автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование аэротенка-осветлителя с управляемым процессом

Ь о 0 9" 2'

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи НИКОЛАЕВ Евгений Юрьевич

УДК 628.356.3

ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОТЕНКА-ОСВЕТЛИТЕЛЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ПРОЦЕССОМ

05.23.04 — Водоснабжение, канализация, строительство системы охраны водных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НИЖНИЙ НОВГОРОД—1992

Работа выполнена в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени архитектурно-строительном институте.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент К.ОЛЕСОВ Ю. Ф.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор СКИРДОВ И. В.

Кандидат технических наук ФИРСОВ А. И.

Ведущее предприятие—Государственный Проектный Институт «Нижегородский САНТЕХПРОЕКТ».

.Защита диссертации состоится г 3 » сен/яТУря 1992 г. в 4и чясап на заседании специализированного совета К.064.09.01 в Нижегородском архитектурно-строительном институте по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Краснофлотская, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЖЕГОРОДСКОГО АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОГО ИНСТИТУТА.

Автореферат разослан «. № »___1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент /2 Л. А. ВАСИЛЬЕВ

)

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АТОУП -^аэротенк-освеглдтель с управляемым процессом;

АТВ ВО — аэротенк-вытесннтель со вторичным отстойником;

ХПКо — ХПК исходной воды, мг/л;

р. р«= 1—удельная скорость окисления соответственно при любой степени рециркуляции и при степени рециркуляции, равной единице, мг ХПК/(г-ч);

pi4, pi—удельная скорость окисления после деления опытной скорости окисления \ia скорость окисления по СНиП 2.04.03.

— 85 соответственно при любой степени ре-•циркуляции и при степени рециркуляции, равной единице, мг БПК/(г • ч);

■рс — удельная • скорость окисления, определяемая по СНиП 2.04.03—85;

Кр — экспериментальный коэффициент, зависящий от качества сточных вод;

q», c|ms — вертикальная составляющая горизонтальной скорости движения воды в осветлителе и гидравлическая нагрузка на осветлитель соответственно;

К—экспериментальный коэффициент в форму- -лс вертикальной составляющей горизонтальной скорости движения воды в канале по G. Ф. Савельеву, К = 0,0282;

H, hp» — высота осветлителя и рециркуляционно-распределительной камеры соответственно;

Ц —расстояние от начала рециркуляционно-распредел«тельной камеры до. ее произвольного сечения и длина камеры соответственно;

В, А — интервал между пластинами решетки, и ширина пластины соответственно;

Уо, V — скорость движения воды в начале и в произвольном сечении рециркуляционно-рас-пределительной камеры соответственно;

К]-г-К8—экспериментальные коэффициенты: К) = 1,02?

'Кз=—0,021; Ка = —0,442; К4 = —4,619;

. К5=0,061; К6=0,21; К7 = 0,356; К8 = —0,015;

К, г—степень рециркуляции активного ила во входном отверстии в эрлифтную камеру и в трубопроводе отбора ила с верхней границы взвешенного слоя осветлителя соответственно;

ОМ—окислительная мощность, кг ' ХПК/ (м3 / сут.);

В, Воо — вынос ила из осветлителя АТОУП и вторичного отстойника производственного аэрогенка, мг/л, соответственно;

Э*шс — эффект очистки сточных вод по ХПК, %-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Биологическая очистка в аэротен-ках является наиболее распространенным и экономичным способом очистки сточных вод от органических загрязнений.

Очистка сточнь1х вод в комбинированных аэротенках по известным причинам, предпочтительнее, чем в аэротенках с отдельностоящими вторичными отстойниками. Однако они не получили широкого распространения в силу сложности, их конструкции, эксплуатации и недостаточной изученности происходящих в них технологических процессов.

Появление новых химических соединеннй в промышленных стоках, несовпадение режимов их поступления с бытовыми сточными водами приводят к резкому колебанию состава воды по часам суток, к неравномерной нагрузке на активный ил, что вызывает нарушение микробиологических процессов в аэротенках. В этих условиях идея автоматической системы управления аэротенками является актуальной, однако се ' осуществление требует применения гибких систем регулиро-. вания технологическим процессом биологической очистки, заложенными в конструкции самого сооружения.

