अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में सूक्ष्म छिद्र विसारक की गड़बड़ी विशेषता और वातन प्रदर्शन पुनर्प्राप्ति
नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों (डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी) की सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम के रूप में, ऑक्सीजन आपूर्ति के लिए वातन न केवल सूक्ष्मजीवों की मौलिक जीवन गतिविधियों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन प्रदान करता है, बल्कि कीचड़ को निलंबित रखता है, जिससे सोखने और प्रदूषकों को हटाने में सुविधा होती है। डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में वातन सबसे अधिक ऊर्जा खपत करने वाली इकाई है, जो संयंत्र की कुल ऊर्जा खपत का 45% से 75% तक होती है। इसलिए, वातन प्रणाली का प्रदर्शन सीधे WWTP की उपचार दक्षता और परिचालन लागत को प्रभावित करता है। वातन उपकरण वातन प्रणाली का एक प्रमुख घटक है, जिसमें उच्च ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता (ओटीई) के कारण महीन बबल एरेटर नगरपालिका डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, लंबी अवधि के संचालन के दौरान, प्रदूषक अनिवार्य रूप से सतह पर और वायुवाहक के छिद्रों के भीतर जमा हो जाते हैं। प्रवाह की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, ब्लोअर से अतिरिक्त वायु आपूर्ति की आवश्यकता होती है, जिससे ऊर्जा की खपत बढ़ जाती है। इसके अलावा, प्रदूषण रोम छिद्रों को बंद कर देता है और जलवाहक सामग्री को बदल देता है। विस्तारित संचालन के दौरान जलवाहक घटकों का दबाव हानि (गतिशील गीला दबाव, डीडब्ल्यूपी) बढ़ जाता है, जिससे ब्लोअर के आउटलेट वायु दबाव बढ़ जाता है और ऊर्जा की बर्बादी होती है।
सतह पर और महीन बुलबुला वायुयानों के छिद्रों के अंदर जमा होने वाले प्रदूषकों में जैविक, कार्बनिक और अकार्बनिक दूषण शामिल हैं। कार्बनिक दूषण कार्बनिक पदार्थों के सोखने और अवक्षेपण तथा सूक्ष्मजीवी स्रावों के जमाव के परिणामस्वरूप होता है। अकार्बनिक दूषण में आम तौर पर धातु ऑक्साइड जैसे पॉलीवलेंट धनायनों द्वारा निर्मित रासायनिक अवक्षेप शामिल होते हैं। इस आधार पर कि क्या उन्हें भौतिक सफाई द्वारा हटाया जा सकता है, प्रदूषकों को भौतिक रूप से प्रतिवर्ती या भौतिक रूप से अपरिवर्तनीय प्रदूषण के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। भौतिक रूप से प्रतिवर्ती गंदगी को यांत्रिक स्क्रबिंग जैसे सरल भौतिक तरीकों से हटाया जा सकता है, क्योंकि ये प्रदूषक जलवाहक सतह से शिथिल रूप से जुड़े होते हैं। भौतिक रूप से अपरिवर्तनीय गंदगी को भौतिक सफाई से समाप्त नहीं किया जा सकता है और इसके लिए अधिक गहन रासायनिक सफाई की आवश्यकता होती है। भौतिक रूप से अपरिवर्तनीय दूषण के अंतर्गत, जिन प्रदूषकों को रासायनिक सफाई द्वारा हटाया जा सकता है, उन्हें रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती दूषण कहा जाता है, जबकि जिन्हें रासायनिक सफाई द्वारा भी नहीं हटाया जा सकता है, उन्हें अपरिवर्तनीय दूषण माना जाता है।
