Водоотведение и очистка сточных вод
 Скачать 2.75 Mb.
|
|
Аэротенки с отдельными сооружениями илоотделения характеризуются тем, что иловая смесь из них выводится и направляется в отстойные сооружения, из которых возврат циркуляционного активного ила осуществляется принудительно либо насосными установками, либо эрлиф- тами. Такие аэротенки могут применяться на очистных сооружениях любой пропускной способности, но наиболее часто на крупных и средних. Они представляют собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на два- четыре коридора продольными перегородками, обеспечивающими последовательное протекание по ним иловой смеси. 91 Такое коридорное устройство позволяет типизировать поперечные размеры аэротенков и с высокой степенью гибкости вводить при необходимости регенерацию. При этом снижается возможность продольного перемешивания иловой смеси при работе аэротенков в режиме вытеснителей. Коридорное устройство аэротенков позволяет относительно легко решать вопросы подвода очищаемой жидкости и ила в аэротенк и отвода из него иловой смеси независимо от технологической схемы работы аэротенка. Ширина коридора может составлять 4,5 - 9 м при глубине его дом. Длина аэротенков может достигать нескольких десятков метров. Воздух в данной конструкции аэротенков диспергируется с помощью фильтросных пластин, уложенных в бетонных каналах, которые устраивают в днище аэротенка вдоль продольной стенки его коридора. Если отстойные сооружения имеют прямоугольную в плане форму (горизонтальные отстойники, то может устраиваться единый блок аэротенков с первичными и вторичными отстойниками, что позволяет до минимума свести длину связывающих эти сооружения коммуникаций. Для опорожнения аэротенков предусматривается устройство лотков в середине каждого коридора с продольным уклоном в 0,001 в сторону трубопровода опорожнения. Днище коридора имеет поперечный уклон в 0,001 в сторону лотка опорожнения аэротенка. Устройство аэротенков с механической аэрацией практически ничем не отличается от устройства аэротенков с пневматической аэрацией. Однако в силу специфики механических аэраторов, имеющих квадратную или круглую в плане зону действия, при их применении стремятся увеличить ширину аэ- ротенка (или коридора) до пяти-шести диаметров аэратора, что в свою очередь предопределяет и специфичность подходов к компоновочным решениям. Характерной чертой аэротенков-отстойников является конструктивное совмещение аэрационного резервуара и вторичного отстойника водном сооружении. Часть сооружения, в которой осуществляется аэрация иловой смеси, получила название аэрационной зоны, а другая - отстойной зоны. Обе эти зоны связаны между собой отверстиями, окнами, щелями, обеспечивающими переток иловой смеси из аэрационной зоны в отстойную и возврат активного ила из отстойной зоны в аэрационную без применения оборудования для принудительного возврата ила в зону аэрации. Примером такого сооружения может служить широко применяющаяся во Франции конструкция «Оксикон- такт, разработанная французской фирмой "Дегремон" (рисунок 5.9). Глубина сооружения около 4 м, длинам, в зависимости от требуемой пропускной способности. Циркуляционный расход активного ила может достигать 200-300% расчетного расхода сточной воды. 92 Рисунок 5.9 - Оксиконтакт: 1- впуск воды 2- отвод очищенной воды 3- зона отстаивания 4- удаление активного ила 5- воздух Для станций сравнительно небольшой пропускной способности довольно широко применяются аэротенки-отстойники круглой в плане формы с концентрическими зонами аэрации и отстаивания. В качестве примера такого сооружения можно привести радиальный аэротенк-отстоиник с центральной зоной аэрации и периферийной зоной отстаивания. На рисунке 5.10 представлена конструкция, в которой сточная вода подается в центр зоны аэрации, где наблюдается наиболее высокая степень турбулизации жидкости под действием пневмомеханического аэратора. Рисунок 5.10 - Аэротенк-отстойник радиальный 1- трубопровод для подачи сточных вод 2 - зона аэрации 3 - лоток осветленной воды 4 - воздуховод- кольцевой перфорированный аэратор 6 - диспергатор-мешалка; 7 - зона отстаивания 93 Применяются и аэротенки-отстойники промежуточного типа, в которых возврат активного ила из отстойной зоны в аэрационную осуществляется принудительно. Примером такого сооружения в радиальном исполнении является аэротенк-отстойник типа "Турбофлок", в котором отстойная зона, выполненная в виде радиального отстойника со скребковым механизмом, располагается в центре сооружения, а возвратила в зону аэрации осуществляется с помощью насосов (рисунок 5.11). Рисунок 5.11 - Радиальный аэротенк-отстойник фирмы "Турбофлок": 1 - подача сточной воды на очистку 2 - зона аэрации 3 - неподвижные аэраторы- перемещаемые аэраторы 5 - зона отстаивания 6 - камера для избыточного ила 7 - система циркуляции ила 8 - отвод очищенной воды В аэрационной зоне применена система аэрации, состоящая из неподвижных аэраторов, монтируемых у днища аэротенка, а также аэраторов, перемещаемых на вращающейся платформе в противоположном движению жидкости направлении, позволяющих снизить затраты электроэнергии на единицу снимаемой БПК. Фирмой «Эпюрекс» разработаны типовые сооружения для обслуживания от 1600 до 20 000 жителей. Установки работают в режиме продленной аэрации для станций, обслуживающих до 6500 жителей ив режиме классической аэрации для крупных очистных сооружений. К аэротенкам-отстойникам промежуточного типа относится и установка (рисунок 5.12). Возврат активного ила из зоны отстаивания осуществляется под действием гидростатического напора, развиваемого механическим поверхностным аэратором дискового типа, устанавливаемым в центре квадратной (или прямоугольной) в плане формы зоны аэрации. По трубопроводу, связывающему 94 иловую часть отстойной зоны со стабилизатором потока в виде вертикальной трубы, устанавливаемой под аэратором, активный ил возвращается в зону аэрации. Гидростатический напор, развиваемый аэратором, выражается в создании разницы между уровнем воды в отстойной зоне и уровнем воды в зоне действия аэратора. Этот напор может составлять 15-20 см водяного столба, что побуждает движение активного ила в зону действия аэратора. Рисунок 5.12 - Схема использования механического поверхностного аэратора дискового типа со стабилизатором потока для подачи ила из отстойной в аэрационную зону 1 - зона аэрации 2 - отстойник 5 - трубопровод для подсасывания ила 4 - окна для впуска жидкости Для малых очистных станций разработаны компактные установки, включающие полный набор сооружений для очистки сточной воды и минерализации избыточного активного ила, в которых используются названные принципы компоновки аэрационной и отстойной зон и которые предназначены для обработки сточных вод объемом от нескольких кубометров доне- скольких сот кубометров в сутки. Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) получили распространение в странах Западной Европы, особенно в Голландии. Эти аэрационные сооружения представляют собой замкнутый канал трапецеидального или прямоугольного сечения овальной в плане формы, по которому циркулирует иловая смесь со скоростью 0,25-0,3 мс. Такая скорость предотвращает осаждение активного ила и обеспечивается горизонтальными цилиндрическими аэраторами, устанавливаемыми поперек канала (рисунок 5.13). ЦОК работает по принципу аэротенков продленной аэрации, как правило, без первичного отстаивания. Средняя длительность пребывания ила в нем составляет около 40 сут, что позволяет обеспечить значительную его минерализацию. В зависимости от расхода очищаемой жидкости применяются как схемы без вторичного отстаивания (рисунок 5.13, атаки схемы со вторичным отстаиванием (рисунок 5.13, б. По схеме а осуществляется периодическая работа канала то как аэротенка, то как вторичного отстойника. Для бесперебойной работы сооружения требуется устройство, как минимум, двух 95 каналов когда один канал работает как аэротенк и принимает сточную воду на очистку, второй канал работает как вторичный отстойник. После необходимой длительности отстаивания очищенная жидкость выпускается, ив него начинает подаваться сточная вода на очистку, и канал работает как аэротенк, тогда как второй канал начинает работать как вторичный отстойник. Рисунок 5.13 - Окислительный канал без вторичного отстойника (аи с вторичным отстойником (б 1 - насосная станция 1' - тоже, возврата ила в ЦОК 2 - ЦОК 3 - горизонтальный аэратор 4 - удаление избыточного активного ила 5 - отведение очищенной воды 6 - вторичный отстойник По схеме б ЦОК работает непрерывно с выведением активного ила из вторичного отстойника и подачей его в аэрационный канал. Избыточный активный ил в обеих схемах направляется на иловые площадки. В настоящее время в ЦОК применяются механические аэраторы с вертикальной осью вращения типа "Симкар". Аэратор устанавливается вместе закругления канала с устройством перегородки таким образом, чтобы весь формируемый аэратором поток жидкости направлялся вдоль канала. Такой ЦОК получил название Карусель и широко применяется для обслуживания населенных мест с числом жителей 8...20 тыс. Благодаря большой окислительной и особенно перекачивающей способности аэратора стало возможным увеличить глубину канала с традиционных м дом и значительно сократить необходимую площадь сооружения. Опыт эксплуатации таких каналов показал, что расчетный объем 96 канала для обеспечения необходимой степени биологической очистки может быть снижен на 1 жителя см дом. Однако, сокращать расчетный объем канала признано нецелесообразным из соображений последующей обработки ила. Также нецелесообразным признано и введение первичного отстаивания, так как количество избыточного ила при работе канала из расчетам на 1 жителя не превышает 30 г по сухому веществу на 1 жителя в сутки. По некоторым данным, экономически эффективно применение ЦОК типа "Карусель" для обслуживания населенных мест с числом жителей до 30 000. Окситенки. Использование кислорода вместо воздуха позволяет поддерживать в очищаемой воде концентрацию растворенного кислорода в 5-10 мг/л вместо обычно принятой для аэротенков концентрации в 1,5-2 мг/л. Это дает возможность существенного повышения окислительной способности сооружения и устойчивости очистных процессов при шоковых и резко колеблющихся нагрузках на активный ил. Прирост активного ила в окситенках на 25-35% ниже, чем в аэротенках за счет более глубокого окисления изымаемых загрязнений. Активный ил значительно лучше отделяется от очищенной воды и уплотняется, что позволяет уменьшить объем вторичных отстойников и уплотнителей избыточного ила. Конструктивно окситенк (рисунок 5.14) выполнен в виде резервуара круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой 12, разделяющей его на зону аэрации 13 в центре и илоотделитель 18 по периферии сооружения. В средней части по высоте цилиндрической перегородки устроены окна 16 для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; в нижней части перегородки - окна 15 для возвращения ила в зону аэрации. Зона аэрации оборудована герметическим перекрытием 6, на котором устанавливается электропривод 3 турбоаэратора 4. На перекрытии смонтированы трубопровод подачи кислорода 7 и продувочный трубопровод 1 с клапанами. Илоотделитель 18 оборудован перемешивающим устройством, представляющим собой вращаемые приводом решетки из вертикальных стержней 8 d = 30...50 мм, расположенных один от другого на расстоянии 300 мм. В нижней части решеток размещается шарнирно подвешенный скребок 14. Илоотделитель работает со взвешенным слоем активного ила, уровень которого стабилизируется автоматически путем сброса избыточного ила через трубу 10. Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе 17, где турбоаэра- тором аэрируется и интенсивно перемешивается с активным илом. Из зоны аэрации через окна 16 и зону дегазации иловая смесь поступает в илоотде- литель. Благодаря направляющим щиткам жидкость в илоотделителе медленно движется по окружности, вследствие чего значительно интенсифицируется процесс отделения и уплотнения ила. Очищенная вода проходит сквозь слой взвешенного активного ила, доочищается от взвешенных и растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится по трубе. Возвратный активный ил спирально опускается вниз и через окна 15 97 направляется в зону аэрации. Рисунок 5.14 - Окситенк: 1 - продувочный трубопровод 2 и 5 - задвижки с электрическим приводом 3 - электродвигатель 4 - турбоаэратор; 6 - герметичное перекрытие 7 - трубопровод подачи кислорода 8 - вертикальные стержни 9 - сборный лоток 10 - труба для сброса избыточного ила Л - круглый резервуар 12 - цилиндрическая перегородка 13 - зона аэрации 14 - скребок 15 - окна для поступления возвратного ила в зону аэрации 16- окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; 17 - труба для подачи сточной воды в зону аэрации 18 - илоотделитель; 19 - труба для отвода очищенной воды Окситенк оборудуется системой автоматизации, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в строгом соответствии со скоростью его потребления. Система автоматически поддерживает заданную концентрацию растворенного кислорода в иловой смеси окситенка при любых изменениях состава, концентрации или расхода сточной воды. Высокая концентрация растворенного кислорода в окситенке позволяет значительно повысить дозу активного ила в сооружении и интенсифицировать процессы нитрификации аммонийного азота. Это дает возможность повышения окислительной мощности окситенков враз по сравнению с аэротенками и снизить капитальные затраты в 1,5-2 раза, а эксплуатационные в 2,5-3 раза. В настоящее время наиболее перспективно применение окситенков на объектах, которые имеют собственный технический кислород или могут получать его от соседних предприятий. 