下水処理場におけるファインバブル曝気装置へのオンライン化学洗浄技術の適用
ファインバブルエアレーターは、構造が単純で、酸素利用効率が高く、性能が信頼性が高く、細孔の詰まりに強く、排水の逆流を防止し、円周方向の応力分布が均一で、耐用年数が長く、設置とメンテナンスが容易で、システムコストが低いため、下水処理プラントの曝気装置として広く使用されています。{0}廃水処理における酸素供給の重要なコンポーネントであるファインバブルエアレーションシステムは、長期間の稼働中に汚れや生物膜によって目詰まりを起こしやすく、その性能を維持する上で大きな課題となっています。-オンライン化学洗浄技術は、この問題に対する効果的な解決策を提供します。
1. ファインバブルエアレーターの目詰まりの発生と危険性
ファインバブルエアレーターは長時間運転すると詰まりが発生しやすくなり、通常は汚染物質の詰まりの形態に基づいて「内部詰まり」と「外部詰まり」に分類されます。 「内部詰まり」とは、混合液中のコロイド粒子や溶質高分子などの微粒子が細孔内に析出し、細孔が閉塞することをいう。 「外部目詰まり」とは、水側の膜表面にスケール物質が堆積することを指します。このタイプの詰まりは、膜の空気排出抵抗を継続的に増加させる傾向があり、膜にかかる圧力が増加し、孔径が徐々に拡大します。時間が経つと、膜が破れやすくなります。膜が破れると、影響は曝気効率の破壊からシステムの構造的損傷にまで広がり、メンテナンスや曝気装置の交換のための停止が必要になる可能性があります。
ファインバブルエアレーターの詰まりの問題は、運用リスクの増加をもたらします。
- 電力使用コストの観点から見ると: エアレーターが詰まると、パイプラインの圧力が上昇し、送風機は高負荷、高エネルギー消費条件での動作を余儀なくされます。{0}{1}{1}{2}これにより消費電力が増加し、ブロワーの寿命にも影響します。
- 環境リスクの観点から: 不均一なエアレーションは酸素移動速度を低下させ、プロセス制御の柔軟性を制限し、深刻な場合には排水の品質に深刻な影響を与える可能性があります。
- 経済コストの観点から: タンクを空にした後の手動洗浄のコストは高くなります。
- 安全性の観点から: 空にした後の手動洗浄では、汚泥除去のためにタンクに入る必要があり、密閉空間への立ち入りや一時的な電気作業が必要となるため、電気的危険や個人の安全上の危険が増大します。図1エアレーターの目詰まりによる汚泥の堆積現象を示します。
したがって、ファインバブルエアレーターの動作性能を確保するには、定期的なメンテナンスと清掃が非常に重要です。従来のエアレーターのメンテナンスおよび洗浄方法では、生物学的反応タンクを完全に空にする必要があります。廃水処理施設の大規模なメンテナンスと清掃は、通常の廃水処理と排出に影響を与える可能性があり、特定の場所（都市排水網や飲料水源保護区域など）で実施される場合は、関連する政府部門の承認が必要になる可能性があります。このプロセスには、多数のリスクと欠点を伴う複数の危険な作業（例：密閉空間への立ち入り）が含まれており、廃水処理プラントに多大な経済的負担と潜在的なコスト（例：政府関係との調整、メンテナンス中の処理能力の低下、水質調整、安全上のリスク）を課すことになる。メンテナンスのために空にすることで生じるプレッシャーと課題により、エアレーターの洗浄のために定期的に空にすることの実現可能性は比較的低くなります。
空にした後の従来の手動洗浄の多くの欠点を考慮すると、{0}高コスト、高い運用リスク、最適ではない洗浄効果{1}}を考慮すると、通常の曝気条件下でオンライン化学薬品投与装置を使用してファインバブルエアレーターをオンライン洗浄する研究が特に重要です。
