Diffusori a disco e aeratori di superficie: perché l'aerazione sommersa è vincente per i sistemi MBR

Nella progettazione dei moderni impianti di trattamento delle acque reflue, in particolare quelli che utilizzano Bioreattore a membrana (MBR) tecnologia: la scelta del sistema di aerazione è una delle decisioni più critiche. Sebbene gli aeratori di superficie siano da tempo un punto fermo nelle lagune tradizionali, Diffusori a disco a bolle fini (aerazione sommersa) sono diventati lo standard di riferimento per le applicazioni MBR.

Ecco un confronto tecnico del motivo per cui i diffusori a dischi sommersi superano l'aerazione superficiale in ambienti di trattamento ad alte prestazioni.

Differenze chiave: aerazione sommersa e di superficie

Dove l'aria entra nell'acqua

• Aerazione sommersa (ad esempio, diffusori a disco) rilascia aria dal basso o dall'interno il liquore misto in modo che l'ossigeno venga distribuito in tutta la colonna d'acqua.
• Aeratori di superficie introdurre ossigeno nel superficie dell'acqua mediante schizzi o agitazione.

Poiché i sistemi MBR operano tipicamente in liquori misti profondi e densi, i metodi sommersi consentono alle bolle di salire attraverso l'intera profondità, aumentando il tempo di contatto con l'ossigeno e un'aerazione più uniforme.

1. Efficienza di trasferimento dell'ossigeno (OTE)

L'obiettivo principale dell'aerazione è spostare l'ossigeno dall'aria al liquido.

• Aeratori di superficie: Queste macchine funzionano spruzzando acqua nell'aria. Il tempo di contatto tra aria e acqua è estremamente breve e avviene solo in superficie.
• Diffusori a disco: Rilasciando milioni di bollicine sul fondo del serbatoio, i diffusori a disco utilizzano l'intera colonna d'acqua. Man mano che le bolle salgono, trasferiscono l'ossigeno durante il viaggio.
• Il fattore MBR: I serbatoi MBR sono generalmente profondi (fino a metri) per risparmiare spazio. I diffusori a disco guadagnano efficienza con la profondità (SOTE per metro più elevato), mentre gli aeratori di superficie faticano ad ossigenare il fondo dei serbatoi profondi.

2. Gestione delle concentrazioni elevate di MLSS

I sistemi MBR funzionano a livelli di solidi sospesi di liquore misto (MLSS) significativamente più elevati, solitamente compresi tra e mg/L, rispetto ai sistemi convenzionali ( mg/L).

• Sfide relative alla viscosità: Un MLSS elevato rende le acque reflue più viscose (più spesse). Gli aeratori di superficie spesso non riescono a fornire sufficiente energia localizzata per penetrare questo fango denso, portando a “zone morte” dove i solidi si depositano e diventano anaerobici.
• Precisione sommersa: I diffusori a disco sono disposti in una griglia sul pavimento. Ciò fornisce una miscelazione uniforme e garantisce che ogni litro di fango ad alta densità riceva un adeguato ossigeno disciolto (DO), indipendentemente dalla viscosità.

3. Impatto sulla salute della membrana e sulla formazione di schiuma

In un sistema MBR, il sistema di aerazione non si limita ad alimentare i batteri; interagisce con i moduli sensibili della membrana.

• Aerosol e schiumogeni: Gli aeratori di superficie creano notevoli schizzi e aerosol. Nelle acque reflue industriali o farmaceutiche ciò può portare a un'eccessiva formazione di schiuma e al rilascio di composti organici volatili (COV) nell'atmosfera.
• Interazione gentile: I diffusori a disco forniscono turbolenza “sotto la superficie”. Le bollicine sottili salgono dolcemente, fornendo il necessario effetto “purga” se posizionate sotto i moduli a membrana, che aiuta a mantenere le membrane pulite senza la violenta azione meccanica di una girante di superficie.

4. Consumo energetico e perdita di calore

L'aerazione in genere rappresenta Dal 45% al 75% dei costi energetici di un impianto di trattamento.

• Efficienza del ventilatore: I diffusori a disco abbinati a ventilatori ad alta efficienza possono essere strozzati con precisione utilizzando VFD (azionamenti a frequenza variabile) basati su sensori DO in tempo reale.
• Gestione termica: Gli aeratori di superficie espongono le acque reflue all'aria ambiente. In inverno ciò provoca una massiccia perdita di calore, che rallenta l’attività biologica. In estate può surriscaldare l'acqua. L'aerazione sommersa mantiene stabile la temperatura del processo.

Riepilogo del confronto: diffusori a disco e aeratori di superficie

Conclusione

Per un sistema MBR la scelta è chiara. Diffusori a disco a bolle fini fornire il trasferimento di ossigeno, la miscelazione in serbatoi profondi e l’efficienza energetica superiori necessari per mantenere una biomassa ad alta densità. Sebbene gli aeratori di superficie possano essere più semplici da installare in lagune aperte, non hanno la precisione e la potenza necessarie per l'ambiente ad alta intensità di un moderno impianto MBR farmaceutico o chimico.