توصيف القاذورات واستعادة أداء التهوية لموزع المسام الدقيقة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي
كخطوة حاسمة في عملية الحمأة المنشطة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية (WWTPs)، فإن تهوية إمدادات الأكسجين لا توفر فقط أكسجينًا كافيًا للحفاظ على أنشطة الحياة الأساسية للكائنات الحية الدقيقة ولكنها أيضًا تحافظ على الحمأة معلقة، مما يسهل امتصاص الملوثات وإزالتها. تعتبر التهوية أيضًا الوحدة الأكثر استهلاكًا للطاقة{{1}في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، حيث تمثل 45% إلى 75% من إجمالي استهلاك الطاقة في المحطة. ولذلك، فإن أداء نظام التهوية يؤثر بشكل مباشر على كفاءة المعالجة والتكاليف التشغيلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي. تعد معدات التهوية مكونًا رئيسيًا في نظام التهوية، حيث تعد مهويات الفقاعات الدقيقة هي الأكثر استخدامًا في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية نظرًا لكفاءتها العالية في نقل الأكسجين (OTE). ومع ذلك، أثناء التشغيل-على المدى الطويل، تتراكم الملوثات حتماً على السطح وداخل مسام أجهزة التهوية. ولضمان جودة النفايات السائلة، يلزم إمداد هواء إضافي من المنافيخ، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، يؤدي التلوث إلى تفاقم انسداد المسام ويغير مادة التهوية. يزداد فقدان الضغط (الضغط الرطب الديناميكي، DWP) لمكونات جهاز التهوية مع التشغيل الممتد، مما يؤدي إلى رفع ضغط الهواء الخارج للمنفاخ والتسبب في المزيد من إهدار الطاقة.
تشمل الملوثات المتراكمة على السطح وداخل مسام مهويات الفقاعات الدقيقة التلوث البيولوجي والعضوي وغير العضوي. ينتج التلوث العضوي عن امتصاص وترسيب المواد العضوية وترسب الإفرازات الميكروبية. يتكون التلوث غير العضوي عادة من رواسب كيميائية مكونة من الكاتيونات متعددة التكافؤ، مثل أكاسيد المعادن. واستنادًا إلى ما إذا كان من الممكن إزالتها عن طريق التنظيف المادي، يمكن تصنيف الملوثات على أنها قاذورات قابلة للعكس فيزيائيًا أو غير قابلة للإصلاح فيزيائيًا. يمكن إزالة الأوساخ القابلة للعكس ماديًا عن طريق طرق فيزيائية بسيطة مثل الغسل الميكانيكي، حيث أن هذه الملوثات متصلة بشكل غير محكم بسطح جهاز التهوية. لا يمكن التخلص من الأوساخ غير القابلة للإصلاح عن طريق التنظيف المادي ويتطلب تنظيفًا كيميائيًا أكثر شمولاً. ضمن التلوث الذي لا يمكن عكسه ماديًا، تسمى الملوثات التي يمكن إزالتها عن طريق التنظيف الكيميائي بالقاذورات القابلة للانعكاس كيميائيًا، في حين أن تلك التي لا يمكن إزالتها حتى عن طريق التنظيف الكيميائي تعتبر قاذورات غير قابلة للاسترداد.
