폐수처리장 미세기포포기장치에 대한 온라인 화학세척 기술 적용
미세기포포기장치는 구조가 간단하고, 산소이용효율이 높고, 성능이 안정적이며, 기공이 막히지 않고, 폐수 역류가 방지되고, 원주방향 응력분포가 균일하고, 수명이 길고, 설치 및 유지관리가 용이하며, 시스템 비용이 저렴하기 때문에 폐수처리장의 폭기장치로 널리 사용되고 있습니다. 폐수 처리 시 산소 공급을 위한 핵심 구성 요소인 미세 기포 통기 시스템은 장기간 작동 시 오염 및 생물막으로 인해 막히는 경향이 있어 성능을 유지하는 데 심각한 문제를 야기합니다.- 온라인 화학 세척 기술은 이 문제에 대한 효과적인 솔루션을 제공합니다.
1. 미세기포 발생 및 막힘위험
미세기포포기장치는 장시간 사용 후 막힘 현상이 발생하기 쉬우며, 오염물질이 막히는 형태에 따라 일반적으로 '내부 막힘'과 '외부 막힘'으로 분류됩니다. "내부 막힘"이란 혼합액으로부터 콜로이드 입자, 용질 거대분자 등의 미세한 입자가 기공 내에 퇴적되어 기공이 막히는 현상을 말합니다. "외부 막힘"은 물 측을 향한 막 표면에 스케일링 물질이 침착되는 것을 말합니다. 이러한 유형의 막힘은 막의 공기 배출 저항을 지속적으로 증가시켜 막에 대한 압력을 증가시키고 기공 크기를 점진적으로 확대시키는 경향이 있습니다. 시간이 지남에 따라 멤브레인이 쉽게 찢어질 수 있습니다. 멤브레인이 찢어지면 그 영향은 폭기 효율성 파괴에서부터 시스템의 구조적 손상까지 확대되어 잠재적으로 유지 관리 또는 폭기 장치 교체를 위해 가동을 중단해야 할 수도 있습니다.
미세 기포 통풍기의 막힘 문제로 인해 운영 위험이 증가합니다.
- 전력소비 비용 측면에서: 폭기장치가 막히면 파이프라인 압력이 상승하여 송풍기가 높은-부하, 높은{1}}에너지-소비 조건에서 작동하게 됩니다. 이는 전력 소비를 증가시키고 송풍기 수명에도 영향을 미칩니다.
- 환경 위험 관점에서: 고르지 못한 통기는 산소 전달 속도를 감소시키고 공정 제어 유연성을 제한하며 심각한 경우 폐수 품질에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
- 경제적 비용 측면에서: 탱크를 비운 후 수동 청소 비용이 높습니다.
- 안전의 관점에서: 비운 후 수동 청소를 하려면 슬러지 제거를 위해 탱크에 들어가야 하며, 밀폐된 공간 진입 및 임시 전기 작업이 포함되어 전기 및 개인 안전 위험이 증가합니다.그림 1Aerator 막힘으로 인한 슬러지 축적 현상을 보여줍니다.
따라서 미세기포포기장치의 정기적인 유지보수와 청소는 작동 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다. 전통적인 폭기장치 유지 관리 및 청소 방법에서는 생물학적 반응 탱크를 완전히 비워야 합니다. 폐수 처리 시설의 대규모-유지보수 및 청소는 정상적인 폐수 처리 및 배출에 영향을 미칠 수 있으며, 특정 위치(예: 도시 배수망이 적용되는 지역 또는 식수원 보호 구역)에서 수행되는 경우 관련 정부 부서의 승인이 필요할 수 있습니다. 이 프로세스에는 수많은 위험과 단점이 있는 여러 위험한 작업(예: 밀폐된 공간 진입)이 포함되어 폐수 처리장에 상당한 경제적 부담과 잠재적 비용(예: 대정부 관계 조정, 유지 관리 중 처리 용량 감소, 수질 조정, 안전 위험)을 부과합니다. 유지 관리를 위한 비움으로 인한 압력과 어려움으로 인해 폭기장치 청소를 위한 정기적인 비우기의 타당성은 상대적으로 약합니다.
비운 후 기존 수동 청소의 수많은 단점을 고려할 때-높은 비용, 높은 운영 위험 및 차선의 청소 효율성-을 감안할 때 일반적인 통기 조건에서 온라인 화학 물질 주입 장치를 사용하여 미세 기포 통풍기의 온라인 청소에 대한 연구가 특히 중요합니다.
