close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Mishukov Raschet i podbor07

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Кафедра водоотведения и экологии
Б. Г. МИШУКОВ, Е. А. СОЛОВЬЕВА
РАСЧЕТ И ПОДБОР
АЭРАЦИОННОГО И ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2007
1
УДК 628
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Н. А. Черников (Санкт-Петербургский университет путей сообщения); главный инженер Д. В. Серебряков (Водопроект Гипрокоммунводоканал Санкт-Петербург)
Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А.
Расчет и подбор аэрационного и перемешивающего оборудования для биологической очистки сточных вод: учебное пособие / СПб. гос. архит.-строит. ун-т.
– СПб., 2007. – 40 с.
ISBN 978-5-9227-0086-3
В пособии вводятся элементы типологии аэраторов и мешалок и предлагаются способы перехода от экспериментальных параметров устройств к параметрам, пригодным для применения на практике. Приводится минимальный объем
материалов по аэраторам и мешалкам. Предназначено для студентов специальности 270112 – водоснабжение и водоотведение всех форм обучения.
ВВЕДЕНИЕ
Аэробные автотрофные и гетеротрофные микроорганизмы нуждаются в
достаточном количестве растворенного кислорода, вносимого в иловую смесь аэраторами различного типа. Механические и пневмомеханические аэраторы не выдержали испытания временем, оказались ненадежными и неконкурентоспособными. Упрочили свои позиции аэраторы пневматического типа, в особенности
мелкопузырчатые трубчатые и мембранные купольные. Технологии удаления азота и фосфора предусматривают устройство анаэробных и аноксидных зон, перемешивание жидкости в которых осуществляется механическими мешалками либо
крупнопузырчатыми аэраторами. В пособии приведены рекомендации по расчету
и расположению пневматических аэраторов и перемешивающих устройств в схемах блоков биологического удаления азота и фосфора.
1. АЭРАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
В СООРУЖЕНИЯХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ
Табл. 3. Ил. 18. Библиогр.: 9 назв.
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве
учебного пособия
ISBN 978-5-9227-0086-3
Ó Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева, 2007
Ó Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет,
2007
2
Аэрация жидкости в сооружениях биологической очистки обеспечивает снабжение кислородом аэробных микроорганизмов, с помощью которых ведется процесс окисления органических загрязнений сточных вод. Аэрация может осуществляться естественным и искусственным путем.
Естественная аэрация обеспечивает подвод кислорода воздуха к бактериальным клеткам в биологических и рыбоводных прудах, полях орошения и фильтрации, биологических фильтрах. Скорость передачи кислорода из воздуха в жидкость в этих сооружениях полностью зависит от местных условий (температуры,
перемешивания жидкости, типа сооружения, дефицита кислорода и др.) и зачастую является фактором, лимитирующим скорость процесса биохимической очистки сточных вод.
Искусственная аэрация позволяет интенсифицировать процесс растворения
кислорода в жидкости и за счет этого повысить скорость биохимического процесса. Кроме того, искусственная аэрация (в аэротенках, аэрируемых биопрудах) обеспечивает перемешивание жидкости с активным илом, подвод загрязнений и кислорода и отвод продуктов реакций к микроорганизмам активного ила и биопленки. В аэротенках и других типах аэрационных сооружений применяются различные системы искусственной аэрации: пневматическая, механическая, комбинированная (пневмомеханическая) и водоструйная (эжекционная).
3
1.1. Классификация систем искусственной аэрации
При пневматической аэрации воздух нагнетается в жидкость через пористые и перфорированные аэраторы. В зависимости от степени диспергирования
воздуха, крупности выходящих пузырьков различают мелкопузырчатые и среднепузырчатые пневматические аэраторы. В зависимости от глубины их погружения
пневматическая аэрация подразделяется на низконапорную (заглубление до 1,5 м)
и высоконапорную (свыше 2,0 м).
Механическая аэрация обеспечивает поступление кислорода и перемешивание жидкости с помощью вращающихся элементов аэратора.
Пневмомеханическая аэрация является комбинированным методом: воздух
подается под давлением под механический аэратор.
Водоструйная (эжекционная) аэрация заключается в вовлечении воздуха
струей, подаваемой под напором жидкости через эжектор. Струя водовоздушной
смеси обеспечивает также перемешивание жидкости в сооружении.
В настоящем пособии будет рассматриваться только пневматическая аэрация как наиболее универсальная.
1.2. Массоперенос кислорода
Общие сведения. В атмосферном воздухе содержится примерно 20,9 % кислорода, или около 250–260 г/м3, в зависимости от температуры и атмосферного
давления. Кислород является малорастворимым в воде газом, содержание которого также зависит от температуры и давления. Растворимость кислорода в чистой
воде СТ при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) при различной температуре
приведена ниже (табл. 1).
Таблица 1
Растворимость кислорода в воде при различной температуре
Температура
воды, ºС
СТ, мг/л
5
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
12,79
11,27
10,75
10,26
9,82
9,4
9,02
8,67
8,33
8,02
7,72
При другом давлении растворимость кислорода определяется так:
Стр = СТ
Р1
,
Ра
(1)
где Стр – требуемая концентрация; Р1 /Ра – отношение парциального давления
кислорода к нормальному атмосферному давлению.
Например, при использовании технически чистого кислорода при давлении
1 атм предельная растворимость изменится С тр = СТ
больше.
4
1
или станет в 4,8 раза
0,209
В сооружениях с пневматической аэрацией подача и распределение воздуха
производятся на определенной глубине hа, равной заглублению аэраторов; в этом
случае парциальное давление газа по мере всплывания пузырьков воздуха изменяется от Ра + hа до Ра и в среднем составляет (м вод. ст.):
ha
,
(2)
2
где Ра – давление газа на поверхности жидкости в сооружении (атмосферное
давление).
В этом случае
Р1 = Ра +
ö
÷÷.
(3)
ø
Массопередача кислорода в воду. Скорость растворения (сорбции) кислорода
в воде описывается уравнением
Стр = СТ
æ
Ра + hа / 2
h
= СТ çç1 + a
Ра
è 2 Pa
dC
= K а (С тр - С 0 ),
(4)
dt
где Kа – объемный коэффициент массопередачи кислорода в жидкость, 1/ч;
Стр – предельная растворимость кислорода в воде при температуре Т и давлении Р,
мг/л; С0 – концентрация растворенного кислорода в момент времени t, мг/л.
Объемный коэффициент массопередачи кислорода Kа является произведением коэффициента массопередачи K и удельной поверхности пузырьков воздуха а.
В СНиП [1] величина Стр обозначена как Са и в дальнейшем будет использоваться
в таком написании.
Наличие в жидкости растворенных и нерастворенных примесей, а также ее
температура оказывают влияние на величину объемного коэффициента массопередачи Kа газа в жидкость, т. е. на скорость его растворения.
Влияние температуры жидкости на величину Kа выражается зависимостью
[
]
( K а ) = (K а )20 KТ = (K а )20 [1 + 0,02(Т - 20 )] ,
(5)
где (Kа)20 – объемный коэффициент массопередачи при Т = 20 °С.
Влияние состава сточных вод на величину Kа учитывается коэффициентом
качества воды Kз:
Kз =
( Kа )з ,
(K а )ч
(6)
где (Kа)з и (Kа)ч – объемные коэффициенты массопередачи соответственно для
загрязненной и чистой воды при одинаковой температуре.
Таким образом, уравнение (4) можно представить в виде
dC
= K з KТ (K а )20 (Са - С0 ) .
dt
5
(7)
Значения коэффициентов, учитывающих влияние состава сточных вод на
скорость переноса кислорода в жидкость, определяются экспериментально. Кроме растворенных примесей, на Kз влияет содержание взвешенных веществ активного ила.
Эта зависимость имеет вид
(8)
K з = 1 - K в Св0,67 ,
где Св – суммарная концентрация взвешенных веществ и активного ила в аэрируемой смеси; Kв – коэффициент, зависящий от природы взвесей.
Для городских сточных вод рекомендуется принимать Kз равным 0,85.
Влияние температуры на массоперенос кислорода отражено в двух факторах: коэффициенте KТ и концентрации СТ. Величина KТ учитывает увеличение скорости диффузии с ростом температуры (2 % на 1 °С), а СТ – снижение растворимости кислорода при увеличении температуры. Произведение этих параметров ЭТ
(эффективность массопереноса, г/м3) и относительная величина ЭТ / Э20 (табл. 2)
приведены ниже:
( )
ОС = f ha2 / 3 .
(12)
(9)
Таблица 2
При переходе от опыта в чистой воде к условиям работы аэраторов в иловой
смеси аэротенков водятся коэффициенты K з и K Т и учитывается наличие
растворенного кислорода:
ОС= K1K2KзKT (Ca – C0).