この研究では、オンライン化学洗浄技術のフィールドテストサイトとしてプラントプロジェクトを選択しました。このプラントは 4 段階に分けて建設され、1 日あたりの総廃水処理能力は 600,000 トンです。第 3 段階のプロジェクトでは、AAO プロセスを使用し、1 日あたり 100,000 トンの処理能力があります。第 4 段階のプロジェクトでは、MBR プロセスを使用し、1 日あたり 200,000 トンの処理能力があります。排水の水質は、GB 18918-2002「都市廃水処理施設の汚染物質の排出基準」のグレード A 基準を満たしています。 6～7年間稼働していた第3期と第4期の好気性タンクのファインバブルエアレーターのオンライン洗浄を実施した。
2. オンライン薬液洗浄技術の原理
オンライン化学洗浄技術では、エアレーションシステムに特定の化学薬品を添加し、化学作用により目詰まり物質を溶解または分散させます。これらの薬剤は、酸性、アルカリ性、酸化性、またはキレート性の可能性があります。たとえば、一部の酸性剤は炭酸カルシウムなどのアルカリ性の沈殿物を溶解できますが、酸化剤は微生物によって生成された有機物の詰まりを分解できます。
2.1 一般的な汚染物質の分析
曝気装置の表面に付着する汚染物質は多岐にわたり、その組成は廃水の性状、処理プロセス、運転条件と密接に関係しています。一般的な汚染物質は次のように分析されます。
- 無機汚染物質: 主に化学沈殿やイオンの過飽和に起因する、カルシウムおよびマグネシウムの化合物、硫化物、金属酸化物、および水酸化物が含まれます。エアレーターに対する主な影響には、細孔の詰まり、エアレーション効率の低下、システムエネルギー消費の増加、エアレーション抵抗の増加、酸素移動効率の低下などが含まれます。
- 有機汚染物質: 微生物バイオフィルム、浮遊有機粒子、油脂、有機コロイドが含まれます。微生物バイオフィルムは、主に微生物の定着と細胞外高分子物質 (EPS) の付着によって形成されます。その危険には、嫌気性微環境の生成や有毒ガス (H₂S など) の放出が含まれます。有機コロイドは疎水性相互作用と静電吸着によって形成され、ガスの放出を妨げ、エアレーションの均一性に影響を与える疎水性層を形成します。
- 複合汚染物質（無機-有機混合スケール）: 主に物理的な捕捉と化学結合によって形成される、生物学的-化学混合スケールと汚泥粒子の付着が含まれます。その影響には、エアレーター表面の被覆、有効曝気面積の減少、設備の老朽化の促進、メンテナンスサイクルの短縮などが含まれます。
プラントの曝気システムの保守点検を通じて、次の問題が特定されました。① 曝気装置の水中運転が長くなり、耐用年数が延びたことにより、接続部分の O リング シールが大幅に劣化し、ガス漏れが発生しました。 ② 操業中、継続的な汚泥の堆積と生産プロセス制御の調整により、特定の領域で汚泥濃度が高くなり、間接的に曝気装置の膜表面に深刻なスケーリングを引き起こしました。図2; ③ 生物反応槽内の汚泥濃度が高すぎると、汚泥の寿命が長くなり、微生物の正常な活動に必要な溶存酸素が増加し、酸素供給システムの要求が高まります。 ④ 曝気槽内の混合液の密度が増加すると抵抗が増加し、機械曝気やブロワー曝気の消費電力が増加します。 ⑤ 図に示すように、一部の汚れがエアレーション孔に浸透し、システムのエアレーションに影響を与えていました。図3。汚染物質の形成原因に基づいて、曝気装置表面のスケールには無機汚染物質、有機物、タンパク質などが含まれていることが判明しました。
2.2 洗浄剤の選択
