ГЛАВА 2 Экспериментальный выбор оптимальной системы аэрации с керамическими аэраторами «Бакор»
На современном этапе развития водопроводно-канализационного хозяйства одной из наиболее сложных инженерных задач, направленных на улучшение экологической обстановки в различных регионах страны и охрану водоемов от загрязнения, является реконструкция и перевооружение сооружений по очистке городских сточных вод.
Сохранение водных объектов и поддержание в них благоприятных условий для жизнедеятельности микро и макро организмов на сегодняшний день носит значение приоритетного характера и реализуется в виде разрабатываемых технологий очистки вод.
В условиях современной развивающейся индустриальной действительности вода, используемая в ходе производства продукции, загрязняется, претерпевая изменения физико-химического и биологического характера, нуждается в очистке с целью соответствия норм ПДК рыбохозяйственных водоемов.
Основное направление очистки хозяйственно-бытовых сточных вод – обработка их на сооружениях биологической очистки – аэротенках, оборудованных системой аэрации. Согласно экспертным оценкам данный метод очистки является наиболее распространённым и безопасным в экологическом отношении.
Аэрация сточных вод представляет собой комплекс задач, целью которых служит создание аэробных условий с протеканием биологических процессов очистки вод путем насыщения жидкости воздухом. В основе данного способа лежит возможность некоторых бактерий, содержащихся в активном иле аэротенка, использовать для питания соединения органического происхождения с последующим биохимическим окислением.
В последние годы в области технологии аэрирования сооружений биологической очистки проводились разработки, как среди отечественных, так и зарубежных компаний. Сегодняшний рынок материалов и оборудования для диспергирования воздуха характеризуется повышенным разнообразием и высокими энергетическими показателями. Наиболее широкое отражение на станциях очистки сточных вод находят следующие технологические решения диспергирования воздуха:
1) Пневматическая система аэрации– представляет собой подачу воздуха (технического кислорода) под давлением в 10 – 50 кПа по магистральным и воздухораспределительным трубопроводам к диспергаторам различной конструкции, месторасположение и число которых в аэротенке определяется по результатам расчета.
Пневматическая система аэрации характеризуется тем, что в дополнении к обеспечению активного ила кислородом, выполняет также задачу перемешивания всего содержимого аэротенка. Пузырек воздуха по мере всплывания через слой жидкости с одной стороны передает в жидкость кислород посредством диффузии, а с другой – вызывает движение жидкости, обуславливая механическое перемешивание.
2) Механическая система аэрации – реализуется в ходе вращения мешалки-аэратора, вовлекающего в биореактор наружный воздух из окружающей среды. В зависимости от типа расположения оси вращения ротора классифицируются на горизонтальные и вертикальные.
В отличие от пневматической системы аэрации механическая характеризуется рядом преимуществ, среди прочих отсутствие забивания и зарастанию, возможность проведения своевременного осмотра и ремонта.
3) Комбинированная система аэрации –сочетает в себе технологические возможности пневматических и механических аэраторов. Основное назначение системы – очистка сточных вод повышенной концентрации.
Таким образом, повсеместное распространение аэрационных сооружений для биологической очистки сточных вод обуславливает дальнейший поиск технических разработокс целью интенсификации протекания процессов работы таких сооружений при формировании оптимальной газогидродинамической обстановки.
Целью научно-исследовательской работы, проводимой при кафедре «ВиВ» Донского государственного Технического Университета при участии студентов-магистров, а также аспирантов стран Сирии и Египта, явилось проведение ряда сравнительно-аналитических экспериментов, призванных определить способы интенсификации биологической очистки сточных вод посредством изменения гидродинамических потоков. Результатом данной работы стало описание способа повышения окислительной способности аэротенка в ходе распределения активного ила в аэротенке за счет создания «эрлифтного» эффекта.
Для решения поставленной цели в научной лаборатории была смонтирована экспериментальная установка объемом 0,3 м3. Данная модель была загружена активным илом действующих аэротенков (рис. 16), на дно помещен пористый керамический аэраторфирмы «Бакор», обеспечивающий высокоинтенсивную мелкопузырчатую аэрацию.
