Đặc tính cặn bẩn và khả năng phục hồi hiệu suất sục khí của máy khuếch tán lỗ chân lông-tinh khiết trong nhà máy xử lý nước thải
Là một bước quan trọng trong quy trình bùn hoạt tính của các nhà máy xử lý nước thải đô thị (WWTP), sục khí để cung cấp oxy không chỉ cung cấp đủ oxy để duy trì các hoạt động sống cơ bản của vi sinh vật mà còn giữ cho bùn lơ lửng, tạo điều kiện cho quá trình hấp phụ và loại bỏ các chất ô nhiễm. Sục khí cũng là đơn vị-tiêu thụ nhiều năng lượng nhất trong NMXLNT, chiếm 45% đến 75% tổng mức tiêu thụ năng lượng của nhà máy. Do đó, hiệu suất của hệ thống sục khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý và chi phí vận hành của NMXLNT. Thiết bị sục khí là thành phần chính của hệ thống sục khí, trong đó thiết bị sục khí bong bóng mịn được sử dụng phổ biến nhất trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị do hiệu suất truyền oxy cao (OTE). Tuy nhiên, trong quá trình-hoạt động lâu dài, các chất ô nhiễm chắc chắn sẽ tích tụ trên bề mặt và bên trong các lỗ của thiết bị sục khí. Để đảm bảo chất lượng nước thải, cần có thêm nguồn cung cấp không khí từ máy thổi, dẫn đến tăng mức tiêu thụ năng lượng. Hơn nữa, ô nhiễm làm trầm trọng thêm tình trạng tắc nghẽn lỗ chân lông và làm thay đổi vật liệu thiết bị sục khí. Tổn thất áp suất (áp suất ướt động, DWP) của các bộ phận thiết bị sục khí tăng lên khi vận hành kéo dài, làm tăng áp suất không khí đầu ra của máy thổi và gây lãng phí năng lượng hơn nữa.
Các chất ô nhiễm tích tụ trên bề mặt và bên trong lỗ rỗng của thiết bị sục khí bong bóng mịn bao gồm cặn sinh học, hữu cơ và vô cơ. Sự ô nhiễm hữu cơ là kết quả của sự hấp phụ và kết tủa các chất hữu cơ và sự lắng đọng các chất tiết của vi sinh vật. Sự tắc nghẽn vô cơ thường bao gồm các kết tủa hóa học được hình thành bởi các cation đa hóa trị, chẳng hạn như oxit kim loại. Dựa trên việc chúng có thể được loại bỏ bằng cách làm sạch vật lý hay không, các chất ô nhiễm có thể được phân loại là ô nhiễm vật lý có thể đảo ngược hoặc ô nhiễm không thể đảo ngược về mặt vật lý. Sự tắc nghẽn có thể đảo ngược về mặt vật lý có thể được loại bỏ bằng các phương pháp vật lý đơn giản như chà cơ học, vì các chất ô nhiễm này được gắn lỏng lẻo vào bề mặt thiết bị sục khí. Sự tắc nghẽn vật lý không thể khắc phục được không thể được loại bỏ bằng cách làm sạch vật lý và đòi hỏi phải làm sạch bằng hóa chất kỹ lưỡng hơn. Trong phạm vi ô nhiễm không thể khắc phục được về mặt vật lý, các chất ô nhiễm có thể được loại bỏ bằng cách làm sạch bằng hóa chất được gọi là ô nhiễm có thể đảo ngược về mặt hóa học, trong khi những chất ô nhiễm không thể loại bỏ được ngay cả bằng cách làm sạch bằng hóa chất được coi là ô nhiễm không thể phục hồi được.
