door Stefanie Gregg
beluchting is al meer dan 40 jaar een primaire methode voor de behandeling van stedelijk en industrieel afvalwater. Het is een natuurlijke manier om de biologische zuurstofbehoefte (BOD) te controleren, de aërobe vertering van organische stoffen te maximaliseren en geuren te controleren. Als gevestigde technologie zullen beluchtingssystemen ook in de toekomst een rol blijven spelen. Is er echter een manier om de efficiëntie te verbeteren en de bedrijfskosten te verlagen?
sommige soorten beluchtingssystemen zijn inherent efficiënter. Het vergt minder energie om directe zuurstof (O2) te injecteren dan om volumes lucht in een beluchtingsbassin te duwen. Zelfs een middelgrote plant kan een miljoen liter of meer per dag behandelen, en banken van luchtblazers en oppervlakte-beluchters die continu in drie fasen bij 460V draaien, kunnen gemakkelijk kilowatt per uur verbruiken. Verder is het duidelijk waarom elektriciteit doorgaans goed is voor ongeveer 30 procent van de operationele kosten van een faciliteit.
dienovereenkomstig kunnen meerdere aanjagers de mogelijkheid van systeembrede pompstoringen verminderen. Afdichtingen falen, interne slijtage en pompefficiëntie degradeert na verloop van tijd, en tegelijkertijd kunnen organische en andere verontreinigingen zich binnen storten en de stroom van afvalwater in transportbuizen belemmeren. Sommige verontreinigingen kunnen ook corroderen apparatuur internals.
omdat blowers op verschillende tijdstippen slijten en uitvallen, kan het een moeilijke beslissing zijn om ze allemaal tegelijk te vervangen – een beslissing die een aanzienlijke kapitaalinvestering vereist met ondersteuning van het Hoger management of goedkeuring door de overheid. Volledige vervanging door oudere installaties kan noodzakelijk zijn of wanneer de algehele efficiëntie van de afvalwaterzuivering niet kan voldoen aan de groeiende vraag naar zuivering als gevolg van nieuwe ontwikkelingen of seizoensgebonden vraagfactoren. Dit kan gepaard gaan met de installatie van parallelle luchtstations om gelijke tred te houden met de vraag. In de meeste gevallen kan een O2 booster systeem een kosteneffectief alternatief bieden voor volledige vervanging of een waardevolle voorbehandeling aanvulling op een bestaand beluchtingssysteem.
vijf keer beter dan lucht
de overdracht van zuivere zuurstof kan verschillende problemen oplossen zonder dat een complexe constructie nodig is. Extra zuurstoftransport dekt de piekbehoeften, bijvoorbeeld in het geval van een verhoogde toevoer van afvalwater, een intensievere BOD/COD, stikstofconcentratie of grote schommelingen in de belasting van verontreiniging. In sommige gevallen willen de behandelingsinstanties om lokale milieuredenen overstappen op hogere zuiveringsnormen, anders kunnen nieuwe eisen aan bestaande behandelingssystemen de oorspronkelijke ontwerpcapaciteit overschrijden. Het kan ook nodig zijn om de capaciteit te verbeteren als gevolg van nieuwe ontwikkelingen in het gebied of gewoon willen verbeteren piekzuiveringscapaciteit tijdens en na stormen.
veel problemen in verband met de behandeling van stedelijk afvalwater zijn terug te voeren op onvoldoende oxygenatie, en een signaal van ontoereikende zuivering of anaërobe ontledingsprocessen zijn aanstootgevende geuren. Idealiter moeten planten vroegtijdig reageren op geuren en andere behandelingsproblemen om te voorkomen dat de behandelingsdoelstellingen worden overschreden of dat er klachten uit de gemeenschap ontstaan. Oxygenatiesystemen zijn van nature veel efficiënter dan directe beluchting met lucht die 79 procent stikstof en slechts ongeveer 21 procent zuurstof. Ook 100 procent zuurstof biedt ongeveer vijf keer de zuurstofcapaciteit van een geforceerde lucht systeem.
zuurstof kan op een aantal manieren in afvalwater worden geïnjecteerd. In aanvullende systemen kan het zuurstofinjectiesysteem worden geïnstalleerd als een voorbehandeling vóór primaire beluchting of vaker direct in een beluchtingslagune. Aanvullende oxygenatie is meestal het meest effectief in de buurt van de inlaat van het effluent, maar meerdere injectoren kunnen in een behandelingsvijver worden geplaatst om van meerdere zijden te behandelen om behandelingsdoelstellingen te bereiken. Bovendien kan een aanvullend systeem de eisen aan een primair beluchtingssysteem snel verminderen en kan het continu of alleen tijdens piekbelastingen worden uitgevoerd. Het zuurstofsysteem kan een lager gasvolume duwen, terwijl de efficiëntie van de behandeling veel hoger zal zijn. Een aanvullend systeem kan ook de vraag naar het primaire beluchtingssysteem verminderen en zo bijdragen tot lagere energie-en onderhoudskosten.
voordelen van Zuurstofboostersysteem
- snelle oplossing voor veel geurproblemen en behandelingsproblemen
- goedkope investeringen
- verbeterde behandelingsprestaties
- geoptimaliseerd zuurstoftransport en-gebruik
- weinig onderhoud
Fig. 1. Systeemdiagram.
een veel voorkomende methode van zuurstofinjectie voor gemeentelijke systemen is via speciale gasstralen (zie systeemdiagram Fig. 1). Figuur 2 toont een eigen set gasjets voor het SOLVOX® – V-systeem van Linde voor een gelijkmatige verdeling van met zuurstof verrijkt water. Jets zijn eenvoudig te installeren in bestaande lagunes of behandelingsstanks. De installatie omvat een zuurstofopslagtank, een regelsysteem en een verdamperunit die de vloeibare O2 omzet in lage druk zuurstofgas. Het systeem is ontworpen om te voldoen aan verwachte piekbelastingen, terwijl het besturingssysteem zuurstof meet om te voldoen aan onmiddellijke behandelingseisen en het totale zuurstofverbruik minimaliseert. Het systeem omvat ook toevoerleidingen voor elke oever van jets en een dompelblazer voor elke set.
Fig. 2. Een booster systeem met oxygenatie jets die minimale investering vereist, is eenvoudig te installeren en is ideaal voor beluchting behandeling lagunes.
een andere O2-afgiftemethode, die wordt gebruikt voor de behandeling van vooraf gescreende organische effluenten in grote zuiveringsbassins, wordt gebruikt door middel van zuurstofslangen of diffusiematten. Deze methode wordt vaker gebruikt als het primaire zuurstofbehandelingssysteem, maar het kan ook worden gebruikt als een aanvullend systeem om BOD in aërobe behandelingstanks beter te controleren. De speciaal ontworpen zuurstofslangen en diffusiematten zijn nuttig voor het maximaliseren van de aërobe activiteit in gematigde dieptetanks. Voor diepe 15-20 ft. tanks, een sidestream injectie is zuiniger.
Zuurstofslangen of diffusiematten injecteren O2 in een slingerende opstelling nabij de bodem van de tank. Zuurstof wordt geleverd bij druk beneden 100 psi en duwt door perforaties, waardoor duizenden kleine belletjes omhoog door de vloeistof (zie Fig. 3). De opwaartse stroom van opgeloste zuurstof voedt de aërobe spijsvertering en draagt ook bij aan de tankcirculatie. Een zuurstofslang of diffusiemat van 120 ft. van lineaire capaciteit kan ongeveer 300 perforaties per voet omvatten, en kan zuurstof overbrengen bij ongeveer 300 tot 800 scf/h, afhankelijk van afvalwaterbestanddelen, watertemperaturen en andere leverings-en diffusiefactoren. In combinatie met een feedbacksysteem, kan het monitoren van opgeloste zuurstofniveaus in de buurt van het tankoppervlak helpen de oxygenatie-efficiëntie te maximaliseren en een nuttige meter bieden voor het onderdrukken van geuren. Gasjets of diffusie mat oxygenatie systemen kunnen meestal worden geïnstalleerd in een kwestie van 1-2 dagen.