膜汚染の種類に応じて、適切な化学洗浄剤を選択する必要があります。これらの薬剤は、パイプ壁の曝気孔を通って膜とパイプ壁の間の空間に浸透し、膜表面とその孔の洗浄を達成します。洗浄剤の種類の選択は、膜の実際の物理化学的特性、汚染物質の種類、汚れの程度に基づいて行う必要があります。洗浄剤は生分解性で生物に対して無毒である必要があり、空気管の壁やディフューザーの内側から無機スケールを効果的に除去できる必要があります。-ブロワー曝気システムの吸気中の汚染物質、粒子、塵、ブロワーからの油漏れ、内部空気配管の錆などによって引き起こされる詰まり（「気相詰まり」とも呼ばれます）に対して優れた洗浄効果を発揮する必要があります。
アルカリ性洗浄剤には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが含まれます。水酸化ナトリウムは、廃水のpHを上げるための廃水処理プロセスで一般的な化学薬品であるため、アルカリ性洗浄剤として選択できます。
酸性洗浄剤としては、硫酸、塩酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸、リン酸などが挙げられます。クエン酸はマンガンや鉄などのイオンに対するキレート力が強いこと、また実際には鉱酸に比べてクエン酸が比較的弱く、機器への腐食性が低く、より安全で微生物により生分解されやすいことから、酸性洗浄剤としてクエン酸を選択しました。
表1膜の汚れに一般的に使用される洗浄剤のカテゴリーと性能を示します。
2.3 オンライン洗浄装置の設計
ファインバブルエアレーションシステムの操作時の圧力と多数の分岐パイプを考慮すると、ファインバブルエアレーターに適したオンライン投与装置を設計することが特に重要です。この研究で設計された投与洗浄装置には、図に示すように、溶解/希釈ユニットと投与ユニットが含まれています。図4.
溶解・希釈ユニットは、薬剤を溶解・希釈するための調製槽、撹拌機、液面計などから主に構成されています。一定量の水を調製タンクに注入し、薬剤を添加し、撹拌機を起動することにより、投与ユニットで使用するために特定の濃度の薬剤を調製できます。
投与ユニットは主に、投与タンク、排気バルブ、投与バルブ、バランスバルブ、供給バルブ、およびいくつかの配管システムで構成されています。投与タンクの底部は投与パイプに接続されており、このパイプはさらに複数の投与サブパイプに分岐しています。-すべての分注サブパイプは複数のエアレーション分岐パイプと 1 対 1 で接続されており、さらに複数のエアレーション分岐パイプが複数のファインバブルエアレーターに接続されており、ファインバブルエアレーターの洗浄という目的を達成します。
導入にあたっては、生物反応槽の曝気分岐管に投入口としてΦ15mmの穴を開け、そこからナイロン製の投入管を設置してファインバブルエアレーターに薬剤を送液することで薬剤のロスを低減しました。同時に、投入タンクと曝気分岐管の間の圧力を均等にするために、バランスガス管として曝気分岐管に追加の穴を開けました。曝気分岐管に開けられた穴は、通常の動作中はプラグで密閉され、注入中にはクイック接続端子金具が取り付けられるため、迅速な取り付けと取り外しが可能になります。{3}}
3. オンラインドージング洗浄装置の応用
このオンライン投与洗浄実験では、微細気泡エアレーターを生物タンク内に配置しました。ファインバブルエアレーター膜内に曝気分岐管から特殊な洗浄液を注入し、供給側へ流すことで膜表面に付着した有機物を分解し、膜間差圧を回復し洗浄効果を発揮します。実験計画は、薬剤の種類、薬剤の濃度、洗浄時間の 3 つの変数に基づいていました。テストスキームを以下に示します。表2.