वर्तमान में, घरेलू स्तर पर उपयोग किए जाने वाले महीन बबल एरेटर में पारंपरिक रबर सामग्री जैसे एथिलीन प्रोपलीन डायन मोनोमर (ईपीडीएम) और उच्च घनत्व पॉलीथीन (एचडीपीई) जैसी नई सामग्री शामिल हैं। एचडीपीई एरेटर की गैस वितरण परत आंतरिक वायु वितरण पाइप को पिघले हुए पॉलिमर के साथ कोटिंग करके बनाई जाती है, जिसका छिद्र व्यास लगभग (4.0 ± 0.5) मिमी होता है। एचडीपीई अच्छे रासायनिक, यांत्रिक और प्रभाव प्रतिरोधी गुण और लंबी सेवा जीवन प्रदान करता है। हालाँकि, इसके छिद्रों का आकार असंगत और असमान रूप से वितरित है, जिससे उनमें प्रदूषक जमा होने का खतरा होता है। ईपीडीएम सामग्री अत्यधिक लचीली होती है, जिसमें यांत्रिक कटिंग द्वारा छिद्र बनाए जाते हैं। ईपीडीएम एरेटर में प्रति इकाई क्षेत्र में छिद्रों की संख्या अधिक होती है, जिससे छोटे बुलबुले (न्यूनतम 0.5 मिमी) उत्पन्न होते हैं। रबर झिल्ली की हाइड्रोफिलिक प्रकृति भी बुलबुले बनने में सहायक होती है। हालाँकि, सूक्ष्मजीव सब्सट्रेट के रूप में प्लास्टिसाइज़र का उपयोग करके ईपीडीएम सतहों पर जुड़ते और बढ़ते हैं। समवर्ती रूप से, प्लास्टिसाइज़र की खपत से जलवाहक सामग्री सख्त हो जाती है, जिससे अंततः थकान की क्षति होती है और सेवा जीवन छोटा हो जाता है। इसलिए, इन दो सामग्रियों पर प्रदूषक संचय पैटर्न और परिणामस्वरूप ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता और दबाव हानि में परिवर्तन की जांच करना आवश्यक है।
इस अध्ययन में अनुसंधान विषयों के समान प्रक्रिया स्थितियों के साथ दो नगरपालिका डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी से वर्षों के संचालन के बाद बदले गए बढ़िया बबल एरेटर को लिया गया। वायुवाहकों पर प्रदूषकों को निकाला गया और उनके मुख्य घटकों की पहचान करने के लिए उन्हें परत दर परत चित्रित किया गया। इसके आधार पर, वायुयानों की ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता को पुनर्प्राप्त करने में सफाई विधियों की प्रभावशीलता का मूल्यांकन किया गया था, जिसका लक्ष्य फाइन बबल वातन प्रणालियों के दीर्घकालिक अनुकूलित और स्थिर संचालन के लिए मौलिक डेटा और तकनीकी संदर्भ प्रदान करना था।
1 सामग्री और विधियाँ
1.1 अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों का परिचय
दोनों WWTP शंघाई में स्थित हैं और मुख्य उपचार के रूप में एनारोबिक {{0}एनॉक्सिक {{1}ऑक्सिक (एएओ) प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी ए एक भंवर ग्रिट चैंबर + पारंपरिक एएओ + उच्च दक्षता फाइबर फिल्टर + यूवी कीटाणुशोधन प्रक्रिया को नियोजित करता है। डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी बी एक वातित ग्रिट कक्ष + पारंपरिक एएओ + उच्च दक्षता अवसादन टैंक + यूवी कीटाणुशोधन प्रक्रिया का उपयोग करता है। दोनों संयंत्र "नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के लिए प्रदूषकों के निर्वहन मानक" (जीबी 18918-2002) के ग्रेड ए मानक को पूरा करते हैं। विशिष्ट डिज़ाइन और परिचालन पैरामीटर दिखाए गए हैंतालिका नंबर एक.
1.2 जलवाहक प्रदूषकों का निष्कर्षण और लक्षण वर्णन
प्रयोगों में प्रयुक्त महीन बुलबुला जलवाहक प्लांट ए से एकत्रित एक ट्यूबलर एचडीपीई जलवाहक (इकोपोलमर, यूक्रेन) और प्लांट बी से एकत्रित एक ट्यूबलर ईपीडीएम जलवाहक (ईडीआई{0}}फ्लेक्सएयर, यूएसए) थे। दोनों की तस्वीरें यहां दिखाई गई हैंचित्र 1. पुरानी एचडीपीई ट्यूब 10 वर्षों से परिचालन में थी, जिसका आयाम D×L=120 मिमी×1000 मिमी और छिद्र व्यास (4±0.50) मिमी था, जो 2~5 मिमी के बारीक बुलबुले बनाने में सक्षम था। पुरानी ईपीडीएम ट्यूब 3 वर्षों से परिचालन में थी, आयाम डी×एल=91 मिमी×1003 मिमी, जो 1.0~1.2 मिमी के बारीक बुलबुले पैदा करती थी, न्यूनतम बुलबुला व्यास 0.5 मिमी के साथ।
पुराने एचडीपीई और ईपीडीएम ट्यूबों को एरोबिक टैंकों से निकाला गया, क्लिंग फिल्म पर रखा गया और विआयनीकृत पानी से धोया गया। जलवाहक की सतह से जुड़े प्रदूषकों को हटाने के लिए एक लौ - स्टरलाइज़्ड ब्लेड का उपयोग करके यांत्रिक स्क्रबिंग की गई।
