مرجع تخصصی آب و فاضلاب

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب: کاربرد، محاسبات، انواع، شیوه ساخت و اجرا، طراحی، شباهت‌ها و تفاوت‌ها

۱. کاربرد واحد هوادهی

واحد هوادهی در تصفیه آب و فاضلاب به دلایل زیر استفاده می‌شود:

• تأمین اکسیژن: برای فعال‌سازی فرآیندهای بیولوژیکی (مانند لجن فعال) و تجزیه مواد آلی.

• حذف گازهای نامطلوب: مانند دی‌اکسید کربن (CO₂)، سولفید هیدروژن (H₂S) و متان (CH₄).

• اکسیداسیون شیمیایی: تبدیل آهن و منگنز محلول به شکل نامحلول برای حذف توسط فیلتراسیون.

• اختلاط: جلوگیری از رسوب مواد جامد در حوضچه‌های تصفیه.

۲. انواع سیستم‌های هوادهی

۲.۱. هوادهی عمقی (Submerged Aeration)

• دیفیوزرهای حباب ریز (Fine Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های ریز (۱–۳ میلیمتر) برای انتقال اکسیژن با راندمان بالا.

  • مواد: EPDM، سیلیکون یا پلی اورتان.

  • کاربرد: فاضلاب شهری و صنعتی با بار آلی بالا.

• دیفیوزرهای حباب درشت (Coarse Bubble Diffusers):

  • مکانیسم: تولید حباب‌های بزرگ (۵–۱۰ میلیمتر) برای اختلاط شدید.

  • کاربرد: حوضچه‌های لجن فعال با نیاز به اختلاط قوی.

۲.۲. هوادهی سطحی (Surface Aeration)

• هواده‌های مکانیکی (Mechanical Aerators):

  • پره‌های چرخان (Rotating Blades): ایجاد تلاطم سطحی برای جذب اکسیژن.

  • جت هوادهی (Jet Aerators): تزریق هوا با فشار بالا به داخل آب.

  • کاربرد: استخرهای اکسیداسیون و لاگون‌های هوازی.

۲.۳. هوادهی با فشار (Pressure Aeration)

• برج‌های هوادهی (Packed Towers):

  • مکانیسم: عبور آب از میان سطوح پرکننده (Packings) در جریان معکوس با هوا.

  • کاربرد: حذف گازهای فرار (CO₂، H₂S) در تصفیه آب.

۳. محاسبات کلیدی

۳.۱. نیاز اکسیژن (Oxygen Requirement, OUR)

OUR=Q×(S0−Se)×1.42 (kg O₂/day)

• Q: دبی فاضلاب (m³/day).

• S0​: BOD ورودی (mg/L).

• Se​: BOD خروجی (mg/L).

۳.۲. انتقال اکسیژن (Oxygen Transfer Rate, OTR)

OTR=SOTR×α×(β×Cs​−C)×θ^(T−20)

• SOTR: انتقال اکسیژن استاندارد (kg O₂/h).

• α: ضریب تصحیح برای فاضلاب (۰.۳–۰.۸).

• β: ضریب تصحیح شوری (معمولاً ≈ ۱).

• Cs​: غلظت اشباع اکسیژن در آب (mg/L).

• C: غلظت اکسیژن محلول (mg/L).

• θ: ضریب دمایی (۱.۰۲۴).

۳.۳. حجم هوای مورد نیاز

Air Flow=(OUR)/(OTE×۰.۲۷۵ )(Nm³/h)

• OTE: راندمان انتقال اکسیژن (معمولاً ۱۵–۳۵٪ برای دیفیوزرهای حباب ریز).

۴. شیوه ساخت و اجرا

۴.۱. هوادهی عمقی (دیفیوزرها)

۱. نصب دیفیوزرها:

• قرارگیری دیفیوزرها در کف حوضچه با فاصله ۰.۵–۱ متر.

• اتصال به لوله‌های اصلی هوا از جنس PVC یا استیل.
  ۲. سیستم هوادهی:

• کمپرسورهای هوا (Blowers) با فشار ۰.۵–۱ بار.

• فیلترهای هوا برای جلوگیری از گرفتگی دیفیوزرها.
  ۳. کنترل:

• استفاده از فلومتر و سنسورهای DO برای تنظیم دبی هوا.

۴.۲. هوادهی سطحی (پره‌های چرخان)

۱. نصب موتور و پره:

• مونتاژ پره‌های فولادی روی شفت عمودی.

• نصب موتور الکتریکی با توان ۵–۵۰ اسب بخار.
  ۲. اجرا:

• تنظیم سرعت چرخش برای ایجاد تلاطم بهینه.

۵. طراحی واحد هوادهی

• انتخاب نوع هواده: بر اساس بار آلی، عمق حوضچه و هزینه عملیاتی.

• محاسبه تعداد دیفیوزرها:

  N=(OTR هر دیفیوزر)/(OTR مورد نیاز)​)

• عمق بهینه حوضچه: ۴–۶ متر برای افزایش راندمان انتقال اکسیژن.

• ملاحظات انرژی: انتخاب کمپرسورهای با راندمان بالا (Turbo Blowers).

۶. شباهت‌ها و تفاوت‌ها

معیارتصفیه آب تصفیه فاضلاب

هدف اصلی حذف گازها و اکسیداسیون مواد معدنیتأمین اکسیژن برای تجزیه مواد آلی

نیاز به اکسیژن کم (معمولاً < ۲ mg/L)بالا (معمولاً ۲–۸ mg/L)

نوع هوادهی غالب برج‌های هوادهی یا جتدیفیوزرهای حباب ریز یا پره‌های چرخان

راندمان انتقال اکسیژن۸۰–۹۰٪ (در برج‌های هوادهی)۱۵–۳۵٪ (در دیفیوزرها)

هزینه عملیاتی پایین (به دلیل نیاز به هوادهی کمتر)بالا (به دلیل مصرف انرژی زیاد)

۷. استانداردها و ملاحظات

• استانداردهای طراحی:

  • ASCE 18-96: استاندارد طراحی سیستم‌های هوادهی.

  • EPA 625/1-74-006: راهنمای انتقال اکسیژن در فاضلاب.

• کاهش مصرف انرژی:

  • استفاده از هواده‌های با راندمان بالا (مثل دیفیوزرهای دیسکی).

  • بازیابی انرژی از کمپرسورها.

واحد هوادهی یکی از مهم‌ترین بخش‌های فرآیندهای بیولوژیکی است که طراحی بهینه آن تأثیر مستقیمی بر راندمان تصفیه و هزینه‌های عملیاتی دارد. انتخاب بین سیستم‌های عمقی و سطحی به عواملی مانند عمق حوضچه، نوع آلاینده و بودجه پروژه بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب