INTENSIFICATION OF AERATION PROCCES IN TECHNOLOGICAL SCHEMES OF WASTEWATER TREATMENT

Full Text

Хорошо известно критическое состояние водной отрасли как в отношении степени износа основных фондов, так и морально устаревших технологий, особенно высокой энергоемкости [1-7]. Вместе с тем, крупные водохозяйственные организации в последние годы приступили к коренной модернизации технической базы за счет использования при реконструкции сетей и сооружений новейших мировых достижений [8-15]. На многих очистных сооружениях канализации к настоящему времени найдены возможности замены так называемых среднепузырчатых аэраторов на мембранные аэраторы отечественных фирмпроизводителей со значительно более высокими массообменными характеристиками. Увеличение концентрации кислорода в аэротенках до 5-6 мг/л в результате применения новых аэраторов обеспечивает возможность нитрификации аммонийного азота. Поскольку этот процесс сопровождается соответствующим приростом концентрации нитратного азота, размер платы за сверхлимитный сброс загрязняющих веществ практически остается без изменений. Так как типовые воздуходувки не могут регулировать расход воздуха, потенциал энергосбережения, обусловленный как снижением расхода сточных вод, так и применением более эффективных аэраторов, в полном объеме практически не реализуется. Необходимость поддерживать минимальную интенсивность аэрации еще более снижает диапазон эффективного применения аэраторов. В настоящее время при реконструкции очистных сооружений канализации не ограничиваются заменой аэраторов, а внедряют блоки биологической дефосфотизации, денитрификации и нитрификации с аэробной деструкцией органических загрязнений. Использование анаэробных и анок- DOI: 10.17673/Vestnik.2016.02.6 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 2 (23) 28 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ сидных процессов и мембранных аэраторов в аэробных зонах дает существенный энергосберегающий эффект за счет снижения расхода воздуха [1]. Принципиальной особенностью новых схем является обеспечение перемешивания иловой смеси и поддержание её во взвешенном состоянии специальными мешалками, т.е. эта технологическая задача, как правило, определяющая производительность воздуходувного оборудования, снимается с систем аэрации. Имеются немногочисленные публикации и об успешной эксплуатации таких технологических схем с низкими концентрациями биогенных элементов и биологически-производственных комплексов (БПК) [2]. Аэрационная зона современного многоступенчатого биореактора представляет собой часть циркуляционного контура нитрификатораденитрификатора. По дну во всю ширину секции расположены трубчатые или купольные аэраторы. В этом случае необходимо воздуходувное оборудование нового типа с регулируемым расходом при постоянной мощности (автоматическое изменение угла лопаток при заданной концентрации кислорода в иловой смеси на выходе из сооружения). Функции насыщения иловой смеси кислородом и поддержание ее во взвешенном состоянии аппаратно разделены. Имеет смысл проанализировать технологию «низконапорной» аэрации, о которой достаточно много говорилось в 60-е гг. прошлого века [3] и упоминается до настоящего времени [4]. Применение этой технологии сокращает расход электроэнергии и значительно улучшает технико-экономические показатели части системы очистки сточных вод, вносящие основную долю затрат в себестоимость. Профессором С.М. Шифриной предлагалось использовать высоконапорные вентиляторы. Работы по низконапорной аэрации были свернуты из-за невозможности приобретения строго фондируемых вентиляторов, использовавшихся в 1960-1970-е гг. в мукомольной промышленности. В статье предпринята оценка эффективности «низконапорной» аэрации в современных условиях с использованием новых конструкций аэраторов и высоконапорных вентиляторов. Технологические характеристики аэраторов принимались по СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения», монографии [5], докторской диссертации Таблица 1 Характеристика аэраторов Глубина размещения аэраторов ha, м Удельная мощность Nад уд pw, кВт Тип аэраторов Мелкопузырчатые по СНиП 2.04.03-85 №1 №2 qair, pw, м3/м3 SOTEpw, % Npw, кВт qair, pw, м3/м3 SOTEpw, % Npw, кВт qair, pw, м3/м3 SOTEpw, % Npw, кВт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,5 3,50 10,61 3,13 36,07 0,6 4,19 9,18 3,62 38,85 0,7 4,87 7,01 4,75 35,45 0,8 5,55 5,23 6,36 30,73 0,9 6,23 4,63 7,19 30,96 1,0 6,89 4,14 8,04 31,02 4,75 7,0 35,59 1,07 31,0 8,01 2,0 13,37 2,49 13,37 38,63 2,56 13,0 38,93 1,00 33,0 15,20 3,0 19,49 1,82 18,29 40,71 1,75 19,0 39,15 0,95 35,0 21,25 4,0 25,28 1,44 23,12 40,91 1,33 25,0 37,80 0,91 36,5 25,85 5,0 30,80 1,19 27,98 41,33 1,07 31,0 37,17 0,85 39,0 29,52 6,0 36,06 1,02 32,64 41,51 29 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 2 (23) В.Н. Зенцов, И.В. Лапшакова, У.Р. Исламов Ю.М. Мешенгиссера [6], каталогам фирм-производителей, опубликованных в Интернете (в итоговой таблице фирмы-производители не упоминаются). Сводные результаты расчетов по некоторым аэраторам приведены в табл. 1. Диапазон погружения аэраторов принят от 0,5 до 6 м. В качестве базовых приняты условные очистные сооружения производительностью qsw= 1 м3/с (3600 м3/ч), концентрация загрязняющих веществ ΔL=100 мг/л, необходимая окислительная мощность по кислороду OM = qsw · ΔL = 360 кг/ч. Все характеристики аэраторов сравнивались с хорошо исследованными в 70-е гг. XX в. мелкопузырчатыми керамическими аэраторами во ВНИИ ВОДГЕО и опубликованными в нормативной литературе. Расчетные значения общего расхода воздуха qair, pw для мелкопузырчатых аэраторов приведены в колонке 3 табл. 1. При уменьшении глубины погружения аэратора значение SOTEpw уменьшается. Пересчет необходимого расхода воздуха на реальную сточную воду ведется по значениям K3=0,85, C0=3,0 мг/л (для улучшения процесса нитрификации). В целом, при ηвозд= 0,75, коэффициент пересчета по сравнению с полезной мощностью на чистой воде равен KN=2,3. Как известно, в связи с существующими эксплуатационными недостатками, фильтросные пластины и трубы вначале были вытеснены среднепузырчатыми аэраторами, а в настоящее время пластмассовыми мембранными аэраторами. Для многих из них опубликованы массообменные характеристики в форме SOTE=f(ha, qair) и гидравлические - Δh=f(qair). Аналогичные расчеты приведены для аэратора №1 (SOTE1=7 %, SOTE5=31 %) и аэратора №2 (SOTE1=31 %, SOTE5=39 %). Минимальные затраты мощности приходятся на hа=1,0 м, т.е. их целесообразно использовать в системах низконапорной аэрации. У систем низконапорной аэрации есть еще одно важное преимущество: можно отказаться от громоздких низконапорных, нерегулируемых воздуходувок, заменить их высоконапорными вентиляторами, например типа Electror, на избыточный напор до 1,6 м вод.ст. или «Энфи»-100 и «Энфи»-200. Конечно, размещение аэрационной системы на глубине 1,0 м усложнит конструкцию аэрационной зоны в целом, но облегчит доступ к аэраторам во время эксплуатации. Усложняется гидродинамика течения иловой смеси и взаимодействие с потоком воздуха. Однако существенное сокращение энергетических затрат, упрощение размещения воздуходувных станций непосредственно у реконструируемых биореакторов позволит проводить посекционную реконструкцию и получить ресурсы для ее выполнения за счет существенного сокращения расхода электроэнергии.

About the authors

Vyacheslav N. ZENTSOV

Ufa State Oil University

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Irina V. LAPSHAKOVA

Ufa State Oil University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Ural R. ISLAMOV

Ufa State Oil University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files