ऑक्सीजन स्थानांतरण प्रदर्शन पर गंदगी के प्रभाव का आगे अध्ययन करने के लिए, एचडीपीई ट्यूब पर रासायनिक सफाई की गई। यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, एचडीपीई ट्यूब को क्रमशः 24 घंटे के लिए 5% एचसीएल और 5% NaClO समाधान में भिगोया गया था। पुरानी ट्यूबों, यांत्रिक रूप से रगड़ी गई ट्यूबों और रासायनिक रूप से साफ की गई ट्यूबों को 60 घंटे के लिए 60 डिग्री ओवन (मॉडल एक्सएमटीएस {{10 }}6000) में सुखाया गया। फिर उनकी सतहों की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM, मॉडल JSM-7800F, जापान), ऊर्जा-फैलाने वाली एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX, ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स, यूके), और कॉन्फोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी (CLSM, मॉडल TCS SP8, जर्मनी) का उपयोग करके जांच की गई। एचसीएल सफाई समाधान को 0.45 माइक्रोन झिल्ली के माध्यम से फ़िल्टर किया गया था, और पॉलीवलेंट धनायनों (सीए, एमजी, अल, फ़े आयनों आदि सहित) का मात्रात्मक विश्लेषण प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी, मॉडल आईसीपीएस -7510, जापान) का उपयोग करके किया गया था। चूँकि HCl और NaClO EPDM झिल्ली के विकृतीकरण और उम्र बढ़ने का कारण बन सकते हैं, EPDM ट्यूब पर रासायनिक सफाई नहीं की गई थी। समाधान में पॉलीवलेंट धनायनों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए ईपीडीएम ट्यूब को 5 सेमी × 5 सेमी झिल्ली के टुकड़ों में काटा गया और एचसीएल में भिगोया गया।
1.3 एरेटर ऑक्सीजन स्थानांतरण प्रदर्शन के लिए परीक्षण उपकरण और विधि
फाइन बबल एरेटर्स के ऑक्सीजन ट्रांसफर प्रदर्शन का परीक्षण "फाइन बबल एरेटर्स के स्वच्छ जल ऑक्सीजन ट्रांसफर प्रदर्शन का निर्धारण" (सीजे/टी 475-2015) के अनुसार किया गया था। परीक्षण सेटअप दिखाया गया हैचित्र 2.
उपकरण 1.2 मीटर × 0.3 मीटर × 1.4 मीटर मापने वाली एक स्टेनलेस स्टील संरचना है, जिसमें दोनों तरफ कार्बनिक ग्लास देखने वाली खिड़कियां हैं। जलवाहक को 1.0 मीटर की जलमग्न गहराई के साथ एक धातु समर्थन का उपयोग करके केंद्र तल पर तय किया गया था। वास्तविक समय में घुलित ऑक्सीजन (डीओ) सांद्रता की निगरानी के लिए एक बहु-पैरामीटर जल गुणवत्ता विश्लेषक (हैच एचक्यू30डी, यूएसए) का उपयोग किया गया था। सोडियम सल्फाइट एनहाइड्रस का उपयोग डीऑक्सीजनेशन एजेंट के रूप में और कोबाल्ट क्लोराइड का उत्प्रेरक के रूप में किया गया था। दबाव नापने का यंत्र की रीडिंग जलवाहक के गतिशील गीले दबाव (DWP, kPa) को दर्शाती है। तापमान, लवणता और डीओ के लिए माप परिणामों को सही किया गया। मानकीकृत ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता (एसओटीई,%) का उपयोग मूल्यांकन सूचकांक के रूप में किया गया था।
ब्लोअर ऊर्जा खपत वायु आपूर्ति प्रवाह दर और आउटलेट वायु दबाव दोनों से संबंधित है, जो क्रमशः जलवाहक के एसओटीई और डीडब्ल्यूपी से प्रभावित होते हैं। इसलिए, एक वातन ऊर्जा खपत सूचकांक J (kPa·h/g), जो SOTE और DWP के संयुक्त प्रभाव का प्रतिनिधित्व करता है, का उपयोग जलवाहक प्रदर्शन का आकलन करने के लिए किया गया था। इसे उस दबाव हानि के रूप में परिभाषित किया गया है जिसे जलवाहक को हस्तांतरित ऑक्सीजन के प्रति इकाई द्रव्यमान पर काबू पाना होगा। J की गणना DWP/SOTE और वायु प्रवाह दर (AFR) के बीच रैखिक प्रतिगमन फिट के ढलान से की जाती है, जैसा कि निम्नलिखित समीकरण में दिखाया गया है:
कहाँ:
एएफआरवायु प्रवाह दर है, m³/h;
ρवायुवायु घनत्व है, जिसे 20 डिग्री पर 1.29 × 10³ g/m³ माना जाता है;
yO2हवा में ऑक्सीजन की मात्रा है, जिसे 0.23 ग्राम O₂/g हवा के रूप में लिया जाता है।
2 परिणाम और विश्लेषण
2.1 नए, पुराने और साफ किए गए एरेटर का ऑक्सीजन स्थानांतरण प्रदर्शन
चित्र तीनविभिन्न वायु प्रवाह दरों पर जलवाहकों के एसओटीई और डीडब्ल्यूपी को दर्शाता है।
चित्र 3(ए) और (बी) से, नए एचडीपीई और नए ईपीडीएम ट्यूबों के लिए एसओटीई मान क्रमशः (7.36±0.53)% और (9.68±1.84)% थे। ईपीडीएम ट्यूब बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ छोटे बुलबुले पैदा करती है, जिससे गैस का संपर्क क्षेत्र और निवास समय बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च एसओटीई होता है। बढ़ते एएफआर के साथ दोनों वायुवाहकों का एसओटीई कम हो गया क्योंकि उच्च एएफआर बुलबुले की संख्या और प्रारंभिक वेग को बढ़ाता है, जिससे अधिक बुलबुला टकराव होता है और बड़े बुलबुले का निर्माण होता है, जो गैस से तरल चरण में ऑक्सीजन स्थानांतरण में बाधा उत्पन्न करता है। ईपीडीएम ट्यूब के एसओटीई ने एचडीपीई ट्यूब की तुलना में बढ़ते एएफआर के साथ अधिक स्पष्ट रूप से घटती प्रवृत्ति दिखाई। ऐसा इसलिए है क्योंकि एचडीपीई जलवाहक के छिद्र कठोर होते हैं और एएफआर के साथ नहीं बदलते हैं, जबकि ईपीडीएम जलवाहक के छिद्र लचीले होते हैं और बढ़े हुए एएफआर के साथ व्यापक रूप से खुलते हैं, जिससे बड़े बुलबुले बनते हैं और एसओटीई कम हो जाती है।
लंबी अवधि के संचालन के बाद, एचडीपीई ट्यूब का एसओटीई (5.39 ± 0.62)% तक गिर गया, 26.7% की कमी, मुख्य रूप से प्रदूषक संचय के कारण छिद्रों को बंद करना और बुलबुला उत्पादन के लिए प्रभावी छिद्रों की संख्या कम होना। यांत्रिक स्क्रबिंग ने एचडीपीई ट्यूब के एसओटीई को (5.59 ± 0.66)% तक बढ़ा दिया, लेकिन रिकवरी महत्वपूर्ण नहीं थी, संभवतः क्योंकि एचडीपीई ट्यूब पर प्रदूषक न केवल सतह से जुड़े हुए थे, बल्कि छिद्रों के अंदर भी जमा हो गए थे, जिससे उन्हें यांत्रिक स्क्रबिंग द्वारा निकालना मुश्किल हो गया था। जियांग एट अल. पाया गया कि NaClO एचडीपीई ट्यूबों से प्रदूषकों को प्रभावी ढंग से हटा सकता है और उनके वातन प्रदर्शन को बहाल कर सकता है। NaClO की सफाई के बाद, एचडीपीई ट्यूब का SOTE (6.14 ± 0.63)% तक ठीक हो गया, जो कि नई ट्यूब के स्तर का 83.4% है, फिर भी पूरी तरह से ठीक होने में असमर्थ है। इसका कारण यह है कि, लंबे समय तक संचालन के दौरान, प्रदूषक कसकर चिपक जाते हैं, जिससे छिद्रों की संरचना बदल जाती है, वायु प्रवाह में बाधा आती है, बुलबुला सहसंयोजन बढ़ जाता है, बुलबुला विशिष्ट सतह क्षेत्र और निवास समय कम हो जाता है, और इस प्रकार ऑक्सीजन स्थानांतरण में बाधा आती है। इसके साथ ही, गंदगी के कारण असमान वायु वितरण होता है, जिससे समग्र प्रदर्शन में गिरावट आती है।
पुराने EPDM ट्यूब का SOTE गिरकर (9.06±1.75)% हो गया, जो 6.4% की कमी है। प्रदूषक संचय से रोमछिद्र बंद होने के अलावा, जैविक दूषण सामग्री में प्लास्टिसाइज़र का उपभोग करता है, जलवाहक को सख्त करता है और छिद्रों को विकृत करता है। विकृत छिद्र अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आ सकते, जिससे बड़े बुलबुले बनते हैं और SOTE कम हो जाता है। यांत्रिक स्क्रबिंग ने ईपीडीएम ट्यूब के एसओटीई को (9.47 ± 1.87)% तक बढ़ा दिया, जिससे यह लगभग नई ट्यूब के स्तर पर बहाल हो गया, यह दर्शाता है कि ईपीडीएम ट्यूब पर प्रदूषक सतह से शिथिल रूप से जुड़े हुए थे और ज्यादातर यांत्रिक स्क्रबिंग द्वारा हटाए जा सकते थे।
चित्र 3(सी) और (डी) से, नई ईपीडीएम ट्यूब का डीडब्ल्यूपी (6.47±0.66) केपीए था, जो नई एचडीपीई ट्यूब [(1.47±0.49) केपीए] की तुलना में काफी अधिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ईपीडीएम ट्यूब का छिद्र व्यास एचडीपीई ट्यूब की तुलना में छोटा है, जिसके परिणामस्वरूप बुलबुले निचोड़ने पर अधिक प्रतिरोध होता है। लंबे समय तक ऑपरेशन के बाद, पुराने एचडीपीई ट्यूब का डीडब्ल्यूपी (4.36 ± 0.56) केपीए तक बढ़ गया, जो कि नए ट्यूब से 2.97 गुना अधिक है। डीडब्ल्यूपी में वृद्धि रोमछिद्रों के बंद होने की मात्रा और भौतिक परिवर्तन दोनों से संबंधित है। मैकेनिकल स्क्रबिंग ने एचडीपीई ट्यूब की डीडब्ल्यूपी को नई ट्यूब की तुलना में 2.25 गुना कम कर दिया। NaClO की सफाई ने इसे और कम करके (2.04±0.45) kPa कर दिया, जो नई ट्यूब से 1.39 गुना अधिक है। यह फिर से इंगित करता है कि एचडीपीई ट्यूब पर अधिकांश प्रदूषक छिद्रों के अंदर जमा हो गए थे और यांत्रिक स्क्रबिंग द्वारा प्रभावी ढंग से हटाया नहीं जा सका, प्रदर्शन को बहाल करने के लिए NaClO सफाई की आवश्यकता थी। पुराने ईपीडीएम ट्यूब का डीडब्ल्यूपी बढ़कर (8.10 ± 0.94) केपीए हो गया, जो नई ट्यूब का 1.25 गुना है, और मैकेनिकल स्क्रबिंग के बाद घटकर 1.10 गुना हो गया।
चित्र 4एरेटर के लिए एएफआर के साथ डीडब्ल्यूपी/एसओटीई (डीडब्ल्यूपी' के रूप में चिह्नित) के परिवर्तन को दर्शाता है।
DWP' बनाम AFR को फिट करने के लिए एक रैखिक प्रतिगमन समीकरण का उपयोग किया गया था, और ऊर्जा खपत पैरामीटर J को ढलान से प्राप्त किया गया था। नए एचडीपीई और नए ईपीडीएम ट्यूबों के लिए जे मान क्रमशः 0.064 और 0.204 केपीए·एच/जी थे, जो दर्शाता है कि स्थानांतरित ऑक्सीजन के प्रति यूनिट द्रव्यमान के लिए, ईपीडीएम ट्यूब को अधिक दबाव हानि को दूर करना होगा। प्रतिस्थापन के समय, एचडीपीई और ईपीडीएम ट्यूबों के लिए जे मान क्रमशः 0.251 और 0.274 केपीए·एच/जी तक बढ़ गए। एरेटर में खराबी के कारण दबाव में कमी आने से ब्लोअर का सुरक्षित संचालन प्रभावित हो सकता है। यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, एचडीपीई और ईपीडीएम ट्यूबों के लिए जे मान क्रमशः 0.184 और 0.237 केपीए·एच/जी तक कम हो गए। जे में परिवर्तन का उपयोग जलवाहक प्रदूषकों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। पुरानी ट्यूब और यंत्रवत् स्क्रब की गई ट्यूब के बीच J में अंतर शारीरिक रूप से प्रतिवर्ती गंदगी के कारण होता है। यांत्रिक रूप से साफ़ की गई ट्यूब और नई ट्यूब के बीच का अंतर शारीरिक रूप से अपरिवर्तनीय गंदगी के कारण होता है। यांत्रिक रूप से साफ की गई ट्यूब और रासायनिक रूप से साफ की गई ट्यूब के बीच का अंतर रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती गंदगी के कारण होता है, जबकि रासायनिक रूप से साफ की गई ट्यूब और नई ट्यूब के बीच का अंतर अपरिवर्तनीय गंदगी के कारण होता है। चित्र 5 वायुवाहकों के लिए ऊर्जा खपत पैरामीटर जे में परिवर्तन दिखाता है।
सेचित्र 5एचडीपीई ट्यूब के लिए, भौतिक रूप से प्रतिवर्ती और शारीरिक रूप से अपरिवर्तनीय प्रदूषण कुल प्रदूषण का क्रमशः 35.8% और 64.2% है। भौतिक रूप से अपरिवर्तनीय दूषण के भीतर, रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय दूषण क्रमशः 42.8% और 21.4% था। ईपीडीएम ट्यूब के लिए, शारीरिक रूप से प्रतिवर्ती और शारीरिक रूप से अपरिवर्तनीय प्रदूषण क्रमशः 52.9% और 47.1% था। अपरिवर्तनीय दूषण प्रारंभ में प्रकट नहीं होता है, लेकिन समय के साथ जमा होता है, अंततः जलवाहक की सेवा जीवन का निर्धारण करता है। इसलिए, प्रतिवर्ती से अपरिवर्तनीय गंदगी की ओर संक्रमण को धीमा करने और अपूरणीय गंदगी के संचय को कम करने के लिए उचित सफाई कार्यक्रम स्थापित किए जाने चाहिए।
2.2 नए, पुराने और साफ किए गए वायुयानों का एसईएम अवलोकन
चित्र 6नए, पुराने और यंत्रवत् साफ़ किए गए एरेटर की सतहों की SEM छवियां दिखाता है। नई एचडीपीई ट्यूब की छिद्रपूर्ण संरचना स्पष्ट रूप से दिखाई देती है, जबकि नई ईपीडीएम ट्यूब की सतह साफ कटे हुए छिद्रों के साथ चिकनी है। कई वर्षों के ऑपरेशन के बाद, दोनों वायुयानों की सतह आकृति विज्ञान में काफी बदलाव आया। असमान छड़ जैसे और अवरुद्ध प्रदूषकों ने सतह को पूरी तरह से ढक दिया है, छिद्रों के चारों ओर और अंदर प्रदूषक जमा हो गए हैं, जिससे ऑक्सीजन स्थानांतरण में बाधा आ रही है और दबाव में कमी बढ़ रही है। यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, ईपीडीएम ट्यूब की सतह पर अधिकांश प्रदूषक हटा दिए गए, लेकिन छिद्र बंद रहे। एचडीपीई ट्यूब के लिए, प्रदूषक परत की मोटाई कम हो गई, लेकिन छिद्र अभी भी ढके हुए थे।
2.3 नए, पुराने और साफ किए गए वायुयानों का अकार्बनिक दूषण विश्लेषण
EDX का उपयोग जलवाहक सतहों की मुख्य मौलिक संरचना का और अधिक विश्लेषण करने के लिए किया गया था, जिसके परिणाम दिखाए गए हैंतालिका 2. एचडीपीई और ईपीडीएम दोनों सतहों पर कार्बन, ऑक्सीजन, लोहा, सिलिकॉन और कैल्शियम पाए गए। एचडीपीई ट्यूब में मैग्नीशियम भी होता है, जबकि ईपीडीएम ट्यूब में एल्यूमीनियम होता है। यह अनुमान लगाया गया है कि एचडीपीई ट्यूब पर अकार्बनिक प्रदूषक सिलिकॉन डाइऑक्साइड, कैल्शियम कार्बोनेट, मैग्नीशियम कार्बोनेट और आयरन फॉस्फेट थे, जबकि ईपीडीएम ट्यूब पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड थे। ये अकार्बनिक अवक्षेप तब बनते हैं जब नगर निगम के अपशिष्ट जल और सक्रिय कीचड़ से अकार्बनिक आयनों की सांद्रता जलवाहक सतह पर संतृप्ति तक पहुंच जाती है। यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, जलवाहक सतहों पर अकार्बनिक तत्वों ने पुरानी ट्यूबों की तुलना में थोड़ा अंतर दिखाया, यह दर्शाता है कि यांत्रिक स्क्रबिंग अकार्बनिक प्रदूषकों को प्रभावी ढंग से नहीं हटा सकती है। किम एट अल. पाया गया कि लंबी अवधि के ऑपरेशन के बाद, अकार्बनिक प्रदूषक कार्बनिक प्रदूषकों से ढक जाते हैं, सतह पर और छिद्रों के अंदर मजबूती से चिपक जाते हैं, जिससे उन्हें यांत्रिक स्क्रबिंग द्वारा निकालना मुश्किल हो जाता है।
एचसीएल की सफाई के बाद, जलवाहक सतहों पर धातु आयन पूरी तरह से हटा दिए गए। एचसीएल ने सतह को कवर करने वाली कार्बनिक परत के हिस्से को संक्षारित कर दिया, उसमें प्रवेश किया और धातु आयनों के साथ प्रतिक्रिया की, तटस्थता और अपघटन के माध्यम से अकार्बनिक अवक्षेप को हटा दिया। अकार्बनिक प्रदूषकों की सामग्री की गणना करने के लिए एरेटर को भिगोने के लिए उपयोग किए जाने वाले एचसीएल सफाई समाधान का आईसीपी द्वारा विश्लेषण किया गया था। एचडीपीई ट्यूब के लिए Ca, Mg, और Fe सामग्री क्रमशः 18.00, 1.62 और 13.90 mg/cm² थी, जबकि EPDM ट्यूब के लिए, Ca, Al और Fe सामग्री क्रमशः 9.55, 1.61 और 3.38 mg/cm² थी।
2.4 नए, पुराने और साफ किए गए वायुयानों का जैविक दूषण विश्लेषण
कार्बनिक प्रदूषकों के वितरण की मात्रात्मक जांच करने के लिए, इमेज जे सॉफ्टवेयर का उपयोग सीएलएसएम माइक्रोग्राफ से कुल कोशिकाओं, पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन के बायोवॉल्यूम और सब्सट्रेट कवरेज अनुपात की गणना करने के लिए किया गया था, औसत को अंतिम परिणाम के रूप में लिया गया था (चित्र 7).
चित्र 7(ए) से, प्रोटीन और कुल कोशिकाएं क्रमशः एचडीपीई और ईपीडीएम ट्यूबों पर कार्बनिक प्रदूषकों के मुख्य घटक थे, जिनकी अधिकतम कुल मात्रा 7.66×10⁵ और 7.02×10⁵ μm³ तक पहुंच गई थी। ईपीडीएम ट्यूब पर कुल सेल वॉल्यूम एचडीपीई ट्यूब की तुलना में 2.5 गुना था, जो गैरिडो -बसेरबा एट अल के निष्कर्षों के अनुरूप है, जिन्होंने अन्य सामग्रियों की तुलना में पुराने ईपीडीएम एरेटर पर उच्च कुल डीएनए एकाग्रता की सूचना दी थी। वांगर एट अल. पाया गया कि जब सूक्ष्मजीव ईपीडीएम ट्यूबों से जुड़ते हैं, यदि आसपास के वातावरण में पर्याप्त कार्बनिक सब्सट्रेट की कमी होती है, तो वे ईपीडीएम झिल्ली प्लास्टिसाइज़र का उपयोग करने लगे। सूक्ष्मजीव प्लास्टिसाइज़र का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में कर सकते हैं, जिससे विकास और प्रजनन में तेजी आती है, जिससे ईपीडीएम सतह पर जैविक प्रदूषण तेज हो जाता है। ईपीडीएम ट्यूब पर पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन सामग्री एचडीपीई ट्यूब की तुलना में बहुत कम थी, संभवतः प्लांट ए की तुलना में प्लांट बी में कीचड़ की उम्र अधिक होने के कारण, बाह्य कोशिकीय पॉलिमर पदार्थ (ईपीएस) एकाग्रता कम हो गई थी। ईपीएस के मुख्य घटकों के रूप में, सूक्ष्मजीवों द्वारा स्रावित प्रोटीन और पॉलीसेकेराइड प्लांट ए में एचडीपीई ट्यूब सतह पर कार्बनिक प्रदूषकों के महत्वपूर्ण स्रोत बन गए।
यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, एचडीपीई ट्यूब पर कुल कोशिकाओं, पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन की मात्रा क्रमशः 1.49×10⁵, 0.13×10⁵, और 1.33×10⁵ μm³ कम हो गई। ईपीडीएम ट्यूब पर, संबंधित कमी क्रमशः 2.20×10⁵, 1.88×10⁵, और 2.38×10⁵ μm³ थी। यह इंगित करता है कि यांत्रिक स्क्रबिंग से कुछ हद तक कार्बनिक प्रदूषण को कम किया जा सकता है।
हालाँकि, एचडीपीई ट्यूब के लिए, यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन का सब्सट्रेट कवरेज क्षेत्र क्रमशः 2.75% और 6.28% से बढ़कर 4.67% और 7.09% हो गया है [चित्र 7(बी)]। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थ (ईपीएस) में उच्च चिपचिपाहट होती है। नतीजतन, यांत्रिक स्क्रबिंग में प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और अकार्बनिक प्रदूषकों को एचडीपीई ट्यूब की सतह पर अधिक व्यापक रूप से फैलाने का प्रतिकूल प्रभाव पड़ा, जिससे अधिक क्षेत्र कवरेज हुआ। यह संभवतः बताता है कि क्यों यांत्रिक स्क्रबिंग एचडीपीई ट्यूब की वातन दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से बहाल करने में विफल रही।
NaClO सफाई के बाद, एचडीपीई ट्यूब पर कुल कोशिकाओं, पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन में क्रमशः 2.34×10⁵, 3.42×10⁵, और 4.53×10⁵ μm³ की कमी आई, जो यांत्रिक स्क्रबिंग की तुलना में काफी अधिक निष्कासन दक्षता दर्शाता है। NaClO कार्बनिक प्रदूषकों के कार्यात्मक समूहों को कीटोन्स, एल्डिहाइड और कार्बोक्जिलिक एसिड में ऑक्सीकरण करता है, जिससे मूल यौगिकों की हाइड्रोफिलिसिटी बढ़ जाती है और जलवाहक में प्रदूषक आसंजन कम हो जाता है। इसके अलावा, कीचड़ के गुच्छे और कोलाइड को ऑक्सीडेंट द्वारा बारीक कणों और घुले हुए कार्बनिक पदार्थों में विघटित किया जा सकता है।
3 निष्कर्ष
①नए एचडीपीई और नए ईपीडीएम ट्यूबों के लिए एसओटीई मान क्रमशः (7.36±0.53)% और (9.68±1.84)% थे। ईपीडीएम ट्यूब के एसओटीई ने एचडीपीई ट्यूब की तुलना में बढ़ते एएफआर के साथ अधिक स्पष्ट रूप से घटती प्रवृत्ति दिखाई। ऐसा इसलिए है क्योंकि एचडीपीई जलवाहक के छिद्र कठोर होते हैं और एएफआर के साथ नहीं बदलते हैं, जबकि ईपीडीएम जलवाहक के छिद्र लचीले होते हैं और बढ़े हुए एएफआर के साथ व्यापक रूप से खुलते हैं, जिससे बड़े बुलबुले बनते हैं और एसओटीई कम हो जाती है।
②सतह और अंदर के छिद्रों पर प्रदूषक जमा होने के कारण, एचडीपीई ट्यूब की ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता 26.7% कम हो गई, और इसकी दबाव हानि नई ट्यूब की तुलना में 2.97 गुना तक बढ़ गई। चूंकि एचडीपीई ट्यूब पर अधिकांश प्रदूषक छिद्रों के अंदर जमा हो गए थे, यांत्रिक स्क्रबिंग प्रभावी नहीं थी। रासायनिक सफाई के बाद, एचडीपीई ट्यूब का एसओटीई नई ट्यूब के स्तर के 83.4% तक ठीक हो गया, और डीडब्ल्यूपी नई ट्यूब के 1.39 गुना तक कम हो गया, जो महत्वपूर्ण प्रदर्शन सुधार दर्शाता है। हालाँकि, प्रदूषक जमाव के कारण, यह पूरी तरह से अपनी मूल स्थिति में नहीं आ सका। एचडीपीई ट्यूब के लिए, भौतिक रूप से प्रतिवर्ती, रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय दूषण क्रमशः 35.8%, 42.8% और 21.4% था।
③लंबे समय तक ऑपरेशन के बाद, ईपीडीएम ट्यूब की ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता 6.4% कम हो गई, और इसका दबाव नुकसान नई ट्यूब की तुलना में 1.25 गुना तक बढ़ गया। यांत्रिक स्क्रबिंग के बाद, ईपीडीएम ट्यूब का वातन प्रदर्शन लगभग नई ट्यूब के स्तर पर बहाल हो गया था, यह दर्शाता है कि ईपीडीएम ट्यूब पर प्रदूषक सतह से शिथिल रूप से जुड़े हुए थे और यांत्रिक स्क्रबिंग द्वारा बड़े पैमाने पर हटाया जा सकता था। ईपीडीएम ट्यूब के लिए, शारीरिक रूप से प्रतिवर्ती और शारीरिक रूप से अपरिवर्तनीय प्रदूषण क्रमशः 52.9% और 47.1% था।
④प्रोटीन एचडीपीई ट्यूब पर कार्बनिक प्रदूषकों का मुख्य घटक थे, जबकि कुल कोशिकाएं ईपीडीएम ट्यूब पर मुख्य घटक थीं। ऐसा इसलिए है क्योंकि सूक्ष्मजीव ईपीडीएम सामग्री में प्लास्टिसाइज़र का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में करते हैं, जिससे उनकी वृद्धि और प्रजनन में तेजी आती है, जिससे ईपीडीएम सामग्री वायुयानों पर जैविक प्रदूषण तेज हो जाता है।