Napowietrzanie bezpęcherzykowe w procesach oczyszczania ścieków

Zastosowanie w warunkach kosmicznych i ziemskich
Napowietrzanie bezpęcherzykowe w procesach oczyszczania ścieków
Napowietrzanie bezpęcherzykowe w procesach oczyszczania ścieków
Fot. www.bcn.dgtl.nl/en/dgtl-recycles-your-pee.

Stworzenie efektywnego układu oczyszczania ścieków w obiektach kosmicznych wymaga odpornego na brak działania grawitacji systemu napowietrzania i separacji osadu. Technologia ta może być wykorzystywana także w systemach ziemskich – zarówno w mniejszych układach, takich jak instalacje przydomowe, jak i w oczyszczalniach ścieków.

System napowietrzania jest jednym z najważniejszych elementów odpowiadających za efektywną pracę układów biologicznego oczyszczania ścieków z procesami tlenowymi [16]. Jego zła optymalizacja prowadzić będzie do deficytów tlenu w reaktorze, co może powodować załamanie procesu tlenowego (np. nitryfikacji). Jednocześnie w warunkach mikrograwitacji dodatkowo dochodzi problem braku siły wyporu, w związku z czym należy rozważyć inne rozwiązania technologiczne niż konwencjonalne drobnopęcherzykowe. System oczyszczania ścieków w instalacji kosmicznej zlokalizowany będzie w obiegu zamkniętym, zobrazowanym na rys. 1.

Rys. 1. Schemat systemu zamkniętego obiegu między uprawą roślinności a system oczyszczania ścieków
Rys. 1. Schemat systemu zamkniętego obiegu między uprawą roślinności a system oczyszczania ścieków

W artykule omówiono alternatywne rozwiązanie układu napowietrzania w systemach biologicznego oczyszczania ścieków, które mogłoby zostać zastosowane w obiektach kosmicznych. Poniżej przedstawiono charakterystykę i problematykę związaną z wpływem grawitacji na układ napowietrzania i budowę systemu z bezpęcherzykowym (bezbąbelkowym) napowietrzaniem, przedstawiono wyniki eksperymentu przeprowadzonego na wodzie wodociągowej w warunkach laboratoryjnych, a także oszacowano rozmiary systemu wymagane dla sześcioosobowej załogi. Przedstawiono również potencjalne zastosowania napowietrzania bezbąbelkowego w warunkach ziemskich. W podsumowaniu wskazano m.in. na dalsze możliwe kroki zmierzające do rozwoju tego tematu.

Czytaj też: Pompownie ścieków >>

Problematyka obniżonej grawitacji

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej. Pomimo bliskiej odległości od Ziemi (ok. 300 km) [3] panuje tam stan nieważkości, czyli zerowej grawitacji. Nie oznacza to jednak, że siły grawitacji nie działają – do tego obszaru dochodzi ok. 80–90% ziemskiej grawitacji [13], która jest jednak niwelowana. Widać to doskonale w bilansie sił grawitacji i bezwładności działających na stację [13]. W rezultacie obserwujemy zjawisko „zero-g”, zwane mikrograwitacją, które wynika ze szczątkowych sił działających na stację (np. opory aerodynamiczne czy siła odśrodkowa). Ma to ogromny wpływ na przyszłe projektowanie technologii oczyszczania ścieków. Dzieje się tak, ponieważ przyspieszenie grawitacyjne oddziałuje na zjawiska związane z ciężarem i siłą wyporu. Zestawienie tych zjawisk przedstawiono na rys. 2. W rezultacie wewnątrz Stacji Kosmicznej obserwuje się brak: sedymentacji, siły wyporu, ciśnienia hydrostatycznego i konwekcji swobodnej. Wszystkie powyżej wymienione fenomeny mają swoje implikacje w systemach inżynierii środowiska, a szczególnie technologii oczyszczania ścieków i wody.

Rys. 2. Wpływ przyspieszenia grawitacyjnego na pozostałe zjawiska Źródło własne na podst. [13]
Rys. 2. Wpływ przyspieszenia grawitacyjnego na pozostałe zjawiska Źródło własne na podst. [13]

