Charakterystyka zanieczyszczeń i odzyskiwanie napowietrzenia HDPE i EPDM Dyfuzory drobnoporowe-

Charakterystyka zanieczyszczeń i odzyskiwanie wydajności napowietrzania dyfuzora-drobnoporowego w oczyszczalniach ścieków

Jako kluczowy etap procesu osadu czynnego w komunalnych oczyszczalniach ścieków (OŚ), napowietrzanie w celu zaopatrzenia w tlen nie tylko zapewnia wystarczającą ilość tlenu do podtrzymania podstawowych czynności życiowych mikroorganizmów, ale także utrzymuje osad w stanie zawieszonym, ułatwiając adsorpcję i usuwanie substancji zanieczyszczających. Napowietrzanie jest także jednostką-zużywającą najwięcej energii w oczyszczalniach ścieków, odpowiadającą za 45–75% całkowitego zużycia energii w oczyszczalni. Dlatego wydajność systemu napowietrzania wpływa bezpośrednio na wydajność oczyszczania i koszty operacyjne oczyszczalni. Sprzęt napowietrzający jest kluczowym elementem systemu napowietrzania, przy czym w miejskich oczyszczalniach ścieków najczęściej stosuje się aeratory drobnopęcherzykowe ze względu na ich wysoką wydajność przenoszenia tlenu (OTE). Jednak podczas długotrwałej-pracy zanieczyszczenia nieuchronnie gromadzą się na powierzchni i w porach aeratorów. Aby zapewnić jakość ścieków, wymagany jest dodatkowy dopływ powietrza z dmuchaw, co prowadzi do zwiększonego zużycia energii. Ponadto zanieczyszczenia pogarszają zatykanie porów i zmieniają materiał aeratora. Strata ciśnienia (dynamiczne ciśnienie mokre, DWP) elementów aeratora zwiększa się w trakcie dłuższej pracy, podnosząc ciśnienie powietrza wylotowego dmuchawy i powodując dalsze straty energii.

Zanieczyszczenia gromadzące się na powierzchni i wewnątrz porów drobnopęcherzykowych aeratorów obejmują zanieczyszczenia biologiczne, organiczne i nieorganiczne. Obrastanie organiczne wynika z adsorpcji i wytrącania materii organicznej oraz osadzania się wydzielin drobnoustrojów. Zanieczyszczenia nieorganiczne zazwyczaj składają się z osadów chemicznych utworzonych przez kationy wielowartościowe, takie jak tlenki metali. W zależności od tego, czy można je usunąć poprzez czyszczenie fizyczne, zanieczyszczenia można sklasyfikować jako zanieczyszczenia fizycznie odwracalne i fizycznie nieodwracalne. Fizycznie odwracalne zanieczyszczenia można usunąć prostymi metodami fizycznymi, takimi jak szorowanie mechaniczne, ponieważ zanieczyszczenia te są luźno związane z powierzchnią aeratora. Fizycznie nieodwracalnego zanieczyszczenia nie można wyeliminować poprzez czyszczenie fizyczne i wymaga ono dokładniejszego czyszczenia chemicznego. W obrębie zanieczyszczenia fizycznie nieodwracalnego zanieczyszczenia, które można usunąć za pomocą czyszczenia chemicznego, nazywane są zanieczyszczeniami odwracalnymi chemicznie, natomiast te, których nie można usunąć nawet za pomocą czyszczenia chemicznego, są uważane za zanieczyszczenia nieodwracalne.

