ลักษณะเฉพาะของความเปรอะเปื้อนและประสิทธิภาพการเติมอากาศของตัวกระจายรูพรุน-ละเอียดในโรงบำบัดน้ำเสีย
ขั้นตอนสำคัญในกระบวนการตะกอนเร่งของโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน (WWTP) การเติมอากาศเพื่อจ่ายออกซิเจนไม่เพียงแต่ให้ออกซิเจนเพียงพอเพื่อรักษากิจกรรมชีวิตพื้นฐานของจุลินทรีย์เท่านั้น แต่ยังช่วยกักตะกอนตะกอนไว้ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการดูดซับและกำจัดมลพิษ การเติมอากาศยังเป็นหน่วยที่ใช้พลังงานมากที่สุด-ใน WWTP โดยคิดเป็น 45% ถึง 75% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของพืช ดังนั้นประสิทธิภาพของระบบเติมอากาศจึงส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการบำบัดและต้นทุนการดำเนินงานของ WWTP อุปกรณ์เติมอากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบเติมอากาศ โดยเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียดเป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุดใน WWTP ของเทศบาล เนื่องจากมีประสิทธิภาพการถ่ายโอนออกซิเจน (OTE) สูง อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทำงานระยะยาว- มลพิษจะสะสมบนพื้นผิวและภายในรูของเครื่องเติมอากาศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพของน้ำทิ้ง จำเป็นต้องมีการจ่ายอากาศเพิ่มเติมจากเครื่องเป่าลม ส่งผลให้มีการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ มลภาวะยังทำให้การอุดตันของรูพรุนรุนแรงขึ้น และทำให้วัสดุเติมอากาศเปลี่ยนแปลงไป การสูญเสียแรงดัน (แรงดันเปียกแบบไดนามิก DWP) ของส่วนประกอบเครื่องเติมอากาศจะเพิ่มขึ้นเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน ส่งผลให้แรงดันอากาศทางออกของเครื่องเป่าลมเพิ่มขึ้น และทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น
มลพิษที่สะสมอยู่บนพื้นผิวและภายในรูขุมขนของเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียด ได้แก่ การเปรอะเปื้อนทางชีวภาพ อินทรีย์ และอนินทรีย์ การปนเปื้อนของสารอินทรีย์เป็นผลมาจากการดูดซับและการตกตะกอนของสารอินทรีย์และการสะสมของสารคัดหลั่งของจุลินทรีย์ โดยทั่วไปการเปรอะเปื้อนอนินทรีย์ประกอบด้วยการตกตะกอนทางเคมีที่เกิดจากไอออนบวกหลายวาเลนท์ เช่น ออกไซด์ของโลหะ ขึ้นอยู่กับว่าสามารถกำจัดสิ่งเหล่านั้นออกด้วยการทำความสะอาดทางกายภาพได้หรือไม่ มลพิษสามารถจัดประเภทได้ว่าเป็นความเปรอะเปื้อนที่กลับคืนสภาพเดิมได้ทางกายภาพหรือที่เปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ทางกายภาพ คราบสกปรกที่เปลี่ยนกลับได้ทางกายภาพสามารถกำจัดออกได้โดยวิธีการทางกายภาพง่ายๆ เช่น การขัดด้วยกลไก เนื่องจากมลพิษเหล่านี้จะเกาะติดกับพื้นผิวเครื่องเติมอากาศอย่างหลวมๆ ความเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพไม่สามารถกำจัดได้ด้วยการทำความสะอาดทางกายภาพ และจำเป็นต้องทำความสะอาดด้วยสารเคมีอย่างละเอียดมากขึ้น ภายในความเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพ สารมลพิษที่สามารถกำจัดออกได้ด้วยการทำความสะอาดด้วยสารเคมีจะเรียกว่าการเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับทางเคมีได้ ในขณะที่สิ่งที่ไม่สามารถกำจัดออกได้แม้จะทำความสะอาดด้วยสารเคมีจะถือว่าเป็นการเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถกู้คืนได้
ปัจจุบัน เครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียดที่ใช้ในประเทศประกอบด้วยวัสดุยางแบบดั้งเดิม เช่น เอทิลีนโพรพิลีนไดอีนโมโนเมอร์ (EPDM) และวัสดุใหม่กว่า เช่น-โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ชั้นจ่ายก๊าซของเครื่องเติมอากาศ HDPE เกิดขึ้นจากการเคลือบท่อส่งอากาศด้านในด้วยโพลีเมอร์หลอมเหลว โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนประมาณ (4.0 ± 0.5) มม. HDPE มีคุณสมบัติต้านทานสารเคมี ทางกล และแรงกระแทกได้ดี และมีอายุการใช้งานยาวนาน อย่างไรก็ตาม ขนาดรูพรุนไม่สอดคล้องกันและกระจายไม่สม่ำเสมอ ทำให้มีแนวโน้มที่จะสะสมตัวของมลภาวะ วัสดุ EPDM มีความยืดหยุ่นสูง โดยมีรูพรุนที่เกิดจากการตัดเชิงกล เครื่องเติมอากาศ EPDM มีจำนวนรูพรุนต่อหน่วยพื้นที่สูงกว่า ทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็กลง (ขั้นต่ำ 0.5 มม.) ธรรมชาติที่ชอบน้ำของเมมเบรนยางยังเอื้อต่อการเกิดฟองอีกด้วย อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์มีแนวโน้มที่จะเกาะติดและเติบโตบนพื้นผิว EPDM โดยใช้พลาสติไซเซอร์เป็นสารตั้งต้น ในขณะเดียวกัน การใช้พลาสติไซเซอร์จะทำให้วัสดุเติมอากาศแข็งตัว ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่ความเสียหายจากความเมื่อยล้าและอายุการใช้งานสั้นลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบรูปแบบการสะสมของสารมลพิษบนวัสดุทั้งสองนี้ และผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนและการสูญเสียแรงดัน
การศึกษานี้นำเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียดมาเปลี่ยนหลังจากใช้งานมานานหลายปีจาก WWTP ของเทศบาลสองแห่งที่มีเงื่อนไขกระบวนการคล้ายคลึงกับอาสาสมัครในการวิจัย สารมลพิษบนเครื่องเติมอากาศถูกสกัดและจำแนกลักษณะทีละชั้นเพื่อระบุส่วนประกอบหลัก จากข้อมูลนี้ ประสิทธิผลของวิธีการทำความสะอาดในการกู้คืนประสิทธิภาพการถ่ายโอนออกซิเจนของเครื่องเติมอากาศได้รับการประเมิน โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ข้อมูลพื้นฐานและการอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับ-การทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและมีเสถียรภาพในระยะยาวของระบบเติมอากาศแบบฟองละเอียด
1 วัสดุและวิธีการ
1.1 ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับโรงบำบัดน้ำเสีย
WWTP ทั้งสองแห่งตั้งอยู่ในเซี่ยงไฮ้ และใช้กระบวนการ Anaerobic-Anoxic-Oxic (AAO) เป็นหลัก WWTP A ใช้ห้องกรวดน้ำวน + AAO ทั่วไป + ตัวกรองไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง- + กระบวนการฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวี WWTP B ใช้ห้องกรวดมวลเบา + AAO ทั่วไป + ถังตกตะกอนประสิทธิภาพสูง- + กระบวนการฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวี โรงงานทั้งสองแห่งมีคุณสมบัติตรงตามมาตรฐานเกรด A ของ "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียชุมชน" (GB 18918-2002) การออกแบบเฉพาะและพารามิเตอร์การปฏิบัติงานจะแสดงอยู่ในตารางที่ 1.
1.2 การสกัดและการกำหนดคุณลักษณะของสารมลพิษจากเครื่องเติมอากาศ
เครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียดที่ใช้ในการทดลองคือ เครื่องเติมอากาศ HDPE แบบท่อ (Ecopolemer, ยูเครน) ที่รวบรวมจากโรงงาน A และเครื่องเติมอากาศ EPDM แบบท่อ (EDI-FlexAir, USA) ที่รวบรวมจากโรงงาน B รูปภาพของทั้งสองแสดงอยู่ในรูปที่ 1. ท่อ HDPE แบบเก่าใช้งานมาเป็นเวลา 10 ปี โดยมีขนาด D×L=120 มม.×1,000 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุน (4±0.50) มม. สามารถสร้างฟองละเอียดขนาด 2~5 มม. ท่อ EPDM แบบเก่าใช้งานมา 3 ปีแล้ว โดยมีขนาด D×L=91 มม.×1003 มม. ให้ฟองละเอียด 1.0~1.2 มม. โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางฟองขั้นต่ำ 0.5 มม.
