Содержание к диссертации
Введение
1. Современные аэрационные процессы и устройства в водных технологиях 12
1.1 Классификационные признаки систем аэрации 12
1.1.1. Пневматическая система аэрации 14
1.1.2. Механическая система аэрации 24
1.1.3. Гидравлические системы аэрации 30
1.1.4. Комбинированные системы аэрации 34
1.1.5. Пневматическая система аэрации с выделенным объемом. Эрлифтная аэрация 37
1.2 Технические характеристики керамических аэраторов с заданным размером пор 43
Выводы по 1 -й главе и уточнение задач исследований 48
2 Теоретические предпосылки использования керамических аэраторов с заданными размерами пор в системах аэрации 49
2.1 Режимы барботажной аэрации 52
2.2 Поверхность контакта газовой и жидкостной фаз 54
2.3 Критерии оценки массообменных процессов 56
2.4 Технологические и технические предпосылки применения аэраторов с заданным размером пор 57
Выводы по 2-й главе 60
3 Материалы и методы исследований плоских и цилиндрических аэраторов с регулируемыми размерами пор 61
3.1 Методика переменного дефицита кислорода 61
3.2 Схема экспериментальной установки исследования кинетических и технологических характеристик процесса аэрации
3.2.1 Методики определения физико-химических, механических характеристик и потерь напора в аэраторах 65
3.2.2 Методика исследования влияния газожидкостных потоков на массообмен68
3.2.3 Исследование влияния пьезоэффекта и катализа на массообменные характеристики аэраторов 70
3.2.4 Исследование массообменных характеристик цилиндрических аэраторов 71
3.3 Методика исследований массообменных характеристик аэраторов в полупроизводственных и промышленных условиях 73
Выводы по третьей главе: 75
4 Исследование процесса массообмена и инженерных аспектов керамических аэраторов с регулируемыми размерами пор в системах аэрации 76
4.1 Исследование массообменных характеристик и инженерных решений процессов плоских аэраторов с разным размером пор 76
4.1.1 Оптимизация и ранжирование процесса аэрации с аэраторами «Бакор». Исследование процесса с применением активного эксперимента 82
4.1.2 Оценка процесса аэрации с применением функции желательности 88
4.1.3 Оценка процесса аэрации с применением эквипроцентирования 90
4.1.4 Исследование влияния волновых воздействий на массообмен 92
4.2 Исследование технологических параметров плоских аэраторов «Бакор» 94
4.2.1 Анализ потерь напора при аэрации вод 95
4.2.2 Анализ водовоздушного факела при аэрации 97
4.2.3 Анализ вариантов высотного расположения аэраторов при аэрации 100
4.2.4 Прочностные характеристики аэратора «Бакор-2200» 102
4.2.5 Анализ вымываемости ингредиентов при аэрации 104
4.2.6 Анализ режимов работы опытного аэротенка с аэраторами «Бакор» 104
4.2.7 Анализ размеров пузырьков при аэрации 110
4.2.8 Оценка массообменных процессов по SOTE и -фактору 111
4.3 Исследование массообменных характеристик и инженерных решений с цилиндрическими аэраторами с разным размером пор 113
4.3.1 Исследование массообменных характеристик цилиндрических аэраторов 113
4.3.2 Исследование влияния регулирования направления потоков воздуха зоны аэрации на массообменные аэраторов 114
Выводы по 4-й главе 119
5 Исследования аэраторов "Бакор" в производственных условиях и разработка рекомендаций по их применению в практике очистки сточных вод 121
5.1 Исследование эффективности применения аэраторов "Бакор" для очистки шахтных вод 121
5.2 Исследование аэраторов "Бакор" для очистки городских сточных вод 125
5.3 Исследования применения аэраторов с заданным размером пор в очистке сточных вод убойного цеха птицекомбината 136
5.4 Разработка рекомендаций по применению аэраторов "Бакор" в практике очистки сточных вод 139