5.4 Система аэрации иловых смесей в аэротенках Применительно к аэротенкам различают системы аэрации 1) пневматическую) механическую 3) смешанную, или комбинированную. Некоторые исследователи выделяют и группу гидравлических или струйных аэраторов. Пневматическая аэрация В зависимости от типа применяемых аэраторов различают мелко, средне- и крупнопузырчатую аэрацию. При мелкопу- зырчатой аэрации крупность пузырьков воздуха составляет 1-4 мм, при сред- непузырчатой - 5-10 мм, при крупнопузырчатой - более 10 мм. К мелкопузырчатым аэраторам относятся керамические, тканевые и пластиковые аэраторы, а также аэраторы форсуночного и ударного типов к среднепузырчатым - перфорированные трубы, щелевые аэраторы к крупно- пузырчатым - открытые снизу вертикальные трубы, а также сопла. Наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора являлась фильтросная пластина размером 300x300 мм и толщиной 35 мм, изготовляемая из шамота, который связан смесью жидкого стекла с мелкой шамотной пылью, или из кварцевого песка и кокса, которые связаны бакелитовой смолой. Фильтросные пластины заделываются цементным раствором в железобетонные каналы, устраиваемые в днище аэротенка у стенки вдоль длинной его стороны. Пластины укладывают обычно в два или три ряда для обеспечения подачи в аэротенк необходимого объема воздуха. Воздух подается по магистральным воздуховодами стоякам в канал, перекрытый пластинами. Стояки располагаются через каждые 20-30 м. Фильтросные пластины подвержены засорению с внутренней стороны пылью, окалиной и ржавчиной, находящимися в подаваемом воздухе, ас наружной- зарастать бактериальной пленкой. Поэтому пластины периодически очищают скребками или щетками, обрабатывают соляной или серной кислотой либо обжигают. Эти методы очистки пластины несколько восстанавливают их проницаемость, но лишь на короткий срок. Поэтому в среднем через каждые семь лет фильтросные пластины полностью заменяют новыми. 99 Для упрощения работ по устройству аэрационных каналов с фильтрос- ными пластинами во ФГУП НИИ ВОДГЕО были испытаны фильтросные трубы диаметром 300 мм длиной 500 мм, которые соединялись между собой на резиновых кольцевых прокладках. Концы трубы герметизировались заглушкой, имевшей в центре отверстия для натяжного стержня. Натяжным стержнем, имевшим на концах резьбу и натяжные гайки, уплотнялись стыки и трубы крепились в нужном положении. В зарубежной практике вместо фильтросных пластин применяются купольные, грибовидные и другой формы диффузоры, устанавливаемые навоз- духоподводящем трубопроводе, смонтированном на днище аэротенка параллельно продольным его стенам. При этом количество таких трубопроводов со смонтированными на них диффузорами может составлять 3-5 в каждом коридоре аэротенка, исходя из его общей потребности в количестве подаваемого воздуха. В Великобритании такая система известна как "гребни- борозды, при которой трубопроводы проложены в бороздах, разделенных между собой вертикальными выступами - "гребнями, для лучшего диспергирования подаваемого воздуха. В целях обеспечения возможности проведения ремонтных работ или полной замены аэрационного оборудования без отключения и опорожнения аэротенка фирмой "Шумахер" (ФРГ) был разработан аэрационный агрегат длиной 3,9 м, представляющий собой коллектор, к которому с двух сторон присоединены пористые трубки диаметром 70 или 100 мм и длиной 500 мм. Нам коллектора устанавливают 6-20 трубок. Агрегат подвешивается на двух стояках, шарнирно связанных с разводящим воздуховодом, что позволяет легко поднимать его с помощью ручной лебедки для осмотра или замены трубок в случае их выхода из строя. В последние годы в Российской Федерации стали применяться пластмассовые пористые диффузоры как в виде отдельных аэрационных труб длиной 2 м, соединенных между собой при помощи соединительных муфт на резьбе, таки в виде тарельчатых аэраторов, монтируемых на воздуховоде через определенные расстояния на резьбовом соединении. Аэрационные трубы изготавливаются из обычных пластмассовых труб диаметром 120-150 мм с продольными тканевыми прорезями для выхода воздуха, поверхность которых путем напыления полимерного материала покрывается пористым слоем, который и обеспечивает образование воздушных пузырьков диаметром 2-3 мм в процессе аэрации. В тарельчатых аэраторах могут применяться диспергирующие воздух материалы из пористо-волокнистого полимера, перфорированной резины, нержавеющей стали с лазерной просечкой. Диаметр такого аэратора 200 мм стой же пропускной способностью, что и у фильтросной пластины. К среднепузырчатым аэраторам можно отнести перфорированные трубы, укладываемые у дна аэротенка, с отверстиями перфорации диаметром 3-4 мм. Воздухоподающие стояки устанавливают через 20-30 м. Трубы должны быть уложены строго горизонтально, иначе воздух будет продуваться неравномерно по длине трубы. Опыт эксплуатации