فائن ببل ایریشن آکسیجنیشن-ایکواسٹ

ٹیسٹ رپورٹ

گندے پانی کی صفائی کے نظام میں، ہوا بازی کے عمل میں پورے گندے پانی کے علاج کے پلانٹ کی توانائی کی کھپت کا 45% سے 75% حصہ ہوتا ہے، ہوا بازی کے عمل کی آکسیجن کی منتقلی کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے، موجودہ ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹ عام طور پر مائکرو پورس میں استعمال ہوتا ہے۔ ہوا بازی کے نظام۔ بڑے اور درمیانے سائز کے بلبلوں کے ہوا کے نظام کے مقابلے میں، مائکرو پورس ہوا بازی نظام توانائی کی کھپت کا تقریباً 50 فیصد بچا سکتا ہے۔ بہر حال، اس کے ہوا بازی کے عمل کی آکسیجن کے استعمال کی شرح بھی 20% سے 30% کی حد میں ہے۔ اس کے علاوہ، چین میں آلودہ دریاؤں کے علاج کے لیے مائیکرو پورس ایریشن ٹیکنالوجی استعمال کرنے کے لیے مزید علاقے موجود ہیں، لیکن پانی کی مختلف حالتوں کے لیے مائکرو پورس ایریٹرز کو معقول طریقے سے منتخب کرنے کے بارے میں کوئی تحقیق نہیں ہے۔ لہذا، اصل پیداوار اور اطلاق کے لیے مائکروپورس ایریٹر آکسیجنیشن کارکردگی کے پیرامیٹرز کی اصلاح بہت اہمیت کی حامل ہے۔

مائکروپورس ہوا بازی اور آکسیجن کی کارکردگی کو متاثر کرنے والے بہت سے عوامل ہیں، جن میں سب سے اہم ہوا کا حجم، سوراخ کا سائز اور پانی کی گہرائی کی تنصیب ہیں۔

فی الحال، مائیکرو پورس ایریٹر کی آکسیجن کی کارکردگی اور تاکنا کے سائز اور اندرون و بیرون ملک تنصیب کی گہرائی کے درمیان تعلق کے بارے میں کم مطالعات ہیں۔ تحقیق میں آکسیجن بڑے پیمانے پر منتقلی کے گتانک اور آکسیجن کی صلاحیت کو بہتر بنانے پر زیادہ توجہ دی گئی ہے، اور ہوا بازی کے عمل میں توانائی کی کھپت کے مسئلے کو نظر انداز کیا گیا ہے۔ ہم نظریاتی طاقت کی کارکردگی کو بنیادی تحقیقی اشاریہ کے طور پر لیتے ہیں، آکسیجن کی صلاحیت اور آکسیجن کے استعمال کے رجحان کے ساتھ، ابتدائی طور پر ہوا کے حجم، یپرچر کے قطر اور تنصیب کی گہرائی کو بہتر بناتے ہیں جب ہوا بازی کی کارکردگی سب سے زیادہ ہو، درخواست کے لیے ایک حوالہ فراہم کرنے کے لیے۔ اصل منصوبے میں مائکروپورس ایریشن ٹیکنالوجی کا۔

1. مواد اور طریقے

1.1 ٹیسٹ سیٹ اپ

ٹیسٹ سیٹ اپ Plexiglas سے بنا تھا، اور مرکزی باڈی D {{0}}.4 m × 2 m سلنڈرکل ایریشن ٹینک تھی جس میں ایک تحلیل شدہ آکسیجن پروب تھا جو پانی کی سطح سے 0.5 میٹر نیچے واقع تھا (شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ )۔

شکل 1 ہوا بازی اور آکسیجن ٹیسٹ سیٹ اپ

1.2 ٹیسٹ مواد

مائیکرو پورس ایریٹر، ربڑ کی جھلی سے بنا، قطر 215 ملی میٹر، سوراخ کا سائز 50، 100، 200، 500، 1 000 μm۔ sension378 بینچ ٹاپ تحلیل شدہ آکسیجن ٹیسٹر، HACH، USA۔ گیس روٹر فلو میٹر، رینج 0~3 m3/h، درستگی ±0.2%۔ HC-S بنانے والا۔ کیٹالسٹ: CoCl2-6H2O، تجزیاتی طور پر خالص؛ Deoxidant: Na2SO3، تجزیاتی طور پر خالص۔