(14)
Примем hа = 4,5 м; 1+ha / 20,6 = (1 + 4,5/20,6) = 1,218; С0 = 3 мг/л.
Зависимость эффективности массопередачи от температуры
ЭТ / Э20
0,18
æ 1 öæ f ö
ОС = f çç 0,67 ÷÷çç az ÷÷ .
(11)
è d n øè f at ø
В отдельное выражение включено влияние глубины расположения аэраторов hа:
Обозначив упомянутые факторы как коэффициенты K1 и K2, получим
выражение ОС в виде
(13)
ОС = K1 K 2 Са .
ù
é æ
h ö
ЭТ = KТ êСТ çç1 + a ÷÷ - С0 ú .
û
ë è 20,6 ø
Т, °С
KТ
СТ (1,218) –
– 3, мг/л
ЭТ’
dC
= ОС = (K а )20 Са .
(10)
dt
В зарубежной литературе ОС называют SOTR (standard oxygen transfer rate) –
стандартная скорость аэрации.
В отечественной практике [1] принято выделять влияние отдельных факторов
на величину ОС. В первую очередь выделяется влияние крупности образующихся
пузырьков воздуха dn и соотношение размера зоны faz, охватываемой аэрацией,
и общей площади дна аэротенка fat. В общем виде зависимость определяется так:
8
0,76
10
0,8
12
0,84
14
0,88
16
0,92
18
0,96
1
20
11,43
10,73
10,13
9,50
9
8,51
8,06
8,68
1,08
8,6
1,07
8,5
1,05
8,4
1,05
8,29
1,03
8,17
1,01
8,06
1,0
Таким образом, оценивается массоперенос кислорода из 1 м3 воздуха в
производственных условиях; суммарная подача растворенного кислорода Qк (г/
м3) на 1 м3 сточных вод определяется по формуле
Qк = ОС·qair,
В конечном итоге, судя по изменению ЭТ / Э20, влияние температуры воды
является не столь значительным.
Определение скорости массопередачи. Скорость массопереноса кислорода определяется путем аэрации чистой воды в резервуарах, максимально приближенных к реальным сооружениям (объем резервуара, интенсивность аэрации, расположение отдельных аэраторов в емкости резервуара). Обескислороживание воды
проводят добавкой реагента сульфита Na2SO3 (либо бисульфита NaHSO3) натрия,
отдувкой кислорода при помощи барботажа воды газообразным азотом. Опыт осуществляют при небольшом повышении концентрации растворенного кислорода
в диапазоне от 1–2 до 4–5 мг/л. Полученные результаты пересчитывают по экспериментально определенной величине (Kа)20 при отсутствии растворенного кислорода, т. е. при С0 = 0. Полученную величину принято называть окислительной способностью (ОС) в расчете на 1 м3 воздуха (гО2/м3·ч).
6
(15)
где qair – удельное количество воздуха на 1 м сточных вод, м /м .
3
3
3
Расчетные параметры по СНиП. Расчетные данные по варианту определения окислительной способности приведены в [1, п. 6.157: табл. 42 для K1,
табл. 43 для K2]. Рекомендации по учету влияния СПАВ на величину зоны аэрации
даны в [1, табл. 44]. Наличие СПАВ учитывается при содержании их в количестве
7,5–10 мг/л, что случается редко. В условиях нормальной эксплуатации очистных
сооружений концентрация СПАВ ниже 5 мг/л и поправка не вводится. В табл. 42
и 43 [1] приведены ограничения по интенсивности аэрации Ja (м3/м2×ч) в расчете
на 1 м2 площади аэротенка в час:
Ja =
Qair
,
Fat
где Qair – расход воздуха, м3/ч; Fat – площадь дна аэротенка, м2.
7
(16)
Ограничения касаются минимальной Ja min и максимальной Ja max интенсивности аэрации. Значение Ja min относится к условиям предотвращения осаждения
и размыва осевшего на дно аэротенка активного ила за счет создания скорости
движения воды у дна в диапазоне 0,1–0,15 м/с. Максимальная интенсивность ограничивается пропускной способностью аэрационных систем; обычно она указывается в паспортных данных на аэраторы.
Способ расчета аэраторов по СНиП [1] разработан по усредненным данным
по типам аэрационных систем, объединенных понятиями мелкопузырчатой
(dn = 1–4 мм) и среднепузырчатой (dn = 5–10 мм) аэрации.
Параметры работы аэраторов по паспортным данным. Новые аэрационные системы имеют технический паспорт, в котором указываются параметры
работы и ограничения. В паспорте обычно приводятся окислительная способность
(SOTR) или процент использования кислорода SOTE (standard oxygen transfer
efficiency) при диспергировании его на глубине hа в табличном либо графическом
виде. Процент использования кислорода вычисляется как отношение количества
растворившегося кислорода к его начальному содержанию в воздухе. Количество
растворившегося воздуха равно ОС×Wat, а количество поданного Qair×S0, где
Qair – расход воздуха, м3/ч; S0 – удельное содержание кислорода воздуха, примерно
250–260 г/м3. Следовательно,
SOTE =
SOTR Wat .
Qair S0
(17)
Иногда процент использования указывают на 1 м слоя воды в аэротенке.
В этом случае
SOTE = SOTEh h x ,
(18)
где SOTEh – процент использования кислорода на 1 м слоя воды, а x = 0,7–1,0.
При использовании паспортных данных фирм-изготовителей аэраторов следует иметь в виду, что они получены в небольших по объему резервуарах на чистой воде и на новых аэраторах, ранее не использованных. Переход к производственным условиям – с учетом коэффициента качества воды Kз, ухудшения свойств
аэраторов в ходе их эксплуатации, соотношения размеров резервуаров осуществляется с помощью коэффициента Kэ (см. стр. 7). Таким образом, для эксплуатационных условий
SOTEэ = K э SOTE .
(19)
1.3. Потребление кислорода и расчет аэраторов
Расходование органических веществ. Запас органических веществ выражают в весовых единицах – веса органической части сухого остатка, либо в виде
8
термодинамических показателей типа ХПК или БПК5, которые могут быть выражены в количестве израсходованного кислорода, либо запасенной энергии (джоули или калории), эквивалентной расходу кислорода. Распределение органических
веществ в ходе биологической очистки между окисленной и ассимилированной
частями протекает весьма изменчиво, поэтому применяют упрощенные модели с
различной степенью точности. Анализируя состав сточных вод, можем отметить
следующее. Из общего количества ХПК на одного эквивалентного жителя – примерно 120 г/чел.×сут – 12–15 % остается в очищенной воде; биодеградабельная
часть, выраженная в виде БПКп, составляет 75–80 г/чел.×сут, и эта часть активно
участвует в процессах окисления загрязнений и в приросте избыточного ила.
По опыту работы очистных станций и предлагаемым специалистами моделям процесса биологической очистки можно установить, что примерно 50 % органических веществ по ХПК расходуется на прирост ила и такая же часть на энергетические нужды. Исходя из этого положения, определим окисляемую часть загрязнений в виде 0,5 (ХПКen – ХПКex). Заметим, что БПК5 составляет 50 % от ХПК,
поэтому, пользуясь численным совпадением, можем окисляемую часть обозначить
(
)
ex
как Len
5 - L5 .
Суммарное потребление кислорода. В процессе нитрификации на окисление аммонийного азота до нитратов расходуется 4,57 г/г кислорода, или (4,57Ч CNн ),
где CNн – количество нитрифицированного азота [5]. При денитрификации возвращается 2,86 г/г химически связанного кислорода, или 2,86 CNд , где CN д – кооличество денитрифицируемого азота [5].
Суммарное потребление кислорода (г/м3) Пк, включая все виды его расходования, составит
ex
П к = ( Len
5 - L5 ) + 4,57 × C N н - 2,86 × C N д .
(20)
Расчет потребного количества кислорода и воздуха. Составим баланс
потребления и растворения кислорода на 1 м3 сточных вод
Qк =Пк
или
ex
K Т K з ( K a ) 20 (С а - С 0 ) q air = ( Len
5 - L5 ) + 4,57 × C N н - 2,86 × C N д .
(21)
Удельный расход воздуха qair в м3 на 1 м3 сточных вод равен
qair =
ex
( Len
5 - L5 ) + 4,57 × C N н - 2,86 × C N д
( K а ) 20 × K з × KT × (Ca - C0 )
9
.
(22)
1.4. Типы пневматических аэраторов
В СНиП [1] принята интерпретация:
qa =
ex
( Len
5 - L5 ) + 4,57 × C N н - 2,86 × C N д
K1 × K 2 × K з × K T × (Ca - C0 )
.