Hiện tại, thiết bị sục khí bong bóng mịn được sử dụng trong nước bao gồm các vật liệu cao su truyền thống như ethylene propylene diene monome (EPDM) và các vật liệu mới hơn như-polyethylene mật độ cao (HDPE). Lớp phân phối khí của thiết bị sục khí HDPE được hình thành bằng cách phủ ống phân phối không khí bên trong bằng polymer nóng chảy, có đường kính lỗ rỗng khoảng (4,0 ± 0,5) mm. HDPE có đặc tính kháng hóa chất, cơ học và va đập tốt cũng như tuổi thọ lâu dài. Tuy nhiên, kích thước lỗ chân lông của nó không nhất quán và phân bố không đều, khiến chúng dễ bị lắng đọng chất ô nhiễm. Vật liệu EPDM có tính linh hoạt cao, có các lỗ được tạo ra bằng cách cắt cơ học. Thiết bị sục khí EPDM có số lượng lỗ xốp cao hơn trên một đơn vị diện tích, tạo ra các bong bóng nhỏ hơn (tối thiểu là 0,5 mm). Bản chất ưa nước của màng cao su cũng tạo điều kiện cho sự hình thành bong bóng. Tuy nhiên, vi sinh vật có xu hướng bám và phát triển trên bề mặt EPDM, sử dụng chất hóa dẻo làm chất nền. Đồng thời, việc tiêu thụ chất hóa dẻo làm cho vật liệu sục khí cứng lại, cuối cùng dẫn đến hư hỏng do mỏi và tuổi thọ sử dụng bị rút ngắn. Do đó, cần nghiên cứu mô hình tích lũy chất ô nhiễm trên hai vật liệu này và những thay đổi sau đó về hiệu suất vận chuyển oxy và tổn thất áp suất.
Nghiên cứu này đã thay thế các thiết bị sục khí bong bóng mịn sau nhiều năm vận hành từ hai nhà máy xử lý nước thải thành phố có điều kiện xử lý tương tự như đối tượng nghiên cứu. Các chất ô nhiễm trên thiết bị sục khí được tách chiết và phân tích từng lớp để xác định thành phần chính của chúng. Dựa trên đó, chúng tôi đã đánh giá hiệu quả của các phương pháp làm sạch trong việc khôi phục hiệu suất vận chuyển oxy của thiết bị sục khí nhằm cung cấp dữ liệu cơ bản và tài liệu tham khảo kỹ thuật cho hoạt động ổn định và tối ưu hóa lâu dài của hệ thống sục khí bong bóng mịn.
1 Vật liệu và phương pháp
1.1 Giới thiệu nhà máy xử lý nước thải
Cả hai nhà máy xử lý nước thải đều được đặt tại Thượng Hải và sử dụng quy trình Ôxit-thiếu khí{1}}kỵ khí (AAO) làm phương pháp xử lý cốt lõi. WWTP A sử dụng buồng chứa cát xoáy + AAO thông thường + bộ lọc sợi hiệu suất cao + quy trình khử trùng bằng tia cực tím. WWTP B sử dụng buồng chứa cát sục khí + AAO thông thường + bể lắng{10}hiệu suất cao + quy trình khử trùng bằng tia cực tím. Cả hai nhà máy đều đáp ứng ổn định tiêu chuẩn hạng A của "Tiêu chuẩn xả chất ô nhiễm cho các nhà máy xử lý nước thải thành phố" (GB 18918-2002). Các thông số thiết kế và vận hành cụ thể được thể hiện trongBảng 1.
1.2 Tách chiết và xác định đặc tính của các chất ô nhiễm do sục khí
Thiết bị sục khí bong bóng mịn được sử dụng trong thí nghiệm là thiết bị sục khí dạng ống HDPE (Ecopolemer, Ukraine) được thu thập từ Nhà máy A và thiết bị sục khí EPDM dạng ống (EDI-FlexAir, Hoa Kỳ) được thu thập từ Nhà máy B. Ảnh của cả hai được trình bày trongHình 1. Ống HDPE cũ đã hoạt động được 10 năm, kích thước D×L=120 mm×1000 mm, đường kính lỗ (4±0,50) mm, có khả năng tạo bọt khí mịn 2~5 mm. Ống EPDM cũ đã hoạt động được 3 năm, có kích thước D×L=91 mm×1003 mm, tạo ra bong bóng mịn có kích thước 1,0~1,2 mm, đường kính bong bóng tối thiểu là 0,5 mm.
