মিউনিসিপ্যাল বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিতে সূক্ষ্ম বুদ্বুদ ডিফিউজার মেমব্রেনগুলির আপগ্রেডিং এবং দক্ষতা লাভ
এয়ারেশন সিস্টেম, সক্রিয় স্লাজ বর্জ্য জল চিকিত্সা প্রক্রিয়ার একটি মূল উপাদান, সরাসরি চিকিত্সার কার্যকারিতা এবং অপারেশনাল খরচকে প্রভাবিত করে। পরিসংখ্যান দেখায় যে বায়ুচলাচল একটি সাধারণ WWTP-এর মোট শক্তি খরচের 40% থেকে 60% এর জন্য দায়ী। ডিফিউজার মেমব্রেন, অক্সিজেন স্থানান্তরের মূল মাধ্যম, অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা (OTE) এবং শক্তি খরচের মাত্রা নির্ধারণ করে। সময়ের সাথে সাথে, ঝিল্লি সাধারণত বার্ধক্য, আটকে যাওয়া এবং ক্ষতির শিকার হয়, যার ফলে OTE কমে যায় এবং উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তির ব্যবহার বৃদ্ধি পায়।
চীনে 4,000টিরও বেশি মিউনিসিপ্যাল ডাব্লুডব্লিউটিপি রয়েছে যার বার্ষিক চিকিত্সা ক্ষমতা 60 বিলিয়ন m³ ছাড়িয়ে গেছে। বায়ুচলাচল সিস্টেমের বার্ষিক বিদ্যুত খরচ 100 বিলিয়ন kWh অতিক্রম করে। অতএব, "দ্বৈত কার্বন" লক্ষ্যগুলি অর্জনের জন্য বায়ুচলাচল ব্যবস্থা অপ্টিমাইজ করা এবং OTE উন্নত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ৷ যাইহোক, গার্হস্থ্য মিউনিসিপাল ডব্লিউডব্লিউটিপি-তে ডিফিউজার মেমব্রেন প্রতিস্থাপনের উপর অভিজ্ঞতামূলক অধ্যয়ন দুষ্প্রাপ্য, বিশেষ করে শক্তি খরচ এবং চিকিত্সার দক্ষতার ব্যাপক মূল্যায়ন সংক্রান্ত।
1. এয়ারেশন সিস্টেম অপ্টিমাইজেশানের গবেষণা অবস্থা
আন্তর্জাতিক গবেষণা ঝিল্লি উপাদান উন্নতি এবং বায়ুচলাচল পদ্ধতি উদ্ভাবনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। উদাহরণস্বরূপ, জার্মানির Supratec 0.33 এর অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতার সাথে EPDM ঝিল্লি তৈরি করেছে, এবং US EPA অধ্যয়নগুলি নির্দেশ করে যে মাইক্রো-বাবল বায়ুচলাচল ঐতিহ্যগত পদ্ধতির তুলনায় 30% এর বেশি শক্তি সঞ্চয় করে৷ হু পেং-এর মতো গার্হস্থ্য গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে অপ্টিমাইজেশন উদ্ভিদ শক্তির ব্যবহার 15%-25% কমাতে পারে।
যাইহোক, বিদ্যমান গবেষণায় ত্রুটি রয়েছে: বাস্তব-বিশ্বের ক্ষেত্রে ল্যাব অধ্যয়নের প্রাধান্য, দীর্ঘ-দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার উপর স্বল্পমেয়াদী প্রভাবের উপর ফোকাস-, এবং ব্যাপক সুবিধার উপর একক সূচকের বিশ্লেষণ। এই সমীক্ষা, দীর্ঘ-মেয়াদী পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে, পদ্ধতিগতভাবে চিকিত্সার দক্ষতা এবং শক্তি খরচের উপর ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের ব্যাপক প্রভাবকে মূল্যায়ন করে, একটি গবেষণার ফাঁক মোকাবেলা করে।
2. গবেষণা বিষয়বস্তু এবং পদ্ধতি
এই গবেষণাটি গুয়াংডংয়ের ডংগুয়ানে একটি WWTP-তে ঝিল্লি প্রতিস্থাপনের আগে এবং পরে (জুন 2020 - মার্চ 2022) অপারেশনাল ডেটার তুলনামূলক বিশ্লেষণ ব্যবহার করেছে। মূল গবেষণার ক্ষেত্রগুলি অন্তর্ভুক্ত: দূষণকারী অপসারণ দক্ষতার পরিবর্তন, বায়ুচলাচল সিস্টেমের শক্তি খরচ বৈশিষ্ট্য, OTE উন্নতির প্রক্রিয়া, এবং টেকনো- অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ। পদ্ধতি ক্ষেত্র পর্যবেক্ষণ এবং ল্যাব বিশ্লেষণ জড়িত.