ท่อ HDPE และ EPDM เก่าถูกดึงออกมาจากถังแอโรบิก วางบนฟิล์มยึด และล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน การขัดถูด้วยกลไกทำได้โดยใช้เปลวไฟ-ใบมีดฆ่าเชื้อเพื่อขจัดมลพิษที่ติดอยู่กับพื้นผิวเครื่องเติมอากาศ
เพื่อศึกษาเพิ่มเติมถึงผลกระทบของการเปรอะเปื้อนต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน จึงมีการทำความสะอาดท่อ HDPE ด้วยสารเคมี หลังจากการขัดถูด้วยกลไก ท่อ HDPE จะถูกแช่ในสารละลาย HCl 5% และ NaClO 5% เป็นเวลา 24 ชั่วโมงตามลำดับ หลอดเก่า หลอดขัดด้วยเครื่องจักร และหลอดที่ทำความสะอาดด้วยสารเคมีถูกทำให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 60 องศา (รุ่น XMTS-6000) เป็นเวลา 60 ชั่วโมง จากนั้นตรวจสอบพื้นผิวโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM, รุ่น JSM-7800F, ญี่ปุ่น), สเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน (EDX, Oxford Instruments, สหราชอาณาจักร) และกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์สแกนแบบคอนโฟคอล (CLSM, รุ่น TCS SP8, เยอรมนี) สารละลายทำความสะอาด HCl ถูกกรองผ่านเมมเบรน 0.45 μm และการวิเคราะห์เชิงปริมาณของโพลีวาเลนต์แคตไอออน (รวมถึง Ca, Mg, Al, Fe ไอออน ฯลฯ) ดำเนินการโดยใช้สเปกโตรเมตรีการปล่อยแสงพลาสมาแบบเหนี่ยวนำคู่ (ICP, รุ่น ICPS-7510, ญี่ปุ่น) เนื่องจาก HCl และ NaClO สามารถทำให้เกิดการเสื่อมสภาพและการเสื่อมสภาพของเมมเบรน EPDM ได้ จึงไม่ทำความสะอาดสารเคมีบนท่อ EPDM ท่อ EPDM ถูกตัดเป็นชิ้นเมมเบรนขนาด 5 ซม. × 5 ซม. และแช่ใน HCl เพื่อการวิเคราะห์เชิงปริมาณของแคตไอออนโพลีวาเลนต์ในสารละลาย
1.3 การทดสอบเครื่องมือและวิธีการวัดประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนของเครื่องเติมอากาศ
ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนของเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียดได้รับการทดสอบตาม "การกำหนดประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนในน้ำสะอาดของเครื่องเติมอากาศแบบฟองละเอียด" (CJ/T 475-2015) การตั้งค่าการทดสอบจะแสดงอยู่ในรูปที่ 2.
อุปกรณ์นี้เป็นโครงสร้างเหล็กสเตนเลส-ขนาด 1.2 ม. × 0.3 ม. × 1.4 ม. มีหน้าต่างกระจกออร์แกนิกทั้งสองด้าน เครื่องเติมอากาศได้รับการแก้ไขที่ด้านล่างตรงกลางโดยใช้ส่วนรองรับที่เป็นโลหะ โดยมีความลึกใต้น้ำ 1.0 ม. เครื่องวิเคราะห์คุณภาพน้ำหลาย-พารามิเตอร์ (Hach HQ30D, สหรัฐอเมริกา) ใช้ในการตรวจสอบความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ในแบบเรียลไทม์- โซเดียมซัลไฟต์แอนไฮดรัสถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเจน และโคบอลต์คลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การอ่านเกจความดันแสดงถึงแรงดันเปียกแบบไดนามิกของเครื่องเติมอากาศ (DWP, kPa) ผลการวัดได้รับการแก้ไขสำหรับอุณหภูมิ ความเค็ม และ DO ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนที่ได้มาตรฐาน (SOTE, %) ถูกนำมาใช้เป็นดัชนีการประเมิน