(23)
Если использовать материалы фирм-изготовителей аэраторов, следует
учитывать коэффициент Kэ, концентрацию кислорода С0 в аэротенке и температуру
воды:
Qкэ = ОС qair
Са - С0
K э KТ или
Са
Qкэ = SОTR qair
Са - С0
K э KТ .
Са
(24)
Если в паспортных материалах приведена величина SOTEh, то расход воздуха
вычисляют по формуле
С - С0
Qкэ = ( SОTEh hax ) S0 qair а
KТ K э .
(25)
Са
Следует учитывать, что часть фирм переводит SOTE на единицу глубины ha
по прямой пропорции, т. е. SOTE = (SOTEh)ha, а другая часть – SOTE = (SOTEh)ha0,7.
Расход и концентрация сточных вод по часам в течение суток меняются.
Приводимое в расчетах значение С0 является усредненной величиной как во времени суток, так и по длине аэротенка (наименьшее значение в начале и наибольшее на заключительном отрезке аэротенка). Переменная по длине аэротенка концентрация растворенного кислорода может быть усреднена по формуле
C 0ср = С0max 0,65 ,
(26)
где С 0max – максимальная концентрация растворенного кислорода на заключительном отрезке аэротенка.
Изменение концентрации по часам суток зависит от гидрографа и полютографа на каждой очистной станции. Главными являются концентрация и расход
сточных вод в часы максимального притока, когда из-за недостатка кислорода
может подавляться нитрификация; однако это явление может возникнуть только
при малом времени очистки (4–5 ч), так как в аэротенках происходит интенсивное
перемешивание, и пиковые значения расхода и концентрации уменьшаются за счет
разбавления. Рекомендуется принимать величину С0 равной 2,5–3,0 мг/л при отex
æ С NH
ö
4
ç
÷
носительно неглубокой нитрификации ç en = 0,1 - 0,2 ÷ и 3–3,5 мг/л в случае
C
è NH 4
ø
ex
æ С NH
ö
4
ç
÷
более глубокой очистки ç en = 0,03 - 0,05 ÷ . Расчет расхода воздуха ведут обычC
è NH 4
ø
но по среднечасовому расходу сточных вод.
10
Виды аэрационных систем аэраторов можно классифицировать по их конфигурации (пространственные и линейные), по расположению в аэротенке (пристенные и рассредоточенные по днищу), по количеству рядов (однорядные, двухрядные, многорядные) и в зависимости от типа пористой перегородки (трубы,
плоские мембраны).
Потери напора в аэраторах различны и зависят от запыленности воздуха,
размеров пор, способа защиты аэраторов от загрязнений. Различают аэраторы незащищенные, частично защищенные и самоочищающиеся. Незащищенные аэраторы изготавливают из однородных материалов (полиэтилен экструзивного типа,
стеклопластик), с относительно однотипными порами, которые со временем закупориваются, в работе остаются только крупные поры, выходящие из них пузырьки воздуха становятся крупнее, и аэратор теряет свойства эффективности и экономичности. Сопротивление таких аэраторов возрастает от величины 0,1–0,2
до 0,6–0,7 м вод. ст.
Аэраторы (частично защищенные) обладают способностью улавливать частицы пыли в слоях пористого материала с большой грязеемкостью. Примером таких аэраторов являются аэраторы фирмы «Экополимер». Крупная и мелкая пыль
задерживается в крупнопористых слоях, а очищенный от пыли воздух диспергируется в верхнем мелкопористом слое. Срок службы этих аэраторов увеличивается с 3–4 до 6–7 лет.
Самоочищающиеся аэраторы имеют систему очистки от пыли. Примером
таких аэраторов могут быть мембранные купольные аэраторы с резиновой диафрагмой. В нерабочем состоянии поры мембраны сомкнуты и недоступны для проникновения активного ила. В рабочем состоянии, под воздействием напора воздуха, диафрагма раздувается и поры раскрываются. Для очистки аэраторов увеличивают расход воздуха и задержанные на кромках пор частицы выносятся в воду.
Такие аэраторы служат 6–7 лет и очищаются ежегодно; эффективность аэрации
снижается незначительно. Замена аэраторов осуществляется из-за старения и растрескивания диафрагмы.
При переходе от паспортных характеристик аэраторов, определенных в чистой воде и приведенных к нормальному давлению воздуха (760 мм рт. ст.) и температуре 20 °С, следует учитывать изменение условий работы аэраторов, в частности:
· понижающий коэффициент Kз «качества» сточных вод (иловой смеси);
· различия в расположении аэраторов в объеме аэротенков и в резервуаре,
использованном для определения технических характеристик аэраторов (Kр);
· снижение эффективности аэраторов в ходе эксплуатации вследствие засорения и старения материалов (Kt).
Коэффициент качества воды Kз следует принимать по СНиП [1] равным 0,85.
Различия в расположении аэраторов в испытательном резервуаре и в аэротенке
заключаются в том, что объем резервуаров несопоставимо меньше объема и сече11
ния аэротенков, и если ввести соответствующий понижающий коэффициент Kр,
его значение будет составлять 0,8–0,9. Снижение эффективности работы аэраторов во времени общеизвестно, и когда фирма гарантирует работоспособность аэрационной системы в течение 6–8 лет, следует учитывать, что за этот период эффективность мелкопузырчатой аэрации снизится почти вдвое. Обычно срок службы
аэраторов принимают 4–5 лет, эффективность аэрации снижается, средние условия за этот период можно характеризовать величиной эксплутационного коэффициента Kt = 0,95–0,9.
Одновременный учет коэффициентов
1
2
3
4
5
6
7
K э = K з × K р × K t = 0,58–0,66.
Компания «Дегремон» [6] рекомендует принимать значение Kэ = 0,6–0,64,
и эту рекомендацию следует использовать в расчетах.
1.4.1. Трубчатые аэраторы
Их изготавливают методом напыления (экструзии) расплавленных пластмасс
(полиэтилена, полипропилена и других материалов) и в зависимости от условий
напыления получают различные пористые изделия.
Судя по размерам получаемых пузырьков воздуха, различают микро-, мелко- и среднепузырчатые аэраторы. В некоторых аэраторах имеется конструктивно
жесткий каркас, на который напылен пористый материал, а в других каркас отсутствует и жесткость конструкции достигается за счет утолщения стенок пористой
трубы.
Аэраторы каркасного типа скрепляются друг с другом или воздухораспределительным трубопроводом с помощью резьбового соединения, а бескаркасные –
при помощи специальных муфт либо металлических вставок, причем для усиления
конструкции могут быть использованы металлические стяжки. Заметим, что бескаркасные аэраторы могут выполнятся в виде чулка или гибкого пористого шланга.
Аэраторы из пористых трубок малого диаметра выполняют в виде решеток
(рис. 1). Система аэрационных элементов крепится на стойках на высоте 0,3–0,5 м
над днищем аэротенка. Трубки могут располагаться по обе стороны воздуховода
соосно либо в шахматном порядке.
Способы расположения аэраторов в поперечном сечении коридорных аэротенков показаны на рис. 2. Выбор типа расположения зависит главным образом от
допустимой нагрузки по воздуху и индивидуальных характеристик аэраторов.
Описание трубчатых аэраторов фирмы «Калан» приведено на рис. 3. Там же
показана система крепления аэраторов. Воздух из аэраторов небольшого диаметра (38, 68, 80 мм) выходит по обе стороны пористой трубки, площадь аэрируемой
поверхности от 0,4 до 0,5 общей поверхности трубки. Секция решетки аэраторов
длиной 20–30 м снабжается воздухом от одного стояка. Диаметр стальной или
12
Рис. 1. Пористые однослойные трубы:
1 – воздуховод; 2 – хомут; 3 – муфта; 4 – пористая трубка; 5 – заглушка;
6 – крепление трубок; 7 – стойки крепления воздуховода
Рис. 2. Схемы установки пространственных (а, б) и линейных (в, г) аэраторов:
а – пристенное однорядное расположение; б – двухстороннее расположение аэраторов
по обеим сторонам стен; в – пристенное двухрядное расположение;
г – рассредоточенное по всей ширине коридора аэротенка
13
пластмассовой распределительной трубы 150–175 мм. Расстояние между трубками от 0,5 до 1,0 м. Аэрационные решетки устанавливают с одной стороны коридора аэротенка, а в широких коридорах с двух сторон (рис. 2, а и б).
Другой пример установки аэраторов из труб малого диаметра показан на
рис. 3 и 4. Трубчатые элементы диаметром 65 мм при помощи соединительных
муфт на резьбе собираются в плети длиной до 50 м (от одного воздушного стояка).