3.1 オンライン投与による洗浄効果の分析
洗浄後、現場で曝気面を官能観察したところ、曝気槽表面から出る気泡のサイズが小さくなり、曝気の均一性が向上したことがわかりました。図5洗浄前後のエアレーションの感覚的な様子を示します。
さまざまな種類と濃度の薬剤で洗浄した後、エアレーターは一貫して流量の増加とパイプライン圧力の低下を示し、流量は回復しました。さまざまな洗浄方法で処理した後、通気効率はさまざまな程度に回復しました。空気流量の増加とパイプライン圧力の低下に関するデータを総合すると、薬剤の種類、濃度、洗浄時間が異なると、エアレーターの修復にさまざまな影響が及ぶことがわかります。図6 そして7洗浄前と洗浄後の流量と圧力の変化をそれぞれ示します。
水酸化ナトリウム洗浄後のエアレーターの復元効率は、クエン酸洗浄後のものよりわずかに低かった。水酸化ナトリウムは水への溶解度が高いため、溶解時にかなりの熱が発生します。吸湿性、アルカリ性、腐食性が強いため、実際の作業では特に注意が必要です。洗浄作業の安全性の観点から、水酸化ナトリウムは好ましい洗浄剤ではありません。したがって、洗浄剤を選択するときは、オペレーターの安全と最適な洗浄効果を確保するために、その安全性と操作の利便性を慎重に評価する必要があります。
テスト結果は、オンラインドージング洗浄後、生物タンク内のエアレーションがより均一になり、ファインバブルエアレーターの流量が増加し、パイプライン圧力が大幅に低下し、洗浄効果が顕著であることを示しました。
3.2 技術的な利点
- ダウンタイムを削減: 従来の分解洗浄と比較して、オンライン投与洗浄では曝気システムを停止する必要がないため、廃水処理プロセスの中断や停止による処理効率の低下を回避できます。
- 洗浄効率の向上: 薬剤は毛穴の奥まで浸透し、届きにくい詰まり部分を効果的に洗浄します。{0}{1}いくつかの家庭用廃水処理プラントに適用したところ、曝気の均一性が著しく向上し、酸素移動効率が大幅に向上しました。
- 労働集約とコストの削減: エアレーターの手作業による分解と再組み立ての必要性がなくなり、手作業と頻繁な分解による機器損傷のリスクが軽減され、メンテナンスコストが節約されます。ファインバブルエアレーターのオンライン化学洗浄のコストは 0.47 RMB/トンであるのに対し、古いエアレーターの従来の手動洗浄のコストは 13.3 RMB/トンです。ファインバブルエアレーターの清掃コストの年間節約額は 515,000 人民元に達すると推定されます。古いエアレーターの従来の手動洗浄と比較して、オンライン化学洗浄には大きな経済的利点があります。
- エアレーション装置の寿命を延ばします：オンライン化学洗浄により、ファインバブルエアレーターのエアレーション効果が効果的に向上し、エアレーターの性能が向上し、エアレーション装置の耐用年数がある程度延長され、ブロワーの負荷が効果的に軽減されます。
- 生産スケジュールとメンテナンス計画のためのより多くのオプションを提供：オンライン化学洗浄により、気泡の分布がより均一になり、エアパイプの圧力が効果的に低下し、流量が大幅に増加し、酸素移動率が大幅に向上し、水質規制の確実な保証が提供されます。
4. 結論
ファインバブルエアレーター用のオンライン化学洗浄技術は、廃水処理プラントにおいて重要な応用価値を持っています。その合理的な適用により、ファインバブルエアレーターの目詰まり問題が効果的に解決され、エアレーションシステムの性能が向上し、ダウンタイムと運用コストが削減され、廃水処理プラントの安定的かつ効率的な運用が保証されます。従来の手動洗浄の限界により、業界はオンライン洗浄へと向かうでしょう。新しい機器とインテリジェントな制御システムの出現により、オンライン洗浄の運用上の困難さが大幅に軽減されます。カーボンニュートラルと水資源のリサイクルを強調する政策および環境規制と組み合わせることで、間接的にオンライン洗浄技術の適用が促進されます。将来的には、薬剤の配合を最適化し、複数の薬剤の相乗効果のある洗浄技術を研究できる可能性があります。-さらに、さまざまな廃水処理プラントのニーズによりよく適応するために、投与量制御戦略と機器インテリジェンスの研究を追求できます。