การใช้พลังงานของโบลเวอร์สัมพันธ์กับอัตราการไหลของอากาศและความดันอากาศทางออก ซึ่งได้รับอิทธิพลจาก SOTE และ DWP ของเครื่องเติมอากาศ ตามลำดับ ดังนั้นจึงใช้ดัชนีการใช้พลังงานในการเติมอากาศ J (kPa·h/g) ซึ่งแสดงถึงผลรวมของ SOTE และ DWP เพื่อประเมินประสิทธิภาพของเครื่องเติมอากาศ ซึ่งหมายถึงการสูญเสียแรงดันที่เครื่องเติมอากาศต้องเอาชนะต่อหน่วยมวลออกซิเจนที่ถ่ายโอน J คำนวณจากความชันของการถดถอยเชิงเส้นพอดีระหว่าง DWP/SOTE และอัตราการไหลของอากาศ (AFR) ดังแสดงในสมการต่อไปนี้:
ที่ไหน:
เอเอฟอาร์คือ อัตราการไหลของอากาศ m³/h;
ρอากาศคือความหนาแน่นของอากาศ คิดเป็น 1.29 × 10³ g/m³ ที่ 20 องศา
yO2คือปริมาณออกซิเจนในอากาศ โดยคิดเป็น 0.23 g O₂/g อากาศ
2 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
2.1 ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนของเครื่องเติมอากาศใหม่ เก่า และเครื่องเติมอากาศที่ทำความสะอาด
รูปที่ 3แสดง SOTE และ DWP ของเครื่องเติมอากาศที่อัตราการไหลของอากาศที่แตกต่างกัน
จากรูปที่ 3(a) และ (b) ค่า SOTE สำหรับท่อ HDPE และท่อ EPDM ใหม่คือ (7.36±0.53)% และ (9.68±1.84)% ตามลำดับ ท่อ EPDM จะสร้างฟองอากาศขนาดเล็กลงโดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะที่มากขึ้น ส่งผลให้พื้นที่สัมผัสของของเหลว-ของก๊าซเพิ่มขึ้นและเวลาคงตัว ส่งผลให้ SOTE สูงขึ้น SOTE ของเครื่องเติมอากาศทั้งสองเครื่องลดลงเมื่อ AFR เพิ่มขึ้น เนื่องจาก AFR ที่สูงขึ้นจะเพิ่มจำนวนฟองและความเร็วเริ่มต้น ทำให้เกิดการชนกันของฟองมากขึ้น และการก่อตัวของฟองอากาศที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการถ่ายโอนออกซิเจนจากก๊าซไปยังสถานะของเหลว SOTE ของท่อ EPDM มีแนวโน้มลดลงอย่างเห็นได้ชัดมากขึ้นด้วยการเพิ่ม AFR เมื่อเปรียบเทียบกับท่อ HDPE เนื่องจากรูขุมขนของเครื่องเติมอากาศ HDPE มีความแข็งและไม่เปลี่ยนแปลงตาม AFR ในขณะที่รูขุมขนของเครื่องเติมอากาศ EPDM มีความยืดหยุ่นและเปิดได้กว้างขึ้นด้วย AFR ที่เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดฟองอากาศที่ใหญ่ขึ้นและลด SOTE ลงอีก
หลังจากการดำเนินงานระยะยาว- SOTE ของท่อ HDPE ลดลงเหลือ (5.39±0.62)% ซึ่งลดลง 26.7% โดยมีสาเหตุหลักมาจากการสะสมของมลพิษที่อุดตันรูขุมขนและลดจำนวนรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างฟอง การขัดถูด้วยกลไกทำให้ SOTE ของท่อ HDPE เพิ่มขึ้นเป็น (5.59±0.66)% แต่การฟื้นตัวไม่มีนัยสำคัญ อาจเป็นเพราะมลพิษบนท่อ HDPE ไม่เพียงติดอยู่กับพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังสะสมอยู่ในรูขุมขนด้วย ทำให้ยากต่อการกำจัดโดยการขัดด้วยกลไก เจียงและคณะ พบว่า NaClO สามารถกำจัดมลพิษออกจากท่อ HDPE และฟื้นฟูประสิทธิภาพการเติมอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลังจากการทำความสะอาด NaClO แล้ว SOTE ของท่อ HDPE จะฟื้นตัวเป็น (6.14±0.63)% ซึ่งเป็น 83.4% ของระดับหลอดใหม่ ยังคงไม่สามารถฟื้นตัวได้เต็มที่ เนื่องจากการทำงานเป็นเวลานานเกินไป สารมลพิษจะเกาะแน่น เปลี่ยนแปลงโครงสร้างรูพรุน ขัดขวางการไหลเวียนของอากาศ เพิ่มการรวมตัวของฟองอากาศ ลดพื้นที่ผิวเฉพาะของฟองและเวลาที่อยู่อาศัย และขัดขวางการถ่ายโอนออกซิเจน ในขณะเดียวกัน การเปรอะเปื้อนทำให้การกระจายอากาศไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง
SOTE ของท่อ EPDM แบบเก่าลดลงเหลือ (9.06±1.75)% ซึ่งลดลง 6.4% นอกจากการอุดตันของรูพรุนจากการสะสมของมลพิษแล้ว การเปรอะเปื้อนทางชีวภาพยังใช้สารพลาสติไซเซอร์ในวัสดุ ทำให้เครื่องเติมอากาศแข็งตัวและทำให้รูพรุนเสียรูป รูขุมขนที่ผิดรูปไม่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ ทำให้เกิดฟองอากาศที่ใหญ่ขึ้นและลด SOTE การขัดด้วยกลไกทำให้ SOTE ของท่อ EPDM เพิ่มขึ้นเป็น (9.47±1.87)% ซึ่งเกือบจะคืนสู่ระดับของท่อใหม่ ซึ่งบ่งชี้ว่าสารมลพิษบนท่อ EPDM ติดแน่นกับพื้นผิวอย่างหลวมๆ และส่วนใหญ่สามารถกำจัดออกได้โดยการขัดด้วยกลไก
จากรูปที่ 3(c) และ (d) DWP ของท่อ EPDM ใหม่คือ (6.47±0.66) kPa ซึ่งสูงกว่าท่อ HDPE ใหม่อย่างมีนัยสำคัญ [(1.47±0.49) kPa] เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนของท่อ EPDM มีขนาดเล็กกว่าท่อ HDPE ส่งผลให้มีความต้านทานมากขึ้นเมื่อฟองอากาศถูกบีบผ่าน หลังจากการดำเนินงานระยะยาว- DWP ของท่อ HDPE เก่าเพิ่มขึ้นเป็น (4.36±0.56) kPa หรือ 2.97 เท่าของหลอดใหม่ การเพิ่มขึ้นของ DWP เกี่ยวข้องกับระดับของการอุดตันของรูพรุนและการเปลี่ยนแปลงของวัสดุ การขัดด้วยกลไกทำให้ค่า DWP ของท่อ HDPE ลดลงเหลือ 2.25 เท่าของหลอดใหม่ การทำความสะอาด NaClO ยังลดลงเหลือ (2.04±0.45) kPa หรือ 1.39 เท่าของหลอดใหม่ สิ่งนี้บ่งชี้อีกครั้งว่ามลพิษส่วนใหญ่บนท่อ HDPE สะสมอยู่ในรูขุมขน และไม่สามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการขัดด้วยกลไก ซึ่งจำเป็นต้องทำความสะอาด NaClO เพื่อคืนประสิทธิภาพ DWP ของท่อ EPDM เก่าเพิ่มขึ้นเป็น (8.10 ± 0.94) kPa, 1.25 เท่าของท่อใหม่ และลดลงเป็น 1.10 เท่าหลังจากการขัดถูด้วยกลไก
รูปที่ 4แสดงการเปลี่ยนแปลงของ DWP/SOTE (แสดงเป็น DWP') ด้วย AFR สำหรับเครื่องเติมอากาศ
สมการการถดถอยเชิงเส้นถูกนำมาใช้เพื่อให้พอดีกับ DWP' กับ AFR และได้รับพารามิเตอร์การใช้พลังงาน J จากความชัน ค่า J สำหรับท่อ HDPE และท่อ EPDM ใหม่คือ 0.064 และ 0.204 kPa·h/g ตามลำดับ ซึ่งบ่งชี้ว่าต่อหน่วยมวลของออกซิเจนที่ถ่ายโอน ท่อ EPDM จะต้องเอาชนะการสูญเสียแรงดันที่มากขึ้น ในขณะที่ทำการเปลี่ยน ค่า J สำหรับท่อ HDPE และ EPDM เพิ่มขึ้นเป็น 0.251 และ 0.274 kPa·h/g ตามลำดับ การเปรอะเปื้อนของเครื่องเติมอากาศที่นำไปสู่การสูญเสียแรงดันที่เพิ่มขึ้นอาจส่งผลต่อการทำงานที่ปลอดภัยของโบลเวอร์ หลังจากการขัดถูด้วยกลไก ค่า J สำหรับท่อ HDPE และ EPDM ลดลงเหลือ 0.184 และ 0.237 kPa·h/g ตามลำดับ การเปลี่ยนแปลงใน J สามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณของมลพิษจากเครื่องเติมอากาศ ความแตกต่างระหว่าง J ระหว่างท่อเก่าและท่อขัดแบบกลไกนั้นเกิดจากการเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับได้ทางกายภาพ ความแตกต่างระหว่างท่อขัดถูด้วยกลไกและท่อใหม่มีสาเหตุมาจากการเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพ ความแตกต่างระหว่างท่อที่ขัดด้วยกลไกและท่อที่ทำความสะอาดด้วยสารเคมีนั้นเกิดจากการเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับได้ด้วยสารเคมี ในขณะที่ความแตกต่างระหว่างท่อที่ทำความสะอาดด้วยสารเคมีและท่อใหม่นั้นเกิดจากการเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถกู้คืนได้ รูปที่ 5 แสดงการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์การใช้พลังงาน J สำหรับเครื่องเติมอากาศ
