автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация работы очистных сооружений с использованием пневмогидравлических аэраторов

На правах рукописи

(Р

Орлов Александр Викторович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ АЭРАТОРОВ

Специальность 05.23,04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

• -Л

Иркутск-2009

003464369

Работа выполнена на кафедре «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» Иркутского государственного технического университета

Научпый руководитель:

кандидат технических наук, профессор Толстой Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кульков Виктор Николаевич;

кандидат технических наук, доцент Малышевский Константин Анатольевич

Ведущее предприятие:

ОАО «Иркутскгражданпроект»

Защита состоится «27» марта 2009 года в 11— на заседании диссертационного Совета ДМ212.073.06 в Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Автореферат разослан «27» февраля 2009 года. .

Учёный секретарь

диссертационного Совета Малевская М.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В условиях постоянного роста городов становится острее проблема интенсификации очистки сточных вод. Это связано с тем, что возрастание объёмов стоков влечёт за собой необходимость увеличения площадей, занимаемых очистными сооружениями, что не всегда возможно. Поэтому необходимо совершенствовать то, что уже имеется в наличии, с использованием современных материалов, технологий и механизмов.

От качественной работы очистных сооружений зависит экологическое благополучие окружающей среды и человека как её неотъемлемой части. Между тем моральный и физический износ сооружений очистки сточных вод большинства населённых пунктов заставляет искать новые пути решения интенсификации работы городских канализационных станций.

Одним из направлений, которое нуждается в улучшении, является повышение эффективности процесса аэрации при одновременном снижении энергозатрат на его осуществление. Кроме того, необходимо стремиться к тому, чтобы надёжность единожды смонтированной системы была высокой, для чего аэрирующие устройства должны быть практически незасоряемы или легко очищаемы.

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют пневмогидравлические аэраторы (ПГА), на базе которого и был сконструирован его аналог.

В работе рассмотрены характеристики и свойства пневмогидравлического аэратора с плоскоструйным аэрирующим факелом (ПГАПАФ), описаны процессы, протекающие при движении двухфазных сред в жидкости.

Целью диссертационной работы является разработка способа интенсификации процесса биологической очистки городских сточных вод путем применения пневмогидравлического способа аэрации с учетом регулирования гидродинамики потоков в сооружении с помощью реактивных сил газожидкостных струй ПГАПАФ.

Задачи исследований:

• выполнить анализ существующих систем и устройств аэрации;

• дать теоретическое обоснование преимущества плоскоструйных пневмошдравлических аэраторов;

• экспериментально изучить гидродинамику двухфазных потоков в процессе аэрирования, выявить её влияние на качество аэрации жидкости;

• дать описание влияния геометрических параметров аэратора с плоскоструйным аэрирующим факелом на его окислительную способность;

• исследовать опытным путём главные конструктивные характеристики плоскоструйного пневмогидравлического аэратора;

• разработать методику определения окислительной способности и эффективности ПГАПАФ;

з

• сравнить показатели ПГАПАФ с аналогичным пневматическим среднепузырчатым аэратором;

• разработать лабораторное и полупромышленное устройство для аэрации жидкости.

Методы исследовании

Для решения перечисленных задач использовались методы наблюдения и сравнения, методы лабораторного и промышленного конструирования оборудования, известные методы математического моделирования исследуемого процесса, физико-химические методы современного лабораторного анализа качественных и количественных показателей степени аэрирования жидкости.

Научная новизна заключается в следующем:

• исследованы малоизученные свойства плоских двухфазных потоков в жидкости, заключающиеся в повышении степени насыщения воды кислородом воздуха за счёт качественного распыливания жидкости в сонаправлен-ном потоке газа по сравнению с аналогичными показателями пневматического среднепузырчатого аэратора и существующих ПГА;

• определено положительное воздействие плоских затопленных аэрирующих струй на качество аэрирования, заключающееся в наличии перемешивающей способности газожидкостного факела и как следствие - более равномерного распространения растворённого кислорода в жидкости;

