13.2.Сущность процессов биологической очистки св в биофильтрах (бф).

Метод биолог. очистки ст. вод основан на способности микроорганизмов использовать в-ва, содержащиеся в ст. водах, в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Т. о., микроорганизмы освобождают воду от загрязнений.

Биолог. путем могут обрабатываться мелкие взв.в-ва, оставшиеся после мех. очистки, органич. в-ва, часть коллоидальных и раств. в-в, а также неокислен. неорг. соед-ния. Микроорганизмы культивируют как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Биол. очистку ведут в условиях, близких к естеств., или в искусственно созданных. В 1 случае естеств. биолог. очистка сточ. ж-ти происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологич.прудах. Во 2 случае искусств. биол. очистка произв-ся на биолог. фильтрах и аэротенках.

Осветленная сточн. жидкость, получ-ся в процессе очистки, выпускают в водоем, хлорируя.

В процессе биолог. очистки, получ-ся большие колич-ва осадка,направляющиеся в метантенк для сбраживания.

Очист. станции с БФ сооружают для средн. и малых насел. пунктов. Очист. станции с аэротенками строят для очистки ст. вод крупных городах.

Биологич. фильтр — сооружение, в котором ст. вода фильтруется через загрузочн. материал, покрытый биолог. пленкой, образованной колониями микроорганизмов.

Биофильтр состоит из следующих частей:

а) фильтрующей загрузки из шлака, гравия, керамзита, щебня, асбестоцемента, помещенной в резервуаре с водопроницаемыми или водонепрониц. стенками; б) водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение ст. водой поверхности загрузки биофильтра; в) дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды; г) воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса.

Процессы окисления, происходящие в БФ, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологич. очистки (на полях орошения и полях фильтрации). Однако в БФ эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Проходя через загрузку, загрязненная вода оставляет в ней нераствор. примеси, не осевшие в перв. отстойниках, а также коллоидные и раствор. органич. в-ва, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органич. в-ва и черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Т.о из ст. воды удаляются орг. в-ва и в то же время увеличивается масса активной биолог. пленки в БФ. Омертвевшая пленка смывается протекающей ст. водой и выносится из тела БФ. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Основные типы биофильтров: капельные (СВ подается в виде капель, струй); - высоконагружаемые фильтры особенность соор-ний - высокая окислительная мощность, более крупный загруз. мат-л; - БФ с пластм. загрузкой;

Расчет БФ состоит в опр-нии необходимого V загруз. мат-ла, размеров элементов водораспред. ус-ств, дренажа, лотков для сбора и отведения воды. V загрузки опр. по окислител. мощности (m кислорода, выраж. в гр. БПК, кот. м. б. получена в сутки с 1 м³ материала БФ, зависит от t ст. воды и наруж. воздуха, от характера загрязнений, материала загрузки, способа подачи воздуха).

Естес. вент-ция в БФ происх-т на разниц t наруж.в-ха и БФ.

Орошение 2 способами: спринклерное орошение и при помощи подвижных оросителей.

13.3.Влияние изменения частоты вращения рабочего колеса на его характеристики.

Непосредственное изменение частоты вращения вала приводного двигателя применяется при жестком соединении вала насоса с валом двигателя. Этот способ может быть использован, если в качестве привода насоса применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паровые или газовые турбины, изменение частоты вращения вала которых достигается путем дозирования рабочего тела (горючей смеси — ДВС, пара — паровая турбина, продуктов сгорания жидкого топлива - газовая турбина).

Однако ДВС и турбины не получили распространения в качестве привода насосов на водопроводных и канализационных насосных станциях. В отдельных случаях на водопроводных станциях небольших населенных пунктов при наличии одного источника электроэнергии устанавливаются противопожарные насосы с приводом от ДВС.

Относительно легко можно изменять частоту вращения вала насоса, если приводом его является электродвигатель постоянного тока, изменение частоты вращения ротора которого достигается с помощью реостата, включенного в электрическую цепь ротора. Но электродвигатели постоянного тока в качестве привода насосов целесообразно использовать только в тех условиях, где имеются относительно мощные электросистемы постоянного тока (промышленные комплексы, заводы и т.д.). Устройство специальной системы для преобразования тока (из переменного в постоянный) с целью питания электродвигателей на водопроводных и канализационных станциях общего назначения экономически невыгодно.

Наибольшее применение в качестве привода насосов получили асинхронные электродвигатели переменного тока. Имеется несколько способов регулирования частоты вращения ротора этих электродвигателей (переключение числа пар полюсов, изменение активного сопротивления в цепи ротора, изменение частоты питающего тока, устройство коллекторных двигателей). Но использование этих способов сопряжено с техническими трудностями. В отдельных случаях усложняется конструкция электродвигателей, увеличивается их стоимость или ухудшаются их механические характеристики. В настоящее время эти способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей переменного тока пока еще не находят широкого применения.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с помощью промежуточных передач. В этом случае частота вращения двигателя остается неизменной. В качестве промежуточной передачи используются гидравлические и электромагнитные муфты.

На рис. 1.29 показана конструктивная схема гидравлической муфты. Гидромуфта состоит из двух колес (насосного 2 и турбинного 4), имеющих форму полутора. С внутренней стороны рабочие полости, разделенные радиальными лопатками, заполняются жидкостью (маслом, водой). Насосное колесо гидромуфты закрепляется на ведущем валу 1, соединенном с валом приводного двигателя, а турбинное закреплено на ведомом валу 3 и соединяется с валом насоса. Насосное колесо, вращаясь с частотой n , через лопатки сообщает энергию жидкой среде, которая под действием центробежной силы перемещается к периферии и, поступая на лопатки турбинного колеса, передает полученный запас энергии, заставляя его вращаться с частотой n₂ (циркуляция рабочей жидкой среды в полостях гидромуфты показана стрелками). При передаче энергии от насосного колеса турбинному частоты их вращения не совпадают (n₂ < n₂) за счет проскальзывания. Величина скольжения, а следовательно, и частота вращения ведомого вала зависит от степени заполнения полостей гидромуфты рабочей жидкой средой. При полностью заполненных полостях и полной нагрузке скольжение со­ставляет около 3%, что соответствует КПД гидромуфты, равному 0,97. При полностью опорожненных полостях скольжение составляет 100% и ведомый вал вращаться не будет

Применение гидромуфт позволяет плавно регулировать частоту вращения рабочего колеса насоса в широком диапазоне, дает возможность запускать и останавливать центробежный насос с открытой задвижкой, позволяет относительно просто автоматизировать управление всеми насосами станции с одного пульта.

П ромежуточной передачей может служить электромагнитная муфта (рис. 1.31). Она состоит из двух дисков (6 якоря, 4 индуктора), механически не связанных между собой. Якорь соединен с ведущим валом привода 1, а индуктор — с ведомым валом насоса 2, на котором имеются контактные кольца 3. На индукторе имеется обмотка возбуждения 5, через которую пропускается постоянный электрический ток. При вращении якоря с частотой n и пропускании через обмотку тока возбуждения между яко­рем и индуктором возникает электромагнитная связь, посредством которой (с некоторым скольжением) приводится во вращение индуктор с частотой n . Величина скольжения зависит от силы тока возбуждения. Таким образом, с изменением силы тока возбуждения от номинальной величины до нуля будет меняться скорость вращения ведомого вала от максимального значения до полной остановки. Использование электромагнитных муфт позволяет плавно изменять частоту вращения вала насоса, легко разъединять валы насоса и приводного двигателя, дает возможность устройства дистанционного управления и автоматизации.

Рис. 1.31. Схема электромагнитной муфты