автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Аэротенки с глубинной аэрацией

^ vVbS ^АЙШПЙ ШСИГГУГ ШЖШЕРШ о 1 " ВОДНОГО ГОСПОДАРСТЕА

(УПВГ)

Яй правах рукопису

ПРОЦЕНКО Ccpríñ Борисович

АЕРОТЕНКИ 3 ГЛИБИННОЮ АЕРАЦ16Ю

(05.23.04 - водопостачання. канапЬащя, буд1велып системи охорони водних ресурсхв)

АВТОРЕФЕРАТ дисертацй на здобуття наукового ступеня кандидата гехлзчних наук

PIBHE -1995

Дисертац1ею е рукопио.

Роботу виконано в Украхнському институт! а.н5кенер1в водного господарства (м. Равне).

Науковий кер1вник - кандидат техн1чних наук,

професор О. П. СИНЬОВ

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн1чних наук,

професор, академ1к Академ!I ¿¡.нженерних наук Укра1ни М. I. КУЛИКОВ

кандидат тахн1чних наук, старший науковий сп1вроб1тник М. I. НЕВЗОРОВ

Пров1дна орган±зац1я (п!дприемство): державний проектний ¿нститут "Р1внеагропроект" (м.Р1вне)

Захист в!дОудеться "27" березня 1995 р. о 14 годи-Н1 на засз-данн! спец1ал1зовано1 вчено! ради К 17.01.01 УкраХнського 1нституту 1нженер1в водного господарстаа за адресою: УкраХна, м.Р1вне, вул. Соборна, 11.

3 дисертац1ею мозкна ознайомитись в б1бло.отец1 Ук ра!нського 1нституту 1нженер1в водного -господарства.

Ваш в1дгук в двох прим1рниках просимо над1слати за адресою: 266000 Укра1на, м.Р1вне, вул.Соборна, 11, У11ВГ, Вчена рада.

Автореферат роз1сланий "25" лютого 1995 р.

Вчений секретар л

спец1ап1зовано1 вчено! ради, П М СШАК

кандидат техн1чних наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Лктуадьн1сть. Вир1шення проблеми охорони i pauio-:алького використання водних pecypcis вимагае нев1дклад-:ох розробки та прискореного освоения нових високоефек-'ивних метод1в i споруд для б1олог!чно1 очистки ст!чних юд. Основними заеданиями подальтного вдосконалення 6io-[ori4Hol очистки е п1двищення окислювальио! потужност1 >1оокислювач1в, скорочення витрат електроенергИ, амея-1ення o6'eMiB осаду та територ11, яку займають очисн1 :поруди, п!двищення над1йност! i criitKocTi ix роботи в гарокому д1апазон! эм!ни витрат та складу ст1чних вод, гкеяшення шуму i забруднення атмосфври.

Ефективним р1шенням вищевказаних завдань може бути 9астосування в аеротенках глибинно! aepauil мулово! су-<±mi, яка зд1йснюеться в свердловинах або шахтах глиби-юю 50-150 м шляхом Сеэперервно! циркуляцИ водопов!тря-iol cyMimi у вигляд! низхЗ-дного та висх1дного поток1в.

Мета i задач1 роботи. Мета досл1цжень полягала в pospoOiu рац1ональнох технологи баологачно! очистки :т1чних вод в аеротенках э глибинною aapauiero та у ви-значенн1 оптимальких конструктивних i техиолог1чних па-раметргв, шо забезпечують практичну ыожлив1сть проекту-аання, буд1вництва i експлуатац11 очисних споруд з такими аеротенками. В зв'язку з цим було неоОхд.дно:

- вивяитн заKOHOuipuocpi гудроххинамхитх i масооб-мiHHHx npoueciB, що аадбуваються при глибиннЫ аерацИ;

- розробити на провести досл2дженняг технолог! чних схем очисних споруд а аеротекками з глибинною aepa«iею/

- визна члтп ефрхггивн1сть i технолог! ян! параметра процесу 61ологхяно! очпсткн ст±чних вод в таких аеротенках та виконати ix техн!ко-е кономачну оцхнку;

- А -

- розробити• методики розрахунку i конструювання аеротекк1в з глибитсою а ерац! ею.

Hayкова новизна роботи полягае в настулному: •

- доведено можлив!сть та доц1льн!сть застосувания. аеротенк^в з глиОинною а ера ц! ею для 61ологхчно! очистки■ MicbKux i промислових CTÍ4HZÍX вод;

- визначено ochobhí технолог!чн! параметри процесу 01ологгчно! очистки ст!чних вод в пакпх аеротекках;

- встановлено ochobhí законом1ряост! va розроблено математичну модель процесу глибнннох аерацИ, на основi якоХ с кладе но алгоритм та протраму розрахунку система;

- отримано ешг!ричне рхвняннх для визначення Фатального об'емкого коеф1ц1енту -масопередачi кисню при глибиннШ аерац! 1;

- значено валив конструктивных i технологауних параметр! в процесу глибиннох аерацИ на його ефект»ан1сть та виявлено оптимальнi значения цих параметр!в/

- отримано апроксимуюч! рхвняння для наблггжекото розрахунку основних масообмхкшх характеристик система глибиннох aepauix.

Практична значим1сть роботи. Розроблено нову висо-коефективну технолог!» С1олог1чно1 очистки ст1чних вод в аеротенках з глибинною аерац1ею, яка дозволяв схоротити кап±тальн1 та експлуатацз.йн1 витрати, знизити енергоем-н1сть процесу, п1двищити окислювальну потужн1сть аеро-тенк!в, 1ктенсиф1кувати процес мулов1дд1лення, п1двищити ст1йк1сть активного мулу до ' коливань концентрац1й за-Сруднень в ст1чних водах та до надходження токсичних ре-човинг зкизити його прир!ст та покращати седиментац!йк1 властивост1, зменшити об'ем осаду. Розроблено методику розрахунку i запропоновано практичн1 рекомендацИ щодо проектування та конструювання таких аеротенк!в.

Практична реад!зац!я. Результата роботи використа-ю при розробц! проект!в станцИ Cionori4Hoi очистки ко-лунально-побутових ст!чних вод потужн!стю 100 м3/доб в г.Чудель >Р1вненсько1 облает! (КДПВ1 "Р!внеагропроект") га очисних споруд Ман1ковеп.ького спиртзаводу продуктив-ticTio 1650 дал спирту на добу (Кихвське ПКБ HBO "Xapyoai ?обавки"). Оч!куваний економ1чний ефект в базових ц!нах L984 року становить в1дпов1дно 4.6 та 18.Э тис-крб/piK..

ДпроОац!я роботи. Загальн1 положения роботк допо-з1дались та були обговорен! на: обласнШ яаугс.-техн. конференцхi "1нтенсиф1кац1я ггроцесгв очистки природнмх i •тхчних вод", м. Ростов -на -Дону, 198 7 р./ наук, -праст. конференц! X "Шдыщення ефективност! роботи система во-юпостачання i водоахдаедення населених мхець i прамяс-loaiix пддприемствм.Ргвне, 1988 p.; 3~it"i республ!кан-:ь кг!й наук.-т&хн. ко нференцИ "Замкнут! те>ололсг1чн± :истetm водоксрястування i yrmriaatfii. осад!в про-аслових 2я1чних вод", м.Kstmmiв, 1990 р.; всесоюзному наук. -техн. сем!нарi "Удосконзлення технолог!чних ггроцес! а на 2Уаяц±ях aepaui1 з доведениям якост! очистки до внмог оибогосподарськнх водойм", м. Кал! Hi н, 1990 р.; республх-хансысШ наук, -практ. кснференцИ "Удосконалення систем аодопостачання, аодовхдведення i очистки ст!чнт;х вод", к-Р1вне, 1990 р./ наук.-техн. конференцИ, v..Pis не, 1992 о. Результата роботи були представлен! на ВДНГ Укрални в 1990 р.

Публ!кац!1■ По результатам роботи опубликован о 8 црукованих роб!т загальним обсягом 0.5 авторського арку-ду, отримано три авторських св!доцтва на винах!д.

ООсяг роботи. Роботу викладено на 187 стор. Друко-ааного тексту. Вона складаеться -э передмови, семи роэ-

д!л1в, списку лЛтератури з 168 найменувань, 4 додаткав 1 м!стить 11 таблиць та 34 рисунки.

ЗМ1СТ РОБОТИ В першому розд1л1 розглянуто принцип роботи 1 т&х-нз.ко-економ1чн1 показники системи глибинноЭС аерац!Т, виконано анал!з св!тового досв1ду И використання, резуль-тат!в досл1джень 1 метод1в математичного опису.

Показано, що завяяки тривалому контакту пов!тряних бульбашок з водою (3-5 хв) в умовах високого г1дроста-тичного тиску (до 0.5-1.5 МПа) 1 значно! турбул!зацИ середовища, оСумоЕленоа як пор1вняно великими швидкостя-ми двофазного потоку (1-2 м/с), так 1 в!дносним рухом фаз, система глибинно! аерацИ характеризуется високими значениями ефективност1 (3-6 кг 02/(кВт*год)), окислю-вально! спроможност1 (0.5-10.0 кг Ог/(м3*год)) та мари використання кискю пов1тря (до 90%).

Розглянуто осноан1 конструкцИ шахтних аеротенк1в, в яких використовуетъся принцип глиСиино! аерацИ муло-во! сум1пп1, 1 результат« роОоти досл!дних та виробничих установок з цими спорудами, яких на даний час в свз.т± 1.снуе б±пя 35. Пpoaнaлiзoвaнo IX переваги та недол1ки. • Зазначено, що в пор1внянн1 з традиидйними шахтн1 аеротенки в1др1зняються значно большою окислювальною по-тужн1стю, здатн1 працювати без попереднього первинног.о в1дстоювання сток1в, займають маншу площу 1 дозволяють скоротити кап1.тальн1 та експлуатацз.йн1 витрати на очистку. Особлив1 умови формувакня активного мулу при глибин-н1й аерацИ, як1 характеризуются цикл1чними змз.нами тиску, великими концентрац!ями розчиненого в мулов!й су-М1ш1 кисню (до 20-40 мг/л) 1 значною аурбул1зац1ею та гомоген1зац!ею середовища, ¿нтенсифЛкують процеси б!ох1-м1чного окисления забруднень, покращають седиментац1йн1

зластивост! активного мулу, зменшують його прирост та т1двищують ст!йк1сть до коливань концентрац!й заОруднгао-1их речовин в ст1чних водах, що надходять на очистку.

Вказано, що широк© практичне застосування глиОин-101 аерацИ стримуеться через ще недостатно-й р1вень нау-<ово-техн!чних знань в ц1й галуз1 та в1дсутн1сть достат-г!ьо повноХ теорП б1ох1м1чних, . масообм1нних 1 г!дродина->л1чних процес!в, як! вадОуваються при глибинн!й аерацИ, а такоэк багатьох неоОх1дних в1домостей 1 ч1тких конкрет-яих рекомендацией щодо розрахунку, конструювання та екс-плуатацП ц!е1 системи. Вагато конструктивних 1 техноло-г1чних р!шень не мають п!д собою достатнього 1нженерного эбгрунтування, в зв'язку з чим велик1 потенц!альн± мож-пнвост1 глибинно! аерацИ використовуються на сучасному етап1 лише в незначн!й м!р1.

