Difuzoare cu disc vs. Aeratoare de suprafață: de ce câștigă aerarea scufundată pentru sistemele MBR

În proiectarea stațiilor moderne de tratare a apelor uzate, în special a celor care utilizează Bioreactor cu membrană (MBR) tehnologie — alegerea sistemului de aerare este una dintre cele mai critice decizii. În timp ce aeratoarele de suprafață au fost multă vreme un element de bază în lagunele tradiționale, Difuzoare cu disc cu bule fine (aerația scufundată) au devenit standardul de aur pentru aplicațiile MBR.

Iată o comparație tehnică a motivului pentru care difuzoarele cu discuri scufundate depășesc aerarea suprafeței în medii de tratament de înaltă performanță.

Diferențele cheie: scufundat vs. aerare de suprafață

Unde aerul intră în apă

• Aerație scufundată (de exemplu, difuzoare cu discuri) eliberează aer de jos sau din interior lichidul amestecat astfel încât oxigenul să fie livrat în întreaga coloană de apă.
• Aeratoare de suprafață introduce oxigen la suprafata apei prin stropire sau agitare.

Deoarece sistemele MBR funcționează în mod obișnuit în lichidul amestecat adânc și dens, metodele scufundate permit bulelor să se ridice pe toată adâncimea, crescând timpul de contact cu oxigenul și o aerare mai uniformă.

1. Eficiența transferului de oxigen (OTE)

Scopul principal al aerării este de a muta oxigenul din aer în lichid.

• Aeratoare de suprafață: Aceste mașini funcționează prin stropire cu apă în aer. Timpul de contact dintre aer și apă este extrem de scurt, având loc doar la suprafață.
• Difuzoare cu disc: Eliberând milioane de bule fine în partea de jos a rezervorului, difuzoarele cu discuri utilizează întreaga coloană de apă. Pe măsură ce bulele se ridică, ele transferă oxigen pe tot parcursul călătoriei.
• Factorul MBR: Rezervoarele MBR sunt de obicei adânci (la metri) pentru a economisi spațiu. Difuzoarele cu discuri câștigă eficiență cu adâncimea (SOTE mai mare pe metru), în timp ce aeratoarele de suprafață se luptă să oxigeneze fundul rezervoarelor adânci.

2. Gestionarea concentrațiilor ridicate de MLSS

Sistemele MBR funcționează la niveluri semnificativ mai mari de lichide mixte în suspensie (MLSS) – de obicei între și mg/L – în comparație cu sistemele convenționale ( mg/L).

• Provocări legate de vâscozitate: MLSS ridicat face apele uzate mai vâscoase (mai groase). Aeratoarele de suprafață nu reușesc adesea să furnizeze suficientă energie localizată pentru a pătrunde în acest nămol gros, ceea ce duce la „zone moarte” în care solidele se depun și devin anaerobe.
• Precizie scufundată: Difuzoarele cu discuri sunt dispuse într-o grilă peste podea. Acest lucru asigură o amestecare uniformă și asigură că fiecare litru de nămol de înaltă densitate primește oxigen dizolvat (DO) adecvat, indiferent de vâscozitate.

3. Impactul asupra sănătății membranei și spumării

Într-un sistem MBR, sistemul de aerare nu hrănește doar bacteriile; interacționează cu modulele membranare sensibile.

• Aerosoli și spumă: Aeratoarele de suprafață creează stropire și aerosoli semnificative. În apele uzate industriale sau farmaceutice, acest lucru poate duce la spumare excesivă și la eliberarea de compuși organici volatili (COV) în atmosferă.
• Interacțiune blândă: Difuzoarele cu disc oferă turbulențe „sub suprafață”. Bulele fine se ridică ușor, oferind efectul de „curățare” necesar dacă sunt plasate sub modulele de membrană, ceea ce ajută la menținerea membranelor curate fără acțiunea mecanică violentă a unui rotor de suprafață.

4. Consumul de energie și pierderea de căldură

Aerarea contează de obicei 45% până la 75% a costurilor cu energia unei stații de epurare.

• Eficiența suflantei: Difuzoarele cu discuri asociate cu suflante de înaltă eficiență pot fi reglate cu precizie folosind VFD-uri (Variable Frequency Drives) bazate pe senzori DO în timp real.
• Management termic: Aeratoarele de suprafață expun apele uzate la aerul ambiant. În timpul iernii, acest lucru provoacă pierderi masive de căldură, ceea ce încetinește activitatea biologică. Vara, poate supraîncălzi apa. Aerarea scufundată menține temperatura procesului stabilă.

Rezumat comparație: Difuzoare cu disc vs. Aeratoare de suprafață

Concluzie

Pentru un sistem MBR, alegerea este clară. Difuzoare cu disc cu bule fine asigură transferul superior de oxigen, amestecarea în rezervor adânc și eficiența energetică necesare pentru a menține o biomasă de înaltă densitate. Deși aeratoarele de suprafață pot fi mai simplu de instalat în lagunele deschise, le lipsește precizia și puterea necesare pentru mediul de mare intensitate al unei fabrici moderne de MBR farmaceutice sau chimice.