จากรูปที่ 5สำหรับท่อ HDPE ความเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับได้ทางกายภาพและไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพคิดเป็น 35.8% และ 64.2% ของการเปรอะเปื้อนทั้งหมดตามลำดับ ภายในความเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพ ความเปรอะเปื้อนที่ย้อนกลับทางเคมีและไม่สามารถกู้คืนได้คิดเป็น 42.8% และ 21.4% ตามลำดับ สำหรับท่อ EPDM ความเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับได้ทางกายภาพและไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพคิดเป็น 52.9% และ 47.1% ตามลำดับ การเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถกู้คืนได้จะไม่ปรากฏขึ้นในตอนแรกแต่จะสะสมเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งท้ายที่สุดจะเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของเครื่องเติมอากาศ ดังนั้น ควรกำหนดตารางการทำความสะอาดที่เหมาะสมเพื่อชะลอการเปลี่ยนจากการเปรอะเปื้อนแบบย้อนกลับไปสู่การเปรอะเปื้อนแบบย้อนกลับไม่ได้ และลดการสะสมของการเปรอะเปื้อนที่ไม่สามารถกู้คืนได้
2.2 การสังเกต SEM เครื่องเติมอากาศใหม่ เก่า และเครื่องเติมอากาศที่ทำความสะอาด
รูปที่ 6แสดงภาพ SEM ของพื้นผิวของเครื่องเติมอากาศทั้งเก่าและใหม่ที่มีการขัดถูด้วยกลไก โครงสร้างที่มีรูพรุนของท่อ HDPE ใหม่นั้นมองเห็นได้ชัดเจน ในขณะที่พื้นผิวของท่อ EPDM ใหม่นั้นเรียบและมีรูพรุนที่สะอาด- หลังจากใช้งานมานานหลายปี สัณฐานวิทยาของพื้นผิวของเครื่องเติมอากาศทั้งสองเครื่องก็เปลี่ยนไปอย่างมาก มลพิษที่มีลักษณะคล้ายแท่งและบล็อกที่ไม่เท่ากัน-ปกคลุมพื้นผิวทั้งหมด โดยมีมลพิษรวมตัวกันอยู่รอบๆ และภายในรูขุมขน ขัดขวางการถ่ายโอนออกซิเจนและเพิ่มการสูญเสียแรงดัน หลังจากการขัดถูด้วยกลไก มลพิษส่วนใหญ่บนพื้นผิวท่อ EPDM จะถูกกำจัดออกไป แต่รูขุมขนยังคงอุดตันอยู่ สำหรับท่อ HDPE ความหนาของชั้นมลพิษลดลงแต่รูขุมขนยังปิดอยู่
2.3 การวิเคราะห์การเปรอะเปื้อนอนินทรีย์ของเครื่องเติมอากาศใหม่ เก่า และเครื่องเติมอากาศที่ทำความสะอาดแล้ว
EDX ถูกใช้เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบองค์ประกอบหลักของพื้นผิวเครื่องเติมอากาศเพิ่มเติม โดยแสดงผลลัพธ์ไว้ในตารางที่ 2. ตรวจพบคาร์บอน ออกซิเจน เหล็ก ซิลิคอน และแคลเซียมบนพื้นผิว HDPE และ EPDM ท่อ HDPE ยังมีแมกนีเซียม ในขณะที่ท่อ EPDM มีอลูมิเนียม โดยอนุมานได้ว่าสารมลพิษอนินทรีย์บนท่อ HDPE ได้แก่ ซิลิคอนไดออกไซด์ แคลเซียมคาร์บอเนต แมกนีเซียมคาร์บอเนต และเหล็กฟอสเฟต ในขณะที่สารมลพิษบนท่อ EPDM คือซิลิคอนไดออกไซด์และอะลูมิเนียมออกไซด์ การตกตะกอนของอนินทรีย์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของไอออนอนินทรีย์จากน้ำเสียชุมชนและตะกอนเร่งถึงความอิ่มตัวบนพื้นผิวเครื่องเติมอากาศ หลังจากการขัดถูด้วยกลไก องค์ประกอบอนินทรีย์บนพื้นผิวเครื่องเติมอากาศมีความแตกต่างกันเล็กน้อยเมื่อเทียบกับท่อแบบเก่า ซึ่งบ่งชี้ว่าการขัดด้วยกลไกไม่สามารถกำจัดมลพิษอนินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ คิม และคณะ พบว่าหลังจากดำเนินการเป็นเวลานาน- มลพิษอนินทรีย์จะถูกปกคลุมไปด้วยมลพิษอินทรีย์ ซึ่งเกาะติดแน่นกับพื้นผิวและภายในรูขุมขน ทำให้ยากต่อการกำจัดโดยการขัดด้วยกลไก
