Системы аэрации

2.6. Аэраторы должны обеспечивать заданный кислородный режим и необходимую интенсивность перемешивания в аэротенках.

2.7. Пневматические аэраторы рассчитываются по зависимостям, приведенным в п. 6.157 СНиП 2.04.03-85. В конструкции мелкопузырчатых аэраторов могут применяться фильтросные пластины и трубы, синтетические ткани, пористые пластины и т.п.

При использовании пористых материалов удельный расход воздуха на единицу рабочей поверхности аэраторов J_a,d зависит от индивидуальных свойств этих материалов и назначается в пределах J_a,d = 30-100 м³/(м^2. ч); для фильтросных пластин - J_a,d = 60-80 м³/(м^2. ч), для фильтросных труб J_a,d = 70 - 100 м³/(м^2. ч), считая на площадь горизонтальной проекции трубы, для синтетических тканей (арт. 56007, арт. 56026) J_a,d = 50 - 80 м³/(м^2. ч). Потери напора в фильтросных материалах и тканях следует принимать 0,7-1 м. Скорость выхода воздуха из отверстий дырчатых труб - 50 м/с.

При использовании аэраторов из синтетических тканей или пористых пластмасс целесообразны конструкции в виде решеток шириной до 2 м, что позволяет увеличить площадь полосы аэрации (отношение f_az/f_at = 0,2-0,3), повысить эффективность использования и снизить удельный расход воздуха.

2.8. В аэротенках-смесителях пневматические аэраторы располагаются вдоль одной стены коридора равномерно по всей их длине. Количество фильтросных пластин или труб определяется с учетом необходимости интенсивности аэрации и рекомендуемых значений J_a,d. В регенераторах аэраторы размещаются неравномерно по длине: в первой половине в 2 раза больше, чем во второй.

2.9. В аэротенках-вытеснителях аэраторы располагаются неравномерно в соответствии со снижением концентрации загрязнений и скоростей биохимического окисления.

Пример расчета.

Исходные данные: вид сточных вод (например, городские); расход сточных вод q_W = 4200 м³/ч; солесодержание воды С_s = 3 г/л; БПК_полн исходной и очищенной воды L_en и L_вх - 150 в 15 мг/л, расчетная температура воды Т_W – 20 °С.

Удельный расход воздуха q_аir, осуществляется по формуле (61) СНиП 2.04.03-85 для условий полной биологической очистки. В рассматриваемом примере удельный расход кислорода q₀ = 1,1 и средняя концентрация кислорода в аэротенке С₀ = 2мг/л.

По данным расчета объем аэротенка W_atv = 16162 м³. Приняв по конструктивным соображениям длину коридора l = 60 м и рабочую глубину H_at = 4 м, общая ширина аэротенка будет равна:

.

Приняв ширину одного коридора b = 6 м, число коридоров будет равно:

n _k = B _at/ b = = 11,17.

Следует принять n _k = 12 и соответственно изменить и длину коридора l

B_at = n _k b = 12 ^. 6 = 72 м; l = W_atv/H_at B_at = =56 м.

В зависимости от температуры воды,ее солесодержания и глубины погружения аэратора растворимость кислорода определяется зависимостью

, (38)

где h_a = h_ai- h_ay; при h_aу = 0,3м; h _а = 4-0,3 = 3,7 м; T_W = 20 °С; C_s = 3 г/л;

= 8,72 мг/л.

Приняв в первом приближении f_az/f_at = 0,1; по табл. 42 СНиП 2.04.03-85 К₁ = 1,47 для аэратора из фильтросных труб при h_a = 4м, по табл.43 СНиП 2.04.03-85 К₂ = 2,52. При 20 °С коэффициент К_T = 1.

Для городских сточных вод коэффициент K ₃ = 0,85. Приведем значения коэффициентов K ₃ для некоторых видов производственных сточных вод

Источники сточных вод	K 3
Целлюлозно-бумажные комбинаты …………	0,7-0,8
Молочные заводы …………………………….	0,8
Производства крафт-бумаги ………………….	0,7
Деревообрабатывающие
производства ………………………………….	0,68
Бумажные фабрики ……………………………	0,85
Картонажные фабрики ………………………..	0,53-0,64
Фармацевтические заводы ……………………	0,8-1,6
Заводы синтетического волокна …………….	1-1,8

Для определения интенсивности аэрации по длине аэротенка-вытеснителя строится график изменения БПК_полн во времени (рис. 13). Периоды аэрации для заданных промежуточных значений L_ex определяются расчетом по формуле (50) СНиП 2.04.03-85. Данные расчетов для условий рассматриваемого примера приведены в табл. 8.

