Likaantumisen luonnehdinta ja ilmastusteho Jätevedenpuhdistamoiden hienohuokoisen hajottimen talteenotto-
Kunnallisten jätevedenkäsittelylaitosten (WWTP) aktiivilieteprosessin kriittisenä vaiheena ilmastus hapensyötöä varten ei ainoastaan tarjoa riittävästi happea ylläpitämään mikro-organismien peruselintoimintoja, vaan myös pitää lietteen suspendoituneena, mikä helpottaa epäpuhtauksien adsorptiota ja poistamista. Ilmastus on myös eniten energiaa-kuluttava yksikkö jätevedenpuhdistamoissa, ja sen osuus laitoksen energian kokonaiskulutuksesta on 45–75 %. Siksi ilmastusjärjestelmän suorituskyky vaikuttaa suoraan jätevedenpuhdistamon käsittelytehoon ja käyttökustannuksiin. Ilmastuslaitteet ovat keskeinen osa ilmastusjärjestelmää, ja hienokuplailmastimet ovat yleisimmin käytettyjä kunnallisissa jätevedenpuhdistamoissa korkean hapensiirtotehokkuuden (OTE) ansiosta. Pitkän -käytön aikana saasteet kerääntyvät kuitenkin väistämättä ilmastimien pinnalle ja huokosiin. Jätevesien laadun varmistamiseksi tarvitaan lisäilmaa puhaltimista, mikä lisää energiankulutusta. Lisäksi saastuminen pahentaa huokosten tukkeutumista ja muuttaa ilmastimen materiaalia. Ilmastinkomponenttien painehäviö (dynaaminen märkäpaine, DWP) kasvaa pidennetyssä käytössä, mikä nostaa puhaltimen ulostuloilman painetta ja lisää energiahukkaa.
Hienojakoisten kuplailmastimien pinnalle ja huokosten sisälle kerääntyviin epäpuhtauksiin kuuluvat biologiset, orgaaniset ja epäorgaaniset likaantumiset. Orgaaninen likaantuminen johtuu orgaanisen aineen adsorptiosta ja saostumisesta sekä mikrobieritteiden laskeutumisesta. Epäorgaaninen likaantuminen koostuu tyypillisesti moniarvoisten kationien, kuten metallioksidien, muodostamista kemiallisista saostumista. Sen perusteella, voidaanko epäpuhtaudet poistaa fyysisellä puhdistuksella, ne voidaan luokitella fyysisesti palautuvaksi tai fyysisesti palautumattomaksi likaantumiseksi. Fyysisesti palautuva likaantuminen voidaan poistaa yksinkertaisilla fysikaalisilla menetelmillä, kuten mekaanisella hankauksella, koska nämä epäpuhtaudet ovat kiinnittyneet löysästi ilmastimen pintaan. Fyysisesti palautumatonta likaantumista ei voida poistaa fysikaalisella puhdistuksella, ja se vaatii perusteellisempaa kemiallista puhdistusta. Fysikaalisesti palautumattomassa likaantumisessa epäpuhtauksia, jotka voidaan poistaa kemiallisella puhdistuksella, kutsutaan kemiallisesti palautuvaksi likaantumiseksi, kun taas niitä, joita ei voida poistaa edes kemiallisella puhdistuksella, katsotaan korjaamattomaksi likaantumiseksi.
