автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Обоснование применение аэраторов струйного типа для биологической очистки сточных вод

Введение.

1. Анализ систем аэрации, применяемых в сооружениях биологической очистки сточных вод.

1.1. Основные требования предъявляемые к системам аэрации.

1.2. Технико-экономические показатели, применяемые для оценки различных систем аэрации и классификация систем аэрации . II

1.3. Пневматическая система аэрации

1.4. Механическая система аэрации с поверхностными аэраторами центробежного типа.

1.5. Механическая система аэрации с поверхностными цилиндрическими аэраторами.■

1.6. Пневмомеханическая система аэрации

1.7. Струйная аэрация

1.8. Выводы

1.9. Основные задачи настоящих исследований

2. Методика экспериментальных исследований

2.1. Общие положения.

2.2. Описание крупномасштабной лабораторной установки

2.3. Методика экспериментального определения производительности по воздуху.

2.4. Методика определения объемного коэффициента массо-передачи и расчета эффективности аэрирования

2.5. Методика испытания аэраторов струйного типа в производственных условиях.

3. Теоретические и экспериментальные исследования гидравлических условий работы струйных аэраторов

3.1. Режимы движения пленок в вертикальных трубах

3.2. Схема движения жидкости в вертикальной трубе при свободном истечении газожидкостной смеси

3.3. Равномерное турбулентное течение жидкости.

3.4. Определение размеров участка ускоренного движения жидкости.

3.5. Условия истечения жидкости в вертикальную колонну струйного аэратора

3.6. Определение профиля скоростей движения воздуха

3.7. Определение расхода воздуха, увлекаемого стекающей жидкостной пленкой

3.8. Влияние высоты колонны на расход воздуха

3.9. Условия истечения потока из колонны в резервуар.

ЗЛО .Структура газожидкостного потока в колонне при истечении под уровень воды в резервуаре.

3.11 .Выводы.

4. Результаты экспериментальных исследований процесса массопередачи при применении струйных аэраторов

4,1. Условия массообмена в аэраторах струйного типа

4.2. Экспериментальное определение расчетного уравнения массопередачи для исследуемой системы аэрации. . 95 4#3. Экспериментальное определение коэффициента массопередачи непосредственно в аэрационной колонне . 107 4.4. Исследование влияния поверхностноактивных веществ на коэффициент массопередачи

4.5. Методика расчета системы аэрации струйного типа.

4.6. Эффективность аэрирования струйной системы аэрации

4.7. Выводы.

5. Результаты производственных исследований аэротен-ков, оборудованных аэрацией струйного типа, рекомендуемые конструктивные решения и основные технико-экономические показатели . «.

5.1. Рекомендуемые конструктивные решения систем аэрации струйного типа.

5.2. Конструкции производственных установок биологической очистки сточных вод, оборудованных аэраторами струйного типа.

5.3. Результаты экспериментальных исследований полноты перемешивания, достигаемое в зоне аэрации, при применении аэраторов струйного типа

5.4. Результаты эксплуатации производственных установок биологической очистки, оборудованных струйной системой аэрации.

5.5. Технико-экономические показатели установок биологической очистки с аэрацией струйного типа

5.6. Примеры использования аэрации струйного типа в других областях санитарной техники.

5.7. Выводы.

