Jiangsu Shenjiang Environmental Technology Co., Ltd.

รับสมัครตัวแทนทั่วโลก

Jiangsu Shenjiang Environmental Technology Co., Ltd.
หน้าแรก / ข่าวสาร / ข่าวสารอุตสาหกรรม / วิศวกรรมศาสตร์แห่งอนาคตของการบำบัดน้ำเสีย: บทบาทของอาคาร FRP แบบ Denitrification ในการลดก๊าซไนโตรเจน

วิศวกรรมศาสตร์แห่งอนาคตของการบำบัดน้ำเสีย: บทบาทของอาคาร FRP แบบ Denitrification ในการลดก๊าซไนโตรเจน

หอ FRP สำหรับการแยกไนตริฟิเคชันแสดงถึงจุดสุดยอดของวิศวกรรมโครงสร้างสมัยใหม่และชีวเคมีสำหรับการกำจัดไนเตรต-ไนโตรเจนที่เป็นอันตรายออกจากกระแสน้ำเสียอุตสาหกรรมและชุมชน ด้วยการใช้พลาสติกเสริมไฟเบอร์ (FRP) เป็นวัสดุก่อสร้างหลัก เรือเฉพาะทางเหล่านี้จึงสามารถเอาชนะความล้มเหลวของโครงสร้างและการกัดกร่อนทางเคมีอย่างรุนแรงซึ่งสร้างความเสียหายให้กับโครงสร้างพื้นฐานของเหล็กหรือคอนกรีตแบบดั้งเดิม การทำงานเป็นเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพหรือคอลัมน์แยกสารเคมีที่มีความเชี่ยวชาญสูง อาคารเหล่านี้มีประสิทธิภาพในการกำจัดไนเตรตเกิน 95% ให้สภาพแวดล้อมที่มีความยืดหยุ่นทางกลไก เฉื่อยทางเคมี และมีความเสถียรทางความร้อน ซึ่งรับประกันการปล่อยน้ำเสียที่เป็นไปตามข้อกำหนดในกรอบการทำงานด้านกฎระเบียบที่มีความต้องการมากที่สุด

กลไกหลักของการกำจัดไนโตรเจนในกระแสอุตสาหกรรม

สารประกอบไนโตรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนเตรตและไนไตรต์ ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อระบบนิเวศและสาธารณสุขอย่างรุนแรง เมื่อปล่อยทิ้งลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติโดยไม่ได้ตรวจสอบ ในระบบนิเวศทางน้ำ ความเข้มข้นของไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดภาวะยูโทรฟิเคชั่นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สาหร่ายที่เบ่งบานทำให้ระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำหมดสิ้นลง ส่งผลให้ปลาและสิ่งมีชีวิตหน้าดินต้องตายอย่างหายนะ สำหรับแหล่งน้ำดื่มในเขตเทศบาล ระดับไนเตรตที่สูงจะได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเนื่องจากสภาวะทางการแพทย์ เช่น เมทฮีโมโกลบินในเลือด เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ สิ่งอำนวยความสะดวกด้านน้ำเสียขั้นสูงได้ใช้กระบวนการกำจัดไนตริฟิเคชันแบบกำหนดเป้าหมายภายในสถาปัตยกรรมหอคอยเฉพาะ

การเปลี่ยนแปลงของไนเตรตที่จับกับของเหลวเป็นก๊าซไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศที่ไม่เป็นอันตรายเกิดขึ้นภายในหอคอยผ่านกลไกใดกลไกหนึ่งจากสองกลไก ได้แก่ การลดการเผาผลาญทางชีวภาพ หรือการแยกสารเคมีทางกายภาพออก ในอาคารกำจัดไนตริฟิเคชันทางชีวภาพ ถังบรรจุเมทริกซ์หนาแน่นของสื่อบรรจุภัณฑ์ที่มีโครงสร้างซึ่งออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้สูงสุด แบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิกตั้งอาณานิคมในสื่อนี้ ก่อตัวเป็นแผ่นชีวะที่มีฤทธิ์สูง เมื่อน้ำเสียไหลลงมา แหล่งคาร์บอนที่เติมเข้าไป (เช่น เมทานอล เอทานอล หรือกรดอะซิติก) จะทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอน แบคทีเรียใช้โมเลกุลไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอนส่วนปลายในห่วงโซ่การหายใจภายใต้สภาวะไร้สารพิษที่เข้มงวด ทำลายพันธะออกซิเจน-ไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพ และปล่อยก๊าซเฉื่อยผ่านไอเสียระบายอากาศด้านบนของหอคอย

