В выражении (5.1) уравнение скорости реакции окисления загрязнений имеет вид

.

В практике расчетов аэротенков величину r [в г О₂/(м^3.сут)] называют окислительной мощностью (ОМ) аэротенка. Объем аэротенка в зависимости от ОМ определяют по формуле

,

где Q_сут – суточная производительность аэротенка, м³/сут.

Величину  мг/ (г^.ч), находят по формуле

,

где ρ_max — максимальная скорость окисления, мг/(г∙ч), равная для городских сточных вод 85; С₀ — концентрация растворенного кислорода, мг/л; K₀ — константа, характе­ризующая влияние кислорода, мг О₂/л, равная для городских сточных вод 0,625; K_i — константа, характеризующая свойства органических загрязнений, мг БПК_полн/л, равная для городских сточных вод 33; φ — коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила, г/л, равный для городских сточных вод 0,07; а — доза ила, г/л.

Скорость окисления зависит от многих факторов, определяющими из которых являются: состав обрабатываемой сточной воды, степень адаптации биоценоза ила, температура, рН, наличие биогенных элементов, уровень нагрузки, концентрация растворенного кислорода и ингибирующего фактора.

Период аэрации в аэротенках-вытеснителях , ч, рассчитывают по формуле

,

где K_г — коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания, равный при полной биологической очистке 1,5 при L_t < 15 мг/л и 1,25 при L_t = 30 мг/л.

Режим вытеснения обеспечивается при соотношении длины коридоров L/В > 30. При L/B < 30 необходимо предусматривать секционирование коридоров с числом ячеек 5…6.

Для промышленных аэротенков t равно 8…12 ч, а иногда достигает 20 ч.

Нагрузка на ил q, мг/БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в сутки, составляет:

.

Объем аэротенков V можно подсчитать как произведение Q^. - (где Q — среднечасовой расход за время аэрации  в часы максимального притока).

Расход воздуха (м³/м³ воды) в аэротенке при (пневматической аэрации определяется из условия равенства скоростей потребления кислорода (при изменении БПК_полн сточной воды от до ) и его растворения.

В соответствии с основным уравнением массопередачи (для кислорода воздуха в процессе аэрации жидкости в аэротенке)

, (5.2)

где — масса кислорода, переходящего из пузырьков воздуха при аэрации в воду за время ; — коэффициент массопередачи; — поверхность контакта фаз (общая поверхность пузырьков воздуха при аэрации); — рабочая концентрация кислорода в сточной воде; с* — растворимость кислорода в воде при условиях аэрации.

Величина поверхности контакта фаз зависит от объемного расхода воздуха, пропускаемого через аэраторы, высоты барботажа в аэротенке и типа диспергатора (аэратора) воздуха:

, (5.3)

где — коэффициент, учитывающий влияние типа аэратора на величину .

Подставляя значение из (9.8) в (9.7) и учитывая, что , получим

. (5.4)

Пусть — дефицит кислорода в воде, доли от насыщения. При 10мг/л, 20 °С и обычно минимально достаточной величине мг/л значение составляет 0,8. Вообще дефицит кислорода в сооружениях аэрации изменяется в пределах 0,2…1,0, часто приближаясь к максимальным значениям.

С учетом дефицита кислорода уравнение (5.4) можно представить в виде

.

Скорость растворения кислорода равна скорости потребления кислорода dL/dτ. Поэтому

;

;

.

Таким образом

Значения обобщенного коэффициента K массопередачи в реальных условиях аэрации составляют 6…7 г О₂/м⁴ для аэраторов в виде дырчатых труб и 15…18 г О₂/м⁴ для фильтросных пластин. С ростом глубины Н аэротенка дефицит d кислорода в воде уменьшается, что используется на практике при сооружении так называемых «шахтных» глубоких аэротенков.

Пример 5.1. Рассчитать аэротенки-вытеснители для городской станции аэрации производительностью Q = 85000 м³/сут; БПК_полн поступающих стоков L_en = 140 мг/л; БПК_полн очищенных стоков L_ex = 15 мг/л; среднегодовая температура стоков T_w = 10,5 ˚С; среднемесячная температура сточных вод T_w = 22 ˚С.

По графику притока бытовых и промышленных сточных вод города приток в часы максимального расхода в % от Q_сут составляет:

Часы суток	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
Приток в % от Qсут	4,3	5,9	5,8	6,3	6,1	6,1	5,0

1. Принимается:

- доза ила a_i = 3,0 г/л;

- иловый индекс J_i = 100 см³/г;

- концентрация растворенного кислорода С_О = 2 мг/л.

2. Степень рециркуляции активного ила определяется по формуле

=0,43

3. Принимаются вторичные отстойники с илососами.

Определяется БПК_полн с учетом рециркуляционного расхода по формуле

=102,4 мг/л.

4. Период аэрации, ч, определяется по формуле

.

Для городских сточных вод принимаются следующие значения параметров: ρ_max = 85 мг/(г^.ч); K_l = 33 мг БПК_полн/л; K_О = 0,625 мгО₂/л; φ = 0,07 л/г; s = 0,3; K_р = 1,5 для полной биологической очистки до L_ex = 15 мг/л.

= 1,9 ч.

С поправкой на температуру

= 2,7 ч.

5. Определяется расчетный расход.

Средний часовой расход за время аэрации (3 ч) в часы максимального притока с 8 до 11 ч составляет:

= 6,17 % Q_сут

Расчетный расход:

q_w = 0,0617^.85000 = 5244,5 м³/ч.

6. Необходимый объем аэротенка:

W_at = t_atv∙q_w = 2,7^.5244,5 = 14160 м³.

Принимается 5 секций 2-коридорных аэротенков-вытеснителей с шириной коридора В_a = 6 м и глубиной H_at = 4,6 м.

= 51,3 м,

где N - количество секций, шт; n - количество коридоров в секции, шт.

Принимается L_cor = 54 м. Отношение = 45 м.

Следовательно, секционирование коридоров не требуется.

7. Уточняется нагрузка на активный ил q_i и величина илового индекса J_i:

= 529,1 мг БПК_полн/(г^.сут).

Этой нагрузке на ил соответствует иловый индекс J_i = 105 см³/г, что близко к предварительно принятому значению J_i = 100 см³/г. Следовательно, пересчета параметров не требуется.