Inleiding

Bij het actiefslibproces wordt organisch materiaal in afvalwater omgezet in CO2 en biomassa door biologische afbraak, waarvoor een efficiënte zuurstofoverdracht (DO) nodig is. Traditionele beluchtingsmethoden, hoewel energie-intensief, bereiken slechts een matige zuurstofoverdrachtsefficiëntie. De studie onderzoekt de potentiële voordelen van het gebruik van nanobellen, die stabiele gasholtes zijn met unieke eigenschappen die een langdurig bestaan en een hogere massatransfer-efficiëntie in waterige oplossingen mogelijk maken.

Conventionele beluchting in afvalwaterbehandeling is energie-intensief en kostbaar, waarbij een aanzienlijk deel van het energieverbruik wordt besteed aan de beluchting van actief-slibprocessen. Nanobellen (NB's) hebben een kleinere diameter dan traditionele microbellen, wat leidt tot een groter contactoppervlak en een snellere stijging van de opgeloste zuurstofconcentratie. NB's zijn veelbelovend voor het verbeteren van de efficiëntie van de zuurstofmassatransfer, waardoor de productie van biomassa mogelijk toeneemt en de slibproductie in actiefslibreactoren afneemt. Dit artikel presenteert experimentele resultaten over de invloed van NB-beluchting op opgeloste zuurstofniveaus, gasoverdrachtscoëfficiënten en NB-grootteverdeling in nanozuiver water. Het suggereert dat NB-beluchting de efficiëntie van zuurstofoverdracht aanzienlijk kan verhogen en potentiële voordelen biedt in afvalwaterbehandelingsprocessen, hoewel verder onderzoek nodig is om de volledige impact op actief-slibbehandeling te begrijpen.

De studie onderzoekt ook het effect van NB-beluchting op fysisch-chemische eigenschappen en microbiële gemeenschappen van actief slib. Het biedt voorlopige beoordelingen van NB-beluchting in reactoren op laboratoriumschaal, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor mogelijke implementatie in afvalwaterzuiveringsinstallaties op ware grootte.

Materials and methods

In deze studie voerden de onderzoekers experimenten uit met een reactor op laboratoriumschaal inclusief Acniti Microstar Nanobubble Generator (Model-FS302AC-SW1, 300 W) met actief slib afkomstig van een plaatselijke gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie. Ze vergeleken de impact van nanobeluchting (NB) met conventionele beluchting met fijne bellen (CB) op verschillende parameters met betrekking tot de efficiëntie van afvalwaterbehandeling.

Results and discussion

De resultaten toonden aan dat NB-beluchting leidde tot een significant hogere toename van het opgeloste zuurstofgehalte (DO) in het water vergeleken met CB-beluchting. Binnen de eerste twee minuten van beluchting steeg het DO-niveau in NB-belucht water zes keer sneller dan in CB-belucht water. De NB's zorgden voor een continue toevoer van zuurstof, wat leidde tot een efficiënter zuurstofgebruik en mogelijk de metabolische snelheid van aerobe micro-organismen in het actief slib verhoogde.

Het onderzoek analyseerde ook de grootteverdeling en concentraties van NB's in de loop van de tijd. De in de oplossing gegenereerde NB's vertoonden een afname in gemiddelde grootte en een toename in concentratie met de beluchtingstijd. Deze snelle generatie van NB's droeg bij aan de snelle stijging van de opgeloste zuurstofniveaus die in de experimenten werd waargenomen. Verder beoordeelden de onderzoekers de invloed van NB-beluchting op de eigenschappen van actief slib en microbiële gemeenschappen. De resultaten toonden aan dat NB-beluchting leidde tot veranderingen in de eigenschappen van actief slib, waaronder oplosbaar chemisch zuurstofverbruik (sCOD), totaal vaste stof (TS) en slibvolume-index (SVI). De microbiële gemeenschap geassocieerd met het actief slib werd ook beïnvloed door NB beluchting, met veranderingen in microbiële samenstelling en morfologische variaties.

In het algemeen suggereert het onderzoek dat beluchting met nanobellen een energie-efficiëntere en effectievere aanpak van zuurstofoverdracht in afvalwaterbehandelingsprocessen zou kunnen bieden. Het gebruik van NB's heeft het potentieel om de behandelingsefficiëntie te verbeteren, het energieverbruik te verlagen en de microbiële activiteiten in actief-slibreactoren te verbeteren. Aan de andere kant kan NB-beluchting de fysisch-chemische kenmerken en microbiële gemeenschappen in actief-slib veranderen, maar verder onderzoek is nodig om de langetermijneffecten op slibkwaliteit en behandelingsefficiëntie te begrijpen.

Lees het volledige onderzoeksartikel in het Engels op Science Direct