14 Ковальчук Очистка стічних вод

шок повітря до 5-10 мм призводить до зниження коефіцієнта використання кисню до 4,5 %, а ефективності аерації - до 1,6 кг О2 на 1 кВт.год.

10.7.1.3 Крупнобульбашкові аератори

При цій системі аерації від розподільних трубопроводів через 1-1,5 м відходять вниз труби діаметром 50-100 мм із відкритими кінцями, що не доходять до дна на 0,5 м. Бульбашки повітря, що виходять спід обрізу труби, викликають велику турбулізацію рідини та подрібнюються нею.

Середній діаметр пухирців повітря при крупнобульбашковій аерації перевищує 10 мм, коефіцієнт використання кисню зменшується при цьому до 3 %, а ефективність аерації - до1,4 кг О2 на 1 кВт.год. Однак така система аерації є найбільш надійною, оскільки практично не засмічується.

10.7.1.4. Умови ефективної роботи пневматичних аераторів

На ефективність роботи пневматичних аераторів, крім розмірів бульбашок повітря і швидкості їх спливання, суттєво впливають склад забруднень і температура стічних вод, інтенсивність аерації, глибина занурення і розміщення аераторі у плані аеротенків.

Розміщення аераторів у плані аеротенків. У наш час використо-

вуються аеротенки з поздовжнім, поперечним, діагональним, поперечнопоздовжнім, поздовжньо-діагональним, невпорядкованим і суцільним розміщенням пневматичних аераторів (рис. 10.24). Найбільш простим і поширеним є розміщення аераторів вздовж однієї із стін коридору аеротенка, що створює спіралеподібний рух рідини.

Спеціальними дослідженнями встановлено, що ступінь використання кисню в аеротенку залежить головним чином від співвідношення f / F , де

f - площа, яку займають аератори у плані, а F - площа дзеркала води в аеротенку. При величині співвідношення f / F ≥ 0,1 форма аераційної полоси

впливає дуже слабко. Однак спосіб розміщення аераторів має дуже суттєве значення з точки зору підтримання активного мулу в завислому стані, яке забезпечується при швидкостях руху рідини біля 0,2-0,3 м/с (мінімальне значення 0,15 м/с). Вважається, що для рівномірного розподілу мулової суміші в коридорах аеротенків шириною більше 4-4,5 м слід передбачати дворядне чи осьове розміщення аераторів [16].

Розміщення аераторів у плані повинно здійснюватись також із врахуванням гідродинамічного режиму роботи аеротенків. При використанні коридорних аеротенків-змішувачів аератори розміщуються рівномірно по всій довжині коридору. У регенераторах аеротенків-змішувачів аератори розмі-

312

щуються нерівномірно по довжині: на першій половині довжини їх кількість приймається в два рази більшою, ніж на другій половині довжини. В аеротен- ках-витиснювачах аератори розміщуються нерівномірно у відповідності до зниження концентрацій забруднень і швидкостей біохімічного процесу [15].

Глибина занурення аератора. При збільшенні глибини занурення аератора зростає значення коефіцієнта використання кисню, а значить зменшується кількість повітря, яку необхідно подавати в аеротенки. Одночасно зростає необхідна потужність аераційного обладнання та питома вартість самого аеротенка. Тому визначення оптимальної глибини занурення аератора потребує одночасного врахування капітальних і експлуатаційних витрат, пов’язаних із біологічною очисткою стічних вод. Вважається, що без урахування місцевих умов оптимальна глибина аеротенків, обладнаних дрібнобульбашковими аераторами, знаходиться в межах 3-5 м, причому більша глибина відповідає крупним очисним станціям [16].

Рис. 10.24. Розміщення пневматичних аераторів в аеротенках:

а-ж - поздовжнє; з - поперечне; і - діагональне; к-н - поперечно-поздовжнє; о - попе- речно-діагональне; н - невпорядковане; р - суцільне

Інтенсивність аерації. Під інтенсивністю аерації прийнято розуміти відношення витрати повітря до площі аеротенка в плані, хоча відношення витрати повітря до площі в плані власне аераторів дозволяє краще зрозуміти вплив інтенсивності аерації на її ефективність.

При збільшенні витрати повітря, а значить й інтенсивності аерації, окислювальна здатність системи аерації зростає. Однак ефективність аерації при цьому спочатку збільшується до максимальних (оптимальних) значень, а 313

потім починає зменшуватись, що зумовлено зміною умов формування і режиму руху бульбашок повітря і, як наслідок, зміною коефіцієнта використання кисню повітря.

Для мдрібнобульбашкової аерації оптимальна інтенсивність в розрахунку на площу поверхні аератора складає: 60-80 м3/(м2.год) - для фільтросних пластин, 70-100 м3/(м2.год) - для фільтросних труб (в розрахунку на площу горизонтальної проекції труби); 50-80 м3/(м2.год) - для синтетичних тканин (арт. 560007, арт. 56026) [15]. При менших значеннях інтенсивності аерації внаслідок зниження ступеня турбулентності в зоні аерації й ефекту вторинного подрібнення пухирців повітря зменшуються коефіцієнт використання кисню повітря та ефективність аерації. Зменшення коефіцієнта використання кисню повітря та ефективності аерації при більших значеннях інтенсивності аерації пояснюється тим, що перенос кисню відбувається, головним чином, у двох фазах: під час утворення бульбашки і під час її підйому через шар рідини. Для пористих аераторів кількість кисню, що передається у фазі формування бульбашки, є значною частиною від загального, в той час як для аераторів із крупними отворами вона дуже незначна. Тому збільшення витрати повітря через пористий аератор більше оптимальної різко змінює процес формування бульбашок, прискорюючи їх відривання від отворів аератора. При цьому розмір бульбашок повітря вже не залежить від розміру пор аератора і має тенденцію до збільшення, що є причиною зменшення коефіцієнта використання кисню повітря та ефективності аерації.

Для середньобульбашкових аераторів зміна інтенсивності аерації на її ефективність дуже незначна.

Температура стічних вод. При збільшенні температури стічних вод зростає коефіцієнт масопередачі, але одночасно зменшується рівноважна концентрація розчиненого кисню. Встановлено [16], що зміна обох чинників у взаємно-протилежних напрямках складає приблизно 2 % на кожен градус температури. Таким чином температура стічних вод у межах 5-20 °С відносно мало впливає на окислювальну здатність системи аерації.

10.7.2. Механічна система аерації

Механічна аерація застосовується в практиці очистки стічних вод, починаючи з 1916 р. У минулому використання механічних аераторів обмежувалось установками малої продуктивності. У наш час механічні аератори

використовуються на очисних станціях продуктивністю до 50-100 тис. м3/добу.

Принцип дії механічних аераторів полягає у залученні атмосферного повітря м мулову суміш частинами аератора, що обертаються, при розбризкуванні рідини, а також при гідравлічному стрибку, який виникає на поверхні

314

аеротенка. За принципом дії механічні аератори поділяють на поверхневі з горизонтальною чи вертикальною віссю обертання, глибинні і поверхневоглибинні.

Механічні аератори монтуються на опорах чи понтонах.

10.7.2.1. Поверхневі аератори з вертикальною віссю обертання

У таких аераторах ротор занурений на невелику глибину в рідину і має безпосередній контакт із атмосферним повітрям. При обертанні ротора створюється розрідження, завдяки чому знизу підсмоктується мулова суміш, а також інжектується атмосферне повітря. Велику роль у насиченні повітрям мулової суміші має також кільцевий гідравлічний стрибок на поверхні аеротенка.

За конструкцією ротора найбільш відомі дискові, конусні (радіальноосьові), осьові й гвинтові аератори. Часто поверхневі аератори з вертикальною віссю обертання називають турбінними аераторами.

Дисковий аератор являє собою сталевий диск, з нижньої сторони якого приварюються радіальні лопаті (рис. 10.25). Диск занурений під рівень рідини на невелику глибину й обертається навколо вертикальної осі з певною швидкістю. При обертанні диску за рахунок відкидання лопатями рідини за ними створюється зона пониженого тиску, а верхня частина диску оголюється. У отвори чи щілини за лопатями підсмоктується атмосферне повітря, яке захоплюється струминами рідини, що викидаються спід аератора. Зустрічаючи опір кільця рідини навколо аератора, повітря подрібнюється й у вигляді окремих бульбашок відноситься потоками рідини і змішується з усім вмістом аеротенка.