Các ống HDPE và EPDM cũ được lấy ra khỏi bể hiếu khí, đặt trên màng bám và rửa sạch bằng nước khử ion. Quá trình chà cơ học được thực hiện bằng cách sử dụng lưỡi-tiệt trùng bằng ngọn lửa để cạo sạch các chất ô nhiễm bám trên bề mặt thiết bị sục khí.
Để nghiên cứu sâu hơn về tác động của cặn bẩn đến hiệu suất vận chuyển oxy, việc làm sạch bằng hóa chất được thực hiện trên ống HDPE. Sau khi cọ rửa cơ học, ống HDPE được ngâm trong dung dịch HCl 5% và NaClO 5% trong 24 giờ. Các ống cũ, ống được làm sạch cơ học và ống được làm sạch bằng hóa học được sấy khô trong lò 60 độ (model XMTS{10}}6000) trong 60 giờ. Sau đó, bề mặt của chúng được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM, model JSM{11}}7800F, Nhật Bản), quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX, Oxford Instruments, Vương quốc Anh) và kính hiển vi quét laze đồng tiêu (CLSM, model TCS SP8, Đức). Dung dịch làm sạch HCl được lọc qua màng 0,45 μm và phân tích định lượng các cation đa hóa trị (bao gồm các ion Ca, Mg, Al, Fe, v.v.) được thực hiện bằng phương pháp quang phổ phát xạ quang plasma kết hợp cảm ứng (ICP, model ICPS-7510, Nhật Bản). Vì HCl và NaClO có thể gây biến tính và lão hóa màng EPDM nên việc làm sạch bằng hóa chất không được thực hiện trên ống EPDM. Ống EPDM được cắt thành các mảnh màng có kích thước 5 cm × 5 cm và ngâm trong HCl để phân tích định lượng các cation đa hóa trị trong dung dịch.
1.3 Thiết bị và phương pháp kiểm tra hiệu suất chuyển oxy của thiết bị sục khí
Hiệu suất truyền oxy của thiết bị sục khí bong bóng mịn đã được kiểm tra theo "Xác định hiệu suất truyền oxy trong nước sạch của thiết bị sục khí bong bóng mịn" (CJ/T 475-2015). Thiết lập thử nghiệm được hiển thị trongHình 2.
Thiết bị này là một cấu trúc bằng thép không gỉ-có kích thước 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m, có cửa sổ quan sát bằng kính hữu cơ ở cả hai bên. Thiết bị sục khí được cố định ở đáy trung tâm bằng giá đỡ kim loại, có độ sâu ngập 1,0 m. Máy phân tích chất lượng nước đa{7}}thông số (Hach HQ30D, Hoa Kỳ) đã được sử dụng để theo dõi nồng độ oxy hòa tan (DO) trong thời gian thực. Natri sulfite khan được sử dụng làm tác nhân khử oxy và coban clorua làm chất xúc tác. Số đọc trên đồng hồ đo áp suất thể hiện áp suất ướt động của thiết bị sục khí (DWP, kPa). Kết quả đo đã được hiệu chỉnh về nhiệt độ, độ mặn và DO. Hiệu suất truyền oxy tiêu chuẩn hóa (SOTE, %) được sử dụng làm chỉ số đánh giá.
