Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Системы аэрации иловых смесей в аэротенках


Системы аэрации иловых смесей в аэротенках

Выше отмечалось, что применительно к аэротенкам различают системы аэрации: 1) пневматическую; 2) 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 мелкопузырчатой аэрации крупность пузырьков воздуха составляет 1-4 мм, при среднепузырчатой – 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 и др.; к крупнопузырчатым – открытые снизу вертикальные трубы, а также сопла.

В России наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора являлась фильтросная пластина размером 300×300 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 воздуховодам и стоякам в канал, перекрытый пластинами. Стояки располагаются через каждые 20-30 м.

В зарубежной практике применялись чугунные, стальные, алюминиевые или железобетонные ящики небольшой длины, в которые заделываются фильтросные пластины. Такая конструкция позволяла быстро заменить вышедшую из строя пластину (вынуть ящик на поверхность), не опорожняя аэротенка. Так как ящики имеют малую длину, то расстояние между стояками не превышало 5 м.

Фильтросные пластины подвержены засорению с внутренней стороны пылью, окалиной и ржавчиной, находящимися в подаваемом воздухе, а с 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. Это связано с тем, что по мере зарастания пор фильтросной пластины возрастает ее сопротивление прохождению воздуха а, следовательно, возрастают и затраты электроэнергии на подачу единицы объема воздуха в аэротенк. При возрастании сопротивления выше определенных значений, а иногда и в случае некачественной заделки пластин в каналы, их выбивает давлением воздуха из гнезда и воздух практически не распределяется в аэротенке, уходя сплошными потоками через открывшиеся отверстия. При незначительном количестве таких отверстий их можно перекрыть мешками, наполненными песком, чтобы не останавливать аэротенк. Проведение же восстановительных работ требует отключения аэротенка и его опорожнения.

Для упрощения работ по устройству аэрационных каналов с фильт-росными 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. Отверстия для натяжного стержня герметизировались резиновыми прокладками и шайбами.

Воздух в аэратор подавался по стояку, который присоединен к тройнику с приваренными к нему фланцами, соответствующими размерам пористой трубы. Для фиксации трубы на днище аэротенка ее через каждые 3-5 м притягивали к желобу проволочными хомутами, продетыми в анкерные петли. Однако, опыт эксплуатации такой аэрационной системы не подтвердил ее преимуществ перед фильтросными пластинами, и она не получила практического применения.
В зарубежной практике вместо фильтросных пластин применяются купольные, грибовидные и другой формы диффузоры, устанавливаемые на воздухоподводящем 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. На 1 м 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.

Пористые трубки для аэрационных агрегатов могут изготавливаться из различных материалов, главным образом, пластмассовых. Пористость обеспечивается либо самой структурой материала, либо методом покрытия несущего стержня трубки. Так, в ряде стран широкое распространение получили сарановые трубки, представляющие собой каркас из некорроди-рующего материала в виде цилиндра с отверстиями для выхода воздуха (или сетки), на который намотан пластмассовый шнур. Трубка резьбовым соединением присоединяется к коллектору. В ряде конструкций аэрационных агрегатов трубка представляет собой сердечник с натягиваемым на него чехлом из пористой синтетической ткани. Достоинством тканевых аэраторов по сравнению с керамическими диффузорами является возможность их полной регенерации промывкой.

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, так и в виде тарельчатых аэраторов, монтируемых на воздуховоде через определенные расстояния на резьбовом соединении. Аэраци-онные трубы изготавливаются из обычных пластмассовых труб диаметром 120-И 50 мм с продольными 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 (Ассоциация производителей оборудования для очистки сточных вод).

В тарельчатых аэраторах могут применяться диспергирующие воздух материалы из пористо-волокнистого полимера, перфорированной резины, нержавеющей стали с лазерной просечкой. Диаметр такого аэратора 200 мм с той же пропускной способностью, что и у фильтросной пластины, т.е. 2-6 м3 воздуха в час. Общий вид такой аэрационной системы представлен на рис. 11.25 А/О Экологическая фирма «ГРИН ФРОГ».