5.5 Инженерные решения по применению аэраторов с регулируемыми размеров пор в системах аэрации 141
Выводы по 5-й главе 144
6 Техника расчета и экономика промышленного применения аэраторов «Бакор для очистки городских сточных вод 146
6.1 Сравнительный расчет аэрационной системы с аэраторами «Бакор» и «Raubioxon» при реконструкции очистных сооружений в г. Дмитрове (Московская обл.) 146
6.2 Расчет аэрационной системы с аэраторами «Бакор» и «Raubioxon» при реконструкции очистных сооружений в г. Череповце 149
6.3 Расчет технико-экономических показателей установки и эксплуатации эраторов "Бакор" в аэротенке по LCC 152
Выводы по 6-й главе 155
Общие выводы по работе 156
Список литературы 158
- Гидравлические системы аэрации
- Критерии оценки массообменных процессов
- Исследование влияния пьезоэффекта и катализа на массообменные характеристики аэраторов
- Прочностные характеристики аэратора «Бакор-2200»
Гидравлические системы аэрации
Суть процесса пневматической аэрации состоит в том, что сжатый воздух (или кислород) от воздуходувок, компрессоров, высоконапорных вентиляторов или кислородных испарительных установок по системе трубопроводов подается в аэрационное сооружение [100,101,103,108,109-114]. С помощью аэраторов воздух дробится на пузыри, которые распределяются в объеме жидкости и служат источником снабжения кислородом, а также вызывают циркуляцию водоиловой смеси для поддержания активного ила во взвешенном состоянии.
Пневматические аэраторы применяются как в открытых, так и закрытых аэрационных сооружениях.
По заглублению аэраторы пневматической системы классифицируют на аэраторы малого (до 1,5 м), среднего погружения (1,8-6,0 м) и глубинные аэраторы (свыше 6 м). В настоящее время распространены аэраторы среднего погружения. В зависимости от давления на выходе различают аэраторы низкого давления (до 10 кПа), среднего (нормального, до 50 кПа) и высокого (свыше 50 кПа) давления. К системам низкого давления относят низконапорную систему ИНКА, к системам нормального давления - аэраторы среднего погружения, а к системам высокого давления - глубинные.
В зависимости от размеров, образующихся на выходе из диспергаторов пузырьков воздуха, применяемые в настоящее время пневматические аэраторы традиционно разделяют на 4 типа: безпузырчатые, тонкого диспергирования, среднепузырчатые и крупнопузырчатые. Однако, классификация по размерам воздушных пузырьков является в известной степени условной. Согласно отечественным работам мелкие пузырьки имеют диаметр 1-4 мм, средние 5-10 мм, крупные - более 10 мм. По Висмейеру, пузырьки диаметром до 1,2 мм -мелкие, 1,2-1,6 мм - средние и более 1,6 мм - крупные. Наконец, в технологической практике, как в России, так и за рубежом аэраторами тонкого диспергирования воздуха считают фильтросные пластины независимо от размеров их пор и соответственно размеров воздушных пузырьков.
В безпузырчатой системе аэрации воздух (кислород) растворяется полностью или имеет пузырьки размером меньше 0,25 мм. Безпузырчатые аэраторы представляют собой пластины с отверстиями или порами размером менее 0,25 мм, устанавливаемые обычно в канализационных коллекторах.
Применение безпузырчатой системы аэрации наиболее эффективно, так как в этом случае меньше расход энергии на подачу воздуха, но необходимо уделять больше внимания эксплуатации диффузоров. Такие системы аэрации не получили широкое распространение, ввиду сложности получения пузырьков воздуха размером 0,25 мм. Имеется положительный опыт использования безпузырчатых аэрационных устройств в системах аэрации с техническим кислородом, в частности, в окситенках системы “Марокс” и в диспергаторах кислорода ПМД-3, разработанных во ВНИИ ВОДГЕО.
Безпузырчатая аэрация достигается применением вращающихся диффузоров. Окситенки этого типа имеют фирменное название “Марокс”.
Диффузор, применяемый в окситенке “Марокс”, представляет собой полый диск с закрепленными пластинами (рис. 1.2 Кислород подается в полый вал диска.). При вращении диска пузырьки газа срезаются окружающей жидкостью, не успев укрупниться до тех размеров, при которых они отрываются от пор фильтров при неподвижном аэраторе.
При вращении диска пузырьки газа срезаются окружающей жидкостью, не успев укрупниться до тех размеров, при которых они отрываются от пор фильтров при неподвижном аэраторе. Пузырьки размером 100 мкм, обладающие относительно малой гидравлической крупностью, увлекаются потоками жидкости, не всплывая на поверхность, до практически полного растворения. Эффективность использования кислорода в иловой смеси достигает 90%.
Другим примером безпузырчатого диспергатора служит пневмомеханический диспергатор ПМД-3, разработанный ВНИИ ВОДГЕО (Рис 1.3). Он работает следующим образом. Диск 2 с лопатками 3,4 приводится во вращение через сплошной вал 1. Газ (кислород) по трубкам 8 и 9 подается в камеры 5 и 6 поступает в жидкость. При вращении диска 2 с лопатками 3 и 4 образуются два параллельных потока жидкости, которые проходят мимо пористых элементов 5 и 6 через зазоры, образованные неподвижными кольцевыми вставками 10 и 11 и вращающимся диском 2. Потоки жидкости срезают с поверхности пористых элементов мельчайшие пузырьки газа. Параллельные потоки жидкости, выходя с высокой скоростью (6-9 м/с), уходят вглубь жидкости, обеспечивая тем самым интенсивный массообмен и высокую степень использования кислорода. Наличие конуса 7 позволяет погружать диск на глубину не более 2-х метров.
К аэраторам тонкого диспергирования относятся тканевые (рамные, тарельчатые, решетчатые), пластиковые (диффузоры, сарановые трубки и чехлы из пластмассовых тканей), металлические диффузоры, керамические аэраторы. Одним из наиболее распространенных типов пористого аэратора является фильтросная пластина. Обычно, она представляет собой квадратную пластину размером 300x300x35 мм из огнеупорного дробленого шамота, смешанного с силикатом натрия и кремнефтористым натрием или из кварцевого песка и кокса, связанных бакелитовой смолой путем формовки под давлением с последующей сушкой и обжигом при температуре около 1200С. Величина пор в ней колеблется от 80 до 800 мкм. Крепления фильтросных пластин производится в специально предусмотренных для этой цели каналах в сборных бетонных держателях или металлических обоймах. В качестве керамических аэраторов используют однослойные и двухслойные фильтросные пластины, керамические трубы, диффузоры в виде куполов, дисков, грибов.
Основным недостатком фильтросов является их засорение, которое приводит к ухудшению распределения воздуха в сточной жидкости. По мнению ряда авторов, наибольшее засорение происходит с внутренней стороны и обусловлено наличием пыли, окалины и ржавчины в продуваемом воздухе. В результате этого растут потери напора и ухудшается распределение воздуха в обрабатываемой жидкости. Для того чтобы преодолеть сопротивление в пластинах, необходимо увеличивать напор воздуха в сети и, соответственно, расход электроэнергии (через 4-5 лет работы аэротенков потери напора в фильтросах возрастают в 5-6 раз, а через 10-12 лет их необходимо менять). По данным В.А. Шпицберга, для московских станций аэрации оптимальным сроком службы пластин следует считать 7 лет.
Изысканию способов регенерации фильтросов посвящен ряд работ. Однако предлагаемые и применяющиеся методы чистки и обжига фильтросов с последующей их промывкой лишь несколько восстанавливают их проницаемость. Поэтому для увеличения срока службы фильтросов принимаются различные меры, способствующие замедлению засорения пластин: фильтросы делают двухслойными и меньшей толщины или с более крупными порами; воздух, подводимый к фильтросам, предварительно очищают от пыли.