Mức tiêu thụ năng lượng của máy thổi có liên quan đến cả tốc độ dòng cấp khí và áp suất không khí đầu ra, chúng chịu ảnh hưởng tương ứng bởi SOTE và DWP của thiết bị sục khí. Do đó, chỉ số tiêu thụ năng lượng sục khí J (kPa·h/g), thể hiện tác động kết hợp của SOTE và DWP, được sử dụng để đánh giá hiệu suất của thiết bị sục khí. Nó được định nghĩa là tổn thất áp suất mà thiết bị sục khí phải vượt qua trên một đơn vị khối lượng oxy được chuyển đi. J được tính từ độ dốc của phương trình hồi quy tuyến tính giữa DWP/SOTE và tốc độ dòng khí (AFR), như được thể hiện trong phương trình sau:
Ở đâu:
AFRlà lưu lượng không khí, m³/h;
ρkhông khílà mật độ không khí, lấy bằng 1,29 × 10³ g/m³ ở 20 độ;
yO2là hàm lượng oxy trong không khí, được lấy bằng 0,23 g O₂/g không khí.
2 Kết quả và phân tích
2.1 Hiệu suất chuyển oxy của máy sục khí mới, cũ và sạch
Hình 3hiển thị SOTE và DWP của thiết bị sục khí ở các tốc độ dòng khí khác nhau.
Từ Hình 3(a) và (b), giá trị SOTE của ống HDPE mới và ống EPDM mới lần lượt là (7,36±0,53)% và (9,68±1,84)%. Ống EPDM tạo ra các bong bóng nhỏ hơn với diện tích bề mặt riêng lớn hơn, làm tăng diện tích tiếp xúc chất lỏng khí và thời gian lưu trú, do đó dẫn đến SOTE cao hơn. SOTE của cả hai thiết bị sục khí đều giảm khi tăng AFR vì AFR cao hơn làm tăng số lượng bong bóng và vận tốc ban đầu, dẫn đến nhiều va chạm bong bóng hơn và hình thành các bong bóng lớn hơn, cản trở việc truyền oxy từ pha khí sang pha lỏng. SOTE của ống EPDM cho thấy xu hướng giảm rõ rệt hơn khi AFR tăng so với ống HDPE. Điều này là do các lỗ của thiết bị sục khí HDPE cứng và không thay đổi theo AFR, trong khi các lỗ của thiết bị sục khí EPDM linh hoạt và mở rộng hơn khi AFR tăng, tạo thành các bong bóng lớn hơn và làm giảm SOTE hơn nữa.
Sau một thời gian dài hoạt động, SOTE của ống HDPE giảm xuống (5,39±0,62)%, giảm 26,7%, chủ yếu do tích tụ chất ô nhiễm làm tắc nghẽn lỗ chân lông và giảm số lượng lỗ chân lông hiệu quả để tạo bong bóng. Quá trình chà rửa cơ học làm tăng SOTE của ống HDPE lên (5,59±0,66)% nhưng độ thu hồi không đáng kể, có thể do các chất ô nhiễm trên ống HDPE không chỉ bám trên bề mặt mà còn lắng đọng bên trong các lỗ xốp nên khó loại bỏ bằng quá trình chà rửa cơ học. Giang và cộng sự. nhận thấy rằng NaClO có thể loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi ống HDPE một cách hiệu quả và khôi phục hiệu suất sục khí của chúng. Sau khi làm sạch bằng NaClO, SOTE của ống HDPE hồi phục về (6,14±0,63)%, bằng 83,4% so với mức của ống mới, vẫn chưa thể phục hồi hoàn toàn. Điều này là do, khi hoạt động trong thời gian dài, các chất ô nhiễm trở nên bám chặt, làm thay đổi cấu trúc lỗ chân lông, cản trở luồng không khí, tăng sự kết tụ của bong bóng, giảm diện tích bề mặt riêng và thời gian lưu trú của bong bóng, do đó cản trở quá trình vận chuyển oxy. Đồng thời, sự bám bẩn gây ra sự phân bố không khí không đồng đều, làm giảm hiệu suất tổng thể.
