Pro e contro dei diffusori a bolle fini ad alta capacità

By: Tom Frankel
Post Date: Settembre 25th 2023

Classifichiamo i diffusori di aerazione delle acque reflue in due tipi: a bolle fini e a bolle grosse. All’interno di Fine Bubble, sono presenti pannelli agugliati, dischi e tubi standard con perforazioni di circa 1 mm e perforazioni più grandi, in genere 2 mm, a volte indicati come diffusori a bolle medie e altre volte come diffusori a bolle fini.

Prestazione

Le prestazioni dei diffusori a bolle fini standard sono abbastanza ben conosciute dal mercato. Tipicamente forniscono un’efficienza di trasferimento dell’ossigeno standard del 2%/piede – 6,5%/metro (SOTE), hanno una caduta di pressione di circa 12″ WG – 30 mbar quando sono nuovi e di solito sono installati in una griglia a pavimento completo, con flusso d’aria velocità di 2,5-6,0 SCFM/piedi quadrati – 50-120 Sm3/ora-m2 e producono bolle in una gamma di diametri da 1 a 3 mm.

Meno conosciute sono le prestazioni dei diffusori a bolle fini con perforazioni ad ago o perforazioni grandi, a volte soprannominate rispettivamente bolla ultrafine e bolla ad alta capacità o media. Salveremo la discussione sui diffusori a pannello/striscia per un altro post e qui ci concentreremo solo sui prodotti ad alta capacità.

Quando utilizzare i diffusori a bolle fini

Esistono alcune forti ragioni tecniche per selezionare diffusori ad alta capacità. Se si prevedono gravi incrostazioni, fessure più grandi potrebbero richiedere più tempo per il cedimento o la pulizia. Se si installano i diffusori in un serbatoio molto profondo (oltre 25 piedi – 8 m), le perforazioni piccole possono essere meno efficienti. Se stai passando da diffusori a bolle grossolane a diffusori a bolle fini e riutilizzi i soffiatori esistenti, le fessure più grandi possono aiutarti a riutilizzare i soffiatori esistenti a pressione limitata.

Allo stesso modo, ci sono buone ragioni per utilizzare diffusori a bolle fini standard e, in caso di dubbio, questa dovrebbe essere la scelta predefinita.

La dimensione dell’orifizio del diffusore controlla l’uniformità della distribuzione dell’aria attraverso la griglia. Un piccolo orifizio tipico di un diffusore a bolle fini standard consente in genere una riduzione significativa del flusso d’aria per soddisfare le minori esigenze di ossigeno durante la notte. Esiste una relazione non lineare tra la dimensione dell’orifizio e la portata minima del flusso d’aria per diffusore per ottenere l’uniformità. Consideriamo significativa anche una differenza di 1 mm quando si tratta di turndown. Considera l’esempio di un diffusore a disco da 9″/270 mm: una versione standard può avere un orifizio da 5 mm, mentre un diffusore ad alta capacità ha un orifizio da 10 mm. L’orifizio da 5 mm ha una portata d’aria minima per una distribuzione uniforme di 0,5 SCFM – 0,9 Sm3/ora, mentre l’orifizio da 10 mm necessita di 2,5 SCFM – 4,3 Sm3/ora. Anche se utilizzi la metà della quantità di diffusori quando selezioni l’opzione ad alta capacità, hai appena ridotto il rendimento di un fattore pari a 2,5.

Il modulo di elasticità di un elastomero è una misura della forza con cui un pezzo di gomma allungato cerca di ritornare alla sua forma rilassata originale. Le membrane a bolle fini ne traggono vantaggio; se guardassi una fessura rilasciare una bolla al rallentatore, vedresti che si apre e poi si chiude. La bolla rimane sulla superficie della gomma per un istante o più, a seconda dell’idrofobicità della gomma o del biofilm, si rilascia e l’intero processo si ripete in un istante. La produzione di un pennacchio di piccole bolle sulla superficie di un singolo diffusore avviene controllando attentamente le strette tolleranze di produzione nel processo di composizione, miscelazione, stampaggio e taglio della membrana. Tuttavia è necessario anche rispettare la fisica e concedere alla fessura il tempo sufficiente per aprirsi e chiudersi. Se tagliamo delle fessure grandi e profonde e facciamo esplodere l’aria attraverso la membrana, in sostanza stiamo creando un foro ovale in corrispondenza di ciascuna fessura che si apre ma non si chiude mai del tutto. Le dimensioni delle bolle che escono da grandi fenditure azionate a velocità di flusso elevate sono invariabili di grandi dimensioni; proprio come le bolle grossolane, salgono rapidamente alla superficie dell’acqua e hanno una piccola superficie aggregata.

Considerazioni idrauliche

Ci sono anche considerazioni idrauliche. Sarebbe economico acquistare e facile manutenere un sistema di aerazione se fosse costituito da un unico grande diffusore al centro di un serbatoio. Possiamo tutti immaginare i problemi che questo metodo creerebbe, come una fontana alta che potrebbe essere visivamente gradevole, soprattutto se illuminata di notte, ma che fornisce una scarsa distribuzione di acqua ossigenata e una velocità di risalita delle bolle molto elevata con molta coalescenza. . In questo scenario, stiamo pompando l’acqua in superficie in modo più efficace rispetto al trasferimento di massa di ossigeno.

Un approccio molto migliore sarebbe quello di coprire l’intero pavimento con membrane e distribuire uniformemente l’aria in tutti gli angoli, senza spazio per camminare. Anche questo non è pratico, ma stabilisce lo scenario ideale per il trasferimento di massa dell’ossigeno. Se riusciamo a creare un ambiente nella vasca senza zone morte, dove l’acqua che viene trascinata dalle colonne di bolle e portata in superficie deve seguire un percorso tortuoso fino al fondo, allora abbiamo fatto del bene. I flussi laminari dall’alto verso il basso, spesso chiamati flussi a spirale, sono attratti dalle colonne a bolle perché le colonne a bolle hanno un peso specifico medio basso. Quando l’acqua può ricircolare rapidamente nel bacino, trova colonne di bolle, provoca la compressione del pennacchio e la coalescenza delle bolle. Ciò si traduce in bolle più grandi e in un pennacchio che sale più rapidamente, riducendo l’efficienza del trasferimento di massa dell’ossigeno nel processo. Poiché non possiamo coprire l’intero pavimento, cerchiamo di coprire quanto più possibile e di lasciare spazi ragionevoli che consentano l’accesso per la manutenzione, laddove le dimensioni del serbatoio lo consentono. (A volte i serbatoi sono costruiti troppo grandi per il flusso e il carico e ci ritroviamo con spazi più grandi tra i diffusori e i tubi di quanto sarebbe ideale).

Vantaggi meccanici dei diffusori a bolle fini

Infine, ci sono vantaggi meccanici nell’utilizzare i diffusori nel loro campo di funzionamento standard. Le membrane a bolle fini sono presenti sul mercato da oltre 20 anni e ci sono molti impianti con diffusori più vecchi di 10 anni ancora in funzione. Non hanno problemi seri con le membrane, i supporti o gli attacchi ai tubi. Quando raddoppi, triplichi o quadruplichi la portata del flusso d’aria verso ciascun diffusore, come minimo, crei più turbolenza sul supporto del diffusore e indossi la membrana in un modo diverso. Devono essere prese in considerazione la fessurazione da stress delle parti in plastica, lo scorrimento viscoso, la lacerazione e l’essiccazione delle parti in gomma.

Nella maggior parte dei casi, la scelta di diffusori a bolle fini standard fornirà al proprietario un sistema che ha un significativo abbassamento e aumento, fornisce un trasferimento di ossigeno ad alta efficienza e una miscelazione sufficiente per mantenere i solidi in sospensione e dura a lungo. Quando si adotta un approccio basato sul buon senso che considera sia i costi di capitale che i costi operativi, tranne in alcune circostanze degne di nota sopra menzionate, è difficile giustificare la scelta di diffusori a bolle fini ad alta capacità. In molti casi, il sistema ad alta capacità comporterà una penalità superiore al 20% sui costi operativi nel ciclo di vita a causa della mancanza di turndown e della minore efficienza di trasferimento. Quando il 60-70% del consumo energetico dell’intero impianto proviene dal serbatoio di aerazione, si tratta di una cifra elevata. I proprietari dovrebbero parlare apertamente e richiedere prodotti e sistemi che forniscano loro una buona proposta di valore a lungo termine.

Tom Frankel

Mr. Frankel co-founded SSI in 1995 with experience in design and distribution of engineered systems. He is in charge of sales, marketing and operations in the company. Mr. Frankel holds multiple US patents related to diffusers. He is a graduate of Washington University in St. Louis.