Tällä hetkellä kotimaassa käytettävät hienokuplailmastimet sisältävät perinteisiä kumimateriaaleja, kuten etyleenipropyleenidieenimonomeeriä (EPDM) ja uudempia materiaaleja, kuten korkeatiheyspolyeteeniä (HDPE). HDPE-ilmastimien kaasunjakokerros muodostetaan pinnoittamalla sisäilman syöttöputki sulalla polymeerillä, jonka huokoshalkaisijat ovat noin (4,0 ± 0,5) mm. HDPE tarjoaa hyvät kemialliset, mekaaniset ja iskunkestävyysominaisuudet ja pitkän käyttöiän. Sen huokoskoot ovat kuitenkin epäyhtenäiset ja jakautuneet epätasaisesti, mikä tekee niistä alttiita epäpuhtauksien kertymiselle. EPDM-materiaali on erittäin joustavaa, ja siinä on mekaanisen leikkaamisen aiheuttamia huokosia. EPDM-ilmastimissa on suurempi määrä huokosia pinta-alayksikköä kohti, mikä tuottaa pienempiä kuplia (vähintään 0,5 mm). Kumikalvon hydrofiilisyys suosii myös kuplien muodostumista. Mikro-organismeilla on kuitenkin taipumus kiinnittyä ja kasvaa EPDM-pinnoilla käyttämällä pehmittimiä substraattina. Samanaikaisesti pehmittimien kulutus saa ilmastinmateriaalin kovettua, mikä johtaa viime kädessä väsymisvaurioihin ja käyttöiän lyhenemiseen. Siksi on tarpeen tutkia näiden kahden materiaalin epäpuhtauksien kertymismalleja ja niistä aiheutuvia muutoksia hapen siirtotehokkuudessa ja painehäviössä.
Tässä tutkimuksessa hienojakoiset kuplailmastimet vaihdettiin vuosien käytön jälkeen kahdesta kunnallisesta jätevedenkäsittelylaitoksesta, joiden prosessiolosuhteet olivat samanlaiset kuin tutkimushenkilöillä. Ilmastinten epäpuhtaudet erotettiin ja karakterisoitiin kerros kerrokselta niiden pääkomponenttien tunnistamiseksi. Tämän perusteella arvioitiin puhdistusmenetelmien tehokkuutta ilmastimien hapensiirtotehokkuuden talteenotossa. Tavoitteena oli saada perustietoa ja teknisiä referenssejä hienokuplailmastusjärjestelmien pitkän aikavälin optimoituun ja vakaaseen toimintaan.
1 Materiaalit ja menetelmät
1.1 Johdatus jätevedenpuhdistamoihin
Molemmat jätevedenpuhdistamot sijaitsevat Shanghaissa, ja ne käyttävät anaerobista-anoksista-happiprosessia (AAO) ydinkäsittelynä. WWTP A:ssa käytetään pyörrehiekokammiota + perinteistä AAO:ta + korkean -tehokkaan kuitusuodattimen + UV-desinfiointiprosessia. WWTP B:ssä käytetään ilmastettua hiekkakammiota + perinteistä AAO:ta + tehokasta{10}}sedimentointisäiliötä + UV-desinfiointiprosessia. Molemmat laitokset täyttävät vakaasti A-luokan standardin "Yhdyskuntajätevedenpuhdistamojen epäpuhtauksien poistostandardi" (GB 18918-2002). Erityiset suunnittelu- ja toimintaparametrit on esitetty kohdassaTaulukko 1.
1.2 Ilmastimen epäpuhtauksien erottaminen ja karakterisointi
Kokeissa käytetyt hienokuplailmastimet olivat putkimainen HDPE-ilmastin (Ecopolemer, Ukraina), joka on kerätty tehtaalta A, ja putkimainen EPDM-ilmastin (EDI-FlexAir, USA), joka on kerätty tehtaalta B. Kuvia molemmista on esitettyKuva 1. Vanha HDPE-putki oli ollut käytössä 10 vuotta, mitat D×L=120 mm×1000 mm ja huokoshalkaisija (4±0,50) mm, ja se kykeni tuottamaan hienoja 2-5 mm kuplia. Vanha EPDM-putki oli ollut käytössä 3 vuotta, mitat D×L=91 mm×1003 mm, ja se tuotti hienoja kuplia 1,0–1,2 mm ja kuplan vähimmäishalkaisija 0,5 mm.