В другому розд!л1 приведено обгрунтування обраного напрямку, визначено мету, основн! завдання 1 методику виконання досл1джень.

Зазначено, що шахтним аеротенкам поряд з 1х знач-ними перевагами властив1 також деяк1 1стотн1 недол1ки. Зокр'ема, процеси насичення мулово! сумз.ш1 киснем та бз.о-х1м1чного окисления забруднень в!дбуваються в цих спору-дах одночасно п!д час циркуляр! сум1ш! в шахта.. Проте це е недоцДльним, оск!льки иаидк1сть розчинення кисню при глибинн1й аерацИ в десятки раз1в перевииуе швид-к1сть його споживання активнам мулом. Внасл1док цього окислювальна спромоясн!сть системи аерацИ виявляеться значно еЯлыпою за окислювальну потужн1сть шахтного аеро-тенка як бз.ох1м!чного реактора. . Це призводить до неви-правданого з01лыпення оО'ему п1дэемноХ частини 1, в1дпо-в1дно, велико! соб1вартост± та складност! буд1вництва цих споруд.

Таким чином, завдання роОоти полягало в пошуку оп-тимальних шлях1в реал1зацИ переваг глибинно! аерацИ в так1й технолог!! 1 в таких конструкдиях аеротенк1в, як1 С одночасно з високою ефективн1стю та низькою енергоем-н!стю в!дзначались достатньою простотою, низькою буд1-вельною варт1стю та високою надАйнз-стю.

Було визначено, що ефективним р1шенням сформульо-вано! задач1 може Сути окреме зд1йснення процес1в гли-бинноХ аерацИ мулово! сум1пп. та б1ох1м1чного окисления заОруднень, що м!стяться в ст1чних водах. При цьому п!дземна частина аеротенка (шахта) буде використовува-тись тхльки для насичення муловох сум1ш1 киснем, а спо-живання розчиненого кисню в1д0уватиметься головним чином в розташованому на поверхн! земп! оголовку.

Для вир!шения поставлених завдань було обрано на-ступну методику:

- теоретичный анал23 л! тератур них данях;

- розробку математично! модел! процесу;

- експгериментальнх досл^дження по вмзначекню масо-обмгняпх характеристик систетг глибинно! аерацИ/ ■

- дослхдженяя залежност! техн!ко-економ! чних по-казникхв глибинно1' аерацИ В1Я кон с трукгги в них ! техноло-г!чних параметров на математиянШ модел! процесу та встановления оптимальних значень цих параметр!в;

- визначення основных технолог!чних параметров ! ефегстивност! процесу б!олог!чно! очистки стхчних вод в аеротенках з глибинною аерац!ею на експериментальнхй на-пхввиробничЩ установи!;

- техн!ко-економ!чний аналгз результатов досл!д~ жень, формулювання висковкав х пропозицШ.

В третьому розд1гс1 виконано теоретичн1 Досл1дження основних законом1рностей процесу глибинно! аерацИ.

Встановлено, ajo г!дродииам!чн! i массоОмхнл! прочее и при г.лиОинн!й aepauil опясуються системой л'яти ди-ференцДальних р!вкянь з п'ятьома нев±докими, якi виража-ють зм1ну тиску, об'екного газовм1сту, приведено! швид-кост! газовох фаэи i концентрац±й комтюкентХв пов!тря з р!дк!й та газов!Я фазах по висот1 кяэх!дного та внсх±д-ного поток!в:

- ' 1 Л

^Ppdi - Ф) - ppu;

dp ds

А

dz

^cp

dfp fu.

ciz

d_

dz

N^vjl - <p)

dx,

B-l

VI - ф/

Yi л

- - с w

u0ria - Dp(l -

аз _

=

_d_ dz

Y,

СРФ

"(рУп)

dz

РУП RT

л

- -n

D

dup dz '

bn(l ф)г/

РУп

a

urp - Dr<p

dp

2RT

n»2 m.

*Чап

^Уа vHe,

\

ds iUn ^

ae p - тиск, Па; 2 - вертикальна координата, и; а* - кое-ф!ц!ент напрямку потоку; i - !ндекс потоку; рР - густи на р!дини, кг/иэ; g - прискорання сили тя-лання, м/с2; <р -об'емний газовм1ст; u, ! ир - приведен! шзидкост1 газу i рхдини, м/с; ч-, - коеф!ц!ент тертя, Н/м2; D - г±дразл±ч-ний дхаматр каналу, м,- С„ - параметр розпод!лу, гцо арахо-вуе HepiEHOMipnicTb газовм1сту i езидкостх р1яинн по перетяну потоку; v„ - швидк!сть виринання поодинокоХ газовох бульбашки, »я/с; К - показник степен!, 1.39; хп -кон-центрацхя n-го компоненту в рхдкай фаз!, кг/м3; уп -нояьна частка п-го компоненту в га-зовХй фаз!; Не„ - кон-

- 10 -

станта Генр! для п-го компоненту, Па*мэ/кг; пь - молеку-лярна маса п-го компоненту, кг/моль? Кьаы - эагальний об'емний коеф!ц1ент масопередач! п-го компоненту, с"1; Ь* - коефхц!ент участ! п-го компоненту в 01ох1м1чних про-«есах; г - швидк!сть споясиванкя киски активним мулом, кг/(м-*с),- К - унхверсальна газова пост1Йна, Дж/ (ыоль*К) ; Т - температура, 1С? Е^. 1 - коеф!ц1еити осьоеох диспер-сх! для р!дко! 1 газовоХ фаз, м2/с.