В одном коридоре могут быть установлены 2, 3 или 4 параллельные линейные
системы (см. рис. 2).
4
1 – всасывающий фильтр; 2 – воздуходувка; 3 – обратный клапан; 4 – трубопроводная сеть; 5 – распределитель воздуха; 6 – кран; 7 – резьбовое соединение
с якорными элементами; 8 – присоединительный трубопровод; 9 – резьбовое
соединение; 10 – аэрационный элемент;
11 – электрощиток; 12 – датчик (O2, pH,
°C, Q)
2
3
4
Рис. 4. Аэраторы фирмы «Кубичек»
1
3
2
Рис. 3. Трубчатые аэраторы фирмы «Калан» (Санкт-Петербург);
схема системы аэрации с диспергаторами d = 38 мм
1 – опуск; 2 – воздуховод; 3 – диспергатор (аэратор); 4 – фиксация диспергаторов
Основные характеристики диспергаторов (d 38´d 52´500):
расход воздуха на один элемент, м3/ч
диаметр пузырька воздуха при отрыве от диспергатора, мм
окислительная способность диспергатора SOTR, г О2/м3×ч
сопротивление, мм вод. ст.
Наименование показателей
Размер труб, мм:
диаметр внутренний
длина
Толщина стенки, мм
Размеры труб, мм:
диаметр внутренний
длина
толщина стенки
3,8–4,0
1–3
до 52
50–200
Значения
38
68
80
12
100
До 2500
До 25
170
190
18
24
56
До 650
До 25
14
L – длина элементов (для заказа);
1 – несущая трубная конструкция; 2 – аэрационная мембрана;
3 – якорные элементы; 4 – присоединительный трубопровод;
5 – днище и стенки бассейна
Параметры работы
Расход воздуха на единицу длины аэрационного элемента, ч
Рекомендуемый расход воздуха на единицу длины
аэрационного элемента, ч
Степень растворения кислорода при стандартных условиях
Процент использования кислорода при стандартных
условиях на метр погружения элемента (SOTEh)
Потеря давления на аэрационном элементе
Наружный диаметр аэрационного элемента
Длина аэрационного элемента (L)
Минимальное расстояние между параллельными
аэрационными элементами
Высота оси аэрационного элемента над дном бассейна
10 м2/м×ч
2-5 м2/м×ч
3-5 кг О2/кВт×ч
5-6 %/м
3-5 кПа
65 мм
max 50 м
200 мм
60 мм
Линейные системы пневматических аэраторов создают из труб большого
диаметра с развитой поверхностью пористого слоя. Чаще применяются каркасные аэраторы с двухслойным напылением: на перфорированный каркас сначала
наносится крупнопористый волокнистый слой, а затем мелкопористый. Другой
вариант подобной системы предусматривает возможность замены диспергирующего элемента, выполняемого в виде съемного наружного цилиндра. Соединительные части системы выполняют по типу тройников и угловых поворотных элементов для подсоединения стояков или боковых отводов. Диаметр труб от 150 мм,
15
длина отдельных отрезков аэрационных труб до 2500 мм. Аэраторы крепятся на
раме с двумя стойками при помощи хомутов. Схемы установки линейных аэраторов показаны на рис. 2: в – пристенное двухрядное расположение и г – рассредоточенное по всей ширине коридора аэротенка. В приложении 1 и 2 приведены
технические параметры линейных трубчатых аэраторов фирмы «Экополимер».
Трубчатые аэраторы с тонкими трубами подвержены поломкам (вследствие
образования жгутов из волокнистых материалов вокруг труб) при прохождении
иловой смеси через решетку. На аэраторах из крупных труб обволакивание наблюдается реже. Расположение аэраторов – боковое пристенное либо по всей ширине коридоров аэротенков – предопределяется технологическими условиями,
такими как необходимая интенсивность подачи кислорода, эффективность аэрации, гидравлический режим движения воды в придонном слое. Эффективность
аэрации тем выше, чем больше площадь аэрационной зоны, но при условии отсутствия вредных компенсационных потоков и взаимного подавления аэраторов. Гидравлический режим предусматривает раскручивание потока жидкости и создания
придонной скорости движения воды не менее 0,1–0,15 м/с в зависимости от дозы
активного ила; этим условиям соответствует боковое пристенное расположение
аэраторов.
Расстояние между соседними аэрационными элементами назначается из
условия их взаимодействия, которое заключается в смыкании факелов водовоздушной смеси на высоте от днища ( 0,5–0,7) ha (рис. 5): в случае 5, а аэраторы
находятся во взаимодействии; 5, б – крайний пристенный аэратор как бы «заперт»
факелом соседнего аэратора. Внутри пространства между аэраторами образуется
область ненужных насыщенных кислородом циркуляционных потоков, препятствующих проникновению обескислороженных струй в аэрируемое пространство.
Исходя из этого положения составим упрощенную формулу расстояния Dl между
элементами при общем угле расширения струи 10°:
Dl = d a + 2(0,5- 0,7) ha × tg5o
или
Dl = d a + (0,09 -0,12) ha .
Рис. 5. Расположение аэраторов с образованием монолитного
водовоздушного потока (а) и с зоной внутренней циркуляции воды в
водовоздушном потоке (б)
16
(27)
Например, при заглублении аэраторов на 4,2 м в виде решетки из труб диаметром 0,06 м расстояние между ними составит 0,48–0,56 м, или усредненно 0,5 м.
В аэротенках большей глубины расстояние между элементами увеличивается до
0,7–1,0 м.
1.4.2. Мембранные дисковые аэраторы
Различают мембраны жесткие и мягкие: жесткие выполняют из твердых
пористых листовых материалов, а мягкие – из перфорированной резины и других
рулонных мягких материалов. Аэрационные блоки состоят из системы распределительных труб с установленными на них отдельными диспергаторами (рис. 6, 7).
Мембрана (диск) зажимается между чашей и уплотнительным кольцом
с резьбой. Жесткие диски
по характеру работы мало
отличаются от пористых
трубчатых аэраторов. Перфорированные мягкие мембраны при подаче сжатого
воздуха раздуваются в виде
купола, колотые либо прожигаемые лазером отверстия раскрываются, над
аэратором образуется факел восходящей водовозРис. 6. Диспергаторы фирмы «Flygt» и тихоходные
душной смеси. Располагая
мешалки типа 4410 или 4430
аэраторы между собой,
стремятся создать на поверхности аэротенка сплошной аэрируемый слой, но без
подавления одного аэратора другим. Водовоздушный факел расширяется к верху
под углом примерно 10°. Например, если диаметр аэратора 0,175 м, то на поверхности аэротенка (ha = 4,2 м) образуется аэрируемый круг диаметром 0,9 м
( 0,175 + 2 × 4,2 × tg 5o ).
Если руководствоваться принципом слияния факелов на поверхности, то
отдельные аэраторы следует устанавливать на расстоянии 1 м друг от друга. Расстояние может быть увеличено до 1,2–1,5 м при максимальной подаче воздуха или
сокращено до 0,8 м при минимальной подаче. По другому варианту слияние факелов может происходить на глубине 2 м, и тогда расстояние между факелами сократится до 0,6–0,7 м, но в этом случае необходимо исключить минимальную подачу
во избежание прекращения аэрации, когда гидравлическое сопротивление отдельных аэраторов окажется слишком низким. Иногда большое количество установленных аэраторов приводит к пульсирующей аэрации: воздух выходит дискретными струями с небольшими по времени перерывами из разных аэраторов.
17
Согласно паспортным данным возможно
не устанавливать водовыбросные стояки для удаления проникшей воды из распределительной
системы труб, поскольку смыкание отверстий
герметизирует систему; однако нештатное появление щелей и прорывов не исключено, и наличие водовыбросных стояков позволяет поддерживать работоспособность аэрационной системы без частых остановок. Длина одного распределительного трубопровода с аэраторами может
составлять 10–15 м, поэтому блок аэраторов
с расположенным в центре стояком и подающей
трубой может охватить 20–30 м длины коридора. Плети воздуховодов обычно собираются из
готовых элементов длиной до 3 м с установленРис. 7. Диспергаторы фирмы
ными на них аэраторами.
«Nopol» установлены на Северной
Аэрационная система «Аква-Пласт» на базе
станции аэрации (ССА) в
аэраторов
с резиновой диафрагмой АР-300-М
маневренной секции с мешалками
показана в прил. 3. К одному воздушному стояку
присоединяется распределительный воздуховод, от которого отходят 4–9 линейных
воздуховодов с установленными на них аэраторами. Помимо аэраторов в виде пластины, могут быть использованы кольцевые аэраторы типа Аква-Тор (прил. 4).