SOTE của ống EPDM cũ giảm xuống (9,06±1,75)%, giảm 6,4%. Bên cạnh việc tắc nghẽn lỗ chân lông do tích tụ chất ô nhiễm, ô nhiễm sinh học còn tiêu thụ chất dẻo trong vật liệu, làm cứng thiết bị sục khí và làm biến dạng lỗ chân lông. Các lỗ chân lông bị biến dạng không thể trở lại trạng thái ban đầu, tạo ra bong bóng lớn hơn và làm giảm SOTE. Quá trình chà cơ học đã làm tăng SOTE của ống EPDM lên (9,47±1,87)%, gần như khôi phục nó về mức của ống mới, cho thấy rằng các chất ô nhiễm trên ống EPDM được gắn lỏng lẻo trên bề mặt và có thể được loại bỏ hầu hết bằng cách chà cơ học.
Từ Hình 3(c) và (d), DWP của ống EPDM mới là (6,47±0,66) kPa, cao hơn đáng kể so với DWP của ống HDPE mới [(1,47±0,49) kPa]. Điều này là do đường kính lỗ của ống EPDM nhỏ hơn ống HDPE, dẫn đến lực cản lớn hơn khi bong bóng bị ép qua. Sau một thời gian dài hoạt động, DWP của ống HDPE cũ tăng lên (4,36±0,56) kPa, gấp 2,97 lần so với ống mới. Sự gia tăng DWP có liên quan đến cả mức độ tắc nghẽn lỗ chân lông và sự thay đổi vật liệu. Quá trình chà rửa cơ học làm giảm DWP của ống HDPE xuống còn 2,25 lần so với ống mới. Việc làm sạch bằng NaClO tiếp tục làm giảm nó xuống (2,04±0,45) kPa, gấp 1,39 lần so với ống mới. Điều này một lần nữa chỉ ra rằng hầu hết các chất ô nhiễm trên ống HDPE đã lắng đọng bên trong các lỗ rỗng và không thể loại bỏ một cách hiệu quả bằng phương pháp chà cơ học, cần phải làm sạch bằng NaClO để khôi phục hiệu suất. DWP của ống EPDM cũ tăng lên (8,10 ± 0,94) kPa, gấp 1,25 lần so với ống mới và giảm xuống 1,10 lần sau khi cọ rửa cơ học.
Hình 4cho thấy sự thay đổi của DWP/SOTE (ký hiệu là DWP') với AFR đối với thiết bị sục khí.
Phương trình hồi quy tuyến tính đã được sử dụng để khớp DWP' so với AFR và tham số tiêu thụ năng lượng J được lấy từ độ dốc. Giá trị J của ống HDPE mới và ống EPDM mới lần lượt là 0,064 và 0,204 kPa·h/g, cho thấy rằng trên mỗi đơn vị khối lượng oxy được truyền đi, ống EPDM phải khắc phục được tổn thất áp suất lớn hơn. Tại thời điểm thay thế, giá trị J của ống HDPE và EPDM tăng lần lượt lên 0,251 và 0,274 kPa·h/g. Sự tắc nghẽn của thiết bị sục khí dẫn đến tổn thất áp suất tăng lên có thể ảnh hưởng đến hoạt động an toàn của máy thổi. Sau khi chà cơ học, giá trị J của ống HDPE và EPDM giảm xuống lần lượt là 0,184 và 0,237 kPa·h/g. Những thay đổi trong J có thể được sử dụng để phân tích định lượng các chất ô nhiễm trong thiết bị sục khí. Sự khác biệt về J giữa ống cũ và ống được làm sạch cơ học là do cặn bẩn có thể đảo ngược về mặt vật lý. Sự khác biệt giữa ống được làm sạch cơ học và ống mới là do sự bám bẩn về mặt vật lý không thể khắc phục được. Sự khác biệt giữa ống được làm sạch bằng cơ học và ống được làm sạch bằng hóa học là do sự tắc nghẽn có thể đảo ngược về mặt hóa học, trong khi sự khác biệt giữa ống được làm sạch bằng hóa chất và ống mới là do sự tắc nghẽn không thể phục hồi được. Hình 5 cho thấy những thay đổi trong thông số tiêu thụ năng lượng J của thiết bị sục khí.