Несмотря на столь серьезные недостатки, фильтросы остаются основным типом пористого аэратора и достаточно широко применяются и в России и за рубежом, так как в них достигается хорошее диспергирование воздуха и сравнительно высокая эффективность его использования.
Стремление освободиться от таких недостатков фильтросных пластин, как засорение пор, трудность монтажа и регенерации, привело к созданию новых конструкций пористых аэраторов, таких как керамические диспергаторы в виде куполов. Стенки и крышка (купол) аэратора выполняются из такой же пористой массы, из какой делают фильтросные пластины. Расход воздуха через один купол составляет (1,4-2,1) 10 м/с. Испытания аэраторов данного типа показали, что рабочей является только их горизонтальная поверхность, а боковые стенки не работают даже при значительном увеличении напора воздуха. Этим объясняется применение грибовидных и дисковых аэраторов, представляющих собой усовершенствованные конструкции купольных аэраторов.
Купольные аэраторы и их разновидности обладают такими достоинствами, как легкость монтажа и демонтажа, достаточная механическая прочность, малое число воздухораспределительных стояков. Недостатками являются постепенное засорение пор, как и у фильтросов, и необходимость опорожнения сооружений при замене купольных аэраторов, хотя времени на саму замену требуется мало. Для того чтобы избежать трудностей при монтаже фильтросов, в 1928 г. в США впервые были применены пористые трубы. Монтаж пористых труб значительно проще монтажа купольных аэраторов, так как крепление отдельных секций и уплотнение стыков производится только натяжением стержня.
Критерии оценки массообменных процессов
Зависимость окислительной способности 1 и коэффициента использования воздуха 2 от интенсивности аэрации Эффективность аэрирования, которая определяется как отношение скорости переноса кислорода в воде при стандартных условиях к номинальной мощности, подводимой к аэратору, кг О2/кВт ч (г О2/кВт ч). Эффективность аэрирования принято определять, исходя из работы без учета КПД приводного оборудования. Это позволяет получать более общий показатель, независимый от характеристики установленного оборудования, выбор которого определяется местными условиями и номенклатурой оборудования, выпускаемого промышленностью.
Объемный коэффициент массопередачи. Для практических расчетов растворения кислорода в воде чаще всего используется уравнение Фика в следующем виде: dС/dt = Kiа (Сs - С), (2.2) где Klа - объемный коэффициент массопередачи, ч ; (Сs - С) - разность концентраций насыщения жидкости газом Сs и растворенного в жидкости газа С. Интегрируя уравнение по времени в пределах от 0 до t, по концентрации растворенного кислорода в пределах от Со до С и, выполняя преобразования, получаем Kiа = (2,303/t) lg [(Сs - C0)/(СS - С)], (2.3) Если допустить, что в момент времени ti разность (Сs - Со) = 10 мг/л, а в момент времени t2 величина (Сs - C) = 1 мг/л, получим следующее соотношение: Klа = [2,303/(t2 - ti)] 3600, (2.4) часто применяемое в экспериментальных работах ввиду невозможности прямого определения объемного коэффициента массопередачи.
Анализу частных значений величины Kia уделено достаточное внимание в литературе, на основе чего сделаны выводы [11]: - скорость диффузии неодинакова по поверхности пузырька, причем на его лобовой поверхности она в 3 - 5 раз выше, чем на боковой (по Адени и Беккеру); - в момент образования пузырьков массопередача особенно эффективна и может достигать 20 - 30 % общей величины (по Каунтсу); - коэффициент массопередачи в момент выхлопа пузырька, возрастает по степенному закону с увеличением поверхностной скорости жидкости (по Стриттеру и Кингу).