2.1 বিষয় ওভারভিউ
কেস WWTP-এর ডিজাইন ক্ষমতা 20,000 m³/d, পৌরসভার পয়ঃনিষ্কাশনের জন্য A²/O প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, প্রায় 150,000 লোককে পরিবেশন করে এবং এর প্রকৃত দৈনিক প্রবাহ 18,000–24,000 m³ রয়েছে। আসল রাবারের সূক্ষ্ম বুদ্বুদ ডিফিউজারগুলি 8 বছর ধরে চালু ছিল, উল্লেখযোগ্য বার্ধক্য দেখায়।
2.2 আপগ্রেড প্ল্যান ডিজাইন
2.2.1 অক্সিজেনের চাহিদা গণনা
Based on water quality/quantity, the aerobic zone's daily oxygen demand was >275 কেজি/ঘণ্টা। পরিসেবা এলাকা, অক্সিজেন সরবরাহের ক্ষমতা এবং সম্ভাব্য ক্লোজিং বিবেচনা করে, প্রয়োজনীয় বায়ু সরবরাহ গণনা করা হয়েছিল 2,400–4,800 m³/h (প্রভাব 1,200 m³/h, বায়ু-থেকে-জলের অনুপাত 2-4)। এটি 480 মিটার ডিফিউজার টিউবিংয়ের সমান (বায়ু সরবরাহ 5-10 m³/ঘণ্টা প্রতি মিটার), একটি পরিসেবা এলাকা 2.5 m² প্রতি মিটারের নিচে, যার সর্বোচ্চ অক্সিজেন সরবরাহ 380 kg/h এর বেশি হতে পারে।
2.2.2 ঝিল্লি নির্বাচন
কর্মক্ষমতা তুলনা উপর ভিত্তি করে (টেবিল 1), OTE, বায়ুপ্রবাহের পরিসর এবং খরচ বিবেচনা করে, EPDM সূক্ষ্ম বুদ্বুদ ঝিল্লি নির্বাচন করা হয়েছিল। মূল পরামিতি: OTE 0.33 (আসলের চেয়ে বেশি), বায়ুপ্রবাহ 2–15 m³/h, পরিষেবা জীবন 5–8 বছর, এবং একটি খরচ-কার্যকর ইউনিট মূল্য।
2.2.3 প্রস্তুতকারক নির্বাচন
গার্হস্থ্য সরবরাহকারীদের সাথে পরামর্শ করার পরে এবং স্থানীয় অভিজ্ঞতা বিবেচনা করে, অক্সিজেন সরবরাহ, ইনস্টলেশন কাঠামো এবং দামে তাদের ব্যাপক সুবিধার জন্য প্যাডেল-টাইপ ইপিডিএম ডিফিউজার বেছে নেওয়া হয়েছিল। দুটি জৈবিক ট্যাঙ্ক জুড়ে মোট 484 মিটার স্থাপন করা হয়েছিল। বিভিন্ন মডেলের প্রযুক্তিগত পরামিতি দেখানো হয়টেবিল 2.