Vanhat HDPE- ja EPDM-putket haettiin aerobisista säiliöistä, asetettiin kelmulle ja huuhdeltiin deionisoidulla vedellä. Mekaaninen kuuraus suoritettiin liekillä{1}}steriloidulla terällä ilmastimen pintaan kiinnittyneiden epäpuhtauksien raapimiseksi.
Likaantumisen vaikutuksen hapensiirtokykyyn tutkimiseksi edelleen HDPE-putkelle suoritettiin kemiallinen puhdistus. Mekaanisen pesun jälkeen HDPE-putkea liotettiin 5-prosenttisessa HCl- ja 5-prosenttisessa NaClO-liuoksessa 24 tunnin ajan. Vanhat putket, mekaanisesti puhdistetut putket ja kemiallisesti puhdistetut putket kuivattiin 60-asteisessa uunissa (malli XMTS{10}}6000) 60 tuntia. Niiden pintoja tutkittiin sitten pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM, malli JSM-7800F, Japani), energiaa hajottavalla röntgenspektroskopialla (EDX, Oxford Instruments, UK) ja konfokaalilaserpyyhkäisymikroskopialla (CLSM, malli TCS SP8, Saksa). HCl-puhdistusliuos suodatettiin 0,45 μm:n kalvon läpi, ja moniarvoisten kationien (mukaan lukien Ca-, Mg-, Al-, Fe-ionit jne.) kvantitatiivinen analyysi suoritettiin käyttämällä induktiivisesti kytkettyä plasman optista emissiospektrometriaa (ICP, malli ICPS-7510, Japani). Koska HCl ja NaClO voivat aiheuttaa EPDM-kalvon denaturoitumista ja vanhenemista, EPDM-putkelle ei suoritettu kemiallista puhdistusta. EPDM-putki leikattiin 5 cm × 5 cm:n kalvopaloiksi ja liotettiin HCl:ssä liuoksessa olevien moniarvoisten kationien kvantitatiivista analyysiä varten.
1.3 Ilmastimen hapensiirron testauslaitteisto ja -menetelmä
Hienokuplailmastimien hapensiirtokyky testattiin "Hienokuplailmastimien puhtaan veden hapensiirtokyvyn määrittäminen" (CJ/T 475-2015) mukaisesti. Testiasetukset näkyvät kohdassaKuva 2.
Laite on ruostumatonta -teräsrakennetta, jonka mitat ovat 1,2 m × 0,3 m × 1,4 m, ja molemmilla puolilla on orgaaniset lasit. Ilmastin kiinnitettiin keskipohjaan metallituella, jonka upotussyvyys oli 1,0 m. Moniparametrista vedenlaadun analysaattoria (Hach HQ30D, USA) käytettiin liuenneen hapen (DO) pitoisuuden tarkkailuun reaaliajassa. Vedetöntä natriumsulfiittia käytettiin hapenpoistoaineena ja kobolttikloridia katalyyttinä. Painemittarin lukema edusti ilmastimen dynaamista märkäpainetta (DWP, kPa). Mittaustulokset korjattiin lämpötilan, suolapitoisuuden ja DO:n suhteen. Arviointiindeksinä käytettiin standardoitua hapensiirtotehokkuutta (SOTE, %).
Puhaltimen energiankulutus liittyy sekä tuloilman virtausnopeuteen että poistoilman paineeseen, joihin vaikuttaa vastaavasti ilmastimen SOTE ja DWP. Siksi ilmastimen suorituskyvyn arvioinnissa käytettiin ilmastuksen energiankulutusindeksiä J (kPa·h/g), joka edustaa SOTE:n ja DWP:n yhteisvaikutusta. Se määritellään painehäviöksi, joka ilmastimen on voitettava siirretyn hapen massayksikköä kohti. J lasketaan DWP/SOTE:n ja ilmavirtausnopeuden (AFR) välisen lineaarisen regression sovituksen jyrkkyydestä, kuten seuraavassa yhtälössä:
Jossa:
AFRon ilman virtausnopeus, m³/h;
ρilmaaon ilman tiheys otettuna 1,29 × 10³ g/m³ 20 asteessa;
yO2on happipitoisuus ilmassa, otettuna 0,23 g O2/g ilmaa.
2 Tulokset ja analyysi
2.1 Uusien, vanhojen ja puhdistettujen ilmastimien hapensiirtokyky
Kuva 3näyttää ilmastimien SOTE- ja DWP-arvot eri ilmavirtausnopeuksilla.
Kuvioista 3(a) ja (b) SOTE-arvot uusille HDPE- ja uusille EPDM-putkille olivat (7,36 ± 0,53) % ja (9,68 ± 1,84) %, vastaavasti. EPDM-putki tuottaa pienempiä kuplia, joilla on suurempi ominaispinta-ala, mikä lisää kaasun-kosketuspinta-alaa ja viipymisaikaa, mikä johtaa korkeampaan SOTE-arvoon. Molempien ilmastajien SOTE pieneni AFR:n kasvaessa, koska korkeampi AFR lisää kuplien määrää ja alkunopeutta, mikä johtaa useampaan kuplien törmäykseen ja suurempien kuplien muodostumiseen, mikä estää hapen siirtymisen kaasusta nestefaasiin. EPDM-putken SOTE osoitti selvempää laskevaa trendiä AFR:n noustessa HDPE-putkeen verrattuna. Tämä johtuu siitä, että HDPE-ilmastimen huokoset ovat jäykkiä eivätkä muutu AFR:n vaikutuksesta, kun taas EPDM-ilmastimen huokoset ovat joustavia ja avautuvat leveämmäksi, jolloin AFR on lisääntynyt, muodostaen suurempia kuplia ja vähentäen entisestään SOTE:tä.
Pitkän-käytön jälkeen HDPE-putken SOTE-arvo putosi (5,39±0,62) %:iin, mikä on 26,7 %, mikä johtui pääasiassa epäpuhtauksien kerääntymisestä, joka tukkii huokoset ja vähentää tehokkaiden huokosten määrää kuplien muodostumista varten. Mekaaninen hankaus nosti HDPE-putken SOTE-arvon (5,59±0,66)%, mutta palautuminen ei ollut merkittävää, mahdollisesti koska HDPE-putken epäpuhtaudet eivät vain kiinnittyneet pintaan, vaan myös kerrostuneet huokosten sisään, mikä vaikeutti niiden poistamista mekaanisella hankauksella. Jiang et ai. havaitsi, että NaClO voi tehokkaasti poistaa epäpuhtauksia HDPE-putkista ja palauttaa niiden ilmastuksen. NaClO-puhdistuksen jälkeen HDPE-putken SOTE palautui (6,14±0,63) %:iin, mikä on 83,4 % uuden putken tasosta, mutta ei vieläkään pystynyt palautumaan täysin. Tämä johtuu siitä, että pitkäaikaisen käytön aikana epäpuhtaudet kiinnittyvät tiukasti, muuttaen huokosrakennetta, tukkien ilmavirtausta, lisäämällä kuplien yhteensulautumista, vähentäen kuplan ominaispinta-alaa ja viipymisaikaa ja siten estävät hapen siirtymisen. Samalla likaantuminen aiheuttaa epätasaista ilmanjakoa, mikä heikentää yleistä suorituskykyä.
