Пневматическая система
Аэрация воды осуществляется путем подачи воздуха под поверхность воды. В зависимости от типа применяемого аэратора различают:- мелкопузырчатую аэрацию с крупностью пузырьков воздуха 1...4 мм. В этом случае используют керамические, тканевые и пластиковые аэраторы;
- среднепузырчатую аэрацию, крупность пузырьков составляет 5..Л0 мм. Для этого применяют перфорированные трубы, щелевые аэраторы и др;
- крупнопузырчатую аэрацию с крупностью пузырьков более 10 мм. Используют открытые снизу трубы и сопла.
- В зависимости от давления, создаваемого на выходе, различают аэраторы низкого (до 10 кПа), нормального (10...50 кПа) и высокого (свыше 50 кПа) давления.
В Российской Федерации наиболее распространенным типом мелкопузырчатого аэратора является фильтросная пластина размером 300x300 мм и толщиной 35 мм, изготовляемая из шамота, который связан смесью жидкого стекла с мелкой шамотной пылью, или из кварцевого песка и кокса, которые связаны бакелитовой смолой. Эти пластины заделывают в железобетонные каналы в днище аэротенка вдоль длинной его стороны. Воздух в каналы подводится по воздуховодам и стоякам.
Недостатком фильтросных пластин является их засоряемость и зарастаемость биогшенкой. Использование пористых труб позволяет избежать этих затруднений. Кроме того, грубы удобно извлекать из воды для ремонта целыми секциями.
Тканевые аэраторы имеют несколько конструкций:
1) рамную, состоящую из рамы с натянутой на ней синтетической тканью;
2) тарельчатую, состоящую из тарелок, обтянутых сверху тканью; 3) решетчатую, состоящую из перфорированных трубок с натянутой на них капроновой тканью.
Дырчатые трубы, относящиеся к среднепузырчатым аэраторам, укладываются горизонтально у дна аэротенка. Трубы имеют отверстия 3...4 мм. Недостаток дырчатых труб - засоряемость ржавчиной. Для крупнопузырчатой аэрации используют трубы диаметром 50 мм с открытыми концами, опущенные вертикально вниз на глубину 0,5 м от дна аэротенка.
Мелкопузырчатая и среднепузырчатая аэрация более выгодны не только по окислительной способности, но и с точки зрения перемешивания среды. Оптимальная глубина погружения аэратора, дающего мелкие пузыри (диаметром около 2.0. ..2.2 мм), составляет около 3,6 м, причем в момент образования пузырька переносится в жидкость 25 % от общего количества растворяемого кислорода. Следовательно, для пневматической аэрации наиболее экономичны аэротенки глубиной
3.5.. .4 м с мелко- или среднепузырчатыми аэраторами.
Выбор типа аэратора обусловлен только потребностью в кислороде, а практически - концентрацией загрязнений. При повышенных концентрациях загрязнений (БПК2о более 300 г/м3) рекомендуется применять мелкопузырчатые аэраторы, а при меньших - среднепузырчатые, у которых потери напора воздуха меньше.
Высокоскоростные процессы, а также процессы, требующие большей глубины их протекания, для которых необходима значительная степень турбулентности среды, осуществляются в аэротенках с механическими аэраторами; если при этом концентрация загрязнений высока и требуется не только высокая скорость подачи, но и большое количество кислорода,- системами с пневмомеханической аэрацией.
Механическая и пневмомеханическая аэрация
Механические аэраторы распространены в практике очистки сточных вод довольно широко. Существуют два основных типа механических аэраторов - с вертикальной и горизонтальной осью вращения.Аэраторы с вертикальной осью вращения могут быть поверхностными и заглубленными в жидкость; по виду механизма аэрации их разделяют на турбинные, импеллерные и струйные. Аэраторы с горизонтальной осью вращения бывают поверхностные (роторные) и мешалочные.
Механизм процесса аэрирования воды в рассматриваемых случаях можно разделить на следующие виды:
- подсос воздуха движущейся в жидкости лопаткой через поверхность за счет понижения давления за лопаткой;
- насыщение кислородом многочисленных струй и капель жидкости, образующихся при разбрызгивающем действии механического аэратора и имеющих большую поверхность контакта с воздухом;
- смешение жидкости и воздуха в межлопастном пространстве аэраторов в условиях резких перепадов давлений между зонами повышенного и пониженного давления соответственно перед движущимися лопатками и за ними;
- подсос воздуха струями жидкости, падающими или вводимыми в массу жидкости;
- растворение кислорода через обменивающиеся слои поверхности жидкости при ее турбулентном перемешивании.