تشتمل مهويات الفقاعات الدقيقة المستخدمة محليًا حاليًا على مواد مطاطية تقليدية مثل إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM) ومواد أحدث مثل -البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). يتم تشكيل طبقة توزيع الغاز في مهويات HDPE من خلال طلاء أنبوب توصيل الهواء الداخلي بالبوليمر المنصهر، بأقطار مسام حوالي (4.0 ± 0.5) ملم. يوفر HDPE خصائص مقاومة كيميائية وميكانيكية وتأثيرات جيدة وعمر خدمة طويل. ومع ذلك، فإن أحجام مسامها غير متناسقة وموزعة بشكل غير متساو، مما يجعلها عرضة لترسب الملوثات. مادة EPDM مرنة للغاية، مع المسام التي تم إنشاؤها عن طريق القطع الميكانيكي. تحتوي مهويات EPDM على عدد أكبر من المسام لكل وحدة مساحة، مما ينتج فقاعات أصغر (بحد أدنى 0.5 مم). كما أن الطبيعة المحبة للماء للغشاء المطاطي تساعد أيضًا على تكوين الفقاعات. ومع ذلك، تميل الكائنات الحية الدقيقة إلى الالتصاق والنمو على أسطح EPDM، وذلك باستخدام الملدنات كركيزة. في الوقت نفسه، يؤدي استهلاك الملدنات إلى تصلب مادة التهوية، مما يؤدي في النهاية إلى تلف الكلال وتقصير عمر الخدمة. لذلك، من الضروري دراسة أنماط تراكم الملوثات على هاتين المادتين والتغيرات اللاحقة في كفاءة نقل الأكسجين وفقدان الضغط.
قامت هذه الدراسة باستبدال مهويات الفقاعات الدقيقة بعد سنوات من التشغيل من محطتي معالجة مياه الصرف الصحي التابعتين للبلديتين مع ظروف عملية مماثلة للمواضيع البحثية. تم استخلاص الملوثات الموجودة في المهويات وتصنيفها طبقة بعد طبقة للتعرف على مكوناتها الرئيسية. وبناءً على ذلك، تم تقييم فعالية طرق التنظيف في استعادة كفاءة نقل الأكسجين لأجهزة التهوية، بهدف توفير البيانات الأساسية والمراجع الفنية للتشغيل الأمثل والمستقر على المدى الطويل- لأنظمة تهوية الفقاعات الدقيقة.
1 المواد والأساليب
1.1 مقدمة إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي
تقع كلا محطتي معالجة مياه الصرف الصحي في شنغهاي وتستخدم عملية اللاهوائية-Anoxic-Oxic (AAO) كعلاج أساسي. تستخدم محطة معالجة مياه الصرف الصحي A غرفة حبيبات دوامية + AAO تقليدي + مرشح ألياف عالي الكفاءة - + عملية تطهير بالأشعة فوق البنفسجية. تستخدم محطة معالجة مياه الصرف الصحي (ب) غرفة حبيبات هوائية + AAO تقليدي + خزان ترسيب عالي الكفاءة - + عملية تطهير بالأشعة فوق البنفسجية. يفي كلا المحطتين بشكل ثابت بمعايير الدرجة الأولى من "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB 18918-2002). يتم عرض التصميم المحدد والمعلمات التشغيلية فيالجدول 1.
1.2 استخلاص وتوصيف ملوثات المهويات
كانت مهويات الفقاعات الدقيقة المستخدمة في التجارب عبارة عن مهوية HDPE أنبوبية (Ecopolemer، أوكرانيا) تم جمعها من المصنع A ومهوية EPDM أنبوبية (EDI-FlexAir، الولايات المتحدة الأمريكية) تم جمعها من المصنع B. تظهر الصور لكليهما فيالشكل 1. كان أنبوب HDPE القديم قيد التشغيل لمدة 10 سنوات، بأبعاد D×L=120 مم × 1000 مم وقطر المسام (4±0.50) مم، وهو قادر على إنتاج فقاعات دقيقة بحجم 2~5 مم. كان أنبوب EPDM القديم قيد التشغيل لمدة 3 سنوات، بأبعاد D×L=91 مم × 1003 مم، مما أدى إلى إنتاج فقاعات دقيقة تتراوح من 1.0 إلى 1.2 مم، مع حد أدنى لقطر الفقاعة يبلغ 0.5 مم.
تم استرجاع أنابيب HDPE وEPDM القديمة من الخزانات الهوائية، ووضعها على فيلم التشبث، وشطفها بالماء منزوع الأيونات. تم إجراء الغسل الميكانيكي باستخدام شفرة معقمة باللهب- لإزالة الملوثات العالقة بسطح جهاز التهوية.
