डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी वातन प्रणालियों में ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती: समीक्षा और तकनीकी दृष्टिकोण

अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में वातन प्रणालियों की ऊर्जा बचत और कार्बन न्यूनीकरण पर समीक्षा

2020 के अंत तक, चीन में 4,326 नगरपालिका स्तर और उससे ऊपर के अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र (डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी) थे, जो सालाना 65.59 बिलियन क्यूबिक मीटर अपशिष्ट जल का उपचार करते थे, जिसमें 33.77 बिलियन किलोवाट की वार्षिक बिजली खपत होती थी, जो राष्ट्रीय कुल बिजली खपत का 0.45% थी। 2020 में, "नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के लिए प्रदूषकों के निर्वहन मानक" (जीबी 18918-2002) के ग्रेड ए मानक या उससे ऊपर को लागू करने वाले डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी के लिए प्रति घन मीटर उपचारित पानी की यूनिट बिजली खपत 0.405 kWh/m³ थी, और ग्रेड ए से नीचे मानकों को लागू करने वालों के लिए 0.375 kWh/m³ थी। ये आंकड़े विकसित देशों के औसत से काफी अधिक हैं। यद्यपि चीनी डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में औसत प्रभावशाली प्रदूषक सांद्रता विकसित देशों की तुलना में 50% से कम है, लेकिन प्रति प्रदूषक हटाई गई यूनिट बिजली की खपत कम से कम 100% अधिक है। इसलिए, चीन के डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में ऊर्जा बचत और कार्बन कटौती की पर्याप्त संभावनाएं बनी हुई हैं।

WWTPs से कार्बन उत्सर्जन में प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष उत्सर्जन शामिल हैं। "अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के निम्न -कार्बन संचालन मूल्यांकन के लिए तकनीकी विशिष्टता" (टी/सीएईपीआई 49-2022) के अनुसार, प्रत्यक्ष कार्बन उत्सर्जन में मुख्य रूप से जीवाश्म ईंधन के दहन से CH₄, N₂O, और CO₂ शामिल हैं। अप्रत्यक्ष उत्सर्जन में खरीदी गई बिजली, गर्मी और रसायनों से जुड़े उत्सर्जन शामिल हैं। जैसा कि जलवायु परिवर्तन पर अंतर सरकारी पैनल (आईपीसीसी) द्वारा परिभाषित किया गया है, अपशिष्ट जल उपचार में जैविक गिरावट प्रक्रिया से उत्सर्जित CO₂ को कार्बन उत्सर्जन लेखांकन में शामिल नहीं किया गया है। डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में विभिन्न कार्बन उत्सर्जन तत्वों में, बिजली की खपत सबसे अधिक योगदान देती है। जियांग फ़ुहाई एट अल ने 10 डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी के नमूने के आधार पर पाया कि कार्बन उत्सर्जन में बिजली की खपत का योगदान भार 31% से 64% तक था। हू जियांग एट अल ने चाओहू झील बेसिन में 22 डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी का विश्लेषण करते हुए बताया कि बिजली की खपत से कार्बन उत्सर्जन 61.55% से 73.56% तक होता है। प्रभावशाली सांद्रता जितनी कम होगी और प्रवाह मानक जितना अधिक होगा, प्रत्यक्ष कार्बन उत्सर्जन का अनुपात उतना अधिक होगा, विशेष रूप से बिजली की खपत से। वातन प्रणालियाँ WWTP की कुल बिजली का 50% से अधिक की खपत करती हैं। वातन प्रणालियों की परिचालन प्रभावशीलता सीधे नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने को प्रभावित करती है। अत्यधिक वातन से अपशिष्ट जल में अंतर्जात कार्बन स्रोतों की अनावश्यक खपत होती है, जिससे जैविक नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने की दक्षता कम हो जाती है, जिससे बाहरी कार्बन स्रोतों और फास्फोरस हटाने वाले रसायनों की खुराक बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप रासायनिक खपत से कार्बन उत्सर्जन बढ़ जाता है। नतीजतन, वातन प्रणालियों में ऊर्जा की बचत डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में कार्बन कटौती की कुंजी है, जिससे वातन प्रणाली की ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकियों पर शोध अत्यधिक महत्वपूर्ण हो जाता है।

1. चीनी WWTPs की वातन प्रणालियों में उच्च ऊर्जा खपत के कारण

1.1 वास्तविक प्रभावशाली भार डिज़ाइन भार से कम है

कम प्रभावशाली भार में कम प्रवाह दर और कम प्रदूषक सांद्रता दोनों शामिल हैं। यह अत्यधिक वातन का एक प्राथमिक कारण है। अत्यधिक वातन न केवल बिजली की खपत बढ़ाता है, बल्कि अपशिष्ट जल में अंतर्जात कार्बन स्रोतों को अत्यधिक कम कर देता है और अवायवीय और एनोक्सिक टैंकों में घुलित ऑक्सीजन सांद्रता को बढ़ा देता है, जिससे नाइट्रोजन और फास्फोरस का निष्कासन बाधित हो जाता है। इससे कार्बन स्रोतों और फॉस्फोरस हटाने वाले रसायनों की खुराक में वृद्धि की आवश्यकता होती है, जिससे संबंधित कार्बन उत्सर्जन में वृद्धि होती है।

1.1.1 कम प्रवाह दर

आमतौर पर, डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी के निर्माण के बाद शुरुआती वर्षों में, शहरी विकास या सीवर नेटवर्क निर्माण में देरी के कारण प्रभावशाली प्रवाह अक्सर डिजाइन क्षमता तक पहुंचने में विफल रहता है। इसके अलावा, संयुक्त सीवर प्रणाली वाले क्षेत्रों या गंभीर तूफानी पानी और सीवेज मिश्रण वाले क्षेत्रों में, शुष्क मौसम का प्रवाह गीले मौसम के प्रवाह की तुलना में काफी कम होता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े प्रवाह में उतार-चढ़ाव होता है। यह वातन दरों के अधिक सटीक विनियमन और नियंत्रण की मांग करता है; अन्यथा, कम प्रवाह अवधि के दौरान अत्यधिक वातन होना आम बात है, जिससे कार्बन, नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने की क्षमता प्रभावित होती है और बिजली और रासायनिक खपत दोनों में वृद्धि होती है।चित्र 1सूखे और गीले मौसम के बीच चांग्शा शहर में अपशिष्ट जल उपचार की मात्रा में भिन्नता को दर्शाता है। गीले मौसम में उपचार की मात्रा शुष्क मौसम की तुलना में 30%-40% अधिक होती है। उपचार की मात्रा में मौसमी उतार-चढ़ाव के लिए अधिक सटीक वातन प्रणाली नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

1.1.2 कम प्रभावशाली एकाग्रता

चीन के नगरपालिका डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में वास्तविक प्रभावशाली प्रदूषक सांद्रता आम तौर पर डिजाइन मूल्यों से बहुत कम है। डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी डिज़ाइन में, प्रभावशाली गुणवत्ता आम तौर पर संपूर्ण सीवर नेटवर्क के साथ मध्य से {{1} से लेकर लंबी अवधि के अनुमानों पर आधारित होती है। "आउटडोर अपशिष्ट जल इंजीनियरिंग के डिजाइन के लिए मानक" (जीबी 50014-2021) के अनुसार, घरेलू अपशिष्ट जल के लिए पांच दिवसीय जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (बीओडी₅) की गणना 40-60 ग्राम/(व्यक्ति·दिन) की जाती है, जो आम तौर पर 40 ग्राम/(व्यक्ति·दिन) होती है। अधिकांश शहरों में 200-350 लीटर/(व्यक्ति·दिन) प्रति व्यक्ति अपशिष्ट जल निर्वहन के साथ, डिजाइन बीओडी₅ सांद्रता आम तौर पर 110 से 200 मिलीग्राम/लीटर तक होती है। आंकड़े बताते हैं कि चीन में 68% डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी का वास्तविक वार्षिक औसत प्रभावशाली बीओडी₅ 100 मिलीग्राम/लीटर से नीचे है, जबकि 40% का वार्षिक औसत 50 मिलीग्राम/लीटर से नीचे है। प्रभावशाली सांद्रता बनाम आवश्यक वातन के परिप्रेक्ष्य से, अधिकांश चीनी डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में "छोटी गाड़ी के लिए बड़े आकार की मोटर" स्थिति के साथ डिज़ाइन की गई वातन प्रणाली होती है, जिसे उच्च क्षमता वाले ब्लोअर के साथ कॉन्फ़िगर किया जाता है, जबकि वास्तविक हवा की मांग कम होती है। यह विन्यास आसानी से अति-वातन और बढ़ी हुई ऊर्जा खपत की ओर ले जाता है।