Охрана окружающей среды от загрязнений является одной из актуальных проблем современности. В СССР охране окружающей среды, в том числе охране содоемов и рациональному использованию водных ресурсов уделяется огромное внимание.В соответствии с указаниями партии и правительства, изложенными в "Законе об охране природы" (1961 г.) и "Основах водного законодательства Союза ССР и союзных республик" (1970 г.), а также в постановлениях "О мерах по упорядочению использования и усиления охраны водных ресурсов СССР" (I960 г.), "О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов" (1972 г.), "О мерах по предотвращению загрязнений бассейнов рек Волги и Урала неочищенными сточными водами" (1972 г.), "Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов" (1973 г.), "О мерах по предотвращению загрязнений бассейнов Черного и Азовскоюо морей" (1976 г.) в нашей стране осуществляется грандиозная программа социально-экономических и технических мероприятий по борьбе с загрязнением воды.Только в 10-й пятилетке на эти цели было выделено^^7 млрд.рублей.В настоящее время все больший размах получает жилищное и культурногбытовое строительство, В соответствии с директивами ХХУ1 съезда КПСС на это строительство выделяются большие материальные и денежные средства. В связи с этим строительством резко повышается количество сточных вод и необходимость их очистки.Вопросы очистки сточных вод населенных мест и промыпшенных предприятий при современных повышенных требованиях к охране водоемов от загрязнений приобретают большое значение.Наиболее распространенными сооружениями для биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод являются аэротенки.Они получили широкое распространение в СССР и за рубежом не только для крупных биологических станций, но и для станций небольшой и средней производительности» Эксплуатационные расходы при очистке сточных вод в аэротенках определяются в основном расходом электроэнергии, затрачиваемой на растворение кислорода и перемешивание смеси сточных вод и активного ила. Расход электроэнергии в значительной степени зависит от принятой системы аэрации.В нашей стране наибольшее распространение получила пневматическая система аэрации с распределением воздуха с помощью фильтросных пластин. В данной системе аэрации воздух от турбовоздуходувок по системе трубопроводов поступает в железобетонные каналы, перекрытые сверху фильтросными пластинами. Наряду с фильтросами применяются фильтросные и поролитовые трубы. При этом конструкция аэротенков и системы аэрации не отличаются от аналогичных с фильтросами.Одновременно данная система аэрации требует применения сложного и дефицитного воздуходувного оборудования.. Принимая во внимание масштабы строительства станций аэрации, особенно малой и средней производительности, уже в настоящее время наблюдаются трудности в получении такого оборудования. В настоящей работе намечается изучить струйные аэраторы шахтного типа и условия их применения в сооружениях биологической очистки сточных вод. Предполагается, что их применение при определенных условиях позволит исключить использование дефицитного оборудования, снизить расход электроэнергии на очистку сточной жидкости и повысить надежность работы сооружений биологической очистки.

5.7. Выводы

Выполненные производственные испытания и технико-экономические расчеты по применению струйной системы аэрации показывают;]

1. Установки биологической очистки сточных вод со струйной системой аэрации целесообразно применять на станциях производительностью до 25 тыс.м3/сут.

2. Применение блока биологической очистки со струйной системой аэрации позволяет уменьшить объемы сооружений, снизить суммарную мощность установленного оборудования.

3. Учитывая большие циркуляционные расходы и малые потребные напоры наиболее целесообразно применять осевые насосы.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй, физматгиз. М. i960, с.83-89.

2. Бай-Ши-И. Турбулентное течение жидкости и газов. Изд-во иностранной литературы, М. 1980, с.150-159.

3. Безенов В.В., Масленников H.A., Постников И.С. Механические аэраторы. Городское хозяйство Москвы. М. 1958, с.16-18.

4. Ю.Виткина М.А. О движении газовых пузырьков в процессе барбота-жа. Журнал прикладной химии. Je 10, 1951, с.31-35.

5. П.ВНИИ ВОДГЕО. Аэраторы сточных вод. М. СИ. 1973, с.21-30.

6. Герсеванов Н.М. Теория движения смеси воздуха и воды в применении к эрлифтам. Известия АН СССР. Отд.техн.наук, J& 10, 1942, с.28-32.

7. Гипронисельхоз. Рекомендации по удалению, обработке, обеззараживанию, хранению и утилизации навоза и помета. Дополнение к ОНТП 17-79, М. 1980, с.71-75.

8. Главное общество по очистке питьевых и сточных вод. Очистка сточных вод с помощью активного ила. Париж. IX, 1963, с.5-7.

9. Годес И.Г., Разумовский Э.С., Ганин Б.А. Компактные установки заводского изготовления для очистки сточных вод малых населенных мест методом полного окисления. Сборник "Водоснабжение и канализация". Вып. 13, М. ЦБТй МКХ РСФСР, 1968,с.41-48.