TừHình 5, đối với ống HDPE, cặn bẩn có thể đảo ngược về mặt vật lý và không thể đảo ngược về mặt vật lý lần lượt chiếm 35,8% và 64,2% tổng lượng cặn bám. Trong phạm vi ô nhiễm không thể khắc phục được về mặt vật lý, ô nhiễm có thể đảo ngược về mặt hóa học và ô nhiễm không thể khắc phục được lần lượt chiếm 42,8% và 21,4%. Đối với ống EPDM, tỷ lệ tắc nghẽn có thể đảo ngược về mặt vật lý và không thể đảo ngược về mặt vật lý lần lượt là 52,9% và 47,1%. Sự tắc nghẽn không thể khắc phục được ban đầu không xuất hiện mà tích tụ theo thời gian, cuối cùng quyết định tuổi thọ sử dụng của thiết bị sục khí. Do đó, nên thiết lập lịch trình làm sạch hợp lý để làm chậm quá trình chuyển đổi từ ô nhiễm có thể đảo ngược sang ô nhiễm không thể khắc phục được và giảm thiểu sự tích tụ của ô nhiễm không thể phục hồi được.
2.2 Quan sát SEM của thiết bị sục khí mới, cũ và sạch
Hình 6hiển thị hình ảnh SEM của bề mặt của thiết bị sục khí mới, cũ và được làm sạch cơ học. Cấu trúc xốp của ống HDPE mới có thể nhìn thấy rõ ràng, trong khi bề mặt của ống EPDM mới mịn màng với các lỗ chân lông được cắt sạch-. Sau vài năm hoạt động, hình thái bề mặt của cả hai thiết bị sục khí đã thay đổi đáng kể. Các chất ô nhiễm hình khối và hình que không đồng đều bao phủ hoàn toàn bề mặt, cùng với các chất ô nhiễm tập hợp xung quanh và bên trong lỗ chân lông, cản trở quá trình vận chuyển oxy và làm tăng tổn thất áp suất. Sau khi chà cơ học, hầu hết các chất ô nhiễm trên bề mặt ống EPDM đều được loại bỏ nhưng các lỗ chân lông vẫn bị tắc. Đối với ống HDPE, độ dày lớp ô nhiễm giảm xuống nhưng các lỗ rỗng vẫn được che phủ.
2.3 Phân tích cặn vô cơ của thiết bị sục khí mới, cũ và sạch
EDX được sử dụng để phân tích sâu hơn thành phần nguyên tố chính của bề mặt thiết bị sục khí, với kết quả được thể hiện trongBảng 2. Carbon, oxy, sắt, silicon và canxi được phát hiện trên cả bề mặt HDPE và EPDM. Ống HDPE cũng chứa magie, trong khi ống EPDM chứa nhôm. Người ta suy ra rằng các chất ô nhiễm vô cơ trên ống HDPE là silicon dioxide, canxi cacbonat, magie cacbonat và sắt photphat, trong khi các chất ô nhiễm trên ống EPDM là silicon dioxide và nhôm oxit. Các kết tủa vô cơ này hình thành khi nồng độ các ion vô cơ từ nước thải đô thị và bùn hoạt tính đạt đến mức bão hòa trên bề mặt thiết bị sục khí. Sau khi chà cơ học, các nguyên tố vô cơ trên bề mặt thiết bị sục khí có rất ít sự khác biệt so với các ống cũ, cho thấy việc chà cơ học không thể loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm vô cơ. Kim và cộng sự. nhận thấy rằng sau khi-hoạt động lâu dài, các chất ô nhiễm vô cơ bị bao phủ bởi các chất ô nhiễm hữu cơ, bám chặt vào bề mặt và bên trong lỗ chân lông, khiến chúng khó loại bỏ bằng cách chà cơ học.
