Vanwege de diverse samenstelling van industrieel afvalwater vereisen behandelingssystemen vaak een combinatie van verschillende methoden om de vereiste lozingsnormen te bereiken. Afvalwaterzuiveringsmethoden worden ingedeeld in vier categorieën op basis van de gebruikte technieken: fysisch, chemisch, fysisch-chemisch en biologisch. Biologische behandeling maakt gebruik van de metabolische processen van micro-organismen in het afvalwater om biologisch afbreekbaar organisch materiaal af te breken. Het staat bekend om zijn grote zuiveringscapaciteit, kosten-effectiviteit en economische betrouwbaarheid en is wereldwijd de meest voorkomende waterbehandelingsmethode.
Toepassing van beluchters bij de behandeling van afvalwater
Biologische behandelingsmethoden worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën op basis van de zuurstofbehoefte van de betrokken micro-organismen: aërobe en anaërobe. Over het algemeen zijn aerobe methoden geschikter voor afvalwater met een lagere- concentratie, zoals effluent van ethyleenfabrieken, terwijl anaerobe methoden beter geschikt zijn voor slib en afvalwater met een hogere- hogere concentratie. Aërobe biologische zuivering kan verder worden onderverdeeld in actiefslibprocessen en biofilmprocessen.
Het actiefslibproces is een kunstmatige verbetering van de natuurlijke waterzuivering, waarbij actief slib als voornaamste middel voor het verwijderen van organische verontreinigende stoffen wordt gebruikt. De aerobe micro-organismen die in het actiefslib aanwezig zijn, hebben de aanwezigheid van zuurstof nodig om effectief te kunnen functioneren. Binnen de beluchtingstank van een biologisch afvalwaterzuiveringssysteem is de efficiëntie van de zuurstofoverdracht positief gecorreleerd met de groeisnelheid van aerobe micro-organismen. De zuurstoftoevoer moet integraal worden bepaald op basis van de hoeveelheid en fysiologische kenmerken van de aërobe micro-organismen, evenals de aard en concentratie van het substraat. Dit zorgt ervoor dat het actiefslib in de optimale staat werkt voor de afbraak van organisch materiaal. Experimentele resultaten geven aan dat opgeloste zuurstof (DO) in de beluchtingstank op 3-4 mg/l moet worden gehouden. Onvoldoende zuurstoftoevoer leidt tot slechte prestaties van het actiefslib en een verminderde behandelingsefficiëntie. Om voldoende zuurstoftoevoer te garanderen, is gespecialiseerde apparatuur, zoals beluchters, essentieel.
Principe van beluchting
Beluchting is een manier om intens contact tussen lucht en water te bereiken. Het doel is om zuurstof uit de lucht in het water op te lossen of ongewenste gassen en vluchtige stoffen uit het water in de lucht te strippen. Met andere woorden, het bevordert de massaoverdracht tussen gas- en vloeistoffasen. Beluchting vervult ook andere kritische functies, zoals mengen en roeren.
Bij zuurstofoverdracht van lucht naar water gaat het om massaoverdracht van de gasfase naar de vloeibare fase. Een algemeen toegepaste theorie die dit diffusieproces beschrijft, is de twee-filmtheorie voorgesteld door Lewis en Whitman. Deze theorie stelt dat er een gasfilm en een vloeistoffilm bestaan op het gas-watergrensvlak. De gebieden buiten deze films ervaren respectievelijk een turbulente stroming van lucht en water. Tussen de gas- en vloeistoffilms ligt een laminair stromingsgebied waar convectie afwezig is, waardoor onder bepaalde omstandigheden druk- en concentratiegradiënten ontstaan. Als de zuurstofconcentratie in de vloeistoffilm onder het verzadigingsniveau in het water ligt, blijft zuurstof uit de lucht door de films in het waterlichaam diffunderen. De vloeistof- en gasfilms vormen dus de primaire weerstand tegen zuurstofoverdracht. Het is duidelijk dat de meest effectieve manier om de weerstand van de vloeistoffilm te overwinnen het snel vernieuwen van het gas{9}}vloeistofgrensvlak is.
Beluchting bereikt dit precies door:
1. Het verminderen van de belgrootte
2. Toenemende hoeveelheid bellen
3. Verbetering van vloeistofturbulentie
4.Vergroten van de installatiediepte van de beluchter
5. Verlengen van de contacttijd met bellen-vloeistof
Beluchtingsapparatuur wordt op grote schaal toegepast bij de behandeling van afvalwater op basis van deze principes.