За кордоном (ФРН, США) широко відомі дискові аератори «Вортейєр», які випускаються діаметром 0,3-4,6 м (потужність електродвигуна 1-75 кВт). На аераторах встановлюється 12-18 радіальних лопатей, заглиблення диску при цьому складає 40-120 мм. Для надходження повітря в дисках позаду лопатів влаштовуються отвори діаметром 30-50 мм чи прорізи шириною 15-30 мм вздовж усієї лопаті. Диски аераторів у залежності від їх діаметру обертаються з швидкістю 30-100 об-1 (окружна швидкість при цьому повинна складати 3,5-5 м/с). Продуктивність за киснем аераторів «Вортейєр» складає 1-170 кг О2/год, а ефективність аерації 2,7-3,4 кг О2/кВт.год [16,17].

Цикл експериментальних і теоретичних досліджень дискових аераторів був здійснений в Московському державному будівельному університеті. Було встановлено, що при окружній швидкості обертання 3,5-4,5 м/с оптимальна глибина занурення диска аератора в мулову суміш складає 80-100 мм. При цьому поверхня диска повністю оголюється, і атмосферне повітря через отвори діаметром 30-50 мм чи через щілини шириною 20-30 мм вільно над-

315

Рис. 10.25. Дисковий аератор:

1 - прорізи шириною 20-30 мм чи отвори діаметром 30-50 мм; 2 - лопасті; 3 - диск

ходить у зону розрідження позаду лопатів аератора. При більшій глибині занурення робота аератора значно погіршується в результаті повного затоплення диска й припинення внаслідок цього надходження повітря в аератор. При глибині занурення диска меншій 80-100 мм різко зменшується кількість кисню, що передається в мулову суміш.

На основі виконаних досліджень розроблений типоряд дискових аераторів діаметром 0,5-4,5 м з окислювальною спроможністю 80-4900 кг

О2/добу (табл. 10.2).

Робоча зона, яка обслуговується одним дисковим аератором, приймається квадратною в плані з розміром сторони квадрату рівним 5 діаметрам диска аератора. Для забезпечення нормальної циркуляції мулової суміші й запобігання осадженню мулу на дно аеротенка при його глибині 4-4,5 м доцільне використання стабілізатора потоку. Останній являє собою вертикальну трубу, що встановлюється з невеликим зазором під аератором співосно з ним

316

і має верхнє конічне розширення (рис. 10.26). При обертанні аератора відбувається циркуляція мулової суміші через стабілізатор потоку з дна камери аерації в її верхню частину.

Таблиця 10.2

Параметри дискових аераторів Московського державного будівельного університету [1]

Рис. 10.26. Схема дискового аератора з трубою-стабілізатором:

1 - дисковий аератор; 2 - труба-ста- білізатор; 3 - верхнє розширення стабілізатора; 4 - лопаті для запобігання закручуванню потоку

При роботі конусних аераторів відбувається радіально-осьовий рух мулової суміші. Зазвичай сам аератор має вид перекинутого зрізаного чи незрізаного конуса відповідно із внутрішніми чи зовнішніми лопатями. До ко317

нусних аераторів відносяться аератори «Симплекс», «Симкар», «Диффума», «Джирок» й інші. Характеристика деяких конусних аераторів наведена в таблиці 10.3.

Таблиця 10.3

Параметри деяких конусних аераторів [17]

Аератор «Симплекс» являє собою зрізаний конус, усередині якого закріплені декілька лопатів спеціальної форми (рис. 10.27). Аератор занурений в рідину над вертикальною трубою-стабілізатором таким чином, щоб його верхня частина виступала над рівнем рідини (в залежності від продуктивності) на 50-200 мм. При обертанні конус викидає рідину, розбризкуючи її над рівнем рідини в аеротенку, внаслідок чого рідина аерується. Конусні аератори «Симплекс» випускаються діаметром 0,6-3 м і використовуються в аеротенках глибиною до 6-9 м. При постійному рівні рідини продуктивність аератора можна регулювати, змінюючи глибину його занурення.

Рис. 10.27. Аератор «Симплекс»

Вітчизняний аератор КПС.108.61.08.000 являє собою насос із одностороннім осьовим входом рідини (рис. 10.28). Рототурбіна аератора має всередині декілька вигнутих лопаток і встановлюється над вертикальною тру- бою-стабілізатором. При обертанні рототурбіни рідина входить у неї через центральний отвір, змінює напрям свого руху від осьового вертикального до радіального горизонтального і викидається через вихідні отвори. При цьому забезпечується аерація рідини та ефективне її перемішування в об’ємі аероте-

318