Розрахунок глибинио! аерац11 шляхом вир±шоння сис-теми приведение диференц!алышх р1внянь вимагае складник !терац!йних обчислень 1 може Сути вкконаний тальки з ви-користшшям електрошю-обчислювальних засоб!в. Запропо-новано алгоритм роэрахунку системи глнбинно! аерац1хг якз«5 було реал1зовано на алгоритмхчн1й мое! Фортран-ГУ для використання на ЕОМ серИ 6С.

Розроблено метод наОлиженого г!дравл1чного роэрахунку системи глибинноХ аерац1х, який ыоже заетосовува-тись для ор!ентовного визначекня втрат напору в шахт! та при добор! такого технолог1чного оСладнання аеро<геик!в з глибинною аерацхею, як насоси, газодувки, ежектори тощо.

& четвертому роздхл1 прмаедено результата сксперн-мантальних досл1дясень, петою яких Суло визначення масо-оОм!нних характеристик системи глибиннох аерацИ.

Цх досл1джения Суло виконано з використанням хемо-сорОц!йного методу на екс.периментальн1й установцх (рис. 1), що вклкмала шахту 4 глибиною 60 и х дхаметром 250 км з центральною трубою 3 д1аметроы 100 км.

Бодопров1дну воду п!сля коректуванкя IX температу-ри ! введения роэчину сульфхту катр!ю та хлориду кобальту з резервуару 1 насосом 2 подавали в центральну трубу 3 шахти 4. Витрати рХдини вимхркшали еа допомогою лх-чильника води 5, який Суло встаковлано на напорному тру-

- 11 -

Сопровод1 насосу 2. Водопов1тряний ежектор б, розмз-щений в верхн!й частин1 центрально! труби 3, п1до«жтував в пот!к р1дини атмосферне пово-тря, витрати якого регулюва-ли за допомогою вентилю 7 1 вим!рювали за допомогою л1-чильника газу 8. К1льк1сть кисню, ¡цо розчинився в р1дин! п3.д час проходження водопов1.тряно1 суъии! в каналах шах-ти, визначали по р!знид1 концентрац!й сульф±т-1ону у вод! в верхн!х частиках низх!дного та висх!дного канал!в.

5

Рис.1. Схема експериментально! установки 1 - резервуар вих1дно1 води; 2 - насос; 3 - центральна труба; 4 - шахта; 5 - л1чильник води; б - водопов1тряний ежвктор; 7 - вентиль; 8 - л1чильник газу

- 12 -

В результат! досл!джень було встановлено емп!ричну залежн!сть загального об'емного коеф!ц!енту масопередач! кисню при глибинн!й аерац!! в!д приведено! швидкост! газовоХ фазн в двофаэному газор!динному потоц!

К Л в ВЛ-

Чисельне значения коеф!ц!енту пропорц!Яност! В1г визначене за допомогою методу найменших квадрат!в, ста-новило 0.334 м"1. *

Отримано анал!тичн! вирази для роэрахунку основних масообм!нних характеристик системи глибинноХ аерад!Х в стандартних умовах, тобто на чист!й водопров!дн1й вод1 при температур! 20°С, барометричкому тисков! пов!тря 0.1 МПа ! п!дтриманн! нульовох кондентрац!! розчиненого кисню в р!дин1, що аеруеться.

В п'ятому розд!л! приведено результат« досл1цжень впливу конструктивних та технолог!чних параметр!в проце-су глибинноХ аерац!X на його ефективнХсть, метою яких Оуло визначення оптимальних значень цих параметр!в.

Оск!льки найб!льш! величини ефективност! аерац!х та продуктивност! по кисню досягаюгься при р!зних значениях впливакиих фактор!в, при оптим!зац!Х параметр!в процесу за критер!й оптимальност! було обрано комллекс-ний показник - питом! приведен! витрати на 1 кг розчиненого кисню

С + Е * К

ППВ = -—-г~ г крб/кгО,

П * 24 * 365 ^ ' г

де С - експлуатац!йн! вйтрати, крб/р!к? К - кап!тальн! витрати, крб; Ев - нормативний коеф!ц!ент ефективност! кап!таловкладень, р!к-1; П - продуктивн1сть аерац!йно! системи по роэчиненому кисню, кг 02/год.

Досл!дження було виконано на математичн!й модел! процесу за допомогою програми роэрахунку, складеноХ на

- 13 -

алгоритм1чн1й мов1 Фортран-ГУ. Це дозволило дослз.дити вллив конструктивних 1 те:<нолог!чних параметр1в на тех-н1ко-економ!чн1 показники процесу в широких • д!апазонах значень впливаючих фактор!в: глибина шахти 20-200 м; д1-аметр шахти 0.15-1.5 м; сп1вв3.днотення площ перетину низх1дного та висх!дного к.анал1в »0.2-2.0; приведена швидк1сть рхдини в ниэх!дному канал! 0.6-5.0« м/с,- сп1в-в1дношення витрат повЛтря на аерац!ю 1 циркулюючох в шахт! р1дини 0.05-0.30.

Встановлено, то найменпа питомХ витрати на аерац±ю эабезпечуються при наступних параметрах процесу: питомих витратах пов!тря 0.15-0.25; сп1вв1дношеннх площ перети-н!в низх!дного та висх!дного канал!в 0.85-0.95 для шахт и-под1бного типу 1 0.55-0.8 5 для шахт з центральною трубою. Величина оптимально! хнтенсивност! цирк.уляц1х зале-жить вхд д1аметру шахти 1 становить в шахтах дХаметром 0.2 1 ,1.5 м вадпов1дно 0.6 1 1.7 мэ/(м^с) при подач1 по-в1тря за допомогою газодуаки та 0.5 1 1.5 мэ/(м2*с) при використанн1 ежектора.

Визначено основн1 техн1ко-економ1чн1 показники систем« глибинноХ аерац!Х мулоЕо! сутш! в оптимальному режим1 XI роботи: м1ра використання- кисню повз-тря 3060%; середня окислюзальна спроможн!сть шахти 1.0-1.5 кгОг/ (м3*год); питома продуктивн:1сть по кисню одиниц1 площ! перетину шахти 60-100 кгОг/ (м3*год); надлишкова концентрацХя розчинекого павз.тря в нуловз-й сум!шх на ви-ход1 з шахти ,40-65 л/м3.

Шляхом апроксимац!! точних анал1тичних вираэ!в математичноХ модел! процесу отримано спрощенх наближен1 формули для розрахунку основних масооСм1нних * характеристик системи при аерац±Х водопров1днох води без споживак-

- 14 -

ня розчиненого кисню та мулово! cyMimi з його б!ох!м!ч-ним сложиванням активним мулом.

В шостому розд1л! приведено результата експеримен-тальних нап1ввиро0ничих досл1яжень, метою яких Оула оц!нка працездатност! аеротенка з глибинною аерац!ею як 6ioxiMi4Horo реактора в реальних виробничих умовах в комплекс! з ¿ншими элементами технолог1чно! схеми та ви-значення основних технолог!чних параметров ! ефективнос-Ti процесу б!олог!чно! очистки в цих спорудах.

Нал!ввиробничу установку (рис.2) було побудовано на територ!! очисних споруд Р!вненського ДП "Р1внельон".

Аеротенк з глибинною aepayiew 2 складався !з ста-левого цил!ндро-кон!чного оголовка д!аметром 1.5 м i свердловини глибиною 60 м звнутр1шн!м д1аметром стале-еох обсадно! труби 250 мм, пробурено! в 3ewmi установкою роторного бур!ння. Герметичн!сть свердловини суло забез-печено шляхом тампонування.1! дна та эатрубного простору цементним розчином. В свердловин! було встановлено цек-тральну трубу 9 д!аметром 100 мм з водопов!тряким ежек-тором 7 в BepxHifl частин1. Сп!вв!сно до не! було встановлено колону 10 д!аметром 150 мм, сполучену в верхн!й частин! з флотац1йним мулов!дд!лювачем 3, який являв собою сталевий резервуар д!аметром 1.9 м э цил!ндро-кон!ч-ною перегородкою д!аметром 1.35 м, що1 вадд!ляла зону флотац!! в!д зони в!дстоюванкя.

На установку надходила сум!ш промислових ст!чних вод льонокомб1нату, фабрики нетканих матер!ал1в та iHimix п!дприемств (40%) i комунально-побутових CTOKiB MicTa (60%), яку в!дбирали п1сля п!скоуловлювач1в д!кмих очисних споруд. Витрати ст!чних вод., що надходили на установку, дор!внювали 70 мэ/доб або 2.9 мэ/год i були визна-чен1 з умови заОезпечення допустимого виносу активного

- 15 -

мулу з флотац!йного мулов!дд!люаача (не 01лыде 20 г.с/л) .

Рис.2.Технолог1чна схема експеримент&льно! нап1ааиробничо1 установки

I - прпймальннй резервуар; 2 - аеротеик з глиСиннога ае-рац1сю; 3 - флотац!йннй мулов !дд!лтач; 4 - пром!жняп резервуар; 5 - цлркуляц!йний насос; б - насос для подач! ст!чннх аод т а активного мулу; 7 - етсектор; 3 - трикут-лий водозлив; 9 - центральна труба; 10 - в1дв!дна труба?

II - струмекеналраалюючий стакан; 12 - пов!трлний патрубок; 13 - л!чнлъкик води; 14 - л!чяльник газу; 15 - неочищен! ст!чн! води; 16 - очищен! ст!чн1 води; 17 - фло~ тошлам; 19 - осад; 19 - сукаш неочище-них ст!чких вод та зворотнього активного мулу; 20 - пов!тря; 21 - циркулюш-ча мулова сум!ш

Досл!дження було проведено в вереснх-листопад! 1907 р. та червн!-липн! 1988 р. ! завершено прийкяттям техиодог!чноро процесу роОочою ком!с!сю за участю пред-ставникав У11ВГ, льонококб!нату, Басейнового управл1ння по рагулюзанни внкористання 1 охорон1 воя р!чок Поя!сся, обласно! !нспекц11 Держкомприроди УРСР та оОлСЕС.

- 16 -

Результата роботи установки (табл.1), загальна тривал!сть ексгтлуатацхХ якоХ в робочому режим! становила 100 дЮ, св1дчать про високу як!сть О1олог1чно1 очистки ст!чних вод. Середн1й за период досл!джень ефек.т очистки сток.1в по БПК.5, КПК, змуленим речовинам ± амонайному азоту становиБ е1дпов1дно 94.5, 83.4, 93.7 1 96.2%.