• выявлены зависимости изменений характеристик аэратора от геометрических параметров сопла и давления в системе, раскрывающие показатели расхода газовой и жидкостной фаз, окислительной способности и эффективности от влияния этих факторов;

• предложен способ аэрации, защищенный патентом, основанный на качественном распыливании жидкости в сонаправленном потоке газа;

Практическая значимость п реализация результатов работы:

• разработаны практические рекомендации по применению ПГАПАФ в сооружениях биологической очистки сточных вод;

• предложены техусловия применения данных аэраторов на очистных сооружениях г. Черемхово;

• предложен способ аэрации, обеспечивающий насыщение невязкой жидкости монодисперсными пузырьками воздуха за счет качественного распиливания жидкости в сонаправленном потоке газа;

• сконструировано устройство, позволяющее наполнить объём невязкой жидкости монопузырьками воздуха за счет подачи аэрируемой (жидко-

стной) и аэрирующей (газовой) фаз через насадку-сопло в аэрируемую жидкость;

• разработана методика определения окислительной способности и эффективности работы плоскоструйного шгепмогидравлического аэратора;

• разработан курс лабораторных работ по исследованию свойств плоской затопленной газожидкостной струи.

На защпту выносятся:

• сравнительный анализ параметров ПГАПАФ и пневматического аэратора с равнозначной площадью сечения отверстия, а также аналога с цилиндрическим соплом;

• закономерности изменения окислительной способности и эффективности ПГАПАФ в зависимости от изменений геометрических параметров канала сопла и давления в системе;

• экспериментальные данные, подтверждающие наличие перемешивающей способности плоской газожидкостной струи без применения механических мешалок;

• методика определения окислительной способности и эффективности ПГАПАФ;

• способ насыщения жидкости кислородом воздуха с помощью ПГАПАФ.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (Иркутск, 2004, 2005, 2006), на II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы градостроительства и благоустройства территорий» (Кишинёв, 2004), на VII Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2004), на научно-практической конференции «Технико-экономические проблемы развития регионов» (Иркутск, 2005), на 4-й международном конгрессе по управлению отходами «ВэйстТэк» (Москва, 2005), на П-Й международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии, методы повышения эффективности работы систем и сооружений водоснабжения и водоотведения» (Иркутск, 2007), на Международном конгрессе «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008 (Москва, 2008).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, в том числе получен 1 патент на изобретение и по перечшо ВАК опубликована 1 статья в сборнике «Вестник ИрГТУ».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения. Основной текст составляет 123 страниц. Диссертация содержит 35 рисунка, список использованных библиографических источников из 98 наименований и 9 приложений.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дана краткая характеристика научной и практической значимости диссертационной работы.

В первой главе выполнен обзор современных методов аэрации жидкости, включая струйный и пневмогидравлический способ аэрации сточных вод. Наиболее распространённым методом очистки бытовых сточных вод в России является биологический (биохимический). Основная нагрузка приходится именно на сооружения биологической очистки, удаляющие до 90% всех загрязнений из стоков.

Применяемые на современных очистных сооружениях конструкции аэра-ционного оборудования далеки от совершенства и не дают максимальной эффективности очистки. В большей мере это связано с использованием известных систем аэрации, не позволяющих получить монодисперсный состав газовой фазы и ее оптимальную концентрацию в большом объеме. Кроме того, для многих систем и устройств аэрации остро стоит вопрос незасоряемости и/или простоты очистки в случае загрязнения. Проведенный в обзоре теоретический анализ способов аэрации показал, что наиболее предпочтительным способом является пневмогидравлический. В качестве достоинств этого типа аэрации можно привести:

• гомогенный дисперсный состав газожидкостной струи, особенно по сравнению с пневматическими устройствами, что увеличивает поверхность контакта «газ - жидкость» и как следствие - отдачу кислорода пузырьками воздуха;

• увеличенное время пребывания аэрационного факела в жидкости, благодаря чему повышается объёмный коэффициент массопередачи кислорода в жидкость;

• наличие перемешивающей способности двухфазного потока и возможность регулирования гидродинамики потоков в сооружении без применения механических мешалок и без присущих гидравлическим аэраторам энергозатрат на разгон рабочей струи;

• возможность использования горизонтальной протяжённости аэрирующей струи, позволяющая увеличить зону аэрации и уменьшить количество аэраторов;

• высокая окислительная способность в совокупности с высокой эффективностью, достигаемые более полным использованием кислорода воздуха за счёт качественного распьшивания;

б

• широкий диапазон производительности по газовой фазе (по диаметру пузырьков - промежуточное положение между мелко- и средкепузыр-чатыми аэраторами);

• ПГА в значительно меньшей степени подвержены засорению, чем мелкопузырчатые аэраторы;

• простота регулировки длины аэрационного факела и его пузырькового состава изменением расхода газа и/или жидкости;

• возможность устранения «мёртвых» (застойных) зон в сооружении и предотвращения седиментации и уплотнения взвешенных веществ.

Интенсификация процессов биологической очистки сточных вод способом пневмогидравлического аэрирования основана на результатах экспериментальных лабораторных и полупромышленных исследований. Однако до сих тор не было проведено достаточных исследований при применении пневмогадравлического способа аэрации с использованием плоской затопленной струн.

Дальнейшее изучение гидродинамики аэрационного процесса, разработка более эффективных систем аэрации, а также исследование закономерностей влияния различных физико-химических факторов на степень аэрации сточных вод потребовало детального изучения проблемы и создания теоретической базы.

Во второй главе освещены вопросы, касающиеся способов и сооружений очистки бытовых сточных вод. По этой тематике написано множество работ, основополагающими авторами которых являются С.ВЛковлев, В.Н.Швецов, Ю.В.Воронов, Г.С.Попкович, Б.Н. Репин и другие, в трудах которых подробно описаны процессы очистки, применяемые для этих целей устройства, а также недостатки существующего оборудования и связанные с этим проблемы. Также рассматриваются теоретические вопросы исследования процесса аэрации, начиная от образования воздушного пузырька и заканчивая закономерностями переноса содержащегося в пузырьке кислорода в жидкость. Проведенные различными авторами [Л.Д.Ландау, С.С.Кутателадзе, Х.А.Рахматулиным, Р.И.Нигматулиным, В.В.Кафаровым, В.Г.Левичем, С.Г.Телетовым, А.С.Лышевским] теоретические исследования позволили показать качественную картину течения двухфазной среды в канале пневмогидравлического аэратора и выявить ряд проблем, от решения которых зависит дальнейшее совершенствование конструкций аэраторов.

Качественная оценка гидродинамики отдельных режимов течения газожидкостного потока в канале аэратора более детально рассмотрена в монографии В.Д.Казакова, С.Б.Леонова, М.Ю.Толстого и позволяет понять процессы, протекающие при взаимодействии двух фаз. В работах этих ученых предложено описание ряда механизмов и моделей двухфазного переноса и распыла жидких струй.

Опыты, проведённые с известным цилиндрическим соплом ПГА, показали высокие значения окислительной способности. Необходимость раскрытия потенциала пневмогидравлического способа аэрации привела к разработке насадки с плоским каналом сопла. На рис. 1 показана действующая модель двух-

соплового иневмогидравлического аэратора (для наглядности в корпус вставлены два разных типа сопел).

Рис. 1. Пневмогидравличесюш аэратор: 1 - «цилиндрическое» сопло, 2 -«плоское» сопло

Отличие процесса формирования газожидкостной смеси в каналах разного профиля заключается в полном контакте круглой водяной струи с соосным потоком воздуха в цилиндрическом канале и неполном контакте плоской струи в сонаправленном потоке воздуха по её верхней и нижней поверхности в плоском канале.

Расчёт траектории затопленной газожидкостной струи производится по формуле:

72и х ' V 2 '

где 11 - радиус пузырька (средний), V - кинематическая вязкость жидкости, g - ускорение свободного падения, а г и г - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющая дальности струи.