อีกทางหนึ่ง หอลอกสารเคมีอาศัยการปรับ pH ที่แม่นยำและการปรับความร้อนเพื่อแปลงไอออนแอมโมเนียมให้เป็นแก๊สแอมโมเนีย จากนั้นจึงขัดหรือลอกออกโดยใช้กระแสลมทวนกระแส ไม่ว่ากลไกภายในจะเป็นอย่างไร เปลือกโครงสร้างที่เป็นโฮสต์ของปฏิกิริยารุนแรงนี้จะต้องได้รับความชื้นคงที่ สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย ก๊าซละลายน้ำ และค่า pH ที่ผันผวนอย่างรวดเร็ว ทำให้ต้องใช้โปรไฟล์วัสดุที่แข็งแกร่งและไม่ยอมผ่อนปรน

การเปรียบเทียบวัสดุ: เหตุใดพลาสติกเสริมไฟเบอร์จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าพื้นผิวแบบเดิม

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่วิศวกรออกแบบน้ำเสียอาศัยเหล็กคาร์บอนเคลือบ สแตนเลสระดับพรีเมียม (304 หรือ 316L) และคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อสร้างหอแปรรูป อย่างไรก็ตาม เคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของดีไนตริฟิเคชันทำให้เกิดสภาพแวดล้อมการทำงานที่ทำลายล้าง การใช้กรดชีวภาพ การมีอยู่ของสื่อบรรจุภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และการสัมผัสกับน้ำเสียที่มีความเค็มสูงอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็วและการแตกร้าวขนาดเล็กในพื้นผิวแบบดั้งเดิม การประเมินเปรียบเทียบเผยให้เห็นว่าเหตุใดพลาสติกเสริมไฟเบอร์ (FRP) จึงกลายเป็นมาตรฐานทางวิศวกรรมที่ต้องการ

FRP เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยเมทริกซ์เรซินโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงที่เสริมด้วยเส้นใยแก้วที่มีโครงสร้าง การเลือกใช้เรซิน โดยทั่วไปคือไวนิลเอสเทอร์หรืออีพอกซีระดับพรีเมียม ได้รับการออกแบบมาเพื่อต้านทานสารเคมีเป้าหมายของน้ำเสียโดยเฉพาะ ต่างจากโลหะที่กัดกร่อนด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้า FRP ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโดยสิ้นเชิงและมีภูมิต้านทานต่อการกัดกร่อนของกัลวานิกหรือแบบรูพรุน เมื่อเปรียบเทียบกับคอนกรีตซึ่งทนทุกข์ทรมานจากการกัดกร่อนของซัลไฟด์ทางชีวภาพและการชะล้างที่เกิดจากกรด FRP จะรักษาเมทริกซ์โครงสร้างของมันไว้แม้ว่าจะต้องเผชิญกับการล้างที่มีค่า pH ต่ำหรือรอบการทำความสะอาดทางเคมีที่รุนแรง

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพ พลาสติกเสริมไฟเบอร์ (FRP) เหล็กกล้าคาร์บอนเคลือบ คอนกรีตเสริมเหล็ก
ความต้านทานการกัดกร่อน ภูมิคุ้มกันต่อการกัดกร่อนของสารเคมี กัลวานิก และกรดไบโอเจนิก ช่องโหว่สูง ต้องเคลือบซ้ำบ่อยๆ ไวต่อการแตกร้าวขนาดเล็กและการชะล้างของกรดเมื่อเวลาผ่านไป
อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก สูงเป็นพิเศษ น้ำหนักเบาเป็นพิเศษช่วยลดภาระของรากฐาน ปานกลาง; น้ำหนักโครงสร้างที่สูงจะทำให้ค่าธรรมเนียมการขนส่ง/เสื้อผ้าเพิ่มขึ้น ต่ำมาก; ต้องใช้แผ่นพื้นคอนกรีตขนาดใหญ่และออกแบบอย่างล้ำลึก
อายุการใช้งานโดยประมาณ (ปี) 30 ถึง 50 ปีโดยมีความเสื่อมโทรมของโครงสร้างเล็กน้อย 10 ถึง 15 ปีก่อนการปะปะ/เคลือบโครงสร้างครั้งใหญ่ 20 ถึง 25 ปีก่อนที่จะมีการหลุดร่อนของโครงสร้างและเหล็กเส้น
การนำความร้อน ต่ำมาก; เป็นฉนวนและรักษาความร้อนทางชีวภาพตามธรรมชาติ สูง; ทนทุกข์ทรมานจากการสูญเสียความร้อนจำนวนมากโดยต้องมีฉนวนเสริม ปานกลาง; ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิช้า แต่มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว
ข้อกำหนดการบำรุงรักษา น้อยที่สุด; การล้างและการตรวจสอบด้วยแรงดันเป็นระยะอย่างง่าย กว้างขวาง; พ่นทรายและเคลือบป้องกันทุกๆ 5-7 ปี สูง; การตรวจสอบการรั่วไหลและรอยแตกร้าวของโครงสร้างอย่างต่อเนื่อง