Рис. 16 Модельная установка с керамическим аэратором«Бакор»
Эксперимент проводился в несколько этапов, каждый из которых характеризовался 2 стадиями:
Стадия I. Определение седиментационных свойств активного ила:
1) Аэратор исходной конструкции (рис. 2), расход воздуха = 50 л/мин, содержание кислорода в водеО2 = 3,02 мг/л, давлениеP = 0,165МПа: процесс аэрации характеризовался мало преобладающим перемешиванием, на дне наблюдались участки застоя ила, факел аэратора достигал малых размеров, активный ил не перемешивался во всем объеме модельной установки (рис. 18).
Рис.17 Керамический аэратор фирмы «Бакор»
Рис.18 Модель аэротенка: 1 – резервуар; 2 – керамический аэратор фирмы «Бакор»; 3 – компрессор, 4 – «талия», 5 – «плечи»
2) Аэратор модифицированной конструкции с эрлифтным эффектом (рис. 4), расход воздуха = 50 л/мин, содержание кислорода в водеО2 = 3,02 мг/л, давлениеP = 0,165 МПа: процесс аэрации сопровождался интенсивным перемешиванием содержимого модельной установки, наблюдалось наличие завихрений воздушных потоков во всем объеме жидкости, отсутствовали участки застоя активного ила (рис. 20).
Рис.19 Модифицированный аэратор фирмы «Бакор» с эрлифтным эффектом
Рис.20 Модель аэротенка: 1 – резервуар; 2 – модифицированный аэратор фирмы «Бакор»; 3 – компрессор; 4 – подставки
С целью определения эффективности работы диспергаторов воздуха, на основании седиментационных показателей, батометром были отобраны пробы воды в 3-х точках объема модельной установки (рис. 21) и после30 минутного отстаивания определена высота слоя ила (рис. 22).
Рис. 21 Точки отбора проб воды при использовании аэраторов:
1, 2, 3 – дно резервуара; 4, 5, 6 – середина резервуара
Рис. 22 Количество активного ила, выпадающего в осадок, с применением аэраторов
различной конструкции
Стадия II: определение равномерности распределения концентрации взвешенных веществ в аэрируемом объеме.
Равномерность распределения взвесей определяли по прозрачности проб жидкости в соответствии с высотой аэрируемого слоя модельной воды с применением суглинка в качестве замутнителя (рис. 23).
Для ориентировки (СП по канализации) при использовании пористых материалов удельный расход воздуха на единицу рабочей поверхности аэраторов Ja,d зависит от индивидуальных свойств этих материалов и назначается в пределах Ja,d = 30-100 м3/(м2.ч); для фильтросных пластин - Ja,d = 60-80 м3/(м2.ч).
1. Аэратор типовой конструкции, расход воздуха 48 и 96 л/мин, давлениеP = 0,155 кПа: высокоинтенсивная мелкопузырчатая аэрация (35, 17 и 70,35 м3/(м2.ч))не обеспечивает в удаленных участках модельной установки должное взмучивание частиц. Оптимальное распределение кислорода не достигается в полном объеме.
2. Аэратор модифицированной конструкции с эрлифтным эффектом, расход воздуха 48 и 96 л/мин, уровень давления P = 0,155 кПа: насыщение кислородом жидкости протекает с большей интенсивностью, содержимое модельной установки характеризуется образованием ярко выраженные завихрений, имитат распределяется в полном объеме, подвергаясь дроблению на малые частицы.
Пробы воды, прошедшие тестирование на прозрачность по методу «кольца», мм, указывают на то, что использование аэратора с эрлифтным эффектом позволяет достигнуть более высоких показателей по прозрачности (табл. 2).
Рис. 23 Показатели аэраторов, характеризующие расход воздуха
Анализ полученных результатов показывает, что при равных расходах воздуха (48 и 96 л/мин) аэратор с эрлифтным эффектом повышает концентрацию ила и взвеси (рис. 21, 23)в воде модульной установки, что свидетельствует о вовлечении донных отложений в циркуляционные потоки. Так, для верхнего ряда концентрация ила при аэраторе с эрлифтом составляет 184,08 мг/л, а с типовым - 164,18 мг/л (+12 %); средний ряд характеризуется значениями в 168,94 мг/л и 194,92 мг/л соответственно (+15 %); нижний ряд составляет 184,08 мг/л и 169,14 мг/л (+8 %), т. е. участие взвешенных веществ в массообменных реакциях при аэрации повышается в среднем - на 11,8%.
Таким образом, проведенные исследования показывают преимущество модифицированного аэратора с эрлифтным эффектом над типовым аэратором "Бакор" по повышению использования взвеси в процессе аэрации, что, в свою очередь, повышает коэффициенты массообмена, использования объема реактора, снижению затрат на процесс. Поэтому, модифицированный режим пневматической аэрации через пористые керамические пластины, со встроенными эрлифтами, может быть рекомендован как для сооружений биологической очистки сточных вод, так и для иных аэрационных процессов.
Список использованной литературы
1. Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002г. № 7-ФЗ.
2. ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к оформлению текстовых документов»
3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
4. Свод правил СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
5. Канализация населенных мест и промышленных предприятий/Под. Ред. В.Н. Самохина.- 2-е изд., перераб. и доп.=М.: Стройиздат, 1981.-639 с.
6. СанПиН 2.1.5.980-00 Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод: Санитарные правила и нормы – М.: НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, 2000.
7. Яковлев С.В., Водоотведение и очистка сточных вод / С.В. Яковлев – Москва: «МГСУ», 2006 – 697 с.
8. Н.С.Серпокрылов, И.А.Кулик, А.А.Марочкин. Принципы проектирования блочно-модульных сооружений очистки сточных вод заводского изготовления. Водоснабжение и канализация, №1, 2009
9. Е.С. Гогина, В.П. Саломеев, Ю.П. Побегайло, Н.А. Макиша. Устройство, особенности строительства и эксплуатации индивидуальныъ очистных сооружений в РФ / ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (93) 2014.
10. О.С.Чередникова, М.В. Свалова. Компактная установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод // В сборнике: Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке. Сборник материалов III Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием: электронное научное издание. Ответственные за выпуск: А.П. Тюрин, А.Н. Домбрачев. 2015. С. 827-830.
11. «Технический паспорт – компактные подземные установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод WK-SEW», - ООО «Ватеркуб» Краснодар, - 2013 г.
12. Е.Ю. Солопанов. Интенсификиция биологической очистки сточных вод в аэрируемых сооружениях / Е.Ю. Солопанов – Иркутстк: «Байкальский институт природопользования СО РАН», 2009 – 20 с.
13. Е.Н.Серпокрылов. Технологические особенности применения современных отечественных керамических аэраторов с заданным размером пор в процессах очистки сточных вод / Е.Н. Серпокрылов – Волгоград: «Ростовский Государственный Строительный Университет», 2015 – 181 с.
14. Н.С. Серпокрылов. Аэраторы в очистке сточных вод / Н.С. Серпокрылов – Ростов-на-Дону: «Ростовский Государственный Строительный Университет», 2012 – 134 с.
15. Б.В. Бошенятов. Гидродинамика микропузырьковых газожидкостных сред / Изв. Томского политехнического университета, 2005. Т. 308. №6.
16. Н.С. Серпокрылов, И.В. Климухин, И.А. Павлюк и др. Экспериментальная оценка некоторых технологических показателей современных аэраторов /Вода: технология и экология. 2007. №4.
17. С.Ю. Андреев, Б.М. Гришина, С.Н. Хазов и др. Высокоэффективные конструкции аэраторов пневматического типа для биологической очистки сточных вод / Пенза: 2004. Рук. Деп. В ВИНИТИ №1891-В2004.
18. Б.Л. Красный, В.П. Тарасовский, А.Б. Красный и др. Пористая проницаемая керамика для мелкопузырчатых систем аэрации сточных вод в аэротенках / Новые огнеупоры. 2010. №10.