Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ конструктивных решений и условий работы узла «аэрация-илоразделение» на малых и средних станциях биологической очистки сточных вод 11
1.1. Требования к качеству очищенных сточных вод 11
1.2. Классификация систем аэрации и их основные параметры 12
1.3. Классификация систем илоразделения и их основные параметр 22
1.4. Теоретическое обоснование целесообразности использования схем с высокими коэффициентами рециркуляции в процессах биологической очистки сточных вод 28
Выводы по первой главе и постановка задач исследований 30
2. Математическая модель процессов биологической очистки сточных вод в аэробных условиях 33
2.1. Общие принципы построения математической модели процесса очистки сточных вод в аэробных биореакторах 33
2.2. Блок кинетических уравнений 33
2.3. Блок уравнений материального баланса 38
2.4. Блок уравнений массообмена 39
Выводы по второй главе 41
3. Методы и результаты экспериментальных исследований 42
3.1. Исследования массообменных свойств водосливных аэраторов 42
3.1.1. Описание экспериментальной установки 42
3.1.2. Методика определения объемного коэффициента массопередачи 42
3.1.3. Объемный коэффициент массопередачи и его зависимость от физических свойств жидкости и технологических параметров работы аэрационного сооружения 58
Выводы по третьей главе з
4. Полупроизводственные и производственные исследования узла «аэрация —илоразделение» 61
4.1. Исследования процесса аэробной биологической очистки сточных вод в биореакторе периодического действия с водосливным аэратором ВАр 61
4.1.1. Задачи полупроизводственных исследований 61
4.1.2. Описание полупроизводственной установки 61
4.1.3. Методика полупроизводственных исследований 64
4.1.4. Анализ результатов полупроизводственных исследований 70
4.2. Производственные исследования процесса илоразделения в отстойнике, оборудованном тонкослойными модулями 74
4.2.1. Задачи производственных исследований 74
4.2.2.Описание производственной установки 74
4.2.3. Методика производственных исследований 78
4.2.4. Анализ результатов производственных исследований 91
Выводы по четвертой главе 92
5. Рекомендуемые схемы компоновок и конструктивного оформления при интенсификации узла «аэрация-илоразделение» и методы их расчета для сооружений аэробной биологической очистки сточных вод с суспендированной микрофлорой 93
5.1. Примеры конструктивных решений интенсификации узлов «аэрация илоразделение» 93
5.2. Методика технологического расчета усовершенствованного узла «аэрация илоразделение» 100
5.2.1. Расчет аэрационного сооружения на базе ВАр 100
5.2.2. Расчет илоотделителя с ячеистыми тонкослойными модулями 107
5.3. Технико-экономический анализ результатов оптимизационного расчета интенсификации узлов «аэрация-илоразделение» 111
5.3.1. Сравнительный анализ использования ВАр для аэрации сточной жидкости в аэротенках 112
5.3.2. Сравнительный анализ использования ВАр для насыщения кислородом
очищенных сточных вод перед их сбросом в водоем 115
5.4. Оценка предотвращенного экологического ущерба в результате применения ячеистых тонкослойных модулей во вторичных отстойниках 124
5.5. Общие рекомендации по эксплуатации интенсифицированного узла «аэрация-илоразделение» 125
Выводы по пятой главе 127
Общие выводы 128
Литература
- Классификация систем илоразделения и их основные параметр
- Блок уравнений материального баланса
- Объемный коэффициент массопередачи и его зависимость от физических свойств жидкости и технологических параметров работы аэрационного сооружения
- Расчет илоотделителя с ячеистыми тонкослойными модулями
Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с реализацией государственных программ высокими темпами развивается гражданское строительство. Большинство существующих комплексов ВКХ нуждаются в модернизации. В сложившихся условиях реконструкция этих объектов с использованием инновационных технологий позволит избежать нерациональных затрат и обеспечить необходимые эксплуатационные качества. В рамках решения этих задач стоит и проблема совершенствования узла «аэрация - илоразделение» на станциях очистки сточных вод малой и средней производительности.
