در کشورهای توسعه یافته، تصفیه ی بیولوژیکی هوازی از روش های عمده تصفیه فاضلاب می باشد. روش هوازی به دلیل عدم ایجاد بوی نامطبوع و راندمان بالا در حذف آلاینده ها از محبوبیت بالایی برخوردار است. در این روش میکروارگانیسم ها با مصرف اکسیژن به تجزیه مواد آلی داخل فاضلاب می پردازند. برای بالا بردن راندمان تصفیه و عملکرد میکروارگانیسم ها به دو روش هوادهی مکانیکی و عمقی اقدام به هوادهی می شود که هوادهی عمقی به سبب بازدهی و راندمان بهتر، بیشتر مورد استقبال قرار گرفته است. واحدهای اصلی در یک سیستم هوادهی عمقی شامل بلوئرها، لوله ها و دیفیوزرها می باشند.
هدف اصلی استفاده از دیفیوزرها انتقال اکسیژن در طول فرایند تصفیه بیولوژیکی به میکروارگانیسم های تجزیه کننده مواد آلی در فاضلاب است. در واقع می توان گفت دیفیوزرها با تسهیل انتقال اکسیژن در آب و فاضلاب به انجام فرایندهای بیولوژیکی و واکنش های شیمیایی کمک می کنند.
در سیستم های تصفیه بیولوژیکی به روش هوازی، واحدهای هوادهی قلب تصفیه خانه های فاضلاب به شمار می روند.
عملکرد دیفیوزرها
بلوئرها یا دمنده های هوا، وظیفه ی تولید هوا را دارند. هوای تولید شده توسط بلوئرها با عبور از لوله ها به دیفیوزرها رسیده و با توجه به ساختار دیفیوزرها تزریق هوا به داخل فاضلاب از کف مخزن هوادهی انجام می شود.
دیفیوزرها از یک قاب یا بدنه ی پلیمری و یک ممبران لاستیکی منعطف و سوراخ هایی بر روی آن تشکیل شده اند که جنس قاب آنها از PE ,PP ,PVDE و... و جنس ممبران لاستیکی منعطف نیز از EPDM ,PTFE و یا سیلیکون می تواند باشد.
مزایای استفاده از دیفیوزرها در هوادهی
1. دیفیوزرها با انتقال هوا به داخل فاضلاب، اکسیژن مورد نیاز جهت انجام عملیات تصفیه را برای میکروارگانیسم ها فراهم می آورند.
2. تزریق هوا به داخل سیستم سبب ایجاد اغتشاش در جریان می شود که این مسئله از دو جهت حائز اهمیت است؛ اول اینکه از ته نشینی ذرات معلق و ایجاد شرایط بی هوازی جلوگیری به عمل می آورد و دوم اینکه این اغتشاش باعث استفاده ی حداکثری از فضا و جلوگیری از ایجاد فضای مرده در حوضچه ی هوادهی می گردد.
3. حباب های هوای تشکیل شده در حوضچه های هوادهی به مواد سبک تر مانند روغن ها و چربی ها کمک می کند تا راحت تر بر روی فاضلاب شناور شوند و امکان جداسازی آنها را با استفاده از اسکیمر فراهم می آورند.
4. بهره برداری از آنها آسان می باشد.
5. هزینه ی نگهداری از آنها در طولانی مدت پایین است.
6. استفاده از دیفیوزرها کاملا با محیط زیست سازگار بوده و همچنین ایمنی استفاده از آنها بالا می باشد.
