Karakterisering van vervuiling en herstel van beluchtingsprestaties van diffusors met fijne -poriën in afvalwaterzuiveringsinstallaties
Als cruciale stap in het actiefslibproces van gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties (RWZI's) zorgt beluchting voor zuurstoftoevoer niet alleen voor voldoende zuurstof om de fundamentele levensactiviteiten van micro-organismen te ondersteunen, maar houdt het ook het slib in suspensie, waardoor de adsorptie en verwijdering van verontreinigende stoffen wordt vergemakkelijkt. Beluchting is ook de meest energieverbruikende eenheid- in waterzuiveringsinstallaties, goed voor 45% tot 75% van het totale energieverbruik van de installatie. Daarom hebben de prestaties van het beluchtingssysteem rechtstreeks invloed op de zuiveringsefficiëntie en de operationele kosten van de zuiveringsinstallatie. Beluchtingsapparatuur is een belangrijk onderdeel van het beluchtingssysteem, waarbij beluchters met fijne bellen het meest worden gebruikt in gemeentelijke waterzuiveringsinstallaties vanwege hun hoge zuurstofoverdrachtsrendement (OTE). Bij langdurig gebruik op de -termijn hopen zich echter onvermijdelijk verontreinigende stoffen op aan het oppervlak en in de poriën van de beluchters. Om de kwaliteit van het afvalwater te garanderen, is extra luchttoevoer door ventilatoren nodig, wat leidt tot een hoger energieverbruik. Bovendien verergert vervuiling de verstopping van de poriën en verandert het materiaal van de beluchter. Het drukverlies (dynamische natte druk, DWP) van de onderdelen van de beluchter neemt toe bij langdurig gebruik, waardoor de uitlaatluchtdruk van de ventilator toeneemt en er nog meer energie wordt verspild.
Verontreinigende stoffen die zich ophopen op het oppervlak en in de poriën van beluchters met fijne bellen omvatten biologische, organische en anorganische vervuiling. Organische vervuiling is het gevolg van de adsorptie en precipitatie van organisch materiaal en de afzetting van microbiële afscheidingen. Anorganische vervuiling bestaat doorgaans uit chemische neerslagen gevormd door polyvalente kationen, zoals metaaloxiden. Op basis van de vraag of ze door fysieke reiniging kunnen worden verwijderd, kunnen verontreinigende stoffen worden gecategoriseerd als fysiek omkeerbare of fysiek onomkeerbare vervuiling. Fysisch omkeerbare vervuiling kan worden verwijderd met eenvoudige fysieke methoden, zoals mechanisch schrobben, omdat deze verontreinigende stoffen losjes aan het beluchtingsoppervlak zijn gehecht. Fysisch onomkeerbare vervuiling kan niet worden geëlimineerd door fysieke reiniging en vereist een grondigere chemische reiniging. Binnen de fysisch onomkeerbare vervuiling worden verontreinigende stoffen die door chemische reiniging kunnen worden verwijderd, chemisch omkeerbare vervuiling genoemd, terwijl de verontreinigende stoffen die zelfs door chemische reiniging niet kunnen worden verwijderd, als onherstelbare vervuiling worden beschouwd.
Momenteel omvatten de in eigen land gebruikte fijne bellenbeluchters traditionele rubbermaterialen zoals ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM) en nieuwere materialen zoals hoge-dichtheidspolyethyleen (HDPE). De gasdistributielaag van HDPE-beluchters wordt gevormd door de binnenste luchttoevoerleiding te coaten met gesmolten polymeer, met poriediameters van ongeveer (4,0 ± 0,5) mm. HDPE biedt goede chemische, mechanische en slagvaste eigenschappen en een lange levensduur. De poriegroottes zijn echter inconsistent en ongelijk verdeeld, waardoor ze gevoelig zijn voor afzetting van verontreinigende stoffen. EPDM-materiaal is zeer flexibel, met poriën die ontstaan door mechanisch snijden. EPDM-beluchters hebben een hoger aantal poriën per oppervlakte-eenheid, waardoor kleinere belletjes ontstaan (minimaal 0,5 mm). De hydrofiele aard van het rubbermembraan bevordert ook de vorming van bellen. Micro-organismen hebben echter de neiging zich te hechten en te groeien op EPDM-oppervlakken, waarbij weekmakers als substraat worden gebruikt. Tegelijkertijd zorgt het verbruik van weekmakers ervoor dat het beluchtingsmateriaal uithardt, wat uiteindelijk leidt tot vermoeiingsschade en een kortere levensduur. Daarom is het noodzakelijk om de accumulatiepatronen van verontreinigende stoffen op deze twee materialen en de daaruit voortvloeiende veranderingen in de efficiëntie van de zuurstofoverdracht en het drukverlies te onderzoeken.