วิศวกรรมโครงสร้างและการผลิตแบบกำหนดเองสำหรับไดนามิกของการไหลที่เหมาะสมที่สุด

เพื่อดำเนินการได้สำเร็จ หอ FRP แบบดีไนตริฟิเคชั่น สถาปัตยกรรมทางกายภาพจะต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำโดยใช้เทคนิคการประดิษฐ์เฉพาะทาง หอคอยระดับอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการม้วนเส้นใยแบบอัตโนมัติ เส้นใยแก้วต่อเนื่องจะถูกอิ่มตัวด้วยเรซินเหลวภายใต้การควบคุมแรงดึง และพันบนแกนหมุนที่มุมเกลียวที่แน่นอน การวางตำแหน่งไฟเบอร์แบบกำหนดทิศทางนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าทาวเวอร์มีความต้านทานแรงดึงของห่วงอย่างเหลือเชื่อ เพื่อให้สามารถทนต่อแรงกดดันภายในของน้ำที่เคลื่อนตัวได้หลายพันแกลลอน ควบคู่ไปกับความแข็งแรงในแนวแกนที่โดดเด่นในการรับน้ำหนักอันมหาศาลของสื่อบรรจุภัณฑ์ภายในที่เปียก

สถาปัตยกรรมภายในของหอดีไนตริฟิเคชัน FRP แบ่งออกเป็นโซนที่คำนวณอย่างรอบคอบหลายโซน ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าเวลาสัมผัสและพลศาสตร์ของไหลเหมาะสมที่สุด:

  • ระบบจำหน่ายของเหลว: ที่ด้านบนสุดของหอคอย ส่วนหัวของ FRP และตารางท่อด้านข้างที่ติดตั้งหัวฉีดสเปรย์ที่ไม่อุดตันจะกระจายน้ำเสียที่มีไนเตรตที่เข้ามาอย่างสม่ำเสมอ การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดช่องทาง โดยที่น้ำทะลุผ่านตัวกลางทางชีวภาพโดยสิ้นเชิง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัดลดลงสู่ระดับที่ยอมรับไม่ได้

  • ตะแกรงรองรับสื่อ: ตะแกรง FRP แบบ Pultruded สำหรับงานหนักนี้ตั้งอยู่ตรงกลางหอคอย โดยจะรับน้ำหนักของบรรจุภัณฑ์ที่มีโครงสร้าง จะต้องมีรูพรุนสูงเพื่อให้น้ำไหลลงได้ไม่จำกัดและเคลื่อนตัวของก๊าซขึ้นด้านบนได้ แต่มีโครงสร้างที่ไม่เอื้ออำนวยเพื่อป้องกันการหย่อนคล้อยภายใต้น้ำหนักที่เกิน 500 ปอนด์ต่อตารางฟุตเมื่อปนเปื้อนด้วยมวลชีวมวลจนหมด
  • เครื่องกำจัดหมอกในตัว: FRP หรือโครงกั้นโพลีโพรพีลีนชนิดพิเศษนี้ตั้งอยู่ใต้ช่องระบายอากาศด้านบน โดยจะดักจับหยดของเหลวที่กักตัวไว้จากกระแสก๊าซที่ทางออก เพื่อป้องกันไม่ให้ละอองสารเคมีอันตรายหรือความชื้นเข้าสู่บรรยากาศโดยรอบ

การวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจ: ผลตอบแทนจากการลงทุนระยะยาว

แม้ว่ารายจ่ายฝ่ายทุนเริ่มแรก (CAPEX) สำหรับหอ FRP แบบดีไนตริฟิเคชันที่ออกแบบเป็นพิเศษอาจสูงกว่าตัวเลือกเหล็กกล้าคาร์บอนพื้นฐานถึง 15% ถึง 20% แต่รายจ่ายในการดำเนินงานระยะยาว (OPEX) มอบข้อได้เปรียบทางการเงินที่ไม่อาจปฏิเสธได้ การประเมินสินทรัพย์บำบัดน้ำเสียอย่างแท้จริงจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ต้นทุนตลอดวงจรชีวิตซึ่งครอบคลุมหลายทศวรรษ

พิจารณาโรงงานเคมีที่ประมวลผลกระแสน้ำทิ้งที่มีไนเตรตสูงด้วยอัตราการไหลต่อเนื่องที่ 500 แกลลอนต่อนาที การติดตั้งทาวเวอร์เหล็กกล้าคาร์บอนต้องมีการเตรียมพื้นผิวอย่างเข้มงวดและการเคลือบอีพ็อกซี่หลายชั้นระหว่างการผลิต ตลอดระยะเวลาการดำเนินงาน 20 ปี การขัดถูของน้ำเสียและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีจะทำให้สารเคลือบนี้เสื่อมคุณภาพลง ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานจะต้องปิดการทำงานของหอคอยทุกๆ 5 ถึง 7 ปีสำหรับการพ่นทรายภายในและการเคลือบใหม่ กระบวนการนี้ก่อให้เกิดค่าแรงทางตรงและวัสดุจำนวนมาก และบังคับให้โรงงานต้องหยุดทำงานซึ่งมีราคาแพงหรือต้องใช้ระบบสำรองข้อมูลที่ซ้ำซ้อน

หอ FRP จะลบค่าใช้จ่ายที่เกิดซ้ำเหล่านี้ออกจากงบดุลโดยสมบูรณ์ เนื่องจากการป้องกันการกัดกร่อนเป็นสารเคมีและสร้างขึ้นโดยตรงในคอมโพสิตเรซินเมทริกซ์ จึงไม่มีการเคลือบที่จะแยกตัว พอง หรือล้มเหลว นอกจากนี้ ลักษณะน้ำหนักเบาของ FRP ยังช่วยลดต้นทุนการติดตั้งได้อย่างมาก หอคอย FRP มีน้ำหนักประมาณหนึ่งในสี่ถึงหนึ่งในสามของภาชนะเหล็กที่เหมือนกัน ช่วยให้ทีมงานติดตั้งสามารถใช้เครนที่มีขนาดเล็กกว่าและมีน้ำหนักต่ำกว่าในระหว่างการวางตำแหน่งในสนาม ลดระยะเวลาในการจัดเตรียมเสื้อผ้าจากสัปดาห์เหลือเป็นวัน และลดขนาดความลึกและการเสริมแรงของแผ่นฐานรากคอนกรีตลงได้อย่างมาก

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการปฏิบัติงานเพื่อรักษาประสิทธิภาพของทาวเวอร์

เพื่อรักษาอัตราการลดไนเตรตที่เหมาะสมและรับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนานของระบบหอดีไนตริฟิเคชั่น ช่างเทคนิคในโรงงานจะต้องปฏิบัติตามพารามิเตอร์การปฏิบัติงานเฉพาะทาง ปฏิกิริยาทางชีวภาพและเคมีภายในคอลัมน์มีความไวสูงต่อปัจจัยทางกายภาพ ซึ่งต้องมีการตรวจสอบและปรับแต่งอย่างต่อเนื่อง

ขั้นแรก จะต้องรักษาโปรไฟล์อุณหภูมิภายในของหอคอยอย่างเข้มงวด การดีไนตริฟิเคชันทางชีวภาพขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สูง อัตราการเผาผลาญของแบคทีเรียดีไนตริไฟติ้งจะลดลงเกือบ 50% ทุกๆ 10°C ที่ลดลงในอุณหภูมิของน้ำที่ต่ำกว่าช่วงอุณหภูมิการทำงาน 25°C ถึง 35°C ในอุดมคติ เนื่องจาก FRP มีระดับการนำความร้อนต่ำเป็นพิเศษ (ประมาณ 0.23 W/m·K เทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน 54 W/m·K) จึงทำหน้าที่เป็นฉนวนตามธรรมชาติ คุณภาพของวัสดุนี้ช่วยให้หอสามารถรักษาความร้อนทางอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เข้ามา ช่วยลดหรือขจัดความจำเป็นในการใช้ไอน้ำเสริมหรือเครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้าที่มีราคาแพงในช่วงฤดูหนาว

ประการที่สอง การจัดการการสะสมชีวมวลภายในถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันการบดบังโครงสร้างหรือการเปรอะเปื้อน เมื่อเวลาผ่านไป ฟิล์มชีวภาพบนสื่อบรรจุภัณฑ์จะหนาขึ้น เติมเต็มช่องว่าง และทำให้เกิดการไหลเวียนของของไหลหรือความดันอากาศลดลงทั่วทั้งเตียง ผู้ปฏิบัติงานควรดำเนินการไล่อากาศแรงดันต่ำเป็นระยะๆ หรือรอบการล้างย้อนเพื่อกำจัดชีวมวลที่ตายแล้วส่วนเกินออก เนื่องจากพื้นผิวด้านในของทาวเวอร์ FRP ที่มีเส้นใยมีความเรียบมากและอุดมไปด้วยเรซิน ชีวมวลที่หลุดออกมาจึงเลื่อนลงไปที่บ่อด้านล่างได้อย่างราบรื่นเพื่อการสกัดที่ง่ายดายโดยไม่ยึดติดกับผนังภาชนะ โดยคงประสิทธิภาพไฮดรอลิกที่เดิม