Окситенки

2.13. Окситенки представляют собой комбинированные сооружения, в конструкции которых предусмотрены зоны окисления и илоотделения, сообщающиеся между собой с помощью циркуляционных окон и щелей. Зона окисления оборудуется механическим аэратором, системой автоматической подпитки кислорода и стабилизации кислородного режима (рис. 16). Окситенки работают в режиме реактора-смесителя. Они могут применяться для полной и неполной очистки городских и производственных сточных вод.

Рис. 16. Схема окситенка

1 - резервуар; 2 - полупогружная перегородка; 3 - корпус зоны реакции, 4 - кислородопровод. 5 - механический аэратор; 6 - стояк сброса газа; 7 - привод илоскреба, 8 - кислородный датчик; 9 - зона илоотделения; 10 - решетка илоскреба; 11 - водослив водосборного лотка; 12 - донная циркуляционная щель; 13 - подводящий дюкер; 14 - циркуляционные окна

Институт Союзводоканалпроект разработал проекты окситенков диаметром 10, 22 и 30 м, в которых зоны окисления и илоотделения равны между собой по объему.

2.14. При расчете окситенков определяются необходимые объемы зоны окисления и илоотделения, размеры турбины аэратора частота ее вращения и мощность привода при заданной эффективности использования кислорода.

2.15. Исходные данные для расчета окситенков аналогичны тем, которые необходимы при применении аэротенков. Для примера рассмотрим случай, при котором расход сточных вод q_W = 1667 м³/ч; БПК_полн исходной воды L_en = 400 мг/л: БПК_полн очищенной воды L_ех = 15 мг/л.

Сточная вода представляет собой смесь промышленной и бытовой и по составу близка к городской, поэтому кинетические константы могут быть взяты из табл. 40 СНиП 2.04.03-85 = 85 мг БПК_долн/(г×ч); K_l = 33 мг/л; K₀ = 0,625 мг/л; = 0,07 л/г.

Доза ила и концентрация кислорода определяются в результате технико-экономических расчетов. Для окситенков эти параметры находятся в следующих пределах: a_i = 5 - 12 г/л, С_o = 6 - 12 мг/л.

В данном случае в первом приближениипринято a_i = 6 г/л, С_o = 8 мг/л.

В начале определяется удельная скорость окисления по формуле (49) СНиП 2.04.03-85

= =18,25 мг ^. БПК_полн/(г×ч).

Период пребывания в зоне реакции определяется по формуле (48) СНиП 2.04.03-85

t_aim = = 5,02 ч.

Суммарный объем зон реакции окситенков, м³.

W_O = q_wt_aim = 1667 ^. 5,02 = 8368 м³.

Приняв окситенки D_О = 22 м, глубиной Н_О = 4,5 м, с общим объемом, равным:

W_O1 = 0,785 Н_О ^. = 0,785×22²×4,5 = 1708 м³

получим объем зоны реакции

W_a1 = W_O1/ 2 = = 854 м³

Далее рассчитаем диаметр зоны реакциипо формуле, м:

. (43)

Затем количество окситенков

n_O = W_O/ W_a1 = 8368/854 = 9,718 ед.

Согласно расчетам принимаем n_O = 10 ед.

2.16. Для определения седиментационой характеристики ила по формуле (53) СНиП 2.04.03-85 рассчитываем нагрузку на ил

q_i = (400 - 15) 24/6 ×;5,02(1 - 0,3) = 438 мг ^. БПК_полн/(г×сут).

По табл. 41 СНиП 2.04.03-85 при q_i = 438 величина илового индекса J_i = 85 см³/г. С учетом снижения его за счет кислорода J_i = 85/1,4 = 60,7 см³/г.

По табл. 45 СНиП 2.04.03-85 в зависимости от величины параметра (a_iJ_i) определяем допустимую гидравлическую нагрузку на илоотделитель; для a_iJ_i = 6 ^. 60,7 = 364, при котором q_ms = 1,4 м³/(м²×ч).

Необходимая площадь илоотделителей окситенков

F_тs = q_w/ q_ms = = 1140 м².

Фактическая площадь илоотделителей

F_Oi = W_O1 /2 H_O = 1708/(2 ^. 4,5) = 1900м²

что значительно превышает необходимую величину, поэтому дозу ила можно несколько увеличить.

2.17. Во втором приближении принимается доза ила a_i = 8 г/л, остальные параметры остаются неизменными и расчет повторяется в прежней последовательности. По формуле (49) СНиП 2.04.03-85

= 16,62 мг /(г×ч).

По формуле. (48) СНиП 2.04.03-85

t_aim = (400-15)/[8(1-0,3)16,62] = 4,13 ч.

Объем зон реакции окситенков W_a = 1667×4,13 = 6895 м³. Количество окситенков n_O = 6895/854 = 8,07 ед. Можно принять n_O = 8 ед. По формуле (53) СНиП 2.04.03-85

q_i = (400-15) ^. 24/[8 ^. 4,13 (1-0,3)] = 399,5 мг/(г×сут)/

По табл. 41 СНиП 2.04.03-85 при q_i = 399,5 мг/(г×сут), J_i = 80 см³/г, с учетом влияния кислорода J_i = 80/1,4 = 57 см³/г, величина a_iJ_i = 8 ^. 57 = 456, при котором по табл.45 СНиП 2.04.03-85 q_ms = 1 м³/(м²×ч)

Необходимая площадь илоотделителей окситенков F_тs = 1667/1 = 1667 м²

Фактическая площадь илоотделителей F¢_тs = 6895/4,5 = 1532м²,что соответствует необходимой величине.

