I. Difusor de disc: la màxima eficiència de transferència d'oxigen i la transferència de massa líquida-de gas més completa
L'aireació microporosa és actualment el mètode més eficient per a la transferència d'oxigen en el tractament d'aigües residuals. Els tipus principals són airejadors microporosos de membrana tubular o de disc, que s'utilitzen àmpliament en processos convencionals d'eliminació de nitrogen i fòsfor com ara AAO, rasa d'oxidació i SBR.
Valors bàsics d'eficiència:Els difusors de disc convencionals (diàmetre de bombolla 1-5 mm) aconsegueixen un SOTE del 25% al 45% a una profunditat d'aireació de 4-6 m, el que els converteix en l'únic tipus de sistema d'aireació amb SOTE superior al 40%. En condicions reals d'aigües residuals (MLSS 2000–4000 mg/L), l'OTE és aproximadament un 60%–80% de SOTE.
Principi bàsic d'eficiència:L'aire es trenca en microbombolles a través de petits porus (0,5-2 mm de diàmetre) de la membrana. Aquestes microbombolles tenen una superfície específica molt més gran que les bombolles mitjanes o grans, i la seva velocitat de pujada a l'aigua és extremadament lenta (0,03–0,1 m/s). El temps de residència d'aquestes bombolles al dipòsit d'aireació pot arribar a ser de 3 a 5 minuts, assegurant un contacte suficient de gas-líquid. Simultàniament, la força motriu de transferència de massa a la interfície gas-líquida és forta durant l'ascens de les microbombolles, la qual cosa permet que l'oxigen es difongui completament de la fase gasosa a la fase líquida. Aquest és un mètode típic d'aeració-de transferència de massa d'interfície.
Factors clau que afecten l'eficiència:La profunditat de l'aigua millora significativament l'eficiència; per cada 1 m d'augment de la profunditat de l'aigua, SOTE augmenta aproximadament entre un 5% i un 8%. Tanmateix, l'eficiència es veu molt afectada per la qualitat de l'aigua. Quan el MLSS al dipòsit d'aireació supera els 4000 mg/L, els flocs de fang causen fàcilment l'agregació de bombolles, reduint la superfície específica i disminuint l'eficiència entre un 10% i un 30%. A més, l'escala de microporus i l'adhesió de fangs redueixen directament la capacitat de flux de porus, donant lloc a bombolles més grans i una reducció significativa de l'eficiència, que requereix neteja i manteniment regulars.
II. Sistema d'aireació a raig: eficiència de transferència d'oxigen moderada, equilibri de transferència de massa i agitació
L'aireació per raig combina la transferència de massa turbulenta de gas-líquid amb la transferència de massa interfacial. No presenta estructures microporoses que s'obstrueixen fàcilment i integra aireació amb agitació. La seva eficiència es troba entre la dels sistemes d'aireació microporosos i de remolí, la qual cosa la fa apta per a aigües residuals orgàniques d'alta-concentració, aigües residuals industrials o aplicacions que requereixen una forta barreja.
Valors bàsics d'eficiència:A una profunditat d'aigua de 4-8 m, el SOTE dels airejadors de raig és del 15% al 30%. En condicions reals d'aigües residuals (alts sòlids en suspensió i alt MLSS), l'OTE és aproximadament entre el 70% i el 90% de SOTE, amb una disminució de l'eficiència molt menor en comparació amb els sistemes microporosos.
Principi bàsic d'eficiència:L'aigua a alta pressió-s'expulsa a gran velocitat a través d'un broquet, creant pressió negativa a la cambra de raig. Això atrau l'aire i el trenca en bombolles de mida -petita i mitjana (5-20 mm de diàmetre). Les bombolles es difonen a l'aigua juntament amb el flux turbulent creat pel raig-d'alta velocitat. L'abast del raig pot arribar als 5-10 m, allargant significativament el temps de contacte amb el gas{10}}líquid. Simultàniament, la turbulència-alta velocitat trenca la capa estancada a la interfície gas-líquid, millorant la transferència de massa d'oxigen. Tot i que la seva eficiència de transferència de massa és inferior a la dels microporus, l'efecte d'agitació compensa la superfície específica insuficient de les bombolles.
Factors clau que afecten l'eficiència:La pressió del raig i la relació aire-a-aigua són els principals factors que influeixen. La proporció òptima d'aire-a-aigua és d'aproximadament 1:3 a 1:5. Una pressió insuficient condueix a una menor entrada d'aire i una ruptura inadequada de les bombolles, el que resulta en una pèrdua d'eficiència significativa. La profunditat de l'aigua també millora l'eficiència; cada metre addicional de profunditat del raig amplia el temps de residència de la bombolla, augmentant el SOTE aproximadament entre un 3% i un 5%. Els sistemes de raig es veuen afectats mínimament per la qualitat de l'aigua, sense problemes d'obstrucció dels porus. Els efectes de la concentració de fangs i els sòlids en suspensió sobre l'agregació de bombolles es poden compensar mitjançant una agitació turbulenta.
III. Airejador de cicló: eficiència de transferència d'oxigen més baixa, capacitat anti-interferència més forta
L'aireació del cicló utilitza la transferència de massa de la interfície de bombolles de mitjana-a-gran quantitat. La seva estructura senzilla i la seva forta capacitat anti-obstrucció el converteixen en el tipus d'aireació amb els requisits de manteniment més baixos, adequat per a petites plantes de tractament d'aigües residuals, operacions d'aireació intermitent o escenaris amb mala qualitat de l'aigua.
Valors bàsics d'eficiència:A una profunditat d'aigua de 3-5 m, el SOTE dels airejadors ciclònics és només del 8% al 15%. L'efecte de l'augment de la profunditat de l'aigua en la millora de l'eficiència és limitat; més enllà dels 5 m, SOTE augmenta en menys d'un 2%. En condicions reals d'aigües residuals, l'OTE és aproximadament entre el 80% i el 95% de SOTE, la qual cosa representa la disminució d'eficiència més petita entre els tres tipus d'aireació i mostra una immunitat propera a les fluctuacions de la qualitat de l'aigua.
Principi bàsic d'eficiència:Després que l'aire entri a la cambra de remolí de l'airejador, es trenca en bombolles mitjanes-a-grans (de 20 a 50 mm de diàmetre) mitjançant una cisalla giratòria. Aquestes bombolles s'eleven en un moviment remolí després de ser alliberades, amb una velocitat d'ascens ràpid (0,2-0,5 m/s) i un temps de residència de només 1-2 minuts. La seva superfície específica és molt més petita que la dels microporus i els dolls. La transferència d'oxigen es basa principalment en la transferència de massa interfacial a la superfície de la bombolla. El remolí augmenta lleugerament el temps de contacte del gas-líquid, però no pot interrompre la capa estancada del gas-líquid, cosa que provoca una força motriu de transferència de massa feble i una baixa eficiència.
Factors clau que afecten l'eficiència:L'eficiència de l'aireador del cicló està influenciada principalment per les condicions hidràuliques del dipòsit d'aireació. Si existeixen moltes zones mortes hidràuliques, les bombolles tendeixen a pujar ràpidament i escapar, reduint encara més l'eficiència. El mètode d'alliberament de bombolles (per exemple, l'angle de la cambra de remolí i el nombre de sortides) afecta lleugerament l'eficiència, però generalment és controlable. La concentració de fangs, els sòlids en suspensió i el pH de l'aigua gairebé no tenen cap efecte sobre l'eficiència. No hi ha components d'obstrucció, i la mida de la bombolla és estable i no es veu afectada per factors externs.
|
Sistema d'aireació |
Mida de la bombolla |
SOTE (típic) |
OTE (Aigües residuals reals) |
Punts forts clau |
Limitacions/Consideracions clau |
|
Difusor de disc (microporós) |
0,5-5 mm (microbombolles) |
25%–45% (pot superar el 40%) |
~60%–80% de SOTE |
Màxima eficiència de transferència d'oxigen; transferència de massa líquida-gas més completa; adequat per a l'eliminació convencional de nitrogen/fòsfor |
Highly affected by water quality and MLSS >4000 mg/L; obstrucció dels porus; requereix una neteja regular; l'eficiència augmenta fortament amb la profunditat de l'aigua (5-8% per m) |
|
Sistema d'aireació a raig |
5-20 mm (petit a mitjà) |
15%–30% |
~70%–90% de SOTE |
Equilibra la transferència de massa i l'agitació; adequat per a aigües residuals orgàniques o industrials d'alta{0}concentració; menys afectat per la qualitat de l'aigua; manteniment mínim |
Eficiència inferior a la microporosa; depèn de la pressió del raig i de la relació aire-a-aigua (òptima 1:3–1:5); la profunditat de l'aigua afecta moderadament l'eficiència (3-5% per m) |
|
Airejador de cicló (remolí) |
20-50 mm (mitjana a gran) |
8%–15% |
~80%–95% de SOTE |
Estructura simple; anti{0}}interferència més forta; manteniment mínim; gairebé no afectat per la qualitat de l'aigua |
Eficiència de transferència d'oxigen més baixa; l'ascens ràpid de la bombolla redueix el temps de contacte; eficiència lleugerament afectada per zones mortes hidràuliques; millora limitada amb l'augment de la profunditat de l'aigua |