Diskové difúzory vs. povrchové prevzdušňovače: prečo vyhráva ponorené prevzdušňovanie pre systémy MBR

Pri navrhovaní moderných čistiarní odpadových vôd — najmä tých, ktoré využívajú Membránový bioreaktor (MBR) technológia – výber prevzdušňovacieho systému je jedným z najdôležitejších rozhodnutí. Zatiaľ čo povrchové prevzdušňovače sú už dlho základom tradičných lagún, Jemné bublinkové difúzory (submerzné prevzdušňovanie) sa stali zlatým štandardom pre aplikácie MBR.

Tu je technické porovnanie toho, prečo ponorené diskové difúzory prekonávajú povrchové prevzdušňovanie vo vysokovýkonnom ošetrovacom prostredí.

Kľúčové rozdiely: ponorené a povrchové prevzdušňovanie

Kde vzduch vstupuje do vody

• Ponorné prevzdušňovanie (napr. diskové difúzory) uvoľňuje vzduch zdola alebo zvnútra zmiešaný lúh, takže kyslík je dodávaný celým vodným stĺpcom.
• Povrchové prevzdušňovače zaviesť kyslík na vodný povrch striekaním alebo miešaním.

Pretože systémy MBR zvyčajne pracujú v hlbokom, hustom zmiešanom lúhu, ponorené metódy umožňujú bublinám stúpať cez celú hĺbku, čím sa zvyšuje čas kontaktu s kyslíkom a rovnomernejšie prevzdušňovanie.

1. Účinnosť prenosu kyslíka (OTE)

Primárnym cieľom prevzdušňovania je presunúť kyslík zo vzduchu do kvapaliny.

• Povrchové prevzdušňovače: Tieto stroje fungujú tak, že striekajú vodu do vzduchu. Kontaktný čas medzi vzduchom a vodou je extrémne krátky, vyskytuje sa iba na povrchu.
• Diskové difúzory: Uvoľnením miliónov jemných bubliniek na dne nádrže využívajú diskové difúzory celý vodný stĺpec. Keď bubliny stúpajú, prenášajú kyslík počas celej cesty.
• Faktor MBR: Nádrže MBR sú zvyčajne hlboké (až metrov), aby sa ušetrilo miesto. Diskové difúzory získavajú účinnosť s hĺbkou (vyššie SOTE na meter), zatiaľ čo povrchové prevzdušňovače sa snažia okysličiť dno hlbokých nádrží.

2. Riadenie vysokých koncentrácií MLSS

Systémy MBR fungujú pri výrazne vyšších hladinách zmiešaných likérov suspendovaných pevných látok (MLSS) – zvyčajne medzi a mg/l – v porovnaní s konvenčnými systémami ( mg/l).

• Problémy týkajúce sa viskozity: Vysoký MLSS robí odpadovú vodu viskóznejšou (hustejšou). Povrchové prevzdušňovače často nedokážu poskytnúť dostatok lokalizovanej energie na preniknutie týmto hustým kalom, čo vedie k „mŕtvym zónam“, kde sa pevné látky usadzujú a menia sa na anaeróbne.
• Ponorená presnosť: Diskové difúzory sú usporiadané v mriežke cez podlahu. To poskytuje rovnomerné premiešanie a zaisťuje, že každý liter kalu s vysokou hustotou dostane dostatočné množstvo rozpusteného kyslíka (DO), bez ohľadu na viskozitu.

3. Vplyv na zdravie membrán a penenie

V systéme MBR prevzdušňovací systém nekŕmi len baktérie; interaguje s citlivými membránovými modulmi.

• Aerosóly a peny: Povrchové prevzdušňovače vytvárajú výrazné striekanie a aerosóly. V priemyselných alebo farmaceutických odpadových vodách to môže viesť k nadmernému peneniu a uvoľňovaniu prchavých organických zlúčenín (VOC) do atmosféry.
• Jemná interakcia: Diskové difúzory poskytujú „podpovrchové“ turbulencie. Jemné bublinky jemne stúpajú nahor a poskytujú potrebný „čistiaci“ efekt, ak sú umiestnené pod membránovými modulmi, čo pomáha udržiavať membrány čisté bez násilného mechanického pôsobenia povrchového obežného kolesa.

4. Spotreba energie a tepelné straty

Prevzdušňovanie zvyčajne zodpovedá za 45 % až 75 % nákladov na energiu čistiarne.

• Účinnosť ventilátora: Diskové difúzory spárované s vysoko účinnými dúchadlami je možné presne škrtiť pomocou VFD (Variable Frequency Drives) založených na DO senzoroch v reálnom čase.
• Tepelný manažment: Povrchové prevzdušňovače vystavujú odpadovú vodu okolitému vzduchu. V zime to spôsobuje masívne tepelné straty, ktoré spomaľujú biologickú aktivitu. V lete môže prehrievať vodu. Ponorné prevzdušňovanie udržuje procesnú teplotu stabilnú.

Zhrnutie porovnania: Diskové difúzory vs. prevzdušňovače povrchu

Záver

Pre systém MBR je voľba jasná. Jemné bublinkové difúzory poskytujú vynikajúci prenos kyslíka, hlboké miešanie v nádrži a energetickú účinnosť potrebnú na udržanie biomasy s vysokou hustotou. Hoci povrchové prevzdušňovače môžu byť jednoduchšie na inštaláciu v otvorených lagúnach, chýba im presnosť a výkon potrebný pre prostredie s vysokou intenzitou moderného farmaceutického alebo chemického závodu MBR.