10. Деринг Г.Г., Пудовкин P.A. Очистка сточных вод. Учебное пособие. Челябинск, 1976, с.9-38.

11. Добромыслов А.Я. Расчет и конструирование систем канализации зданий. М. СИ, 1978, с.27-32.

12. Евипевич U.A., Брагинский Л.Н. Оптимизация биохимической очистки сточных вод. I. Стройиздат, 1979, с.17-21.

13. ЖивайкинЛ.Я. К вопросу о методике расчета гидравлического сопротивления пленочных аппаратов. Теоретические основы химической технологии. Je I, т.З, 1969, с.27**32.

14. Жуков Д.Д., Журов В.Н., Рахманов Н.О. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. М. СИ, 1973, с.114-121.

15. Нуков А.И., Монгайт ИЛ., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. Л. СИ, 1979, с.120-123.

16. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Госэнергоиздат, i960, с.215-216.

17. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы и другие струйные аппараты. Маш-стройиздат, 1950, с.II8-130.24* Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М. СИ, 1970, с.120-132.

18. Карелин Я.А., Репин Б.Н., Афанасьева А.Ф., Пономарев В.В. Исследования окислительной способности эжекторных аэраторов на крупномасштабной установке. Водоснабжение и санитарная техника, Je б, 1981, с. 17-21.

19. Карелин Я.А., Репин Б.Н. Биохимическая очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. М. Пищевая промышленность, 1974, с.91-100.

20. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд-во "Химия", М. 1971, с.212-240.

21. Жафаров В.В. Основы массопередачи. Изд-во "Высшая школа", М. 1972, сЛЭ5«170, 217-220.

22. Коган С.Г. Биохимическая очистка сточных вод свинооткормочных комбинатов. Кандидатская диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Л. 1974, с.25.

23. Коган С.Г. и др. О взаимодействии газонасыщенной жидкости и дна аэротенка. Научные труды, вып. 16, НИПТИМЭСХ-З, Л. 1974, с.81-95.

24. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. Изд-во "Химия", Л. 1977, с.78-90.

25. Когановский A.M., Кульский Л .А., Сотникова Е.В., Шмарук BJI. Очистка промышленных сточных вод. К. Техника, 197 4, c.I5I«I60.

26. Колобанов С.К., Ершов A.B., Кигель М.Е. Проектирование очистных сооружений канализации. К. Будивельник, 1977, с.137-149.

27. Кутателадзе С.С., Стырикович М.Д. Гидравлика газо-жидкостных систем. Госэнергоиздат. М.пК. 1958, с.197-213.

28. Ладыженский P.M. Исследование движения воздушных пузырьков в воде при высоких значениях критерия Рейнольдса. Журналприкладной химии, $ 10, 1951, с.78«85.36, Левеншпиль 0. Инженерное оформление химических процессов. Изд-во "Химия", М. 1980, с.315-330.

29. Левитас Э.И. Экспериментальные исследования аэрационного канала в полупроизводственных условиях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук. Каунас, 1969, с.21.

30. Лойцянский Л,Г. Механика жидкости и газа. Главная редакция физико-математической литературы. М. 1963, с.240«252.

31. Лукиных H.A. Проблема очистки городских сточных вод загрязненных синтетическими поверхностно-активными веществами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. М. 1968, с.23.

32. Мазюкевич И.В. Об эжектирующих свойствах поверхности стекающей жидкостной пленки. Сб. трудов "Холодильная техника".т. XI, М. Пищепромиздат, 1956, с.28-32.

33. Максимовский Н.С., Мотков В.А., Анисимов H.H. Очистные сооружения канализации сельских населенных мест (обзор), М. 1972; с.18-23.

34. Механические аэраторы для очистки сточных вод. Информ.письмо АКХ, М. 1956, с.3-5.