■ В предлагаемой конструкции аэрогенка-осветлителя можно очищать сточные воды с широким спектром концентрации органических и токсичных загрязнений, особенно высококонцентрированные и токсичные стоки..

Ожидается значительный технологический, экономический и экологический эффект при реконструкции коридорных аэро-тенков-вытеснителей в аэротенки-осветлители с управляемым процессом.

Эффективность предлагаемого комбинированного аэротен-ка во многом определяется заложенной в конструкции возможностью активно влиять на все процессы очистки воды с помощью регулируемой рециркуляции активного ила.

Целью диссертации является разработка комбинированного сооружения, включающего в себя аэротенк-вытеснитель,

осветлитель со взвешенным слоем активного ила, эрлифтную камеру и рециркуляционно-распределительную камеру.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: -

. -— исследование влияния рециркуляции активного ила на управление очисткой сточной воды и теоретическое обоснование взаимосвязи рециркуляции и биологических процессов в аэротенке;

— создание аппарата, позволяющего реализовать процес: сы начального разбавления сточных вод, направленного изменения гидродинамики потока и осветления во взвешенном слое активного ила;

- — создание математической модели процесса очистки для оптимального сочетания аэротенка, осветлителя и рецнрку-ляцнонно-распределигельной камеры.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

Теоретически обоснована, изучена и получена закономерность удельной скорости окисления органических веществ от управляемой рециркуляции активного ила.

Предложена и гидродинамическими исследованиями подтверждена оптимальная конструкция .осветлителя АТОУП.

Получена математическая модель взаимосвязи скорости движения воды от размеров конструктивных элементов рецир-куляционно-распределительнон камеры.

Получена математическая модель _вертикальной составляющей скорости движения воды в защитном слое осветлителя в зависимости от скорости движения воды в рециркуля-ционно-распределительной камере.

Создана математическая модель оптимальной длины осветлителя.

Создана конструкция аэротенка-осветлителя с управляемым процессом, в которой объединены в одном сооружении аэротенк-вытеснитель, осветлитель со взвешенным слоем ила, эрлифтная камера и рециркуляцнонно-распределительная камера.

Новизна технологических и конструктивных разработок автора защищена авторскими свидетельствами №№ 958326,94-0460, 948896, 1139710.

-В исследованиях широко применялись методы математического планирования эксперимента, ЭВМ при обработке

опытных данных и технико-экономических расчетах и оптимизация технологических параметров.

Практическая ценность полученных результатов состоит в создании комбинированного сооружения — аэротенка-освет-лителя, в котором биологические процессы очистки сточной воды и ее осветление регулируются управляющим параметром— степенью рециркуляции активного ила.

Разработана методика расчета аэрогенка-осветлителя с управляемым,процессом (АТОУП) и применена для проектирования Сибирским отделением «Союзводоканалпроект» и Львовским государственным институтом проектирования коммунального строительства «Львовгипрокоммунстрой».

Предложена конструкция аэротенка-осветлителя и защищена. авторским свидетельством № 9848896 и Инструкция отстойника-осветлителя, защищенная авторским свидетельством № 1139710. •

Реализация результатоб работы. Результаты работы нашли применение в разработке рекомендаций для проектирования реконструкции аэротенков с производительностью 50 тыс.-м3/сут. на очистных сооружениях канализации г, Новокузнецка с расчетным экономическим эффектом 67 тыс. руб. в год и для проектирования очистных сооружений канализации производительностью 30 тыс. м3/сут. в г. Переяслов-Хмельшщкий • с ожидаемым экономическим эффектом 48тыс. руб.. в год в ценах 1984 г.

. Апробация' работы. -Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях в НИСИ (Новосибирск, 1975—1978 годы), в ЛИСИ (Ленинград, 1978год), на научно-техническом семинаре в НИИКВОВ А'КХ.им. К-Д. Памфилова (Москва, 1978 год).

По теме диссертации опубликовано восемь работ. ■ Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,, заключения, библиографии из 95 наименований, 12 приложений, изложена на 107 страницах машинописного текста и включает 24 рисунка, 11 таблиц и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу известных'систем биологической очистки с целью обоснования необходимости применения управляемых процессов.в комбинированных аппаратах.

Аэротенки-вытеснители со вторичными отстойниками в условиях неравномерной нагрузки на активный ил не могут адекватно, оперативно перестраивать свою работу в'силу известных конструктивных.особенностей, что значительно ухудшает качество очистки сточных вод. Эту'задачу решают аэро-тенки-гмесители, включая весь объем активного ила в процесс, начального разбавления стоков. Однако для поддержания физиологической активности микроорганизмов на достаточно высоком уровне необходимо в очищенной воде сохранять высокую остаточную концентрацию загрязнений.

- Система управления распределением сточной и сбором очищенной воды несовершенна.

Одним из эффективных управляющих параметров является степень рециркул яции активного ила, которая в "'традиционной схеме биологической очистки изменяется от 0,3 до 1,0. Дальнейшее увеличение этого параметра приводит к перегрузке вторичных отстойников и к неоправданному перерасходу электроэнергии на рециркуляцию ила.

Известно использование рециркуляции ила внутри аэро-тенка с повышением-степени рециркуляции до 10, что дает заметный технологический эффект.

Использование степспн. рециркуляции в роли управляющего параметра в комбинированных аэрогенках представляет определенный интерес как фактора, изменяющего условия протекания биохимических процессов очистки. В известных комбинированных сооружениях в аэрогенке поддерживается неизменная гидродинамическая структура потока — смешение, а рециркуляция ила используется'как способ обмена ила • и растворенного кислорода между аэротенком и илоотделите-лем и в процессе эксплуатации остается неизменным или изменяется периодически в незначительных пределах при изменении концентрации нла.

Обзор литературы и анализ схем биологической очистки показал, что в настрягцее время отсутствует возможность использовать в полной мере степень рециркуляции как управляющий фактор в комбинированных сооружениях. Поэтому задачи настоящей работы сводились к следующему:

1. Изучение и получение закономерности влияния рециркуляции активного ила на управление очисткой сточной воды и теоретическое обоснование взаимозависимости рециркуляции и биологических процессов в аэротенке.

С

2. Создание комбинированного аэротснка, позволяющего реализовать процессы начального разбавления сточных вод, направленного изменения гидродинамики потока и осветления воды во взвешенном слое активного ила.

3. Разработка математической модели расчета аэротенка-осветлителя, позволяющего осуществить поиск оптимального варианта сочетания аэротенка и осветлителя.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям и разработке аэротенка-осветлителя с управляемым Процессом:

Сделан анализ известных математических моделей расчета аэротенка с целыо выявления влияния степени,рециркуля: цни активного ила на технологические показатели аэротенка.

В рассмотренных методиках расчета аэротенка, рекомендуемых СНиП 2.04.03—85, предложенных Л. И. Гюнтер, Б. Н. Репиным и Б. Г. Мишуковым, только математическая модель Б. Н. Репина учитывает влияние степени рециркуляции на скорость окисления, однако эта модель .создана для аэротенка с отдельно стоящими вторичными отстойниками. А в известных методиках расчета комбинированных аэротен-ков степень рециркуляции связана только с концентрацией ила и гидравлической нагрузкой на илоотделитель.

Разработано компоновочное решение АТОУП. Аэротенк-' осветлитель состоит из четырех функциональных блоков: эрлифтной камеры, аэротенка-вытеснителя, рециркуляционно-распределительной камеры и осветлителя со взвешенным слоем активного ила. Принципиальная схема конструкции АТОУП представлена на рис. 1. Сточная вода (1). подается в эрлифтную камеру (2). Туда же подается воздух (3). В эрлифтной камере сточная вода перемешивается с неосветлен-ной очищенной водой, которая попадает из осветлителя через отверстие, ' образуемое не доходящей до дна перегородкой (4). Разбавленная сточная вода с помощью эрлифтной камеры перекачивается в аэротенк (5). Пройдя очистку в аэро-тенке, иловая смесь попадает через бтверстие, образуемое не доходящей до дна перегородкой, в рециркуляцпонно-р.аспре-делнтельную камеру (6). Эта камера служит для подачи иловой смеси в осветлитель (7) и рециркуляции ила в эрлифтную камеру. Осветленная вода лотками (8) собирается в верхней части защитного слоя осветлителя и трубопроводом (9) отводится из осветлителя. Избыточный ил удаляется из осветлителя - с помощью перфорированных трубопроводов

(10) и трубопровода'(11). По этим же трубам через патрубок (13) осуществляется рециркуляция ила для поддержания его во взвешенном состоянии и создания перепада скоростей на границе взвешенного слоя активного ила и защитного слоя.

