Meu difusor vai a 11 anos
Trabalho técnico apresentado na WEFTEC de 2012
Autores:
RESUMO
Difusores de membrana de bolhas finas são amplamente usadas em todo o mundo para aeração em reatores de lodo ativado. A aeração pode ser responsável por até 60% do uso de energia de uma planta (Rosso, et al. 2005).
A incrustação dos poros e a degradação do material da membrana podem reduzir a eficiência energética dos difusores de membrana de bolhas finas para 50% da eficiência original após apenas alguns anos de operação. Este trabalho investigou a eficiência de transferência de oxigênio de difusores AEROSTRIP® de membrana de poliuretano, que estiveram em uso contínuo com as membranas originais desde 2001, na estação municipal de águas residuárias em Bremerton, Washington. Os resultados dos testes de água limpa e residual nos testes off-gás em 2012 e 2013 indicaram que os difusores AEROSTRIP® operando de onze a doze anos estavam com ~ 80% de sua eficiência original. Uma técnica de limpeza dos difusores com lavagem sob pressão simples aumentou a taxa de transferência de oxigênio dos difusores de onze a doze anos para ~ 90% da eficiência original, resultando em um SOTE medido de 7,4% / m (2,3% / ft) de profundidade de imersão e foi eficaz na redução da pressão em cerca de 60 mbar (0,9 psi).
PALAVRAS-CHAVE: aeração, difusores, transferência de oxigênio, energia, teste off gás
INTRODUÇÃO
A planta de Bremerton, Washington foi convertida de um sistema de bolhas grossas para sistema com difusor de bolha fina modelo plano com membrana de poliuretano em 2001 usando mão de obra da própria unidade de tratamento.
Existem 140 difusores AEROSTRIP® (AquaConsult, Áustria; Ovivo, Utah) de 15 cm x 3 m operando em cada um dos dois tanques (Figura 1). A planta não é com nitrificação e atualmente trata aprox. 18.925 m³/dia (5 mgd) e com um tempo médio de residência celular (MCRT) de aproximadamente 1,5 dias nos dois tanques paralelos de 1.665 m³ (440.000 galões) operando com uma profundidade de imersão do difusor de 4,15 m (13,6 pés), que é essencialmente a profundidade útil da água no tanque, com estes difusores de perfil fino montados no chão. Um seletor anaeróbico está presente, no entanto, houve refluxo de oxigênio para esta zona, e a avaliação microscópica confirmou a presença de filamentos. A manutenção dos difusores nos últimos doze anos em Bremerton foi limitada a lavagem periódica da parte superior do tanque e escovação dos difusores (usando uma escova de cerdas macias) com sabão neutro, um processo que leva 2-3 horas por tanque.
Muito trabalho tem sido relatado sobre a degradação da transferência de oxigênio de difusores de bolhas finas ao longo das últimas duas décadas ou mais. Em muitos sistemas, a transferência de oxigênio pode cair para 50% do valor original eficiência após 2-5 anos de operação, quando a manutenção adequada ou substituição da membrana não é praticado (Rosso e Stenstrom, 2006), o que pode aumentar significativamente o consumo energético de uma planta, além de diminuir sua a capacidade de tratamento. O teste de off-gás é geralmente o melhor método para
rastrear a eficiência da transferência de oxigênio em uma instalação operacional ao longo do tempo. Métodos off-gás on-line foram introduzidos nos últimos anos (Leu, et al, 2009).
A propensão para incrustação do difusor de bolhas finas é afetada pelo tempo médio de residência da célula (MCRT), presença de nitrificação, presença de desnitrificação, presença de seletores, localização de difusores em um tanque de fluxo em pistão e outros fatores importantes (Rosso e Stenstrom, 2005). A instalação de Bremerton, sendo um sistema MCRT curto (pequena idade do lodo), não nitrificante, tem um potencial relativamente alto para incrustação nos poros incrustação. Embora um seletor anaeróbico estivesse em operação, o que normalmente reduziria o potencial de incrustação nos poros dos difusores, houve refluxo significativo de oxigênio para esta zona, tornando-o amplamente ineficaz no controle de filamentos.