Формула для расчёта расхода воздуха имеет вид:

УГаЬ

7 + 11, с ) _ V

1-

&

аЬ р(Р0-Р1)

где у - показатель адиабаты, Уг - скорость газовой фазы, с - скорость звука в воздухе, и рж - соответственно расход и плотность воды, Р0 и Р] - соответственно давление до и после выхода из канала аэратора, а и Ь - соответственно высота и ширина канала сопла.

Плоским было условлено считать канал, ширина поперечного сечения которого не менее чем в два раза больше его высоты. Для плоского канала варьировались размеры входного и выходного отверстий и величина воздушного зазора, чтобы выяснить влияние этих характеристик на качество аэрации. Чертёж насадки с плоским каналом сопла показан на рис. 2.

£ид свокэ

. * л,

чгтп

ч

-ГП

Вид спеегди А

Ь4-

Рис.2. Сменная насадка ПГА с плоским каналом

Способ аэрации жидкости защищён патентом и включает в себя следующие положения:

Способ аэрации жидкости перед очисткой, включающий подачу воды и воздуха в аэратор, расположенный в емкости, отличающийся тем, что перед подачей в аэратор воду под гидростатическим давлением подают на фильтрацию, при этом подачу воды осуществляют в аэратор, имеющий патрубки для подачи воды и воздуха, выпускную насадку и перегородку с отверстием, соосным патрубку для подачи воды и выпускной насадке, причем патрубок для подачи воздуха расположен после перегородки по ходу движения воды и перпендикулярно оси отверстия в перегородке, расстояние между перегородкой и входным отверстием выпускной насадки равно диаметру выпускной насадки, а отношение длины выпускной насадки и диаметра отверстия в перегородке к диаметру выпускной насадки равно от 3:1 до 10:1.

В третьей главе приводятся результаты разработки и испытания плоскоструйного сопла в лабораторных условиях.

Изучение зависимости эффективности аэрации от геометрических параметров сопла позволило установить существование оптимальных значений площадей входного и выходного отверстий и длины воздушного зазора. Это, в свою очередь, дало возможность ограничить поиск наилучшего сопла по некоторым размерным характеристикам для окислительной способности, а также предложить типоразмерную «линейку» аэраторов, каждый из которых может быть использован в той или иной установке в зависимости от предъявляемых к процессу аэрирования требований.

Каждой насадке присваивался индекс а/Ь/1, где а и Ь - соответственно высота входного и выходного канала, 1 - длина воздушного зазора. Например, цифры 6/3/16 означали, что насадка имеет высоту входного канала 6 мм, выходного - 3 мм и длину воздушного зазора 16 мм. Поскольку ширина канала во всех «плоских» насадках была одинакова (12 мм), то она в индекс не включалась. В насадках с цилиндрическим каналом две первые цифры означали диаметр входного и выходного отверстий.

Схема установки для определения окислительной способности аэратора показана на рис. 3.

Рис.3. Схема испытательного стенда для аэратора: 1 - компрессор; 2 -датчик контроля давления; 3,14 - вентиль; 4 - ресивер; 5 - датчик расхода воды; б — ротаметр; 7, 8 - манометр для воды и воздуха (соответственно); 9 — резервуар; 10 - аэратор; 11 - датчик оксиметра; 12 - окашетр, 13 - контрольный кран

Окислительная способность аэратора определяется по формуле:

ОС=к*С,*У, (1)

где к - объёмный коэффициент массопереноса, С3 - предел насыщения воды кислородом при данных атмосферном давлении, температуре воды и её солёности, Уж - объём аэрируемой воды. С5 вычисляется по формуле

(2)

где С3(7бо) - предел насыщения воды кислородом при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст., температуре воды Т и её солёности Б, Р - текущее атмосферное давление, Ра - давление насыщенного пара при данной температуре воды. Рассчитывается по формуле

г - 475-26,6*,?

*(760)" 33,5 +Г (3)

Солёность принималась как отношение массы сульфита натрия, требуемого для деаэрации воды, к её объёму в ресивере:

„ т

Объёмный коэффициент массопереноса:

_ 2,303[lg(Cs - С,) - lg(Cs - Сг )]б0

где С] и С2 - соответственно начальная и конечная концентрация кислорода по оксиметру, 1 - время аэрации. Объём аэрируемой воды:

(б)

где V - объём резервуара с аэрируемой водой, <3* - объём воды, проходящей через сопло.