Рис. 13. Зависимость Lex от продолжительности пребывания в аэротенках-вытеснителях

Таблица 8

Lmix мг/л
Lex, мг/л
taiv. ч	0,44	1,06	1,73	2,53	2,96

На графике (см. рис. 13) интервал времени, соответствующий продолжительности аэрации, при которой достигается L_ex = 15 мг/л, делится на равные части (по принятому числу ячеек аэротенка-вытеснителя), например на 6 частей. Для периодов аэрации в каждой ячейке с помощью полученной кривой (см. рис. 13) определяются значения БПК_полн на входе и выходе из ячеек. Эти данные приведены в табл. 9.

Таблица 9

Показатель	Номер ячейки	Примечания
I	II	III	IV	V	VI
Lеn, мг/л							По рис. 13
Lex, мг/л		75и					то же
qо, мг/мг Lеn- Lеx	0,9	0,9	0,9	0,9	1,0	1,1	-
q air, ì3/м3	1,02	0,85	0,81	0,68	0,71	0,47	-
Ja,м3/(м2ч)	6,38	5,32	5,06	4,25	4,43	2,95	-
Q ¢air, ì3/ч							-
n d, ед.	1,82/2	1,52/2	1,44/2	1,21/1	1,27/1	0,84/1	-

Примечание. Под чертой указано принятое числорядовфильтросных труб.

На основе данных табл. 9 по формуле (39) определяется интенсивность аэрации в каждой ячейке

, (39)

где q¢_air - удельный расход воздуха для каждой ячейки определяется по формуле (61) СНиП 2.04.03-85.

Для рассматриваемого примера количествоячеек принято n_ja = 6, общая продолжительность аэрации в сооружении по табл. 8 t_aiv = 2,96 ч.

Количество рядов пневматических аэраторов (например, фильтросных труб) определяется по формуле

(40)

В рассматриваемом примере ширина коридора аэротенки принята b = 6 м, удельный расход воздуха на аэратор для фильтросных труб J_ad = 70 м³/(м²ч), площадь одного ряда аэратора на 1 м фильтросных труб d_y, = 300 мм; f¢_d = 0,3 м²/м. Расход воздуха Q¢_air, м³/ч, в каждой ячейке определяется по формуле

. (41)

Общий расход воздуха на аэротенк Q_air, равенсумме всех Q¢_{air .}

Для более точного регулирования подачи воздуха на воздуховодах каждой ячейки следует установить расходомеры с задвижками или вентилями.

2.10. В аэротенках-вытеснителях с регенераторами удельный расход воздуха определяется по формуле (61) СНиП 2.04.03-85. Количество аэраторов на первой половине длины аэротенков и регенераторов принимается вдвое больше, чем на остальной длине коридора.

Для условий рассмотренного примера в п. 2.9 удельный расход воздуха, рассчитанный по формуле (61) СНиП 2.04.03-85, составил

q_air = 12,22 м³/м³.

Общий расход воздуха Q_air = 12,22 ^. 4200 = 51309 м³/ч.

Средняя интенсивность аэрации

J_a = (12,22 ^. 4)/3,75 = 13,03 м³/(м²ч).

Интенсивность аэрации на первой половине аэротенка и регенератора J_a1 = 1,33 J_a, на второй - J_{a 2} = 1,33 J_a/ 2 = 0,67 J_a.

При ширине коридора аэротенка b = 6 м, удельном расходе воздуха на аэратор в виде фильтросных труб J_ab = 90 м³/(м²ч) и площади одного ряда фильтросных труб d_y = 300 mm; f¢_d = 0,3 м²/м.

Количество рядов фильтросных труб в первой половине аэротенки вытеснителя составило

;

во второй половине: = 3,92/2 = 1,96.

В данном случае следует принять на первой половине аэротенка и регенератора число рядов фильтросных труб - 4, на второй половине - 2, соответственно распределив расходы воздуха.

2.11. С целью сокращения длины воздуховодов количество стояков для подвода воздуха к аэраторам следует ограничить минимально возможным числом, которое определяется из заданной неравномерности распределения воздуха вдоль коридора аэротенка.

Таблица 10

Геометрические размеры, мм	Допустимая неравномерность подачи воздуха, %	Максимальная удельная производительность, м3/(м×ч)	Перепад давления, кПа
наружный диаметр	толщина стенки
длина трубы на 1 стояк, м
						3-10
						3-10
						3-10

Число стояков зависит от длины обслуживаемого ими участка фильтросного канала, фильтросной или дырчатой трубы.

Параметры аэраторов из фильтросных труб приведены в табл. 10, из фильтросных пластин - в табл. 11, из дырчатых труб в табл.12.

