مقدمه

فرآیند لجن فعال شامل تبدیل مواد آلی موجود در فاضلاب به CO2 و زیست توده از طریق تجزیه بیولوژیکی است که به انتقال کارآمد اکسیژن محلول (DO) نیاز دارد. روش‌های هوادهی سنتی، اگرچه انرژی بر هستند، اما تنها بازده انتقال اکسیژن متوسطی را به دست می‌آورند. این مطالعه مزایای بالقوه استفاده از نانوحباب‌ها را بررسی می‌کند، که حفره‌های گازی پایدار با خواص منحصربه‌فرد هستند که امکان وجود طولانی‌مدت و راندمان انتقال جرم بالاتر در محلول‌های آبی را فراهم می‌کنند.
هوادهی متعارف در تصفیه فاضلاب انرژی بر و پرهزینه است و بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی به هوادهی فرآیندهای لجن فعال اختصاص دارد. نانوحباب ها (NBs) قطر کمتری نسبت به میکروحباب های سنتی دارند که منجر به افزایش سطح تماس و افزایش سریع تر غلظت اکسیژن محلول می شود. NBها در بهبود راندمان انتقال جرم اکسیژن، به طور بالقوه افزایش تولید زیست توده و کاهش تولید لجن در راکتورهای لجن فعال، نویدبخش هستند. این مقاله نتایج تجربی را در مورد تأثیر هوادهی NB بر سطوح اکسیژن محلول، ضرایب انتقال گاز و توزیع اندازه NB در آب نانو خالص ارائه می‌کند. این نشان می دهد که هوادهی NB می تواند کارایی انتقال اکسیژن را به طور قابل توجهی افزایش دهد و مزایای بالقوه ای را در فرآیندهای تصفیه فاضلاب ارائه می دهد، اگرچه تحقیقات بیشتری برای درک تأثیر کامل آن بر تصفیه لجن فعال مورد نیاز است.
این مطالعه همچنین اثر هوادهی NB را بر خواص فیزیکوشیمیایی و جوامع میکروبی لجن فعال بررسی می‌کند. این ارزیابی های اولیه از هوادهی NB در راکتورهای در مقیاس آزمایشگاهی را فراهم می کند و راه را برای اجرای بالقوه در تصفیه خانه های فاضلاب در مقیاس کامل هموار می کند.

مواد و روش کار

در این مطالعه، محققان آزمایش‌هایی را با استفاده از یک راکتور در مقیاس آزمایشگاهی شامل مولد نانوحباب ازن میکرواستارساخت شرکت آکنیتی (Model-FS302AC-SW1, 300 W) با لجن فعال جمع‌آوری‌شده از یک تصفیه‌خانه فاضلاب شهری انجام دادند. آنها تاثیر هوادهی نانوحباب (NB) را با هوادهی حباب ریز معمول (CB) بر روی پارامترهای مختلف مربوط به کارایی تصفیه فاضلاب مقایسه کردند.

نتیجه و مناقشه

نتایج نشان داد که هوادهی NB منجر به افزایش قابل توجهی در سطوح اکسیژن محلول (DO) در آب در مقایسه با هوادهی CB شد. در دو دقیقه اول هوادهی، سطح DO در آب هوادهی شده با NB شش برابر سریعتر از آب هوادهی شده با CB افزایش یافت. NBs یک منبع مداوم اکسیژن را فراهم می کند که منجر به استفاده کارآمدتر از اکسیژن و به طور بالقوه افزایش نرخ متابولیک میکروارگانیسم های هوازی در لجن فعال می شود.
این مطالعه همچنین توزیع اندازه و غلظت NBs را در طول زمان تجزیه و تحلیل کرد. NBهای تولید شده در محلول کاهش در اندازه متوسط و افزایش غلظت با زمان هوادهی را نشان دادند. این تولید سریع NBs به افزایش سریع سطوح اکسیژن محلول مشاهده شده در آزمایشات کمک کرد. علاوه بر این، محققان تأثیر هوادهی NB را بر ویژگی‌های لجن فعال و جوامع میکروبی ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که هوادهی NB منجر به تغییراتی در خواص لجن فعال، از جمله نیاز به اکسیژن شیمیایی محلول (sCOD)، کل جامدات (TS)، و شاخص حجم لجن (SVI) شد. جامعه میکروبی مرتبط با لجن فعال نیز تحت تأثیر هوادهی NB قرار گرفت و تغییراتی در ترکیب میکروبی و تغییرات مورفولوژیکی نشان داد.
به طور کلی، این مطالعه نشان می‌دهد که هوادهی با نانوحباب‌ها می‌تواند رویکردی کارآمدتر و موثرتر برای انتقال اکسیژن در فرآیندهای تصفیه فاضلاب ارائه دهد. استفاده از NB ها پتانسیل بهبود کارایی تصفیه، کاهش مصرف انرژی و افزایش فعالیت های میکروبی در راکتورهای لجن فعال را دارد. از سوی دیگر، هوادهی NB می‌تواند ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و جوامع میکروبی را در لجن فعال تغییر دهد، اما تحقیقات بیشتری برای درک اثرات بلندمدت آن بر کیفیت لجن و کارایی تصفیه مورد نیاز است.

متن کامل مقاله: Science Direct