Ввиду ряда технологических преимуществ, метод биологической очистки повсеместно распространен и определяет себестоимость процесса. Основным элементом эксплуатационных затрат на станциях с аэротенками является оплата электроэнергии на растворение кислорода и перемешивание. Тенденции к использованию энергосберегающих технологий, появление нового оборудования и материалов определяют условия для совершенствования энергоемких процессов.
В составе современных очистных станций системы аэрации являются сложным и ненадежным элементом. Традиционные конструктивные решения илоотделителей, за исключением радиальных, не соответствуют современным требованиям к обеспечению их эксплуатационной надежности. Известны решения по модернизации илоотделителей путем их переоборудования в тонкослойные. Несмотря на то, что теория тонкослойного илоразделения глубоко изучена, конструктивное оформление технических решений далеко от совершенства.
В связи с этим изучение массообменных характеристик новых аэраторов, установление зависимости объемного коэффициента массопередачи от их технологических и конструктивных параметров, совершенствование конструкций тонкослойных илоотделителей и разработка методики расчета усовершенствованного узла «аэрация - илоразделения» являются важными научными и практическими отраслевыми задачами.
Цель диссертационной работы - оценка эффективности инженерных решений по усовершенствованию узла «аэрация - илоразделение» на базе применения водосливных аэраторов и ячеистых тонкослойных модулей при биологической очистке городских сточных вод на станциях малой и средней производительности и получение расчетных зависимостей для проектирования реальных сооружений с использованием предлагаемого оборудования.
4 Для достижения поставленной цели потребовалось комплексное решение ряда взаимосвязанных задач, основными из которых являлись:
-
Изучение массообменных характеристик и описание математической модели процесса массопередачи для водосливных аэраторов ВАр;
-
Разработка конструкции и метода расчета системы аэрации на базе ВАр;
-
Исследование процесса отстаивания в илоотделителях с ячеистыми тонкослойными модулями усовершенствованной конструкции;
-
Определение оптимальных гидравлических нагрузок на вторичный отстойник с ячеистыми тонкослойными модулями при различных параметрах иловой смеси;
-
Определение основных технико-экономических показателей и области применения системы аэрации на базе ВАр и тонкослойных илоотделителей.
Основная идея работы заключается в повышении эффективности процесса «аэрация - илоразделение» за счет использования энергии гидравлического прыжка и оптимизации гидродинамического режима тонкослойного отстаивания.
Методы исследований - оптические, физико-химические, биохимические методы анализа отобранных проб из экспериментальных и производственных установок, обобщение известных научных и технических результатов, обработка экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ.
Достоверность научных положений и выводов обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях с расчетными зависимостями в пределах погрешности Д=±10% при р=0,95.
Научная новизна полученных результатов:
усовершенствована математическая модель процесса биологической очистки сточных вод в аэробных условиях за счет введения критериального уравнения массопередачи в блок массообмена;
разработан метод расчета усовершенствованного процесса аэрации струйного типа;
. выявлена взаимосвязь гидравлической нагрузки в зоне шюразделения с концентрацией, возрастными, зольными и седиментационными характеристиками суспендированной микрофлоры.
Практическое значение полученных результатов:
. усовершенствованная математическая модель положена в основу разработанного
5 алгоритма расчета струйной системы аэрации;
выявленная зависимость гидравлической нагрузки от дозы ила по объему и
обоснованный принцип организации сбора и отведения осветленной воды
позволили разработать рекомендации для усовершенствования метода расчета
процесса тонкослойного илоразделения.
Реализация результатов работы:
Результаты диссертационной работы использованы ОАО «Институт «Ростовский Водоканалпроект», ООО «Ростипрогражданпром», 000 «Ростовагропромпроект», 000 «Ростовгипрошахт», ЗАО «ПНИИВиВ», НП «Компания «ЭКОС», 000 «Евразийский - проектные решения» при разработке проектной документации для строительства новых и реконструкции действующих очистных сооружений, производительностью 2,0 - 35,0 тыс. м3/сут в г. Югорске, ст. Багаевской, г. Ростове-на-Дону, г. Зверево, п. Лазаревское, ОАО «ГМК «Норильский никель».