1.2 वातन उपकरण मात्रा का अनुचित विन्यास

कई डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी ने बार-बार कम लोड वाली परिचालन स्थितियों को ध्यान में न रखते हुए वातन उपकरण इकाइयों की संख्या को अनुचित रूप से कॉन्फ़िगर किया है। उदाहरण के लिए, कई छोटे और मध्यम आकार के WWTP आमतौर पर ब्लोअर रूम डिज़ाइन में ब्लोअर को "2 ड्यूटी स्टैंडबाय" (कुल 3) सेटअप में कॉन्फ़िगर करते हैं, जो डिज़ाइन प्रवाह और गुणवत्ता की स्थिति के तहत इष्टतम है। हालाँकि, कम प्रभावशाली लोड स्थितियों के तहत, एक ब्लोअर को उसके न्यूनतम आउटपुट पर भी चलाने से अधिक वातन हो सकता है और बिजली की खपत बढ़ सकती है। जबकि वायु आपूर्ति को कम करने के लिए परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव (वीएफडी) या अन्य साधन स्थापित करने से अत्यधिक वातन से बचा जा सकता है, ये उपाय ब्लोअर संचालन को उसके उच्च दक्षता क्षेत्र से दूर स्थानांतरित कर सकते हैं, जिससे दक्षता कम हो सकती है और ऊर्जा बर्बाद हो सकती है। आम तौर पर कम प्रभावशाली सांद्रता को देखते हुए, कम लोड अवधि के दौरान वायु मांग विनियमन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए व्यक्तिगत इकाई क्षमता को कम करते हुए ब्लोअर की संख्या बढ़ाने जैसी रणनीतियों पर विचार किया जाना चाहिए। ऐतिहासिक रूप से, सीमित बजट और आयातित उच्च प्रदर्शन वाले ब्लोअर की उच्च लागत के कारण कम यूनिट कॉन्फ़िगरेशन हुए। घरेलू उच्च प्रदर्शन ब्लोअर प्रौद्योगिकी के परिपक्व होने और लागत में कमी के साथ, ऊर्जा बचत और कार्बन कटौती को प्राप्त करने के लिए ब्लोअर कॉन्फ़िगरेशन को अनुकूलित करने के लिए परिस्थितियाँ अब अनुकूल हैं।

1.3 वातन उपकरण की कम दक्षता

कुछ पुराने WWTP, अपने समय की तकनीक से निर्मित, कम {{0}दक्षता, उच्च {{1}ऊर्जा{{2}खपत वाले वातन उपकरण का उपयोग करते हैं। वर्तमान तकनीकी और ऊर्जा दक्षता मानकों के अनुसार, रूट्स ब्लोअर, मल्टी{4}स्टेज लो{{5}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर, डिस्क एरेटर और ब्रश एरेटर जैसे उपकरणों को कम दक्षता वाला माना जाता है, जो आमतौर पर 40% से 65% तक की दक्षता के बीच होती है-आधुनिक उच्च स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर की तुलना में 15% से 40% तक कम होती है। इसके अलावा, डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में एनारोबिक में बारीक {{14} बुलबुला विसरित वातन का उपयोग करते हुए {{15} एनॉक्सिक {{16} ऑक्सिक (ए₂/ओ) या एनोक्सिक-ऑक्सिक (ए/ओ) प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है, डिफ्यूज़र की उम्र बढ़ने या बंद होने से ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता कम हो जाती है और प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे ब्लोअर ऊर्जा की खपत बढ़ जाती है।

1.4 जैविक टैंकों में मिक्सर का अनुचित विन्यास

सतह वायुवाहक के साथ ऑक्सीकरण खाई में, उपकरण वातन और मिश्रण/धक्का देने दोनों कार्य करता है। डिज़ाइन लोड शर्तों के तहत यह एक उचित डिज़ाइन है। हालाँकि, कम लोड स्थितियों के तहत, वातन को कम करना या रोकना आवश्यक हो सकता है, लेकिन कीचड़ के जमने या तरल पदार्थ के ठोस पृथक्करण को रोकने के लिए, पर्याप्त प्रवाह वेग बनाए रखा जाना चाहिए, जिससे वायुयानों का संचालन जारी रहेगा और अत्यधिक वातन, खराब पोषक तत्व निष्कासन और ऊर्जा की बर्बादी होगी। कम भार पर अधिक ऊर्जा कुशल संचालन के लिए, ऑक्सीकरण खाइयों को उचित रूप से कॉन्फ़िगर किए गए सबमर्सिबल मिक्सर से सुसज्जित किया जाना चाहिए।