Окисяюваяьна потужн1сть аеротенка з глибикною ае-рацхем в режим! поеного окисления сум!ш! промислових та комунально-побутових ст!чних вод май:ке втрич1 перевищу-вала окнслювальну поту>;ш1стъ звичайних аеротенк!в про-довженох fi.opau.il, як! забезпечуюгь таку ж як!сть очищения ст1чних вод. ВстаноЕлено, що виасл!док великих кон-дентрацХй розчиненого кисшо та !нтенсивкоХ турбул1зац!Х середовища в шахт! значно зростае питома швидк!сть окисления зай руд пень, яка пхв час дссл1джень в. середньому становила 7.3 мг БПК^год на 1 г беззольноХ речовини мулу, тобто в 1.8 рази б!льше величини, рекомендовано! СНиП 2.04.03-65, майже вдв!ч! зменшуеться прир!ст активного мулу, покращаються його седим-знтаиДйк! ельстиеост!, п!двикуеться ст!йкасть до коливань орган!чного наванта-ження та впливу токсичних рачовик.

Процес б!олог!чноХ очистки ст!чиих вод взлзначався дуже невеликими питомими нитратами пов!тря на одиниц» знятох БПК$ (в серодньому 1В.1 мУкг, що в 5-15 раз!в мен'ше, и!ж в звичайних аеротенках продовженоХ аерац,!х) ! значною м1рою використання кисню пов!тря (до 55%).

В сьомоыу розд1л! приведено приклади технолог!чних схем та рекомандгида: щодо розрахунку, конструзоаання 1 проектування очисних споруд з аеротенками з глибикною аераиДею, зроблено Хх техн!ко-економ!чну од!нку.

Зазиачено, до велика ок.кслюаальна спромохш!сть систем» глибинноХ аерацдх дозволяв очищати в цих спору-

Таблица 1

Показники ефективност1 робота нап1ввиробничо1 установки

Значения показник1в

Показники м!н1- серед- макси-

мальн! н1 мальн1

Показники якост! ст!чних вод

до очистки

Температура, £С 16 21.5 26

рН 7.5 В.6 9.6

Концентрац11 забруднень, мг/л:

- БПК5 52 173 387

- ХПК 1'49 566 1615

- змулен! речовини 74 260 1131

- аэот амон!йний 9.1 21.0 31.9

- азот н1трит1в 0 0.04 0.6

- азот н1трат1в .0 0.11 0.7

Показники якостх ст1чних вод

л!сля очистки 1

Температура, ''С 18 22.5 25

рН 7.1 7.2 7.4

К.онц-1я розчиненого кисню, мг/л 0 1.6 6.6

КонцентрацИ забруднень, мг/л:

- БПК5 4.4 9.5 16.8

- ХПК 47 94 165

- змулен! речо.вини 8.3 16.4 21.0

- аэот амонз.йний 0 0.8 2.0

- аэот н1трит1в 0 0.2 0.94

- азот н!.трат1в 8.5 15.4 30.5

Показники роботи аеротенка з *

глибинноЮ'аерац1ею к

Концентрац1я мулу, г/л 4.7 6.6 9.1

Зольность мулу, % 29.8 37.6 46.7

Муловий з.ндекс, см3/ г 42 54 79

Прир1ст мулу, г/м3 - 46 -

В1к мулу, д!б - 30 -

Навантаження мулу(на беззольну

речоЕину):

- кг ВПК*/ (кг*доб) 0.065 0.182 0.324

- кг ХПК/(кг*доб) 0.159 0.608 1.730

Питомз швидк!сть окисления (на

беззольну речовину):

- мг БПКг/ (г*год) - - 7.3 -

- мг ХПК/(г*год) - 21.7 -

Окислювальна потужность:

- кг БПКг/ (м3*доб) 0.22 0.73 1.57

- кг ХПК/ (м3*доб) 0.46 2.16 7.08

Концентрац1я розчиненого кисню

в оголовку аеротенка, мг/л 1.7 4.0 7.8

- 16 -

дах стоки з високими концентрациями орган!чних эабруд-нень. .Попередне первинке вгдстоювання ст1чних вод н© обов'язкове, достатньо обмеяситись вид!ленням великих плавакиих речовин та важких м!неральнйх дом1шок на ре-ш!тках 1 паскоуловлювачах. В технолог1чних схемах окр1м зазначених необх!дно передбачити споруди для знезаражу-аання очищении ст!чних вод та обробки осаду у &1дпов1д-ност1 до вимог СНйП 2.04.03-85.

В одноступеневих схемах для розд!лення муловоХ су-м1пп. п!сля аеротенк1в з глибинною аерац1ею сл!д викорис-товувати флотацию в поеднаннх з в!дстоюванням, для чого доц1льно застосовувати комб!нован1 споруди - флотатори-В1дст1йники. В двоступеневих схемах допустима викорис-тання флотацИ, без наступного в±дстоювання сток!в перед 1х надходженням на другу ступ!нь очистки. В окремих ви-падках, коли через несприятлив! геолог1чн1 умови або об-межен1 можливост1 бурового обладнання глибина шахти ви-являеться недостатньою для забезпечення флотац1йного процесу (20-30 м), належить застосовувати грав1ткц1йне розд1лення муловох сум1ш! в звичайних в1дст1йниках з II попередньою барботажною або 1ншою дегазац1ею.

Виконано техн!ко-економ1чну оц1нку запропонованоХ технолог1х шляхом пор1вняння показник1в роботи аеротен-к1в з глибинною аерац!ек> та Хх прототип!в - шахтних ае-ротенк!в (табл.2).