35. Мишуков Б.Г., Протасовский Е.М. Исследование процессов мас-сопередачи в аэротенках с пневмомеханическими и струйными аэраторами. В кн. Новые методы и сооружения для водоотведе-ния и очистки сточных вод. Межвузов, темат. сб. тр. Л. ЛИСИ,1980, с.Ю-15.

36. Мойс П.П. Шахтные водосбросы. Энергия. М. 1970, с. II7-I40.

37. Окислительные каналы. Отчет по научно-исследовательской теме НИИКВОВ, М. 1971, с.66-79.

38. Очистка сточных вод. Опыт зарубежного строительства. Информационный сборник. Выпуск П, М. 1963, с.15-23.

39. Перри Д, Справочник инженера-химика. Изд-во "Химия", М. 1969, с.218-220.

40. Поликовский В,И., Перельман Р,Г. Воронкообразование в жидкости с открытой поверхностью. Госэнергоиздат. М.-Л. 1959, с.74-85.

41. Протасовский Е.М. Расчет мощности, потребляемой струйными аэраторами, В кн. Новые методы и сооружения дня водоотведе-ния и очистки сточных вод. Межвуз. тематич. сб. тр. JI. ЛИСИ,1981, с.5-9.

42. Рамм В.М. Абсорбция газов. Изд-во "Химия", М. 1976,с.318-325.

43. Романько И.И. К расчету водосброса шахтного типа. Гидротехническое строительство, £ 4, 1963, с.5-8.

44. Семеновский Ю.В., Акульшин В.А., Пыжиков B.C. Эжекционная система аэрации в установках дня очистки малых количеств сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника, Je 7, 1980, с. 4-6.

45. СНиП П-32-74. Нормы проектирования. Канализация. Наружные сети и сооружения, СИ, М. 1975, с.48-50.

46. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. JI. "Машиностроение", 1976, с.84-91.

47. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М. Энергия, 1970, с.171-180.

48. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М. Мир, 1972, с.I61-180.

49. Уэбб. Биохимическая технология и микробиологический синтез. Изд-во Медицина, М. 1969, с.37-42.

50. Фокеев B.C. Вихревые воронки и их применение на электростанциях. Энергия, М.чЯ. 1964, с.98-114.

51. Френкель A.A. Математический анализ производительности труда. Изд-во Экономика, М. 1968, с.23-38.

52. Хинце И.О. Турбулентность. Гос. изд-во физико-математической литературы. М. 1963, с.214-228.

53. Хьюитт Г., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. М. Энергия, 1974, б.168-178.

54. Циклаури Д.С. Гидрокомпрессоры. Госстройиздат. М. I960, с.5-28.

55. Шервуд Г., Пигфорд Р., Уилни Ч. Массопередача. Изд-во Химия, М. 1982, с.119-130.

56. Шиллер JI. Движение жидкости в трубах. Перевод с немецкого, М.-Л. ОНТИ. Главная редакция общетехнической литературы, 1936, с.69-75.

57. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Перевод с немецкого, М. Наука, 1969, с.219-232.

58. Шпицберг В.А. Растворение кислорода в аэротенках и метод оценки аэрационных систем. Сб. АКХ "Городская канализация",3, выпуск 39, 1968, с.24~30.

59. Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Гос. Научно-техническое изд-во химической литературы, Л. 1963, с.138-149,

60. Шустер X., Пушель 3. Биологическая очистка сточных вод с помощью затопленной струи. Wosserwirtschrfl Wasser'techniK, M II, 1969, с.432-436.

61. Шутов Ю.Д,, Алексеев М.И. Вопросы аэрации жидкости в шахтных перепадах на канализационной сети. Санитарная техника. Краткие содержания докладов секции к XXX научной конференции ЛИСИ; Л. 197I, с.58-61.

62. Юдина Л.Ф. Исследование основных закономерностей потребления кислорода при биологической очистке сточных вод в аэро-тенках. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. M. 1978, с. 22.

63. Яворский В.П. Исследование эжекторной аэрации для биохоми-ческой очистки сточных вод. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Каунас, 1972, с.26.