Sau khi làm sạch bằng HCl, các ion kim loại trên bề mặt thiết bị sục khí đã được loại bỏ hoàn toàn. HCl ăn mòn một phần lớp hữu cơ bao phủ bề mặt, xuyên qua và phản ứng với các ion kim loại, loại bỏ các kết tủa vô cơ thông qua quá trình trung hòa và phân hủy. Dung dịch làm sạch HCl dùng để ngâm thiết bị sục khí được ICP phân tích để tính toán hàm lượng các chất ô nhiễm vô cơ. Hàm lượng Ca, Mg và Fe trong ống HDPE lần lượt là 18,00, 1,62 và 13,90 mg/cm2, trong khi đối với ống EPDM, hàm lượng Ca, Al và Fe lần lượt là 9,55, 1,61 và 3,38 mg/cm2.
2.4 Phân tích cặn hữu cơ của thiết bị sục khí mới, cũ và sạch
Để kiểm tra định lượng sự phân bố của các chất ô nhiễm hữu cơ, phần mềm Image J đã được sử dụng để tính toán tỷ lệ bao phủ cơ chất và thể tích sinh học của tổng số tế bào, polysacarit và protein từ ảnh vi mô CLSM, với kết quả trung bình được lấy là kết quả cuối cùng (Hình 7).
Từ Hình 7(a), protein và tế bào tổng số lần lượt là thành phần chính của các chất ô nhiễm hữu cơ trên ống HDPE và EPDM, với tổng thể tích tối đa đạt 7,66×10⁵ và 7,02×10⁵ μm³. Tổng thể tích tế bào trên ống EPDM gấp 2,5 lần so với trên ống HDPE, phù hợp với phát hiện của Garrido-Baserba và cộng sự, người đã báo cáo tổng nồng độ DNA trên các thiết bị sục khí EPDM cũ cao hơn so với các vật liệu khác. Wanger và cộng sự. nhận thấy rằng khi vi sinh vật bám vào ống EPDM, nếu môi trường xung quanh thiếu chất hữu cơ cần thiết thì chúng chuyển sang sử dụng chất hóa dẻo màng EPDM. Các vi sinh vật có thể sử dụng chất hóa dẻo làm nguồn carbon, đẩy nhanh quá trình tăng trưởng và sinh sản, do đó làm tăng độ bám bẩn sinh học trên bề mặt EPDM. Hàm lượng polysaccharide và protein trên ống EPDM thấp hơn nhiều so với ống HDPE, có thể do tuổi bùn ở Nhà máy B cao hơn so với Nhà máy A, dẫn đến nồng độ chất polyme ngoại bào (EPS) thấp hơn. Là thành phần chính của EPS, protein và polysaccharide do vi sinh vật tiết ra trở thành nguồn ô nhiễm hữu cơ đáng kể trên bề mặt ống HDPE ở Nhà máy A.
Sau khi chà cơ học, số lượng tổng số tế bào, polysaccharides và protein trên ống HDPE giảm lần lượt là 1,49×10⁵, 0,13×10⁵ và 1,33×10⁵ μm³. Trên ống EPDM, mức giảm tương ứng lần lượt là 2,20×10⁵, 1,88×10⁵ và 2,38×10⁵ μm³. Điều này chỉ ra rằng việc chà rửa cơ học có thể làm giảm ô nhiễm hữu cơ ở một mức độ nào đó.
