12.5. Конструкции аэротенков
При конструировании аэротенков должны быть решены вопросы оптимального расположения коммуникаций, подводящих к аэротенкам сточную воду на очистку, циркуляционный активный ил, воздух и отводящих от них иловую смесь в сооружения илоотделения. Под оптимальным понимается взаимное расположение коммуникаций, обеспечивающее возможность работы аэротенков по заданной технологической схеме, а при необходимости и переход от одной схемы работы к другой (например, от схемы без регенераторов ила к схеме с регенерацией), удобство контроля и управления, оперативного переключения в случае остановки сооружения для ремонта и пр. Одним из важных требований при этом является обеспечение минимальной длины коммуникаций.
Конструктивное оформление аэротенков определяется пропускной способностью очистных сооружений, исходными характеристиками сточных вод, подлежащих очистке, определяющими режим работы аэротенков, типом аэрационного оборудования для подачи воздуха и перемешивания, конструкций других сооружений, включаемых в технологическую схему очистки сточных вод и др.
Для крупных очистных сооружений применяются главным образом прямоугольные в плане аэротенки с пневматической аэрацией, хотя имеются крупные очистные сооружения с механической системой аэрации. Для сравнительно небольших очистных сооружений применяются как прямоугольные, так и круглые в плане аэротенки с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. Одной из существенных характеристик аэротенков является их связь с сооружениями последующего разделения иловой смеси. С этой точки зрения различают аэротенки с отдельными отстойными сооружениями, т.е. с независимым друг от друга гидравлическим режимом работы аэротенков и вторичных отстойников и аэротенков-отстойников, в которых эти два сооружения определенным образом гидравлически связаны и взаимозависимы.
Аэротенки с отдельными сооружениями илоотделения характеризуются тем, что иловая смесь из них выводится и направляется в отстойные сооружения, из которых осуществляется принудительный возврат циркуляционного активного ила либо насосными установками, либо эрлифтами. Такие аэротенки могут применяться на очистных сооружениях практически любой пропускной способности, но наиболее часто на крупных и средних. Аэротенк представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на два-четыре коридора продольными перегородками, обеспечивающими последовательное протекание по ним иловой смеси. Такое коридорное устройство позволяет типизировать поперечные размеры аэротенков и с высокой степенью гибкости вводить при необходимости регенерацию: от 25% при выделении одного коридора под регенераторы до 75% при выделении трех коридоров в 4-коридорных аэротенках (или 33 и 66% при 3-коридорньгх аэротенках, или 50% при 2- и 4-коридорных аэротенках). При этом исключается продольное перемешивание иловой смеси при работе аэротенков в режиме вытесните-лей (см. рис. 12.7). Такое устройство позволяет также легко
осуществить как подвод очищаемой жидкости и ила к аэротен-ку, так и отвод от него иловой смеси независимо от технологической схемы работы аэротенка. Ширина коридора может составлять 4,5—9 м (а иногда и более) при глубине его до 6 м. Длина аэротенков может достигать нескольких десятков метров в зависимости от мощности очистных сооружений.
На рис. 12.17 показан типовой 4-коридорный аэротенк, конструкция которого разработана ЦНИИЭП инженерного оборудования. Длина коридора аэротенка 84 м. Коридоры аэротенка могут быть шириной 4,5; 6 и 9м. При ширине коридора 4,5 м рабочая глубина аэротенка составляет 3,2 и 4,4 м, а при ширине 6и9м— 4,4и5м. Такой аэротенк работает по принципу аэротенка-вытеснителя.
Аэротенк может работать с 25%-ной регенерацией ила, когда сточная вода подается в начало коридора II из верхнего канала осветленной воды, а регенератором служит коридор I, куда подается циркулирующий (возвратный) активный ил из вторичных отстойников по трубопроводу.
При 50%-ной регенерации ила сточная вода подается в начало коридора III из нижнего канала осветленной воды.
Воздух диспергируется с помощью фильтросных пластин, уложенных в бетонных каналах, которые устраивают в дне аэротенка вдоль продольной стенки его коридора.
В коридорах I и II укладывают по три ряда фильтросных пластин, а в коридорах III и IV — по два ряда.
Для удаления воды из подфильтросных каналов в период пуска воздуходувок в работу служат водовыбросные стояки диаметром 60 мм.
Для предотвращения выпадения взвешенных веществ и активного ила в верхнем и нижнем каналах осветленной воды, а также в распределительном канале вторичных отстойников воздух подается через воздушные стояки диаметром 33,5 мм.
На Курьяновской станции аэрации (Москва) запроектированы 4-коридорные аэротенки с отдельной регенерацией активного ила. Коридор аэротенка имеет длину 133, высоту 4 и ширину 8 м.
Иловая смесь из коридора IV поступает в канал иловой смеси, в который поступает иловая смесь и от других секций , аэротенков. Далее из этого канала иловая смесь по трубопроводу через распределительную чашу поступает во вторичные
отстойники самотеком, а активный ил из них возвращается в аэротенк насосами или эрлифтами.
Если отстойные сооружения имеют прямоугольную в плане форму (горизонтальные отстойники), то может устраиваться единый блок аэротенков с первичными и вторичными отстойниками (рис. 12.18), в котором до минимума сведена длина связывающих эти сооружения коммуникаций.
На рис. 12.19 показан аэротенк-смеситель, разработанный Гипрокоммунводоканалом. Каждая секция аэротенка состоит из двух коридоров, один из которых является собственно аэротенком, а другой — регенератором. Регенератор отделен
от аэротенка легкой стенкой из волнистого шифера. Длина коридора аэротенка 135, ширина 9, рабочая глубина 5 м.
Сточная вода подается в коридор собственно аэротенка рассредоточенно через отверстия, расположенные на расстоянии 40 м одно от другого.
Прямоугольные аэротенки снабжены трубопроводами для их опорожнения. Днище коридора аэротенка имеет уклон 0,001 к его середине, где устроен лоток опорожнения.
Устройство аэротенков с механической аэрацией практически ничем не отличается от устройства аэротенков с пневматической аэрацией. Однако в силу специфики механических аэраторов, имеющих квадратную или круглую в плане зону действия, при их применении стремятся увеличить ширину аэротенка (или коридора) до пяти-шести диаметров аэратора, что в свою очередь предопределяет и специфичность подходов к компоновочным решениям, которые должны предусматривать возможность демонтажа и замены в случае необходимости электропривода или аэрационного агрегата в целом. Естественно, что с увеличением мощности очистных сооружений увеличивается количество единиц аэрационного оборудования и компоновка сооружений значительно усложняется.
Характерной чертой аэротенков-отстойников является совмещение функций аэрационного бассейна и вторичного отстойника в одном сооружении. Часть сооружения, в которой осуществляется аэрация иловой смеси, получила название аэрационной зоны, а другая — отстойной зоны. Обе эти зоны связаны между собой отверстиями, окнами, щелями и пр., обеспечивающими переток иловой смеси из аэрационной зоны в отстойную и возврат активного ила из отстойной зоны в аэрационную без применения принудительной циркуляции. Примером такого сооружения может служить широко применяющаяся во Франции конструкция «Оксиконтакт», разработанная французской фирмой «Дегремон» (рис. 12.20). Сточная вода после первичных отстойников подается в распределительный трубопровод, расположенный вдоль аэрационной зоны, находящейся в центре прямоугольного в плане резервуара. С обеих сторон аэрационной зоны расположены отстойные зоны, отделенные от нее наклонными перегородками, имеющими в их верхней части регулируемые переливные окна, через которые иловая смесь поступает в отстойную зону,
а в нижней части — продольные щели, через которые активный ил возвращается в аэротенк после отделения от очищенной воды под действием гравитационных сил. Осветленная вода собирается в сборные желоба, расположенные вдоль внешних сторон каждой отстойной зоны. Избыточный активный ил отводится из осадочной части отстойной зоны через илоотвод-ные трубопроводы, расположенные на определенных расстояниях друг от друга. Аэрационная зона снабжается воздухом через колпачковые аэраторы «Вибрэйр», монтируемые либо в плиту днища, перекрывающую воздушный канал, либо в воздуховоды, укладываемые по днищу этой зоны таким образом, чтобы вызывать двойной спиралеобразный поток иловой смеси. Глубина сооружения около 4 м, длина 15—70 м (в зависимости от требуемой пропускной способности). Циркуляционный расход активного ила может достигать 200 — 300% расчетного расхода сточных вод.