کاربرد دیفیوزرهای هوادهی
کاربردهای عمده و گسترده از دیفیوزرها در تصفیه آب و فاضلاب و پرورش ماهی است. بدین صورت که در پرورش ماهی و دیگر آبزیان استفاده از دیفیوزر ها در کف استخر عمل اکسیژن رسانی جهت ایجاد شرایط مطلوب برای پرورش آنها را تسهیل می نماید و در عملیات تصفیه آب و فاضلاب با اهداف زیر استفاده می شوند:
• استفاده از دیفیوزرها در حوضچه های هوادهی جهت تصفیه ی آب و فاضلاب
• به کارگیری از آنها برای فرایند تثبیت لجن با استفاده از اکسیژن رسانی
• کمک به انجام نیتریفیکاسیون
• حذف روغن و چربی با شناورسازی آنها
• استفاده از آنها در متعادلسازها برای جلوگیری از ته نشینی لجن و ایجاد شرایط بی هوازی
• در تصفیه ی آب به هدف حذف آهن و منگنز و گازهای H2S و CO2
• کمک به تزریق ازن در مرحله ی نهایی تصفیه ی آب و فاضلاب
دسته بندی دیفیوزرهای هوادهی
دسته بندی و تقسیم بندی دیفیوزرها می تواند بر اساس اندازه ی حباب های تولید شده توسط آنها و یا بر اساس شکل ظاهری دیفیوزرها باشد. در زیر به توضیح مختصری در خصوص این تقسیم بندی ها می پردازیم:
تقسیم بندی دیفیوزرها بر اساس اندازه ی حباب ها
در این دسته بندی دیفیوزرها را به دو دسته ی کلی دیفیوزرهای حباب ریز و دیفیوزرهای حباب درشت تقسیم می کنند.
دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble Diffuser)
دیفیوزرهای حباب ریز یا افشانک های حباب ریز به دلیل تولید حباب هایی به قطر 1 تا 3 میلیمتر به این نام شناخته می شوند.
در دیفیوزرهای حباب ریز به علت اندازه ی ریز و کوچک حباب های تولید شده، سطح آنها بیشتر بوده، تماس بیشتری با میکروارگانیسم ها دارند و اکسیژن رسانی آنها بیشتر می باشد.
از مزایای دیفیوزرهای حباب ریز به موارد زیر می توان اشاره کرد:
• نصب آنها در تانک ها و مخازن هوادهی آسان می باشد.
• راندمان هوادهی آنها نسبت به دیفیوزرهای حباب درشت بیشتر است.
• به دلیل تولید حباب های ریز، سرعت حرکت حباب ها به سمت بالا، نسبت به دیفیوزرهای حباب های درشت کمتر می باشد و این موجب افزایش زمان تماس حباب ها با آب و فاضلاب می گردد.
• میزان مصرف انرژی آنها کمتر می باشد.
از این رو با توجه به موارد فوق از دیفیوزرهای حباب ریز در موارد زیر استفاده می شود:
• مخازن و حوضچه های هوادهی در سیستم های بیولوژیکی
• مخازن نگهداری از لجن
• هوادهی در آب های آشامیدنی
• تامین اکسیژن در استخرهای پرورش ماهی
و همینطور از معایب دیفیوزرهای حباب ریز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. به علت کوچکتر بودن سوراخ های روی ممبران ها احتمال گرفتگی در آنها بیشتر می باشد.
2. قدرت ایجاد اغتشاش در جریان فاضلاب در آنها نسبت به دیفیوزرهای حباب درشت کمتر می باشد که با توجه به این موضوع برای زمانی که احتیاج به معلق نگه داشتن ذرات جامد و جلوگیری از ته نشینی آنها می باشد پیشنهاد نمی شوند.
دیفیوزرهای حباب درشت (Coarse Bubble Diffuser)
این دیفیوزرها به سبب تولید حباب های 3 تا 50 میلیمتری به عنوان دیفیوزرهای حباب درشت شناخته شده اند، به دلیل همین اندازه ی حباب های بزرگ توانایی ایجاد اختلاط بیشتری در جریان داشته، بنابراین استفاده از آن در مواردی که علاوه بر هوادهی لازم است از ته نشینی ذرات معلق نیز جلوگیری به عمل آید کاملا توجیه پذیر است.
از مزایای دیفیوزرهای حباب درشت به موارد زیر می توان اشاره کرد:
1. به واسطه ی بزرگ بودن سوراخ های روی ممبران ها احتمال گرفتگی در آنها کمتر می باشد.
2. هزینه های مربوط به تعمیرات و نگهداری آنها کاهش می یابد.
3. دوام و طول عمر بیشتری دارند.
4. قدرت اختلاط بالاتری دارند.
کاربرد دیفیوزرهای حباب درشت
1. در مخازن متعادلساز و دانه گیر جهت جلوگیری از ته نشینی و ایجاد شرایط بی هوازی
2. قابل استفاده در تصفیه ثانویه فاضلاب
3. استفاده در مخازن نگهداری از لجن
معایب دیفیوزرهای حباب درشت
1. مصرف انرژی در این دیفیوزرها بیشتر می باشد.
2. راندمان انحلال حباب های درشت در آب کمتر از حباب های ریز است.
3. سریع تر به سطح بالای آب یا فاضلاب می رسند که باعث کاهش سطح تماس می شوند.
تقسیم بندی دیفیوزرها بر اساس شکل ظاهری
نوع دیگری از تقسیم بندی دیفیوزرها بر اساس شکل آنها می باشد. دیفیوزرها از نظر شکل ظاهری به سه گروه دیفیوزرهای لوله ای، دیفیوزرهای دیسکی و دیفیوزرهای صفحه ای تقسیم می شوند.
دیفیوزرهای لوله ای یا دیفیوزرهای تیوبی (Tube diffusers)
دیفیوزرهای لوله ای برای مخازن یا حوضچه های با حجم کم که احتیاج به هوای زیادی دارند بسیار کارامد می باشند. این دیفیوزرها به شکل استوانه ای باریک و بلند مشکل فضا برای محل نصب را حل کرده اند. عملکرد دیفیوزرهای لوله ای بدین صورت می باشد که هوا توسط لوله های توزیع از بلوئر به دیفیوزرها رسیده و با گسترش هوا در سطح زیر دیفیوزر به صورت حباب هایی خارج و در داخل حوض توزیع می شود.
مزایای دیفیوزرهای لوله ای
• در دو نوع حباب ریز و حباب درشت موجود می باشند.
• در این دیفیوزرها نسبت سطح به حجم بیشتر است.
• سرعت و راندمان تولید اکسیژن در آنها بالا می باشد.
کاربرد دیفیوزرهای لوله ای
• در فرایندهای لجن فعال در مخازن هوادهی
• در مخازن نگهداری لجن
• در استخرهای پرورش ماهی
از معایب دیفیوزرهای لوله ای به هزینه ی تعمیرات و نگهداری بالای آنها می توان اشاره کرد.
دیفیوزرهای هوادهی دیسکی (Disc diffusers)
دیفیوزرهای دیسکی با سطح مقطع دایره ای شکل خود در سایزها و برندهای متفاوتی در دسترس هستند. عملکرد این دیفیوزرها بدین گونه می باشد که پس از تولید هوا توسط بلوئر، هوا با سرعت بالایی پمپ می شود و از طریق لوله ها به دیفیوزرها رسیده و سطحشان کمی منبسط شده و سوراخ های هوای آن باز و هوا از دیفیوزر به داخل مایع منتقل می شود. این نوع دیفیوزر ها در کف مخزن و بر روی لوله های توزیع نصب می گردند. گاهی از این دیفیوزر ها به عنوان هواده های ثابت نیز نام می برند، چرا که محبوبیت آنها زیاد می باشد.
مزیت های دیفیوزر دیسکی
• این دیفیوزر ها در دو نوع حباب ریز و حباب درشت موجود می باشند
• طول عمر آنها بالاست
• نصب آسان
• افت ناچیز فشار
• مقاومت بالا نسبت به خوردگی
کاربرد دیفیوزرهای دیسکی
• در مخازن هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب
• استفاده از آنها در مخازن متعادلساز
• در مخازن هاضم لجن
• تامین اکسیژن در استخرهای پرورش ماهی
دیفیوزرهای هوادهی صفحه ای (Plate diffusers)
در این نوع از دیفیوزرها همانند دیفیوزرهای قبلی هوا از طریق لوله ها از بلوئرها به دیفیوز منتقل می شود و تنها تفاوت آنها این است که زمانی که هوا با فشار بالا به پلیت ها یا صفحه های آنها می رسد آنها را متسع نمی کنند و از سوراخ های تعبیه شده بر روی آن خارج می شوند.
مزایای دیفیوزرهای صفحه ای
• در این دیفیوزر ها بازده انتقال اکسیژن بالا می باشد.
• جوابگویی آنها در شرایط مختلف خوب است.
کاربرد دیفیوزرهای صفحه ای
از این دیفیوزرها در صنایع مختلف استفاده می شود از جمله:
• شیلات و پرورش آبزیان
• صنایع فولاد
• تصفیه ی آب و فاضلاب
نکاتی در خصوص انتخاب، نصب و نگهداری از دیفیوزرها
• تعداد دیفیوزرها بر اساس ظرفیت هوادهی بلوئرها محاسبه می شود و ظرفیت بلوئر نیز بر اساس میزان آلودگی فاضلاب تعیین می گردد.