Vanhan EPDM-putken SOTE laski (9,06±1,75) %:iin, mikä on 6,4 %. Epäpuhtauksien kerääntymisen aiheuttaman huokosten tukkeutumisen lisäksi biologinen likaantuminen kuluttaa materiaalissa pehmittimiä, kovettaen ilmastimen ja muuttaen huokosia. Epämuodostuneet huokoset eivät voi palata alkuperäiseen tilaansa, jolloin muodostuu suurempia kuplia ja alennetaan SOTEa. Mekaaninen hankaus nosti EPDM-putken SOTE:n arvoon (9,47±1,87)%, jolloin se palautui lähes uuden putken tasolle, mikä osoitti, että EPDM-putken epäpuhtaudet olivat kiinnittyneet löysästi pintaan ja ne voitiin poistaa suurimmaksi osaksi mekaanisella hankauksella.
Kuvista 3(c) ja (d) uuden EPDM-putken DWP oli (6,47±0,66) kPa, merkittävästi korkeampi kuin uuden HDPE-putken [(1,47±0,49) kPa]. Tämä johtuu siitä, että EPDM-putken huokoshalkaisija on pienempi kuin HDPE-putken, mikä johtaa suurempaan vastukseen, kun kuplia puristetaan läpi. Pitkän -käytön jälkeen vanhan HDPE-putken DWP nousi (4,36±0,56) kPa:iin, 2,97 kertaa uuteen putkeen verrattuna. DWP:n kasvu liittyy sekä huokosten tukkeutumisen asteeseen että materiaalin muutoksiin. Mekaaninen pesu vähensi HDPE-putken DWP:n 2,25-kertaiseksi uuteen putkeen verrattuna. NaClO-puhdistus alensi sitä edelleen (2,04±0,45) kPa:iin, 1,39 kertaa uuteen putkeen verrattuna. Tämä osoittaa jälleen, että useimmat HDPE-putken epäpuhtaudet kertyivät huokosten sisään, eikä niitä voitu poistaa tehokkaasti mekaanisella hankauksella, mikä vaatii NaClO-puhdistuksen suorituskyvyn palauttamiseksi. Vanhan EPDM-putken DWP nousi (8,10 ± 0,94) kPa:iin, 1,25 kertaa uuteen putkeen verrattuna, ja laski 1,10-kertaiseen mekaanisen pesun jälkeen.
Kuva 4näyttää DWP/SOTE:n (merkitty DWP') muutoksen ilmastimien AFR:llä.
Lineaarista regressioyhtälöä käytettiin sovittamaan DWP' versus AFR, ja energiankulutusparametri J saatiin kaltevuuden perusteella. Uusien HDPE- ja uusien EPDM-putkien J-arvot olivat 0,064 ja 0,204 kPa·h/g, mikä osoittaa, että siirretyn hapen massayksikköä kohti EPDM-putken on voitettava suurempi painehäviö. Vaihtohetkellä HDPE- ja EPDM-putkien J-arvot nousivat arvoon 0,251 ja 0,274 kPa·h/g, vastaavasti. Ilmastimen likaantuminen, joka johtaa lisääntyneeseen painehäviöön, voi vaikuttaa puhaltimen turvalliseen toimintaan. Mekaanisen pesun jälkeen HDPE- ja EPDM-putkien J-arvot laskivat arvoon 0,184 ja 0,237 kPa·h/g. J:n muutoksia voidaan käyttää ilmastimen epäpuhtauksien kvantitatiiviseen analyysiin. Vanhan putken ja mekaanisesti puhdistetun putken välinen J-ero johtuu fyysisesti palautuvasta likaantumisesta. Ero mekaanisesti puhdistetun putken ja uuden putken välillä johtuu fyysisesti palautumattomasta likaantumisesta. Ero mekaanisesti puhdistetun putken ja kemiallisesti puhdistetun putken välillä johtuu kemiallisesti palautuvasta likaantumisesta, kun taas ero kemiallisesti puhdistetun putken ja uuden putken välillä johtuu korjaamattomasta likaantumisesta. Kuvassa 5 on esitetty ilmastimien energiankulutusparametrin J muutokset.
