صرفه‌جویی در انرژی با میکسرهای فرورونده در فرایند تصفیه آب آرشیو مقالات

از نظر تاریخی، و تا به امروز، کتابچه تصفیه آب در زمینه تعیین استاندارد فوت مکعب در دقیقه (SCFM) برای استفاده از سیستم حباب هوای منتشر شده در یک فرایند فعالِ شده با لجن، اینگونه می‌نویسد:

• محاسبه جریان هوای مورد نیاز برای اکسیژن درخواستی
• سپس، محاسبه جریان هوای مورد نیاز برای ترکیب
• استفاده بیشتر از آن دو عدد برای اندازه کردن دمنده. همین.

اما براساس اظهارات جدید دو شرکت فعال در زمینه تصفیه آب که بیش از 170 سال تجربه دارند، شاید زمان آن رسیده باشد که آن کتابچه قدیمی را پاره کنیم یا – با تاسیسات تصفیه آب فراوانی که اکنون در مسیر تبدیل شدن به حالت انرژی خنثی هستند- دست کم آنرا مطابق قرن 21 تغییر دهیم.

سورن راسموسن Soren Rasmussen، مدیر لاندیا Landia، شرکت تاسیس شده در سال 1933 است که در موضوع تولید انواع دستگاه تصفیه آب و روشهای نوین تصفیه آب فعالیت دارد. او گفت از نظر سنتی، حوضچه‌های هوادهی برای نیتروژن زدایی لجن فعال با ذهنیت میکسرهای فرورونده در آب ساخته نشد. «ادامه دنبال کردن کتابچه قدیمی می‌تواند منجر به استفاده از تجهیزاتی مانند یک دمنده شود، که برای میکس کردن بیش از حد اندازه شده در نتیجه باعث اتلاف انرژی زیاد می‌شود، بخصوص طی شب که بار خیلی پایین تر است. »

استفاده از میکسرهای فرورونده در حوضچه هوادهی جریان توپی هنگام تصفیه آب، به تاسیسات امکان می‌دهد هوادهی طی دوره کم بار کاهش یابد بدون اینکه میکس کردن در مخزن از دست برود.

او افزود «اگر آن عدد اول در محاسبه، که مقدار هوای مورد نیاز برای نیتروژن زدایی را می‌خواهد، بزرگتر از عدد دوم باشد (برای ترکیب به چه مقدار هوا نیاز است).» راسموسن توضیح داد:  اما اگر آن عدد دوم بزرگتر از اولی باشد، فرصت صرفه‌جویی در برق وجود دارد. هوا از طریق دیفیوزرهایی جریان می‌یابد که برای انتقال اکسیژن به خوبی کار می‌کند، اما برای میکس کردن بسیار ناکافی است. او گفت: «زمان استفاده از میکسر مکانیکی فرورونده در زمینه تصفیه آب فرارسیده که با کسری از اسب بخار که انرژی مصرفی دمنده است، می‌تواند جامدات را معلق نگهدارد.». طبق گفته‌ی راسموسن، استفاده از میکسرهای فرورونده در حوضچه هوادهی جریانِ توپی امکان کاهش بیشتر هوادهی حین دوره‌های کم بار (تابستان/ زمستان یا شب) بدون از دست دادن ترکیب در مخزن را فراهم می‌کند و این می تواند انقلابی در دستگاه تصفیه آب باشد.

برای بسیاری افراد، بهینه‌سازی این فرایند کاملا مهم، اصولا مهمتر از نگرانی‌ در مورد کارایی انرژی است؛ با اینکه با هوادهی در تاسیسات تصفیه آب می‌توان تا 25 درصد کل مصرف انرژی شهر را کاهش داد. هرچند، واگذاری‌های جدید، گزینه‌های تامین بودجه EPA و قراردادهای عملکرد صرفه‌جویی انرژی (ESPC) باید مشوقی باشند برای بهبود چشمگیر، بدون ایجاد هزینه‌.

صرفه‌جویی انرژی در حفره‌های اکسیداسیون

شرکتی که از میکسرهای فرورونده برای کمک به مشتریان در کاهش صورتحساب مربوط به انرژی هوادهی استفاده می‌کند، بدون اینکه فرایند را به خطر بیاندازد، شرکت لیک ساید اکویپمنت (تاسیس 1928) است که در سال 1964، برای نخستین بار فرایند حفره اکسیداسیون را در ایالات متحده معرفی کرد.

رییس آن وارن کرستن گفت «به منظور بهینه‌سازی فرایند برای حفره‌های اکسیداسیون و صرفه‌جویی در انرژی، ما از هوادهنده‌های روتوری تکمیل شده توسط میکسرهای فرورونده لاندیا استفاده می‌کنیم. طی فاز هوازی، میکسرها را خاموش می‌کنیم اما پس از آن، آنها را روشن می‌کنیم، روتورها را خاموش می‌کنیم تا اکسیژن اضافه نشود.

در کتابچه‌های جدیدتر هوادهی، همه نوع دستگاه تصفیه آب با کارایی انرژی پیدا می‌کنید که بیشتر در مورد کنترل و سرعت هستند، از جمله استفاده از سیستم دمنده توربو با سرعت بالا و فناوری یاتاقان هوا  برای تولید کارآمد جریان هوا، اما کرستن اشاره کرد که معرفی میکسری که بدین منظور طراحی شده، می‌تواند نقش حیاتی در پردازش و اقتصاد داشته باشد.

او گفت: «میکسرها برای میکس کردن استفاده شده‌اند، که برخلاف سایر تجهیزات واقعا بهینه شده‌اند تا جامدات را در تعلیق نگهداشته و مانع از تعفن مخزن ‌شوند.» کرستن توضیح داد برای دمنده‌ها، سرعت متغیر می‌تواند باعث کاهش مقدار برق استفاده شده گردد اما در پایان روز، دمنده طراحی شده تا اکسیژن اضافه کند، نه برای میکس. او گفت «آنها دو منظوره نیستند، ما چرخه‌ای ساخته‌ایم تا وقتی اکسیژن محصول (DO) زیر ppm 5/0 می‌رود، باکتری‌ها بجای استفاده از اکسیژن آزاد ارایه شده توسط روتورها، برای بدست آوردن اکسیژن خود به مولکول نیترات حمله کنند. سپس دوباره روتورها را روشن می‌کنیم.» او توضیح داد که این روند باعث بهبود فرایند و کاهش هزینه انرژی می‌شود.

میکسرهای فرورونده می‌توانند به کاهش هزینه انرژی مربوط به هوادهی کمک کنند بدون اینکه فرایند تصفیه به خطر بیافتد

طبق گفته‌ی کریستن، صرفه‌جویی در انرژی با عملیت هوازی/غیراکسید (با استفاده از روتورهای مگنا لیک ساید حین فاز هوازی و میکسرهای لاندیا حین فاز غیراکسید) بدست آمد، باعث کاهش نیاز مصرف انرژی تا حدود 27 درصد خواهد شد. بدین صورت طی یک دوره 20 ساله پروژه، مقدار قابل توجهی در مصرف برق صرفه‌جویی می‌شود. براساس یک کارخانه 1 MGD، استفاده از متوسط ملی 10.12 سنت بازای هر کیلووات ساعت، هزینه انرژی تقریبا سالانه 18000 دلار کاهش می‌یابد.

کارخانه ترجیح می‌دهد هم برای حفره‌های اکسیداسیون و هم برای حوضچه‌های هوادهی جریان توپی، با سطح DO لجن فعال از ppm 5/0 تا ppm2 کارکند. راسموسن و کرستن تایید می‌کنند که هر مقدار بالاتر از آن، هوادهی بالاتر از نیاز و اتلاف انرژی است.

علاوه بر اتلاف انرژی، DO زیاد، با داشتن DO زیاد در لجن فعال بازگشتی یا بازیافت لیکور میکس، می‌تواند باعث واژگون شدن سلکتورهای هوازی و یا غیراکسیدی بشود. همچنین می‌تواند امکان رشد ارگانیزم‌های رشته‌‌ای خاصی را بدهد که به علت حجم بالاتر لجن و شاخص حجم لجن، کارایی روشن‌کننده‌های نهایی کاهش یابد.

سطح DO به عنوان یک بافر عمل می‌کند که باکتری‌های کافی برای کارکردن را فراهم می‌کند، اما بالاتر از ppm2 هیچ منطقی وجود ندارد. اکسیژن زیاد می‌تواند مانع از باکتری‌هایی شود که از نیترات به عنوان منبع اکسیژن استفاده می‌کردند، در نتیجه به نیترات زدایی دست نمی‌یابید. این می‌تواند بدین معنا باشد که مجبورید منبع کربن دیگری مانند متانول اضافه کنید که باعث افزایش هزینه و نیروی کار می‌شود. 

صرفه‌جویی خارج از پیک با میکسرهای فرورونده

راسموس گفت خواندن هزینه‌های سرمایه، افزودن 1 یا 2 میکسر باید باعث کاهش تعداد دمنده‌های کاری شود. او گفت «در زمان مناسب، بخصوص در شب، خاموش کردن دو دمنده 50 اسب بخاری بجای دو میکسر 10 اسب بخاری باعث صرفه‌جویی می‌شود که باعث ده‌ها، یا صدها یا هزاران دلار صرفه‌جویی می‌شود. و ترکیب بهتری بدست می‌آید. او افزود، برای فراهم کردن بهترین شرایط برای فرایند، باید سرعت مایع کافی باشد تا بصورت کافی توده‌ی زنده‌ی راکتور را ترکیب کنید. اصولا میکسر به معنی هزینه سرمایه ای بیشتر است اما صرفه‌جویی آن باعث بازگشت سرمایه در کوتاه مدت می‌شود.

اگر تصمیم گرفته‌اید به آن هزینه‌های انرژی غیرضروری بالا رسیدگی کنید و فرایند لجن فعال تاسیسات خود را با یک میکسر بهبود دهید، در آن صورت نصیحت سورن راسموسن این است که به دنبال میکسری کم سرعت با پروانه فولادی باشید. 

پروانه فولادی هزینه سرمایه اولیه بالاتر اما طول عمر بسیار بیشتری دارد.

او پاسخ داد «با سرعت پایین، میکسر به آرامی لجن را میکس می‌کند بدون اینکه باعث برش توده شود، درحالیکه برش با میکسر سرعت بالا می‌تواند باعث خرابی و صدمه فرایند شود.» و افزود، هزینه سرمایه اولیه میکسر با پروانه فولادی بازدارنده نخواهد بود چون طول عمر طولانی دارد. او گفت «اخیرا موتورهایی که به پایان عمر طبیعی خود رسیده‌اند اما پس از حدود 20 سال همچنان می‌توانند از پروانه‌ها در یک حفره اکسیداسیون استفاده کنند چون هیچ مشکلی ندارند.» پس وقتی کارخانه‌ای ارتقا می‌دهد، استفاده دوباره از پروانه‌های اصلی میکسر نماینده‌ی کاهش بزرگ در هزینه سرمایه برای مشتریان لندیا  است. » با استفاده از قدرت اسب کمتر، علاوه بر صرفه‌جویی انرژی می‌توانیم به تاسیسات تصفیه کمک کنیم پایدارتر و سرانجام حالت خنثای انرژی شوند.»