64. Яковлев C.B., Карелин Я,А,, 1уков А.И., Колобанов С.К. Канализация. М. СИ. 1975, с.318-330,

65. Яковлев С.В,, Скирдов И.В., Швецов В.Н. Применение технического кислорода для биологической очистки сточных вод. Водоснабжение и сантехника, $ 4, 1972, с. 18-24.

66. ABS. TauchbeCii^ier ¿(ür dce btofogteche Abwasserreinigung. Korrespondenz Abwasser, 19BQ, »17, <,.469-472.

67. ABS. Umwe&schtfU Unter besonderer ßerucKSichtXjang der duarit. W. Letpiij. VE В Deutscher Vertag jur Grunddo-fJCndustrCe. 1976, S. 27,36,37,59,168,2li,22Q, 231,232.

68. Asendorf E., Hornburg B- Die Doppe&njeKW6e&ftuncj tn hoch betasteten Ktaranßa^en -ein wirtschajMLche Losuncj, ^ür Industrie Landwirt-scha(t und Komunen. "3r\dustre Abwasser. 1975,^6,5.16-19.

69. Baaos J.K., Mu$Kat J. Oxi^enaUon ojj. Wat*r btadzd Rotors-Research 3nsUbate fo Pußttc Keatth Engifleerwcj Report.1967, p.2ä.

70. Baars J.K., fAu^at J. Der Sauersto^eavtraj ui Wasser mut rotierender Büreten. Gesundheuts-Ingenieur. 1962, ri7, s.83.

71. Cabe Mc. Br. and Ескеи^е&ег W.( Westeyft- &od remoyat and Sludge process. Water Portion ControC Pedervitton4 l^ßl,v. 33(NS, p. 88-92.

72. Chrtet W. Der- Slmpta- Hoch^eistunjSKretee?, ^uo die biologische ReCn^uti^. haussier, undustrteler uncl ^werblicher Abwasser-nach dem Betebun^sverfahren. l9G3,s. 53-70.

73. Daucher H.H., КгоеЫкй Р., Popp K.H. DCe StrabWu«n&egaiu«^ ein Mö^Ctch&eit Bettffcunj bioCojischer Klaranlagen. Chemie-Ingenuer-Technik. 1974, H, s.337-342.

74. DDR-Hauptpaient Ы Anmeldetacj 2ßJ.wfiß.

75. DDR Patent DWP 85c./137aifi. Verfahren iur biochemischen Reinigung Konzentrierter tensidhaltiger Abwasser. Anme£deta<j 3UiU96fi.9Q. DDR- Patent ü 1Ш44. Verehren und Vorrichtung ^ur Begasung von Flüssigkeiten. AnmcCdetag 28.)(IH972.

76. Downing A.L., BavCev R.W- Aeration processes {or the 6iotogica£ Oxidation o^ Waste. Waters Trans-3nstn. Chem. Encjrs. 1961, »15. Chem. 1961, 155, p. «A3-»48.

77. E&ens F. Jhe treatment a| Waste and the Reati&fcation Rivers and Latces the PKq(£us Pmjoks. Academic ro^a£ scuence outremes. 1976, H2, p. U5-120.

78. Ec*en{eCder W W- Factors a^edticy the aeratum o^Ldency o| Sewage arid Industrial Wastes. Sewage and Jndustria^ Wastes. 1959, V.Sl,fH(p. 18-19.

79. EcKcnfcWer W.W., Weston R.F. Kinettes of- fcujCogibai Oxidation. ßiotojicaC Treatment Sewage and 3ndustrüaC Wastes. 1956/^ 1, p.23-26.9F. Emde W- Die Cetfcten Fortschritten des Belebungsverfahren. Wasserwirtschaft WassertechnU, 1961, s- »85-191.

80. Emde W. Aspects of the hi^jh rate actuated ^tud^e process-Air and Water. 1965, V.5, t4Z, ?.82-84.

81. Emde W., Kehr 6.0. Experiment of-the ht^li rate activated Studie Process. Water Portion Control Federation. i960, riio, p. 1121-UZ5.

82. G-angtarc^tc, Suchica^. Docwiadcrenia poCtechnisne nod napowietr-sanCen ScCe^ow wedtunj sustema ^rtKa.Gas, Woda, Technitca Sanitarna, 1961, s.ft-ll.

83. G-rich E. Operating experience with activated Sludge reaeration. Water Poitutuon Control Federation. 1961, d8 , p. №-\W.

84. HeebA.and Rau E. Die neue SchCammßeCekmgsanCa^e im Haupt-k^arwer* Stutjart Muh Ahausen, Das G-as-und Wasserfach,i960, il 18, 4. ïîMîô.

85. Hur\ïcer\ К. H. Untersuchungen u&er den Reùni^unjsmtauj und ölen SauerSto^verBrauch beù der ft&wasserreinî^unj durch das ßefeßtsdifom-mver^ahren. München, l9ßo(s.462,

86. Umhojl K. Ode &eta$.tunjstcenn&eiichnen von Me&ungsanfagen stur AôwasserreùnCgun^. Dûs G-as-und Wasser jach. 1254-1258.

87. Jacjusch L, Schonherr W- Das Taudistrah£?>egasun^sver.{ahrert ein neues oKoftomùsches Verehren. СЬшье- UngenUr- TechnU. 1972,

88. B. Jagusch L., PuscheC $. Tauch $trah£be(uj-Uinj-eùri neuartiges

89. VE В Kombinat , Schwarbe Pumpe" ггргоЫя& Be^iunj softem jtur ßtoßoguschen Reùù^un^ h och belastete r Abwasser. ^sser Wirtschaft-Wass ertech пик. l<3£8, d 51 s. Ifio- (64.1Q7. К.Й. Lu{tm<2n^eriberechnutij jur &e£efcungsanCa£e. Das

90. Gas- und WasserfaoK. WCljM,

91. HO. Koppen VJ.C. Essen• Oie Eù«|uhrunj des $vmp^ex-UodiCeùstun<)$tt<2Î-sefe un die deutsche Abwassertechnùc. s. 248.

92. Ut. Ма^з. F. und BCschajsberger W. Uber die Atiwendung poröses Ptastix-wateria£en ah Be£u-f-tun<jstcoYper ùm Begebung sanken. Das Gas-und Wasser|ach. 1961,^44, S.U97M199.

93. Mervin D., Steward J. Water and Sewage. Щ, d4, p. 128-wi.

94. Ma^eC Qw Kurien Й., ^inn R. $>Wh£duservreaK.toren. Chemie-^ngenCer-TedanU. 1970, tl7, s.474-479.

95. П4. Qstermann G. Hydraulische und betriebstechnische Untersuchungen

96. Ox^datuMcjrci&eri, Wa^erw/L^sdaali-Wasseriechn^, 1965, tJ8, s.270-274.

97. SduegCer L. £ur ßeCu^tunfl der Abwassers. Das G-as-und Wasser^ach. 1957, $.97-100.

98. U9. SudwOcji M. The Sumcar aerator. operational experience dt HasCemere. Proceeding o(ihe institute Sewage Purine p.43-48.

99. Simpson IX. Exterited Sludge aeration qctuvated $fadqe Systems. Proceeding o{ihe InvU-fcute of-Sewage Purufic.\9e4,rt4,p.22-27.

100. S-tuwer LL Das Hamburger Haupt^WerK Koh£6randho|i. Pas Gas-und Wassenach. 1961/d24, s.H8&-U92.

101. Spohr From o£d conventional activated SCudge to contact sta

102. BCfrsatiorK Wastes Engineering 1962 2, s.33-37. 125. Wictinjj X Sechs Jahre EntwucsCunj. TCc^n wasser Geltung ip der

103. DPR. Wasserwirtscha-^ WassertechniK. №79,ti s. 14-17. (24. iusatg,-Patent ti 59549. kmddeia^ №1966.