ए₂/ओ और ए/ओ प्रक्रियाओं में, एरोबिक टैंक आम तौर पर समर्पित मिक्सर के बिना पूरी तरह से महीन बुलबुला डिफ्यूज़र से ढके होते हैं, जो जमने से रोकने के लिए पर्याप्त वातन पर निर्भर होते हैं। कम भार के तहत, वातन को कम करने या अधिक वातन से बचने के लिए रुक-रुक कर वातन लागू करने से आसानी से कीचड़ जमा हो सकता है, जिससे उपचार प्रभावित हो सकता है। कम भार पर अधिक कुशलता से संचालित करने के लिए, A₂/O और A/O एरोबिक टैंकों को उचित मिक्सर जोड़ने पर विचार करना चाहिए।

2. डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी वातन प्रणालियों में ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती के लिए तकनीकी दृष्टिकोण

2.1 उच्च दक्षता वातन उपकरण के साथ प्रतिस्थापन

WWTPs अभी भी रूट्स ब्लोअर, मल्टी{1}स्टेज कम{2}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर, डिस्क एरेटर, या ब्रश एरेटर जैसे कम {{0}दक्षता वाले उपकरणों का उपयोग कर रहे हैं, या जिनके उपकरण गंभीर रूप से पुराने और अक्षम हैं, उन्हें ऊर्जा दक्षता मूल्यांकन ऊर्जा बचत और कार्बन कटौती के दृष्टिकोण से करना चाहिए और समय पर उन्हें नए, उच्च दक्षता मॉडल के साथ बदलना चाहिए। वर्तमान में, बड़े WWTPs में उपयोग किए जाने वाले उच्च {{7}स्पीड ब्लोअर जैसे सिंगल{8}स्टेज हाई{9}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर, मैग्नेटिक बियरिंग ब्लोअर और एयर बियरिंग ब्लोअर आमतौर पर 80% और 85% के बीच क्षमता रखते हैं। हालाँकि, बाजार में वर्तमान में छोटे -क्षमता वाले उच्च{{14}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर उत्पादों का अभाव है। 2,000 m³/d से कम क्षमता वाले WWTP अभी भी रूट्स ब्लोअर जैसे कम कुशल उपकरणों पर निर्भर हैं, जिनकी दक्षता आम तौर पर 40% और 65% के बीच होती है, जो सुधार की महत्वपूर्ण क्षमता का संकेत देती है। इसलिए, छोटे डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती के लिए अधिक कुशल छोटे पैमाने के वातन उपकरण विकसित करना सार्थक है।

2.2 सतही वातन से सूक्ष्म वातायन में रूपांतरण -बुलबुला विसरित वातन

उपयुक्त पानी की गहराई को देखते हुए, सतह वातन की तुलना में महीन {0}बुलबुला विसरित वातन अधिक ऊर्जावान है। ऑक्सीकरण खाइयों को सतह से सूक्ष्म {{3}बुलबुला विसरित वातन में परिवर्तित करने से अच्छे ऊर्जा बचत परिणाम प्राप्त हो सकते हैं। कार्यान्वित रेट्रोफिट परियोजनाओं से, ऐसे रूपांतरण न केवल महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत प्राप्त करते हैं बल्कि जैविक पोषक तत्व हटाने की दक्षता में भी सुधार करते हैं। चेन चाओ के अध्ययन में कहा गया है कि एक WWTP परिवर्तित होने के बाद, कुल बिजली की खपत में 24.7% की कमी आई, जबकि अमोनिया नाइट्रोजन, सीओडी और कुल फास्फोरस को हटाने की दर में क्रमशः 30.39%, 5.39% और 2.09% की वृद्धि हुई। झी जिसी एट अल। जैविक पोषक तत्व निष्कासन दक्षता में महत्वपूर्ण सुधार के साथ, समान रूपांतरण के बाद 0.09–0.12 kWh/m³ की ऊर्जा बचत की सूचना दी गई। सूक्ष्म बुलबुले वातन में, ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता पानी की गहराई के साथ रैखिक रूप से सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध होती है। एक निश्चित महत्वपूर्ण गहराई के नीचे, इसकी दक्षता सतह वातन से कम हो सकती है। आम तौर पर, 4 मीटर से अधिक की पानी की गहराई को ऑक्सीकरण खाइयों को बारीक बुलबुले वाले वातन में परिवर्तित करने के लिए उपयुक्त स्थिति माना जाता है।

3. डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी वातन प्रणालियों में ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती के लिए तकनीकी दृष्टिकोण

3.1 उच्च दक्षता वातन उपकरण के साथ प्रतिस्थापन

WWTPs अभी भी रूट्स ब्लोअर, मल्टी{1}स्टेज कम{2}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर, डिस्क एरेटर, या ब्रश एरेटर जैसे कम {{0}दक्षता वाले उपकरणों का उपयोग कर रहे हैं, या जिनके उपकरण गंभीर रूप से पुराने और अक्षम हैं, उन्हें ऊर्जा दक्षता मूल्यांकन ऊर्जा बचत और कार्बन कटौती के दृष्टिकोण से करना चाहिए और समय पर उन्हें नए, उच्च दक्षता मॉडल के साथ बदलना चाहिए। वर्तमान में, बड़े WWTPs में उपयोग किए जाने वाले उच्च {{7}स्पीड ब्लोअर जैसे सिंगल{8}स्टेज हाई{9}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर, मैग्नेटिक बियरिंग ब्लोअर और एयर बियरिंग ब्लोअर आमतौर पर 80% और 85% के बीच क्षमता रखते हैं। हालाँकि, बाजार में वर्तमान में छोटे -क्षमता वाले उच्च{{14}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर उत्पादों का अभाव है। 2,000 m³/d से कम क्षमता वाले WWTP अभी भी रूट्स ब्लोअर जैसे कम कुशल उपकरणों पर निर्भर हैं, जिनकी दक्षता आम तौर पर 40% और 65% के बीच होती है, जो सुधार की महत्वपूर्ण क्षमता का संकेत देती है। इसलिए, छोटे डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती के लिए अधिक कुशल छोटे पैमाने के वातन उपकरण विकसित करना सार्थक है।

3.2 सतही वातन से सूक्ष्म वातायन में रूपांतरण -बुलबुला विसरित वातन

उपयुक्त पानी की गहराई को देखते हुए, सतह वातन की तुलना में महीन {0}बुलबुला विसरित वातन अधिक ऊर्जावान है। ऑक्सीकरण खाइयों को सतह से सूक्ष्म {{3}बुलबुला विसरित वातन में परिवर्तित करने से अच्छे ऊर्जा बचत परिणाम प्राप्त हो सकते हैं। कार्यान्वित रेट्रोफिट परियोजनाओं से, ऐसे रूपांतरण न केवल महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत प्राप्त करते हैं बल्कि जैविक पोषक तत्व हटाने की दक्षता में भी सुधार करते हैं। चेन चाओ के अध्ययन में कहा गया है कि एक WWTP परिवर्तित होने के बाद, कुल बिजली की खपत में 24.7% की कमी आई, जबकि अमोनिया नाइट्रोजन, सीओडी और कुल फास्फोरस को हटाने की दर में क्रमशः 30.39%, 5.39% और 2.09% की वृद्धि हुई। झी जिसी एट अल। जैविक पोषक तत्व निष्कासन दक्षता में महत्वपूर्ण सुधार के साथ, समान रूपांतरण के बाद 0.09–0.12 kWh/m³ की ऊर्जा बचत की सूचना दी गई। सूक्ष्म बुलबुले वातन में, ऑक्सीजन स्थानांतरण दक्षता पानी की गहराई के साथ रैखिक रूप से सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध होती है। एक निश्चित महत्वपूर्ण गहराई के नीचे, इसकी दक्षता सतह वातन से कम हो सकती है। आम तौर पर, 4 मीटर से अधिक की पानी की गहराई को ऑक्सीकरण खाइयों को बारीक बुलबुले वाले वातन में परिवर्तित करने के लिए उपयुक्त स्थिति माना जाता है।

