Введение к работе
Актуальность темы. Усовершенствование аэрационных методов очистки сточных вод является частью стратегических решений вопроса предотвращения загрязнения окружающей среды. Производственные мощности, созданные без учёта всех факторов, влияющих на процессы очистки, требуют применения к ним дополнительных условий для повышения эффективности технологического процесса очистки сточных вод. Создание эффективных методов очистки по своей сложности не уступает применению малоотходных технологий. Современные методы очистки сточных вод включают: механическую очистку, биологическую очистку, физико-химическую очистку. Важное место среди них занимает биологическая очистка, которая широко используется при обработке промышленных и бытовых стоков. В ее основе лежит биохимическое окисление органических загрязнений микроорганизмами активного ила в аэробных или анаэробных условиях. Наибольшее распространение среди методов биологической очистки получил метод с использованием активного ила в аэротенках. За счёт взвешенных веществ, не задержанных при отстаивании, и активного ила создаются коллоидальные условия с размножением на образовавшихся коллоидах микроорганизмов. Аэрация ускоряет процесс окисления органических примесей исходной воды и создаёт возможность диффузии и сорбции последних.
В этих условиях постановка вопроса о возможности усовершенствования способа аэрации является весьма своевременной. Однако на сегодняшний день теоретическая сторона вопроса изучена недостаточно. Исследование механизма взаимодействия потока очищаемой сточной воды и пузырьков воздуха, с точки зрения гидродинамики и энергетических потенциалов, возникающих при движении потоков, является весьма актуальным.
Исследований движения потока жидкости при биологической очистке сточной воды в аэротенках, как энергетически потенциального, опубликовано немного. Ознакомление с ними приводит к выводу о том, что в настоящее время в научной среде только начинает подниматься вопрос о потенциальности потока, т.к. подобный подход значительно повышает эффект очистки сточной воды в аэротенках.
Использование усовершенствованных способов аэрации расширяет область применения данного метода.
В предлагаемой работе рассматриваются:
-
анализ исходной сточной воды и активного ила как коллоидной структуры;
-
разработанный механизм взаимодействия потока сточной воды в аэротенках (как потенциального потока) и колебательного механизма пузырьков воздуха;
-
расчет влияния энергетической направляющей при аэрации и потенциального потока на эффективность очистки сточной воды.
Цель работы – разработка теоретических основ влияния аэрации на гидродинамику потока жидкости в аэротенках, экспериментальные исследования по определению гидравлических показателей потока, оценка воздействия движения водно-иловой смеси на эффективность очистки сточной воды.
Объект исследования – хозяйственно-бытовые и предварительно очищенные производственные сточные воды, структура потоков в аэротенках.
Предмет исследования – взаимодействие пузырьков воздуха при аэрации и равномерного движения потока жидкости в аэротенках, движение аэрируемой водно-иловой смеси, ускорение процессов диффузии органических примесей.
Задачи работы. Для достижения поставленной цели в ходе диссертационной работы решались следующие задачи:
-
разработка и расчет физической гидродинамической модели для повышения эффективности очистки сточной воды в аэротенках;
-
изготовление экспериментальной установки для изучения гидродинамических процессов и распределения активного ила в аэротенке;
-
проведение анализов качества очистки сточных вод в существующих гидродинамических условиях;
-
изучение гидродинамической обстановки в аэрируемом сооружении;
-
разработка и испытание модели нового аэрационного устройства для подачи воздуха в аэротенк с целью повышения эффективности очистки сточных вод;
-
обоснование выдвинутой математической модели экспериментально;
-
расчет влияния колебания пузырьков воздуха при аэрации, имея ввиду то, что в сооружении превалирует потенциальный поток.
Научная новизна диссертационной работы состоит в развитии актуального направления биологической очистки сточных вод в аэротенках. Она состоит в следующем:
- исследован механизм взаимодействия потока сточных вод, как потенциального потока, и колебательного механизма пузырьков;
- предложено математическое описание разработанной модели биологической очистки сточных вод в аэротенках от органических примесей, с учетом энергетической направляющей при аэрации;
- по результатам исследований доказано наличие влияния энергетической направляющей при аэрации и потенциального потока на эффективность очистки сточных вод в аэротенке;
- предложен, теоретически обоснован и экспериментально подтвержден метод воздействия на газогидродинамику аэротенков, обеспечивающий увеличение эффективности очистки сточных вод.
Практическая значимость заключается в следующем:
- разработаны рекомендации для проектирования аэротенков с предлагаемой системой аэрации;
- разработаны конструктивные элементы предлагаемой системы аэрации;
- доказана эффективность применения предложенных технологических решений в технологической схеме работы аэротенков.
Внедрение результатов - выданы рекомендации на проектирование аэротенков с предложенной системой аэрации для ЗАО «Рязангражданпроект».
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены многократным повторением экспериментов на лабораторных установках с реальными сточными водами и активным илом ЗАО «РНПК», применением стандартных методов измерения и точного измерительного оборудования. Обоснованность предлагаемых технологических решений, схем и конструкций обработки воды подтверждена лабораторными испытаниями.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
- Международная конференция «Энергосбережение и энергоэффективность на предприятиях водопроводно-канализационного хозяйства» Москва, МВЦ «КрокусЭкспо» 6-7.06.2012.
- Конференция «Современные методы очистки сточных вод» ФГБОУ ВПО «МГСУ», 18.10.2012.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 (четыре) печатных работы, в том числе 3 (три) статьи из них в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной отечественной и зарубежной литературы, состоящей из 77 наименований. Общий объем диссертационной работы: 159 страниц машинописного текста (без приложений), 26 таблиц, 59 рисунков.