sommige gemeentelijke zuiveringsinstallaties omvatten denitrificatie, en oxygenatie kan een kosteneffectieve manier zijn om de efficiëntie van actief slib en andere denitrificatie-behandelingssystemen te verhogen. Naast de bovengenoemde methoden kan zuurstof rechtstreeks in drukleidingen worden geïnjecteerd als effluenten naar of uit een zuiveringstank stromen. Speciale sferische sproeiers kunnen ook verstopping voorkomen, en het type en de plaatsing van zuurstofinjectie kan variëren afhankelijk van het type en de configuratie van het systeem. Nogmaals, een extra zuurstof booster systeem is relatief eenvoudig om achteraf te installeren. Denitrificatie is ook vermeldenswaard, aangezien andere toepassingen van oxygenatie voor plaatsplanning moeten worden overwogen.
Fig. 3. Hoge zuiverheid zuurstofbellen door geperforeerde behandeling slangen om beluchting efficiëntie te stimuleren.Oxygenatiesystemen vereisen een constante toevoer van zuurstof van industriële kwaliteit, maar hebben weinig of geen bewegende delen. De enige externe energie is gewijd aan het besturingssysteem (en blowers voor gestoten zuurstof), dus oxygenatie gebruikt slechts een fractie van de energie van een gelijkwaardig beluchtingssysteem. Zuurstof met hoge zuiverheid (meestal > 99,5%) minimaliseert slijtage aan de binnenkant van het toedieningssysteem en zorgt voor consistente behandelingsprestaties.
gemeentelijke zuiveringsinstallaties kunnen eigenaar of huurder zijn van de on-site zuurstoftanks, en gecertificeerde zuurstof wordt geleverd door middel van een jaarlijkse of meerjarige overeenkomst met een primaire industriële gasleverancier. Leveringsregelingen kunnen pijpleidingen voor grote gemeentelijke systemen of telemetrische tankbewakingssystemen omvatten, zodat leveringen automatisch kunnen worden gepland wanneer vloeibaar gemaakte zuurstof onder een bepaald opslagniveau daalt.
kortom, zuurstofverhogende systemen bieden een snelle manier om de behandelingsprestaties aanzienlijk te verbeteren en de levensduur van bestaande compressoren en luchtgebaseerde systemen te verlengen. Een on-site Beoordeling en BOD testen kunnen bestaande flow en behandeling parameters te bepalen, evenals de eisen voor een zuurstof booster systeem te definiëren. Terwijl oxygenatiesystemen soms worden gebruikt in rescue behandeling, de beste tijd om een booster systeem te installeren is voordat seizoensgebonden pieken en ruim voordat de bestaande capaciteit wordt overschreden.
over de Auteur: Stefanie Gregg is Application Sales Engineer bij Linde met meer dan 13 jaar technische ervaring in industriële en gemeentelijke water/afvalwaterzuivering. Ze assisteert regelmatig waterbehandelingsprofessionals in de VS. bij het evalueren van systemen voor procesverbetering en het ontwikkelen van strategieën voor piekefficiëntie. Gregg behaalde een BS graad in Chemical Engineering aan de Drexel University.Over Linde: Linde is de grootste commerciële leverancier van CO2 in Noord-Amerika met een uitgebreid landelijk distributienetwerk. Het bedrijf biedt ook zuurstof (O2) en ozon (O3) gasoplossingssystemen voor waterbehandeling. Het Waterbehandelingsteam van Linde beoordeelt de uitdagingen van de behandeling en ontwikkelt complete technische oplossingen voor de opslag, dosering en injectie van gassen. Voor meer informatie, bezoek Linde op www.lindewatertreatment.com of bel 800-755-9277.