3.3 आंतरायिक वातन प्रौद्योगिकी

कम प्रभावशाली सांद्रता वाले WWTPs के लिए, निरंतर {{0} प्रवाह रुक-रुक कर वातन, अत्यधिक वातन के कारण खराब पोषक तत्वों को हटाने और उच्च ऊर्जा खपत के मुद्दों को प्रभावी ढंग से संबोधित करता है। इसमें निरंतर प्रभावशाली और प्रवाह प्रवाह शामिल होता है जबकि वातन प्रणाली वातन चालू/बंद चक्र में संचालित होती है। ऑक्सीकरण खाइयों में नाइट्रोजन हटाने के लिए आंतरायिक वातन पर ARAKI एट अल के 1986 के शोध के बाद, कई विद्वानों ने प्रयोगात्मक अध्ययन किए हैं। होउ होंगक्सुन एट अल। ऑक्सीकरण खाई में निरंतर प्रवाह रुक-रुक कर वातन का उपयोग करके 100,000 m³/d WWTP में पूर्ण पैमाने पर परीक्षण किया गया, जिससे कुल नाइट्रोजन निष्कासन में 20% की वृद्धि, कुल फास्फोरस निष्कासन में 49% की वृद्धि और कुल संयंत्र ऊर्जा खपत में 21% की कमी प्राप्त हुई। हे क्वान और अन्य ने 40,000 m³/d WWTP ऑक्सीकरण खाई परीक्षण में 2/2 घंटे चालू/2 घंटे बंद चक्र का उपयोग करते हुए पाया कि निरंतर वातन की तुलना में, आंतरायिक वातन ने वातन ऊर्जा में 42% की बचत की, कुल नाइट्रोजन निष्कासन में 9.6% की वृद्धि हुई, और सर्दियों के कम तापमान वाली परिस्थितियों में कुल फॉस्फोरस निष्कासन में 6.9% की वृद्धि हुई। झेंग वानलिन और अन्य ने 40,000 m³/d WWTP A₂/O प्रक्रिया परीक्षण में 3{35}} घंटे ऑन/3-घंटे ऑफ चक्र का उपयोग करते हुए, बिजली की खपत में 18.3% की बचत करते हुए स्थिर मानक-अनुरूप अपशिष्ट गुणवत्ता बनाए रखी। वर्तमान में, निरंतर-प्रवाह रुक-रुक कर वातन के पूर्ण पैमाने पर अनुप्रयोग अभी भी सीमित हैं, कई तकनीकी चुनौतियाँ शेष हैं।

बारीक -बुलबुला वातन का उपयोग करने वाली ए₂/O प्रक्रियाओं के लिए, दो कारक आंतरायिक वातन के व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करते हैं। सबसे पहले, उच्च{{2}स्पीड सेंट्रीफ्यूगल ब्लोअर स्टार्टअप पर उच्च{{3}डेसिबल, तेज शोर उत्पन्न करते हैं; रुक-रुक कर संचालन के लिए बार-बार साइकिल चलाने से ध्वनि प्रदूषण होता है। दूसरा, मैग्नेटिक/एयर बेयरिंग ब्लोअर के लिए बार-बार स्टार्ट {{5}स्टॉप चक्र के कारण गैर-संपर्क बियरिंग्स बार-बार आवास से संपर्क करते हैं, जिससे आसानी से बियरिंग क्षतिग्रस्त हो जाती है, विफलता दर बढ़ जाती है और जीवनकाल कम हो जाता है।

ऑक्सीकरण खाइयों या A₂/O प्रक्रियाओं में रुक-रुक कर वातन लागू करते समय, गैर-वातन अवधि के दौरान पर्याप्त मिश्रण वेग सुनिश्चित किया जाना चाहिए, संभवतः कीचड़ को जमने से रोकने के लिए अतिरिक्त मिक्सर की आवश्यकता होती है। गैर-वातन के दौरान अमोनिया नाइट्रोजन की सांद्रता तेजी से बढ़ सकती है, जिससे तत्काल अधिकता का खतरा हो सकता है। इसलिए, वातन चक्रों को वैज्ञानिक रूप से निर्धारित और समायोजित करने, तात्कालिक अमोनिया नाइट्रोजन की अधिकता से बचने के साथ-साथ ऊर्जा बचत और प्रदूषक निष्कासन में बेहतर सुधार के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।

संभावित तात्कालिक अमोनिया नाइट्रोजन की अधिकता के बारे में डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी की चिंता आंतरायिक वातन के व्यापक अनुप्रयोग में एक प्रमुख बाधा है। जनवरी 2022 में, पारिस्थितिकी और पर्यावरण मंत्रालय ने जीबी 18918-2002 में एक मसौदा संशोधन पर एक परामर्श जारी किया, जिसमें मुख्य रूप से एकल माप के लिए अधिकतम स्वीकार्य सीमाएं जोड़ने का प्रस्ताव था। ये प्रस्तावित एकल माप सीमाएँ मूल दैनिक औसत सीमा से काफी अधिक हैं, जबकि दैनिक औसत अपरिवर्तित रहते हैं। उदाहरण के लिए, ग्रेड ए मानक के लिए, यदि दैनिक औसत 5 मिलीग्राम/लीटर (12 डिग्री से नीचे 8 मिलीग्राम/लीटर) से नीचे रहता है, तो 10 मिलीग्राम/लीटर (12 डिग्री से नीचे 15 मिलीग्राम/लीटर) से नीचे एक एकल माप स्वीकार्य होगा। यदि लागू किया जाता है, तो यह संशोधन आंतरायिक वातन से तात्कालिक अधिकता के संबंध में नियामक चिंताओं को दूर करने में मदद कर सकता है, जिससे ऑक्सीकरण खाई प्रक्रियाओं में इसके अनुप्रयोग को सुविधाजनक बनाया जा सकता है।

3.4 सटीक वातन प्रौद्योगिकी

डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी प्रवाह दर और प्रभावशाली सांद्रता में पूरे दिन भी काफी उतार-चढ़ाव होता है, जिससे हवा की मांग में परिवर्तन होता है। केवल मैन्युअल अनुभव आधारित समायोजन पर निर्भर रहने से सटीक नियंत्रण कठिन हो जाता है और प्रवाह गुणवत्ता स्थिरता से समझौता हो सकता है। बड़े डेटा और कृत्रिम बुद्धिमत्ता में प्रगति के साथ, सटीक वातन की अवधारणा उभरी है। कुछ WWTPs में सटीक वातन तकनीक लागू की गई है, जिससे आमतौर पर वातन प्रणालियों में 10% -20% ऊर्जा बचत प्राप्त होती है। अन्य प्रक्रिया संशोधनों के साथ सटीक वातन के संयोजन से बेहतर परिणाम मिल सकते हैं। झू जी एट अल. बहु-स्तरीय ए/ओ प्रक्रिया डब्ल्यूडब्ल्यूटीपी में सटीक वातन रेट्रोफिटिंग लागू की गई, जिससे वातन प्रणाली में 49.8% ऊर्जा की बचत हुई। सटीक और बुद्धिमान वातन ऊर्जा बचत और कार्बन कटौती के लिए भविष्य की महत्वपूर्ण दिशाओं का प्रतिनिधित्व करता है। इन प्रणालियों के लिए डेटा अधिग्रहण और विश्लेषण की वास्तविक समय क्षमता और सटीकता में वर्तमान सीमाएं मौजूद हैं। ब्लोअर और वाल्वों के वास्तविक समय में सटीक नियंत्रण और सटीक वायु वितरण में अधिक तकनीकी सफलताओं की आवश्यकता है।

4. निष्कर्ष

वातन प्रणालियों में ऊर्जा की बचत WWTPs में कार्बन कटौती की कुंजी है। चीनी WWTP वातन प्रणालियों में उच्च ऊर्जा खपत का प्राथमिक कारण कम प्रभावशाली भार है, जो आसानी से अतिवातन की ओर ले जाता है, बिजली की बर्बादी करता है और बिजली और रसायनों दोनों से कार्बन उत्सर्जन में वृद्धि करता है। अन्य कारणों में उपकरण की उम्र बढ़ना/कम दक्षता और वातन एवं मिश्रण उपकरण का अनुचित विन्यास शामिल है। ऊर्जा की बचत और कार्बन कटौती को प्राप्त करने के प्रभावी साधनों में कम दक्षता वाले उपकरण को उच्च दक्षता वाले वातायन उपकरण से बदलना, सतह को सूक्ष्म बुलबुला विसरित वातन में परिवर्तित करना और निरंतर प्रवाह आंतरायिक वातन और सटीक वातन जैसी प्रौद्योगिकियों को लागू करना शामिल है।