لمزيد من دراسة تأثير التلوث على أداء نقل الأكسجين، تم إجراء التنظيف الكيميائي على أنبوب HDPE. بعد الغسل الميكانيكي، تم نقع أنبوب HDPE في محلول 5% HCl و5% NaClO لمدة 24 ساعة على التوالي. تم تجفيف الأنابيب القديمة، والأنابيب التي تم تنظيفها ميكانيكيًا، والأنابيب التي تم تنظيفها كيميائيًا في فرن بدرجة حرارة 60 درجة (نموذج XMTS-6000) لمدة 60 ساعة. تم بعد ذلك فحص أسطحها باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM، نموذج JSM-7800F، اليابان)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة من الطاقة (EDX، Oxford Instruments، المملكة المتحدة)، والمجهر المسح بالليزر متحد البؤر (CLSM، نموذج TCS SP8، ألمانيا). تم ترشيح محلول تنظيف HCl من خلال غشاء 0.45 ميكرومتر، وتم إجراء تحليل كمي للكاتيونات متعددة التكافؤ (بما في ذلك أيونات Ca وMg وAl وFe، وما إلى ذلك) باستخدام مطياف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP، نموذج ICPS-7510، اليابان). نظرًا لأن حمض الهيدروكلوريك وNaClO يمكن أن يتسببا في تمسخ وشيخوخة غشاء EPDM، لم يتم إجراء التنظيف الكيميائي على أنبوب EPDM. تم قطع أنبوب EPDM إلى قطع غشائية مقاس 5 سم × 5 سم ونقع في حمض الهيدروكلوريك للتحليل الكمي للكاتيونات متعددة التكافؤ في المحلول.
1.3 جهاز وطريقة اختبار أداء نقل الأكسجين في جهاز التهوية
تم اختبار أداء نقل الأكسجين لأجهزة تهوية الفقاعات الدقيقة وفقًا لـ "تحديد أداء نقل الأكسجين في المياه النظيفة لأجهزة تهوية الفقاعات الدقيقة" (CJ/T 475-2015). يظهر إعداد الاختبار فيالشكل 2.
الجهاز عبارة عن هيكل-من الفولاذ المقاوم للصدأ بقياس 1.2 م × 0.3 م × 1.4 م، مع نوافذ عرض زجاجية عضوية على كلا الجانبين. تم تثبيت جهاز التهوية في منتصف القاع باستخدام دعامة معدنية، بعمق غمر قدره 1.0 متر. تم استخدام محلل جودة المياه متعدد المعلمات- (Hach HQ30D، الولايات المتحدة الأمريكية) لمراقبة تركيز الأكسجين المذاب (DO) في الوقت الفعلي-. تم استخدام كبريتيت الصوديوم اللامائي كعامل إزالة الأكسجين، وكلوريد الكوبالت كمحفز. تمثل قراءة مقياس الضغط الضغط الرطب الديناميكي لجهاز التهوية (DWP، kPa). تم تصحيح نتائج القياس لدرجة الحرارة والملوحة، وتفعل. تم استخدام كفاءة نقل الأكسجين الموحدة (SOTE، %) كمؤشر للتقييم.
ويرتبط استهلاك طاقة المنفاخ بكل من معدل تدفق إمداد الهواء وضغط الهواء الخارج، والذي يتأثر بـ SOTE وDWP الخاص بجهاز التهوية، على التوالي. لذلك، تم استخدام مؤشر استهلاك طاقة التهوية J (kPa·h/g)، الذي يمثل التأثير المشترك لـ SOTE وDWP، لتقييم أداء جهاز التهوية. يتم تعريفه على أنه فقدان الضغط الذي يجب على جهاز التهوية التغلب عليه لكل وحدة كتلة من الأكسجين المنقول. يتم حساب J من ميل الانحدار الخطي الملائم بين DWP/SOTE ومعدل تدفق الهواء (AFR)، كما هو موضح في المعادلة التالية:
أين:
AFRهو معدل تدفق الهواء، م³/ساعة؛
ρهواءهي كثافة الهواء، مأخوذة بـ 1.29 × 10³ جم/م³ عند 20 درجة؛
yO2هو محتوى الأكسجين في الهواء، 0.23 جرام O₂/جرام هواء.