Общая расчетная продолжительность очистки 10 ч, в том числе: в предденитрификаторе 1,0 ч, в анаэробной зоне 1,4 ч, в аноксидной 1,3 ч, в аэробной 6,3 ч,
считая по среднечасовому притоку сточных вод. В проекте принято по конструктивным соображениям четыре секции биоблока размером 56 ´ 18 ´ 4,5 м ( L ´ B ´ H ) ,
объем одной секции 4536 м3. Схема устройства одной секции блока показана
на рис. 8.
В каждой секции, согласно схеме, объем предденитрификатора 486 м3, площадь 108 м2; объем аэробной зоны 2916 м3, площадь 648 м2; в целом площадь
секции 1008 м2.
Расчет аэраторов начинается с определения потребности в кислороде, г/м3:
ex
П к = ( Len
5 - L5 ) + 4,57 C N н - С N д = ( 90 - 3) + 4,57 × 15,5 - 2,86 × 8,5 = 133,5 .
Подача кислорода будет зависеть от типа аэраторов, их расположения; задача решается подбором путем проведения прикидок.
Вариант 1. (Расчет по СНиП [1].) Используем аэратор в виде решетки с двухсторонними пористыми трубками наружным диаметром 60 мм, присоединенными
1.5. Примеры расчетов аэрационных систем
Исходные данные для примеров. Расходы сточных вод: суточный 45 000 м3/сут,
среднечасовой 1875 м3/ч, максимальный 2794 м3/ч. Температура воды: среднегодовая 14 °С, летняя 19 °С; состав воды см. в табл. 3.
Таблица 3
Состав осветленной и очищенной воды
Показатели
Взвешенные вещества
ХПК
БПК5
Азот общий
Азот аммонийный
Фосфор общий
Фосфор фосфатов
Концентрация, мг/л
В осветленной воде
В очищенной воде
70
7,0
190
40
90
3,0
23
10
20
2,0
3,3
1,5
2,8
1,0
Рис. 8. Схема проектируемого блока биологической очистки сточных вод
В ходе расчетов было определено, что количество денитрифицированного
азота С N д составило 8,5 г/м3, а нитрифицированного С N н примерно 15,5 г/м3.
к воздуховоду 175 мм. Расчет проводим по данным СНиП [1] для мелкопузырчатых аэраторов. Обращаем внимание на низкую концентрацию загрязнений (разбавленный сток), в связи с чем расположение аэраторов по всему днищу аэротенков едва ли возможно. Учитывая большую ширину коридоров аэротенка – 8 м
(см. рис. 8), принимаем двухстороннее расположение аэраторов по обеим сторонам стен (см. рис. 2, б) с конструктивным оформлением (согласно рис. 9). Стояки
от магистрального воздуховода установлены по одному на каждый блок; ширина
блока 1175 мм ( 500 ´ 2 + 175 мм), длина 16 м с учетом отступления от несущих
стен секции по 1,0 м от каждой стороны. Расстояние между трубками 500 мм, их
18
19
общее количество в блоке 64, каждая из них создает аэрируемую площадь 0,244 м2
Сж. воздух
o
ум
( 0,06 + 0,5 × 2,1 × 2 × tg 5 ), в целом на блок 15,6 м2 ( 64 × 0,244 ). Расположенные по двум
сторонам коридора два блока аэраторов образуют площадь аэрационной зоны faz
в 31,2 м2. Площадь рассматриваемого отрезка аэротенка 144 м2 ( 8 ´ 18 ), отношение faz / fat составляет 0,217, или округленно 0,2. Согласно табл. 42 СНиП [1],
K1 = 1,68, при заглублении аэраторов на ha = 4,2 м (по верху трубок) K2 = 2,6(4,20,667).
При летней температуре 19 °С (среднемесячная) KТ = 0,98, СТ = 9 мг/л, Са = 10,8 мг/л
4,2 ù
é
о
ê9 × (1 + 20,6 )ú , Kз = 0,85, для нитрификации (до концентрации 2 мг/л остаточного
û
ë
аммонийного азота) концентрация растворенного кислорода С0 = 3 мг/л.
Подача кислорода следующая:
П = K1K 2 KТ K з (Са - С0 ) = 1,68 × 2,6 × 0,98 × 0,85(10,84 - 3) = 28,5 г/м3"ч.
133,5
@ 4,7 м3/м3.
28,4
Часовой расход воздуха на аэрацию четырех секций составляет
1875 × 4,7 = 8812 м3/ч.
Удельное количество воздуха на единицу длины пористой трубы при их общей длине 64 м (32 ´ 2), определяется следующим образом. На одну секцию приходится 2203 м3/ч сжатого воздуха. Если в секции восемь больших по длине аэрационных труб и две малых с общей длиной аэрационных трубок 288 м
( 8 × 32 + 2 ×16 ), то нагрузка по воздуху на них составит 7,65 м3/ч на 1 пог. м, чтоо
вполне допустимо по паспортным данным.
Минимально допустимая интенсивность аэрации Jmin по СНиП [1, табл. 43]
составляет 3,4 м3/м2"ч.
В нашем случае
Расход воздуха на 1 м3 сточных вод qair =
Qв 2203
=
= 3,4 ,
F
648
где 648 – общая площадь аэротенка.
Очевидно, что в такой ситуации приоритетом становится гидравлический
режим работы аэротенка.
В рассмотренном варианте принято равномерное распределение воздуха по
отдельным ячейкам аэротенка; при наличии данных по изменению скорости потребления кислорода в зависимости от продолжительности протока воды по аэротенку возможно составить иной расчет аэрационной системы.
Примерное положение аэрационных блоков показано на рис. 9, на котором
изображены полосы аэрации и подвод к ним сжатого воздуха.
J=
20
3
2
1
Рис. 9. Схема установки аэрационной системы с пористыми аэраторами в виде решеток
(см. рис. 3 и 4): 1 – аэрационные блоки; 2 – стояки; 3 – магистральный воздуховод
Другим способом аэрации может быть использование линейных аэраторов
из многослойных труб большого диаметра. Пропускная способность их составляет
14–18 м3/ч на 1 пог. м длины, в среднем 15 м3/ч. Ориентируясь на данные
предыдущего расчета, уточним некоторые параметры. Установим по два линейных
аэратора на расстоянии 0,6 м от стенок с каждой стороны ячеек аэротенка
в пристенном исполнении; диаметр труб 180 мм, длина плетей 16 м (отступление
по 1,0 м от стен секции). В каждой плети длина пористых труб 14 м, остальная
часть занята соединительными элементами. В секции имеются четыре ячейки
с длиной аэраторов 224 м (4 ´ 4 ´ 14) и одна малая ячейка (4 ´ 7 = 28), общая длина
аэрационных труб 252 м. Площадь аэрационной зоны, приходящаяся на 1 пог. м
пористой трубы, составляет 0,548 м2 (0,18 + 2 × 4,2 × 0,5 × tg 5°), а в целом на секцию
138 м2. Соотношение faz / fat равно 0,213, коэффициент K1 несколько возрастает (до
1,7), однако нет необходимости вносить уменьшающую поправку на удельный
расход воздуха, полученный в предыдущем примере – 4,7 м3/м3.
Вариант 2. В паспортных данных фирм-изготовителей приводятся параметры работы аэраторов на чистой воде: окислительная способность SOTR, гО2/м3×ч,
либо эффективность аэрации SOTE (использование кислорода воздуха (%) при
конкретной глубине погружения аэратора либо в расчете на 1 м заглубления). Пересчет SOTE на другие значения глубины проводится по формуле
x
æ hа ö
SOTEh2 = SOTEh1 ç 2 ÷ ,
ç hа ÷
è 1ø
где х = 0,7 или 1,0 в зависимости от паспортных данных.
Например, если дана SOTE (22 %) для заглубления аэратора 3,8 м, то в переé æ 4,2 ö0,7 ù
счете на заглубление 4,2 м SOTE в первом случае составит 23,6 % ê22ç
÷ ú.
ëê è 3,8 ø ûú
Аэраторы Аква-Лайн-М. В качестве примера рассчитаем аэрационную систему Аква-Лайн-М фирмы «Экополимер». Технические данные аэратора: наружный диаметр 118 мм, длина элемента 1000 или 2000 мм, эффективность переноса
21
кислорода 22 % при заглублении 3,8 м. Принимаем заглубление аэратора 4,2 м,
значение SOTE 23,6 %.
Потребный расход воздуха:
qair =
Пк
.