В пор1внянн1 з шахтними аеротенки з глибинною ае-рац1ею пращаоть при значно б1льш високхй (в 6-10 раз!в) З-нтенсивност! аерац1Х, вдо дозволяв при т1й же сам!й ефективностз., яка становить С1ля 3 кг Ог/(кВт*год), майже в десять раз!в п!двищити окислювальну спроможн1сть та питому продуктивн!сть по кисню одиниц! площ!, перетину шахти. Завдяки цьому значно зменшуеться частка шахти в

- 19 -

загальному об'еьа споруди (в!д 60-95% в шахтних до 5-10% в аеротенках з глибинною аерахиею), а це, в свою чергу, зменшуе буд!вельну варт!сть та дозволяе використовувати для будАвництва шахт заичайне Зурове оОладнання.

Таблнця 2

Техн1ко-економ1чн1 покаэники шахтних аеротенкАв _1 аеротенк!в >з глибинкою аерац!ею__

Показники Значения показник1в

в стан-дартних умовах в умовах експлуатац!! п1д час очищения ст1ч-них вод в аеротенках

шахтних 3 ГЛИСИННОЮ аерац!ею

Ефективн1сть аерацИ, б 3 2.8-3.6

кг 02/(кВт*год)

М1ра використання кисню 90 65 30-60

пов1тря, %

Окислювальна спромож- 2-6 0.1-0.25 1.0-1.5

н1сть шахти.

КГ Ог/ (м5*год)

Питома продуктивн1сть 200-400 6-15 60-100

по кисню одиннц1 пло-

щ1 пэретину шахти,

кг 02/ (м2*год)

1нтенсивн1сть аерацз.£. 0.015- 0.15-0.32

м3/ <мг*с) 0.05

Частка шахти в загаль- 60-95 5-10

ному оо'ем1 споруди,%

Надлишкова концентрад1я до 35 40-65

розчиненого пов1тря в ■

мулов!й сум1ш! на ви-

ход1 э шахти, л/м3

В1лып висока 1нтенсиЕн1сть аерацИ дозволяе також майже вдв!ч1 зС1льшити концентрацию розчиненого повхтря в муловхй сум1пп, ко надходить на флотаидю, а,це, в свою чергу, п1двищуе ефективн1сть процесу и флотац±йного роздхяення, зменшуе залишков1 концентрац11,змулених ре-човин в очицен!й вод1, дозволяе п±дтримувати Оз.льш висо-к1 концентрацИ активного мулу в аеротенку та п1двидуе, тнм самим, його окислювальну потужн1сть.

- 20 -ЗАГАЛЬН! ВИСНОВКИ

1. Б результат! виконаних досл!джень доведено мож-лив!сть та доц!льн1сть застосування в аеротенках системи глибинно! аерацИ мулово! суьишЛ, яка в!дзначаеться ви-сокою ефективн!стю, великою окислювальною спроможн!стю т;а значною м!рою використання кисню пов!тря.

2. Розроблено та випробувано в досл!дно-виробничих умовах нову високоефективну технолог!ю б!олог!чно! очистки ст!чних вод в аеротенках з глибинною аерац!ею, за-пропоновано конструкц!! таких аеротенк!в.

3. В результат! теоретичних та експериментальиих досл1джень:

- встаноалено основна за кономгриостх та розроблено математичну модель процесу глибинноХ аерацИ, складе но алгоритм та програму розрахунку ц!е! системм/

- отримано емпхричне рхвняння для визнаяення за-гального ре'емкого коеф!ц!енту масопередач! кисню при глибинн!й аерацИ/

- вкачено впли в конструктивных ! технолог!чних параметр!^ процесу глибинно! аерац!! на йото ефек-тивнхсть та выявлено оптишльнг значения цих параметров;

- визначено основна технолог!та! параметра процесу С!алогично! очистки ст!«¡гних вод в аеротенках з глибинною аерац! ею;

■ - розроблено методику розрахунку системы глибинно! аерацИ, запропоновано "практичн! рекомендац!X ¡подо • лро-ектуа а кня та конструювання таких аеротенк!в.

4. Застосування ново! технолог!! дозволяс:

•- скоротити капхталвн! та експлуатацхйн! витрати на очистку, пхдвищити огмслювальну потужнхсть аеротенк!в та !нтенсиф!кувати процес мулов!ддглення;

- 21 -

- пхдвищити ст1йк1сть активного мулу до коливань концентраций за Орудиеяь в ст!чнмх водах та до'надходжен-ня токскчнлх речов^н, знизити енергоемна сть процесу, зменшятм ппотцу очисних споруд та об'ем осаду, що утворю-еться п1д час очистки/

- зменшити об 'ем аеротетсгв, скорогпти трнвал1сть б!олог1чно! очистки, знмзкти прир±ст активного мулу, гтокращати його сехлшентацШн! властивостх, зменшити ви-трати ттоъгтря на аерац!ю 1, тим самим, знизити за Оруд-неннж атмосфера аерозолями.

5. Розроблена технолог!я можэ знайти застосування як при буд!вництв1 нових, так 1 при реконструкцП д1ючих очисних споруд. Аеротенки з глиСинною аерац1езо можна ви-користовувати для повнох та неповнох б1ологз.чнох очистки мЛських 1 промислових стХчних вод в одно- та багатосту-пеневих схемах в комб3.нац1ях 1з эвичайними аеротенками чи б1оф!льтрами. Робота цих споруд може в1дбуватись як з окремою регенерац1ею активного мулу, так 1 без не!, а таком; в режим1 продовженох аерацН з повною м1нерал1за-ц!ею надлишковох,б!омаси.