Таблица 11

Геометрические размеры, мм	Допустимая неравномерность подачи воздуха, %	Максимальная удельная производительность, м3/(м.ч)	Перепад давления, кПа
ширина	глубина
длина канала на 1 стояк, м
						2-10
						2-10

Таблица 12

Геометрические размеры, мм	Допустимая неравномерность подачи воздуха, %	Максимальная удельная производительность м3/(м2×ч)	Перепад давления, кПа
условный проход	наружный диаметр	диаметр отверстий	число отверстий на 1 трубы
длина трубы на стояк, м
					15,5	17,2		1,5
				5,7	9,6	13,6	36,5	1,5
				2,6	4,0	5,0		1,5
	88,5				24,0	26,4	36,5	1,5
	88,5				10,7	14,0	73,0	1,5
	88,5			4,5	6,7	8,5	110,0	1,5
				27,3	34,2	37,9	36,5	1,5
				11,3	17,4	23,4		1,5
				7,1	10,7	13,6		1,5

Пример. Определить основные параметры аэратора (фильтросный канал) для обеспечения аэрации коридора аэротенка - смесителя длиной 100 м, шириной 9 м с интенсивностью аэрации 10 м³/(м²ч) при допускаемой неравномерности подачи воздуха 15 %.

Интенсивность подачи воздуха на 1 м длины коридора

J¢¢_a = J¢_db = 10 ^. 9 = 90 м³/(м²×ч).

Указанная интенсивность при перепаде 1,5 кПа (новые пластины) может быть обеспечена установкой трех параллельных рядов фильтросных каналов. Для допустимой неравномерности 15 % при глубине канала 100 мм находим из табл. 11 максимальную длину аэратора на 1 стояк - 88 м. Стояк присоединен к середине обслуживаемогоим участка. Для коридора длиной 100 м потребуется таким образом 2 стояка. Полученное данным методом число стояков является минимально допустимым и может быть увеличено из конструктивных соображений.

Следует обратить внимание, что при этом должны быть предусмотрены упругие вставки на температурных швах резервуара аэротенка.

2.12. Эрлифтные аэраторы. При наличии и сточных водах значительных количеств карбонатных солей, смол, жиров, вязких нефтепродуктов и волокнистых веществ, способных вызвать быструю кольматацию пор в мелкопузырчатых пневматических аэраторах, целесообразно применение эрлифтных аэраторов. По эффективности они приближаются к механическим, но не имеют сложного привода и не подвержены засорениям.

Принцип действия эрлифтных аэраторов совмещают в себе среднепузырчатую аэрацию с помощью сжатого воздуха в эрлифте и дополнительную аэрацию при изливе струи через кромку водослива (рис. 14). Конструкция этих аэраторов разработана ВНИИ ВОДГЕО.

Рис. 14. Схема эрлифтного аэратора

1 - аэрационная решетка; 2 - нижний конус диффузора; 3 - труба диффузора: 4 - верхний конус диффузора с гребенчатым водосливом; 5 - лопатки; 6 - воздухопровод; 7 - опорные стойки

Ориентировочно производительность эрлифтного аэратора Q_m, кг/ч по кислороду определяется по уравнению

, (42)

где h_b - высота кромки водослива, рекомендуется принимать h_b = 0,45 - 0,5 м; d_эp - диаметр трубы аэратора d_эp = (0,6-1) В_а; Н_эp - глубина погружения аэратора Н_эp = 3,5 - 4 м.

Растворимость кислорода С_а определяется по формуле (38).

Пример расчета. Для подбора эрлифтных аэраторов приведен график (рис. 15). Оптимальный режим работы эрлифтных аэраторов наблюдается при J_a1 = 10-15м³/(м²×ч) и d_эp = 0,3 - 1,2 м.

Рис. 15. Зависимость удельных энергозатрат и производительности по кислороду от диаметра эрлифтных аэраторов при различных значениях интенсивности аэрации

1 - J_a = 5; 2 - J_a = 10; 3 - J_a = 15м³/(м²×ч)

Исходные данные: тип сооружения - аэротенк-смеситель первой ступени. БПК сточных вод L_en = 550 мг/л; L_ех = 137 мг/л; расчетный расход q_W = 40000 м^з/cyт = 1667 м³/ч; период аэрации t_aim = 3 ч; растворимость кислорода С_а = 9 мг/л; концентрация растворенного кислорода в аэротенке С_о = 2 мг/л; ширина коридора аэротенка b = 9 м.

В данном случаепринят d_эp = 0,1 b, т.е. d_эp = 0,19 = 0,9 м, J_{a 1} = 15 м³/(м²×ч).

Объем аэротенка W_aim = q_Wt_aim = 1667 ^. 3 = 4999 м³.

По рис. 15 при J_{a 1} = 15 м³/(м²×ч) производительность по кислороду этого типоразмера аэратора приближенно составит 65 кг/ч.

Для определения необходимого числа эрлифтных аэраторов может быть использована формула (65) СНиП 2.04.03-85

Следует принять N_ma = 18 ед. При общей длине коридоров аэротенка L_a = W_aim / H_atb = 4999/(4,5×9) = 123 м.

Расстояние между аэраторами l₁ = 123/18 = 6,86 м. Расход воздуха Q_B1 на один аэратор при J_a1 = 15 м³/(м²×ч).

Q_B1. = J_a1 bl₁ = 15×9×6,86 = 926 м³/ч = 257 л/с.