FromKuva 5HDPE-putken osalta fyysisesti palautuva ja fyysisesti irreversiibeli likaantuminen oli 35,8 % ja 64,2 % koko likaantumisesta, vastaavasti. Fysikaalisesti palautumattomasta likaantumisesta kemiallisesti palautuvan ja korjaamattoman likaantumisen osuus oli 42,8 % ja 21,4 %. EPDM-putkessa fyysisesti palautuva ja fyysisesti irreversiibeli likaantuminen oli vastaavasti 52,9 % ja 47,1 %. Korjaamaton lika ei esiinny aluksi, vaan kerääntyy ajan myötä, mikä lopulta määrää ilmastimen käyttöiän. Siksi olisi laadittava kohtuulliset puhdistusaikataulut, jotta hidastetaan siirtymistä palautuvasta likaantumisesta peruuttamattomaan likaantumiseen ja minimoidaan korjaamattoman likaantumisen kertyminen.
2.2 Uusien, vanhojen ja puhdistettujen ilmastimien SEM-tarkkailu
Kuva 6näyttää SEM-kuvia uusien, vanhojen ja mekaanisesti hankattujen ilmastimien pinnoilta. Uuden HDPE-putken huokoinen rakenne näkyy selvästi, kun taas uuden EPDM-putken pinta on sileä ja huokoset on leikattu puhtaiksi{1}}. Useiden vuosien käytön jälkeen molempien ilmastimien pinnan morfologia muuttui merkittävästi. Epätasaiset sauvamaiset ja lohkomaiset epäpuhtaudet peittivät pinnan kokonaan, ja huokosten ympärillä ja sisällä oli saasteita, jotka estävät hapen siirtoa ja lisäävät painehäviötä. Mekaanisen hankauksen jälkeen suurin osa EPDM-putken pinnan epäpuhtauksista poistui, mutta huokoset pysyivät tukossa. HDPE-putken kohdalla saastekerroksen paksuus pieneni, mutta huokoset peittyivät silti.
2.3 Uusien, vanhojen ja puhdistettujen ilmastimien epäorgaaninen likaantumisanalyysi
EDX:ää käytettiin analysoimaan edelleen ilmastinpintojen pääalkuainekoostumusta, ja tulokset on esitetty kohdassaTaulukko 2. Hiiltä, happea, rautaa, piitä ja kalsiumia havaittiin sekä HDPE- että EPDM-pinnoilla. HDPE-putki sisälsi myös magnesiumia, kun taas EPDM-putki sisälsi alumiinia. On päätelty, että HDPE-putken epäorgaaniset epäpuhtaudet olivat piidioksidia, kalsiumkarbonaattia, magnesiumkarbonaattia ja rautafosfaattia, kun taas EPDM-putkessa olevat epäpuhtaudet olivat piidioksidia ja alumiinioksidia. Nämä epäorgaaniset sakat muodostuivat, kun yhdyskuntajäteveden ja aktiivilietteen epäorgaanisten ionien pitoisuudet saavuttivat kyllästymisen ilmastimen pinnalla. Mekaanisen pesun jälkeen ilmastinpintojen epäorgaaniset elementit erosivat vähän vanhoihin putkiin verrattuna, mikä osoittaa, että mekaaninen pesu ei pysty poistamaan tehokkaasti epäorgaanisia epäpuhtauksia. Kim et ai. havaitsi, että pitkäaikaisen käytön jälkeen epäorgaaniset epäpuhtaudet peittyvät orgaanisilla epäpuhtauksilla, jotka tarttuvat tiukasti pintaan ja huokosten sisään, mikä tekee niistä vaikean poistaa mekaanisella hankauksella.
