Расчёт аэротенков

После расчёта сооружений механической очистки выписываются концентрации взвешенных веществ и БПК_полн, поступающих на биологическую очистку. В зависимости от требований к очистке выписывается БПК_полн очищенных сточных вод на сооружениях биологической очистки (результат анализируется только после отстаивания активного ила во вторичных отстойниках).

Рис. 7. Зависимость илового индекса от нагрузки на ил

Осуществляется расчёт средней дозы активного ила в аэротенках по формуле

, г/л, (8)

Здесь - максимальная скорость окисления, мг/(гч). Для городских сточных вод принимается =85 мг/(гч). Для производственных сточных вод определяется по [1, табл. 40].

Если L_en  500 мг/л, то принимают аэротенки-вытеснители.

Если L_en  150 мг/л, то регенерация активного ила не предусматривается, в противном случае, если L_en > 150 мг/л, то предусматривается регенерация активного ила в аэротенке. Под регенерацией следует понимать интенсивное аэрирование активного ила без подачи в него питательной среды – сточной жидкости. После регенерации активный ил обладает повышенной сорбционной и окислительной способностью.

СНиПом [1, п. 6.149] рекомендуется предусматривать возможность работы аэротенков с переменным объёмом регенераторов. Для аэротенков и регенераторов надлежит принимать, согласно СНиП [1, п. 6.150], число секций не менее двух; рабочую глубину – 3…6 м; отношение ширины коридоров к их рабочей глубине – 1:1 …2:1.

Доза активного ила в аэротенке выбирается в зависимости от поступающей в аэротенки концентрации БПК_полн по табл. 5.

Таблица 5

Значения дозы активного ила в собственно аэротенке

Len мг/л	100	150	200	250	300	350	400
ai, г/л	0,8 - 1	1 – 1,1	1,2 – 1,5	1,5	1,8	1,8 – 2	2 – 2,5

Для того чтобы в аэротенке обеспечить среднюю дозу ила, близкую к условной средней величине, принимают режим работы аэротенков с регенерацией ила, процент регенерации и дозу активного ила для регенерации, зависящую от влажности активного ила поступающего из вторичных отстойников. Если требуемой дозы ила нельзя достичь в силу высокой влажности и малой его дозы при подаче из вторичных отстойников, предусматривают уплотнение активного ила перед подачей его в регенератор.

Для расчёта объёма возвратного ила используют уравнение

, доля ед. (9)

где а_i – доза ила, принятая для аэротенка (по табл. 5), г/л;

а_r – доза активного ила в регенераторе. Она зависит от влажности ила

а_r =10(1 – В_ил/100), г/л, (10)

здесь В_ил – влажность подаваемого активного ила, %.

Рециркуляцию активного ила следует осуществлять эрлифтами или насосами.

Определяется удельная скорость окисления одного мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества ила в 1 ч по формуле

ρ = ρ_max* , мг/(гч), (11)

где ρ_max – максимальная скорость окисления, ρ_max =85 мг/(гч);

С₀ – концентрация растворенного кислорода (2 мг/л);

К_l – константа, характеризующая свойства органических загрязняющих веществ. Принимается по табл. 40 [1], для городских сточных вод К_l =33мгБПК_полн/л;

К₀ ‑ константа, характеризующая влияние кислорода. Принимается по табл. 40 [1], для городских сточных вод К₀=0,625 мг О₂/л;

φ – коэффициент ингибирования продуктами распада активного ила. Принимается по табл. 40 [1], для городских сточных вод φ =0,07 л/г.

Общая продолжительность окисления органических веществ t₀ в аэротенке находится по формуле

t₀= , ч, (12)

где L_en и L_ex – БПК_полн поступающей в аэротенк и очищенной сточной воды, мг/л;

а_ср – средняя доза ила в аэротенке, г/л;

З_ил – зольность активного ила (см. какой параметр принят при расчёте сооружений обработки осадков [2, с. 53]), г/л;

T_w – среднегодовая температура сточных вод.

Продолжительность обработки стоков в аэротенке определяется по формуле

, ч. (13)

Продолжительность регенерации находится по формуле

t_r = t₀ – t_at, ч. (14)

Нагрузку G на 1 г беззольного вещества активного ила следует определять по формуле

, мг/( гcут), (15)

где t_цикл – время цикла активного ила

t_цикл = t₀ + t_отс + t_и.зоны + t_и.с., ч, (16)

здесь t_отс – время пребывания во вторичных отстойниках (2 ч);

t_и.зоны – время пребывания в иловой зоне (2 ч);

t_и.с. – время пребывания в иловой системе (0,5 ч);

Необходимый объём всех регенераторов определяется по формуле

W_r = Q_maxR_it_r , м³, (17)

где R_i – степень регенерации активного ила;

Q_max - максимальный часовой расход, м³/ч. Принимается в расчётах по табл. 47 [2] п. 1а).

Общий объём аэротенков W_at определяется по формуле

W_at = Q_max(1+R_i)t₀ , м³. (18)

В аэротенках допускается применять, согласно СНиП [1, п. 6.151], аэрацию: мелкопузырчатую в виде пористых керамических и пластмассовых материалов (фильтросные пластины, трубы, диффузоры) и синтетические ткани (рис.8, 9); среднепузырчатую – щелевые и дырчатые трубы; крупнопузырчатую – трубы с открытым концом; механическую и пневматическую.

Рис. 8. Аэротенк с современным аэратором Рис.9. Аэрация в аэротенке

Число аэраторов в регенераторах и на первой половине длины аэротенков-вытеснителей надлежит принимать вдвое больше, чем на остальной длине аэротенков. Заглубление аэраторов следует принимать в соответствии с давлением воздуходувного оборудования и с учётом потерь в разводящих коммуникациях и аэраторах. Расчётную величину потерь давления в аэраторах (с учётом увеличения сопротивления за время эксплуатации) следует принимать по табл. 6.

Таблица 6

Расчётная величина потерь давления в различных аэраторах

Тип аэратора	Заглубление, м	Потеря давления, кПа (м вод. ст.)
Мелкопузырчатый	< 6	 7 (0,7)
Среднепузырчатый	> 3	1,5 (0,15)
Низконапорная аэрация	0,5…1	0,15…0,5 (0,015…0,05)

При числе секций аэротенков свыше четырёх подачу воздуха от воздуходувной станции необходимо предусматривать не менее чем по двум воздуховодам. Требуется предусмотреть возможность опорожнения и устройства для выпуска воды из аэраторов.

Удельный расход воздуха при пневматической аэрации определяется по формуле

, м³/м³, (19)

где q₀ – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн – 1,1, при очистке до БПК_полн свыше 20 мг/л – 0,9;

К₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка f_az/f_at по табл.7 [1, табл.42]; для среднепузырчатой и низконапорной К₁=0,75;

К₂ - коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов h_a и принимаемый по табл. 8 или [1, табл. 43];

K₃- коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85. При наличии СПАВ принимается в зависимости от величины f_az/f_at по табл.7 [1, табл. 44], для производственных сточных вод – по опытным данным, при их отсутствии допускается принимать K₃=0,7;

Таблица 7

Значения коэффициентов К₁ и K₃ в зависимости от типа аэратора

faz/fat	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,75	1,0
К1	1,34	1,47	1,68	1,89	1,94	2,00	2,13	2,30
Ja,max, м3/(м2ч)	5	10	20	30	40	50	75	100
K3	0,59	0,59	0,64	0,66	0,72	0,77	0,88	0,99

Таблица 8

Значения коэффициент К₁ в зависимости от глубины погружения аэратора

ha, м	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	3,0	4,0	5,0	6,0
К2	0,4	0,46	0,6	0,8	0,9	1	2,08	2,52	2,92	3,3
Ja,min, м3/(м2ч)	48	42	38	32	28	24	4	3,5	3	2,5

К_Т – коэффициент, учитывающий температуру сточной воды, определяется по формуле

К_Т = 1 + 0,02( Т_w – 20), (20)

Т_w - среднемесячная температура воды за летний период, С,

С_а – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяется по формуле

, (21)

здесь С_Т – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, в зависимости от температуры и атмосферного давления

. (22)

Для подачи воздуха на территории станции очистки сточных вод предусматриваются воздуходувные станции, в которых устанавливаются воздуходувные агрегаты или компрессоры в количестве не менее двух, – рабочая и резервная. Для обеспечения манёвренности в период эксплуатации целесообразно устанавливать не менее двух рабочих агрегатов. Агрегаты выбираются по каталогу по расчётному расходу воздуха и общей потере напора (табл. 9).

Таблица 9

Технические характеристики воздуходувок [7]

Тип агрегата	Производительность, тыс. м3/ч	Давление, МПа	Мощность двигателя, кВт
ТВ – 42 – 1,4	2,5	0,14	46
ТВ – 50 – 1,6	3,6	0,16	71
ТВ – 50 – 1,9	3,6	0,195	130
ТВ – 80 – 1,4	6,0	0,142	89
ТВ – 80 – 1,6	6,0	0,163	135
ТВ – 80 – 1,8	6,0	0,177	155
ТВ – 175 – 1,6	10,0	0,163	210
ТВ – 200 – 1,4	12,0	0,14	172
ТВ – 300 – 1,6	18,0	0,16	350

Выбрать размеры аэротенков-вытеснителей можно по табл. 10.

Таблица 10

Основные параметры типовых аэротенков-вытеснителей [3]

Ширина коридора, м	Рабочая глубина аэротенка, м	Число коридоров	Рабочий объём одного аэротенка, м3, при его длине, м					Номер типового проекта
			36-42	48-54	60-66	72-78	84-90
4,5	3,2	2	1040-1213	1386-1559	1732	-	-	902-2-195
		3	1560-1820	2080-2340	2600	-	-	902-2-192
		4	2070-2416	2762-3108	3494-3200	-	-	902-2-178
	4,4	2	1420-1658	1896-2134	2372	-	-	902-2-195
		3	2140-2496	2852-3208	3564	-	-	902-2-192
		4	2850-3325	3801-4276	4752-5225	-	-	902-2-178
6	4,4	2		2530-2847	3154-3471	3788	-	902-2-196
		3		3800-4275	4750-5225	5700	-	902-2-193
		4		5700	5334-6968	7602-8230	6870	902-2-179
	5,0	2		2880-3240	3600-3960	4320	-	902-2-196
		3		4320-4860	5400-5940	6480	-	902-2-193
		4		6500	7220-7940	8666-9380	10100	902-2-179

Окончание табл. 10

Ширина коридора, м	Рабочая глубина аэротенка, м	Число коридоров	Рабочий объём одного аэротенка, м3, при его длине, м				Номер типового проекта
			72-78	84-90	96-102	108-114
9,0	4,4	2	6180	6655-7130	7505-7980	8455	902-2-197
		3	9270	9983-10696	11409-12122	12835	902-2-194
		4	-	18300-14250	15200-16150	17100-18050	902-2-180
	5	2	7020	7560-8100	8640-9180	9720	902-2-197
		3	10530	11340-12150	12960-13770	14580	902-2-194
		4		15120-16200	17280-18360	19440-20520	902-2-180