Различные виды аэраторов работают с преобладанием тех или иных механизмов аэрации либо при их сочетании. Схемы механических аэраторов приведены
Аэрирование иловой смеси центробежными турбинными аэраторами осуществляется за счет подсоса воздуха вслед за движущейся лопаткой. Радиально-осевые поверхностные аэраторы разбрызгивают верхние слои жидкости, но также проявляют при этом свойства рабочего колеса полуаксиального насоса и перемешивают жидкость, способствуя реаэрации через поверхность.
Осевые аэраторы работают как винтовые насосы, поднимая массы жидкости вверх и направляя их специальным криволинейным козырьком обратно в жидкость в виде цилиндрической струи, которая подсасывает воздух. Кроме этого, за счет очень интенсивного перемешивания осуществляется реаэрация через поверхность жидкости.
Заглубленные турбинные аэраторы засасывают воздух движущимися лопатками верхней турбинки, причем воздух поступает через отверстия в диске этой турбинки в межлопаточное пространство - воронку, создаваемую вращением турбинки. Нижняя турбинка за счет понижения давления вдоль оси вращения углубляет воронку до нижних слоев жидкости и способствует тем самым перемещению воздухонасыщенных масс жидкости в нижнюю зону бассейна, т.е. наиболее полному насыщению кислородом всего аэрируемого объема.
Заглубленные турбинные аэраторы могут быть оборудованы дополнительной пневматической системой аэрации; тогда они выполняют роль мешалок, причем нижняя турбина служит диспергатором воздуха.
Импеллерные аэраторы с плоским диском устроены так, что зона пониженного давления вблизи центра диска сообщается специальной трубой с атмосферой над поверхностью жидкости, при этом вал, на нижнем конце которого укреплен диск с лопатками, проходит внутри трубы. При вращении диска создается пониженное давление внутри трубы, обусловливающее подсос воздуха из атмосферы. В межлопастном пространстве диска происходит дробление потока воздуха за счет пульсирующего перемещения жидкости, отбрасываемой лопатками. Водовоздушная смесь входит в жидкую среду бассейна, насыщая ее кислородом.
Импеллерные аэраторы с полым объемным диском, в котором лопатки («зубья») располагаются между двумя плоскими дисками, имеют полый вал, внутренняя полость которого соединена с полостью диска и атмосферой над поверхностью жидкости. Механизм аэрирования в этом случае такой же, как у аэраторов с плоским диском, но степень дробления воздуха еще выше за счет так называемого явления мягкой кавитации.
Высокая степень дробления воздуха в межлопастном пространстве импеллерных аэраторов обусловливает интенсивное насыщение воздухом потока, отбрасываемого в массу аэрируемого объема жидкости. Это способствует повышению коэффициента использования воздуха, но поток водовоздушой смеси, имеющий меньшую плотность, обладает и меньшей кинетической энергией. Поэтому импеллерные аэраторы применяют в аэротенках малой производительности.
Роторные аэраторы обеспечивают подсос воздуха движущимися лопатками и образуют при выходе из воды струи и капли жидкости, имеющие большую поверхность контакта с воздухом и увлекающие воздух при падении в жидкость. Кроме того, жидкость интенсивно перемешивается. Поэтому для роторных аэраторов характерно многообразие механизмов аэрации.
Мешалочные аэраторы насыщают жидкость кислородом преимущественно за счет перемешивания среды и обновления поверхностных масс жидкости, т. е. путем реаэрации.
Основными параметрами для расчета систем механической аэрации являются производительность по кислороду или ОС и потребляемая аэратором энергия в абсолютном или относительном значениях. Кроме этого, следует принимать во внимание объем жидкости, в котором обеспечивается необходимая турбулентность.
Струйные, или эжекторные, аэраторы выполнены в различных конструкциях, однако имеют в своем составе сопло для пропуска жидкости, патрубок для вовлечения воздуха из атмосферы и диффузор.
Струйный аэратор
Принцип действия аэратора основан на эжектирующем действии водной струи в сужении, благодаря чему вода насыщается пузырьками воздуха.