1.3 ٹیسٹ کا طریقہ

یہ ٹیسٹ جامد نان سٹیشنری طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا، یعنی، Na2SO3 اور CoCl2-6H2O کو ٹیسٹ کے دوران ڈی آکسیجنیشن کے لیے پہلی بار ڈوز کیا گیا تھا، اور جب پانی میں تحلیل شدہ آکسیجن کم ہو کر {{5} ہو گئی تھی تو ہوا کا عمل شروع کیا گیا تھا۔ } وقت کے ساتھ پانی میں تحلیل شدہ آکسیجن کے ارتکاز میں تبدیلیاں ریکارڈ کی گئیں، اور KLa قدر کا حساب لگایا گیا۔ آکسیجن کی کارکردگی کو مختلف ہوا کے حجم (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 m3/h), مختلف تاکوں کے سائز (50, 100, 200، 500، 1،000 μm)، اور پانی کی مختلف گہرائیاں (0.8، 1.1، 1.3، 1.5، 1.8، 2.0 میٹر)، اور CJ/T کو بھی حوالہ دیا گیا تھا۔

3015۔

2. نتائج اور بحث

2.1 ٹیسٹ کا اصول

ٹیسٹ کا بنیادی اصول 1923 میں Whitman کے تجویز کردہ ڈبل میمبرین تھیوری پر مبنی ہے۔ آکسیجن کے بڑے پیمانے پر منتقلی کے عمل کو مساوات (1) میں ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

کہاں: dc/dt - بڑے پیمانے پر منتقلی کی شرح، یعنی، پانی کی فی یونٹ حجم فی یونٹ وقت میں منتقل کی جانے والی آکسیجن کی مقدار، mg/(Ls)۔

KLa - ٹیسٹ کے حالات میں ایریٹر کا کل آکسیجن ٹرانسفر گتانک، کم از کم-1 ;

C* - پانی میں سیر شدہ تحلیل شدہ آکسیجن، mg/L۔

Ct - ہوا بازی کے وقت پانی میں تحلیل شدہ آکسیجن t, mg/L۔

اگر ٹیسٹ کا درجہ حرارت 20 ڈگری پر نہیں ہے تو، مساوات (2) کو KLa کو درست کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے:

آکسیجن کی گنجائش (OC، kg/h) کو مساوات (3) سے ظاہر کیا جاتا ہے۔

کہاں: V - ایریشن پول والیوم، m3۔

آکسیجن کا استعمال (SOTE، %) مساوات (4) سے ظاہر ہوتا ہے۔

کہاں: q - معیاری حالت میں ہوا کا حجم، m3/h۔

نظریاتی طاقت کی کارکردگی [E, kg/(kW-h)] کو مساوات (5) سے ظاہر کیا جاتا ہے۔

کہاں: P - ہوا بازی کے سامان کی طاقت، کلو واٹ۔

ایریٹر آکسیجنیشن کی کارکردگی کا جائزہ لینے کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والے اشارے کل آکسیجن ماس ٹرانسفر کوفیشینٹ KLa، آکسیجن کی گنجائش OC، آکسیجن کے استعمال کی شرح SOTE اور نظریاتی طاقت کی کارکردگی E [7] ہیں۔ موجودہ مطالعات نے کل آکسیجن ماس ٹرانسفر گتانک، آکسیجن کی صلاحیت اور آکسیجن کے استعمال کے رجحانات پر زیادہ توجہ مرکوز کی ہے، اور نظریاتی طاقت کی کارکردگی پر کم توجہ دی ہے [8، 9]۔ نظریاتی طاقت کی کارکردگی، صرف کارکردگی کے اشاریہ کے طور پر [10]، ہوا بازی کے عمل میں توانائی کی کھپت کے مسئلے کی عکاسی کر سکتی ہے، جو اس تجربے کا مرکز ہے۔

2.2 آکسیجن کی کارکردگی پر ہوا بازی کا اثر

مختلف ہوا بازی کی سطحوں پر آکسیجن کی کارکردگی کا اندازہ ایریٹر کے نچلے 2 میٹر میں ہوا کے ذریعے 200 μm کے تاکنا سائز کے ساتھ کیا گیا تھا، اور نتائج تصویر 2 میں دکھائے گئے ہیں۔

تصویر 2 K اور آکسیجن کے استعمال میں ہوا کی شرح کے ساتھ تغیر

جیسا کہ تصویر 2 سے دیکھا جا سکتا ہے، KLa ہوا کے حجم میں اضافے کے ساتھ بتدریج بڑھتا ہے۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ ہوا کا حجم جتنا بڑا ہوگا، گیس مائع کے رابطے کا علاقہ اتنا ہی بڑا ہوگا اور آکسیجن کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ دوسری طرف، کچھ محققین نے پایا کہ ہوا کے حجم میں اضافے کے ساتھ آکسیجن کے استعمال کی شرح میں کمی آئی اور اس تجربے میں بھی ایسی ہی صورتحال پائی گئی۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پانی کی ایک خاص گہرائی کے تحت، پانی میں بلبلوں کے رہنے کا وقت اس وقت بڑھ جاتا ہے جب ہوا کا حجم چھوٹا ہوتا ہے، اور گیس مائع کے رابطے کا وقت طویل ہوتا ہے۔ جب ہوا کا حجم بڑا ہوتا ہے تو پانی کے جسم میں خلل پیدا ہوتا ہے، اور زیادہ تر آکسیجن مؤثر طریقے سے استعمال نہیں ہوتی، اور بالآخر پانی کی سطح سے بلبلوں کی صورت میں ہوا میں خارج ہوتی ہے۔ اس تجربے سے اخذ کردہ آکسیجن کے استعمال کی شرح لٹریچر کے مقابلے زیادہ نہیں تھی، شاید اس لیے کہ ری ایکٹر کی اونچائی کافی زیادہ نہیں تھی، اور آکسیجن کی ایک بڑی مقدار پانی کے کالم سے رابطہ کیے بغیر نکل گئی، جس سے آکسیجن کے استعمال کی شرح کم ہو گئی۔

ہوا بازی کے ساتھ نظریاتی طاقت کی کارکردگی (E) کا تغیر تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 3 نظریاتی طاقت کی کارکردگی بمقابلہ ہوا کا حجم

جیسا کہ تصویر 3 میں دیکھا جا سکتا ہے، نظریاتی طاقت کی کارکردگی بتدریج بڑھتی ہوا کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پانی کی گہرائی کے مخصوص حالات میں ہوا کے حجم میں اضافے کے ساتھ معیاری آکسیجن کی منتقلی کی شرح میں اضافہ ہوتا ہے، لیکن بلور کے ذریعے استعمال ہونے والے مفید کام میں اضافہ معیاری آکسیجن کی منتقلی کی شرح میں اضافے سے زیادہ نمایاں ہے، اس لیے نظریاتی طاقت کی کارکردگی تجربے میں جانچے گئے ہوا بازی کے حجم کی حد کے اندر ہوا کے حجم میں اضافے کے ساتھ کمی واقع ہوتی ہے۔ انجیر میں رجحانات کو یکجا کرنا۔ 2 اور 3، یہ ​​پایا جا سکتا ہے کہ آکسیجن کی بہترین کارکردگی 0.5 m3/h کے ہوا کے حجم پر حاصل کی جاتی ہے۔

2.3 آکسیجن کی کارکردگی پر تاکنا سائز کا اثر

تاکنا کا سائز بلبلوں کی تشکیل پر بہت زیادہ اثر ڈالتا ہے، تاکنا کا سائز جتنا بڑا ہوگا، بلبلے کا سائز اتنا ہی بڑا ہوگا۔ اثر کی آکسیجنیشن کی کارکردگی پر بلبلے بنیادی طور پر دو پہلوؤں سے ظاہر ہوتے ہیں: پہلا، انفرادی بلبلے جتنے چھوٹے ہوں گے، بلبلے کا مجموعی طور پر مخصوص سطح کا رقبہ جتنا بڑا ہوگا، گیس مائع بڑے پیمانے پر منتقلی کے رابطے کا علاقہ اتنا ہی زیادہ ہوگا، منتقلی کے لیے اتنا ہی سازگار ہوگا۔ آکسیجن دوم، بلبلے جتنے بڑے ہوں گے، پانی کو ہلانے کا کردار اتنا ہی مضبوط ہوگا، گیس مائع کے درمیان تیزی سے اختلاط ہوگا، آکسیجن کا اثر اتنا ہی بہتر ہوگا۔ اکثر بڑے پیمانے پر منتقلی کے عمل میں پہلا نقطہ اہم کردار ادا کرتا ہے۔ ٹیسٹ ہوا کا حجم 0.5 m3/h پر سیٹ کیا جائے گا، KLa اور آکسیجن کے استعمال پر سوراخ کے سائز کے اثر کو جانچنے کے لیے، شکل 4 دیکھیں۔

تصویر 4 KLa کے مختلف منحنی خطوط اور تاکنا سائز کے ساتھ آکسیجن کا استعمال

جیسا کہ تصویر 4 سے دیکھا جا سکتا ہے، KLa اور آکسیجن کے استعمال میں سوراخ کے سائز میں اضافہ کے ساتھ کمی واقع ہوئی۔ اسی پانی کی گہرائی اور ہوا کے حجم کی حالت میں، 50 μm یپرچر ایریٹر کا KLa 1,000 μm یپرچر ایریٹر کے تقریباً تین گنا ہے۔ لہذا، جب ایریٹر کو پانی کی ایک خاص گہرائی میں نصب کیا جاتا ہے، ایریٹر کا یپرچر جتنا چھوٹا ہوتا ہے آکسیجن کی صلاحیت اور آکسیجن کا استعمال زیادہ ہوتا ہے۔