C - C0
SOTE × S 0 × a
KТ K э
Ca
qair =
Значение Пк примем из предыдущего примера – 133,5 г/м3. Параметры: содержание кислорода в воздухе S0 примерно 255 г/м3, Са = 10,8, С0 = 3 мг/л, KТ при
19 °С составит 0,98, значение Kэ примем равным 0,65. SOTE по паспорту 23,6 %
(0,236 в долях единицы).
Удельный расход воздуха, м3/м3,
qair =
вает, что при определении процента использования кислорода применялась формула SOTE = 5,5 × ha , т. е. прямо пропорциональная зависимость. Следовательно,
при ha = 4,2 м SOTE = 23 %.
Расход воздуха (по данным предыдущего примера)
133,5
= 4,8.
10,8 - 3
0,236 × 255 ×
0,98 × 0,65
10,8
Часовой расход воздуха, м3/ч,
Qair = 1875 × 4,8 = 9000 .
133,5
133,5
=
»5
10,8 - 3
м3/м3;
0,23 × 255 ×
0,98 × 0,65 26,97
10,8
Qв = 1875 × 5 = 9375 м3/ч, на 1 секцию 2343 м3/ч.
Предполагаемое количество аэраторов при пропускной способности одного аэратора 4 м3/ч составит примерно 590 шт. Принимаем такой вариант: в ячейке
аэротенка аэраторы устанавливаются с шагом 0,6 м, по две плети с каждой стороны ячейки в пристенном исполнении, с подающим стояком по середине плети.
Слева и справа от стояка будет установлено по 13 аэраторов, 104 аэратора на ячейку, или 468 аэрационных элементов. Нагрузка по воздуху на 1 аэратор 5 м3/ч. Схема
установки аэраторов показана на рис. 11. Слияние факелов водовоздушной смеси будет происходить на высоте 2,4 м, что следует из расчета ( 0,175 + 2 × 2,4 × tg 5 = 0,6 м).
Сж. воздух
На 1 секцию часовой расход воздуха составляет 2250 м /ч. Оптимальный
расход воздуха 14–20 м3/ч на 1 пог. м длины аэратора; если принять 14 м3/ч,
то общая длина аэраторов 643 м, следовательно длина одной секции будет равна
161 м. Длину одной плети аэраторов принимаем 16,5 м (отступление от стен
0,75 м); в одной плети семь труб длиной 2 м. В ячейке 28 аэраторов в четырех
плетях, общее количество аэраторов в секции 126, общая длина 252 м, нагрузка по
воздуху 9 м3/ч на пог. м. Схема установки аэраторов показана на рис. 10. Возможна
установка трех плетей аэраторов по схеме на рис. 2, г.
2
3
Сж. воздух
2
3
1
Рис. 11. Схема установки аэраторов с резиновой диафрагмой:
1 – воздухораспределительные трубы с аэраторами; 2 – стояки; 3 – магистральный
воздуховод
3
1.6. Подбор воздуходувного оборудования
1
Рис. 10. Схема установки аэраторов Аква-Лайн-М:
1 – линейные аэраторы; 2 – стояки; 3 – магистральный воздуховод
Аэраторы с резиновой диафрагмой. Согласно предложенному паспорту,
диаметр аэратора 175 мм, процент использования кислорода 5,5 % на 1 м заглубления аэратора, пропускная способность 3–4 м3/ч на один аэратор. Фирма указы22
В отличие от высоконапорных компрессоров, аппараты с низким давлением
(от 2 до 10 м вод. ст.) называют воздуходувками, независимо от вида рабочего
органа – центробежной турбины или двух- или трехлопастных ротационных нагнетателей. Зарубежные аппараты обычно выпускают в виде комплектного аппарата, включающего защиту от шума (кожух), фильтр очистки воздуха, автоматическую систему защиты от перегрузок и перегрева. Подбор воздуходувок производят по расходу и давлению воздуха, предусматривая резерв 100 % ввиду высокой ответственности этого узла в системе надежности очистной станции. Потребный напор (давление воздуха) вычисляют как сумму потерь плюс высота столба
воды над аэратором hа.
23
Требуемый напор воздуходувки Hв
Hв = ha + Dh1 + Dh2 + Dh3 + hз ,
(28)
где Dh1 – потери напора в аэраторах; Dh2 – линейные потери напора; Dh3 – местные
сопротивления; hз – запас напора 0,3–0,4 м вод. ст.
2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ИЛОВОЙ СМЕСИ В АНАЭРОБНЫХ
И АНОКСИДНЫХ ОТСЕКАХ
В анаэробных и аноксидных зонах блока биологической очистки должно
быть исключено появление растворенного кислорода и обеспечено перемешивание иловой смеси во избежание осаждения активного ила на дно сооружений.
Интенсивность перемешивания определяется по двум основным признакам: разрушение хлопьев ила, уменьшение их размеров, интенсификации диффузии (проникновения) реагирующих субстанций, а также предотвращение выпадения ила
и даже размыв слоя ила на дне сооружения в случае непредвиденных остановок
(перерывы в подаче энергии и т. п.). Разрушение крупных хлопьев ила происходит
при достаточно низких затратах энергии, и протекает в условиях действия касательных (тангенциальных) напряжений между струями воды (вихревое движение
струй жидкости). Внешнее проявление условий минимизации затрат энергии на
этот процесс – появление прожилок чистой воды в иловой смеси и формирование
крупных хлопьев ила.
Размыв слоя ила, осевшего на дне сооружения, требует значительно бóльших затрат энергии, поскольку ил при длительном хранении в условиях покоя
консолидируется. Для разрушения слоя необходимо создать поток воды со скоростью движения не менее 0,1 м/с. Если по первому признаку процесс возможно
контролировать по градиенту скорости, то во втором случае необходимо определять гидравлические условия в наиболее удаленных точках с низкой скоростью
движения воды. Обычно назначают тип и мощность мешалки по поддержанию
минимальной придонной скорости движения воды 0,1–0,15 м/с на наиболее ответственных участках сооружения (углы, малоподвижные зоны и т. п.). Задача
поддержания требуемой придонной скорости сложная и ее решают на основе данных экспериментальных исследований.
При вращении пропеллера (лопастей) мешалки будет создаваться поток воды,
плавно расширяющийся по мере удаления от мешалки. Количество перемещаемой жидкости принято выражать как насосный эффект мешалки, и он будет зависеть от диаметра, шага лопастей (условное расстояние между лопастями), числа
лопастей, скорости вращения пропеллера, геометрических параметров резервуара. В общем виде формула насосного эффекта такова:
Lн =
QH
nd 3
æВö
= CFr α1 ç ÷
èd ø
α2
æHö
ç ÷
èdø
24
α3
æ Z ö
θα4 çç ÷÷
è Z0 ø
α5
,
(29)
где Lн – насосный эффект; QH – расход перемещаемой пропеллером воды; n – число
оборотов; d – диаметр пропеллера; C – коэффициент; Fr – критерий Фруда;
В, Н – ширина и глубина резервуара; q – дисковое отношение; Z, Z0 – число лопастей;
α1–α5 – показатели степеней.
Типология выпускаемых мешалок отличается большим разнообразием. В
практике очистки сточных вод применяются тихоходные и скоростные мешалки
горизонтального и вертикального типа.
Тихоходные мешалки диаметром от 0,7 до 2,5 м используются в сооружениях
большого объема либо в удлиненных конструкциях, когда глубина либо ширина
коридора в 3–5 раз меньше его длины. Скоростные погружные мешалки нашли
применение в сооружениях средней производительности. Обычно устанавливают
погружные мешалки на некоторой высоте от дна с тем, чтобы факел движущейся
жидкости соприкасался бы с дном сооружения по линии минимально допустимой
скорости 0,15 м/с.
Скоростные мешалки размещают на высоте 0,7–1,0 м от дна до нижнего
края лопастей; тихоходные мешалки – в зависимости от их диаметра. Мощность
двигателя мешалок выбирают по их характеристикам, определенным по данным
испытаний в резервуарах значительных размеров. Обычно результаты испытаний
выражают в виде эмпирических зависимостей как произведение основных критериев
и симплексов (отдельных параметров, не связанных с критериями). Формулы такого
типа весьма сложны для расчетов, поэтому часто пользуются приведенной (к единице
объема) величиной мощности Wуд (Вт/1 м3). Поскольку мощность зависит от вязкости
иловой смеси, содержания СПАВ и концентрации ила, то в усредненном виде
удельная мощность Wуд может быть определена так [9]:
Wуд = α(ai )0, 24 ,
(30)
где a i – концентрация ила в смеси, мг/л; a – обобщенный коэффициент,
учитывающий вязкость воды, равный 0,95–1,05.