Режимы барботажной аэрации Создание оптимальных гидродинамических условий барботажа предопределяет высокоэффективное протекание массообменных процессов диффузионного растворения кислорода, оказывает решающее влияние на кинетику этого процесса.
При массовом всплывании пузырьков воздуха в аэротенках возможны следующие аэрационные режимы: пузырьковый, факельный и струйный.
Пузырьковый режим, самый эффективный с точки зрения массопередачи, наблюдается при низких и умеренных расходах воздуха и характеризуется зависимостью крупности пузырьков от размеров пор или отверстий, причем образование соседних пузырьков на пористой пластине происходит независимо.
Если скорость выхода воздуха из отверстия превышает скорость всплытия пузырьков, над отверстием образуется факел воздуха; одновременно наблюдается дробление крупных и коалесценция мелких пузырьков. При факельном режиме истечения крупность пузырьков уже не зависит от размера отверстий. Она определяется гидродинамическими показателями среды.
Проскок воздуха через жидкость в виде сплошных струй (струйный режим) наблюдается, например, в аэротенках при аварии фильтросных каналов и массовом прорыве воздуха через возникшую брешь. Применительно к аэротенкам границы барботажных режимов ориентировочно определяются следующими удельными нагрузками по воздуху 3/ 2 на фильтросную пластину: пузырьковый - до 25 м (м ч), факельный - до 100 3/ 2 3/ 2 м (м ч), струйный - свыше 100 м (м ч). Указанные пределы существенно зависят от качества изготовления фильтросных пластин. С увеличением расхода газа частота образования пузырьков становится постоянной (20 - 40 с ). При динамическом взаимодействии газа и жидкости в барботажном слое образуются энергетически более устойчивые пузырьки, средний диаметр которых равен dср = V i/g, ( -5) где - коэффициент гидравлического сопротивления; Vi - скорость подъема пузырьков газа, м/с.
Площадь поверхности контакта фаз при барботажной аэрации является наряду со временем контакта и скоростью массопередачи кислорода из воздушных пузырьков в жидкость важнейшим показателем эффективности процесса. Очевидно, что во всех случаях конструкция аэратора должна способствовать получению более развитой поверхности контакта фаз, на которой происходит массопередача кислорода или основной процесс барботажной аэрации.
А.Пасвер установил, что при сокращении большой оси эллипсоидного пузырька с 6 до 0,4 мм и соответственном уменьшении скорости его подъема с 25 до 5,8 см/с число пузырьков в 1 мл воздуха возрастает с 10 до 30 000 при увеличении площади суммарной поверхности контакта фаз с 13,8 до 150 см .
В реальных условиях площадь поверхности контакта фаз может изменяться в широких пределах и оказывать весьма существенное влияние на растворение кислорода. Как правило, барботажный факел в аэротенках образован пузырьками различных размеров и форм, находящимися на различном расстоянии от отверстий истечения. Сложность заключается еще и в том, что характер диспергирования газовой фазы в условиях массового барботажа, строго говоря, нестабилен. Ввиду трудности теоретического выражения площади поверхности контакта фаз в водовоздушной среде применяются различные эмпирические формулы для приближенного определения площади удельной поверхности контакта с использованием площади поверхности пузырька «среднего» размера. Наряду с приближенным вычислением площади поверхности контакта фаз при барботаже известны приемы экспериментального определения этой величины с помощью фотографирования, гамма-просвечивания, а также оптическими и химическими методами.
Исследование влияния пьезоэффекта и катализа на массообменные характеристики аэраторов
Анализируя (4.8), видим, что основной вклад вносит фактор Х1 (расход воздуха), значение которого согласно (1) следует увеличивать. Однако, это вызовет, соответственно, расход электроэнергии и связанные с этим затраты.
