هوادهی و انتقال اکسیژن
اکسیژنرسانی به مایع مخلوط در حوضچهی هوادهی با ورود حبابهای هوا توسط دیفوزرهای مستغرق و یا ورود هوا در مایع با استفاده از وسایل مکانیکی انجام میشود. دیفیوزرهای هوا، بشقابها، لولهها یا نازلهای متخلخلی هستند که به لولهی انتقال هوا در کف حوضچه متصل هستند یا به لولههای سطحی که در حوضچه جابهجا میشوند وصل شدهاند. دمندههای سانتریفوژی که در اشکال زیر نشان دادهشده است، هوای فشرده را در دیفیوزرها تهیه میکنند. وسایل ایجاد حبابهای درشت، مانند روزنهها یا نازلها بهگونهای طراحیشدهاند که هوای تخلیهشده به آب را به شکل حبابهایی میشکنند و در محیط مایع پخش میکنند.
وسایل ایجاد حبابهای ریز مواد متخلخلی هستند که هوا را بهصورت حبابهای ریز آزاد میکنند بهگونهای که در شکل نشان دادهشده است. اگرچه هر نوع دیفیوزر مشخصات خاصی دارد، اما نازلهای ایجادکنندهی حباب درشت در بهرهبرداری و نگهداری بیشتر موردتوجه قرار میگیرند، درحالیکه دیفیوزرهای حباب ریز، بازدهی بیشتری در انتقال اکسیژندارند. هوادههای مکانیکی بهصورت پاروهای افقی توربینهای عمودی و توربین عمودی با استوانه مکش میباشند.
بخشی از یک روتور افقی بهصورت مستغرق در یک کانال هوادهی میچرخد. توربین عمودی ممکن است بهصورت سطحی یا کاملاً مستغرق باشد که همراه با منبع تولید هوا با فشار زیاد در زیر تیغه گردان است. در خصوص اختلاطهای عمقی توربین عمودی ممکن است در یک استوانه مکش بهکاررفته باشد بهگونهای که فاضلاب را از کف مخزن در درون لوله بهطرف بالا بکشاند و آن را در سطح تخلیه کند.
انتقال اکسیژن یک فرآیند دومرحلهای است. ابتدا گاز اکسیژن توسط هوادهی عمقی یا مکانیکی در فاضلاب حلشده سپس اکسیژن محلول توسط میکرواورگانیزمها در فرآیند متابولیسم مواد آلی موجود در فاضلاب مورداستفاده قرار میگیرد.
اگر سرعت مصرف اکسیژن بیشتر از سرعت حل شدن آن باشد، اکسیژن محلول در مایع مخلوط به پایان میرسد. سرعت انتقال اکسیژن از حبابهای هوا به مایع محلول بر اساس معادله زیر بیان میشود.
فاکتور K به مشخصات فاضلاب و بیشتر به خصوصیات فیزیکی سیستم هوادهی، مانند نوع دیفیوزر یا هواده عمق مایع در حوضچه، سرعت اختلاط و پیکرهبندی حوضچه بستگی دارد.
در این فرمول:
R برابر با سرعت انتقال اکسیژن از هوا به اکسیژن محلول است (میلیگرم).
K برابر است با ضریب انتقال که بستگی به تجهیزات هوادهی و مشخصات فاضلاب دارد (در ساعت).
ضریب اکسیژن اشباع فاضلاب که معمولاً بین 0.8 تا 0.9 است.
Cs عبارت است از غلظت اکسیژن محلول در حالت اشباع در خصوص آب خالصُ میلیگرم در لیتر.
Ct غلظت اکسیژن محلول موجود در مایع مخلوط، میلیگرم در لیتر.
(BCs-Ct) عبارت است از کاهش اکسیژن محلول، میلیگرم در لیتر.
سرعت مصرف اکسیژن محلول ضرورتاً به نسبت غذا به میکرواورگانیزمها ( بار BOD و زمان هوادهی ) و درجه حرارت بستگی دارد. میزان مصرف بیولوژیکی معمولاً کمتر از 10 میلیگرم در لیتر در هر ساعت برای فرآیند هوادهی گسترده و حدود 30 میلیگرم در لیتر در هر ساعت برای هوادهی متداول است.
فعالیت بیولوژیکی هوازی مستقل از اکسیژن محلول بوده و در حد حداقل مقدار است. در غلظتهای پایینتر از این، متابولیسم میکرو ارگانیزمها به علت کمبود منبع اکسیژن محدود میشود. غلظتهای معیار برای سیستمهای متفاوت در حد 0.2-2 میلیگرم در لیتر و عمومیترین آن 0.5 میلیگرم در لیتر گزارش شده است. مقادیر بالاترُ حدود 1.2 و 2 میلیگرم در لیتر ممکن است بهعنوان یک فاکتور بهرهبرداری جهت محاسبهی تغییرات روزانهی بار BOD و اصلاح خصوصیات تهنشینی MLSS مورداستفاده قرار گیرد.
آگاهی از نظریات پایه در خصوص دریافت و انتقال اکسیژن در فهم مشکلات مربوط به بهرهبرداری مفید است که معمولاً همراه با فرآیندهای هوادهی است.
درصورتیکه سرعت مصرف بیولوژیکی بیشتر از ظرفیت تجهیزات هوادهی باشدُ کاهش اکسیژن در حوض هوادهی ممکن است رخ دهد. بهعنوانمثال اضافه بار مواد آلی یک سیستم هوادهی گسترده که به دیفیوزرهای حباب درشت مجهز میشوند در سیستمهای کمعمق میزان اکسیژن محلول کمتر از 0.5 میلیگرم در لیتر میشود، حتی در حوضچههایی که بهشدت توسط دیفیوزرها و حبابهای هوا اختلاط مییابند.
شاید شرایطی که اکثراً اتفاق میافتد و بهرهبرداری را غیراقتصادی میکند، هوادهی بیشازحد معمول باشد که باعث تولید میزان اکسیژن محلول بیشتر از مقدار موردنیاز در مایع مخلوط میشود؛ و فعالیت بیولوژیکی به همان میزان قبلی است و سرعت انتقال از هوا به اکسیژن محلول افزایش مییابد که همواره با کاهش غلظت بوده و این امر منطقی به نظر میرسد که باید سیستم را در حد امکان بر اساس حداقل اکسیژن محلول در شرایطی بحرانی راهاندازی نماییم. راهاندازی کمپرسورهای هوا در هنگامیکه ظرفیت کاهشیافته و حتی خاموش کردن موتورها در آخر هفتهها ممکن است باعث حفظ انرژی الکتریکی شده ولی روی فرآیند فیزیولوژیکی اثر نامطلوب نداشته باشد.
کنترل اتوماتیکی موتورهایی که در اکسیژن محلول استفاده میشوند، توسط اصلاح و تکمیل سیستمهای کنترل و اطمینان از کارکرد دستگاههای اندازهگیری اکسیژن محلول، کاراییشان افزایش مییابد.