Результаты экспериментов по определению окислительной способности насадок с плоским каналом показаны на рис. 5.

Варьирование размеров входного и выходного отверстий показало, что в диапазоне давлений 0,1 - 0,35 МПа наиболее оптимальными насадками являются ПГАПАФ с параметрами 3/3/16 и 3/6/16 (кривые 1 и 5 на рис. 4), а при давлении 0,35 - 0,5 МПа - 1,5/3/16 и 6/3/16 (кривые 2 и 3).

Oí

= 0,4

Ш Г

О)

Й 0,3

S

и

2 S

10,1 * о

А И 2j <3 <> О

7И

/ а <

J Имя

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 160 160 170 Окислительная способность, г 02/ч

Рис.4. Зависимость окислительной способности ПГАПАФ от высоты входного и выходного сопла: 1 - сопло 3/6/16 мм, 2 - сопло 1,5/3/16 мм, 3 - сото 6/3/16 мм, 4 - сопло 3/1,5/16 мм, 5 - сопло 3/3/16 мм

Сравнение ПГАПАФ с аналогичным пневматическим аэратором показало существенный отрыв значений окислительной способности ПГАПАФ. На рис. 5 показаны параметры простейшего пневматического барботёра.

Увеличение расхода потребляемого воздуха пневматическим аэратором до 36% по сравнению с ПГАПАФ приводит не к увеличению, а к снижению значения окислительной способности барботёра до 55%. Отсюда следует, что окислительная способность ПГАПАФ достигается не за счёт количественных, а

качественных характеристик процесса аэрации, связанных с мелкодисперсным распылом аэрируемой жидкости в канале сопла аэратора.

À JÍK!

ly A -i

/

, / ■р \À % i

3BXS L> t »

О 10 20 3D 4Q 50 60 7Э 80 90 100110 120 130 140150 160 170

Окислительная способность, г02/ч

Рис.5. Зависимость окислительной способности пневматического аэратора от высоты выходного сопла: 1 - сопло 3/6/16 мм (высота выходного сопла б мм), 2 — сопло 6/3/16 мм (высота выходного сопла 6 мм), 3 — сопло 3/1,5/16 лш (высота выходного сопла 1,5 мм)

Согласно результатам экспериментальных исследований, увеличение длины воздушного зазора положительно сказывается на окислительной способности, как по отношению к плоскому каналу с коротким зазором, так и к цилиндрическому (рис. 6).

/ i

U Ti 4

"-2 tb-

% »

О 10 20 30 40 50 60 7G 8Ü 90 100 110 120 130 140 1S0 160 170 Окислитольная способность, г 02/ч

Рис.6. Зависимость окислительной способности пневмогидравлического аэратора от профиля канала сопла и длины воздушного зазора: 1 - плоское сопло 3/3 мм, зазор 3 мм, 2 - плоское сопло 3/3 мм, зазор 16 мм, 3 - цилиндрическое сото 6,2/6,2 мм, зазор 3 мм, 4 - цилиндрическое сопло 6,2/6,2 мм, зазор 16

мм

При величине воздушного зазора 3 мм разница между каналами различного профиля несущественна (кривые 1 и 3). Вид поперечного сечения сопла -цилиндрический или плоский - не влияет в этом случае на качество распиливания.

Насадки с зазором 16 мм характеризуются более значительным разрывом в показателях (кривые 2 и 4). На графике прослеживается возрастание расхождений при увеличении давления в системе, и здесь профиль канала начинает влиять на качество распыла.

Ещё более различны показатели одинаковых по профилю, но отличающихся длиной воздушного зазора насадок (пары кривых 1,2 и 3,4). У ПГАПАФ (1 и 2) заметно расхождение параметров пропорционально увеличению давления в системе (сопло с зазором 16 мм показывает большее значение окислительной способности по сравнению с аналогом с 3-мм зазором), а ПГА с цилиндрическим каналом (3 и 4) разнятся в показателях при средних давлениях, при увеличении же давления свыше 0,3 МПа разница между 3-й 16-мм зазором постепенно исчезает.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики пневмогидравли-ческого и пневматического способов аэрирования жидкости.

