Schijfdiffusers versus oppervlaktebeluchters: waarom ondergedompelde beluchting wint voor MBR-systemen

Bij het ontwerp van moderne afvalwaterzuiveringsinstallaties, vooral die welke gebruikmaken van Membraanbioreactor (MBR) technologie – de keuze van het beluchtingssysteem is een van de meest kritische beslissingen. Hoewel oppervlaktebeluchters lange tijd een belangrijk onderdeel zijn geweest van traditionele lagunes, Fijne bellenschijfverspreiders (ondergedompelde beluchting) zijn de gouden standaard geworden voor MBR-toepassingen.

Hier is een technische vergelijking van waarom ondergedompelde schijfdiffusers beter presteren dan oppervlaktebeluchting in hoogwaardige behandelingsomgevingen.

Belangrijkste verschillen: ondergedompelde versus oppervlaktebeluchting

Waar de lucht het water binnenkomt

• Ondergedompelde beluchting (bijvoorbeeld schijfroosters) laat lucht ontsnappen van onderaf of van binnenuit de gemengde vloeistof, zodat zuurstof door de hele waterkolom wordt afgeleverd.
• Oppervlaktebeluchters zuurstof introduceren bij de wateroppervlak door spatten of schudden.

Omdat MBR-systemen doorgaans in diepe, dichte gemengde vloeistof werken, zorgen ondergedompelde methoden ervoor dat bellen over de hele diepte kunnen opstijgen, waardoor de zuurstofcontacttijd wordt verlengd en een meer uniforme beluchting ontstaat.

1. Efficiëntie van zuurstofoverdracht (OTE)

Het primaire doel van beluchting is om zuurstof uit de lucht naar de vloeistof te verplaatsen.

• Oppervlaktebeluchters: Deze machines werken door water in de lucht te spatten. De contacttijd tussen lucht en water is extreem kort en vindt alleen aan het oppervlak plaats.
• Schijfverspreiders: Door miljoenen fijne belletjes op de bodem van de tank vrij te geven, gebruiken schijfdiffusers de gehele waterkolom. Terwijl bellen opstijgen, transporteren ze tijdens de reis zuurstof.
• De MBR-factor: MBR-tanks zijn doorgaans diep (tot meters) om ruimte te besparen. Schijfdiffusors winnen aan efficiëntie naarmate de diepte toeneemt (hogere SOTE per meter), terwijl oppervlaktebeluchters moeite hebben om de bodem van diepe tanks van zuurstof te voorzien.

2. Hoge MLSS-concentraties beheren

MBR-systemen werken op aanzienlijk hogere niveaus van Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) (meestal tussen en mg/l) vergeleken met conventionele systemen (mg/l).

• Viscositeitsuitdagingen: Hoge MLSS maakt afvalwater stroperiger (dikker). Oppervlaktebeluchters slagen er vaak niet in om voldoende lokale energie te leveren om dit dikke slib binnen te dringen, wat leidt tot “dode zones” waar vaste stoffen bezinken en anaëroob worden.
• Ondergedompelde precisie: Schijfdiffusors zijn in een rooster over de vloer gerangschikt. Dit zorgt voor een uniforme menging en zorgt ervoor dat elke liter slib met hoge dichtheid voldoende opgeloste zuurstof (DO) krijgt, ongeacht de viscositeit.

3. Impact op de gezondheid van membranen en schuimvorming

In een MBR-systeem voedt het beluchtingssysteem niet alleen bacteriën; het interageert met de gevoelige membraanmodules.

• Spuitbussen en schuimvorming: Oppervlaktebeluchters veroorzaken aanzienlijke spatten en aerosolen. In industrieel of farmaceutisch afvalwater kan dit leiden tot overmatig schuimen en het vrijkomen van vluchtige organische stoffen (VOS) in de atmosfeer.
• Zachte interactie: Schijfdiffusors zorgen voor turbulentie onder het oppervlak. De fijne belletjes stijgen zachtjes op en zorgen voor het noodzakelijke “schurende” effect als ze onder membraanmodules worden geplaatst, wat helpt de membranen schoon te houden zonder de gewelddadige mechanische werking van een oppervlaktewaaier.

4. Energieverbruik en warmteverlies

Beluchting is doorgaans verantwoordelijk 45% tot 75% van de energiekosten van een zuiveringsinstallatie.

• Blower-efficiëntie: Schijfdiffusors in combinatie met hoogefficiënte ventilatoren kunnen nauwkeurig worden gesmoord met behulp van VFD's (Variable Frequency Drives) op basis van realtime DO-sensoren.
• Thermisch beheer: Oppervlaktebeluchters stellen het afvalwater bloot aan de omgevingslucht. In de winter veroorzaakt dit enorm warmteverlies, wat de biologische activiteit vertraagt. In de zomer kan het water oververhit raken. Ondergedompelde beluchting houdt de procestemperatuur stabiel.

Samenvatting van de vergelijking: schijfdiffusers versus oppervlaktebeluchters

Conclusie

Voor een MBR-systeem is de keuze duidelijk. Fijne bellenschijfverspreiders zorgen voor de superieure zuurstofoverdracht, diepe tankmenging en energie-efficiëntie die nodig zijn om biomassa met een hoge dichtheid te behouden. Hoewel oppervlaktebeluchters eenvoudiger te installeren zijn in open lagunes, missen ze de precisie en het vermogen die nodig zijn voor de hoge intensiteitsomgeving van een moderne farmaceutische of chemische MBR-fabriek.