본 연구에서는 온라인 화학세정 기술의 현장실증 장소로 플랜트 프로젝트를 선정하였다. 이 공장은 총 4단계로 건설되어 하루 600,000톤의 폐수 처리 용량을 갖추고 있습니다. 3단계- 프로젝트는 AAO 프로세스를 사용하여 하루 100,000톤의 처리 용량을 갖습니다. 4단계- 프로젝트는 MBR 프로세스를 사용하여 하루 200,000톤의 처리 용량을 갖습니다. 폐수 품질은 GB 18918-2002 "시립 폐수 처리장의 오염 물질 배출 표준" A 등급 표준을 충족합니다. 운영기간이 6~7년인 3단계, 4단계 호기조의 미세기포폭기장치에 대한 온라인 청소를 실시하였다.
2. 온라인 화학 세정 기술의 원리
온라인 화학 세척 기술에는 폭기 시스템에 특정 화학 물질을 추가하여 화학적 작용을 통해 막힘 물질을 용해 또는 분산시키는 작업이 포함됩니다. 이들 제제는 산성, 알칼리성, 산화성 또는 킬레이트화제일 수 있습니다. 예를 들어, 일부 산성제는 탄산칼슘과 같은 알칼리성 침전물을 용해할 수 있는 반면, 산화제는 미생물에 의해 생성된 유기 막힘을 분해할 수 있습니다.
2.1 일반 오염물질 분석
폭기장치 표면에 부착되는 오염물질은 다양하며, 그 구성은 폐수 특성, 처리 공정, 운영 조건과 밀접한 관련이 있습니다. 일반적인 오염물질은 다음과 같이 분석됩니다.
- 무기오염물질: 주로 화학적 침전 및 이온 과포화에 의해 발생하는 칼슘 및 마그네슘 화합물, 황화물, 금속 산화물 및 수산화물을 포함합니다. 폭기장치에 대한 주요 영향에는 기공 막힘, 통기 효율 감소, 시스템 에너지 소비 증가, 통기 저항 증가, 산소 전달 효율 감소 등이 포함됩니다.
- 유기 오염물질: 미생물 생물막, 부유유기입자, 지방/기름, 유기콜로이드를 포함합니다. 미생물 생물막은 주로 미생물의 집락화와 세포외 고분자 물질(EPS) 부착으로 인해 형성됩니다. 그 위험에는 혐기성 미세 환경 생성 및 독성 가스(예: H2S) 방출이 포함됩니다. 유기 콜로이드는 소수성 상호작용과 정전기 흡착으로 인해 형성되어 가스 방출을 방해하고 통기 균일성에 영향을 미치는 소수성 층을 생성합니다.
- 복합 오염물질(무기-유기 혼합 규모): 주로 물리적 포획과 화학적 결합을 통해 형성되는 생물학적-화학적 혼합 스케일 및 슬러지 입자 부착을 포함합니다. 그 효과에는 폭기 장치 표면 덮기, 효과적인 폭기 면적 감소, 장비 노후화 가속화, 유지 관리 주기 단축 등이 포함됩니다.
공장 폭기 시스템의 유지 보수 점검을 통해 다음과 같은 문제가 확인되었습니다. ① 폭기 장치의 수중 작동 기간이 길어지고 수명이 길어지면서 연결 지점의 O{0}}링 씰이 크게 노후화되어 가스 누출이 발생했습니다. ② 운전 중 지속적인 슬러지 퇴적 및 생산 공정 관리 조정으로 인해 특정 부위의 슬러지 농도가 높아져 간접적으로 그림과 같이 폭기막 표면에 심각한 스케일링이 발생했습니다.그림 2; ③ 생물학적 반응조의 슬러지 농도가 너무 높으면 슬러지 수명이 연장되어 정상적인 미생물 활동에 필요한 용존 산소가 증가하고 산소 공급 시스템에 대한 수요가 증가합니다. ④ 폭기조의 혼합액 밀도가 증가하면 저항이 증가하여 기계적 폭기 또는 송풍기 폭기에 대한 전력 소비가 높아집니다. ⑤ 그림과 같이 일부 오염 물질이 통기 공극에 침투하여 시스템의 통기에 영향을 미쳤습니다.그림 3. 오염물질 발생원인을 토대로 폭기장치 표면의 스케일에는 무기오염물질, 유기물질, 단백질 등이 포함되어 있는 것으로 판단되었습니다.
2.2 세척제 선택
막 오염 유형에 따라 적합한 화학 세척제를 선택해야 합니다. 이들 약제는 파이프 벽의 통기 구멍을 통해 멤브레인과 파이프 벽 사이의 공간까지 침투하여 멤브레인 표면과 그 구멍을 청소할 수 있습니다. 세척제 유형의 선택은 멤브레인의 실제 물리화학적 특성, 오염물질 유형 및 오염 정도를 기반으로 해야 합니다. 세척제는 생분해성이어야 하며{3}}유기체에 독성이 없어야 하며, 공기 파이프 벽과 디퓨저 내부에서 무기물 스케일을 효과적으로 제거할 수 있어야 합니다. 송풍기 통기 시스템 입구 공기의 오염 물질, 입자 또는 먼지, 송풍기의 오일 누출, 내부 공기 배관의 녹으로 인해 발생하는 막힘("기상 막힘"이라고도 함)에 대해 우수한 청소 효능을 가져야 합니다.
알칼리성 세척제에는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 인산나트륨, 규산나트륨, 수산화칼륨 등이 포함됩니다. 수산화나트륨은 폐수 pH를 높이기 위한 폐수 처리 공정에서 흔히 사용되는 화학 약품이므로 알칼리성 세척제로 선택할 수 있습니다.
산성 세척제로는 황산, 염산, 질산, 구연산, 옥살산, 인산 등이 있다. 구연산염은 망간, 철 등의 이온에 대한 킬레이트 능력이 강하고, 실제로 무기산에 비해 구연산이 상대적으로 약하고, 장비에 대한 부식성이 적고, 안전하며, 미생물에 의해 생분해되기 쉽다는 점을 고려하여 구연산을 산성 세척제로 선정하였다.
표 1막 오염에 일반적으로 사용되는 세척제의 범주와 성능을 보여줍니다.
2.3 온라인 청소 장치의 설계
미세 기포 폭기 시스템과 수많은 분지 파이프를 작동할 때의 압력을 고려할 때 미세 기포 폭기 장치에 적합한 온라인 투여 장치를 설계하는 것이 특히 중요합니다. 본 연구에서 설계한 도징 세척 장치는 그림과 같이 용해/희석 장치와 도징 장치를 포함합니다.그림 4.
용해/희석 장치는 주로 약품을 용해 및 희석하는데 사용되는 조제조, 교반기, 레벨게이지 등으로 구성됩니다. 조제탱크에 일정량의 물을 주입하고 약품을 첨가한 후 교반기를 가동시키면 투입단위별로 사용할 특정 농도의 약품을 조제할 수 있습니다.
도징 장치는 주로 도징 탱크, 배기 밸브, 도징 밸브, 밸런스 밸브, 공급 밸브 및 일부 배관 시스템으로 구성됩니다. 도징 탱크의 바닥은 도징 파이프에 연결되어 있으며, 이는 여러 도징 하위 파이프로 추가로 분기됩니다.- 모든 도징 서브-파이프는 여러 개의 폭기 분지관으로 일{4}}대{5}}연결되어 있으며, 이는 여러 개의 미세 기포 폭기 장치와 연결되어 미세 기포 폭기 장치의 청소 목적을 달성합니다.
실시 과정에서 생물학적 반응조의 각 폭기분기관에 도징 포트로 Φ15mm의 구멍을 뚫고 이를 통해 나일론 도징 파이프를 설치하여 약제를 미세 기포 폭기장치로 전달함으로써 약제 손실을 줄였습니다. 동시에, 도징 탱크와 폭기 가지관 사이의 압력을 균등화하기 위해 폭기 가지관에 밸런스 가스관으로 추가 구멍을 뚫었습니다. 통기분지관에 뚫린 구멍은 정상작동시 플러그로 밀봉되며, 도징시에는 퀵커넥트 터미널 피팅을 설치하여 신속한 설치 및 제거가 가능합니다.
3. 온라인 도징 클리닝 장치의 적용
이 온라인 투여 세척 실험에서는 미세 기포 폭기 장치를 생물학적 탱크에 배치했습니다. 폭기분지관을 통해 미세기포산기막에 특정 세척액을 주입하여 공급측으로 흐르게 하여 막 표면에 부착된 유기물을 분해함으로써 막간 압력차를 회복시켜 세척효과를 얻을 수 있다. 실험 설계는 세 가지 변수, 즉 약제 유형, 약제 농도 및 세척 시간을 기반으로 했습니다. 테스트 계획은 다음과 같습니다.표 2.
3.1 온라인 도징 클리닝 효과 분석
청소 후 현장의 폭기 표면을 감각적으로 관찰한 결과, 폭기조 표면에서 빠져나가는 기포의 크기가 더 작아지고 폭기의 균일성이 더욱 균일해졌습니다.그림 5청소 전후의 에어레이션의 감각적인 모습을 보여줍니다.