HCl-puhdistuksen jälkeen ilmastimen pinnoilla olevat metalli-ionit poistettiin kokonaan. HCl syövyttää osan pintaa peittävästä orgaanisesta kerroksesta, tunkeutui sen läpi ja reagoi metalli-ionien kanssa poistaen epäorgaaniset sakat neutraloimalla ja hajottamalla. Ilmastimien liotukseen käytetty HCl-puhdistusliuos analysoitiin ICP:llä epäorgaanisten epäpuhtauksien pitoisuuden laskemiseksi. HDPE-putken Ca-, Mg- ja Fe-pitoisuudet olivat vastaavasti 18,00, 1,62 ja 13,90 mg/cm2, kun taas EPDM-putken Ca-, Al- ja Fe-pitoisuudet olivat vastaavasti 9,55, 1,61 ja 3,38 mg/cm2.
2.4 Uusien, vanhojen ja puhdistettujen ilmastimien orgaanisen likaantumisen analyysi
Orgaanisten epäpuhtauksien jakautumisen kvantitatiiviseen tutkimiseen Image J -ohjelmistolla laskettiin solujen kokonaismäärän, polysakkaridien ja proteiinien biotilavuus ja substraatin peittosuhde CLSM-mikrokuvista, ja keskiarvot otettiin lopputuloksiksi (Kuva 7).
Kuvasta 7(a) proteiinit ja solujen kokonaismäärä olivat orgaanisten saasteiden pääkomponentit HDPE- ja EPDM-putkissa, vastaavasti, maksimikokonaistilavuuksien ollessa 7,66 x 10⁵ ja 7,02 x 10⁵ μm³. Solujen kokonaistilavuus EPDM-putkessa oli 2,5 kertaa suurempi kuin HDPE-putkessa, mikä on yhdenmukainen Garrido-Baserban et al.:n havaintojen kanssa. He raportoivat korkeamman DNA:n kokonaispitoisuuden vanhoissa EPDM-ilmastimissa verrattuna muihin materiaaleihin. Wanger et ai. havaitsivat, että kun mikro-organismit kiinnittyvät EPDM-putkiin ja jos ympäröivästä ympäristöstä puuttuu riittävästi orgaanista substraattia, ne siirtyivät käyttämään EPDM-kalvopehmittimiä. Mikro-organismit voivat hyödyntää pehmittimiä hiilen lähteenä, mikä nopeuttaa kasvua ja lisääntymistä, mikä voimistaa EPDM-pinnan biologista likaantumista. EPDM-putken polysakkaridi- ja proteiinipitoisuudet olivat paljon alhaisemmat kuin HDPE-putkessa, mikä johtui mahdollisesti korkeammasta lietteen iästä tehtaalla B verrattuna tehtaaseen A, mikä johti pienempään solunulkoisen polymeeriaineen (EPS) pitoisuuteen. EPS:n pääkomponentteina mikro-organismien erittämistä proteiineista ja polysakkarideista tuli merkittäviä orgaanisten saasteiden lähteitä HDPE-putken pinnalla tehtaalla A.
Mekaanisen pesun jälkeen kokonaissolujen, polysakkaridien ja proteiinien määrä HDPE-putkessa väheni 1,49 × 105, 0,13 × 105 ja 1,33 × 105 μm³, vastaavasti. EPDM-putkessa vastaavat laskut olivat 2,20 × 105, 1,88 × 105 ja 2,38 × 105 μm³. Tämä osoittaa, että mekaaninen hankaus voi vähentää orgaanista likaantumista jossain määrin.
Kuitenkin HDPE-putken osalta polysakkaridien ja proteiinien substraatin peittoalue kasvoi mekaanisen pesun jälkeen -2,75 %:sta 4,67 %:iin ja 6,28 %:iin 7,09 %:iin [Kuva 7(b)]. Tämä tapahtui, koska solunulkoisilla polymeerisillä aineilla (EPS) on korkea viskositeetti. Tämän seurauksena mekaanisella pesulla oli kielteinen vaikutus proteiinien, polysakkaridien ja epäorgaanisten saasteiden levittämisessä laajemmin HDPE-putken pinnan poikki, mikä johti laajempaan alueen peittoon. Tämä todennäköisesti selittää, miksi mekaaninen pesu ei onnistunut merkittävästi palauttamaan HDPE-putken ilmastustehokkuutta.
NaClO-puhdistuksen jälkeen solujen, polysakkaridien ja proteiinien kokonaismäärä HDPE-putkessa väheni 2,34 x 10⁵, 3,42 x 10⁵ ja 4,53 x 10⁵ μm³, tässä järjestyksessä, mikä osoitti merkittävästi korkeampaa poistotehokkuutta kuin mekaaninen pesu. NaClO hapettaa orgaanisten epäpuhtauksien funktionaaliset ryhmät ketoneiksi, aldehydeiksi ja karboksyylihapoiksi, mikä lisää lähtöyhdisteiden hydrofiilisyyttä ja vähentää epäpuhtauksien tarttumista ilmastimeen. Lisäksi lietteen flokit ja kolloidit voivat hajota hapettimien vaikutuksesta hienoiksi hiukkasiksi ja liuenneiksi orgaaniseksi aineeksi.
3 Johtopäätökset
①Uusien HDPE- ja uusien EPDM-putkien SOTE-arvot olivat (7,36±0,53) % ja (9,68±1,84) %. EPDM-putken SOTE osoitti selvempää laskevaa trendiä AFR:n noustessa HDPE-putkeen verrattuna. Tämä johtuu siitä, että HDPE-ilmastimen huokoset ovat jäykkiä eivätkä muutu AFR:n vaikutuksesta, kun taas EPDM-ilmastimen huokoset ovat joustavia ja avautuvat leveämmäksi, jolloin AFR on lisääntynyt, muodostaen suurempia kuplia ja vähentäen entisestään SOTE:tä.
②Pintaan ja huokosten sisälle kertyneen epäpuhtauden vuoksi HDPE-putken hapensiirtotehokkuus laski 26,7 % ja sen painehäviö nousi 2,97-kertaiseksi uuteen putkeen verrattuna. Koska useimmat HDPE-putken epäpuhtaudet kerääntyivät huokosten sisään, mekaaninen hankaus ei ollut tehokasta. Kemiallisen puhdistuksen jälkeen HDPE-putken SOTE palautui 83,4 prosenttiin uuden putken tasosta ja DWP laski 1,39-kertaiseksi uuteen putkeen verrattuna, mikä osoittaa merkittävää suorituskyvyn paranemista. Epäpuhtauksien laskeuman vuoksi se ei kuitenkaan pystynyt täysin palautumaan alkuperäiseen tilaansa. HDPE-putkessa fysikaalisesti palautuva, kemiallisesti palautuva ja korjaamaton likaantuminen oli vastaavasti 35,8 %, 42,8 % ja 21,4 %.
③Pitkän-käytön jälkeen EPDM-putken hapensiirtotehokkuus laski 6,4 % ja sen painehäviö kasvoi 1,25-kertaiseksi uuteen putkeen verrattuna. Mekaanisen hankauksen jälkeen EPDM-putken ilmastuskyky palautui melkein uuden putken tasolle, mikä osoittaa, että EPDM-putken epäpuhtaudet olivat kiinnittyneet löysästi pintaan ja ne voitiin suurelta osin poistaa mekaanisella hankauksella. EPDM-putkessa fyysisesti palautuva ja fyysisesti irreversiibeli likaantuminen oli vastaavasti 52,9 % ja 47,1 %.
④Proteiinit olivat orgaanisten epäpuhtauksien pääkomponentti HDPE-putkessa, kun taas solujen kokonaismäärä oli pääkomponentti EPDM-putkessa. Tämä johtuu siitä, että mikro-organismit käyttävät EPDM-materiaalissa olevia pehmittimiä hiilenlähteenä, mikä nopeuttaa niiden kasvua ja lisääntymistä ja tehostaa siten EPDM-materiaalin ilmastimien biologista likaantumista.