Tuy nhiên, đối với ống HDPE, diện tích che phủ chất nền của polysaccharide và protein tăng lên sau quá trình lọc cơ học-từ 2,75% và 6,28% lên 4,67% và 7,09%, tương ứng [Hình 7(b)]. Điều này xảy ra do các chất đa bào ngoại bào (EPS) có độ nhớt cao. Do đó, quá trình chà rửa cơ học có tác dụng phản tác dụng là làm phát tán protein, polysaccharide và các chất ô nhiễm vô cơ rộng rãi hơn trên bề mặt ống HDPE, dẫn đến phạm vi bao phủ diện tích lớn hơn. Điều này có thể giải thích tại sao việc chà rửa cơ học không thể khôi phục đáng kể hiệu suất sục khí của ống HDPE.
Sau khi làm sạch bằng NaClO, tổng số tế bào, polysaccharides và protein trên ống HDPE giảm lần lượt là 2,34×10⁵, 3,42×10⁵ và 4,53×10⁵ μm³, cho thấy hiệu quả loại bỏ cao hơn đáng kể so với phương pháp chà cơ học. NaClO oxy hóa các nhóm chức năng của các chất ô nhiễm hữu cơ thành xeton, aldehyd và axit cacboxylic, làm tăng tính ưa nước của các hợp chất gốc và giảm độ bám dính của chất ô nhiễm vào thiết bị sục khí. Hơn nữa, các khối bùn và chất keo có thể bị phân hủy bởi các chất oxy hóa thành các hạt mịn và chất hữu cơ hòa tan.
3 Kết luận
①Giá trị SOTE của ống HDPE mới và ống EPDM mới lần lượt là (7,36±0,53)% và (9,68±1,84)%. SOTE của ống EPDM cho thấy xu hướng giảm rõ rệt hơn khi AFR tăng so với ống HDPE. Điều này là do các lỗ của thiết bị sục khí HDPE cứng và không thay đổi theo AFR, trong khi các lỗ của thiết bị sục khí EPDM linh hoạt và mở rộng hơn khi AFR tăng, tạo thành các bong bóng lớn hơn và làm giảm SOTE hơn nữa.
②Do sự tích tụ chất ô nhiễm trên bề mặt và bên trong lỗ chân lông, hiệu suất vận chuyển oxy của ống HDPE giảm 26,7% và tổn thất áp suất tăng lên 2,97 lần so với ống mới. Vì hầu hết các chất ô nhiễm trên ống HDPE đều lắng đọng bên trong các lỗ rỗng nên việc chà rửa cơ học không hiệu quả. Sau khi làm sạch bằng hóa chất, SOTE của ống HDPE phục hồi đến 83,4% so với mức của ống mới và DWP giảm xuống 1,39 lần so với ống mới, cho thấy hiệu suất cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, do lắng đọng chất ô nhiễm nên nó không thể phục hồi hoàn toàn về trạng thái ban đầu. Đối với ống HDPE, khả năng đảo ngược vật lý, đảo ngược hóa học và tắc nghẽn không thể phục hồi lần lượt chiếm 35,8%, 42,8% và 21,4%.
③Sau-hoạt động lâu dài, hiệu suất truyền oxy của ống EPDM giảm 6,4% và tổn thất áp suất của nó tăng lên 1,25 lần so với ống mới. Sau khi chà cơ học, hiệu suất sục khí của ống EPDM gần như được khôi phục bằng mức của ống mới, cho thấy các chất ô nhiễm trên ống EPDM được gắn lỏng lẻo trên bề mặt và có thể được loại bỏ phần lớn bằng cách chà cơ học. Đối với ống EPDM, tỷ lệ tắc nghẽn có thể đảo ngược về mặt vật lý và không thể đảo ngược về mặt vật lý lần lượt là 52,9% và 47,1%.
④Protein là thành phần chính của các chất ô nhiễm hữu cơ trên ống HDPE, trong khi tế bào tổng số là thành phần chính trên ống EPDM. Điều này là do các vi sinh vật sử dụng chất hóa dẻo trong vật liệu EPDM làm nguồn carbon, thúc đẩy sự phát triển và sinh sản của chúng, do đó làm tăng sự tắc nghẽn sinh học trên các thiết bị sục khí vật liệu EPDM.