Вторым по степени влияния на процесс аэрации является фактор Х2 (высота слоя воды), третьим - Х5 (перемешивание насосом или мешалкой), которые для повышения эффективности надо, согласно уравнениям регрессии (4.1-4.6), увеличивать. Следовательно, варьируя высоту слоя жидкости, мощность воздуходувок и перемешивающих устройств, можно до 40% повысить эффективность процесса аэрации с аэраторами «Бакор».
Среди многообразия методов совокупной оценки составляющих процесса наиболее часто применяется функция желательность Харрингтона [20]. Она позволяет технические параметры перевести в «психотехничекую» шкалу качественных оценок, получить их математическое описание в виде частной желательности, после чего дать единую оценку - обобщенную функцию желательности в числовом и качественном выражении.
Для всех полученных уравнений регрессии (4.1 - 4.6), описывающих процесс аэрации аэраторов «Бакор», были установлены спецификации с двухсторонним ограничением качественной характеристики процесса: частная желательность d=0.37 (удовлетворительно), d = 0.8 (хорошо) и соответствующих им техническим параметрам. Тогда
Анализ вычисленных значений частных и обобщенной функций желательности (табл. 4.10) показывает, что условия режима №5 являются оптимальными для аэраторов «Бакор»: XI, Х2, Х5 - на верхнем уровне, ХЗ и Х4 - на нижнем. При этом качественная характеристика процесса в целом соответствует оценке «хорошо».
Методика ранжирования с применением эквивалентного процентирования [74,75] заключается в присвоении максимальному значению критериев оценки эффективности 100%, а все остальные показатели исчисляются в процентах от максимальных 100 %. Далее определяются суммы процентов по определяемым критериям, из которых максимальной также присваивается значение 100 %, после чего каждой сумме - процентная доля от данных 100 %. На основании полученных процентных показателей выстраивается новый ранжировочный ряд, где первое место занимает вариант сравнения, соответствующий 100 % и далее по убывающей.
Вычислим соответствующие проценты на основе полученных экспериментальных данных (табл. 4.11 - 4.13) и проведем ранжирование аэраторов «Бакор» в сравнении с применяемыми в настоящее время в практике очистки вод диспергаторами.
Таким образом, на базе параметрических показателей исследованные аэраторы располагаются по предпочтительности в ряд: 1 – «Бакор» - 750; 2 – Rehau; 3 - Водные энергии; 4 - «Бакор» - 1100; 5 - «Бакор» - 2200; 6 -«Фортекс». Из данного ряда может быть определена рыночная цена аэраторов «Бакор», после установления которой, в ряд ранжирования может быть внесена и экономическая составляющая с учетом стоимост всех участников ранжирования.
В соответствии с п. 3.2.3 с целью интенсификации процесса массообмена и тем самым снижения энергетических затрат проведены исследования по методике переменного дефицита кислорода (табл. 4.14, рис. 4.9) на аэраторе "Бакор 750". Таблица 4.14 Массообменные характеристики процесса массообмена плоского аэратора "Бакор 750" с воздействием пьезоэффекта Конструкция Параметрические показатели аэраторов при расходах воздуха 3,9 м3/ч и объеме воды 0,3 м3 kVT, ч-1 КПД, % Окислительная способность, кг/ч м3 Эффективность аэрации, кгО2/(кВт ч) Без добавления элеменьов 9,31 11,82 5,31 9,96
В то же время (рис. 4.9) при активации процесса пропусканием аэрируемого воздуха через каталитические материалы в аэраторе получено улучшение массообменных характеристик с шунгитом в 1.36 и катализатором в 1.25 раз, что свидетельствует об устойчивом процессе активации и о необходимости дальнейшего более углубленного изучения установленного эффекта.
Производителями аэраторов "Бакор" предложено на поверхность аэратора наносить нанопленку толщиной до 1 мм из пористой керамики, создающий калиброванные монопоры 5 - 10 мкм, обеспечивающие на выходе одноразмерные пузыри воздуха [92].
В лабораторных условиях по ранее описанной методике переменного дефицита кислорода определены параметрические показатели аэраторов с нанопокрытием 4100 и 4200.
Сводные показатели приведены в табл., расчет параметров массообмена и размеры пузырьков приведены в Приложении.
Потери напора в аэраторах с нанопокрытием составляли 0.4 - 0.5 м, поэтому в силу недостаточной мощности лабораторной воздуходувки не проведены эксперименты с расходом воздуха 3.9 м /ч.
Анализируя данные табл. и размеров пузырьков воздуха, можно отметить, что массообменные характеристики аэраторов с нанопокрытиями существенно превышают таковые без покрытий. Однако, окончательный вывод о преимуществе того или иного типа аэраторов может быть сделан только после совместного анализа энергетических затрат с учетом потерь напора, которые в изделиях с нанопокрытием в 4-5 раз выше. Очевидно, что мощность воздуходувного оборудования должна быть больше, однако расход воздуха и количество аэраторов будут меньше за счет повышенных массообменных характеристик.
К числу технологических параметров, влияющих на выбор и применение аэраторов, относятся потери напора, химическая стойкость при эксплуатации, прочность на растяжение и изгиб, коэффициенты массообмена при аэрации с активным илом, поступление иловой жидкости внутрь аэратора, расположение аэраторов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расстояние между аэраторами в аэротенке и т. п.
Определение потерь напора в аэраторах выполнено на специальном стенде НТЦ ЗАО «Бакор» по специальной методике в сухих условиях, т.е. без учета влияния жидкости [80, 92].
Предложена методика определения физико-механических характеристик и потерь напора в аэраторах в "мокрых" условиях, поскольку значения сопротивлений ("Бакор-750, 1100, 2200", Па) в паспортах данных аэраторов приведены для "сухих", т.е. потери напора соответственно, равны 7,5; 11,0; 22 см водного столба. На эти величины с учетом потерь напора в коммуникациях и высоты слоя аэрируемой жидкости подбирается воздуходувное оборудование. В основу методики положен весовой способ: на поверхность погруженного в водопроводную воду до верха аэратора укладывали разновесы с известными и дифференцированными по массе и площади показателями. (Далее включали воздуходувку, фиксируя давление на входе в аэратор. Выходящий из пор воздух поднимал и сдвигал разновесы, если выходящий воздух не сдвигал пригруз, то принимали, что имеет равенство сил веса и давления воздуха. Тогда разность между давлением воздуха в системе (кг/см ) и силой сопротивления подъему разновесов с учетом перевода в метры водяного столба принимали за сопротивление аэратора в "мокрых" условиях) [93] в процессе аэрации в жидкости (рис. 4.10).
Как следует из экспериментальных данных, потери напора в аэраторах (табл. 4.16) в процессе аэрации жидкости составляют 5 - м вод. столба или 50 -60 Па, что существенно отличается от паспортных потерь, определенных в «сухом» режиме аэрации. Скорее всего, проникшая вследствие капиллярного эффекта жидкость в поры выступает в роли своеобразной «смазки», снижая тем самым, потери напора.
Прочностные характеристики аэратора «Бакор-2200»
Исходя из полученных данных о массообмене, энергетических затратах, технических решений по размещению, можно предложить варианты технологического использования аэраторов в процессах очистки сточных вод:
Проведенные исследования позволили обосновать и предложить технические решения, обладающие патентной чистотой: 1 - устройство для биологической очистки сточных вод (рис. 5.25), 2 - аэратор керамический секционный (рис. 5.26).
1. Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод, представляющее собой закрытый корпус с горловинами, в котором последовательно расположены зона первичного отстаивания с разделительной перегородкой и подводящим патрубком, аноксидная зона с контактными носителями биомассы, аэробная зона с системой пневматической аэрации и илоотбойным порогом, зона вторичного отстаивания с потоконаправляющей перегородкой, биореактор доочистки с контактными носителями биомассы и пневматической системой аэрации и камера очищенной воды с отводящим патрубком, при этом устройство оборудовано двумя контурами рециркуляции жидкости, состоящими из трубопроводов подачи сжатого воздуха, поступающего от, по меньшей мере, двух компрессоров, и эрлифтов, расположенных в зоне вторичного отстаивания и биореакторе доочистки, а запорно-регулирующая арматура данных контуров располагается в верхней части зоны первичного отстаивания, доступ к которой осуществляется через одну горловину.
2. Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что корпус емкости снабжен металлическим каркасом из балок двутаврового сечения.
3. Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что корпус емкости выполнен из полиэтилена.
4. Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что емкость в поперечном сечении выполнена прямоугольной.
Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод 6. 5. Устройство для глубокой биологической очистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что пневматическая система аэрации представлена мелкопузырчатыми керамическими аэраторами с заданным размером пор
Также предложен аэротенк для очистки сточных вод с аэратором керамическим секционным (рис. 5.26), который имеет следующие отличительные признаки. Рисунок 4.26 - Аэротенк с керамическим аэратором для очистки сточных вод
1. Аэротенк для очистки сточных вод, включающий емкостный аэрационный резервуар, трубопроводы подвода исходных сточных вод, циркулирущего ила, отвода иловой смеси, воздуховод подвода аэрирующего воздуха, плоские керамические аэраторы из мелкозернистых или крупнозернистых керамических порошков с отверстием, с винтовой нарезкой и с изменением расстояния между каждым аэратором и дном резервуара аэротенка, штуцер, дроссельное устройство, отличающийся тем, что имеет извлекаемые без опорожнения емкостного резервуара секции аэраторов, каждый из которых выполнен с одним входным и не менее одного выходным штуцером, причем в секции смонтировано не менее двух аэраторов, а воздуховод для подвода аэрирующего воздуха выполнен из сборно-разборных гибких или жестких составных регулируемых по высоте труб.
2. Аэротенк по п.1, отличающийся тем, что извлекаемые без опорожнения емкостного резервуара секции аэраторов имеют не менее двух аэраторов.
3. Аэротенк по п.1, отличающийся тем, что извлекаемые без опорожнения емкостного резервуара секции аэраторов имеют приспособления для опускания и подъема.
1. На основе результатов эффективной опытно-промышленной очистки шахтных вод с высоким содержанием железа (2) в течение 4-х месяцев аэраторы с заданным размером пор можно рекомендовать для применения в окислительных процессах удаления из вод железа аэрацией и с периодической 1-2 раза в год механической и водяной регенерацией.
2. "Шуба" из поверхности аэратора из гидроксидов железа (3), а также ввод гидроксидного шлама из отстойников в камеру аэрации - окисления катализируют окисление железа (2), что снижает расход воздуха на аэрацию до 35%. При этом имеет место мелкопузырчатая аэрация и отсутствие видимой кольматации пор.
3. С целью проверки показателей массообмена и технологичности конструкции в опытно-промышленных условиях в течение 1 года эксплуатации аэраторы были установлены на Ростовской станции аэрации в преаэратор первичного отстойника, лоток возвратного ила, регенератор ила, биореактор доочистки и контактный резервуар с контролем параметров массообмена через 1.5 - 2 месяца по методике переменного дефицита кислорода.
4. Определены показатели новых типов аэраторов с нанопокрытиями (рис. 5.6) в зависимости от расхода воздуха. Отмечена их большая эффективность по растворению кислорода по сравнению с не имеющими диспергирующего покрытия аэраторами. После эксплуатации аэратора в регенераторе аэротенка аэратора с нанопокрытием в течение 31 сут при расходе воздуха 10 м /час первоначальная эффективность насыщения кислородом снизилась в среднем на 35%, что ставит под сомнение целесообразность их применения для аэрации в суспензиях по энергетическим и стоимостным затратам.