Представлено теоретическое обоснование и описаны процессы, протекающие в эрлифтной камере, аэротенке и в осветлителе на материале литературных источников.

Для оценки влияния степени рециркуляции создана математическая модель скорости окисления, учитывающая коэффициент влияния степени рециркуляции.

Задачи экспериментальных исследований сводятся к следующему:

— определить закономерность изменения удельной скорости окисления органических веществ в зависимости от степени рециркуляции активного ила;

— создать осветлитель коридорного типа с впуском н выпуском иловой смеси с коротких сторон осветлителя;

— создать математическую модель рециркуляционно-рас-пределительной камеры.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям закономерностей: влияние степени рециркуляции на удельную скорость окисления органических веществ; влияние конструктивных элементов осветлителя на его гидродинамику и на коэффициент местного сопротивления движению воды в отверстии перегородки осветлителя; взаимосвязь конструктивных элементов рециркуляционно-расиределительной камеры и скоростей движения воды в ней.

На рис. 2 представлена экспериментальная зависимость степени рециркуляции на скорость окисления, полученная в четырех сериях опытов. Из анализа опытных данных установлено, что с увеличением степени рециркуляции от 0,3 до 6 -ь- 7 ее влияние сначала резко растет, а затем этот рост замедляется и после степени рециркуляции, равной 10, практически остается неизменным.

На рис. 3 представлены результаты гидродинамических исследований осветлителя с полупогружной перегородкой и с решеткой, отделяющей осветлитель от рециркуляционно-рас-пределительной камеры. При конструировании АТОУП можно использовать как многокамерный осветлитель с полупогружными щитами, так и однокамерный с решеткой у дна осветлителя. Ответлитель.с решеткой предпочтительней ос-

Принцапиальная схема АТОУП

I - сточная вода; 2 - эрлифгная камера; 3 - воздуховод; 4 - перегородка, не доходящая до дна; 5 - аэротонк; б - редаркуляэдонно-распредедизельная какэра; 7 - оовэтяз-.-толь; 8 - сборный лоток, счлценно.1 вода; 9 - трубопровод очищенной воды; 10 - перфорированный трубопровод; II - трубопровод избыточного ила; 12 - эащитний слой зодц;13 - патрубок.

Ряс. I

Влияние степени рециркуляции на относительную скорость окисления

ï i < >

i , < г 1 3

>

ЕЯ

с >

г

/ /

f

О 2 4 б 8 10 12 14 16 • 18 Я

А - ХПК0=159 мг/л; Ot- ХПК0=124 мг/л; ЕЗ - ХЖ0=96 мг/л; <> - ХПК0=53 мг/л

Ряс. 2

Гидродинамика трёх варианте© осветлителя АТОУП

Схемз М - осветлитель ограничен двумя перегородками, не доходящими до дна. Схема Л2 - осветлитель с полупогружянм щатом. Схека Ш - осветлитель о решёткой вз параллельных пластин, I - перегородка, 2 - точка установки пипетка с трассером, 3 - полу-погругшой цат, 4 - пластины решётка. 5 - Еоордаяатная сетка.

Ряс.'3

Влшшяе параметров А,И .[¿»К^ на скорость движения воды в рецаркуляоаошо-распределательной камерэ

V,

см/о

40

36 32

28

24 '20

16 12

8 4

V ^ 1 ..... —

6

2

- С / ; 3

Ч

к/^ ■г к 1 /

м \хгу \

/ X4

/ 1Р7 \ £

/V N г.

с \ •

* С

1, .1

0 I 2 3 4 5

2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 В,см

10 .15 20 .25 30 35 40 •

V." ЯВ)

Рис. 4

Эффект очистки (Э), окасляталькоя мощность (CÍ)

— АТОУП.---АТЭ и 30.

Рис. 5

Относительная удельная скорость окаслеияя а зависимости от степеии ревдркуляцди активного ила

а - хпк0 . 159 иг/л; - ХПК0 = 124 мг/л;

ХПК0' - 96 мг/л; В - ХПК0 = 53 мг/л.

. . Рис. 6

Варианты компоновочных решений АТОУП

2

I 3

2

I з

(7.1)

(7.2)

(7.3)

I 3 -

3 (7.4)

• I 3

1 - эрлифтная камера,'2 - аэротенк, 3 - осветлитель.

2

,3 I I 3

3 I I 3

2

3 I I 3 .

(7.5)

(7.6)

Ряс.7

э,

тас.руб

Расчётный годовой экономический аффект от внедрен«« АТОУП но сравнению с аэротенкоа со вторнчшшц отстойникам (I), с аэротенкама-огстойяякамц АКХ (2) и с вэрогенкаии-осветлителя-ми НИКГИ ГХ (3+6)

2400

2000 1600

1200

800

400

О 20 10

20 40 60 ВО 100 0,тас.м3/сут •4 - БШС-500 иг/л, йгаия® 8; .5 БПК=200 мг/л, 1атвуп Е { j .

Рио. 8.

ветлнтеля с полупогружиым щитом, т. к. объем осветлителя, ограниченный полупогружной перегородкой и ближайшей перегородкой осветлителя, не участвует в процессах илоот-деления и поэтому заметно увеличивает объем осветлителя.

Исследования коэффициента местного сопротивления отверстия перегородки показали, что он зависит от места перегородки в ячеистом осветлителе, от угла наклона перегородки, от расстояния между ними и колеблется от 1,6 до 3,7. Для осветлителя с вертикальными перегородками при расстоянии между ними не менее 24 м для первой перегородки (отделяющей аэротенк от осветлителя) этот коэффициент равен 3,7, для второй перегородки (отделяющей осветлитель от эрлйфг-ной камеры) — 2,0."

Влияние конструктивных размеров элементов решетки А, В, Ь, Ьрк на скорость движения воды в репиркуляционно-рас-пределительной камере V и Уо представлено на рис. 4. Параметры А, В, Ь, V-, Уо, Ьрк связаны зависимостью;

У/У0 = К1 • екш""( + Кз • еК4 а/,111"+К5 • А/Ь.ж+

+ Кб/(К7-ЬВ/Ы2 + К8 (1)

Проектируя АТОУП, формулу (1) предлагается применять при следующих значениях входящих в нее параметров: А = 0,1 4-0,5 м; В = 0,5-г-1,5; Ир« = 0,5 м; У^0,14-0,15 м/с.

Четвертая глава посвящена опытно-промышленны'м исследованиям по очистке воды в АГОУП. Исследования проводились на станции аэрации г. Новокузнецка в АТОУП производительностью 24 60 м3/сут.

Необходимость опытно-промышленных исследований объясняется "'тем, что технологические и гидродинамические исследования на лабораторных и пилотных установках не могут выявить все факторы, воздействующие на процесс очистки в натурных условиях на установке промышленного масштаба. Кроме того, представляет интерес сравнительная оценка эффективности параллельно работающих АТОУП и производственного азротенка со вторичными отстойниками. Результаты сравнительного эксперимента и опытов с АТОУП, представленных на рис. 5, получены при следующих исходных данных: ХПК° = 350 800 мг/л; БПК™-™ = 120-^440 мг/л; концентрация взвешенных веществ равна 65 120 мг/л;.расход воды в производственных аэротенках — 200-^-217 тыс. Мз/сут.; период аэрации в АТОУП — 3,0 7,2 ч; расход воз-

духа в АТОУП — 0,4 4- 0,9 м3/м3> в производственном аэро-тенке— 2 ч- 4 м3/м3.

Из анализа опытных данных следует, что в АТОУП достигается эффект по ХПК в 1,4-г 3,5 раза, а по окислительной мощности — в 2 ч-4 раза больше, чем в производственном аэротенке. С резким уменьшением периода аэрации (в 2 раза) следовало ожидать и не менее резкое снижение эффекта очистки по ХПК и БПК. Однако эффект очистки достаточно высок (56 Ч- 80°/о по ХПК), что объясняется: поддержанием степени рециркуляции ила на оптимальном уровне; высокой концентрацией активного ила (2,4 4-3,9 г/л), что снижало нагрузку на ил по ХПК. и токсичным соединениям в 2 ч-'З раза; повышением коэффициента использования кислорода воздуха за счет конструктивных особенностей АТОУП; использованием окислительных возможностей взвешенного слоя ила.

Пятая глава посвящена обработке результатов исследований с целью создания математической модели АТОУП, компоновочным решениям АТОУП и технико-экономическому сравнению АТОУП с аэротенком-отстойником АКХ, с аэро-~ тенком-осветлителем НИК.ТИ ГХ и с аэротенками со вторичными отстойниками.

Для определения влияния только степени рециркуляции на удельную скорость окисления опытные удельные скорости были поделены на удельную скорость окисления по СНиП 2.04.03—85. Полученная закономерность ' представлена на рис. 6. Математическая модель удельной скорости окисления для любых сточных вод с учетом влияния степени рециркуляции примет вид:

.Р , « (1+КР), т

Р Рс Р« 1+Кр.Р лг>

Изучался режим работы защитного слоя осветлителя (гидравлическая нагрузка на ■ осветлитель) при степени рециркуляции, изменяющейся от 2 до 10. С увеличением степени рециркуляции растет скорость движения воды в рецирку-дяционно-распределигельной камере, а вместе с ней растет горизонтальная скорость движения воды в осветлителе, и, следовательно, растет ее вертикальная составляющая, которую 'необходимо учитывать при расчете нагрузки на осветлитель:

Цт» — — Ч» (3)'

С учетом формулы вертикальной составляющей горизонтальной скорости движения воды' в канале С. Ф. Савельева, формулы-(1) и уравнений материального баланса выведена математическая модель вертикальной составляющей горизонтального движения воды в защитном слое осветлителя; ' К • hpk • V ■ / JL 1+г V_\ Ць== (H^A-hpk)>.' \1— L0' 1+R +г Vo' ^

Анализ математической модели осветлителя и рециркуля-' днонно-расиределительной камеры выявил возможность "оптимизации длины осветлителя. Трансцендентное уравнение оптимальной длины осветлителя выведено с учетом уравнений материального баланса и формулы (1):

y + Ki ■ eaLon • (1 + а- Ьп) = 0; (5)

у == К3 • eK4A/hp"-I-K5 • А/Ьк-f K6/(K7+B/hpK)2 + K8; (6) а = К2/Ьри ■ (7)

Численный эксперимент позволил привести уравнение (5) к явно выраженному виду по отношению к оптимальной длине осветлителя:

Lon = 37,79 ■ у1 -f 24,85 • у + 21,75. (8)

Различные варианты компоновочных решений АТОУП в плане, представленные на рис. 7, получены с учетом возможных соотношений площадей аэротенка и осветлителя, максимальной длины осветлителя, ограниченной условиями эксперимента, и расхода сточных вод.

Технико-экономическое сравнение аэротенков производилось по приведенным затратам. При равных исходных данных для каждого сооружения определялась оптимальная концентрация активного ила, при которой приведенные затраты были минимальными. Расчет экономического эффекта производился при БПК, исходной воды 200 4- 500 мг/л и степени внутренней рециркуляции- активного ила 1,3 4-8. Результаты расчета на ПЭВМ экономического эффекта от внедрения АТОУП по сравнению с упомянутыми аэротенками представлены на рис. 8. Графики с первого по третий представляют расчетный экономический эффект от внедрения АТОУП по сравнению с аэротенком-вытеснителем со вторичными отстойниками с внутренним рециклом активного ила (1), с аэротен-ком-отстойником АКХ (2) и с аэротенком-осветлителем

НИК.ТИ ГХ (3). Графики четвертый и пятый являются увеличенным изображением графика (3).

Как и следовало ожидать, наибольший экономический эффект получается при сравнении с аэротенками, в которых ил илоотделителей не принимает участия в окислительных процессах. Экономический эффект в большей степени зависит от типа сравниваемого сооружения и в меньшей — от ВПК исходной воды и степени внутренней рециркуляции ила (на рис. 8 толщина графиков при повышении расхода сточных вод увеличивается). Однако при максимальном расходе максимальная толщина графика соответствует годовому экономическому эффекту в 30 ч- 40 тыс. руб. При сравнении с аэро-тенками'-осветяитсллмп НИКТИ ГХ- экономический эффект достигается только за счет увеличения степени рециркуляции активного ила, и этот эффект тем больше, чем выше ВПК исходной воды:

Расчет 'экономического эффекта показал, что по своим технико-экономическим параметрам АТОУП не уступает лучшим образцам подобных комбинированных сооружений и чем больше расход сточных вод и концентрация загрязнений, тем больше ожидаемый экономический эффект. Наибольший экономический эффект ожидается при использовании АТОУП для очистки высококонцентрированных и токсичных сточных вод, а также при реконструкции коридорных аэротенков с отдельно стоящими отстойниками.

При проектировании АТОУП для реконструкции аэротен-ков-вытеснителей производительностью 50 тыс. м3/сут. расчетный годовой экономический эффект составил 67 тыс. руб., а при использовании АТОУП для проектирования станции аэрации производительностью 30 тыс. м3 в сутки ожидаемый годовой экономический эффект составил 48 тыс. руб.

В заключение сформулированы общие выводы по результатам исследовании.

1. Литературный обзор показал, что аэротенки являются пока единственными сооружениями для массовой очистки сточных вод от органических загрязнений. Поэтому совершенствование и создание новых более производительных конструкций аэротенков является актуальной научно-технической задачей.

2.. Создание аэротенка-о.светлителя с управляемым процессом— результат критического анализа современных ком-

бинировашшх аэротенков и исследовательской работы в области технологии биологической очистки воды и конструирования сооружения.'

3. Теоретические исследования АТОУП выявили широкие возможности сооружения в адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации и существенного увеличения производительности за счет управления работой сооружения посредством изменения степени рециркуляции активного ила.

4. В процессе экспериментальных исследований и дальнейшей оптимизации сооружений использовался метод оптимального планирования эксперимента, 'программирование и ЭВМ, что позволило значительно сократить объем, трудоем- ' кость и врем? экспериментальных и вычислительных работ.

5. Экспериментальные исследования влиянния степени рециркуляции активного ила на удельную скорость окисления подтвердили теоретические предпосылки о возможности увеличения скорости окисления в 2 4- 3 раза при увеличении степени рециркуляции от 1 до 10 4-20. Получена математическая модель этой закономерности, с/помощью которой можно рассчитать удельную скорость окисления для любых сточных вод. При расчете АТОУП максимальное значение степени рециркуляции рекомендуется применять не более десяти. Коэффициент качества сточных вод колеблется в широких пределах (от 0,2 до 1,0) и определяется экспериментально. Разработана методика исследования влияния степени рециркуляции активного ила на удельную скорость окисления, с помощью которой можно определить недостающие экспериментальные константы математической модели удельной скорости окисления, учитывающей влияние степени рециркуляции активного ила. • .

6. Гидравлические экспериментальные исследования явились основой для создания оригинальной конструкции осветлителя коридорного типа, который компонуется с коридорным аэротенком-вытеснителем. Предложено два варианта конструкции осветлителя — однокамерный с решеткой из параллельных пластин с длиной камеры осветления до 50 метров и многокамерный с полупогружным щитом а длиной камеры до 10 метров. Для осветлителя с решеткой предлагается применять: ширину пластины — 0,14-0,5 м, расстояние между пластинами — 0,5 4-1,5 м, высоту рециркуляционно-распреде-лнтельной камеры и минимальную скорость движения воды

в ней соответственно 0,5 м и 0,1 4- 0,15 м/с, коэффициент местного сопротивления отверстия перегородок — для первой по направлению движения воды, отделяющей аэротенк он осветлителя, равен 3,7, для второй; отделяющей осветлитель от эрлифтной камеры, равен 2,0. Для многокамерного осветлителя рекомендуется полупогружной щит устанавливать на расстоянии '1 4-2 м при длине камеры, осветлителя 6—10 мс глубиной погружения 1,2 4-0,9 м соответственно при скорости движения воды во входном отверстии перегородки не более 0,3 м/с. ' -

7. Разработаны 'математические модели закономерности движения во'ды в рецирку'ляциошю-распределительной камере и в защитном'слое осветлителя, для расчета длины освет-лйгеляи'гидравлической нагрузки на осветлитель.

8. На основе математических моделей рециркуляционно-'распределительной камеры и'нагрузки на осветлитель получена модель оптимальной длины осветлителя, которая позволяет рассчитать требуемую минимальную степень рециркуляции активного ила, обеспечивающую движение иловой смеси у дна осветлителя с незаиливающей скоростью.

9. Разработана методика расчета АТОУП и применена для проектирования Сибирским отделением «СОЮЗВОДО-КАНАЛПРОЕКТ» и Львовским государственным институтом проектирования коммунального строительства «ЛЬВОВГИП-РОКОММУНСТРОЙ».