Для станций сравнительно небольшой пропускной способности довольно широко применяются аэротенки-отстойники круглой в плане формы с концентрическими зонами аэрации и отстаивания. Примером такого сооружения является радиальный аэротенк-отстойник с центральной зоной аэрации и периферийной зоной отстаивания. На рис. 12.21 показан аэротенк-отстойник, в котором сточная жидкость подается в центр зоны аэрации, где наблюдается высокая степень турбу-лизации за счет действия пневмомеханического аэратора, быстро и полно смешивается с активным илом, возвращающимся из отстойной зоны в аэрационную через круговую придонную щель. На рис. 12.22 показана аналогичная уста-
новка, но с механическим аэратором с вертикальной осью вращения, располагаемым в центре аэрационной зоны. Обе установки работают в режиме аэротенка-смесителя.
Применяются и аэротенки-отстойники промежуточного типа, в которых возврат активного ила из отстойной зоны в аэрационную осуществляется принудительно. К таким сооружениям следует отнести аэротенки-отстойники типа Оксира-пид, конструктивно аналогичные Оксиконтактам. Однако они отличаются от последних системой возврата активного ила через специальные стояки, оборудованные эрлифтами для обеспечения подъема ила из иловой части отстойной зоны и возврата его в аэрационную зону (рис. 12.23). Примером такого сооружения в радиальном исполнении является аэро-тенк-отстойник типа Турбофлок, в котором отстойная зона, выполненная в виде радиального отстойника со скребковым механизмом, располагается в центре сооружения, а возврат ила в зону аэрации осуществляется с помощью насосов (рис. 12.24). В аэрационной зоне применена система аэрации,
состоящая из неподвижных аэраторов, монтируемых у днища аэротенка, а также перемещаемых в противоположном движению жидкости аэраторов на вращающейся платформе, позволяющих снизить затраты электроэнергии на единицу снимаемой БПК. Фирмой «Эпюрекс» разработаны типоразмеры этого сооружения для обслуживания 1600—20 000 жителей. Установка работает в режиме продленной аэрации для станций, обслуживающих до 6500 жителей и в режиме классической аэрации для больших станций.
К аэротенкам-отстойникам промежуточного типа относится и установка, разработанная кафедрой канализации МГСУ (рис. 12.25). Возврат активного ила из зоны отстаивания осуществляется под действием гидростатического напора, развиваемого механическим поверхностным аэратором дискового типа, устанавливаемым в центре квадратной (или прямоугольной) в плане формы зоны аэрации, по трубопроводу, связывающему иловую часть отстойной зоны со стабилизатором потока в виде вертикальной трубы, устанавливаемой под аэратором.
Для малых очистных станций разработаны компактные установки, включающие полный набор сооружений для очистки сточной воды и минерализации избыточного активного ила, в которых используются названные выше принципы компоновки аэрационной и отстойной зон и которые предназначены для обработки сточных вод объемом от нескольких кубометров до нескольких сот кубометров в сутки (рис. 12.26).