Стремление избавиться от присущих мелкопузырчатым аэраторам недостатков, главным из которых является «способность» к засорению, привело к разработке новых конструкций аэраторов. К таким аэраторам относится вибрационный аэратор, представляющий собой клапанное устройство из некорродирую-щего материала. Под давлением воздуха клапан приподнимается, и между ним и гнездом образуется зазор в десятые доли миллиметра. При прекрашении подачи воздуха клапан плотно закрывает отверстие и предотвращает засорение диффузора. Аэратор монтируют путем ввинчивания в воздухораспределитель, расположенный у дна, либо в специальную плиту в днище аэротенка, которая перекрывает воздухораспределительный железобетонный канал (например, французский аэратор “Вибрэйр”).

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 труб показал, что через короткий срок отверстия засоряются ржавчиной 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. Воздухораспределитель может быть как неподвижным, так и 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 тон-кодиспергированного 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.

В некоторых странах получил распространение низконапорный аэратор системы ИНКА. Аэратор 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 0,6-0,9 м от 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, кпд которых на 15-20% выше, чем у воздуходувок компрессорного типа. Вентиляторы могут быть установлены непосредственно на аэротенках в легких укрытиях, защищающих их от неблагоприятных атмосферных условий.

К крупнопузырчатым аэраторам относится система «крупных пузырей», в которой аэраторами являются трубы диаметром 30-50 мм с открытыми концами, опущенные вертикально вниз на глубину 0,5 м от дна аэротенка. Эта система была впервые применена на станции Ашер в Париже. В такой системе аэрации используется кислород не только сжатого, но и в 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. Системы механической аэрации иловых смесей известны давно, но широкое распространение они получили в 60-70-е годы 20-го столетия. Механические аэраторы весьма разнообразны в конструктивном отношении, но принцип их работы одинаков: вовлечение воздуха непосредственно из атмосферы вращающимися частями аэратора (ротором) и перемешивание его со всем 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, «Лайтнин», щетки Кессенера и их модификации (цилиндрические, «Маммут», вальцовые и др.).

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 м, не доходящая до дна аэротенка 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. При вращении относительно вертикальной оси конус выбрасывает воду, разбрызгивая ее над уровнем воды в аэротенке, что обеспечивает ее аэрацию.

Дисковый аэратор представляет собой диск, с нижней стороны которого крепят радиально направленные лопасти. Скорость вращения диска относительно вертикальной оси принимается 3,5-4,5 м/с 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 «Инфилко» стабилизатор потока, устанавливаемый под аэратором с небольшим зазором.

Аэратор «Лайтнин» представляет собой полностью открытую тур-оину, у которой лопасти прикреплены непосредственно к валу и наклонены под углом 45° 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 до 100 мин“1. Аэратор погружается в во-ДУ на глубину 10-12 см.

Вращение такого аэратора приводит к вовлечению воздуха из атмосферы в сточную воду.

В последние годы разработано несколько модификаций аэратора Кессенера, 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 (кавита-ционные) 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 от воды 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 м/с, что отрицательно сказывается на энергетических показателях работы такого аэратора. Хотя в практике известны аэраторы этого типа -Писта, Дурова, системы “Механобр” – 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 м от 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 эжектор-ные, аэраторы по принципу действия аналогичны механическим поверхностным аэраторам с вертикальной осью вращения. Конструктивное оформление эжектор-ных 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 (рис. 11.28). Работают эжек-торные 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 (зону расширения потока), 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 (вода – воздух). Применяется эта система аэрации для сравнительно небольших очистных сооружений, так как радиус действия эжекторного аэратора невелик.

В связи с необходимостью доочистки сточных вод в аэрируемых биологических прудах в последние годы разработаны конструкции подвижных механических аэраторов. Необходимость перемещения механических аэраторов связана с тем, 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. 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 заменщ аэрационного оборудования, надежность и долговечность в работе, сложность ухода за системой в процессе эксплуатации и пр. 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 [г02/(кВтч) или кг02/кВтч)], либо затраты электроэнергии на растворение 1 кг кислорода (кВтч/кг02) в стандартных условиях. За стандартные условия принята аэрация полностью обескислороженной водопроводной воды при температуре 20°С и давлении 760 мм рт. ст.

Окислительная способность характеризует производительность аэратора по кислороду, так как ею выражается скорость растворения кислорода в единицу времени (г 02/ч или кг 02/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.

В данной таблице в графе 2 приведены значения эффективности аэрации в стандартных условиях. В графах 3-5 даны не абсолютные значения соответствующих характеристик, а 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 и пр. 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 и пр.





Похожие статьи:
Депонирование осадков сточных вод

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Очистка сточных вод

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум