المبادئ والتصنيف وحساب حجم الهواء وتحليل تصميم أنظمة التهوية

حصة

وقت مسألة: 2025/1/8

ملخص

المبادئ والتصنيف وحساب حجم الهواء وتحليل تصميم أنظمة التهوية

1. نظرة عامة على مبادئ التهوية

التهوية عنصر أساسي في معالجة مياه الصرف الصحي، وهي مصممة لإدخال الهواء أو الأكسجين النقي إلى خزانات التفاعل البيولوجي. تزيد هذه العملية من تركيز الأكسجين المذاب (DO)، مما يعزز نمو الكائنات الحية الدقيقة الهوائية وأنشطتها الأيضية، وبالتالي يُحلل المواد العضوية والملوثات الأخرى في مياه الصرف بفعالية. ومن خلال تحسين معدلات نقل الأكسجين في الماء، تُسرّع التهوية تفاعلات الأكسدة البيولوجية، وهي عملية أساسية في تقنيات مثل طريقة الحمأة المنشطة ومعالجة الأغشية الحيوية.

2. تصنيف تقنيات التهوية

استناداً إلى مبادئ وطرق العمل، يتم تصنيف تقنيات التهوية بشكل أساسي إلى:

التهوية الميكانيكية: تستخدم الأجهزة الميكانيكية (على سبيل المثال، أجهزة التهوية، والمراوح) لخلق تحريك قوي للمياه، مما يزيد من مساحة سطح التلامس بين الغاز والسائل ويحسن كفاءة نقل الأكسجين.

التهوية بالمنفاخ: ضغط الهواء باستخدام المنافيخ وتسليمه إلى خزانات التهوية من خلال أجهزة الانتشار (على سبيل المثال، ناشرات الفقاعات الدقيقة، والأنابيب المثقبة)، وتشكيل فقاعات صغيرة تعمل على تعزيز كفاءة التحلل المائي المذاب.

التهوية بالأكسجين النقي: تستخدم الأكسجين النقي كمصدر للغاز، جنبًا إلى جنب مع أجهزة الانتشار المتخصصة، مما يعزز بشكل كبير من كفاءة نقل الأكسجين ومعالجته، وإن كان بتكلفة أعلى.

التهوية السطحية: تُستخدم مهويات سطحية لتدوير أو تحريك الماء، مما يُشكّل قفزات ومناطق ضغط منخفض على السطح لسحب الهواء وتشتيته. تُناسب هذه الطريقة منشآت معالجة مياه الصرف الصحي الصغيرة.

3. أساسيات حساب حجم الهواء

يُعدّ حساب حجم الهواء بدقة أمرًا بالغ الأهمية لتصميم نظام التهوية، مع مراعاة حجم المعالجة، وخصائص جودة المياه، وتركيز الأكسجين المذاب المستهدف، وكفاءة التهوية. الصيغة الأساسية هي:

[ Q{air} = \frac{Q{water} \times BOD \times \alpha \times 1.43}{C{e} \times E{a}} ]

أين:

· QairQ_{air}Qair: حجم الهواء المطلوب (م³/ساعة)

· QwaterQ_{water}Qwater: حجم المعالجة (م³/ساعة)

· الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (ملغ/لتر)

· α\alphaα: معامل استخدام الأكسجين

· 1.43: مكافئ أكسدة الأكسجين إلى الكربون

· CeC_eCe: تركيز الأكسجين المذاب عند المخرج (مجم/لتر)

· EaE_aEa: كفاءة التهوية (كجم O₂/م³ هواء)

4. متطلبات حجم الهواء

يجب أن تُراعي متطلبات حجم الهواء العملية التغيرات الموسمية، وتقلبات جودة المياه، وعمر المعدات. عادةً، يُضاف عامل أمان إلى الحسابات النظرية. كما تُجرى التعديلات بناءً على نوع الخزان (مثلاً، خزان تدفق السدادة، خزان مختلط بالكامل) ومعدات التهوية المستخدمة.

5. إعداد معلمات التصميم

تشمل معايير التصميم الرئيسية أبعاد الخزان، وشكله، وعمق الماء، وتركيز المواد الصلبة العالقة في السائل المختلط (MLSS)، وعمر الحمأة، ونسبة إعادة تدويرها. تُحسّن الإعدادات المناسبة للمعايير كفاءة التهوية والأداء العام للمعالجة.

6. تحليل اختيار المهوية

يتضمن اختيار جهاز التهوية مراعاة عوامل مثل كفاءة نقل الأكسجين، وضعف المقاومة، والمتانة، وتكلفة الصيانة. على سبيل المثال، تُستخدم موزعات الفقاعات الدقيقة على نطاق واسع في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الكبيرة نظرًا لكفاءتها، وانخفاض ضجيجها، وسهولة صيانتها.

7. تخطيط النظام وترتيبه

يجب أن تضمن تصميمات النظام توزيعًا متساويًا لتدفق الهواء، مع تجنب المناطق الميتة والدوائر القصيرة. بالنسبة لخزانات التهوية الكبيرة، يمكن استخدام استراتيجيات تهوية خاصة بكل منطقة لتعزيز الكفاءة والمرونة.

8. تقييم استهلاك الطاقة وكفاءتها

يشكل استهلاك طاقة التهوية جزءًا كبيرًا من تكاليف تشغيل معالجة مياه الصرف الصحي. لذا، ينبغي إعطاء الأولوية لمعدات التهوية الموفرة للطاقة واستراتيجيات التحكم المُحسّنة خلال مرحلة التصميم. وبعد التشغيل، تُعدّ التقييمات الدورية لاستهلاك الطاقة وكفاءة النظام أمرًا بالغ الأهمية. ويُمكّن تحليل البيانات من تحديد اختناقات الطاقة وتوجيه الإجراءات اللازمة لخفض الاستهلاك وتحسين أداء النظام.