6. Очхкуваний економ1чний ефект в!д впровадження запропонованох технолог!х в пор1внянн1 з технолог!ею очистки сток1в в аеротенках з пневматичною аерац1ею в базових цз.нах 1984 р. становить на станц!х 61олог1чноХ очистки комунально-побутових стЛчних вод потужн!стю 100 м*/доб в с.Чудель Р1вненсъкоХ област1 та на очисних спо-рудах Манхковецького слиртэаводу продуктивн1стю 1650 дал спирту на добу в!дпов1дно 4.6 та 18.3 тис.крб/р1к.

Загальн1 положения дисертац1х опубл1ков^но в на-ступних роботах:

1. Оптимальные конструктивные и технологические параметры процесса глубинной аэрации иловой смеси при

очистке сточных вод в аэротенках / Синев О.П., Проценко C.B. // Химия и технология воды. - 1989. 11, M 12. -С. 1119-1122.

2." Аэротенк с глубинной аэрацией для очистки сточных вод / 0.П.Синев, С.Б.Проценко, В.Ю.Верейко. Ровно, 1991. - 4 с.

3. А.с.1288165 СССР, МКИ4 C02F 3/02. Способ биологической очистки сточных вод / О.П.Синев, С.Б.Проценко, Ю.А.Романов - Опубл.07.02.87, Бюл.» 5.

4. А.с.1399273 СССР, МКИ4 CÛ2F .3/02. Устройство для очистки сточных вод / О.П.Синев, С.Б.Проценко -Опубл.30.05.88, Вт.» 20.

5. А.с.1411294 СССР, МКИ1 СÛ2F 3/02. Устройство для очистки сточных вод / О.П.Синев, С.Б.Проценко, Ю.А.Романов - 0публ.23.07.88, Бюл.№ 27.

6. Проценко С.Б., Синев О.П. Программа расчета и оптимизация шахтного азротенка / Тезисы докладов областной науч.-техн. конференции "Интенсификация процесов очистки природных и сточных вод". 8-10 октября ,1987 г. -Ростов-на-Дону, 1987. С. 115-116.

7. Проценко С.Б., Синев О.П. Биологическая очистка сточных вод в шахтных аэротенках / Неделя науки, техники и передового опыта. Науч.-практ. конференция "Повышение' эффективности работы системы водоснабжения и водоотведе-ния населенных мест и промышленных предприятий", (тезисы докладов и сообщений). Ровно, 1988. - С. 100-101.

8. Проценко С.Б. Аэротеики с глубинной аэрацией / Замкнутые технологические системы водоиспользования и утилизации осадков промышленных сточных вод (тезисы докладов на 3-ей республиканской науч.-техн. конференции 29-30 мая 1990 г.). - Кишинев, 1990. - Кишиневское НПО "Технология". С. 65.

9. Проценко С.Б., Синев О.П. Аэротенки с глубинной аэрацией / Тезисы докладов всесоюзного науч.-техн. семинара "Совершенствование технологических процесов на станциях аэрации с доведением качества очистки до требований рыбохозяйственных водоемов" (г.Калинин, 5-7 июня 1990 г.). - Москва, 1990. С. 35-38.

10. Синев О.П.,' Проценко С.Б., Кизеев Н.Д. Применение аэротенков с глубинной аэрацией и шахтных флотаторов для очистки сточных вод спиртзавода / Совершенствование системы водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод (Тезисы докладов республиканской науч.-практ. конференции). - 28-29 ноября 1990 г. - Ровно, 1990. - С. 31-33.

11. Синьов О.П., Проценко С.Б. MacooOMiHHi характеристики системи глибиннох aepauix / Наук.-техн. конфе-ренцХя. Тези допов1пей. Секц±я водопостачання, канал1за-ц1х та охорони водних pecypciB. - Р1вне, 1992. С. 42-43.

ГТроцечко С.Б. ЛЭРОТЕНКИ С ГЛУБИННОЙ АЭРАЦИЕЙ Диссертация: нз соискание ученой степени канд. ?a:ai. наук по специальности 05.23.04 -аодоснаб.текие, канзлиза-шя, строительные система охраны в одних ресурсов, Укра-гшеют» институт инженеров водного хозяйства, Ровно, 1995.

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана новая технология биологической очистки сточных вод в аэротенках с глубинной аэрацией, осуществляемой в сквакинах или шахтах глубиной 50-150 м путем непрерывной циркуляции водовоздушной смеси в виде нисходящего и восходящего потоков, позволяющая значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты на очистку и повысить ее эффективность. Определены оптимальные параметры процесса, разработана методика расчета и предложены практические рекомендации по проектированию и конструированию таких аэротенков.

Pro t sen ко S.3. AERATION TANKS ШТН DEEP AERATION SYSTEM Master's the sis for a defending a Technical Science Candidat's degree on the speciality 05.23.04 - water-supply, sewer, building systems for water resources protecting, Ukrainian Institute о f VXater Resources Management, Rivne, 1995.

As a result of theoretical and experimental researches there was developed a waste-water treatment process in the aeration tanks with deep aeration of mixed liquor proeeding in wells and mines 50-150 m deep by continuous circulation of liquid and air as descending and ascending flows. The technology is more effective and permits to decrease building and process costs. Optimal values of operational and designe conditions were determined. Recoraendations for practical use of the new technology are proposed.

Клкчов! слова: Oriqui водгг, б 10лсг1чна очистка, аерзцхя, а-ктивю'.й мул, флотац1я

С.В.Проценко