In dit onderzoek werden fijne bellenbeluchters na jarenlang gebruik vervangen door twee gemeentelijke waterzuiveringsinstallaties met vergelijkbare procesomstandigheden als proefpersonen. Verontreinigende stoffen op de beluchters werden laag voor laag geëxtraheerd en gekarakteriseerd om hun belangrijkste componenten te identificeren. Op basis hiervan werd de effectiviteit van reinigingsmethoden bij het herstellen van de zuurstofoverdrachtsefficiëntie van de beluchters geëvalueerd, met als doel fundamentele gegevens en technische referenties te verschaffen voor de geoptimaliseerde en stabiele werking van fijne bellenbeluchtingssystemen op lange termijn.
1 Materialen en methoden
1.1 Inleiding tot de afvalwaterzuiveringsinstallaties
Beide afvalwaterzuiveringsinstallaties bevinden zich in Shanghai en gebruiken het anaërobe-Anoxische-Oxische (AAO)-proces als kernbehandeling. AWZI A maakt gebruik van een vortex-gritkamer + conventioneel AAO + hoog-efficiënt vezelfilter + UV-desinfectieproces. AWZI B maakt gebruik van een beluchte zandkamer + conventionele AAO + hoog-efficiënte sedimentatietank + UV-desinfectieproces. Beide installaties voldoen stabiel aan de klasse A-norm van de "Lozingsnorm voor verontreinigende stoffen voor gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties" (GB 18918-2002). Specifieke ontwerp- en operationele parameters worden weergegeven inTabel 1.
1.2 Extractie en karakterisering van verontreinigende stoffen in de beluchter
De bij de experimenten gebruikte fijne bellenbeluchters waren een buisvormige HDPE-beluchter (Ecopolemer, Oekraïne) verzameld bij fabriek A en een buisvormige EPDM-beluchter (EDI-FlexAir, VS) verzameld bij fabriek B. Foto's van beide zijn te zien inFiguur 1. De oude HDPE-buis was al 10 jaar in gebruik, met afmetingen D×L=120 mm×1000 mm en een poriediameter van (4±0,50) mm, die fijne belletjes van 2~5 mm kon produceren. De oude EPDM-buis was al drie jaar in gebruik, met afmetingen D×L=91 mm×1003 mm, en produceerde fijne belletjes van 1,0~1,2 mm, met een minimale beldiameter van 0,5 mm.
De oude HDPE- en EPDM-buizen werden uit de aërobe tanks gehaald, op huishoudfolie gelegd en gespoeld met gedeïoniseerd water. Mechanisch schrobben werd uitgevoerd met behulp van een vlam-gesteriliseerd mes om verontreinigende stoffen die aan het oppervlak van de beluchter vastzaten, af te schrapen.
Om de impact van vervuiling op de zuurstofoverdrachtsprestaties verder te bestuderen, werd chemische reiniging op de HDPE-buis uitgevoerd. Na mechanisch wassen werd de HDPE-buis gedurende 24 uur gedrenkt in respectievelijk 5% HCl- en 5% NaClO-oplossingen. De oude buizen, mechanisch geschrobde buizen en chemisch gereinigde buizen werden gedurende 60 uur gedroogd in een oven van 60 graden (model XMTS-6000). Hun oppervlakken werden vervolgens onderzocht met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM, model JSM-7800F, Japan), energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDX, Oxford Instruments, VK) en confocale laserscanmicroscopie (CLSM, model TCS SP8, Duitsland). De HCl-reinigingsoplossing werd gefilterd door een membraan van 0,45 μm en kwantitatieve analyse van polyvalente kationen (waaronder Ca-, Mg-, Al-, Fe-ionen, enz.) werd uitgevoerd met behulp van inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectrometrie (ICP, model ICPS-7510, Japan). Omdat HCl en NaClO denaturatie en veroudering van het EPDM-membraan kunnen veroorzaken, is er geen chemische reiniging op de EPDM-buis uitgevoerd. De EPDM-buis werd in membraanstukken van 5 cm x 5 cm gesneden en in HCl gedrenkt voor kwantitatieve analyse van polyvalente kationen in de oplossing.
1.3 Testapparatuur en methode voor de zuurstofoverdrachtsprestaties van de beluchter
De zuurstofoverdrachtsprestaties van de fijne bellenbeluchters zijn getest volgens de "Determination of Clean Water Oxygen Transfer Performance of Fine Bubble Aerators" (CJ/T 475-2015). De testopstelling is weergegeven inFiguur 2.
Het apparaat is een roestvrijstalen- stalen structuur van 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m, met kijkvensters van organisch glas aan beide zijden. De beluchter werd middenonder bevestigd met behulp van een metalen steun, met een onderdompelingsdiepte van 1,0 m. Er werd een waterkwaliteitsanalysator met meerdere-parameters (Hach HQ30D, VS) gebruikt om de concentratie opgeloste zuurstof (DO) in realtime- te monitoren. Watervrij natriumsulfiet werd gebruikt als deoxygenatiemiddel en kobaltchloride als katalysator. De manometerwaarde vertegenwoordigde de dynamische natte druk van de beluchter (DWP, kPa). Meetresultaten werden gecorrigeerd voor temperatuur, zoutgehalte en DO. De gestandaardiseerde zuurstofoverdrachtsefficiëntie (SOTE, %) werd gebruikt als evaluatie-index.
Het energieverbruik van de ventilator houdt verband met zowel het luchttoevoerdebiet als de uitlaatluchtdruk, die respectievelijk worden beïnvloed door de SOTE en DWP van de beluchter. Daarom werd een beluchtingsenergieverbruiksindex J (kPa·h/g), die het gecombineerde effect van SOTE en DWP weergeeft, gebruikt om de prestaties van de beluchter te beoordelen. Het wordt gedefinieerd als het drukverlies dat de beluchter moet overwinnen per massa-eenheid overgebrachte zuurstof. J wordt berekend op basis van de helling van de lineaire regressie-aanpassing tussen DWP/SOTE en het luchtdebiet (AFR), zoals weergegeven in de volgende vergelijking:
Waar:
AFRis het luchtdebiet, m³/u;
ρluchtis de luchtdichtheid, genomen als 1,29 × 10³ g/m³ bij 20 graden;
yO2is het zuurstofgehalte in de lucht, uitgedrukt als 0,23 g O₂/g lucht.
2 Resultaten en analyse
2.1 Zuurstofoverdrachtsprestaties van nieuwe, oude en gereinigde beluchters
Figuur 3toont de SOTE en DWP van de beluchters bij verschillende luchtdebieten.
Uit Figuren 3(a) en (b) blijkt dat de SOTE-waarden voor de nieuwe HDPE- en nieuwe EPDM-buizen respectievelijk (7,36±0,53)% en (9,68±1,84)% waren. De EPDM-buis produceert kleinere bellen met een groter specifiek oppervlak, waardoor het gas-vloeistofcontactoppervlak en de verblijftijd toenemen, wat resulteert in een hogere SOTE. De SOTE van beide beluchters nam af met toenemende AFR, omdat een hogere AFR het aantal bellen en de beginsnelheid verhoogt, wat leidt tot meer belbotsingen en de vorming van grotere bellen, wat de zuurstofoverdracht van de gas- naar de vloeistoffase belemmert. De SOTE van de EPDM-buis vertoonde een meer uitgesproken dalende trend bij toenemende AFR vergeleken met de HDPE-buis. Dit komt omdat de poriën van de HDPE-beluchter stijf zijn en niet veranderen bij AFR, terwijl de poriën van de EPDM-beluchter flexibel zijn en wijder opengaan bij verhoogde AFR, waardoor grotere bellen worden gevormd en SOTE verder wordt verminderd.
Na langdurig gebruik op de -termijn daalde de SOTE van de HDPE-buis tot (5,39±0,62)%, een reductie van 26,7%, voornamelijk als gevolg van de accumulatie van verontreinigende stoffen die de poriën verstopte en het aantal effectieve poriën voor het genereren van bellen verminderde. Mechanisch wassen verhoogde de SOTE van de HDPE-buis tot (5,59 ± 0,66)%, maar het herstel was niet significant, mogelijk omdat verontreinigende stoffen op de HDPE-buis niet alleen aan het oppervlak waren gehecht, maar ook in de poriën werden afgezet, waardoor ze moeilijk te verwijderen waren door mechanisch wassen. Jiang et al. ontdekte dat NaClO effectief verontreinigende stoffen uit HDPE-buizen kan verwijderen en hun beluchtingsprestaties kan herstellen. Na NaClO-reiniging herstelde de SOTE van de HDPE-buis zich tot (6,14 ± 0,63)%, wat 83,4% is van het niveau van de nieuwe buis, en kon zich nog steeds niet volledig herstellen. Dit komt omdat bij langdurig gebruik de verontreinigende stoffen stevig vast komen te zitten, waardoor de poriënstructuur verandert, de luchtstroom wordt belemmerd, de coalescentie van de bellen toeneemt, het specifieke oppervlak en de verblijftijd van de bellen worden verminderd, en dus de zuurstofoverdracht wordt belemmerd. Tegelijkertijd veroorzaakt vervuiling een ongelijkmatige luchtverdeling, waardoor de algehele prestaties afnemen.
De SOTE van de oude EPDM-buis daalde naar (9,06±1,75)%, een reductie van 6,4%. Naast verstopping van de poriën door ophoping van verontreinigende stoffen, verbruikt biologische vervuiling ook weekmakers in het materiaal, waardoor de beluchter harder wordt en de poriën vervormen. De vervormde poriën kunnen niet terugkeren naar hun oorspronkelijke staat, waardoor grotere belletjes ontstaan en de SOTE daalt. Mechanisch wassen verhoogde de SOTE van de EPDM-buis tot (9,47 ± 1,87)%, waardoor deze bijna op het niveau van de nieuwe buis werd hersteld, wat aangeeft dat verontreinigende stoffen op de EPDM-buis losjes aan het oppervlak waren gehecht en grotendeels konden worden verwijderd door mechanisch wassen.
Uit figuren 3(c) en (d) blijkt dat de DWP van de nieuwe EPDM-buis (6,47±0,66) kPa was, aanzienlijk hoger dan die van de nieuwe HDPE-buis [(1,47±0,49) kPa]. Dit komt doordat de poriediameter van de EPDM-buis kleiner is dan die van de HDPE-buis, waardoor er een grotere weerstand ontstaat als er belletjes doorheen worden geperst. Na langdurig gebruik- nam de DWP van de oude HDPE-buis toe tot (4,36±0,56) kPa, 2,97 maal die van de nieuwe buis. De toename van de DWP houdt verband met zowel de mate van poriënverstopping als materiaalveranderingen. Mechanisch wassen verminderde de DWP van de HDPE-buis tot 2,25 maal die van de nieuwe buis. Door NaClO-reiniging werd dit verder teruggebracht tot (2,04 ± 0,45) kPa, 1,39 keer zoveel als bij de nieuwe buis. Dit geeft opnieuw aan dat de meeste verontreinigende stoffen op de HDPE-buis zich in de poriën afzetten en niet effectief konden worden verwijderd door mechanisch schrobben, waardoor NaClO-reiniging nodig was om de prestaties te herstellen. De DWP van de oude EPDM-buis nam toe tot (8,10 ± 0,94) kPa, 1,25 keer die van de nieuwe buis, en daalde tot 1,10 keer na mechanisch wassen.
Figuur 4toont de verandering van DWP/SOTE (aangeduid als DWP') met AFR voor de beluchters.