• در محاسبه ی تعداد دیفیوزرها همواره به این نکته توجه داشته باشید که نباید تمام ظرفیت دیفیوزر را در نظر گرفت، بلکه باید ظرفیت بهینه ی دیفیوزر را مد نظر قرار داد و از ظرفیت نهایی تنها 15 دقیقه در شبانه روز استفاده می شود که برای تمیز کردن دیفیوزر و از بین بردن رسوبات می باشد.
• عمقی که دیفیوزر در آن نصب می شود بر راندمان هوادهی تاثیرگذار است. هرچه عمق دیفیوزر بیشتر باشد بازدهی و راندمان اکسیژن دهی نیز بیشتر می باشد.
• قبل از نصب دیفیوزرها، باید از تمیز بودن آنها اطمینان حاصل کرد.
• در دوره های تخلیه ی مخازن، بازدید از دیفیوزرها ضروری است چرا که در صورت وجود آسیب دیدگی هم راندمان سیستم را پایین می آورند و هم ممکن است در صورت پارگی ممبران ها لجن وارد لوله ها شده و باعث گرفتگی و مختل شدن عملکرد دیگر دیفیوزرها شود، از این رو در این بازدیدها چنانچه آسیب دیدگی مشاهده شود باید نسبت به تعمیر یا تعویض دیفیوزرهای معیوب اقدام کرد.
• سیستم های لوله کشی برای نصب دیفیوزرها باید به گونه ای طراحی شوند که هوا به طور یکنواخت بین تمامی دیفیوزرها توزیع شود.
• در محاسبات فشار بلوئر، افت فشار دیفیوزرها حدود 50 میلی بار در نظر گرفته می شود.
معایب دیفیوزرهای هوادهی
• در مقابل روش هوادهی سطحی استفاده از آنها پیچیدگی بیشتری دارد.
• نیاز به هزینه های سرمایه گذاری بالاتر.
• در مخازنی که عمق آنها کمتر است بازدهی کمی دارند.
شستن و تمیز کردن دیفیوزرها
گرفتگی دیفیوزرها باعث کاهش راندمان تصفیه سیستم هوادهی، افزایش هزینه های مربوط به مصرف انرژی و تخریب سیستم در دراز مدت می شود، بنابراین تمیز کردن و شستن دیفیوزرها به صورت دوره ای ضروری است. موثرترین و بهترین راه برای شستن دیفیوزرها استفاده از اسید می باشد؛ برای شستن دیفیوزرها لازم است که ابتدا سطح آنها را با ابر یا اسفنج پاک نموده تا سطح ممبران از رسوبات پاک شود و سپس با استفاده از واترجت لایه ی بیرونی ممبران ها را می شوییم و با استفاده از اسید فرمیک فرایند جرم زدایی از دیفیوزرها را باید تکمیل کرد. به این صورت که بعد از بلوئر، یک ورودی و یک درپوش جهت تزریق اسید باید طراحی نمود. در حین تزریق اسید باید بلوئرها خاموش باشند، بعد از تزریق اسید و بسته شدن درپوش حداکثر به مدت 30 ثانیه بلوئر روشن شده و اسید از دیفیوزر تخلیه می شود. حتما باید از مقاومت اتصالات، شیرها و سیستم های انتقال هوا در برابر اسید اطمینان حاصل شود.
چیدمان دیفیوزرهای هوادهی
برای دستیابی به بهترین بازده تصفیه فاضلاب و راندمان بالای انتقال اکسیژن، طراحی و انتخاب نوع دیفیوزرها و نحوه ی چیدمان و نصب آنها از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد. این چیدمان می تواند به صورت مارپیچی یک طرفه، مارپیچی دوطرفه، مار پیچی مرکزی، شبکه ای و پوشش تمام کف باشند.
در نهایت جهت انتخاب نوع چینش دیفیوزرها باید به موارد زیر توجه داشت:
• نوع فرایند تصفیه
• نوع فاضلاب و میزان آلودگی آن و جریان هوای خروجی از بلوئر
• شکل حوض های هوادهی و محدودیت های طراحی
• استاندارد خروجی و راندمان مورد نظر تصفیه
• میزان اختلاط