Циркуляционные окислительные каналы (ЦОК) получили определенное распространение в странах Западной Европы, особенно в Голландии, где они были впервые предложены А. Пасвиром. Эти аэрационные сооружения представляют собой замкнутый канал трапецеидального или прямоугольного сечения овальной в плане формы, по которому циркулирует иловая смесь со скоростью 0,25—0,3 м/с, предотвращающей
осаждение активного ила и обеспечиваемой горизонтальными цилиндрическими аэраторами, устанавливаемыми поперек канала (рис. 12.27). ЦОК работает по принципу аэротенков продленной аэрации, как правило, без первичного отстаивания, при средней длительности пребывания ила в нем около 40 сут, что позволяет обеспечить значительную его минерализацию. При этом в зависимости от расхода применяются как схемы без вторичного отстаивания (рис. 12.27,а), так и схемы с вторичным отстаиванием (рис. 12.27,6). По схеме а осуществляется периодическая работа канала то как аэротенка, то как вторичного отстойника, для чего требуется устройство как минимум двух каналов с выведением избыточного ила непосредственно из канала. По схеме б ЦОК работает непрерывно с выведением активного ила из вторичного отстойника. Избыточный активный ил в обеих схемах направляется на иловые площадки.
В настоящее время в ЦОК применяются механические аэраторы с вертикальной осью вращения типа Симкар. Аэра-
тор устанавливается в месте закругления канала с устройстве перегородки таким образом, чтобы весь формируемый аэрат ром поток жидкости направлялся вдоль канала. Такой ЦО получил название «Карусель» и широко применяется д. обслуживания населенных мест с числом жителей 8 15... 20 тыс. Это стало возможным благодаря большой окисл тельной.и особенно перекачивающей способности аэратор что позволило увеличить глубину канала с традиционнь 0,8—1 до 2,5—4 м и, следовательно, значительно сократи-необходимую площадь этого сооружения. Опыт эксплуатаод показал также, что, хотя расчетный объем канала может бы-снижен на 1 жителя с 0,25—0,3 до 0,15—0,18 м3 из услот биологической очистки стоков, это делать нецелесообразно i соображений последующей обработки ила. Также нецелесоо' разно и введение первичного отстаивания, так как количест! избыточного ила при работе канала из расчета 0,25 м3 на жителя не превышает 30 г по сухому веществу на 1 жителя сутки. По некоторым данным, экономически эффектив^ применение ЦОК типа «Карусель» для обслуживания нас' ленных мест с числом жителей до 30 000.
Окситенки. С начала 70-х годов сначала на уровне нау^ ных исследований, а затем и на уровне практического испол' зования стали проводиться работы по применению техничо кого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, вме то атмосферного воздуха для обеспечения аэробных услови в сооружениях биологической очистки. Использование кисл< рода вместо воздуха позволяет поддерживать в очищаемо воде концентрацию расгворенного кислорода в 5—Юмг/ вместо обычно принятой для аэротенков концентрации в 2 мг, л. Это в свою очередь существенно повышает не тольв окислительную способность сооружения, но и его устойч! вость при шоковых и резко колеблющихся нагрузках s активный ил. Кроме того, прирост активного ила в таки сооружениях на 25—35% ниже, чем в аэротенках, ил знач! тельно лучше отделяется от очищенной воды и уплотняете? что позволяет уменьшить объем вторичных отстойников уплотнителей ила. Немаловажное значение имеет и тот фак' что при использовании кислорода очень интенсивно протекаю процессы нитрификации аммонийного азота. Хотя по технолс гической сути процессы биологической очистки в сооружения с использованием кислорода идентичны очистным процесса
в аэротенках, конструктивное оформление и эксплуатация сооружений с применением кислорода значительно сложнее, чем аэротенков. Это связано с необходимостью практически полного использования подаваемого в сооружение кислорода, учитывая стоимость его получения и подачи.
В отечественной практике очистки сточных вод с применением кислорода используются окситенки, предложенные ВНИИ ВОДГЕО (рис. 12.28). Конструктивно окситенк выполнен в виде резервуара круглой в плане формы с цилиндрической перегородкой, разделяющей его на зону аэрации в центре и илоотделитель по периферии сооружения. В средней части по высоте цилиндрической перегородки устроены окна для перепуска иловой смеси из зоны аэрации в илоотделитель; в нижней части перегородки — окна для возвращения ила в зону аэрации.
Зона аэрации оборудована герметическим перекрытием, на котором устанавливается электропривод турбоаэратора. На перекрытии смонтированы трубопровод подачи кислорода и продувочный трубопровод с клапанами.
Илоотделитель оборудован перемешивающим устройством, представляющим собой радиально расположенные решетки из вертикальных стержней d = 30.. .50 мм, расположенных один от другого на расстоянии 300 мм. В нижней части решеток размещается шарнирно подвешенный скребок. Илоотделитель работает со взвешенным слоем активного ила, уровень которого стабилизируется автоматически путем сброса избыточного ила через трубу.
Сточная вода поступает в зону аэрации по трубе. Под воздействием скоростного напора, развиваемого турбоаэрато-ром, иловая смесь через окна и зону газоотделения поступает в илоотделитель. Благодаря направляющим щиткам жидкость в илоот делителе медленно движется по окружности, вследствие чего значительно интенсифицируется процесс отделения и уплотнения ила. Очищенная вода проходит сквозь слой взвешенного активного ила, доочищается от взвешенных и растворенных органических веществ, поступает в сборный лоток и отводится по трубе. Возвратный активный ил опускается по спирали вниз и через окна направляется в камеру аэрации.
Окситенк оборудуется системой автоматизации, обеспечивающей подачу кислорода в зону аэрации в строгом соответствии со скоростью его потребления. Система автоматически
поддерживает заданную концентрацию растворенного кислорода в иловой смеси окситенка при любых изменениях состава, концентрации или расхода сточной воды.
Отличительными признаками окситенка являются высокая эффективность использования подаваемого кислорода, значительное сокращение общего объема сооружения в связи с двухцелевым использованием объемов илоотделителя, а также автоматическое регулирование подачи кислорода в соответствии со скоростью его использования.
В газовой смеси над поверхностью воды в зоне аэрации окситенка поддерживается высокое содержание кислорода. Благодаря этому стало возможным поддерживать высокие концентрации растворенного кислорода в иловой смеси при низких затратах электроэнергии на его растворение. Высокая концентрация растворенного кислорода значительно увеличивает скорость окисления и позволяет повысить дозу активного ила в сооружении.
Благодаря значительному запасу растворенного кислорода в иловой смеси, поступающей в илоотделитель, и ее перемешиванию в циркуляционной зоне одновременно и интенсивно протекают два процесса — биологическое окисление и разделение иловой смеси. В зоне взвешенного фильтра также одновременно протекают два процесса — осветление очищенной воды и доокисление оставшихся органических веществ.
Оптимальными параметрами технологического режима окситенка при очистке сточных вод от химических производств являются: концентрация растворенного кислорода 10 — 12 мг/л (в аэротенках 2—4 мг/л), доза ила 6—8 г/л (в аэротенках 2,5—3 г/л), период аэрации (включая пребывание в илоотделителе) 2,5—3 ч (в аэротенках 16—20 ч). Эффективность использования кислорода в окситенках 90 — 95%.
При этом окислительная мощность окситенков выше, чем аэротенков, в 5—6 раз; капитальные затраты меньше в 1,5— 2 раза, а эксплуатационные — в 2,5—3 раза.
В настоящее время наиболее перспективно применение окситенков на объектах, которые имеют собственный технический кислород или могут получать его от соседних предприятий (например, заводы по производству синтетического каучука, а также химические, коксохимические, нефтехимические и др.). Весьма перспективным применение окситенков может оказаться и для снижения газовых выбросов в атмосферу при очистке сточных вод, содержащих загрязнения.
Технологический расчет окситенков осуществляется по тем же формулам, что и расчет аэротенков-смесителей, но с рабочей дозой ила в пределах 6—10 г/л и концентрацией растворенного кислорода 6—12 мг/л.