Таблица 1. Сравнение показателей пневмогидравлического (ПГАПАФ) и пневматического (ПА) аэраторов (насадка 6/3/16, в последнем столбце приведено процентное превышение параметра ПГАПАФ над ПА)

ПГАПАФ ПА %

Расход воздуха, л, при давлении в системе, МПа 0,1 25,6 32,8 -23

0,3 36,9 52,4 -30

0,5 41,9 65,8 -36

Окислительная способность, г 02/ч*м3, при давлении в системе, МПа 0,1 0,7 0,5 28

0,3 1,2 0,9 25

0,5 3,3 1,5 55

В четвертой главе представлены результаты полупромышленных испытаний плоскоструйного пневмогидравлического аэратора.

В результате полупромышленных исследований была разработана технологическая схема очистки бытовых сточных вод с использованием двух ресиверов для подачи воды и воздуха в систему аэрации.

В данной схеме (рис. 7) задействован комплект автоматики, позволяющий ресиверам работать «в противофазе», то есть, когда происходит подготовка к работе одного ресивера, другой работает в штатном режиме, а когда его ресурс будет исчерпан, в работу вступает первый, а второй вступает в режим подготовки и т.д.

Такая схема рекомендована для внедрения в систему аэрации сточных вод аэротенков г. Черемхово.

Рис. 7. Схема установки с ПГАПАФ и спаренными ресиверами: 1 - компрессор, 2 - ресиверы, 3 - резервуар, 4 — аэратор, 5 —манометры, 6,7—расходомеры, 8 - электромагнитные клапаны

Схематичное изображение станции очистки г.Черемхово показано на рис.

8.

Рис.8. Схема канализационных очистных сооружений г.Черемхово: 1 -приёмная камера, 2 - здание решёток, 3 - песколовки, 4,5 - блок «преаэрато-ры-горизонтальные первичные отстойники» соответственно 2-ой и 1-ой очереди, 6 - блок «аэротент-горизонтальные вторичные отстойники» 2-ой очереди, 7 - аэротенки 1-ой очереди, 8,10 - контактные резервуары соответственно 2-ой и 1-ой очереди, 9 - горизонтальные вторичные отстойники 1-ой очереди, 11 - блок административно-бытовых помещений, 12 - блок насосно-воздуходувной станции, 13 - хлораторная

Аэротенк представляет собой сооружение объёмом W!1t=6750 м3 (75x18x5 м), односекционный, двухкоридорный с регенератором, по типу смесителя. Ширина коридора -9 м, аэрация - односторонняя, осуществляется вдоль перегородки стальными перфорированными трубами, уложенными по дну.

Характеристики сточных вод:

• доза ила (аО - 2,0 (г/л);

• ВПК поступающих на очистные сооружения сточных вод (L^) - 90 (мг/л);

• БПК очищенных сточных вод (L^) - 11,6 (мг/л);

• общий расход сточных вод (Qcyr) - 22 ООО (м3/сут);

• иловый индекс (I;) - 130 см3/г.

В качестве альтернативы перфорированным трубам предложены ПГАПАФ с соплом 6/3/16 со следующими параметрами: окислительная способность на одно сопло ОС=3,3*Ю"3кг 02/ч*м3 при расходе воздуха Qr=10 м3/ч и расходе воды Q*=0,4 м3/ч. Воздуходувка ТВ-80-1,6 обеспечивает расход воздуха Q=5000 м3/ч. Требуемое количество аэраторов (сопел):

Q 5000 ... я= —=-= 500 шт.

q 10

Окислительная способность системы на 500 насадок: ОС-общ = ОСу.п = 33x500 = 1б50г 02/ч.