หลังจากการทำความสะอาด HCl ไอออนของโลหะบนพื้นผิวเครื่องเติมอากาศจะถูกกำจัดออกจนหมด HCl กัดกร่อนส่วนหนึ่งของชั้นอินทรีย์ที่ปกคลุมพื้นผิว ทะลุเข้าไป และทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะ เพื่อกำจัดตะกอนอนินทรีย์ผ่านการทำให้เป็นกลางและการสลายตัว สารละลายทำความสะอาด HCl ที่ใช้ในการแช่เครื่องเติมอากาศได้รับการวิเคราะห์โดย ICP เพื่อคำนวณปริมาณสารมลพิษอนินทรีย์ ปริมาณ Ca, Mg และ Fe สำหรับหลอด HDPE อยู่ที่ 18.00, 1.62 และ 13.90 มก./ซม.² ตามลำดับ ในขณะที่สำหรับหลอด EPDM ปริมาณ Ca, Al และ Fe อยู่ที่ 9.55, 1.61 และ 3.38 มก./ซม.² ตามลำดับ
2.4 การวิเคราะห์การเปรอะเปื้อนแบบอินทรีย์ของเครื่องเติมอากาศใหม่ เก่า และเครื่องเติมอากาศที่ทำความสะอาดแล้ว
ในการตรวจสอบการกระจายตัวของสารมลพิษอินทรีย์ในเชิงปริมาณ ซอฟต์แวร์ Image J ถูกนำมาใช้ในการคำนวณอัตราส่วนปริมาตรทางชีวภาพและสารตั้งต้นของเซลล์ทั้งหมด โพลีแซ็กคาไรด์ และโปรตีนจากไมโครกราฟ CLSM โดยใช้ค่าเฉลี่ยเป็นผลลัพธ์สุดท้าย (รูปที่ 7).
จากรูปที่ 7(a) โปรตีนและเซลล์ทั้งหมดเป็นองค์ประกอบหลักของมลพิษอินทรีย์บนท่อ HDPE และ EPDM ตามลำดับ โดยมีปริมาตรรวมสูงสุดถึง 7.66×10⁵ และ 7.02×10⁵ μm³ ปริมาตรเซลล์ทั้งหมดบนท่อ EPDM อยู่ที่ 2.5 เท่าของปริมาตรบนท่อ HDPE ซึ่งสอดคล้องกับการค้นพบของ Garrido-Baserba และคณะ ซึ่งรายงานความเข้มข้นของ DNA ทั้งหมดที่สูงขึ้นในเครื่องเติมอากาศ EPDM แบบเก่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆ Wanger และคณะ พบว่าเมื่อจุลินทรีย์เกาะติดกับท่อ EPDM หากสภาพแวดล้อมโดยรอบขาดสารตั้งต้นอินทรีย์เพียงพอ ก็หันมาใช้พลาสติไซเซอร์เมมเบรน EPDM จุลินทรีย์สามารถใช้พลาสติไซเซอร์เป็นแหล่งคาร์บอน เร่งการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ ดังนั้นจึงเพิ่มความเปรอะเปื้อนทางชีวภาพบนพื้นผิว EPDM ปริมาณโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนบนท่อ EPDM ต่ำกว่าปริมาณในท่อ HDPE มาก อาจเนื่องมาจากอายุตะกอนในพืช B สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับพืช A ส่งผลให้ความเข้มข้นของสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) ลดลง เนื่องจากส่วนประกอบหลักของ EPS โปรตีนและโพลีแซ็กคาไรด์ที่ถูกหลั่งโดยจุลินทรีย์จึงกลายเป็นแหล่งสำคัญของมลพิษอินทรีย์บนพื้นผิวท่อ HDPE ในโรงงาน A
หลังจากการขัดถูด้วยกลไก ปริมาณของเซลล์ทั้งหมด โพลีแซ็กคาไรด์ และโปรตีนบนท่อ HDPE ลดลง 1.49×10⁵, 0.13×10⁵ และ 1.33×10⁵ μm³ ตามลำดับ บนท่อ EPDM การลดลงที่สอดคล้องกันคือ 2.20×10⁵, 1.88×10⁵ และ 2.38×10⁵ μm³ ตามลำดับ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการขัดด้วยกลไกสามารถลดการเปรอะเปื้อนแบบอินทรีย์ได้ในระดับหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม สำหรับท่อ HDPE พื้นที่ครอบคลุมของสารตั้งต้นของโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนเพิ่มขึ้นหลังจากการขัดถูด้วยกลไก-จาก 2.75% และ 6.28% เป็น 4.67% และ 7.09% ตามลำดับ [รูปที่ 7(b)] สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) มีความหนืดสูง ด้วยเหตุนี้ การขัดถูด้วยกลไกจึงส่งผลต่อต้านการแพร่กระจายของโปรตีน โพลีแซ็กคาไรด์ และมลพิษอนินทรีย์ในวงกว้างมากขึ้นทั่วพื้นผิวของท่อ HDPE ส่งผลให้ครอบคลุมพื้นที่มากขึ้น สิ่งนี้น่าจะอธิบายได้ว่าทำไมการขัดด้วยกลไกจึงล้มเหลวในการคืนประสิทธิภาพการเติมอากาศของท่อ HDPE อย่างมีนัยสำคัญ