Obecnie drobnopęcherzykowe aeratory stosowane na rynku krajowym obejmują tradycyjne materiały gumowe, takie jak monomer etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM) i nowsze materiały, takie jak-polietylen o dużej gęstości (HDPE). Warstwa rozprowadzająca gaz w aeratorach HDPE jest tworzona przez pokrycie wewnętrznej rury doprowadzającej powietrze stopionym polimerem o średnicy porów w przybliżeniu (4,0 ± 0,5) mm. HDPE oferuje dobre właściwości chemiczne, mechaniczne i odporność na uderzenia oraz długą żywotność. Jednak wielkość porów jest niespójna i nierównomiernie rozłożona, co czyni je podatnymi na osadzanie się zanieczyszczeń. Materiał EPDM jest bardzo elastyczny, a pory powstają w wyniku mechanicznego cięcia. Aeratory EPDM mają większą liczbę porów na jednostkę powierzchni, wytwarzając mniejsze pęcherzyki (co najmniej 0,5 mm). Hydrofilowy charakter membrany gumowej również sprzyja tworzeniu się pęcherzyków. Jednakże mikroorganizmy mają tendencję do przyłączania się i wzrostu na powierzchniach EPDM, wykorzystując plastyfikatory jako podłoże. Jednocześnie zużycie plastyfikatorów powoduje twardnienie materiału aeratora, co ostatecznie prowadzi do uszkodzeń zmęczeniowych i skrócenia żywotności. Dlatego konieczne jest zbadanie wzorców akumulacji zanieczyszczeń w tych dwóch materiałach i wynikających z tego zmian w wydajności przenoszenia tlenu i utracie ciśnienia.

W badaniu tym wymieniono drobnopęcherzykowe napowietrzacze po latach eksploatacji w dwóch miejskich oczyszczalniach ścieków, w których panowały podobne warunki procesowe jak obiekty badawcze. Zanieczyszczenia w aeratorach zostały wyodrębnione i scharakteryzowane warstwa po warstwie w celu zidentyfikowania ich głównych składników. Na tej podstawie oceniono skuteczność metod czyszczenia w przywracaniu wydajności przenoszenia tlenu przez aeratory, mając na celu dostarczenie podstawowych danych i odniesień technicznych dotyczących długoterminowej-optymalizowanej i stabilnej pracy systemów napowietrzania drobnopęcherzykowego.

1 Materiały i metody

1.1 Wprowadzenie do Oczyszczalni Ścieków

Obie oczyszczalnie ścieków znajdują się w Szanghaju i jako podstawową obróbkę wykorzystują proces beztlenowy-beztlenowy-tlenkowy (AAO). Oczyszczalnia A wykorzystuje wirową komorę piaskową + konwencjonalny AAO +-wysokowydajny filtr światłowodowy + proces dezynfekcji UV. Oczyszczalnia B wykorzystuje napowietrzoną komorę piaskową + konwencjonalny AAO +-wysokowydajny osadnik + proces dezynfekcji UV. Obie oczyszczalnie stabilnie spełniają normę klasy A „Norma usuwania zanieczyszczeń dla komunalnych oczyszczalni ścieków” (GB 18918-2002). Konkretne parametry konstrukcyjne i operacyjne przedstawiono wTabela 1.

1.2 Ekstrakcja i charakterystyka zanieczyszczeń z aeratorów

Aeratory drobnopęcherzykowe użyte w eksperymentach to rurowy aerator HDPE (Ecopolemer, Ukraina) pobrany z Zakładu A i rurowy aerator EPDM (EDI-FlexAir, USA) pobrany z Zakładu B. Zdjęcia obu pokazano wRysunek 1. Stara rura HDPE działała przez 10 lat, miała wymiary D×L=120 mm×1000 mm i średnicę porów (4±0,50) mm, zdolną do wytwarzania drobnych pęcherzyków o średnicy 2~5 mm. Stara rurka EPDM działała przez 3 lata i miała wymiary D×L=91 mm×1003 mm, wytwarzając drobne pęcherzyki o średnicy 1,0~1,2 mm i minimalnej średnicy pęcherzyków 0,5 mm.

Stare rurki HDPE i EPDM wyjęto ze zbiorników aerobowych, umieszczono na folii spożywczej i przepłukano wodą dejonizowaną. Przeprowadzono mechaniczne szorowanie przy użyciu-wysterylizowanego płomieniem ostrza w celu zeskrobania zanieczyszczeń przyczepionych do powierzchni aeratora.

Aby dokładniej zbadać wpływ zanieczyszczeń na wydajność przenoszenia tlenu, rurkę z HDPE przeprowadzono chemiczne czyszczenie. Po mechanicznym przemyciu rurkę HDPE moczono odpowiednio w 5% roztworach HCl i 5% NaClO przez 24 godziny. Stare probówki, rurki wyszorowane mechanicznie i rurki oczyszczone chemicznie suszono w piecu o temperaturze 60 stopni (model XMTS-6000) przez 60 godzin. Następnie zbadano ich powierzchnie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM, model JSM-7800F, Japonia), spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDX, Oxford Instruments, Wielka Brytania) i konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej (CLSM, model TCS SP8, Niemcy). Roztwór czyszczący HCl przefiltrowano przez membranę 0,45 µm i przeprowadzono analizę ilościową kationów wielowartościowych (w tym jonów Ca, Mg, Al, Fe itp.) przy użyciu optycznej spektrometrii emisyjnej w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP, model ICPS-7510, Japonia). Ponieważ HCl i NaClO mogą powodować denaturację i starzenie się membrany EPDM, rury EPDM nie przeprowadzono chemicznego czyszczenia. Rurę EPDM pocięto na kawałki membrany o wymiarach 5 cm x 5 cm i namoczono w HCl w celu ilościowej analizy kationów wielowartościowych w roztworze.

1.3 Aparatura i metoda badania wydajności przenoszenia tlenu przez aerator

Wydajność przenoszenia tlenu przez aeratory drobnopęcherzykowe przetestowano zgodnie z „Oznaczaniem wydajności przenoszenia tlenu w czystej wodzie przez aeratory drobnopęcherzykowe” (CJ/T 475-2015). Konfiguracja testu jest pokazana wRysunek 2.

Urządzenie to konstrukcja ze stali-nierdzewnej o wymiarach 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m, wyposażona w okna widokowe ze szkła organicznego po obu stronach. Aerator umocowano na dnie środkowym za pomocą metalowej podpory, przy głębokości zanurzenia 1,0 m. Do monitorowania stężenia rozpuszczonego tlenu (DO) w czasie rzeczywistym- wykorzystano wieloparametrowy analizator jakości wody (Hach HQ30D, USA). Jako środek odtleniający zastosowano bezwodny siarczyn sodu, a jako katalizator chlorek kobaltu. Odczyt manometru odpowiadał dynamicznemu ciśnieniu wilgoci w aeratorze (DWP, kPa). Wyniki pomiarów skorygowano o temperaturę, zasolenie i DO. Jako wskaźnik oceny zastosowano standaryzowaną wydajność transferu tlenu (SOTE, %).

Zużycie energii przez dmuchawę jest powiązane zarówno z natężeniem przepływu powietrza nawiewanego, jak i ciśnieniem powietrza na wylocie, na które wpływają odpowiednio SOTE i DWP aeratora. Dlatego do oceny wydajności aeratora zastosowano wskaźnik zużycia energii napowietrzania J (kPa·h/g), reprezentujący łączny wpływ SOTE i DWP. Definiuje się ją jako stratę ciśnienia, którą aerator musi pokonać na jednostkę masy przeniesionego tlenu. J oblicza się na podstawie nachylenia dopasowania regresji liniowej pomiędzy DWP/SOTE a natężeniem przepływu powietrza (AFR), jak pokazano w następującym równaniu:

Gdzie:

AFRto natężenie przepływu powietrza, m³/h;

ρ_powietrzeto gęstość powietrza, przyjęta jako 1,29 × 103 g/m3 w temperaturze 20 stopni;

y_O2to zawartość tlenu w powietrzu, wyrażona jako 0,23 g O₂/g powietrza.

2 Wyniki i analiza

2.1 Wydajność przenoszenia tlenu w nowych, starych i oczyszczonych aeratorach

Rysunek 3pokazuje SOTE i DWP aeratorów przy różnych natężeniach przepływu powietrza.

Z rysunków 3(a) i (b) wynika, że ​​wartości SOTE dla nowych rur HDPE i nowych rur EPDM wynosiły odpowiednio (7,36±0,53)% i (9,68±1,84)%. Rurka EPDM wytwarza mniejsze pęcherzyki o większej powierzchni właściwej, zwiększając powierzchnię kontaktu gaz-ciecz i czas przebywania, co skutkuje wyższym SOTE. SOTE obu aeratorów zmniejszało się wraz ze wzrostem AFR, ponieważ wyższy AFR zwiększa liczbę pęcherzyków i prędkość początkową, co prowadzi do większej liczby zderzeń pęcherzyków i tworzenia większych pęcherzyków, co utrudnia transfer tlenu z fazy gazowej do fazy ciekłej. SOTE rury EPDM wykazywała wyraźniejszą tendencję spadkową wraz ze wzrostem AFR w porównaniu z rurką HDPE. Dzieje się tak dlatego, że pory aeratora HDPE są sztywne i nie zmieniają się pod wpływem AFR, podczas gdy pory aeratora EPDM są elastyczne i otwierają się szerzej wraz ze wzrostem AFR, tworząc większe pęcherzyki i dodatkowo redukując SOTE.

Po-długoterminowej eksploatacji SOTE rury HDPE spadła do (5,39±0,62)%, co stanowi redukcję o 26,7%, głównie z powodu gromadzenia się zanieczyszczeń zatykających pory i zmniejszających liczbę efektywnych porów wytwarzających pęcherzyki. Mechaniczne szorowanie zwiększyło SOTE rury HDPE do (5,59 ± 0,66)%, ale odzysk nie był znaczący, prawdopodobnie dlatego, że zanieczyszczenia na rurze HDPE nie tylko przylegały do ​​powierzchni, ale także osadzały się w porach, co utrudniało ich usunięcie za pomocą mechanicznego szorowania. Jiang i in. odkryli, że NaClO może skutecznie usuwać zanieczyszczenia z rur HDPE i przywracać ich wydajność napowietrzania. Po oczyszczeniu NaClO SOTE rurki HDPE powróciło do (6,14 ± 0,63)%, co stanowi 83,4% poziomu w nowej rurce, ale nadal nie jest w stanie w pełni odzyskać. Dzieje się tak dlatego, że podczas długotrwałej pracy zanieczyszczenia ściśle się wiążą, zmieniając strukturę porów, utrudniając przepływ powietrza, zwiększając koalescencję pęcherzyków, zmniejszając powierzchnię właściwą pęcherzyków i czas przebywania, a tym samym utrudniając transfer tlenu. Jednocześnie zanieczyszczenie powoduje nierównomierną dystrybucję powietrza, pogarszając ogólną wydajność.

SOTE starej rury EPDM spadła do (9,06±1,75)%, co stanowi redukcję o 6,4%. Oprócz zatykania porów w wyniku gromadzenia się zanieczyszczeń, zanieczyszczenia biologiczne zużywają plastyfikatory w materiale, utwardzając aerator i deformując pory. Zdeformowane pory nie mogą powrócić do swojego pierwotnego stanu, powodując powstawanie większych pęcherzyków i obniżenie SOTE. Szorowanie mechaniczne zwiększyło SOTE rury EPDM do (9,47 ± 1,87)%, niemal przywracając go do poziomu nowej rury, co wskazuje, że zanieczyszczenia na rurze EPDM były luźno związane z powierzchnią i można je było w większości usunąć poprzez szorowanie mechaniczne.

Z rysunków 3(c) i (d) wynika, że ​​DWP nowej rury EPDM wyniosła (6,47±0,66) kPa, czyli była znacznie wyższa niż nowej rury HDPE [(1,47±0,49) kPa). Dzieje się tak, ponieważ średnica porów rury EPDM jest mniejsza niż średnica porów rury HDPE, co skutkuje większym oporem przy przeciskaniu pęcherzyków. Po-długoterminowej eksploatacji DWP starej rury HDPE wzrosła do (4,36±0,56) kPa, czyli 2,97 razy więcej niż w nowej rurze. Wzrost DWP jest związany zarówno ze stopniem zatkania porów, jak i zmianami materiałowymi. Szorowanie mechaniczne zmniejszyło DWP rury HDPE do 2,25 razy większej niż w nowej rurze. Czyszczenie NaClO dodatkowo zmniejszyło go do (2,04 ± 0,45) kPa, 1,39 razy więcej niż w nowej rurze. To ponownie wskazuje, że większość zanieczyszczeń w rurze HDPE osadziła się w porach i nie można było ich skutecznie usunąć za pomocą mechanicznego szorowania, co wymagało czyszczenia NaClO w celu przywrócenia wydajności. DWP starej rury EPDM wzrosła do (8,10 ± 0,94) kPa, 1,25 razy więcej niż w przypadku nowej rury i spadła do 1,10 razy po szorowaniu mechanicznym.

Rysunek 4pokazuje zmianę DWP/SOTE (oznaczoną jako DWP') na AFR dla aeratorów.

Zastosowano równanie regresji liniowej, aby dopasować DWP' do AFR, a parametr zużycia energii J uzyskano z nachylenia. Wartości J dla nowych rur HDPE i nowych EPDM wyniosły odpowiednio 0,064 i 0,204 kPa·h/g, co wskazuje, że na jednostkę masy przeniesionego tlenu rura EPDM musi pokonać większą utratę ciśnienia. W momencie wymiany wartości J dla rur HDPE i EPDM wzrosły odpowiednio do 0,251 i 0,274 kPa·h/g. Zanieczyszczenie aeratora prowadzące do zwiększonej utraty ciśnienia może mieć wpływ na bezpieczną pracę dmuchawy. Po mechanicznym szorowaniu wartości J dla rur HDPE i EPDM spadły odpowiednio do 0,184 i 0,237 kPa·h/g. Zmiany J można wykorzystać do ilościowej analizy substancji zanieczyszczających aerator. Różnica w J pomiędzy starą rurą a rurą wyczyszczoną mechanicznie jest spowodowana fizycznie odwracalnym zanieczyszczeniem. Różnica pomiędzy mechanicznie wyczyszczoną rurą a nową rurą wynika z fizycznie nieodwracalnego zanieczyszczenia. Różnica między rurą oczyszczoną mechanicznie a rurą oczyszczoną chemicznie wynika z zanieczyszczenia chemicznie odwracalnego, natomiast różnica między rurą oczyszczoną chemicznie a rurą nową jest spowodowana zanieczyszczeniem nieodwracalnym. Na rysunku 5 przedstawiono zmiany parametru zużycia energii J dla aeratorów.

ZRysunek 5w przypadku rury HDPE zanieczyszczenia fizycznie odwracalne i fizycznie nieodwracalne stanowiły odpowiednio 35,8% i 64,2% całkowitego zanieczyszczenia. W obrębie zanieczyszczeń fizycznie nieodwracalnych, zanieczyszczenia chemicznie odwracalne i nieodwracalne stanowiły odpowiednio 42,8% i 21,4%. W przypadku rury EPDM fizycznie odwracalne i fizycznie nieodwracalne zanieczyszczenia stanowiły odpowiednio 52,9% i 47,1%. Nieodwracalne zanieczyszczenia nie pojawiają się początkowo, ale kumulują się z biegiem czasu, ostatecznie determinując żywotność aeratora. Dlatego należy ustalić rozsądne harmonogramy czyszczenia, aby spowolnić przejście od zanieczyszczeń odwracalnych do nieodwracalnych i zminimalizować gromadzenie się nieodwracalnych zanieczyszczeń.

2.2 Obserwacja SEM nowych, starych i oczyszczonych aeratorów

Rysunek 6pokazuje obrazy SEM powierzchni nowych, starych i czyszczonych mechanicznie aeratorów. Porowata struktura nowej rury HDPE jest wyraźnie widoczna, a powierzchnia nowej rury EPDM jest gładka i ma-wycięte pory. Po kilku latach eksploatacji morfologia powierzchni obu aeratorów uległa istotnym zmianom. Nierówne zanieczyszczenia-prywatne i blokowe całkowicie pokryły powierzchnię, a wokół i wewnątrz porów zgromadziły się zanieczyszczenia, utrudniając przenoszenie tlenu i zwiększając utratę ciśnienia. Po mechanicznym szorowaniu większość zanieczyszczeń z powierzchni rur EPDM została usunięta, ale pory pozostały zatkane. W przypadku rurki HDPE grubość warstwy substancji zanieczyszczającej zmniejszyła się, ale pory były nadal zakryte.

2.3 Analiza zanieczyszczeń nieorganicznych w nowych, starych i oczyszczonych aeratorach

Do dalszej analizy głównego składu pierwiastkowego powierzchni aeratorów wykorzystano EDX, a wyniki przedstawiono wTabela 2. Na powierzchniach HDPE i EPDM wykryto węgiel, tlen, żelazo, krzem i wapń. Rurka HDPE zawierała także magnez, natomiast rurka EPDM zawierała aluminium. Wnioskuje się, że nieorganicznymi substancjami zanieczyszczającymi w rurze HDPE były dwutlenek krzemu, węglan wapnia, węglan magnezu i fosforan żelaza, podczas gdy w rurze EPDM były dwutlenek krzemu i tlenek glinu. Te nieorganiczne osady powstały, gdy stężenie jonów nieorganicznych ze ścieków komunalnych i osadu czynnego osiągnęło nasycenie na powierzchni aeratora. Po mechanicznym szorowaniu elementy nieorganiczne na powierzchni aeratora wykazały niewielką różnicę w porównaniu ze starymi rurami, co wskazuje, że mechaniczne szorowanie nie jest w stanie skutecznie usunąć zanieczyszczeń nieorganicznych. Kim i in. odkryli, że po długotrwałej-pracy zanieczyszczenia nieorganiczne pokrywają się zanieczyszczeniami organicznymi, ściśle przylegającymi do powierzchni i wewnątrz porów, co utrudnia ich usunięcie za pomocą mechanicznego szorowania.

Po oczyszczeniu HCl jony metali z powierzchni aeratora zostały całkowicie usunięte. HCl powodował korozję części warstwy organicznej pokrywającej powierzchnię, wnikał w nią i reagował z jonami metali, usuwając wydzielenia nieorganiczne poprzez neutralizację i rozkład. Roztwór czyszczący HCl zastosowany do namaczania aeratorów poddano analizie metodą ICP w celu obliczenia zawartości zanieczyszczeń nieorganicznych. Zawartość Ca, Mg i Fe w rurce HDPE wynosiła odpowiednio 18,00, 1,62 i 13,90 mg/cm², natomiast w rurce EPDM zawartość Ca, Al i Fe wynosiła odpowiednio 9,55, 1,61 i 3,38 mg/cm².

2.4 Analiza zanieczyszczeń organicznych w nowych, starych i oczyszczonych aeratorach

Aby ilościowo zbadać rozkład zanieczyszczeń organicznych, wykorzystano oprogramowanie Image J do obliczenia objętości biologicznej i współczynnika pokrycia substratu przez komórki ogółem, polisacharydy i białka z mikrografów CLSM, a jako wyniki końcowe przyjęto średnie (Rysunek 7).

Z rysunku 7(a) wynika, że ​​głównymi składnikami zanieczyszczeń organicznych na rurach HDPE i EPDM były białka i komórki ogółem, przy czym maksymalne objętości całkowite osiągnęły 7,66×10⁵ i 7,02×10⁵ µm3. Całkowita objętość komórek w rurce EPDM była 2,5 razy większa niż w rurce HDPE, co jest zgodne z ustaleniami Garrido-Baserby i wsp., którzy odnotowali wyższe całkowite stężenie DNA na starych aeratorach EPDM w porównaniu z innymi materiałami. Wanger i in. odkryli, że gdy mikroorganizmy przyłączają się do rur EPDM, a w otaczającym środowisku brakuje wystarczającej ilości substratu organicznego, sięgają po plastyfikatory membran EPDM. Mikroorganizmy mogą wykorzystywać plastyfikatory jako źródło węgla, przyspieszając wzrost i rozmnażanie, intensyfikując w ten sposób biologiczne zanieczyszczenia powierzchni EPDM. Zawartość polisacharydów i białek w rurce EPDM była znacznie niższa niż w rurce HDPE, prawdopodobnie z powodu wyższego wieku osadu w Zakładzie B w porównaniu z Zakładzie A, co prowadziło do niższego stężenia zewnątrzkomórkowej substancji polimerowej (EPS). Jako główne składniki EPS, białka i polisacharydy wydzielane przez mikroorganizmy stały się znaczącym źródłem zanieczyszczeń organicznych na powierzchni rury HDPE w Zakładzie A.

Po mechanicznym przemyciu całkowita ilość komórek, polisacharydów i białek w probówce HDPE zmniejszyła się odpowiednio o 1,49×10⁵, 0,13×10⁵ i 1,33×10⁵ µm3. W przypadku rurki EPDM odpowiednie spadki wyniosły odpowiednio 2,20×10⁵, 1,88×10⁵ i 2,38×10⁵ µm3. Oznacza to, że szorowanie mechaniczne może w pewnym stopniu zmniejszyć zanieczyszczenie organiczne.

Jednakże w przypadku rurki HDPE powierzchnia pokrycia podłoża przez polisacharydy i białka wzrosła po mechanicznym szorowaniu-z odpowiednio 2,75% i 6,28% do 4,67% i 7,09% [Rysunek 7(b)]. Stało się tak, ponieważ zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS) mają wysoką lepkość. W rezultacie szorowanie mechaniczne przyniosło efekt przeciwny do zamierzonego w postaci rozproszenia białek, polisacharydów i substancji zanieczyszczających nieorganicznych na powierzchni rurki HDPE, co doprowadziło do większego pokrycia obszaru. To prawdopodobnie wyjaśnia, dlaczego mechaniczne szorowanie nie przywróciło znacząco wydajności napowietrzania rurki HDPE.

Po oczyszczeniu NaClO całkowita liczba komórek, polisacharydów i białek w rurce HDPE zmniejszyła się odpowiednio o 2,34×10⁵, 3,42×10⁵ i 4,53×10⁵ µm3, wykazując znacznie wyższą skuteczność usuwania niż szorowanie mechaniczne. NaClO utlenia grupy funkcyjne zanieczyszczeń organicznych do ketonów, aldehydów i kwasów karboksylowych, zwiększając hydrofilowość związków macierzystych i zmniejszając przyleganie zanieczyszczeń do aeratora. Ponadto kłaczki osadu i koloidy mogą zostać rozłożone przez utleniacze na drobne cząstki i rozpuszczoną materię organiczną.

3 Wnioski

①Wartości SOTE dla nowych rur HDPE i nowych rur EPDM wyniosły odpowiednio (7,36±0,53)% i (9,68±1,84)%. SOTE rury EPDM wykazywała wyraźniejszą tendencję spadkową wraz ze wzrostem AFR w porównaniu z rurką HDPE. Dzieje się tak dlatego, że pory aeratora HDPE są sztywne i nie zmieniają się pod wpływem AFR, podczas gdy pory aeratora EPDM są elastyczne i otwierają się szerzej wraz ze wzrostem AFR, tworząc większe pęcherzyki i dodatkowo redukując SOTE.

②W wyniku gromadzenia się zanieczyszczeń na powierzchni i wewnątrz porów, efektywność przenoszenia tlenu przez rurkę HDPE spadła o 26,7%, a strata ciśnienia wzrosła 2,97 razy w porównaniu z nową rurką. Ponieważ większość substancji zanieczyszczających rurę HDPE osadzała się w porach, mechaniczne szorowanie nie było skuteczne. Po czyszczeniu chemicznym SOTE rury HDPE powrócił do 83,4% poziomu w nowej rurze, a DWP spadł do 1,39 razy więcej niż w nowej rurze, co wskazuje na znaczną poprawę wydajności. Jednak ze względu na osadzanie się zanieczyszczeń nie mógł w pełni powrócić do pierwotnego stanu. W przypadku rurki HDPE zanieczyszczenia fizycznie odwracalne, odwracalne chemicznie i nieodwracalne stanowiły odpowiednio 35,8%, 42,8% i 21,4%.

③Po długotrwałej-pracy wydajność przenoszenia tlenu przez rurkę EPDM spadła o 6,4%, a strata ciśnienia wzrosła 1,25 razy w porównaniu z nową rurką. Po mechanicznym szorowaniu wydajność napowietrzania rury EPDM została prawie przywrócona do poziomu nowej rury, co wskazuje, że zanieczyszczenia w rurze EPDM były luźno związane z powierzchnią i można je było w dużej mierze usunąć poprzez mechaniczne szorowanie. W przypadku rury EPDM fizycznie odwracalne i fizycznie nieodwracalne zanieczyszczenia stanowiły odpowiednio 52,9% i 47,1%.

④Głównym składnikiem zanieczyszczeń organicznych w rurze HDPE były białka, natomiast w rurze EPDM głównym składnikiem były komórki całkowite. Dzieje się tak, ponieważ mikroorganizmy wykorzystują plastyfikatory zawarte w materiale EPDM jako źródło węgla, przyspieszając ich wzrost i rozmnażanie, intensyfikując w ten sposób biologiczne zanieczyszczenia aeratorów materiału EPDM.