10. Новизна конструкции осветлителя и созданных на ее основе конструкций АТОУП, а также способа очистки с использованием рециркуляции ила внутри сооружения защищена авторскими свидетельствами №№ 958326, 940460, 948896, 1139710. ■

11. Разработана программа оптимизации АТОУП и сравниваемых аэротенков, на базе которой произведены технико-экономические расчеты.

12. При сравнении АТОУП с аэрогенком-вытеенптелем с внутренней рециркуляцией активного ила, с аэротенком-от-стоиником АКХ и с аэротенком-осветлителем НИКТИ ГХ расчетный годовой экономический эффект составил соответственно 2400, 500, 30 тыс. руб. для очистных сооружений производительностью 100 тыс. м3/сут и БПК. исходной воды 500 мг/л.

13. Наибольший экономический, технологический и экологический эффект ожидается при использовании АТОУП

для очистки высококонцентрированных и токсичных сточных вод, а также при реконструкции коридорных аэротенков с огдельностоящими отстойниками.

14. АТОУП внедрен в производство: на основании проектных разработок построен аэротенк-осветлитель с управляемым процессом на станции аэрации производительностью. 30 тыс. м3/сут в г. Переяслав-Хмелышцкий с, расчетным годовым экономическим эффектом 50 тыс. рублей; запроектирована реконструкция аэротенков-вытеснителей в конструк-' цию АТОУП • на станции аэрации производительностью. 50 тыс. м3/сут г. Новокузнецка с расчетным годовым экономическим эффектом 67-тыс. рублей в ценах 1984 года.

15. Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях в НИСИ, ЛИСИ, на научно-технических семинарах НИИКВОВ АКХ и во ВНИИВОД-ГЕО. По теме диссертации опубликовано восемь работ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Аэротенк-осветлитель типа НИСИ/Е. Ю. Николаев.— • В кн.: Молодежь и научно-технический прогресс в строительстве. Новосибирск. Новосибирское областное управление стройиндустрии, 1978, с. 69.

2. Влияние коэффициента рециркуляции на скорость окисления в аэрогенках/Е. Ю. Николаев. — Изв. вузов. Строительство и архитектура, Новосибирск, 1980, № 8.

3. Исследование осветлителя коридорного типа/Е. Ю. Николаев. — Изв. вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1982,-.\в 11.

4. А;с. 940460 (СССР). Устройство для биологической очистки сточных вод/НИСИ, авт. изобр. Е. Ю. Николаев, М. П. Васильченко, В. В. Сбоева. Заявл. 15.12.80, №3218551. (Для служ. польз.).

5. А. с: 948896 (СССР). Устройство для биологической очистки сточных вод/НИСИ, авт. изобр. М. П. Васильченко, Шинкевпч, Е. Ю. Николаев, Л. Н. Филатов, А. А. Александрович, Э. Г. Любочкин, Д. А. Белоусов, Ю. Д. Гусев. Заявл. 11.02.81. Опубл. в Б. И. 1982, ЛЪ 29. '

6. А. с. 958326 (СССР). Способ биологической очистки сточных вод/НИСИ, авт. изобр. М. П. Васильченко, А. В. Шинкевпч, Е. Ю. Николаев, Л. Н. Филатов, А. А. Арбузов,

Э.Г. Любочкин, Д. А. Белоусов и Ю.Д. Гусев. Заявл. 03.02.81. Опубл. в Б." И. 1982, № 29. •

7. Предельный вынос ила из аэротенка-осветлителя/Е. Ю. Николаев, М. И. Гаврилова, В. Ю. Каулин.—Изв.-вузов. Строительство и архитектура, Новосибирск, 1984, № 1.

8. А. с. 113910 (СССР). Отстойник-осветлитель/НИСИ, Е. Ю. Николаев, В. В. Сбоева, М. П. Васнльченко. Заявл, 28.09.83. Опубл. в Б. И. 1985, № 6..

Подписано к печати 25.06,92. Формат 60х81'/т- Бумага газетная. ' Почать высокая.' Гарнитура «Литературная». Усл. печ. л. 1,0. Уч. изд. л. 0,9. Тираж 80 экз. Заказ 262. Бесплатно.

Нижегородская типография (у-1) областного управления издательств, полиграфии и книжной торговли, 603600 Н. Новгород, Краснофлотская, 65.