다양한 유형과 농도의 세제로 청소한 후, 폭기장치는 지속적으로 유속이 증가하고 파이프라인 압력이 감소하여 유속이 회복되었습니다. 다양한 세척 방법으로 처리한 후 통기 효율이 다양한 정도로 회복되었습니다. 증가된 공기 흐름과 감소된 파이프라인 압력에 대한 결합된 데이터는 다양한 작용제 유형, 농도 및 청소 시간이 통풍장치 복원에 다양한 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.그림 6 그리고 7세척 전과 세척 후의 유량과 압력의 변화를 각각 보여줍니다.
수산화나트륨 세척 후 폭기장치의 복원 효율은 구연산 세척 후보다 약간 낮았습니다. 수산화나트륨은 물에 대한 용해도가 높기 때문에 용해 시 상당한 열 방출이 발생합니다. 강한 흡습성, 알칼리성 및 부식성과 결합하여 이러한 특성으로 인해 실제 작업 시 특별한 예방 조치를 취해야 합니다. 세척 작업 안전의 관점에서 수산화나트륨은 선호되는 세척제가 아닙니다. 따라서 세척제를 선택할 때 작업자의 안전과 최적의 세척 효과를 보장하려면 세척제의 안전성과 작동 편의성을 신중하게 평가해야 합니다.
테스트 결과에 따르면 온라인 투약 청소 후 생물 탱크의 폭기가 더욱 균일해지고 미세 기포 폭기 장치의 유량이 증가하며 파이프라인 압력이 크게 감소하고 청소 효과가 현저한 것으로 나타났습니다.
3.2 기술적 장점
- 다운타임 감소: 기존 분해 청소와 비교하여 온라인 도징 청소는 폭기 시스템을 중지할 필요가 없으며 폐수 처리 공정의 중단을 방지하고 가동 중단으로 인한 처리 효율성을 감소시킵니다.
- 청소 효율성 향상: 모공 깊숙이 침투하여 막힌 부분이 -닿기 힘든-효과적인 세정이 가능합니다. 일부 국내 폐수 처리장에 적용한 후 통기 균일성이 눈에 띄게 향상되었으며 산소 전달 효율도 크게 향상되었습니다.
- 노동 강도 및 비용 감소: 에어레이터를 수동으로 분해 및 재조립할 필요가 없어 수작업이 줄어들고, 잦은 분해로 인한 장비 손상 위험이 줄어들어 유지관리 비용이 절감됩니다. 미세 기포 통풍기의 온라인 화학 청소 비용은 0.47RMB/톤인 반면, 오래된 통풍기의 기존 수동 청소 비용은 13.3RMB/톤입니다. 미세 기포 통풍기 청소 비용의 연간 절감액은 515,000 RMB에 달하는 것으로 추산됩니다. 기존 통풍장치를 수동으로 청소하는 것과 비교하여 온라인 화학 청소는 상당한 경제적 이점을 제공합니다.
- 폭기 장비 수명 연장: 온라인 화학세척을 통해 미세기포포기장치의 폭기효과를 효과적으로 향상시켜 폭기장치의 성능을 향상시키고, 폭기장치의 수명을 어느 정도 연장시켜 송풍기 부하를 효과적으로 감소시킵니다.
- 생산 일정 및 유지 관리 계획을 위한 더 많은 옵션 제공: 온라인 화학 세척을 통해 기포 분포가 더욱 균일해지고 공기 파이프 압력이 효과적으로 감소하며 유속이 크게 증가하여 산소 전달 속도가 크게 향상되고 수질 규제에 대한 확실한 보장을 제공합니다.
4. 결론
미세 기포 폭기 장치를 위한 온라인 화학 세척 기술은 폐수 처리장에서 상당한 응용 가치를 가지고 있습니다. 합리적인 적용을 통해 미세기포포기장치의 막힘 문제를 효과적으로 해결하고, 폭기시스템의 성능을 향상시키며, 다운타임 및 운영비용을 절감하고, 폐수처리장의 안정적이고 효율적인 운영을 보장합니다. 기존 수동 청소의 한계로 인해 업계는 온라인 청소를 지향하게 될 것입니다. 새로운 장비와 지능형 제어 시스템의 출현으로 온라인 청소의 운영 어려움이 크게 줄어듭니다. 탄소 중립과 수자원 재활용을 강조하는 정책 및 환경 규제와 결합되어 온라인 청소 기술의 적용을 간접적으로 촉진할 것입니다. 미래에는 제제 제제를 최적화할 수 있으며 다중-제제 시너지 세척 기술을 연구할 수 있습니다. 또한 다양한 폐수 처리장의 요구 사항에 더 잘 적응하기 위해 투여량 제어 전략과 장비 지능에 대한 연구가 추구될 수 있습니다.