Literatura

  1. Almeida M.C., Butler D., Friedler E., At-source domestic wastewater quality, „Urban Water” 1(1), 1999, p. 49–55.
  2. ATV-M 209: Messung der Sauerstoffzufuhr von Belüftungseinrichtungen in Belebungsanlagen in Reinwasser und in belebtem Schlamm, Juni 1996.
  3. Anderson M.S., Ewert M.K., Keener J.F., Wagner S.A., Life Support Baseline Values and Assumptions Document, National Aeronautics and Space Administration Washington, D.C., Report No. NASA/TP-2015–218570, 2018. 
  4. Barta D.J., Pickering K.D., Meyer C., Pensinger S., Vega L., Flynn M., Jackson A., Wheeler R., A Biologically-Based Alternative Water Processor for Long Duration Space Missions, NASA Johnson Space Center, Houston, TX, Report No. NASA/JSC-CN-33488, 2015. 
  5. Bornemann G., Waßer K., Hauslage J., The influence of nitrogen concentration and precipitation on fertilizer production from urine using a trickling filter, „Life Sci. Sp. Res.”, 2018.
  6. Carrasquillo R.L., Reuter J.L., Philistine C.L., Summary of Resources for the International Space Station Environmental Control and Life Support System in Lake Tahoe, NV, 1997. 
  7. Cote P., Bersillon J.L., Huyard A., Bubble-free aeration using membranes: mass transfer analysis, „Journal of Membrane Science”, 47(1-2), 1989, p. 91–106. 
  8. DeLombard R., Kelly E., Hrovat K., Nelson E., Pettit D., Motion of air bubbles in water subjected to microgravity accelerations, in: „43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit”, 2006, p. 722. 
  9. Ganrot Z., Urine processing for efficient nutrient recovery and reuse in agriculture, Göteborg University, 2005. 
  10. Glapa R., Bezpieczeństwo sanitarne imprez masowych, 2012, www.lubuskie.uw.gov.pl/download/1140.pdf (dostęp: 12.07.2019).
  11. Jurga A., Janiak K., Ratkiewicz K., Podstawczyk D., An overview of blackwater data collection from space life support systems and its comparison to a terrestrial wastewater dataset, „Journal of Environmental Management”, 241, 2019, p. 198–210. 
  12. Leonard J.I., Energy balance and the composition of weight loss during prolonged space flight, „National Aeronautics and Space Administration”, 1982.
  13. Monti R., Physics of fluids in microgravity, CRC Press, 2002.
  14. Otterpohl R., Braun U., Oldenburg M., Innovative technologies for decentralised wastewater management in urban and peri-urban areas, „Berichte-Wassergute Und Abfallwirtschaft Technische Universitat Munchen Berichtsheft”, 173, 2002, p. 109–126.
  15. 15. Rosengren A.J., Skoulidou D.K., Tsiganis K., Voyatzis G., Dynamical cartography of Earth satellite orbits, „Advances in Space Research” 63(1), 2019, p. 443–460.
  16. Tchobanoglous G., Burton F.L., Stensel H.D., Metcalf & Eddy wastewater engineering: treatment and reuse. International Edition, McGrawHill, 4, 2003.
  17. www.bcn.dgtl.nl/en/dgtl-recycles-your-pee.

W artykule:

• Problematyka obniżonej grawitacji
• System oczyszczania ścieków z bezpęcherzykowym napowietrzaniem
• Testy napowietrzania na wodzie czystej
• Szacunkowa wielkość systemu dla stacji kosmicznej

streszczenie

W instalacjach sanitarnych dla przyszłych misji kosmicznych funkcjonować będą systemy biologicznego oczyszczania ścieków. Stosowane będą zarówno procesy tlenowe, jak i beztlenowe. Żeby te pierwsze zachodziły efektywnie, konieczne jest dostarczenie do układu tlenu. Reaktory są wyposażane w system napowietrzania, zazwyczaj realizowany w konwencjonalny drobnopęcherzykowy sposób. Takie podejście w warunkach mikrograwitacji może się nie sprawdzić. W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań nad alternatywnym sposobem napowietrzania, odpornym na „brak” grawitacji. Przedstawiono także potencjalne zastosowanie tej technologii w warunkach ziemskich.



abstract

Bubble-free aeration as an alternative method of oxygen supply to biological wastewater treatment processes for space and terrestrial application

In sanitary installations for future space missions, biological wastewater treatment systems will operate. Both aerobic and anaerobic processes will be used. It is necessary to provide oxygen to the system in first type. Thus, the reactors are equipped with an aeration system, usually carried out in a conventional, fine-bubble way. This approach may not work under microgravity conditions. This study presents results of experiment on an alternative method of aeration, resistant to zero-gravity. It also shows possible application in terrestrial condition.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[system podtrzymania życia, napowietrzanie bez bąbelkowe, system napowietrzania, woda, oczyszczanie ścieków, system oczyszczania ścieków]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Bezpłatny dostęp przy opłaconej prenumeracie (365 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści portalu rynekinstalacyjny.pl przy opłaconej prenumeracie
Bezpłatny dostęp przy opłaconej prenumeracie (730 dni) - 0,00 zł
Dostęp do treści portalu rynekinstalacyjny.pl przy opłaconej prenumeracie
Roczna E- prenumerata PDF - 150,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Dwuletnia E-prenumerata PDF - 275,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczna studencka E-prenumerata PDF - 90,00 zł
wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do portalu - 150,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online ► ZAMÓW
Dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do portalu - 275,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online► ZAMÓW
Roczna studencka prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do portalu o portalu - 90,00 zł
wydanie papierowe + dostęp online► ZAMÓW
Prenumerata papierowa + PDF (365) - 188,00 zł
wydanie papierowe + wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Prenumerata papierowa + PDF (730) - 344,00 zł
wydanie papierowe + wysyłka meilowa miesięczników w pdf+ dostęp online ► ZAMÓW
Roczny dostęp on-line (365 dni) - 98,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Dwuletni dostęp on-line (730 dni) - 180,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Roczny dostęp on-line dla studentów (365 dni) - 63,00 zł
Dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Dostęp on-line (30 dni) - 18,00 zł
30-dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści portalu
Bezpłatny dostęp dla autorów Rynku Instalacyjnego (730 dni) - 0,00 zł
Bezpłatny dostęp dla autorów Rynku Instalacyjnego (730 dni)
Regulamin korzystania z portalu RynekInstalacyjny.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
   02.10.2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowe kotły gazowe
  • - Retencja wód opadowych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl