, atık su ile birlikte dışarı akarak bulanıklığa neden oldu, KOİ ve SS sınırlarını aştı ve ardından akış aşağı İkincil Biyokimyasal Tankı aşırı yükleyerek nihai atık su kalitesini etkiledi.
Karşı önlem: Operasyon ekibi, Karışık Likör Askıda Katı Madde (MLSS) konsantrasyonunu kontrol etti. 30 dakikalık Çamur Hacim İndeksi (SVI) testi için 1000 mL'lik dereceli bir silindir kullanarak, yaklaşık 2 g/L'lik bir MLSS'ye karşılık gelen SVI'yı %20 civarında tuttular. Bu dengeli kirletici giderme verimliliği, çamurun yaşlanmasını, yüzmesini ve su kalitesinin bozulmasını önler. Yavaş çamur büyümesi, minimum ve seyrek çamur israfı anlamına geliyordu; nitrifikasyon bakterilerinin minimum üretim sürelerini aşan bir kalma süresine izin vererek nitrifikasyonu daha da teşvik ediyordu.
3.2 Çözünmüş Oksijen (DO) Kontrolünün Etkisi
Aktif çamurdaki mikroorganizmalar öncelikle aerobiktir ve genellikle 1-3 mg/L arasında DO gerektirir. Kurumsal standartlar, geleneksel tapa akışlı havalandırma havuzları için DO aralığını 2-4 mg/L olarak belirler; nitrifikasyon gerektiren DO genellikle 2,0 mg/L'nin altında değildir. Mevcut düşük giriş yükü ve daha da azaltılmış MLSS konsantrasyonu DO talebini azaltarak kontrolü zorlaştırdı. Tam karıştırmanın sürdürülmesi genellikle DO'yu 4 mg/L'nin üzerine çıkarırken, DO'nun hedef aralıkta kontrol edilmesi bazen bazı alanlarda yetersiz karıştırmaya yol açarak çamur çökelmesine neden oldu.
Ayrıca yüksek ÇO, organik madde ayrışmasını hızlandırarak çamurun yaşlanmasını hızlandırır. Bu nedenle pratikte DO 3 mg/L civarında kontrol edilir. Ek olarak, karıştırma homojenliğini geliştirmek, hareketsiz flokları yeniden etkinleştirmek ve aktif biyokütleyi korumak için tüm hava valfleri yaklaşık olarak aylık olarak ayarlanır.
3.3 Su Sıcaklığının Etkisi
Sıcaklık mikrobiyal aktiviteyi önemli ölçüde etkiler. Uygun sıcaklıklar aktiviteyi artırırken, düşük sıcaklıklar aktiviteyi engeller veya azaltır; yüksek sıcaklıklar ise fizyolojiyi değiştirebilir veya ölüme neden olabilir. Bu sistemde termofilik bakteriler ana fonksiyonel gruplardır. Sistem güvenliği için sıcaklık genellikle 15-35 derece arasında tutulur, ancak uygun aralık 10-45 derecedir. 30 derecenin aşılması nitrifikasyon proteinlerini denatüre ederek aktivitelerini azaltabilir. Aktif çamur hem COD-bozucu hem de nitrifikasyon bakterileri içerir; nitrifikasyonun 5-30 derecelik daha dar bir optimum aralığı vardır.
Tuzlu atık su girişi, yüksek-sıcaklıktaki akıntıları içerir. Geçmiş olaylar, art arda günlerce giriş sıcaklığının 40 dereceyi aşarak çamurun parçalanmasına, COD- parçalayıcıların ve nitrifikasyon maddelerinin ölümüne ve sistemin çökmesine yol açmasını içeriyordu. Daha sonra, tahliye sıcaklığının 40 dereceyi geçmeyecek şekilde sıkı bir şekilde kontrol edilmesi ve çamur sıcaklığı gerekliliklerinin karşılanması amacıyla dengeleme tankı atık hattına bir termometre yerleştirildi. 2021 yılında nitrifikasyonu etkileyen benzer bir olay yaşanmadı.
3.4 Alkaliliğin Etkisi
İlgili işletme standartlarına göre, amonyak giderimi için aktif çamur kullanıldığında, içeri giren toplam alkaliliğin amonyak nitrojenine oranı 7,14'ten az olmamalıdır; aksi takdirde alkalinitenin desteklenmesi gerekir. Tasarımdan gelen NH₃-N'nin 30 mg/L olduğu ve gerçek ortalamanın 23,098 mg/L olduğu göz önüne alındığında, gerekli toplam alkalinite 214,2 mg/L'den az değildir. Şu anda, giriş alkalinitesi yetersiz olup, proses taleplerini karşılamak için günlük soda külü (Na₂CO₃) eklenmesi gerekmektedir.
3.5 pH ve Toksik Maddelerin Etkisi
Activated sludge microorganisms thrive in a pH range of 6.5–8.5. Below pH 4.5, protozoa largely disappear, most microbial activity is inhibited, fungi become dominant, floc structure is destroyed, and sludge bulking can occur. Above pH 9, metabolism is severely affected, causing floc disintegration and bulking. Wastewater with pH >10 veya<5 should be neutralized before entering the aeration basin.
Aerobik mikrobiyal metabolizma, pH değişikliklerini orta derecede tamponlayabilir. Örneğin, nitrojen bileşiği kullanımı nitrifikasyon sırasında pH'ı düşürebilirken, dekarboksilasyon alkali aminler üreterek pH'ı yükseltir. Bu,-hafif asidik/alkali atık suya uzun süreli alışmaya olanak tanır. Atık suyun doğal alkaliliği aynı zamanda pH düşüşünün engellenmesine de yardımcı olur.
Bununla birlikte, ciddi pH değişimleri (örneğin, asidik bir sisteme ani alkali girişi) mikropları önemli ölçüde etkiler ve çalışmayı bozabilir. Bu nedenle nötralizasyon gerekliliği duruma göre değişmektedir. Özellikle zayıf asitler/bazlarla ilgili küçük, tutarlı pH dalgalanmaları nötralizasyon gerektirmeyebilir. Daha büyük dalgalanmalar pH'ın nötr seviyeye ayarlanmasını gerektirir.
Nitrifikasyon bakterileri pH-duyarlılığı yüksektir ve optimum nitrifikasyon pH 7,2–8,0'dadır, genel mikroplar ise 6,5–8,5'i tercih eder. Belirli endüstriyel atık sular için toksik madde türleri genellikle sabittir ancak konsantrasyonlar ve deşarj hacimleri dalgalanır. Dengelemenin yanı sıra, içeri giren toksik madde seviyelerinin izlenmesi ve kontrol edilmesi gerekmektedir. Çamurun alıştırılmasından sonra, alışma derecesine ve işletme deneyimine bağlı olarak maksimum giriş konsantrasyonu limiti belirlenmelidir. Uzun süreli aşılma, mikrobiyal zehirlenmeyi ve arıtma başarısızlığını önlemek için girişi azaltmak, çamur geri dönüşümünü artırmak veya oksijenlenmeyi artırmak gibi önlemleri gerektirir. Şu anda havzanın giriş suyunda mikrobiyal zehirlenmeye neden olan herhangi bir toksik madde tespit edilmedi.
3.6 Etkileyen Şok Yüklerin Etkisi
Girişteki COD küçük dalgalanmalarla birlikte istikrarlı bir şekilde düşük kalıyor ve NH₃-N ve Toplam Nitrojen (TN) de uzun süreler boyunca nispeten sabit aralıklarda kalıyor. Nitrifikasyon popülasyonu nispeten sabit kalır. Bununla birlikte, yavaş büyüme hızları nedeniyle, içeri giren NH₃-N veya TN'deki ani, önemli bir artış, havzanın temizleme kapasitesini doyurabilir ve atık NH₃-N ve TN kalitesinden ödün verebilir.
Teorik olarak mikrobiyal N ve P talebi 100:5:1 BOD₅:N:P oranını takip eder. Ancak N ve P içeriği endüstriyel atık su türüne göre büyük ölçüde değişir. Bazı atık sular N ve P bakımından yüksektir ve standartları karşılamak için uzaklaştırılması gerekir. Diğerleri eksiktir ve metabolizmanın sınırlandırılmasını önlemek için takviye gerektirir. Düşük N/P'li atık suyu arıtan işletme havzaları için, yaklaşık 10 mg/L NH₃-N ve 5 mg/L fosfat giriş seviyeleri mikrobiyal ihtiyaçları karşılayabilir. Bunların altındaki uzun süreli seviyeler, N/P dozajının arttırılmasını gerektirir.
Günlük operasyon, aşağı yöndeki cilalama ünitesinin aşırı yüklenmesini ve son tahliye suyu güvenliğini tehdit etmesini önlemek için tüm giriş akışlarında ve dengeleme tankı atıklarında ve ayrıca ayarlama tanklarından gelen geri dönüşüm akışlarında NH₃-N ve TN'nin yakından izlenmesini gerektirir.
4. Sonuç
Tuzlu atık su arıtma ünitesindeki çekirdek nitrifikasyon reaktörü olarak üfleyici havalandırma havuzu, su sıcaklığının, giren NH₃-N ve TN'nin günlük olarak yakından izlenmesini gerektirir. MLSS konsantrasyonunun sıkı kontrolü, DO'nun 3 mg/L civarında tutulması ve yeterli alkalilik ilavesinin sağlanması esastır. Bu optimize edilmiş önlemler altında sistem, mükemmel atık su kalitesiyle istikrarlı bir şekilde çalışır: ortalama KOİ 54,213 mg/L, NH₃-N 9,678 mg/L ve SS 23,849 mg/L, İkincil Biyokimyasal Tankın akış gereksinimlerini tam olarak karşılar. Çeşitli yönlerden sürekli test etme, özetleme ve optimizasyon da ekipman güvenilirliğini ve sistem işleme verimliliğini daha da sağlamak için çok önemlidir.