Er werd een lineaire regressievergelijking gebruikt om DWP' versus AFR te vergelijken, en de energieverbruiksparameter J werd verkregen uit de helling. De J-waarden voor de nieuwe HDPE- en nieuwe EPDM-buizen waren respectievelijk 0,064 en 0,204 kPa·h/g, wat aangeeft dat de EPDM-buis per massa-eenheid overgebrachte zuurstof een groter drukverlies moet overwinnen. Bij vervanging waren de J-waarden voor de HDPE- en EPDM-buizen gestegen naar respectievelijk 0,251 en 0,274 kPa·h/g. Vervuiling van de beluchter, wat leidt tot een groter drukverlies, kan de veilige werking van de ventilator beïnvloeden. Na mechanisch wassen daalden de J-waarden voor de HDPE- en EPDM-buizen tot respectievelijk 0,184 en 0,237 kPa·h/g. Veranderingen in J kunnen worden gebruikt voor kwantitatieve analyse van verontreinigende stoffen in de beluchter. Het verschil in J tussen de oude buis en de mechanisch geschrobde buis wordt veroorzaakt door fysiek omkeerbare vervuiling. Het verschil tussen de mechanisch geschrobde buis en de nieuwe buis wordt veroorzaakt door fysiek onomkeerbare vervuiling. Het verschil tussen de mechanisch gereinigde buis en de chemisch gereinigde buis wordt veroorzaakt door chemisch omkeerbare vervuiling, terwijl het verschil tussen de chemisch gereinigde buis en de nieuwe buis wordt veroorzaakt door onherstelbare vervuiling. Figuur 5 toont de veranderingen in de energieverbruiksparameter J voor de beluchters.
VanFiguur 5Voor de HDPE-buis waren fysiek omkeerbare en fysiek onomkeerbare vervuiling respectievelijk verantwoordelijk voor 35,8% en 64,2% van de totale vervuiling. Binnen de fysiek onomkeerbare vervuiling waren chemisch omkeerbare en onherstelbare vervuiling respectievelijk verantwoordelijk voor 42,8% en 21,4%. Voor de EPDM-buis was de fysiek omkeerbare en fysiek onomkeerbare vervuiling verantwoordelijk voor respectievelijk 52,9% en 47,1%. Onherstelbare vervuiling treedt in eerste instantie niet op, maar stapelt zich in de loop van de tijd op, wat uiteindelijk de levensduur van de beluchter bepaalt. Daarom moeten redelijke schoonmaakschema's worden opgesteld om de overgang van omkeerbare naar onomkeerbare vervuiling te vertragen en de accumulatie van onherstelbare vervuiling te minimaliseren.
2.2 SEM-observatie van nieuwe, oude en gereinigde beluchters
Figuur 6toont SEM-afbeeldingen van de oppervlakken van nieuwe, oude en mechanisch geschrobde beluchters. De poreuze structuur van de nieuwe HDPE-buis is duidelijk zichtbaar, terwijl het oppervlak van de nieuwe EPDM-buis glad is met zuiver-gesneden poriën. Na enkele jaren gebruik veranderde de oppervlaktemorfologie van beide beluchters aanzienlijk. Ongelijke staafachtige en blokvormige verontreinigende stoffen bedekten het oppervlak volledig, met aggregaten van verontreinigende stoffen rond en in de poriën, waardoor de zuurstofoverdracht werd belemmerd en het drukverlies toenam. Na mechanisch schrobben werden de meeste verontreinigingen van het oppervlak van de EPDM-buis verwijderd, maar de poriën bleven verstopt. Bij de HDPE-buis nam de dikte van de verontreinigende laag af, maar de poriën waren nog steeds bedekt.
2.3 Anorganische vervuilingsanalyse van nieuwe, oude en gereinigde beluchters
EDX werd gebruikt om de belangrijkste elementaire samenstelling van de beluchtingsoppervlakken verder te analyseren, met resultaten weergegeven inTabel 2. Koolstof, zuurstof, ijzer, silicium en calcium werden gedetecteerd op zowel HDPE- als EPDM-oppervlakken. De HDPE-buis bevatte ook magnesium, terwijl de EPDM-buis aluminium bevatte. Er wordt geconcludeerd dat anorganische verontreinigende stoffen op de HDPE-buis siliciumdioxide, calciumcarbonaat, magnesiumcarbonaat en ijzerfosfaat waren, terwijl die op de EPDM-buis siliciumdioxide en aluminiumoxide waren. Deze anorganische neerslagen ontstonden toen de concentraties van anorganische ionen uit gemeentelijk afvalwater en actief slib verzadiging bereikten op het oppervlak van de beluchter. Na mechanisch wassen vertoonden de anorganische elementen op de beluchtingsoppervlakken weinig verschil met de oude buizen, wat aangeeft dat mechanisch wassen de anorganische verontreinigende stoffen niet effectief kan verwijderen. Kim et al. ontdekte dat na langdurig gebruik-anorganische verontreinigende stoffen worden bedekt door organische verontreinigende stoffen, die zich stevig hechten aan het oppervlak en in de poriën, waardoor ze moeilijk te verwijderen zijn door mechanisch schrobben.
Na de HCl-reiniging werden de metaalionen op de beluchtingsoppervlakken volledig verwijderd. HCl corrodeerde een deel van de organische laag die het oppervlak bedekte, drong erin door en reageerde met metaalionen, waarbij anorganische neerslagen werden verwijderd door neutralisatie en ontbinding. De HCl-reinigingsoplossing die werd gebruikt voor het weken van de beluchters werd door ICP geanalyseerd om het gehalte aan anorganische verontreinigende stoffen te berekenen. De Ca-, Mg- en Fe-gehalten voor de HDPE-buis waren respectievelijk 18,00, 1,62 en 13,90 mg/cm², terwijl voor de EPDM-buis de Ca-, Al- en Fe-gehalten respectievelijk 9,55, 1,61 en 3,38 mg/cm² waren.
2.4 Analyse van organische vervuiling van nieuwe, oude en gereinigde beluchters
Om de verdeling van organische verontreinigende stoffen kwantitatief te onderzoeken, werd Image J-software gebruikt om het biovolume en de substraatdekkingsverhouding van het totale aantal cellen, polysachariden en eiwitten uit CLSM-microfoto's te berekenen, waarbij gemiddelden als eindresultaten werden genomen (Figuur 7).
Uit figuur 7(a) blijkt dat eiwitten en totale cellen de belangrijkste componenten van organische verontreinigende stoffen op respectievelijk de HDPE- en EPDM-buizen waren, met maximale totale volumes van 7,66 x 10⁵ en 7,02 x 10⁵ μm³. Het totale celvolume op de EPDM-buis was 2,5 maal dat van de HDPE-buis, wat consistent is met de bevindingen van Garrido-Baserba et al., die een hogere totale DNA-concentratie rapporteerden op oude EPDM-beluchters vergeleken met andere materialen. Wanger et al. ontdekten dat wanneer micro-organismen zich hechten aan EPDM-buizen en de omgeving onvoldoende organisch substraat mist, ze EPDM-membraanweekmakers gingen gebruiken. Micro-organismen kunnen weekmakers gebruiken als koolstofbron, waardoor de groei en reproductie worden versneld, waardoor de biologische vervuiling op het EPDM-oppervlak wordt versterkt. De polysaccharide- en eiwitgehalten op de EPDM-buis waren veel lager dan die op de HDPE-buis, mogelijk als gevolg van de hogere slibleeftijd in Plant B vergeleken met Plant A, wat leidde tot een lagere concentratie extracellulaire polymere stoffen (EPS). Als hoofdcomponenten van EPS werden eiwitten en polysachariden, uitgescheiden door micro-organismen, belangrijke bronnen van organische verontreinigende stoffen op het HDPE-buisoppervlak in fabriek A.
Na mechanisch wassen daalden de hoeveelheden totale cellen, polysachariden en eiwitten op de HDPE-buis met respectievelijk 1,49×10⁵, 0,13×10⁵ en 1,33×10⁵ μm³. Op de EPDM buis bedroegen de overeenkomstige afnames respectievelijk 2,20×10⁵, 1,88×10⁵ en 2,38×10⁵ μm³. Dit geeft aan dat mechanisch wassen de organische vervuiling tot op zekere hoogte kan verminderen.