Конфигурация отсека для перемешивания иловой смеси, если она не может
быть изменена, например, при реконструкции действующей очистной станции,
влияет на место расположения и способ установки мешалок. На рис. 12 показаны
примеры расположения мешалок в отсеках различной конфигурации.
Наиболее популярное расположение мешалок в коридорных аэротенках приведено на рис. 12, д. В этом случае отношение длины отсека к его ширине составляет обычно 2:1, в крайнем случае 3:1. Типы мешалок – скоростные, горизонтальные. Если длина резервуара в 3–5 раз превышает его ширину, то используют вариант в с последовательным расположением мешалок и разгоном струи иловой смеси. В широком длинном резервуаре применяют вариант б; в длинных и не очень
широких резервуарах – г. Если перемешивание осуществляют в узких коридорах
трех- и четырехкоридорных аэротенков, то используют вариант е, частично оставляют межкоридорные перегородки и скругляют углы резервуара. Способы установки мешалок показаны на рис. 14 по данным фирмы «Flygt». Вспомогательное
25
а
б
в
г
д
е
Рис. 12. Примеры расположения мешалок в отсеках различной конфигурации:
а – в круглом бассейне; б – параллельное расположение в резервуаре большого объема;
в – последовательное расположение в большом резервуаре; г – в резервуаре
скругленной формы с поворотными простенками; д – диагональное расположение; е –
двухстороннее расположение мешалок с разделительной стенкой в резервуаре
оборудование для установок мешалок показано на рис. 15 по данным той же фирмы. Большой популярностью пользуется способ размещения мешалок на одной
либо двух стойках. При помощи ручных лебедок мешалки поднимают из воды,
осматривают, ремонтируют и вновь устанавливают в прежнее положение. Погружные мешалки более экономичны, нежели другие способы перемешивания воды.
Например, если применить аэрацию с минимальной интенсивностью, то затрачиваемая мощность будет намного выше. Сравним параметры в резервуаре размером 12´6´4,5 (L´B´H), объемом 324 м3, площадью дна 72 м2. Удельная мощность
на перемешивание для погружных мешалок 6,84 Вт/м3 (формула (30)), общая потребная мощность 2,2 кВт (6,84´324´10–3). При аэрации минимальная интенсивность подачи воздуха 3,25 м3/м2×ч, общий расход воздуха 234 м3/ч, потребная мощность 7,5 кВт при удельных затратах энергии 0,032 кВт/м3 воздуха (воздуходувка
26
ТВ 80-1,6). Очевидно, что аэрация
воды – невыгодный, затратный
способ перемешивания.
Мешалки на вертикальном
вале без опорного нижнего подшипника показаны на рис. 16–18.
Они применяются в резервуарах
квадратной формы и больших размеров (12´12, 18´18 м). Вертикальная мешалка в анаэробном
отсеке юго-западных очистных
сооружений показана на рис. 13.
Представленные в пособии типы
перемешивающих устройств следует рассматривать как отдельные
конкретные примеры, так как существует множество фирм, выпусРис. 13. Вертикальная мешалка в анаэробном
кающих аналогичное оборудоваотсеке юго-западных очистных сооружений
ние. Обратим внимание на то, из
каких соображений следует отдавать предпочтение той или иной конструкции:
· надежность и обеспеченность запасными частями;
· потребление энергии, унификация оборудования в случае замены
мешалок;
· соответствие типа мешалок и геометрических параметров резервуара.
2.1. Примеры расчетов и подбора перемешивающего оборудования
Пример 1. Блок биологической очистки принимаем по предыдущим расчетам
(см. стр. 16). Размеры предденитрификатора 12´9´4,5, объем 486 м3, такие же
размеры денитрификатора, объем анаэробной зоны 648 м3, размеры 16´9´4,5 м.
Мощность мешалок вычислим по формуле (30) при дозе активного ила 2500 мг/л
и коэффициенте a = 1,0.
Для предденитрификатора и денитрификатора
Wуд = α(ai )0,24 = 1 (2500 )0,24 = 6,5 Вт/м3;
W = 486 × 6,5 = 3159 Вт или » 3,2 кВт.
То же для анаэробной зоны:
W = 648 × 6,5 = 4200 Вт или » 4,2 кВт.
По каталогу фирмы «Flygt» принимаем три одинаковые скоростные мешалки типа 4650: мощность двигателя 5 кВт, диаметр пропеллера 650 мм, диаметр
защитного кожуха 1027 мм. Один тип мешалок позволит уменьшить количество
запасных мешалок и комплектующих изделий.
27
Другое решение можно принять по данным фирмы АВS: мешалка SBI223,
диаметр пропеллера 1200 мм, мощность двигателя 4 кВт.
??????????? ? ??????????
??? ? ?? ????
Установочные
аксессуары
для мешалок
???
? ?? ????
Пример 2. При реконструкции четырехкоридорного аэротенка длиной 120 м,
шириной коридора 6 м и глубиной 4,5 м необходимо выделить три перемешиваемых отсека для денитрификации и дефосфатирования общим объемом 50 %. Принимаем для реконструкции два первых коридора, разделив их на три отсека длиной по 40 м. Оба коридора перегораживаются в двух местах (на расстоянии 40
и 80 м от начала), часть стены коридора удаляется, углы скругляются (см. рис. 12, е).
Объем отсека 1080 м3; доза ила в аэротенке 3000 мг/л, удельные затраты энергии
6,83 Вт/м3, общая потребная мощность 7,4 кВт. К установке приняты две мешалки
фирмы АВS SB1223 мощностью по 4 кВт; всего на одну секцию аэротенков шесть
мешалок.
47
Аксессуары для мешалок
? ????????? ??? ? ?? ????
48
Рис. 15. Вспомогательное оборудование для установки мешалок
Рис. 14. Способы установки мешалок (смесителей) фирмы «Flygt»
28
29
1
1
2
2
Пример 3. По данным расчетов, приведенных в [5], проведем расчет мешалок в анаэробно-аноксидных зонах. Размеры отсеков: предденитрификатор
13´6´4,5 м, объем 351 м3; анаэробный отсек тех же размеров; денитрификатор
8´6´4,5 м, объем 216 м3. Доза ила 2900 мг/л, удельная мощность 6,78 Вт/м3.
Потребная мощность мешалок для предденитрификатора и анаэробной зоны
2,38 кВт, для денитрификатора 1,46 кВт. К установке принимаем мешалки фирмы
«Flygt», мощность 2,5 кВт, диаметр пропеллера 390 мм. Мешалки одинаковые по
всем трем отсекам.
3
3
4
4
5
6
5
7
6
8
Рис. 16. Мешалки типов G и GR:
1 – двигатель; 2 – редуктор; 3 – пластина
уплотнения и радиальное уплотнение
(только для мешалки GR); 4 – вал привода; 5 – вал; 6 – крыльчатка
1
2
Рис. 17. Мешалки GH и GHR:
1 – двигатель; 2 – редуктор; 3 – корпус
подшипника; 4 – опорный подшипник;
5 – пластина уплотнения и радиальное уплотнение (только для мешалки GR);
6 – вал привода; 7 – вал; 8 – крыльчатка
G – мешалка с редукторным приводом;
GR – мешалка с редукторным приводом,
уплотнительной
3
4
5
6
7
8
9
10
пластиной
и
радиальным
уплотнением;
GH – мешалка с редукторным приводом,
корпусом подшипника и опорным подшипником;
GHR – мешалка с редукторным приводом,
корпусом подшипника, опорным подшипником,
уплотнительной
пластиной
и
радиальным
уплотнением;
GHS – мешалка с редукторным приводом,
Рис. 18. Мешалки GHS:
1 – двигатель; 2 – редуктор; 3 – корпус
подшипника; 4 – опорный подшипник;
5 – уплотнительный корпус;
6 – уплотнительная пластина;
7 – уплотнение; 8 – приводной вал;
9 – вал; 10 – крыльчатка
корпусом
подшипником
подшипника,
и
герметичным
опорным
корпусом,
оборудованным механическим или набиваемым
уплотнением
30
31
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 2
АЭРАТОРЫ
Приложение 1
Трубчатый многослойный аэрационный элемент фирмы «Экополимер»
Аэрационная система АКВА-ПРО
Трубчатый многослойный элемент со съемным диспергатором фирмы
«Экополимер»
Аэрационная система АКВА-ЛАЙН
Конструктивной особенностью аэратора АКВА-ЛАЙН-М является съемный
диспергирующий элемент.