2.2.4 প্রতিস্থাপন বাস্তবায়ন
2021 সালের জুনে প্রতিস্থাপনের জন্য 7 দিন সময় লেগেছিল, যার মধ্যে 484 মিটার প্যাডেল-টাইপ ডিফিউজার অন্তর্ভুক্ত ছিল। প্ল্যান্টটি একদিকে ক্ষয়প্রাপ্ত ধারণক্ষমতার মাধ্যমে ক্রমাগত অপারেশন বজায় রাখে। নতুন ঝিল্লি, 5 m³/ঘন্টার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, 4-8 m³/ঘণ্টা গতিতে পরিচালিত হয়।
2.3 তথ্য সংগ্রহ এবং বিশ্লেষণ
22 মাসের অপারেশনাল ডেটা চারটি বিভাগ জুড়ে প্রতিস্থাপনের আগে এবং পরে সংগ্রহ করা হয়েছিল: জলের গুণমান (প্রভাব/প্রবাহী COD, NH₃-N), অপারেশনাল প্যারামিটার (মোট বায়ুর পরিমাণ, চাপ, DO), শক্তি খরচ (বায়ুকরণ সিস্টেমের বিদ্যুৎ, বায়ুচলাচল kWh/m³), এবং দক্ষতা (OTE, Ratero{2}}{3})।
3. দূষণকারী অপসারণের দক্ষতার পরিবর্তন
3.1 COD অপসারণ
পোস্ট-প্রতিস্থাপন, COD অপসারণ উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছে। বর্জ্য COD 14.2 mg/L থেকে কমে 12.4 mg/L হয়েছে, এবং অপসারণের হার 93.5% থেকে 96.0% হয়েছে। নতুন সিস্টেমটি প্রভাবশালী COD (117-249 mg/L) ওঠানামা সত্ত্বেও আরও ভাল স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করেছে (চিত্র 1).
3.2 NH₃-N অপসারণ
উন্নতি NH₃-N এর জন্য আরও স্পষ্ট ছিল। স্থিতিশীল প্রভাবের মাত্রার সাথে, বর্জ্য NH₃-N গড় 2.3 mg/L থেকে কমে 0.85 mg/L, এবং অপসারণের হার পৌঁছেছে 94.1% (চিত্র 1) এটি আরও অভিন্ন বায়ুচলাচল বিতরণের জন্য দায়ী, নাইট্রিফায়ার বৃদ্ধি এবং কার্যকলাপ প্রচার করে, স্থিতিশীল NH₃-এন সম্মতি নিশ্চিত করে।
4. বায়ুচলাচল সিস্টেম শক্তি খরচ বৈশিষ্ট্য
4.1 বায়ু-থেকে-জল অনুপাত
বায়ু-থেকে-জলের অনুপাত 3.4 থেকে কমে 2.0-এর নিচে, যখন অ্যারোবিক ট্যাঙ্ক DO 0.5-1 mg/L (চিত্র 2), উচ্চ দক্ষতা এবং স্থিতিশীলতা নির্দেশ করে।
4.2 প্রতি ঘনমিটার পানির বায়ুচলাচল শক্তি
বায়ুচলাচল শক্তির ব্যবহার 0.073 kWh/m³ থেকে 0.052 kWh/m³ এ হ্রাস পেয়েছে, যা 28.3% হ্রাস পেয়েছে। শক্তি সঞ্চয় প্রভাব মাস জুড়ে স্থিতিশীল ছিল (চিত্র 3), সামঞ্জস্যপূর্ণ নির্ভরযোগ্যতা দেখাচ্ছে।
4.3 অপসারিত দূষণকারী ইউনিট প্রতি শক্তি খরচ
এই মেট্রিক 0.32 kWh/kg থেকে কমে 0.24 kWh/kg হয়েছে, একটি 25% হ্রাস (চিত্র 4) এটি ইঙ্গিত দেয় যে নতুন ঝিল্লিগুলি শুধুমাত্র পরম শক্তির ব্যবহার কমিয়ে দেয় না বরং দূষণকারী অপসারণের জন্য শক্তি ব্যবহারের দক্ষতাও উন্নত করে।
5. উন্নত অক্সিজেন ব্যবহার দক্ষতার জন্য প্রক্রিয়া
5.1 অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা পরিবর্তন
OTE 15.10% থেকে বেড়ে 24.75% হয়েছে, একটি 63.9% উন্নতি (চিত্র 5) এটি অপ্টিমাইজ করা মাইক্রো-পোর গঠন এবং নতুন ঝিল্লির আরও অভিন্ন বুদবুদ বিতরণের কারণে, অক্সিজেন ভর স্থানান্তর বৃদ্ধি করে৷ উন্নত ন্যানো প্রযুক্তি সূক্ষ্ম, আরও সমানভাবে বিতরণ করা ছিদ্র, বিস্তার এবং দ্রবণীয়তা বৃদ্ধির অনুমতি দেয়।
5.2 অপারেশনাল প্যারামিটারের অপ্টিমাইজেশন
যেমন দেখানো হয়েছেটেবিল 3,-প্রতিস্থাপনের পরে, 0.5-1 mg/L এর মধ্যে DO বজায় রেখে মোট বাতাসের পরিমাণ 18.4% কমে গেছে। বায়ু-থেকে-জলের অনুপাত 3.4:1 থেকে 2.0:1 এ কমেছে, OTE বেড়েছে 63.9%, এবং বায়ুচলাচল শক্তি প্রতি m³ 28.3% কমেছে। এই ব্যাপক অপ্টিমাইজেশানগুলি শক্তির ব্যবহার, কর্মক্ষম দক্ষতা এবং জলের গুণমানকে উন্নত করেছে।
6. টেকনো-অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ
6.1 বিনিয়োগ পেব্যাক সময়কাল
মোট বিনিয়োগ ছিল 163,900 CNY (ঝিল্লি, পরিবহন, ইনস্টলেশন, কমিশনিং)। 0.021 kWh/m³ এর শক্তি সঞ্চয়ের উপর ভিত্তি করে, বিদ্যুতের মূল্য 0.7 CNY/kWh, এবং 24,000 m³ এর গড় দৈনিক প্রবাহের ভিত্তিতে, বার্ষিক বিদ্যুত সঞ্চয় 128,800 CNY। সাধারণ অর্থপ্রদানের সময়কাল প্রায় 15 মাস, যা উল্লেখযোগ্য অর্থনৈতিক সুবিধা নির্দেশ করে।
6.2 পরিবেশগত সুবিধা
8.76 মিলিয়ন m³ বার্ষিক চিকিত্সার উপর ভিত্তি করে, বার্ষিক বিদ্যুত সঞ্চয় 184,000 kWh, CO₂ নির্গমন 184 টন হ্রাস করার সমতুল্য। উন্নত দূষণকারী অপসারণ পরিবেশগত সুবিধা বাড়ায় এবং আরও স্থিতিশীল বর্জ্য সম্মতি নিশ্চিত করে, পরিবেশগত ঝুঁকি হ্রাস করে।
7. উপসংহার
EPDM সূক্ষ্ম বুদ্বুদ ডিফিউজার মেমব্রেনের সাথে প্রতিস্থাপন করা OTE কে 24.75% এ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করেছে এবং 28.3% দ্বারা বায়ুচলাচল শক্তি খরচ কমিয়েছে, ভাল টেকনো-অর্থনৈতিক কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। নতুন সিস্টেম COD এবং NH₃-N অপসারণের হার যথাক্রমে 96.0% এবং 94.1%-এ বৃদ্ধি করেছে, লোড ওঠানামার জন্য সিস্টেমের স্থিতিস্থাপকতা উন্নত করেছে এবং প্রায় 15 মাসের একটি সাধারণ পেব্যাক সময়কাল অর্জন করেছে। এই পদ্ধতিটি শক্তির জন্য উপযুক্ত