تاکنا کے سائز کے ساتھ نظریاتی طاقت کی کارکردگی کا تغیر تصویر 5 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 5 نظریاتی طاقت کی کارکردگی بمقابلہ تاکنا سائز

جیسا کہ تصویر 5 سے دیکھا جا سکتا ہے، نظریاتی طاقت کی کارکردگی یپرچر کے سائز میں اضافے کے ساتھ بڑھنے اور پھر کم ہونے کے رجحان کو ظاہر کرتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ایک طرف، چھوٹے یپرچر ایریٹر میں KLa اور آکسیجن کی گنجائش زیادہ ہوتی ہے، جو آکسیجن کے لیے موزوں ہے۔ دوسری طرف، پانی کی ایک خاص گہرائی کے نیچے مزاحمتی نقصان یپرچر کے قطر میں کمی کے ساتھ بڑھتا ہے۔ جب پروموشن اثر کے مزاحمتی نقصان پر تاکنا سائز میں کمی آکسیجن بڑے پیمانے پر منتقلی کے کردار سے زیادہ ہے، تو تاکنا سائز میں کمی کے ساتھ نظریاتی طاقت کی کارکردگی کم ہو جائے گی۔ لہذا، جب یپرچر کا قطر چھوٹا ہوتا ہے، تو نظریاتی طاقت کی کارکردگی یپرچر کے قطر کے بڑھنے کے ساتھ بڑھ جائے گی، اور 200 μm کا یپرچر قطر 1.91 kg/(kW-h) کی زیادہ سے زیادہ قدر تک پہنچنے کے لیے؛ جب یپرچر کا قطر > 200 μm، ہوا کے عمل میں مزاحمت کا نقصان ہوا بازی کے عمل میں زیادہ اہم کردار ادا نہیں کرتا ہے، تو KLa اور Aerator کے یپرچر قطر میں اضافے کے ساتھ آکسیجن کی صلاحیت کم ہو جائے گی، اور اس وجہ سے، نظریاتی بجلی کی کارکردگی میں نمایاں کمی کا رجحان ظاہر ہوتا ہے۔

2.4 آکسیجن کی کارکردگی پر تنصیب کے پانی کی گہرائی کا اثر

پانی کی گہرائی جس میں ایریٹر نصب ہوتا ہے اس کا ہوا بازی اور آکسیجن کے اثر پر بہت اہم اثر پڑتا ہے۔ تجرباتی مطالعہ کا ہدف 2 میٹر سے کم کا ایک اتلی پانی کا چینل تھا۔ ایریٹر کی ہوا کی گہرائی پول کے پانی کی گہرائی سے طے کی گئی تھی۔ موجودہ مطالعات بنیادی طور پر ایریٹر کی ڈوبی ہوئی گہرائی پر توجہ مرکوز کرتے ہیں (یعنی پول کے نچلے حصے میں ایریٹر نصب کیا جاتا ہے، اور پانی کی مقدار کو بڑھا کر پانی کی گہرائی میں اضافہ ہوتا ہے)، اور ٹیسٹ بنیادی طور پر اس کی تنصیب کی گہرائی پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ ایریٹر (یعنی پول میں پانی کی مقدار کو مستقل رکھا جاتا ہے، اور ایریٹر کی تنصیب کی اونچائی کو ہوا کے اثر کے لیے پانی کی بہترین گہرائی کا پتہ لگانے کے لیے ایڈجسٹ کیا جاتا ہے)، اور تبدیلیاں پانی کی گہرائی کے ساتھ KLa اور آکسیجن کا استعمال تصویر 6 میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر 6 K کے مختلف منحنی خطوط اور پانی کی گہرائی کے ساتھ آکسیجن کا استعمال

شکل 6 سے پتہ چلتا ہے کہ پانی کی گہرائی میں اضافے کے ساتھ، KLa اور آکسیجن کے استعمال دونوں میں واضح اضافہ کا رجحان ظاہر ہوتا ہے، KLa میں 0.8 میٹر پانی کی گہرائی اور 2 میٹر پانی کی گہرائی میں چار گنا سے زیادہ فرق ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پانی جتنا گہرا ہوگا، پانی کے کالم میں بلبلوں کا رہنے کا وقت جتنا لمبا ہوگا، گیس مائع کے رابطے کا وقت اتنا ہی لمبا ہوگا، آکسیجن کی منتقلی کا اثر اتنا ہی بہتر ہوگا۔ لہذا، ایریٹر جتنا گہرا نصب کیا جائے گا، آکسیجن کی صلاحیت اور آکسیجن کے استعمال کے لیے اتنا ہی زیادہ سازگار ہوگا۔ لیکن پانی کی گہرائی کی تنصیب کے ساتھ ہی مزاحمتی نقصان میں بھی اضافہ ہوتا ہے، مزاحمتی نقصان پر قابو پانے کے لیے ہوا بازی کی مقدار میں اضافہ کرنا ضروری ہے، جو لامحالہ توانائی کی کھپت اور آپریٹنگ اخراجات میں اضافے کا باعث بنے گا۔ لہذا، زیادہ سے زیادہ تنصیب کی گہرائی حاصل کرنے کے لیے، نظریاتی طاقت کی کارکردگی اور پانی کی گہرائی کے درمیان تعلق کا جائزہ لینا ضروری ہے، جدول 1 دیکھیں۔

جدول 1 سے پتہ چلتا ہے کہ 0.8 میٹر کی تنصیب کی گہرائی میں نظریاتی طاقت کی کارکردگی انتہائی کم ہے، جس میں صرف 0.5 کلوگرام/(kW-h) ہے، جس سے اتلی پانی کی ہوا کو غیر مناسب بناتا ہے۔ 1.1 ~ 1.5 میٹر رینج کی پانی کی گہرائی کی تنصیب، آکسیجن کی صلاحیت میں نمایاں اضافہ کی وجہ سے، جبکہ مزاحمتی اثر کے ذریعہ ایریٹر واضح نہیں ہے، لہذا نظریاتی طاقت کی کارکردگی میں تیزی سے اضافہ ہوتا ہے۔ جیسے جیسے پانی کی گہرائی میں مزید 1.8 میٹر تک اضافہ ہوتا ہے، آکسیجن کی کارکردگی پر مزاحمتی نقصان کا اثر زیادہ سے زیادہ نمایاں ہوتا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں نظریاتی طاقت کی کارکردگی میں اضافہ ہوتا جاتا ہے، لیکن پھر بھی بڑھتے ہوئے رجحان کو ظاہر کرتا ہے، اور تنصیب میں 2 میٹر کی پانی کی گہرائی میں، نظریاتی طاقت کی کارکردگی زیادہ سے زیادہ 1.97 کلوگرام/(kW-h) تک پہنچ جاتی ہے۔ لہذا، چینلز <2 میٹر کے لیے، زیادہ سے زیادہ آکسیجنشن کے لیے نیچے کی ہوا کو ترجیح دی جاتی ہے۔

نتیجہ

مائیکرو پورس ایریشن صاف پانی کے آکسیجن ٹیسٹ کے لیے جامد نان سٹیشنری طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے، ٹیسٹ پانی کی گہرائی میں (< 2 m) and pore size (50 ~ 1 000 μm) conditions, the total oxygen mass transfer coefficient KLa and oxygen utilisation increased with the installation of the water depth; with the increase in pore size and decreased. In the process of increasing the aeration volume from 0.5 m3/h to 3 m3/h, the total oxygen mass transfer coefficient and oxygenation capacity gradually increased, and the oxygen utilisation rate decreased.

نظریاتی طاقت کی کارکردگی تاثیر کا واحد اشارہ ہے۔ آزمائشی حالات میں، پانی کی گہرائی کی ہوا بازی اور تنصیب کے ساتھ نظریاتی طاقت کی کارکردگی بڑھ جاتی ہے، یپرچر میں اضافے کے ساتھ پہلے اضافہ ہوتا ہے اور پھر کم ہوتا ہے۔ پانی کی گہرائی اور یپرچر کی تنصیب ایک معقول امتزاج ہونا چاہیے تاکہ آکسیجن کی کارکردگی کو بہترین حاصل کرنے کے لیے بنایا جا سکے، عام طور پر، ایریٹر کے یپرچر کے پانی کے انتخاب کی گہرائی اتنی ہی زیادہ ہو گی۔

ٹیسٹ کے نتائج بتاتے ہیں کہ اتھلے پانی کی ہوا کا استعمال نہیں کرنا چاہیے۔ 2 میٹر کی تنصیب کی گہرائی میں، ہوا کا حجم 0.5 m3/h اور 200 μm کے تاکنا سائز کے ساتھ ایک ایریٹر کے نتیجے میں 1.97 kg/(kW-h) کی زیادہ سے زیادہ نظریاتی طاقت کی کارکردگی ہوتی ہے۔