I. מפזר דיסק: יעילות העברת החמצן הגבוהה ביותר והגז המלא ביותר-העברת מסה נוזלית
אוורור מיקרו-נקבי היא כיום השיטה היעילה ביותר להעברת חמצן בטיפול בשפכים. סוגי המיינסטרים הם מאווררים מיקרו-נקביים צינוריים או ממברנת דיסק, הנמצאים בשימוש נרחב בתהליכי הסרת חנקן וזרחן קונבנציונליים כגון AAO, תעלת חמצון ו-SBR.
ערכי ליבה של יעילות:מפזרי דיסק קונבנציונליים (קוטר בועה 1-5 מ"מ) משיגים SOTE של 25%-45% בעומק אוורור של 4-6 מ', מה שהופך אותם לסוג היחיד של מערכת אוורור עם SOTE העולה על 40%. בתנאי שפכים בפועל (MLSS 2000-4000 מ"ג/ליטר), OTE הוא כ-60%-80% מ-SOTE.
עקרון ליבה של יעילות:האוויר נשבר למיקרו-בועות דרך נקבוביות זעירות (0.5-2 מ"מ קוטר) על הממברנה. למיקרו-בועות הללו יש שטח פנים ספציפי גדול בהרבה מאשר בועות בינוניות או גדולות, ומהירות העלייה שלהן במים איטית ביותר (0.03-0.1 מ'/שניה). זמן השהייה של בועות אלו במיכל האוורור יכול להגיע ל-3-5 דקות, מה שמבטיח מספיק מגע עם גז-נוזל. במקביל, הכוח המניע את העברת המסה בממשק הנוזל-הגז חזק במהלך עליית המיקרו-בועות, מה שמאפשר לחמצן להתפזר במלואו משלב הגז לשלב הנוזלי. זוהי שיטת אוורור מונעת-ממשק טיפוסי.
גורמים מרכזיים המשפיעים על היעילות:עומק המים משפר משמעותית את היעילות; על כל עלייה של 1 מטר בעומק המים, SOTE עולה בכ-5%-8%. עם זאת, היעילות מושפעת מאוד מאיכות המים. כאשר ה-MLSS במיכל האוורור עולה על 4000 מ"ג/ליטר, קבוצות הבוצה גורמות בקלות לצבירה של בועות, מקטינות את שטח הפנים הספציפי ומקטינות את היעילות ב-10%-30%. יתר על כן, אבנית מיקרו-נקבובית והדבקה של בוצה מפחיתים ישירות את קיבולת זרימת הנקבוביות, מה שמוביל לבועות גדולות יותר ולהפחתת יעילות משמעותית, המחייבת ניקוי ותחזוקה קבועים.
II. מערכת אוורור סילון: יעילות העברת חמצן מתונה, איזון העברת מסה ותסיסה
אוורור סילון משלב העברת מסה טורבולנטית של גז-נוזל עם העברת מסה משטחית. אין לו מבנים מיקרו נקבוביים סתומים בקלות ומשלב אוורור עם תסיסה. היעילות שלו נופלת בין זו של מערכות אוורור מיקרו-נקביות ומערבולת, מה שהופך אותו מתאים לשפכים אורגניים בריכוז גבוה,-שפכים תעשייתיים או יישומים הדורשים ערבוב חזק.
ערכי ליבה של יעילות:בעומק מים של 4-8 מ', ה-SOTE של מאווררי סילון הוא 15%-30%. בתנאי שפכים בפועל (מוצקים מרחפים גבוהים ו-MLSS גבוה), OTE מהווה כ-70%-90% מ-SOTE, עם ירידה ביעילות הרבה יותר קטנה בהשוואה למערכות מיקרו-נקביות.
עקרון ליבה של יעילות:מים בלחץ גבוה- נפלטים במהירות גבוהה דרך זרבובית, ויוצרים לחץ שלילי בתא הסילון. זה שואב אוויר ומפרק אותו לבועות קטנות עד בינוניות בגודל- (קוטר 5-20 מ"מ). הבועות מתפזרות במים יחד עם הזרימה הסוערת שנוצרת על ידי הסילון המהיר-. טווח הסילון יכול להגיע ל-5-10 מ', מה שמאריך משמעותית את זמן המגע עם גז{10}}בנוזל. במקביל, מערבולת-במהירות גבוהה שוברת את השכבה העומדת בממשק הנוזל-בגז, ומשפרת את העברת מסת החמצן. למרות שיעילות העברת המסה שלו נמוכה מזו של מיקרו-נקבים, אפקט הערבול מפצה על שטח הפנים הספציפי הלא מספיק של הבועות.
גורמים מרכזיים המשפיעים על היעילות:לחץ סילון ויחס האוויר-ל-מים הם גורמי ההשפעה העיקריים. היחס האופטימלי בין אוויר-ל-מים הוא בערך 1:3 עד 1:5. לחץ לא מספיק מוביל לכניסת אוויר קטנה יותר ולפירוק בועות לא מספק, וכתוצאה מכך לאובדן יעילות משמעותי. עומק המים גם משפר את היעילות; כל מטר נוסף של עומק סילון מאריך את זמן השהייה של הבועות, ומגדיל את ה-SOTE בכ-3%-5%. מערכות סילון מושפעות באופן מינימלי מאיכות המים, ללא בעיות סתימת נקבוביות. ניתן לקזז את ההשפעות של ריכוז בוצה ומוצקים מרחפים על צבירת הבועות על ידי ערבוב סוער.
III. מאוורר ציקלון: יעילות העברת חמצן הנמוכה ביותר, יכולת אנטי- חזקה ביותר נגד הפרעות
אוורור ציקלון משתמש בהעברת מסה בממשק בועות בינוני-עד-גדול. המבנה הפשוט שלו ויכולת האנטי- החזקה שלו הופכים אותו לסוג האוורור עם דרישות התחזוקה הנמוכות ביותר, מתאים למפעלי טיהור שפכים קטנים, פעולות אוורור לסירוגין או תרחישים עם איכות מים ירודה.
ערכי ליבה של יעילות:בעומק מים של 3-5 מ', ה-SOTE של מאווררי ציקלון הוא רק 8%-15%. ההשפעה של הגדלת עומק המים על שיפור היעילות מוגבלת; מעבר ל-5 מ', SOTE עולה בפחות מ-2%. בתנאי שפכים בפועל, OTE הוא כ-80%-95% מ-SOTE, המייצג את הירידה הקטנה ביותר ביעילות מבין שלושת סוגי האוורור ומציג חסינות כמעט לתנודות באיכות המים.
עקרון ליבה של יעילות:לאחר שהאוויר נכנס לתא המערבולת של המאוורר, הוא נשבר לבועות בינוניות-עד- גדולות (קוטר 20-50 מ"מ) על ידי גזירה מתערבלת. בועות אלו עולות בתנועת מערבול לאחר שחרורן, במהירות עלייה מהירה (0.2-0.5 מ'/שניה) וזמן שהייה של 1-2 דקות בלבד. שטח הפנים הספציפי שלהם קטן בהרבה מזה של מיקרו-נקבים וסילונים. העברת חמצן מסתמכת בעיקר על העברת מסה משטחית על פני הבועות. ערבוב מגדיל מעט את זמן מגע הגז-עם הנוזל, אך אינו יכול לשבש את שכבת הגז העומדת-בנוזל, וכתוצאה מכך כוח מניע חלש של העברת מסה ויעילות נמוכה.
גורמים מרכזיים המשפיעים על היעילות:יעילות אוורור ציקלון מושפעת בעיקר מהתנאים ההידראוליים של מיכל האוורור. אם קיימים אזורים מתים הידראוליים רבים, הבועות נוטות לעלות במהירות ולברוח, מה שמפחית עוד יותר את היעילות. שיטת שחרור הבועות (למשל, זווית תא המערבולת ומספר השקעים) משפיעה מעט על היעילות אך ניתנת לשליטה בדרך כלל. לריכוז בוצה, למוצקים מרחפים ול-pH של המים אין כמעט השפעה על היעילות. אין מרכיבים סתומים, וגודל הבועות יציב ולרוב אינו מושפע מגורמים חיצוניים.
|
מערכת אוורור |
גודל בועה |
SOTE (אופייני) |
OTE (שפכים בפועל) |
חוזקות מפתח |
מגבלות / שיקולים עיקריים |
|
מפזר דיסק (מיקרופורוס) |
0.5-5 מ"מ (מיקרו-בועות) |
25%-45% (יכול לעלות על 40%) |
~60%–80% מ-SOTE |
יעילות העברת חמצן הגבוהה ביותר; העברת מסה נוזלית-השלמה ביותר; מתאים להסרת חנקן/זרחן קונבנציונלי |
Highly affected by water quality and MLSS >4000 מ"ג/ליטר; סתימת נקבוביות; דורש ניקוי קבוע; היעילות עולה מאוד עם עומק המים (5-8% למ"ר) |
|
מערכת אוורור סילון |
5-20 מ"מ (קטן עד בינוני) |
15%–30% |
~70%–90% מ-SOTE |
מאזן העברה המונית ותסיסה; מתאים לשפכים אורגניים או תעשייתיים בריכוז גבוה-; פחות מושפע מאיכות המים; תחזוקה מינימלית |
יעילות נמוכה ממיקרו נקבובי; תלוי בלחץ הסילון וביחס האוויר-ל-מים (אופטימלי 1:3-1:5); עומק המים משפיע באופן מתון על היעילות (3-5% למ"ר) |
|
מאוורר ציקלון (מערבולת) |
20-50 מ"מ (בינוני עד גדול) |
8%–15% |
~80%–95% מ-SOTE |
מבנה פשוט; האנטי--ההפרעה החזקה ביותר; תחזוקה מינימלית; כמעט ולא מושפע מאיכות המים |
יעילות העברת החמצן הנמוכה ביותר; עליית בועות מהירה מפחיתה את זמן המגע; היעילות מושפעת מעט מאזורים מתים הידראוליים; שיפור מוגבל עם הגדלת עומק המים |