Várias técnicas de manutenção tiveram algum sucesso em melhorar as taxas de transferência de oxigênio em campo nas estações de tratamento de águas residuárias, incluindo mangueiras superiores, limpeza física e injeção de ácido na tubulação de ar (Mueller, et al. 2002). A lavagem com pressão não foi amplamente estudada como um método para restaurar a eficiência de transferência de oxigênio, e esta técnica foi estudada como parte deste trabalho.
METODOLOGIA
Teste de transferência de oxigênio de 2012
Em julho de 2012, o teste off-gás foi realizado na planta com onze anos em operação contínua.
O teste off-gás foi realizado da mesma maneira que descrito em relatórios e atividades anteriores
pelo primeiro autor (Rosso et al, 2005) e é consistente com os procedimentos descritos pelos EUA
EPA (1983). É baseado no método original de off-gás (Redmon et al., 1983). Uma campana medindo 61 x 244 cm (2 pés x 8 pés) foi usada em oito locais em cada um dos dois tanques para cada série de testes, representando cerca de 3,8% de cobertura da área de superfície dos tanques. O teste de off-gás de 2012 foi realizado ao longo de três dias de operação da planta e incluiu cinco séries de testes na bacia sul e duas séries de testes na bacia norte. Não houve interrupção nas operações da planta durante o teste.
Após o teste de off-gás, dezoito dos difusores originais de onze anos com as membranas originais foram colhidas para teste de água limpa na fábrica, em tanque de teste medindo 4,5 m x 6,5 m (Figura 3) seguindo o ASCE Oxygen Transfer Standard (2006). A primeira série de testes em água limpa foram realizados usando os difusores em seu estado colhido, sem limpeza.
O teste de off-gás no local e o teste com água limpa no tanque de teste da fábrica em 2012 foram cada um realizados em três taxas de fluxo na membrana diferentes – aproximadamente 16,8, 25,8, 51,5 Nm³/m²/h (1,0, 1,5 e 3,0 scfm/ft²) O teste com água limpa no tanque de teste da fábrica foi realizado em cada uma das três diferentes densidades de difusor (8,9, 17,8 e 26,8% de cobertura) para representar a faixa típica do arranjo do difusor no sistema de aeração escalonada da planta. A variação da cobertura no tanque de teste na fábrica foi realizada fechando e abrindo válvulas para cada difusor para operar 6, 12 ou 18 difusores, já que cada difusor individual tinha seu próprio tubo de alimentação.
Após os testes iniciais com água limpa, uma técnica simples de lavagem com pressão sem produtos químicos foi realizada na própria instalação de teste. Os testes com água limpa foram então repetidos para taxas de fluxo 16.8 e 25,8 Nm³/m²/h (1,0 e 1,5 scfm/ft²) e com a condição de cobertura de difusores de 17,8%. Após a lavagem com pressão, o padrão de distribuição melhorou visivelmente (Figura 4).
Teste de transferência de oxigênio de 2013
Em abril de 2013, o teste de off-gás foi repetido em Bremerton usando os mesmos métodos descritos anteriormente, nos difusores agora com 12 anos. Ambos os tanques foram testados com off-gás em uma terça-feira; a lavagem sob pressão do tanque norte foi realizada em uma quarta-feira; e os testes de off-gás foram repetidos em ambos os tanques em uma quinta-feira. Duas séries de testes por tanque por dia foram realizadas usando a mesma campana e oito locais de teste de 2012. O tanque norte foi selecionado para lavagem sob pressão, pois não continha os dezoito novos difusores que substituíram os colhidos do tanque sul para o teste de água limpa em 2012.
A técnica de lavagem a pressão consistia em manter cerca de 10 cm (4 polegadas) de água efluente sobre os difusores, operando os difusores com uma pequena vazão de ar dos sopradores, e aplicar um jato de água de alta pressão através de um bico rotativo mantido logo acima do nível da água ao longo do comprimento do difusor (Figura 5). Normalmente, 2-3 passagens de 1-2 segundos por passagem eram usadas para cada difusor plano de 3 m. O procedimento foi uma operação de três pessoas – uma pessoa lavou os difusores sob pressão, uma pessoa administrou a mangueira e prestou assistência geral em o tanque, e uma pessoa atuou como um guarda de segurança no topo do tanque. Demorou 3-4 horas usando uma
lavadora de pressão de 19 MPa (2.800 psi) equipada com um bocal giratório para lavagem de pressão em todo tanque, equipado com 140 difusores planos AEROSTRIP® 3m x 15 cm.
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