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
представленная математическая модель позволяет установить зависимость параметров процесса струйной аэрации от входных и выходных показателей процесса окисления, кинетики биохимических реакций и закономерностей массопередачи, обеспечивающих повышение эффективности очистки сточных вод;
массообмен при реализации процесса струйной аэрации описывается критериальным уравнением, используемым для расчета расхода и свободного напора рабочей жидкости, параметров гидравлического прыжка, периода аэрации, коэффициента массопередачи, входящих в блок уравнений массообмена усовершенствованной математической модели;
установленная зависимость гидравлической нагрузки в зоне реализации процесса тонкослойного отстаивания от физических свойств, микробиологических особенностей и седиментационных характеристик иловой суспензии может быть использована при расчете результирующих параметров процесса гравитационного илоразделения;
повышение эффективности разделения иловой смеси в зоне тонкослойного отстаивания может обеспечиваться оптимизацией параметров организации сбора и отведения осветленной воды;
предложенные алгоритм расчета и рекомендации позволили разработать конструкции водосливных аэраторов ВАр и усовершенствовать ячеистые тонкослойные модули, а также обеспечили возможность их проектирования для станций биологической очистки сточных вод малой и средней производительности.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции института инженерно-экологических систем РГСУ (Ростов-на-Дону, 2004 - 2009 гг.), «Техновод» (Казань, 2005 г., Калуга, 2008 г.), «Экологическая безопасность городов юга России и рациональное природопользование», (Ростов-на-Дону, 2004, 2006 г.), «Яковлевские чтения», (Новочеркасск 2008 г., Москва, 2009 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получено 3 патента РФ. Общий объем публикаций - 2,3 печатных листа, личный вклад автора в публикации - 70%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа имеет общий объем - 129 страниц основного текста, содержит 18 таблиц, 26 рисунков, ПО формул, библиографический список из 183 наименований и 8 приложений.
Классификация систем илоразделения и их основные параметр
Отстаивание, как метод отделения взвешенных веществ известен уже давно. Фундаментальный вклад в исследование и совершенствование методов расчета отстойных сооружений в нашей стране внесли А. И. Береза, М. А. Великанов, Г. А. Васильев, К. В. Гнедин, К. В. Городищев, М. В. Демура, Н. И. Ерсенков, А. И. Жуков, А. П. Зегжда, А. Л. Иткин, А. Я. Карелин, В. И. Калицун, С. И. Конобеев, Е. Ф. Кургаев, И. А. Монгайт, П. И. Пискунов, И. Д. Родзиллер, А. Я. Соколов, А. Г. Соколов, А. А. Сурин, В. Т. Турчинович, С. М. Шифрин, И. Г. Шафи-Заде, С. В. Яковлев и др. В числе работ зарубежных авторов в указанной области, получили известность труды В. Camp [85], Т. Poppel, D. Kreed, G. Fischerstrom [98], S. Hasen [101] С Gomella, G. Culp, S. Hansen [99], Kuroda, Lama, Nakamura [149], W. Meiss [129], K. Yao [100], B. Forsell, B. Hedstrom [126, 134] и другие.
Разделение иловой суспензии и задержание активного ила, поступающего из аэротенков вместе с биологически очищенной водой, осуществляется во вторичных отстойниках различных типов. Вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Для очистных станций небольшой пропускной способности обычно применяют вертикальные, а для средних и больших станций — горизонтальные и радиальные вторичные отстойники [3, 14].
Для интенсификации процесса илоразделения во вторичных отстойниках устанавливаются тонкослойные модули. Также они применяются при строительстве очистных сооружений в стесненных условиях и при реконструкции существующих отстойников, позволяя увеличить производительность и эффективность очистки последних с наименьшими затратами [64].
Идея использования полочных тонкослойных конструкций базируется на принципе, вытекающем из теории Хазена, согласно которой задержание частицы при свободном отстаивании не зависит от высоты используемого сооружения [75, 101]. К тому же времени относятся первые патенты конструкции тонкослойных отстойников (Англия, 1886г.). Из этого следует возможность значительного увеличения площади отстаивания путем послойного размещения по высоте сооружения значительного числа пластинчатых элементов, формирующих набор ячеек, в которых происходит отделение осадка от воды.
Первоначально такие отстойники представляли собой резервуар, разделенный по высоте горизонтальными полками. Полочный отстойник был разработан и выпускался фирмой «Humboldt» [149]. Однако, такой тип отстойника получил сравнительно небольшое распространение в связи с трудностью организации удаления осадка и нестабильностью гидравлических условий.
Позднее, в 1904г. Хазеном [101] была высказана мысль о том, что эффект очистки в отстойнике является функцией от скорости потока. Им же были разработаны основные принципы отстаивания в тонком слое, а также приведен ряд примеров возможных конструкций. Разработкой таких конструкций в 40-х годах XX века активно занималась фирма «Boycott» [149]. Однако, эти разработки на практике не получили широкого применения из-за неудобства удаления осадка из межполочного пространства, а также из-за большой материалоемкости.
Решение, дающее возможность практического применения тонкослойных отстойников в нашей стране было найдено советскими учеными И. Ф. Добряковым и В. А. Радцигом [102].
В дальнейшем развитием теории тонкослойного отстаивания и совершенствованием конструкции подобных отстойников в основном занимались за рубежом.
Ведущей в этой области становится фирма «Shell», которая на основании приобретенных лицензий и патентов, а также в сотрудничестве с рядом других фирм («Pielkenrood», «Vinitex», «Wabag» и др.) занимается внедрением на своих предприятиях тонкослойных отстойников, получивших за рубежом общее название «Ламелевые отстойники».
В конце 60-х годов XIX века идея тонкослойного отстаивания возвращается в нашу страну. Исследования проводятся во ВНИИ ВОДГЕО и его филиалах, АКХ, ЛИИЖТе, МИСИ и др. институтах. Широко известны в этой области исследования И. С. Бабаева [103], Л. И. Вольфтруб [104, 105], М. В. Демуры [77], В. Г. Иванова, Ю. М. Симонова [64, 106 - 113, 120], В. И. Калицуна, Я. А [116], Карелина 107 [117], Ю. В. Кедрова [115], В. М. Корабельникова [114], Б. С. Либермана, И. М. Миркиса, М. С. Павлова [118], Э. С. Разумовского, Р. Ш. Непаридзе [119], В. Н. Скрипника [122], И. Г. Шафи-Заде, Э. П. Шпаковского [121], Н. А. Черникова [120, 123] и других ученых.
В настоящее время в связи с острой необходимостью интенсификации процессов осаждения и илоразделения все возрастающих объемов вод, подвергающихся обработке, применение тонкослойных отстойников вызывает все больший интерес как, при реконструкции очистных сооружений, так и при проектировании новых.
Применение тонкослойных отстойников позволяет значительно сократить длительность пребывания воды в них, улучшить гидравлические условия отстаивания и отделения осадка, повысить коэффициент объемного использования и, тем самым, значительно увеличить гидравлическую нагрузку на единицу площади, то есть увеличить производительность сооружения в несколько раз в зависимости от конструкции, способа крепления, материала тонкослойных блоков, а также правильной организации системы сбора осветленной воды.
Для осаждения взвешенных веществ из жидкости и илоразделения в тонком слое как у нас в стране, так и за рубежом предлагаются различные принципиальные схемы взаимного движения очищенной жидкости и выделенного осадка [75].
В связи с этим существуют три схемы работы тонкослойных отстойников: прямоточная, противоточная и перекрестная схемы.
При прямоточной схеме работы тонкослойного отстойника направление движения осадка совпадает с направлением рабочего потока, при перекрестной схеме осадок движется перпендикулярно движению рабочего потока жидкости, а при противоточнои схеме осадок удаляется в направлении, противоположном движению рабочего потока.
Тонкослойное отстаивание с противоточнои схемой движения фаз позволяет осуществить наиболее простую, рациональную и вместе с тем наиболее надежную гидравлическую организацию процесса. В режиме прямоточного отстаивания возникают многочисленные трудности при отборе осветленной воды. Что же касается отстаивания с перекрестными потоками, то в этом случае равномерное распределение гидравлического потока является весьма сложной и трудноразрешимой проблемой [75], поэтому в дальнейшем речь будет идти только о противоточнои схеме движения воды и активного ила в тонкослойных илоотделителях.
Известны конструкции тонкослойных блоков, собираемых из плоских, либо гофрированных, параллельно располагаемых листов из нержавеющей стали, оцинкованной стали, шифера и органического стекла. Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости конструкции, блоки формируются на основе каркаса из стальных конструкций. Также, существуют конструкции тонкослойных блоков, состоящих из трубчатых элементов (стеклянные, полиэтиленовые или полипропиленовые трубы).
Так как тонкослойные модули эксплуатируются в агрессивной среде, то для защиты конструкции от коррозии единственным подходящим для их каркасов материалом является нержавеющая сталь, что, в свою очередь, определяет их главные недостатки — высокая цена, трудоемкость изготовления и монтажа и большой вес конструкции.
Блок уравнений материального баланса
Так безразмерный комплекс kv-Wp/Qu учитывает реальную кратность обмена и глубину реактора, число Яесж учитывает на первой ступени расход жидкости, подаваемый насосом, а также периметр водослива или удельный расход на Іп.м водослива центральной трубы аэратора, D3KB/d3KB учитывает зону обслуживания одного аэратора, Z/H и Z/LK учитывают соотношение величин, позволяющее установить высоту водослива над дном водобойного колодца и его реальные размеры для осуществления совершенного гидравлического прыжка. Выводы по второй главе
Составлена математическая модель процесса биологической очистки сточных вод применительно к узлу «аэрация — илоразделение», включающая три блока: блок кинетических уравнений, блок уравнений материального баланса и блок уравнений массообмена. Для определения коэффициентов уравнения регрессии, описывающего процесс массопередачи системы аэрации на базе водосливного аэратора ВАр необходимо проведение экспериментальных исследований. 3. Методы и результаты экспериментальных исследований 3.1. Исследования массообменных характеристик водосливных аэраторов 3.1.1. Описание экспериментальной установки
Исследования массообменных характеристик водосливного аэратора проводились на чистой воде по известной методике переменного дефицита кислорода [157]. Опыты выполнялись на крупномасштабной экспериментальной установке, схема которой приведена на рис. 3.1.
Установка состоит из аэрационного резервуара 1, к торцу которого прикреплена колонна 2 с водосливным отверстием, с присоединенным к ней водобойным лотком и водосливом 3. Для перемешивания содержимого резервуара и подачи воды в колонну 2 установлен насос 4, расход которого определяется при помощи водомера 5. Задвижка 6 служит для гидравлического перемешивания емкости резервуара 2, а задвижка 7 для установки заданного расхода воды. Измерение концентрации растворенного кислорода в аэрационном резервуаре 1 и в колонне 2 осуществляется при помощи датчиков растворенного кислорода «Aquaoxymer» 8. Переливаясь через водослив колонны 2, вода поступает в водобойный лоток 3, где насыщается кислородом воздуха в водоворотнои зоне гидравлического прыжка, то есть происходит растворение газа в жидкости, его массоперенос через поверхность контакта фаз. Затем водовоздушная смесь переливается через второй водослив - подпорную стенку и падает в резервуар 1, где дополнительно происходит насыщение ее кислородом. Далее вода поступает в нижнюю часть резервуара и забирается насосом 4, который осуществляет ее циркуляцию. 3.1.2 Методика определения объемного коэффициента массопередачи
Объемный коэффициент массопередачи характеризует скорость процесса массопередачи, т.е. скорость растворения кислорода воздуха в жидкости и зависит от конструктивных особенностей, геометрических размеров аппарата и физико-химических свойств газовой и жидкой фаз [93, 94, 143]. Схема экспериментальной установки. Анализ литературных данных, предварительных экспериментальных исследований [91, 69, 158] показывает, что объемный коэффициент массопередачи kv зависит от объема зоны обслуживания Wp, циркуляционного расхода Qu, эквивалентного диаметра аэрационного резервуара D3KB, диаметра полой колонны d3KB, высоты расположения водослива колонны над водосливом подпорной стенки водобойного лотка Z, длины водобойного лотка LK, числа Рейнольдса в сжатом сечении на водосливе ReC3K, напора Н на водосливе колонны.
Поэтому задачей данного этапа исследований является установление для водосливного аэратора корреляционной зависимости между объемным коэффициентом массопередачи и варьируемыми переменными величинами, т.е.
Перед выполнением данных исследований необходимо первоначально установить зависимость величины равновесной концентрации кислорода, растворенного в исходной воде, для нормального давления, от температуры воды.
Опыты по определению равновесных концентраций при различных температурах воды проводились на лабораторной установке, представленной на рис. 3.2.
Исходная водопроводная вода, заполняющая резервуар 2, насыщается кислородом воздуха путем интенсивного перемешивания в течение 20 минут с помощью магнитной мешалки 1. Опыты проводились с водой, имеющей температуру 11-25С, постоянство температуры поддерживается термостатом 4, встроенный центробежный насос которого обеспечивает обмен между емкостью термостата и резервуаром 3.
Результаты опытов представлены в табл. 3.1. В каждом диапазоне температур выполняется не менее 3-х опытов. Барометрическое давление регистрируется по данным метеослужбы. Концентрация растворенного кислорода в пробах определяется кислородомером «Aquaoxymer».
При обработке опытных данных с использованием метода наименьших квадратов было сделано предположение об имеющей место линейной зависимости равновесной концентрации растворенного в воде кислорода при нормальном давлении от температуры жидкости вида
Объемный коэффициент массопередачи и его зависимость от физических свойств жидкости и технологических параметров работы аэрационного сооружения
Динамика изменения концентрации растворенного кислорода в сточной жидкости при работающем и отключенном ВАр в биореакторе периодического действия.
Более того, процесс потребления кислорода был ярко выражен, имел активную динамику и хорошо регистрировался с помощью датчика растворенного кислорода. Потребление кислорода было стабильно во времени.
Поскольку в задачу настоящего этапа исследований входило определение общего количества вносимого водосливным аэратором кислорода, то в методику п. 3.1.2 были внесены коррективы, изложенные ниже.
В процессе полупроизводственных исследований опыты по внесению кислорода в сточную воду выполнялись в следующей последовательности.
Перед началом опыта часть лотка очищенной сточной воды, в котором установлен аэратор, отделялась водонепроницаемым щитом. Площадь зоны лотка, отделенная под эксперимент составила FII0B = 2,33 3,1 _ 7,223м .
Объем зоны реактора был величиной непостоянной и зависел от расхода сточных вод и, соответственно, от уровня воды в лотке. Высота уровня воды в лотке определялась и контролировалась во время проведения каждого эксперимента.
Для определения основных рабочих параметров водосливного аэратора, его включали, фиксировали время начала опыта и определяли концентрацию растворенного кислорода при работе ВАр через определенные промежутки времени. Далее водосливной аэратор отключали и изучали динамику снижения растворенного кислорода во времени, что позволило выявить долю суммарного поглощения кислорода сточной водой.
Данные полупроизводственного эксперимента заносились в табличную форму, представленную в прил. 3. Характерно отметить достаточно стабильное значение потребления кислорода во времени.
Таким образом, появилась возможность определения величины внесенного кислорода при использовании ВАр как суммы увеличения концентрации кислорода за равные промежутки времени, измеренного за время его работы, и его потребления при прекращении работы ВАр, то есть прекращения внесения кислорода.
В пользу справедливости данного подхода говорит тот факт, что в склянки отбора проб для определения растворенного кислорода добавлялся консервант, при этом в опытах имелась практически полная сходимость результатов непосредственных определений концентрации кислорода в емкости лотка очищенной сточной воды с использованием датчика растворенного кислорода «Aquaoxymer» и данных полученных в аккредитованной лаборатории ОАО «ПО Водоканал» г. Ростова-на-Дону.
В один из дней в склянки отбора проб не добавлялся консервант, а разница во времени между определением растворенного кислорода прибором и его определением в условиях лаборатории составила 0,5-1,0 часа.
Результаты измерений, приведенные ниже, подчеркивают активное потребление кислорода: - концентрация кислорода после прекращения работы ВАр в опыте — 4,6 мг/л; - концентрация кислорода через 10 минут после прекращения работы Вар — 3,2 мг/л (показание кислородомера «Aquaoxymer»); - концентрация кислорода через 10 минут после прекращения работы ВАр - 1,0 мг/л (определение лабораторией ОАО «ПО Водоканал» в склянке без консерванта, по прошествии времени).
Обобщенные результаты полупроизводственных испытаний водосливного аэратора ВАр приведены в табл. 4.2, где Wp - объем реактора, Нвод - высота расположения водосливной кромки аэрационной колонны над уровнем жидкости в реакторе, Qu - циркуляционный расход жидкости, цуд тр - удельный расход жидкости, на водосливе аэрационной колонны, q кол — удельный расход жидкости на водосливе водобойного лотка, Нпод - высота подъема жидкости над уровнем жидкости в реакторе, Nn(WI - полезная мощность насоса, установленного в аэрационной колонне, куго — коэффициент массопередачи водосливного аэратора, приведенный к нормальным условиям, t - температура аэрируемой жидкости, Сррасч — скорректированная и приведенная к нормальным условиям расчетная растворимость кислорода воздуха в исследуемой жидкости, ОС — окислительная способность водосливного аэратора, Е - эффективность аэрации.
Данные табл. 4.2 были получены в условиях работы водосливного аэратора ВАр с незатопленным периметральным колодцем, с двойным изливом и активным гидравлическим прыжком, что соответствует расчетному режиму работы аэратора. 4.1.4. Анализ результатов полупроизводственных исследований
В соответствии с методикой в выделенной части лотка, в котором установлен водосливной аэратор, перед началом опыта и после его выполнения определись химическое потребление (ХПК) сточных вод, концентрация взвешенных веществ (концентрация биомассы), остаток после прокаливания (зольность биомассы) и концентрация растворенного кислорода. Концентрация растворенного кислорода определялась с помощью кислородомера на месте в момент эксперимента и позднее уточнялась в лаборатории, тем самым, увеличивая достоверность опытных данных.
Все лабораторные анализы выполнялись специалистами ОАО «ПО Водоканал г. Ростова-на-Дону», аттестат аккредитации РОСС RU 0001.511128, срок действия с 09.03.04 г. до 09.03.09 г. Основные характерные результаты химических анализов приведены в табл. 4.3. Условные обозначения в табл. 4.3: А - концентрация кислорода воздуха в жидкости, измеренная датчиком растворенного кислорода "Aquaoxymer", Л — то же, определенная в лаборатории ОАО «ПО Водоканал г. Ростова-на-Дону».
Как предварительная серия определений, так и результаты, приведенные в таблице, дают практически полное совпадение данных лаборатории ОСК и данных, полученных с использованием датчика растворенного кислорода «Aquaoxymer».
При этом для изменений растворенного кислорода характерна стабильно низкая погрешность измерений от ±0,1 до ±0,5 при Р = 0,95 по данным журнала наблюдений лаборатории ОАО «ПО Водоканал г. Ростова-на-Дону». Также данные растворенного кислорода, определенные в лабораторных условиях имеют сходство с данными растворенного кислорода, полученными с помощью датчика "Aquaoxymer" во время проведения полупроизводственного эксперимента, что позволяет утверждать правильность измерений.
Расчет илоотделителя с ячеистыми тонкослойными модулями
Минимальные приведенные затраты имеет вариант использования для насыщения кислородом очищенной сточной воды водосливных аэраторов ВАр. Экономия при использовании ВАр в сравнении с пневматической системой аэрации составляет 4,050млн.руб./год, а в сравнении с системой аэрации на базе погружных вертикальных механических аэраторов — 0,381млн.руб./год.
Выполненные расчеты показывают, что по технико-экономическим показателям водосливные аэраторы ВАр имеют преимущество над другими типами аэраторов. Таким образом, водосливные аэраторы ВАр целесообразно применять на станциях аэрации малой и средней производительности в качестве системы аэрации, и на станциях любой производительности в качестве оборудования для насыщения воды кислородом. Оценка предотвращенного экологического ущерба в результате применения ячеистых тонкослойных модулей во вторичных отстойниках
Оценка величины предотвращенного экологического ущерба от загрязнения водных ресурсов проводится на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на единицу (1 условную тонну) приведенной массы загрязняющих веществ, по всем направлениям деятельности природоохранных органов [162].
Предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам в течение года определится по формуле: Упр = ЕИД 1 в)- Кэв , руб./год, (5.52) где УуД — показатель удельного ущерба (цены загрязнения) водным ресурсам, наносимого единицей (условная тонна) приведенной массы загрязняющих веществ, руб./усл. тонн, определяется по [162], Мв- приведенная масса загрязняющих веществ, не поступивших (не допущенных к сбросу) в водный источник в течение года, усл. тонн, Кв— коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по бассейнам основных рек, определяется по [162]. Приведенная масса загрязняющих веществ составит: МВ =2( 1 -кзі) Усл- тонн5 (5-53) где nij — фактическая масса снимаемого (не допущенного к попаданию в водный источник) і-го загрязняющего вещества или группы веществ с одинаковым коэффициентом относительной эколого-экономической опасности на объекте (или в результате осуществления водоохранного мероприятия) в течение года, тонн; Кэ! - коэффициент относительной эколого-экономической опасности для і-го загрязняющего вещества или группы веществ.
Рассмотрим расчет предотвращенного экологического ущерба водным ресурсам в течение года на примере ПП «Ростовская Станция Аэрации».
Объектом реконструкции являлся 2-ой вторичный отстойник 1-ой очереди, где тонкослойные модули из труб были заменены на ячеистые тонкослойные модули [150]. Расход на 1 вторичный отстойник составляет 230000/4=57500м3/сут.
По данным [168], концентрация взвешенных веществ и БПКПШШ на выходе из очистных сооружений в связи с неудовлетворительной работой вторичных отстойников составляет 47,52мг/л. После реконструкции, на выходе из 2-го вторичного отстойника 1-ой очереди концентрация взвешенных веществ и БПКП0ЛН не превышает 15мг/л [168]. Тогда фактическая масса не допущенного к попаданию в водный источник загрязняющего вещества составит 57500. (47,52 — 15) -365 /10 — 682,6тонн/год. Отсюда приведенная масса загрязняющих веществ по (5.53): МВ = 682,6 0,15 + 682,6 0,30 = 307,2усл. тонн. Предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам в течение года по (5.52) составит:
В процессе эксплуатации все конструктивные элементы тонкослойного отстойника, выполненные из любых материалов подвержены биологическому обрастанию. Активный ил имеет тенденцию иммобилизоваться на поверхности погруженных под уровень воды элементов, несмотря на то, что адгезионные характеристики ила в иловой суспензии, прошедшей полную биологическую очистку невелики. Наряду с этим в прозрачной осветленной воде тонкослойные элементы под воздействием солнечного света обрастают водорослями.
Таким образом, с течением времени на поверхности элементов образуются наросты прикрепленного активного ила, которые ухудшают процесс разделения иловой суспензии. Поэтому для восстановления рабочих параметров отстойника с любыми тонкослойными модулями требуется их периодическая регенерация.
Регенерация тонкослойных модулей в настоящее время на большинстве очистных сооружений либо отсутствует вообще, либо применяемые методы в силу ряда существенных недостатков не позволяют добиться эффективности регенерации более 20-30% при высокой трудоемкости, что ставит под сомнение целесообразность их дальнейшего применения.
Поэтому рекомендуется применение барботажной системы регенерации [151] в тонкослойных отстойниках, установленной и эффективно зарекомендовавшей себя в течение длительного времени на очистных сооружениях канализации г. Ростова-на-Дону на ПП «Ростовская Станция Аэрации».
Для ее работы необходима подача воздуха с интенсивностью примерно 10м /(м -ч). Однако увеличения общего подаваемого расхода воздуха на сооружениях при этом не потребуется, так как по регламенту [160] регенерация тонкослойных модулей должна осуществляться в часы среднечасового и минимально-часового расхода. При этом непродолжительное снижение подачи воздуха на технологические нужды не сказывается на процессе очистки в целом.
Шаг барботажных регенерационных труб для регенерации ячеистых тонкослойных модулей [150] составляет 0,5м, с диаметром отверстий Змм, расположенным в две линии вдоль трубы в шахматном порядке с расстоянием между отверстиями одного ряда 100мм. Схема фрагмента системы регенерации представлена нарис. 5.9.
