Ze względu na różnorodny skład ścieków przemysłowych, systemy oczyszczania często wymagają połączenia kilku metod, aby osiągnąć wymagane standardy odprowadzania. Metody oczyszczania ścieków dzieli się na cztery kategorie w zależności od stosowanych technik: fizyczne, chemiczne, fizykochemiczne i biologiczne. Oczyszczanie biologiczne wykorzystuje procesy metaboliczne mikroorganizmów obecnych w ściekach do rozkładu biodegradowalnej materii organicznej. Uznawana za dużą wydajność uzdatniania,-opłacalność i niezawodność ekonomiczną, jest to najpopularniejsza metoda uzdatniania wody na świecie.
Zastosowanie aeratorów w oczyszczaniu ścieków
Biologiczne metody oczyszczania dzielą się na dwie główne kategorie w zależności od zapotrzebowania drobnoustrojów na tlen: tlenowe i beztlenowe. Ogólnie rzecz biorąc, metody aerobowe są bardziej odpowiednie w przypadku ścieków o niższym-stęeniu, takich jak ścieki z zakładów wytwarzających etylen, podczas gdy metody beztlenowe są lepiej dostosowane do osadów i ścieków o wyższym-stęeniu. Aerobowe oczyszczanie biologiczne można dalej podzielić na procesy osadu czynnego i procesy biofilmu.
Proces osadu czynnego stanowi sztuczne usprawnienie naturalnego oczyszczania wody, w którym osad czynny jest głównym czynnikiem usuwającym zanieczyszczenia organiczne. Mikroorganizmy tlenowe obecne w osadzie czynnym do skutecznego funkcjonowania wymagają obecności tlenu. W zbiorniku napowietrzającym biologicznej oczyszczalni ścieków efektywność transferu tlenu jest dodatnio skorelowana z tempem wzrostu mikroorganizmów tlenowych. Dopływ tlenu należy określić kompleksowo w oparciu o ilość i cechy fizjologiczne mikroorganizmów tlenowych, a także charakter i stężenie substratu. Dzięki temu osad czynny działa w optymalnym stanie dla degradacji materii organicznej. Wyniki eksperymentów wskazują, że poziom rozpuszczonego tlenu (DO) w zbiorniku napowietrzającym powinien być utrzymywany na poziomie 3-4 mg/l. Niewystarczające zaopatrzenie w tlen prowadzi do słabej wydajności osadu czynnego i zmniejszonej wydajności oczyszczania. Aby zapewnić odpowiednią podaż tlenu, niezbędny jest specjalistyczny sprzęt, np. aeratory.
Zasada napowietrzania
Napowietrzanie to sposób na osiągnięcie intensywnego kontaktu powietrza z wodą. Jego celem jest rozpuszczenie tlenu z powietrza w wodzie lub usunięcie niepożądanych gazów i substancji lotnych z wody do powietrza. Innymi słowy, sprzyja przenoszeniu masy pomiędzy fazą gazową i ciekłą. Napowietrzanie spełnia także inne krytyczne funkcje, takie jak mieszanie i mieszanie.
Transfer tlenu z powietrza do wody polega na przeniesieniu masy z fazy gazowej do fazy ciekłej. Szeroko stosowaną teorią opisującą ten proces dyfuzji jest teoria dwóch-filmów zaproponowana przez Lewisa i Whitmana. Teoria ta zakłada, że na granicy faz gaz-woda istnieje warstwa gazu i warstwa cieczy. Regiony poza tymi filmami doświadczają turbulentnego przepływu odpowiednio powietrza i wody. Pomiędzy warstwą gazu i cieczy znajduje się obszar przepływu laminarnego, w którym nie ma konwekcji, co w pewnych warunkach powoduje powstawanie gradientów ciśnienia i stężeń. Jeśli stężenie tlenu w warstwie cieczy jest niższe od poziomu nasycenia wody, tlen z powietrza w dalszym ciągu dyfunduje przez warstwy do zbiornika wodnego. Zatem folie cieczy i gazu stanowią podstawowy opór dla przenoszenia tlenu. Jest oczywiste, że najskuteczniejszym sposobem pokonania oporu warstwy cieczy jest szybka odnowienie granicy faz gaz-ciecz.
Napowietrzanie osiąga to właśnie poprzez:
1. Zmniejszenie rozmiaru pęcherzyków
2. Zwiększanie ilości bąbelków
3. Zwiększanie turbulencji cieczy
4. Zwiększanie głębokości montażu aeratora
5. Wydłużający się-czas kontaktu bańki z cieczą
Urządzenia napowietrzające są szeroko stosowane w oczyszczaniu ścieków w oparciu o te zasady.