При мощности электродвигателя воздуходувки N=125 кВт эффективность системы составляет

ОС = 1650 =

M 125

Для сравнения: пневматический среднепузырчатый аэратор с равнозначной площадью сечения отверстия имеет расход воздуха Qr=15,8 м3/ч (на 36% больше ПГАПАФ), ОС=1,5*Ю'3 кг 02/ч*м3 (на 55% меньше ПГАПАФ). Тогда пневматическая система на 500 отверстий будет иметь

ОСо6ч = 1,5 х 500 = 750 г 02/ч,

Э = —= бг02/кВт*ч.

125

Отсутствие у пневматических аэраторов горизонтальной составляющей импульса струи не даёт возможности регулировать гидродинамику потока в сооружении в разных направлениях, отличных от вертикального. Водовоздушная струя ПГАПАФ обладает большей дальнобойностью за счёт присоединённой массы подаваемой в аэратор жидкости, благодаря чему ПГАПАФ может поддерживать содержащийся в сточной воде активный ил во взвешенном состоянии по всему объёму сооружения, предотвращая его седиментацию и уплотнение.

Заключение

В результате выполненных исследований:

1. Разработано и сконструировано аэрирующее устройство с плоскострунным факелом распыла на основе запатентованного способа аэрации жидкости.

2. Исследованы главные характеристики данного аэратора, установлены его окислительная способность и эффективность, прослежены зависимости изменения этих параметров от различных физических и (отчасти) химических факторов.

3. Проведено сравнение параметров сопел ПГАПАФ с воздушными зазорами 3 и 16 мм, показывающее увеличение значений окислительной способности до 21% при увеличении потребляемого расхода воздуха на 4% при применении сопла с зазором 16 мм.

4. Сопоставлены показатели ПГАПАФ с аналогичным среднепузыр-чатым пневматическим устройством, обнаруживающие превышение показателей ПГАПАФ по окислительной способности до 55% при снижении потребляемого расхода воздуха до 36%.

5. Разработана методика определения окислительной способности и эффективности ПГАПАФ, отличающаяся от стандартной необходимостью учёта дополнительного объёма аэрируемой жидкости, проходящей через аэратор.

6. Предложен запатентованный способ насыщения жидкости кислородом с помощью ПГАПАФ.

Произведённые расчёты показывают, что система может работать до 55% эффективнее обычной пневматической системы за счёт более полного использования кислорода продуваемого воздуха при одновременном снижении его расхода до 36%, при этом никаких дополнительных энергозатрат не потребуется, и эксплуатация установленного оборудования не вызовет необходимости повышения квалификации обслуживающего персонала.

Отсутствие пористых диспергаторов уменьшает степень загрязнения ПГАПАФ взвешенными веществами, а наличие в канале сопла высокотурбули-зованной водовоздушной смеси позволяет аэратору самоочищаться в процессе работы даже после длительного бездействия.

Система аэрации с ПГАПАФ позволит сократить расход подаваемого воздуха или увеличить мощность сооружений очистки при сохранении текущего расхода.

Основные положения диссертации в следующих публикациях:

1.М.Ю.Толстой, Е.Ю.Кицук, А.В.Орлов, Н.В.Белоокая. Использование биогаза для получения тепловой энергии на примере Правобережных очистных сооружений г. Иркутска // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тезисы доклада ежегодной Всерос-

сийской научно-практической конференции. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2004 г.-С. 470-472.

2.М.Ю.Толстой, А.В.Орлов, А.Г.Полканов, С.И.Канторович, А.В.Куртин. Применение эрлифта в комбинированном сооружении // Актуальные проблемы градостроительства и благоустройства территорий: Тезисы доклада II Международной научно-технической конференции. - Кишинёв, 2004 г. - С. 31 -233.

3.Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Орлов А.В., Паутов М.И. К способу аэрации жидкости // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: Тезисы доклада VII Международной научно-практической конференции. - Кемерово, 2004 г. - С. 82-83.

4.Патент на изобретение № 2250140 (заявка № 2004112499/013535 от 3.12.04). Способ аэрации жидкости / Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Хан В.В., Кочержинский В.В., Куртин А.В., Кантарович С.И., Орлов А.В., Паутов М.И., 1Ш. Опубликовано: 20.04.2005 Бюл. №11.

5.М.Ю.Толстой, Васильева А,А., Полканов А.Г., Орлов А.В., Кицук Е.Ю., Паутов М.И. Проблемы Канализационных очистных сооружении правого берега г. Иркутска и возможные пути их решения // Проблемы земной цивилизации: Сборник статей «Поиск решения проблем выживания и безопасности Земной цивилизации». - Иркутск, 2005 г. - С. 201 - 204.

6.В.Д.Казаков, М.Ю.Толстой, Н.Д.Пельменёва, АГ.Полканов, А.В.Орлов, М.И.Паутов. Энергосберегающее аэрационное устройство // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Материалы Всерюссийской научно-практической конференции с международным участием. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2005 г. - С. 629 - 631.

7.Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Орлов АВ., Паутов М.И. Исследование гидродинамических характеристик многосоплового пневмогидравлнче-ского аэратора на примере модернизированного отстойника Правобережных канализационных очистных сооружений г. Иркутска // Технико-экономические проблемы развития регионов: Материалы научно-практической конференции. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2005 г. - С. 144 - 150.

¿.Толстой М.Ю., Орлов А.В., Васильева А.А., Паутов М.И., Полканов А.Г., Василевич Э.Э. Методика проведения эксперимента по измерению содержания кислорода в жидкости с применением двустороннего аэратора // Новые технологии в инвестиционно-строительной сфере и ЖКХ. Сборник научных трудов. Том 2. - Иркутск, Издательство ИрГТУ. - 2005. - с. 177 - 179.

9.Толстой М.Ю., Казаков В.Д., Орлов АВ., Паутов М.И., Белоокая Н.В., Кицук Е.Ю. Совместная работа сооружений очистки сточных вод с иневмо-гидравлнческимп аэраторами // Новые технологии в инвестиционно-строительной сфере и ЖКХ. Сборник научных трудов. Том 2. - Иркутск, Издательство ИрГТУ. - 2005. - с. 179 - 182.

Ю.Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Пельменёва Н.Д., Орлов А.В., Паутов М.И., Васильева А. А. Аэрационное устройство с возможностью вращения //

Новые технологии в инвестиционно-строительной сфере и ЖКХ. Сборник научных трудов. Том 2. - Иркутск, Издательство ИрГТУ. - 2005. - с. 182 - 185.

П.Толстой М.Ю., Василевич Э.Э., Паутов М.И., Орлов А.В., Полканов А.Г. Переработка отходов н осадков сточных вод Иркутской области // 4-й международный конгресс по управлению отходами «ВэйстТэк». Сборник докладов. - Москва, 2005 г. - С. 361 - 362.

12.Толстой ЕЮ., Орлов А.В., Паутов М.И., Пельменёва Н.Д. Исследование регулирования гидродинамических потоков сточных вод на очистных сооружениях города Черемхово // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2006 г. - С. 452 - 454.

13.Казаков В.Д., Орлов А.В., Паутов М.И., Полканов АГ., Толстой М.Ю. Методика расчёта пневмогидравлическнх аэраторов // Энергосберегающие технологии, методы повышения эффективности работы систем и сооружений водоснабжения и водоотведения: Сборник докладов Н-й международной научно-практической конференции. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2007 г. - С. 53 -56.

14. Казаков В.Д., Орлов А.В., Толстой М.Ю. Экспериментальные исследования пневмогидравлическнх аэраторов с плоской затопленной струёй II

Вестник ИрГТУ: Сборник докладов. - Иркутск: издательство ИрГТУ, 2008 г. -С. 85-91.

15. Белоокая Н.В., Казаков В.Д., Орлов А.В., Толстой М.Ю. Вращающийся пневмогидравлпческий аэратор // Материалы 8-го Международного конгресса «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008 [электронный ресурс]. М.: ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», 2008, «6.1. Водоотведение и очистка стоков». - С. 5.

Подписано в печать 26.02.2009. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Зак. 80. Поз. плана 4н.

ИД№ 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83