2 النتائج والتحليل
2.1 أداء نقل الأكسجين للمهويات الجديدة والقديمة والمنظفة
الشكل 3يُظهر SOTE وDWP لأجهزة التهوية بمعدلات تدفق هواء مختلفة.
من الشكلين 3 (أ) و (ب)، كانت قيم SOTE لأنابيب HDPE وأنابيب EPDM الجديدة (7.36 ± 0.53)٪ و (9.68 ± 1.84)٪ على التوالي. ينتج أنبوب EPDM فقاعات أصغر بمساحة سطح محددة أكبر، مما يزيد من مساحة تلامس الغاز والسائل - ووقت الإقامة، مما يؤدي إلى زيادة SOTE. انخفض SOTE لكلا المهويتين مع زيادة AFR لأن ارتفاع AFR يزيد من عدد الفقاعات والسرعة الأولية، مما يؤدي إلى المزيد من تصادمات الفقاعات وتكوين فقاعات أكبر، مما يعيق نقل الأكسجين من الطور الغازي إلى الطور السائل. أظهر SOTE لأنبوب EPDM اتجاهًا تنازليًا أكثر وضوحًا مع زيادة AFR مقارنةً بأنبوب HDPE. وذلك لأن مسام مهوية HDPE صلبة ولا تتغير مع AFR، في حين أن مسام مهوية EPDM مرنة ومفتوحة على نطاق أوسع مع زيادة AFR، مما يشكل فقاعات أكبر ويقلل من SOTE.
بعد التشغيل على المدى الطويل-، انخفض SOTE لأنبوب HDPE إلى (5.39±0.62)%، وهو انخفاض بنسبة 26.7%، ويرجع ذلك أساسًا إلى تراكم الملوثات الذي يسد المسام ويقلل عدد المسام الفعالة لتوليد الفقاعات. أدى الغسل الميكانيكي إلى زيادة SOTE لأنبوب HDPE إلى (5.59 ± 0.66)٪، لكن الانتعاش لم يكن كبيرًا، ربما لأن الملوثات الموجودة في أنبوب HDPE لم تكن ملتصقة بالسطح فحسب، بل ترسبت أيضًا داخل المسام، مما يجعل من الصعب إزالتها عن طريق الغسل الميكانيكي. جيانغ وآخرون. وجد أن NaClO يمكنه إزالة الملوثات بشكل فعال من أنابيب HDPE واستعادة أداء التهوية. بعد تنظيف NaClO، تعافى SOTE لأنبوب HDPE إلى (6.14±0.63)%، وهو 83.4% من مستوى الأنبوب الجديد، ولا يزال غير قادر على التعافي بالكامل. وذلك لأنه، على مدى فترة طويلة من التشغيل، تصبح الملوثات مرتبطة بإحكام، مما يؤدي إلى تغيير بنية المسام، وإعاقة تدفق الهواء، وزيادة اندماج الفقاعات، وتقليل المساحة السطحية المحددة للفقاعة ووقت الإقامة، وبالتالي إعاقة نقل الأكسجين. وفي الوقت نفسه، يتسبب التلوث في توزيع الهواء بشكل غير متساوٍ، مما يؤدي إلى تدهور الأداء العام.
انخفض SOTE لأنبوب EPDM القديم إلى (9.06±1.75)%، أي بانخفاض قدره 6.4%. إلى جانب انسداد المسام نتيجة تراكم الملوثات، فإن القاذورات البيولوجية تستهلك الملدنات الموجودة في المادة، مما يؤدي إلى تصلب جهاز التهوية وتشويه المسام. لا يمكن للمسام المشوهة أن تعود إلى حالتها الأصلية، مما يؤدي إلى إنتاج فقاعات أكبر وخفض مستوى SOTE. أدى الغسل الميكانيكي إلى زيادة SOTE لأنبوب EPDM إلى (9.47 ± 1.87)٪، مما أدى إلى استعادته تقريبًا إلى مستوى الأنبوب الجديد، مما يشير إلى أن الملوثات الموجودة في أنبوب EPDM كانت متصلة بشكل غير محكم بالسطح ويمكن إزالتها في الغالب عن طريق الغسل الميكانيكي.
من الشكلين 3 (ج) و (د)، كان DWP لأنبوب EPDM الجديد (6.47 ± 0.66) كيلو باسكال، وهو أعلى بكثير من أنبوب HDPE الجديد [(1.47 ± 0.49) كيلو باسكال]. وذلك لأن قطر مسام أنبوب EPDM أصغر من قطر مسام أنبوب HDPE، مما يؤدي إلى مقاومة أكبر عند الضغط على الفقاعات. بعد التشغيل لمدة طويلة-، زاد ضغط DWP لأنبوب HDPE القديم إلى (4.36±0.56) كيلو باسكال، أي 2.97 مرة من الأنبوب الجديد. ترتبط الزيادة في DWP بكل من درجة انسداد المسام والتغيرات المادية. أدى الغسل الميكانيكي إلى تقليل DWP لأنبوب HDPE إلى 2.25 مرة مقارنة بالأنبوب الجديد. أدى تنظيف NaClO إلى تقليله إلى (2.04 ± 0.45) كيلو باسكال، أي 1.39 مرة مقارنة بالأنبوب الجديد. يشير هذا مرة أخرى إلى أن معظم الملوثات الموجودة على أنبوب HDPE قد ترسبت داخل المسام ولا يمكن إزالتها بشكل فعال عن طريق الغسل الميكانيكي، مما يتطلب تنظيف NaClO لاستعادة الأداء. زاد DWP لأنبوب EPDM القديم إلى (8.10 ± 0.94) كيلو باسكال، أي 1.25 مرة من الأنبوب الجديد، وانخفض إلى 1.10 مرة بعد الغسل الميكانيكي.
الشكل 4يُظهر تغيير DWP/SOTE (المشار إليه بـ DWP') مع AFR لأجهزة التهوية.
تم استخدام معادلة الانحدار الخطي لتناسب DWP' مقابل AFR، وتم الحصول على معلمة استهلاك الطاقة J من المنحدر. كانت قيم J لأنابيب HDPE وEPDM الجديدة هي 0.064 و0.204 كيلو باسكال ساعة/جم، على التوالي، مما يشير إلى أنه لكل وحدة كتلة من الأكسجين المنقول، يجب أن يتغلب أنبوب EPDM على فقدان الضغط الأكبر. في وقت الاستبدال، زادت قيم J لأنابيب HDPE وEPDM إلى 0.251 و0.274 كيلو باسكال · ساعة/جم، على التوالي. قد يؤثر تلوث جهاز التهوية الذي يؤدي إلى زيادة فقدان الضغط على التشغيل الآمن للمنفاخ. بعد الغسل الميكانيكي، انخفضت قيم J لأنابيب HDPE وEPDM إلى 0.184 و0.237 كيلو باسكال · ساعة/جم، على التوالي. يمكن استخدام التغييرات في J للتحليل الكمي لملوثات جهاز التهوية. الفرق في J بين الأنبوب القديم والأنبوب المنظف ميكانيكيًا ناتج عن تلوث قابل للعكس فعليًا. الفرق بين الأنبوب الذي تم تنظيفه ميكانيكيًا والأنبوب الجديد ناتج عن قاذورات مادية لا رجعة فيها. الفرق بين الأنبوب المنظف كيميائيًا والأنبوب المنظف كيميائيًا ينجم عن تلوث قابل للعكس كيميائيًا، في حين أن الفرق بين الأنبوب المنظف كيميائيًا والأنبوب الجديد ناتج عن تلوث غير قابل للاسترداد. ويبين الشكل 5 التغيرات في معلمة استهلاك الطاقة J لأجهزة التهوية.
منالشكل 5بالنسبة لأنبوب HDPE، بلغت نسبة التلوث القابل للعكس فعليًا وغير القابل للرجوع فعليًا 35.8% و64.2% من إجمالي التلوث، على التوالي. ضمن القاذورات التي لا رجعة فيها جسديا، بلغت نسبة القاذورات القابلة للعكس كيميائيا وغير القابلة للاسترداد 42.8٪ و 21.4٪، على التوالي. بالنسبة لأنبوب EPDM، بلغت نسبة التلوث القابل للعكس فعليًا وغير القابل للرجوع فعليًا 52.9% و47.1% على التوالي. لا تظهر القاذورات غير القابلة للاسترداد في البداية ولكنها تتراكم بمرور الوقت، مما يحدد في النهاية عمر خدمة جهاز التهوية. ولذلك، ينبغي وضع جداول تنظيف معقولة لإبطاء الانتقال من التلوث القابل للعكس إلى التلوث غير القابل للإصلاح وتقليل تراكم التلوث غير القابل للاسترداد.
2.2 مراقبة SEM للمهويات الجديدة والقديمة والمنظفة
الشكل 6يعرض صور SEM لأسطح أجهزة التهوية الجديدة والقديمة والمنظفة ميكانيكيًا. يمكن رؤية الهيكل المسامي لأنبوب HDPE الجديد بوضوح، بينما يكون سطح أنبوب EPDM الجديد أملسًا مع وجود مسام مقطوعة- نظيفة. بعد عدة سنوات من التشغيل، تغير الشكل السطحي لكلا المهويتين بشكل ملحوظ. غطت الملوثات الشبيهة بالقضبان غير المستوية والملوثات الممتلئة السطح بالكامل، مع تجمعات الملوثات حول المسام وداخلها، مما يعيق نقل الأكسجين ويزيد من فقدان الضغط. بعد الغسل الميكانيكي، تمت إزالة معظم الملوثات الموجودة على سطح أنبوب EPDM، لكن المسام ظلت مسدودة. بالنسبة لأنبوب HDPE، انخفض سمك طبقة الملوثات، لكن المسام كانت لا تزال مغطاة.
2.3 تحليل القاذورات غير العضوية للمهويات الجديدة والقديمة والمنظفة
تم استخدام EDX لإجراء مزيد من التحليل للتركيبة العنصرية الرئيسية لأسطح المهوية، مع إظهار النتائج فيالجدول 2. تم اكتشاف الكربون والأكسجين والحديد والسيليكون والكالسيوم على أسطح HDPE وEPDM. يحتوي أنبوب HDPE أيضًا على المغنيسيوم، بينما يحتوي أنبوب EPDM على الألومنيوم. تم استنتاج أن الملوثات غير العضوية الموجودة على أنبوب HDPE كانت عبارة عن ثاني أكسيد السيليكون، وكربونات الكالسيوم، وكربونات المغنيسيوم، وفوسفات الحديد، بينما كانت الملوثات الموجودة على أنبوب EPDM عبارة عن ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم. تتشكل هذه الرواسب غير العضوية عندما تصل تركيزات الأيونات غير العضوية من مياه الصرف الصحي البلدية والحمأة المنشطة إلى التشبع على سطح جهاز التهوية. بعد الغسل الميكانيكي، أظهرت العناصر غير العضوية الموجودة على أسطح جهاز التهوية اختلافًا بسيطًا مقارنة بالأنابيب القديمة، مما يشير إلى أن الغسل الميكانيكي لا يمكنه إزالة الملوثات غير العضوية بشكل فعال. كيم وآخرون. وجدت أنه بعد التشغيل على المدى الطويل-، تصبح الملوثات غير العضوية مغطاة بالملوثات العضوية، وتلتصق بإحكام على السطح وداخل المسام، مما يجعل من الصعب إزالتها عن طريق الغسل الميكانيكي.
بعد تنظيف حمض الهيدروكلوريك، تمت إزالة الأيونات المعدنية الموجودة على أسطح جهاز التهوية بالكامل. أدى حمض الهيدروكلوريك إلى تآكل جزء من الطبقة العضوية التي تغطي السطح، واخترقها وتفاعل مع أيونات المعادن، مما أدى إلى إزالة الرواسب غير العضوية من خلال التحييد والتحلل. تم تحليل محلول تنظيف حمض الهيدروكلوريك المستخدم لنقع المهويات بواسطة برنامج المقارنات الدولية لحساب محتوى الملوثات غير العضوية. كانت محتويات Ca وMg وFe لأنبوب HDPE 18.00 و1.62 و13.90 ملغم/سم² على التوالي، بينما بالنسبة لأنبوب EPDM، كانت محتويات Ca وAl وFe 9.55 و1.61 و3.38 ملغم/سم² على التوالي.
2.4 تحليل القاذورات العضوية للمهويات الجديدة والقديمة والمنظفة
لإجراء فحص كمي لتوزيع الملوثات العضوية، تم استخدام برنامج Image J لحساب نسبة تغطية الحجم الحيوي والركيزة لإجمالي الخلايا والسكريات والبروتينات من الصور المجهرية CLSM، مع أخذ المتوسطات كنتائج نهائية (الشكل 7).
من الشكل 7 (أ)، كانت البروتينات والخلايا الكلية هي المكونات الرئيسية للملوثات العضوية في أنابيب HDPE وEPDM، على التوالي، حيث يصل الحد الأقصى للحجم الإجمالي إلى 7.66×10⁵ و7.02×10⁵ ميكرومتر مكعب. كان إجمالي حجم الخلية في أنبوب EPDM أكبر بمقدار 2.5 مرة من حجم الخلية في أنبوب HDPE، وهو ما يتوافق مع النتائج التي توصل إليها Garrido-Baserba et al.، الذين أبلغوا عن ارتفاع إجمالي تركيز الحمض النووي في مهويات EPDM القديمة مقارنة بالمواد الأخرى. وانجر وآخرون. وجد أنه عندما تلتصق الكائنات الحية الدقيقة بأنابيب EPDM، إذا كانت البيئة المحيطة تفتقر إلى ركيزة عضوية كافية، فقد تحولوا إلى استخدام الملدنات الغشائية EPDM. يمكن للكائنات الحية الدقيقة استخدام الملدنات كمصدر للكربون، مما يؤدي إلى تسريع النمو والتكاثر، وبالتالي تكثيف التلوث البيولوجي على سطح EPDM. كانت محتويات السكاريد والبروتين في أنبوب EPDM أقل بكثير من تلك الموجودة في أنبوب HDPE، ربما بسبب ارتفاع عمر الحمأة في المصنع B مقارنة بالمصنع A، مما أدى إلى انخفاض تركيز المادة البوليمرية خارج الخلية (EPS). باعتبارها المكونات الرئيسية لـ EPS، أصبحت البروتينات والسكريات التي تفرزها الكائنات الحية الدقيقة مصادر مهمة للملوثات العضوية على سطح أنبوب HDPE في النبات أ.
بعد الغسل الميكانيكي، انخفضت كميات إجمالي الخلايا والسكريات والبروتينات الموجودة في أنبوب HDPE بمقدار 1.49×10⁵ و0.13×10⁵ و1.33×10⁵ ميكرومتر مكعب على التوالي. على أنبوب EPDM، كانت الانخفاضات المقابلة 2.20×10⁵، 1.88×10⁵، و2.38×10⁵ ميكرومتر مكعب، على التوالي. ويشير هذا إلى أن الغسل الميكانيكي يمكن أن يقلل من التلوث العضوي إلى حد ما.
ومع ذلك، بالنسبة لأنبوب HDPE، زادت مساحة تغطية الركيزة من السكريات والبروتينات بعد الغسل الميكانيكي -من 2.75% و6.28% إلى 4.67% و7.09%، على التوالي [الشكل 7(ب)]. حدث هذا لأن المواد البوليمرية خارج الخلية (EPS) تمتلك لزوجة عالية. وبالتالي، كان للغسل الميكانيكي تأثير عكسي يتمثل في نشر البروتينات والسكريات والملوثات غير العضوية على نطاق أوسع عبر سطح أنبوب HDPE، مما يؤدي إلى تغطية مساحة أكبر. من المحتمل أن يفسر هذا سبب فشل الغسل الميكانيكي في استعادة كفاءة التهوية لأنبوب HDPE بشكل ملحوظ.
بعد تنظيف NaClO، انخفض إجمالي الخلايا والسكريات والبروتينات الموجودة في أنبوب HDPE بمقدار 2.34×10⁵، و3.42×10⁵، و4.53×10⁵ ميكرومتر مكعب، على التوالي، مما يظهر كفاءة إزالة أعلى بكثير من الغسل الميكانيكي. يقوم NaClO بأكسدة المجموعات الوظيفية من الملوثات العضوية إلى كيتونات، وألدهيدات، وأحماض كربوكسيلية، مما يزيد من محبة الماء للمركبات الأصلية ويقلل من التصاق الملوثات بجهاز التهوية. علاوة على ذلك، يمكن أن تتحلل كتل الحمأة والغرويات بواسطة المؤكسدات إلى جزيئات دقيقة ومواد عضوية مذابة.
3 الاستنتاجات
①كانت قيم SOTE لأنابيب HDPE وEPDM الجديدة (7.36±0.53)% و(9.68±1.84)% على التوالي. أظهر SOTE لأنبوب EPDM اتجاهًا تنازليًا أكثر وضوحًا مع زيادة AFR مقارنةً بأنبوب HDPE. وذلك لأن مسام مهوية HDPE صلبة ولا تتغير مع AFR، في حين أن مسام مهوية EPDM مرنة ومفتوحة على نطاق أوسع مع زيادة AFR، مما يشكل فقاعات أكبر ويقلل من SOTE.
②بسبب تراكم الملوثات على السطح وداخل المسام، انخفضت كفاءة نقل الأكسجين لأنبوب HDPE بنسبة 26.7%، وزاد فقدان الضغط إلى 2.97 مرة مقارنة بالأنبوب الجديد. وبما أن معظم الملوثات الموجودة على أنبوب HDPE تترسب داخل المسام، فإن الغسل الميكانيكي لم يكن فعالاً. بعد التنظيف الكيميائي، تعافى SOTE لأنبوب HDPE إلى 83.4% من مستوى الأنبوب الجديد، وانخفض DWP إلى 1.39 مرة مقارنة بالأنبوب الجديد، مما يظهر تحسنًا ملحوظًا في الأداء. ومع ذلك، بسبب ترسب الملوثات، لم يتمكن من استعادة حالته الأصلية بالكامل. بالنسبة لأنبوب HDPE، بلغت نسبة التلوث القابل للعكس فيزيائيًا والكيميائي وغير القابل للاسترداد 35.8% و42.8% و21.4% على التوالي.
③بعد التشغيل على المدى الطويل-، انخفضت كفاءة نقل الأكسجين لأنبوب EPDM بنسبة 6.4%، وزاد فقدان الضغط إلى 1.25 مرة مقارنة بالأنبوب الجديد. بعد الغسل الميكانيكي، تمت استعادة أداء التهوية لأنبوب EPDM تقريبًا إلى مستوى الأنبوب الجديد، مما يشير إلى أن الملوثات الموجودة في أنبوب EPDM كانت متصلة بشكل غير محكم بالسطح ويمكن إزالتها إلى حد كبير عن طريق الغسل الميكانيكي. بالنسبة لأنبوب EPDM، بلغت نسبة التلوث القابل للعكس فعليًا وغير القابل للرجوع فعليًا 52.9% و47.1% على التوالي.
④كانت البروتينات هي المكون الرئيسي للملوثات العضوية في أنبوب HDPE، بينما كانت الخلايا الكلية هي المكون الرئيسي في أنبوب EPDM. وذلك لأن الكائنات الحية الدقيقة تستخدم الملدنات الموجودة في مادة EPDM كمصدر للكربون، مما يسرع نموها وتكاثرها، وبالتالي تكثيف التلوث البيولوجي على مهويات مادة EPDM.