หลังจากการทำความสะอาด NaClO เซลล์ทั้งหมด โพลีแซ็กคาไรด์ และโปรตีนบนท่อ HDPE ลดลง 2.34×10⁵, 3.42×10⁵ และ 4.53×10⁵ μm³ ตามลำดับ ซึ่งแสดงประสิทธิภาพการกำจัดที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าการขัดถูด้วยกลไก NaClO ออกซิไดซ์กลุ่มเชิงฟังก์ชันของสารมลพิษอินทรีย์ให้เป็นคีโตน อัลดีไฮด์ และกรดคาร์บอกซิลิก เพิ่มความสามารถในการชอบน้ำของสารประกอบต้นกำเนิด และลดการเกาะติดของสารมลพิษกับเครื่องเติมอากาศ นอกจากนี้ ตะกอนฟล็อคและคอลลอยด์ยังสามารถย่อยสลายโดยสารออกซิแดนท์ให้เป็นอนุภาคละเอียดและอินทรียวัตถุที่ละลายได้
3 ข้อสรุป
①ค่า SOTE สำหรับท่อ HDPE และท่อ EPDM ใหม่คือ (7.36±0.53)% และ (9.68±1.84)% ตามลำดับ SOTE ของท่อ EPDM มีแนวโน้มลดลงอย่างเห็นได้ชัดมากขึ้นด้วยการเพิ่ม AFR เมื่อเปรียบเทียบกับท่อ HDPE เนื่องจากรูขุมขนของเครื่องเติมอากาศ HDPE มีความแข็งและไม่เปลี่ยนแปลงตาม AFR ในขณะที่รูขุมขนของเครื่องเติมอากาศ EPDM มีความยืดหยุ่นและเปิดได้กว้างขึ้นด้วย AFR ที่เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดฟองอากาศที่ใหญ่ขึ้นและลด SOTE ลงอีก
②เนื่องจากการสะสมของมลพิษบนพื้นผิวและรูพรุน ทำให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนของท่อ HDPE ลดลง 26.7% และการสูญเสียแรงดันเพิ่มขึ้นเป็น 2.97 เท่าของหลอดใหม่ เนื่องจากมลพิษส่วนใหญ่ในท่อ HDPE สะสมอยู่ในรูขุมขน การขัดถูด้วยกลไกจึงไม่มีประสิทธิภาพ หลังจากการทำความสะอาดด้วยสารเคมี SOTE ของท่อ HDPE กลับคืนสู่ระดับ 83.4% ของระดับหลอดใหม่ และ DWP ลดลงเหลือ 1.39 เท่าของหลอดใหม่ ซึ่งแสดงการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสะสมของสารมลพิษ ทำให้ไม่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้เต็มที่ สำหรับท่อ HDPE ความเปรอะเปื้อนที่สามารถพลิกกลับได้ทางกายภาพ ย้อนกลับทางเคมี และไม่สามารถกู้คืนได้คิดเป็น 35.8%, 42.8% และ 21.4% ตามลำดับ
③หลังจากการทำงานระยะยาว- ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจนของท่อ EPDM ลดลง 6.4% และการสูญเสียแรงดันเพิ่มขึ้นเป็น 1.25 เท่าของท่อใหม่ หลังจากการขัดถูด้วยกลไก ประสิทธิภาพการเติมอากาศของท่อ EPDM เกือบจะกลับคืนสู่ระดับของท่อใหม่ ซึ่งบ่งชี้ว่าสารมลพิษบนท่อ EPDM ติดแน่นกับพื้นผิวอย่างหลวมๆ และสามารถกำจัดออกได้มากโดยการขัดด้วยกลไก สำหรับท่อ EPDM ความเปรอะเปื้อนที่เปลี่ยนกลับได้ทางกายภาพและไม่สามารถย้อนกลับได้ทางกายภาพคิดเป็น 52.9% และ 47.1% ตามลำดับ
④โปรตีนเป็นองค์ประกอบหลักของสารมลพิษอินทรีย์บนท่อ HDPE ในขณะที่เซลล์ทั้งหมดเป็นองค์ประกอบหลักบนท่อ EPDM เนื่องจากจุลินทรีย์ใช้พลาสติไซเซอร์ในวัสดุ EPDM เป็นแหล่งคาร์บอน เร่งการเติบโตและการสืบพันธุ์ ดังนั้นจึงเพิ่มความเปรอะเปื้อนทางชีวภาพบนเครื่องเติมอากาศวัสดุ EPDM