Voor de HDPE-buis nam het substraatdekkingsgebied van polysachariden en eiwitten echter toe na mechanisch wassen-van 2,75% en 6,28% naar respectievelijk 4,67% en 7,09% [Figuur 7(b)]. Dit gebeurde omdat de extracellulaire polymere stoffen (EPS) een hoge viscositeit bezitten. Bijgevolg had mechanisch wassen het contraproductieve effect dat eiwitten, polysachariden en anorganische verontreinigende stoffen zich breder over het oppervlak van de HDPE-buis verspreidden, wat leidde tot een grotere dekking van het gebied. Dit verklaart waarschijnlijk waarom mechanisch wassen er niet in slaagde de beluchtingsefficiëntie van de HDPE-buis aanzienlijk te herstellen.
Na NaClO-reiniging daalde het totale aantal cellen, polysachariden en eiwitten op de HDPE-buis met respectievelijk 2,34×10⁵, 3,42×10⁵ en 4,53×10⁵ μm³, wat een aanzienlijk hogere verwijderingsefficiëntie laat zien dan mechanisch wassen. NaClO oxideert functionele groepen van organische verontreinigende stoffen tot ketonen, aldehyden en carbonzuren, waardoor de hydrofiliciteit van de moederverbindingen toeneemt en de hechting van verontreinigende stoffen aan de beluchter wordt verminderd. Bovendien kunnen slibvlokken en colloïden door oxidatiemiddelen worden afgebroken tot fijne deeltjes en opgelost organisch materiaal.
3 Conclusies
①De SOTE-waarden voor de nieuwe HDPE- en nieuwe EPDM-buizen waren respectievelijk (7,36 ± 0,53)% en (9,68 ± 1,84)%. De SOTE van de EPDM-buis vertoonde een meer uitgesproken dalende trend bij toenemende AFR vergeleken met de HDPE-buis. Dit komt omdat de poriën van de HDPE-beluchter stijf zijn en niet veranderen bij AFR, terwijl de poriën van de EPDM-beluchter flexibel zijn en wijder opengaan bij verhoogde AFR, waardoor grotere bellen worden gevormd en SOTE verder wordt verminderd.
②Als gevolg van de ophoping van verontreinigende stoffen op het oppervlak en in de poriën daalde de zuurstofoverdrachtsefficiëntie van de HDPE-buis met 26,7% en nam het drukverlies toe tot 2,97 maal dat van de nieuwe buis. Omdat de meeste verontreinigende stoffen op de HDPE-buis zich in de poriën afzetten, was mechanisch wassen niet effectief. Na chemische reiniging herstelde de SOTE van de HDPE-buis zich tot 83,4% van het niveau van de nieuwe buis, en daalde de DWP tot 1,39 keer die van de nieuwe buis, wat een aanzienlijke prestatieverbetering aantoonde. Door de afzetting van verontreinigende stoffen kon het echter niet volledig herstellen naar de oorspronkelijke staat. Voor de HDPE-buis waren fysisch omkeerbare, chemisch omkeerbare en onherstelbare vervuiling respectievelijk verantwoordelijk voor 35,8%, 42,8% en 21,4%.
③Na langdurig gebruik- daalde de zuurstofoverdrachtsefficiëntie van de EPDM-buis met 6,4% en nam het drukverlies toe tot 1,25 maal dat van de nieuwe buis. Na mechanisch wassen was het beluchtingsvermogen van de EPDM-buis vrijwel hersteld op het niveau van de nieuwe buis, wat aangeeft dat verontreinigende stoffen op de EPDM-buis losjes aan het oppervlak waren gehecht en grotendeels konden worden verwijderd door mechanisch wassen. Voor de EPDM-buis was de fysiek omkeerbare en fysiek onomkeerbare vervuiling verantwoordelijk voor respectievelijk 52,9% en 47,1%.
④Eiwitten waren het hoofdbestanddeel van organische verontreinigende stoffen op de HDPE-buis, terwijl totale cellen het hoofdbestanddeel van de EPDM-buis waren. Dit komt omdat micro-organismen weekmakers in het EPDM-materiaal gebruiken als koolstofbron, waardoor hun groei en voortplanting wordt versneld, waardoor de biologische vervuiling op de beluchters van EPDM-materiaal wordt geïntensiveerd.