стальных перфорированных 100 труб показал, что через короткий срок отверстия засоряются и подача воздуха уменьшается. В американской практике широкое распространение получил аэратор «Спаржер», представляющий собой литую крестовину из четырех коротких трубок с открытыми концами. «Спаржеры» насаживают через каждые 0,3-0,6 м на воздухораспределитель, располагаемый у дна аэротенка. Воздухорас- пределитель может быть как неподвижным, таки подъемным на случай производства ремонтных работ. Благодаря созданию компактной, определенно направленной и выходящей с большой скоростью струи воздуха над аэратором «Спаржер» развивается область высокой турбулентности, в результате чего происходит вторичное дробление воздуха и образуется облако мелких пузырьков, сравнимых по размеру с пузырьками тонкодиспергированного воздуха. Гребневый аэратор представляет собой продолговатую шляпку пирамидальной формы, насаживаемую на воздухораспределитель. В шляпке имеется серия прорезей, через которые выходит воздух. Гребни насаживают на воздухораспределитель либо монтируют на отводных трубках, присоединенных к воздухораспределителю. Низконапорный аэратор системы ИНКА представляет собой решетку из легких трубок из нержавеющей стали с отверстиями от 1-2 до 6-7 мм. Решетка устанавливается вдоль одной из продольных стен аэротенка на глубине мот поверхности воды. Для придания поперечной циркуляции воде в аэротенке устанавливают продольную перегородку из стекловолокна, верх которой расположен на уровне выхода воздуха из решетки, а низ не доходит до дна. В зоне выхода воздуха развивается область высокой турбулентности, благодаря чему воздух дробится и образуется водовоздушная эмульсия. Из-за малой глубины погружения аэратора ИНКА для обеспечения нормального хода процесса биологической очистки в аэротенк нужно подавать воздух в объеме, в несколько раз большем, чем при глубинном расположении аэратора. Благодаря низкому гидростатическому давлению воды воздух может быть подан центробежными вентиляторами. К крупнопузырчатым аэраторам относится система крупных пузырей, в которой аэраторами являются трубы диаметром 30-50 мм сот- крытыми концами, опущенные вертикально вниз на глубину 0,5 мот дна аэ- ротенка. В такой системе аэрации используется кислород не только сжатого, но ив большей мере атмосферного воздуха, с которым иловая смесь усиленно контактирует за счет интенсивного обновления поверхности жидкости в аэротенке. Эта система, однако, распространения не получила, поскольку не обеспечивает надежное и интенсивное перемешивание иловой смеси при обычно применяемых глубинах аэротенков, не говоря уже о низкой эффективности использования подаваемого воздуха. Механическая аэрация. Механические аэраторы весьма разнообразны в конструктивном отношении, но принцип их работы одинаков вовлечение воздуха непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора 101 ротором) и перемешивание его совсем содержимым аэротенка. Все механические аэраторы можно классифицировать следующим образом по принципу действия - импеллерные (кавитационные) и поверхностные по плоскости расположения оси вращения ротора - с горизонтальной и вертикальной осью вращения по конструкции ротора - конические, дисковые, цилиндрические, колесные, турбинные и винтовые. Наиболее широкое распространение получили аэраторы поверхностного типа, особенностью которых является незначительное погружение их в сточную воду и непосредственная связь ротора с атмосферным воздухом. К ним можно отнести аэраторы типа Симплекс, «Симкар», дисковые, «Лайт- нин», щетки Кессенера и их модификации. Аэратор Симплекс представляет собой изготовленный из листовой стали полый усеченный конус с расширенной частью, обращенной кверху. К внутренней поверхности конуса прикреплено несколько лопастей специальной формы. Вверху со стороны оси вращения лопасти приварены к колесу, ступица которого связана с валом, передающим вращение от двигателя на конус. Конус погружен в сточную воду так, что верхняя часть его выступает на 5-20 см над уровнем воды в аэротенке. Внизу под конусом устанавливается вертикальная труба диаметром 0,6-0,9 мне доходящая до дна аэро- тенка на несколько сантиметров и опирающаяся на опоры, регулирующие зазор между трубой и днищем аэротенка. Конус связан с трубой специальной втулкой, обеспечивающей плотность соединения вращающегося конуса и неподвижной трубы (рисунок 5.15). При вращении относительно вертикальной оси конус выбрасывает воду, разбрызгивая ее над уровнем воды в аэротенке, что обеспечивает ее аэрацию. Рисунок 5.15 - Схема установки аэратора "Симплекс" Дисковый аэратор представляет собой диск, с нижней стороны которого крепят радиально направленные лопасти. Скорость вращения диска относительно вертикальной оси принимается 3,5-4,5 мс в зависимости от диаметра аэратора. За рубежом наиболее широкое распространение получили аэраторы, разработанные фирмами «Лурги» (ФРГ) и «Инфилко» (США. Кафедрой водоотведения МГСУ также разработана конструкция дискового аэратора, имеющего в отличие от аэраторов фирм «Лурги» и «Инфил- ко стабилизатор потока, устанавливаемый под аэратором с небольшим зазором (рисунок 5.16). Рисунок 5.16 - Схема механического поверхностного аэратора дискового типа вал аэратора верхнее расширение стабилизатора 3- стабилизатор лопатки аэратора Аэратор «Лайтнин» представляет собой полностью открытую турбину, 103 у которой лопасти прикреплены непосредственно к валуи наклонены под углом к горизонту. Аэратор системы Кессенера представляет собой цилиндр, поверхность которого покрыта металлическим ворсом из нержавеющей стальной проволоки диаметром 1-2 мм и длиной около 15 см. Частота вращения вала относительно горизонтальной оси домин. Аэратор погружается вводу на глубину 10-12 см. Вращение такого аэратора приводит к вовлечению воздуха из атмосферы в сточную воду. В последние годы разработано несколько модификаций аэратора Кес- сенера, в которых вместо ворса применены стальные пластинки или стальные уголки, приваренные или вставленные в зажимы на цилиндрическом валу. Вальцовый аэратор представляет собой разновидность цилиндрического аэратора, но при этом цилиндр собирается из нескольких (от 1 до 8) вальцов длиной каждый около 3 м. Клеточный аэратор - цилиндрический вал с двумя дисками на концах вала. По периферии дисков параллельно валу прикреплено 12 Т-образных балок, к которым болтами крепят короткие стальные лопатки длиной 15 см, шириной 5 см и толщиной 0,5 см. Аэратор собирают из нескольких звеньев. Импеллерные (кавитационные) аэраторы отличаются от поверхностных тем, что турбина погружается на значительную глубину в жидкость и соединяется с атмосферным воздухом либо через полый вал, приводящий турбину во вращение, либо через трубу, в которой проходит вал вращения турбины. При вращении турбины труба освобождается отводы и воздух из атмосферы поступает в зону действия турбины и далее вовлекается в жидкость струями выбрасываемой из турбины воды, как это имеет место в поверхностных аэраторах. Однако, из-за значительной глубины погружения турбины (иногда в 2 - 2,5 м, турбина должна вращаться с периферийной скоростью в 15-20 мс, что отрицательно сказывается на энергетических показателях работы такого аэратора. Хотя в практике известны аэраторы этого типа, но значительного применения для аэротенков они не нашли. Смешанная, или комбинированная, система сочетает в себе элементы пневматической и механической аэрации. Наибольшее распространение из комбинированных аэраторов получили турбинные аэраторы фирм «Дорр- Оливер» и «Пермутит», института Механобр. Турбинный аэратор фирмы «Дорр-Оливер» представляет собой одну, две турбины или более, установленные на вертикальном валу, который имеет привод через редуктор от двигателя. Одна турбина располагается у дна, а вторая - на глубине около 0,75 мот поверхности воды. Под нижней турбиной располагается перфорированное воздухораспределительное кольцо, в которое подается воздух от воздуходувок. Воздух выходит из кольца по периферии нижней турбины, благодаря действию которой он тонко диспергируется и хорошо перемешивается. Струйные, или эжекторные, аэраторы по принципу действия аналогичны механическим поверхностным аэраторам с вертикальной осью вращения. 104 Конструктивное оформление эжекторных аэраторов весьма разнообразно, однако, как правило, они имеют в своем составе сопло для пропуска рабочей жидкости, патрубок для вовлечения воздуха из атмосферы, камеру смешения и диффузор (рисунок 5.17). Работают эжекторные аэраторы следующим образом. Сточная вода, подаваемая насосной установкой, с большой скоростью вытекает из сопла в камеру смешения, создавая разрежение в приемной камере, что вызывает поступление через специальный патрубок атмосферного воздуха. Струя жидкости увлекает диспергируемый воздух через камеру смешения в диффузор. Попав в диффузор, водовоздушная смесь снижает свою скорость при одновременном повышении давления, что ведет к некоторому укрупнению пузырьков воздуха. При этом парциальное давление кислорода в пузырьках увеличивается и происходит дополнительное насыщение жидкости кислородом. Процесс переноса кислорода в жидкость продолжается с замедляющейся скоростью и за пределами диффузора в течение всего периода контакта двух фаз. Применяется эта система аэрации для сравнительно небольших очистных сооружений, так как радиус действия эжекторного аэратора невелик Рис. 5.17 Принцип действия эжекторного аэратора В связи с необходимостью доочистки сточных вод в аэрируемых биологических прудах в последние годы разработаны конструкции подвижных механических аэраторов. Необходимость перемещения механических аэраторов связана стем, что они имеют высокую производительность по количеству подаваемого в жидкость воздуха, но сравнительно небольшую зону активного перемешивания иловой смеси, где не наблюдается осаждения ила. В этой зоне не может быть эффективно использован весь подаваемый аэратором воздух в связи с низкой удельной потребностью в нем при доочистке биологически очищенной в аэротенках или биофильтрах сточной воды. 105 Перемещение аэратора по акватории биопруда позволяет существенно увеличить площадь, обслуживаемую одним аэратором, и использовать подаваемый им воздух. В этих целях аэратор устанавливается на плавающей платформе и перемещается по акватории аэрационного сооружения. Перемещение может быть осуществлено либо тросо-лебедочной системой в прямолинейном направлении с возвратом аэратора в исходную точку через определенный промежуток времени, либо за счет вращения самого аэратора. В последнем случае аэратор, приводящийся в движение от электродвигателя через редуктор, связан с неподвижной опорой и токосъемником с помощью тяги, на которой крепится понтон. При работе аэратора возникает пара реактивных сил, поэтому вращение ротора вокруг собственной оси вызывает вращение всего аэратора вокруг неподвижной опоры. Для насыщения сточной воды кислородом рекомендуется устройство на отводных каналах водосливов, перепадных колодцев, лотков Паршаля и др, а также механических аэраторов, перемещаемых по акватории воды или стационарно установленных. Большое разнообразие применяемых в настоящее время аэраторов ставит перед проектировщиком задачу выбора не только системы аэрации, но и ее конструктивного оформления для каждого конкретного случая применения аэрационных сооружений для биологической очистки сточных вод. Выбор аэратора должен быть сделан на основе сравнения наиболее существенных показателей работы. К таким показателям следует отнести эффективность аэрации, окислительную способность аэратора, стоимость системы аэрации, приходящуюся на единицу объема аэротенка в единицу времени или на единицу объема очищаемой жидкости, размер зоны, обслуживаемой одним аэратором, сложность осуществления ремонта или замены аэрационного оборудования, надежность и долговечность в работе, сложность ухода за системой в процессе эксплуатации. Из технико-экономических показателей наиболее широко используются такие, как эффективность аэрации и окислительная способность аэратора (ОС, а из прочих - размер зоны, обслуживаемой аэратором, особенно для аэраторов локального действия, к которым относятся механические аэраторы. Под эффективностью аэрации понимается либо количество растворенного кислорода на единицу затраченной энергии [гО 2 /(кВтч) или кгО 2 /кВтч)], либо затраты электроэнергии на растворение 1 кг кислорода (кВтч/кгО 2 ) в стандартных условиях. За стандартные условия принята аэрация полностью обескислороженной водопроводной воды при температуре Си давлении 760 мм рт. ст. Окислительная способность характеризует производительность аэратора по кислороду, так как ею выражается скорость растворения кислорода в единицу времени (г О 2 /ч или кг О 2 /ч), обеспечиваемая аэратором в стандартных условиях. Значения эффективности аэрации и окислительной способности аэратора для реальных условий получают, вводя поправочные коэффициенты, характеризующие отличие реальных условий от стандартных, в значения этих параметров, полученные в стандартных условиях. 106 Некоторое представление об экономической эффективности различных систем аэрации может дать таблица 5.1. Таблица Экономическая эффективность систем аэрации Система аэрации Потребление энергии (кВт- ч кгО 2 Стоимость энергии на аэрацию в сут Капитальные затраты, приходящиеся на 1 сут Общая стоимость аэрации, приход, на 1 сут Пневматическая тонкодиспергированным воздухом низконапорная 0,77 0,496 1,75 1,05 3,2 1 2 1,05 Механическая аэраторами с осью вращения горизонтальной вертикальной 0,55 0,44 1,25 1 1,25 1 1,25 1 Комбинированная (турбинный аэратор) 0,77 1,75 2,25 1,85 В данной таблице в графе 2 приведены значения эффективности аэрации в стандартных условиях. В графах 3-5 даны не абсолютные значения соответствующих характеристика их сравнительная оценка. За единицу сравнения принята стоимость аэрации механическими аэраторами с вертикальной осью вращения, а сравнение затрат, приходящихся на 1 сут работы системы аэрации, сделано из соображений учета и таких факторов, как мощность очистных сооружений, срок их окупаемости, сложность эксплуатации. Выбор надежной и эффективной системы аэрации требует также рассмотрения факторов, определяющих работу аэраторов в каждом конкретном случае количество аэрационных агрегатов, доступ к ним, возможность и частота их замены, безотказность в работе. 5.5 Принципы расчета аэротенков и систем аэрации Целью расчета аэрационных сооружений является определение необходимых для достижения требуемой степени очистки объемов этих сооружений и количества воздуха, а также объема образующегося в процессе очистки избыточного активного ила, подлежащего постоянному выведению из системы биологической очистки. Факторами, обусловливающими вместимость аэротенков, являются расход поступающих на очистку сточных води длительность их пребывания в аэротенках. Поскольку длительность аэрации измеряется часами (по действующим нормативам она не должна быть менее 2 что для расчета вместимости аэротенков пользуются среднечасовым расходом сточной воды за период, по длительности равный периоду аэрации, в течение которого поступает максимальное от суточного притока количество воды. Длительность аэрации будет зависеть от типа и режима работы аэрационных сооружений, природы загрязнений и их исходной концентрации, требуемой степени очистки, поддерживаемой в сооружениях дозы ила, кислородного режима, температуры воды. Применяемый в настоящее время в нашей стране метод расчета аэро- тенков основывается наследующих положениях. 1. Выбор типа аэрационного сооружения (аэротенк-вытеснитель, аэро- тенк-смеситель, аэротенк с рассредоточенным впуском воды) и режим его работы (с регенерацией активного ила или без нее) производится исходя из характеристик подлежащих очистке сточных вод (природы загрязнений, их концентрации и режима поступления, расхода стоков) и требуемой глубины их очистки. 2. Длительность аэрации является функцией одновременного воздействия таких факторов, как исходная и конечная концентрации загрязнений в сточной воде, природа загрязнений, доза ила в аэротенке, скорость окисления загрязнений активным илом, поддерживаемая в сооружении концентрация растворенного кислорода, гидродинамические условия в аэротен- ках. Поскольку степень влияния этих факторов на характер протекания биологических процессов будет зависеть от типа сооружения, то и методика расчета длительности аэрации будет различной для сооружений разных типов. 3. По расчетной длительности аэрации, те. длительности пребывания сточной воды в аэрационном сооружении, определяется расчетный расход сточных вод (по таблицам или графикам часового притока сточных вод в течение суток, соответствующего общему коэффициенту неравномерности притока. 4. Необходимая вместимость аэротенков без регенераторов определяется на основе расчетного расхода и длительности аэрации без учета ре- циркуляционного расхода активного ила, так как его смешение с поступающей на очистку сточной водой приводит к пропорциональному снижению исходной концентрации сточной воды за счет ее разбавления, практически не изменяя общей нагрузки загрязнений на активный ил. Рециркуляционный расход ила, однако, учитывается при расчете пропускной способности соответствующих коммуникаций. 5. Вместимость аэротенков при наличии регенераторов активного ила, а также самих регенераторов определяется с учетом рециркуляционного расхода активного ила в них. При этом длительность регенераций рассматривается как разница между длительностью, необходимой для окисления загрязнений, и длительностью пребывания сточной воды в аэротенке, где загрязнения уже подверглись изъятию из воды и определенному ферментативному воздействию активного ила. 6. Выбор системы аэрации осуществляется с учетом пропускной способности очистных сооружений, технико-экономической эффективности системы аэрации, наличия и возможностей получения выбираемого аэрационного оборудования, его долговечности и надежности в работе. 7. Расчет системы аэрации предусматривает определение необходимого количества воздуха, расчетных параметров его подачи в аэротенки (расход, давление, интенсивность подачи, числа воздухораспределительных устройств- аэраторов для обеспечения заданного кислородного режима и гидродинамических условий для перемешивания иловой смеси в аэротенке. Наиболее полно современные взгляды на динамику протекания очистных процессов в аэротенке отражены в методе их расчета, изложенном в СНиП 2.04.03-85. Рассмотрим основные положения этого метода. Период аэрации t atm , ч, в аэротенках, работающих по принципу смесителей, определяется по формуле , 1 |