2.18. Производительность аэратора по кислороду Q_ma, кг/ч, при использовании технологического 95 %-ного кислорода определяется по формуле

, (44)

где С_а - концентрация насыщения воды кислородом, мг/л, в стандартных условиях по формуле (38) (в данном случае С_a = 10 мг/л); К _т и K ₃ - коэффициенты, учитывающие температуру и состав сточных вод, определяются по п. 6.157 СНиП 2.04.03-85.

Например, при температуре воды 12 °С К _т = 1+0,02(12 - 20) = 0,84. Для смеси промышленных и городских вод K ₃ = 0,7. Коэффициент использования кислорода в окситенке принимается в пределах = 0,85-0,95.

Концентрация растворенного кислорода в зоне реакции определяется технико-экономическим расчетом. Для окситенков оптимальные значения С_о = 6-12 мг/л. В данном случае С_о = 8 мг/л.

Скорость потребления кислорода рассчитывается с учетом БПК исходной и очищенной воды и производительность одного окситенка по формуле, кг/ч:

. (45)

Для данного случая

= (400 - 15) 1667/1000×8 = 80кг/ч.

Приняв = 0,9; C_o = 8 мг/л,

Q_ma = 10×80/1000×0,84×0,7[0,174(1-0,9)/0,9-8/1000] = 119 кг/ч.

Исходя из конструктивных соображений, принимается диаметр турбины механического аэратора d_а = 2м. Параметры механических аэраторов приведены в табл. 13.

Таблица 13

Диаметр турбин аэратора, м	Количество лопаток, шт.	Длина лопатки, мм	Высота лопатки, мм	Частота вращения, мин-1	Производительность по кислороду, кг/ч	Мощность (нетто), кВт
0,5					3,33	1,2
0,7					7,08	2,4
1,0					9,58	3,4
1,5					22,91	7,5
					33,33	11,8
2,5					52,08	18,1
					77,5	26,5
3,5					108,33	38,5
					145,83	52,5
4,5					204,16

Для аэраторас d_a = 2 м, работающего на воздухе, производительность по кислороду составляет Q_m = 33,5 кг/ч, мощность (нетто) N_m = 11,8 кВт, частота вращения n_m = 38 мин^-1.

Поскольку Q_m аэратора недостаточна, следует повысить скорость его вращения и соответственно увеличить мощность привода.

Необходимая частота вращения n_O, мин^-1, определяется по формуле

n_O = n_{m ,} (46)

т.е.

n_O = = 72 мин^-1.

Мощность (нетто) на валу N_O, кВт, рассчитывается по формуле

N_O = , (47)

для рассматриваемого примера

N_O = 11,8 ^. 72²/38² = 42,3.

Мощность привода аэратора (брутто) при его КПД = 0,7

N_Ob = No / = 42,3/0,7 = 60,5 кВт.

Интенсивность перемешивания механического аэратора оценивается по величине донной скорости J о, м/с, в наиболее удаленной точке зоны его действия, величина которой должна быть не менее 0,2 м/с и рассчитывается по формуле

,

где H_a и В_a - глубина и ширина зоны реактора.

Для рассматриваемого примера при В_a = D_r = 15,5 м; Н_а = 4,5 м, донная скорость будет равна:

J_о = = 0,7 м/с,

что значительно выше требуемой величины, и, следовательно, перемешивание будет обеспечено.

2.19. Расход кислорода определяется с учетом расхода сточных вод, БПК_полн исходной и очищенной воды и эффективности использования кислорода. Весовой расход кислорода рассчитывается по формуле

.

Для рассматриваемого примера

= 713 кг/ч.

Объемный расход

Q¢_o = Q_o / ,

где плотность 1 м³ кислорода при нормальном давлении = 1,43 кг/м³. Для условий примера Q¢_o = 713/1,43 = 498,7 м³/ч.

2.20. При подборе оборудования можно использовать технико-экономические показатели установок разделения воздуха (по данным Гипрокислорода) которые приведены в табл. 14.

2.21. Применение окситенков экономически целесообразно при получении кислорода по себестоимости от действующих кислородных цехов предприятий азотной, нефтехимической, коксохимической и других отраслей промышленности, а также при строительстве собственных кислородных установок в составе очистных сооружений.

Экономический эффект от применения окситенков с собственными кислородными установками по сравнению с аэротенками при очистке городских сточных вод возрастает с повышением производительности очистных сооружений.

Таблица 14

Марка установки	Количество блоков в установке, шт.	Производительность по кислороду, м3/ч	Стоимость цеха в тыс. руб.	Расход электроэнергии тыс. кВт.ч	Годовые эксплуатационные затраты, тыс. руб.	Себестоимость 1 м3 кислорода, коп.
К-0,15			134,2		73,38	5,5
К-0,4					162,23	4,79
К-0,4			505,2	926,2	308,26	4,5
К-1,4			632,15		306,33	2,85
К-1,4			1164,45	14535,4		2,53
К-5			1604,2	24823,5	848,18

Примечание. Производительность и себестоимость даны при нормальном давлении кислорода при температуре 20 °С. Содержание кислорода не ниже 99,5 %.

Ориентировочные величины экономического эффекта для этих условий приведены в табл. 15.

Таблица 15

Производительность, сооружения, тыс. м3/сут
Экономический эффект, тыс. руб.		126,7	208,5	381,2		970,1