Расход воздуха, м3/ч×м
Конструкция аэратора:
1 – опорная труба; 2 – наружный
диспергирующий слой; 3 – внутренний
диспергирующий слой; 4 – отверстие
Расход воздуха, м3/ч×м
Зависимость стандартной эффективности
переноса кислорода (SOTE) от расхода
воздуха при глубине погружения: 1 – 3,8 м;
2 – 4,8 м
Аэраторы АКВА-ПРО-М характеризуются наличием усиленного ребристого каркаса, резиновых уплотнительных колец и конических резьбовых соединений. Устойчиво работают в тяжелых условиях эксплуатации при обработке любых типов промстоков.
Основные параметры аэратора АКВА-ПРО-М
Наименование параметра
Длина аэратора, мм
Наружный диаметр аэратора, мм
Величина
975 ± 3; 1950 ± 3
146 ± 2
Внутренний диаметр опорной трубы, мм
Стандартная эффективность переноса
кислорода (SOTE) при глубине
погружения 4 м, %
Рабочее давление, кПа
Рабочий расход воздуха на 1 м аэратора,
м3/ч×м
Оптимальный расход воздуха на 1 м
аэратора, м3/ч×м
Потери давления, кПа
32
100 ± 2
22-24
10-100
5-25
12-16
1,8-3,0
Зависимость стандартной
эффективности переноса кислорода
(SOTE) от расхода воздуха при глубине погружения: 1 – 3,8 м; 2 – 4,8 м
Конструкция аэратора:
1 – опорная труба; 2 – гайка;
3 – диспергирующий элемент; 4 –
отверстие; 5 – уплотнительные
кольца
Основные параметры аэратора АКВА-ЛАЙН-М
Наименование параметра
Длина аэратора, мм
Наружный диаметр аэратора, мм
Величина
1000 ± 20; 2000 ± 20
118 ± 2
Внутренний диаметр опорной трубы, мм
80 ± 4
Стандартная эффективность переноса
кислорода (SOTE) при глубине погружения
4 м, %
22-25
Рабочее давление, кПа
Рабочий расход воздуха на 1 м аэратора,
м3/ч×м
Оптимальный расход воздуха на 1 м
аэратора, м3/ч×м
Потери давления, кПа
10-100
5-25
14-20
1,5-2,5
33
Приложение 3
Аэрационная система Аква-Пласт на базе аэраторов АР-300 М либо АР-420Т
фирмы «Экополимер».
Аэрационная система АКВА-ПЛАСТ
Аэрационные системы на базе дисковых аэраторов с резиновой перфорированной мембраной АР-300 М (производство НПП «Патфил», г. Казань).
Аэрационная система:
1 – магистральный трубопровод; 2 –
опуск из трубы ПНД; 3 – коллектор
из трубы ПНД; 4 – аэрационный
модуль; 5 – аэратор АР-300М;
6 – опора; 7 – дно аэротенка
Основные параметры аэратора АР-300-М серии АКВА-ПЛАСТ
Наименование параметра
Диаметр аэратора, мм
Диаметр воздуховода, мм
Стандартная эффективность переноса
кислорода (SOTE) при глубине погружения 4 м, %
Минимальное расстояние от дна аэротенка, мм
Величина
300
90-110
Рабочий расход воздуха на аэратор, м3/ч×м
Потери напора, кПа
3-7
1,5-3,0
Диаметр аэратора, мм
Диаметр воздуховода, мм
Длина аэрационных модулей, м
Количество рядов в аэрационной группе
Расстояние между рядами, мм
Расстояние между аэраторами, мм
300
90-110
до 60
1-20
400-2500
397-1500
22-27
150
Аэрационная система Аква-Пласт
в сборе
Расход воздуха, м3/ч
Зависимость стандартной
эффективности переноса кислорода
(SOTE) от расхода воздуха: 1 – при
глубине погружения 3,8 м; 2 – при
глубине погружения 4,8 м
Аэратор АР-300 М:
1 – воздуховод; 2 – хомут;
3 – перфорированная мембрана
34
35
Приложение 5
Приложение 4
МЕШАЛКИ
Аэрационная система АКВА-ТОР
Аэрационная система из дисковых пневматических аэраторов АКВА-ТОР.
Подходит для аэротенков-смесителей, вытеснителей, систем нитрификации-денитрификации.
Скоростные мешалки (смесители) с прямой передачей и двух- или
трехлопастной крыльчаткой
4630
Мощность двигателя 1,5 кВт
Масса 61 кг
4640
Мощность двигателя 2,5 кВт
Масса 64 кг
Расход воздуха, м3/ч
Зависимость стандартной
эффективности переноса кислорода
(SOTE) от расхода воздуха при глубине
погружения: 1 – 3,8 м; 2 – 4,8 м
Конструкция аэратора:
1 – аэрирующий элемент; 2 –
накидная гайка; 3 – воздуховод;
4 – прижимное кольцо
4650
Мощность двигателя 5,5 кВт
Масса 177 кг
Основные параметры аэратора АКВА-ТОР
Наименование параметра
Наружный диаметр аэратора, мм
Внутренний диаметр аэратора, мм
Величина
362 ± 1
146 ± 1
Диаметр воздуховода, мм
4660
Мощность двигателя 10 кВт
Масса 218 кг
90-140
Стандартная эффективность переноса
кислорода (SOTE) при глубине
погружения 4 м, %
Минимальное расстояние от дна
аэротенка, мм
26-28
200
Рабочий расход воздуха на аэратор, м3/ч
Оптимальный расход воздуха на аэратор,
м3/ч
Потери давления, кПа
7-11
4670
Мощность двигателя 13 кВт
Масса 363 кг
10-14
2,8–4,6
4680
Мощность двигателя 25 кВт
Масса 482 кг
36
37
Тихоходные мешалки (смесители) с двухлопастной
крыльчаткой и редуктором
Тихоходные мешалки предназначены для смешивания жидкости и шлама,
содержащего волокна и твердые частицы, когда требуется очень высокая пропускная способность по отношению к потреблению энергии. Максимальная глубина
погружения 20 м.
4410
Мощность двигателя 0,9 и 2,3 кВт
Масса 220 кг
4430
Мощность двигателя 4,4 кВт
Масса 249 кг
38
Рекомендуемая литература
1. СНиП 2.04.03–85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1985. – 72 с.
2. Шифрин С. М., Мишуков Б. Г., Феофанов Ю. А. Расчет сооружений биохимической очистки городских и промышленных сточных вод: учебное пособие / ЛИСИ. –
Л., 1977. – 74 с.
3. Кармазинов Ф. В. и др. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга. –
СПб.: Изд-во «Новый журнал», 2002. – 683 с.
4. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Удаление азота и фосфора на очистных сооружениях городской канализации. Приложение к журналу «Вода и экология. Проблемы
и решения». – СПб., 2004. – 72 с.
5. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А., Захарова Ю. С. Расчет сооружений городской
канализации: учебное пособие / СПбГАСУ. – СПб., 2005. – 175 с.
6. Degremont «Memento technique de l’eau» / dixieme edition / Т. 2. Copyright by
Degremont. France; 1995. – 1717 с.
7. Мешенгиссер Ю. М., Щетинин А. И., Есин М. А. Удаление азота и фосфора
активным илом // Вода и экология. Проблемы и решения. – 2006. – № 4. – С. 26–35.
8. Мешенгиссер Ю. М., Щетинин А. И. Влияние эффективных систем аэрации на
качество очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. – 2000. – № 12.
9. Quincalee Br. Biological and chemical systems for nutrient removal. Copyright by
the Water Environment Federation. USA, 1998. – 400 с.
39
Оглавление
Введение.....................................................................................................................................3
1. Аэрация сточных вод в сооружениях биологической очистки........................................3
1.1. Классификация систем искусственной аэрации........................................................4
1.2. Массоперенос кислорода.............................................................................................4
1.3. Потребление кислорода и расчет аэраторов..............................................................8
1.4. Типы пневматических аэраторов...............................................................................11
1.4.1. Трубчатые аэраторы..........................................................................................12
1.4.2. Мембранные дисковые аэраторы ..................................................................17
1.5. Примеры расчетов аэрационных систем.................................................................18
1.6. Подбор воздуходувного оборудования.......................................................................23
2. Перемешивание иловой смеси в анаэробных и аноксидных отсеках............................24
2.1. Примеры расчетов и подбора перемешивающего оборудования...........................27
Приложения..............................................................................................................................32
Рекомендуемая литература.....................................................................................................39
Учебное издание
Борис Григорьевич Мишуков
Елена Александровна Соловьева
РАСЧЕТ И ПОДБОР
АЭРАЦИОННОГО И ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Редактор О. Д. Камнева
Корректор К. И. Бойкова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 12.12.2007. Формат 60´84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 2,3. Уч.-изд. л. 3,1. Тираж 300 экз. Заказ 226. «С» 113.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул. 5.
40
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
5 385 Кб
Теги
podbor07, mishukov, raschet
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа