Биологическая очистка сточных вод

 

Биологическая (или биохимическая) очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать для питания находящиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и пр.), которые являются для них источниками углерода. Необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов азот, фосфор и калий они получают из различных соединений, содержащихся в сточных водах: нитратов, фосфатов, калийных солей. В процессе питания микроорганизмов происходит прирост их биомассы.

Прирост биомассы зависит от соотношения между количеством веществ, поддающихся биологическому окислению (БПК), и общим количеством органических веществ, присутствующих в стоках (ХПК). Чем больше отношение БПК к ХПК, тем выше прирост биомассы. Сточные воды рекомендуется подвергать биологической очистке, если отношение БПК/ХПК > 0.5 [12]. В противном случае их подвергают физико-химической очистке.

Достоинством биологической очистки является то, что она позволяет удалить из сточных вод чрезвычайно широкий спектр как органических, так и неорганических соединений, обеспечивая при этом достаточно высокую степень очистки. Кроме того, биологическими методами можно обрабатывать очень большие объемы сточных вод (сотни тысяч и даже миллионы м³ в сутки), что практически невозможно осуществить другими методами.

Биологическая очистка сточных вод может происходить как в естественных, так и в искусственных условиях. При этом биохимическая деструкция содержащихся в воде примесей может осуществляться аэробными или анаэробными микроорганизмами. Для очистки сточных вод применяются преимущественно аэробные методы. Анаэробные методы используются главным образом для обработки (сбраживания) осадков, образующихся при очистке стоков.

Аэробная очистка сточных вод в естественных условиях осуществляется на полях фильтрации и полях орошения, биологических прудах. Искусственными сооружениями аэробной биологической очистки являются аэротенки, окситенки, биофильтры, оросительные и циркуляционные каналы.

Анаэробная очистка сточных вод реализуется в анаэробных биофильтрах, а анаэробное сбраживание осадков – в метатенках.

При решении вопроса об использовании биохимических методов необходимо учитывать существенное влияние некоторых факторов на процесс очистки:

1. Температура. Температура сточных вод должна быть не ниже 6 и не выше 37 ºС. Оптимальной для аэробных процессов в очистных сооружениях считается температура 20÷30 ºС [3]. Если температурный режим не соответствует оптимальной, то скорость биохимического окисления снижается.

2. Активная реакция среды. Биологическая очистка эффективна при значении рН = 5÷9, оптимальным считается значение 6.5÷7.5. Отклонение рН за допустимые пределы приводит к замедлению обменных процессов в клетках микроорганизмов и снижению скорости биохимического окисления.

3. Биогенные элементы. Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется соотношением БПК:N:P. В соответствии с [1] соотношение БПК_полн: N: Р должно составлять 100: 5: 1. При существенном отклонении данного соотношения от рекомендуемого следует специально добавлять биогенные элементы в сточную воду или разбавлять бытовые стоки различными видами производственных.

4. Кислородный режим. Для сооружений аэробной биологической очистки необходимо поддерживать концентрацию кислорода в очищаемых сточных водах не ниже 2 мг/л [1].

5. Токсичные вещества. На процессы биологической очистки оказывают токсичное действие многие органические и неорганические вещества. Наиболее неблагоприятное воздействие вызывают тяжелые металлы, цианиды, ПАВ, красители, а также высокие концентрации альдегидов, фенолов, ацетона, бензола и ряда других соединений. Кроме того, негативное влияние на ход биохимических процессов оказывает влияние наличие в воде нерастворимых примесей, таких как нефтепродукты, жиры, смолы.

6. Взвешенные вещества и солесодержание. Рекомендуемая концентрация взвешенных веществ в сточных водах, подаваемых на биологическую очистку, не должна превышать 150 мг/л, а общее солесодержание – не более 10 г/л.

Создание и поддержание благоприятных условий для протекания процесса биологической очистки можно считать одним из ее недостатков. Другими недостатками являются низкая скорость протекания процесса, что обусловливает большие объемы и размеры очистных сооружений, а также чувствительность процесса к изменению количества и состава сточных вод.

Ввиду значительного разнообразия методов и сооружений биологической очистки и ограниченного объема настоящего издания далее рассмотрим только сооружения и аппараты, наиболее распространенные в практике водоочистки.

 

Аэротенки

 

Аэротенки являются сооружениями для искусственной биологической очистки сточных вод. Они могут успешно применяться для полной или неполной очистки городских и производственных сточных вод, а также их смесей.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, в которые подаются очищаемая вода и активный ил и происходит их перемешивание и насыщение кислородом воздуха. Из сооружения выходит смесь очищенной воды и активного ила (иловая смесь), которая разделяется методами отстаивания или флотации. Активный ил снова возвращается в аэротенк, а вода подается на дальнейшую обработку. Аэротенки можно классифицировать по следующим признакам:

1) по структуре потока – аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки с рассредоточенным впуском сточной воды (рис. 5.1);

2) по числу ступеней – одно-, двух- и многоступенчатые (рис. 5.2);

3) по способу регенерации активного ила – аэротенки без регенераторов и аэротенки с регенераторами (как с отдельно стоящими, так и со встроенными в аэротенк);

4) по нагрузки на активный ил – высоконагружаемые, обычные и низконагружаемые;

5) по конструктивным признакам – прямоугольные, круглые, комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и т. д.;

6) по типу систем аэрации – с механической, пневматической, комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.

Рис. 5.1. Схемы аэротенков (подача воздуха условно не показана): а) – вытеснитель; б) – смеситель; в) – с рассредоточенным впуском воды (комбинированный): I – подача сточной воды; II – подача активного ила; III – выпуск иловой смеси.

В аэротенках-вытеснителях вода и активный ил сосредоточенно подаются в начало сооружения, а иловая смесь также сосредоточенно отводится в конце его. При таком режиме работы нагрузка на ил и скорость потребления кислорода максимальны в начале сооружения и минимальны в конце. В данном случае оптимальные условия для биохимической очистки существуют только в какой-то средней части аэротенка, вследствие чего вытеснители плохо справляются с залповыми перегрузками по загрязнениям, в них нельзя существенно повысить рабочую концентрацию ила. Достоинством аэротенков-вытеснителей является то, что режим их работы практически исключает попадание исходных загрязнений в очищенную воду. Аэротенки вытеснители рекомендуется применять для очистки сточных вод с БПК_полн до 300 мг/л [12], при отсутствии залповых сбросов, а также на второй ступени двухступенчатой биологической очистки [1].

Сточная вода и активный ил в аэротенках-смесителях подводятся равномерно вдоль одной из длинных сторон сооружения, а иловая смесь равномерно отводится вдоль другой длинной стороны. При этом нагрузка на ил, скорость биохимического окисления и потребление кислорода постоянны во всем объеме сооружения. Однако качество очищенной воды при прочих равных условиях может оказаться ниже, чем в аэротенках-вытеснителях, поскольку особенность гидродинамической структуры потока обусловливает вероятность попадания части только что попавшей в аэротенк сточной воды в выпускной канал. Аэротенки-смесители применяют при БПК_полн сточных вод до 1000 мг/л и более.

В аэротенк с рассредоточенной подачей жидкости активный ил сосредоточенно подается в начало сооружения, а сточная вода рассредоточено вдоль одной из длинных его сторон. Причем сточную воду в аэротенк подают не равномерно, а с постоянно уменьшающимся по длине сооружения расходом, соответствующим уменьшению концентрации активного ила вследствие его разбавления. При этом нагрузка на ил, скорость окисления и потребление кислорода постоянны по всей длине аэротенка, а возможность попадания неочищенной воды в выпускной канал сводится к минимуму. Таким образом, аэротенки с неравномерным впуском воды сочетают в себе достоинства аэротенков-вытеснителей и аэротенков-смесителей.

Рис. 5.3. Общий вид в плане секции двухкоридорного аэротенка с рассредоточенным впуском сточных вод: 1 – трубопровод исходной сточной воды; 2 – верхний канал; 3 – распределительный лоток; 4 – затворы-водосливы; 5 – нижний канал; 6 – трубопровод иловой смеси; 7 – водослив аэротенка; 8 – трубопровод опорожнения аэротенка; 9 – трубопровод возвратного ила; 10 – распределительная ветвь; 11 – воздушные стояки; 12 – дренажные линии; 13 – керамические трубы; 14 – керамические пластины; 15 – барботажный трубопровод

Регенерацию активного ила применяют при наличии в сточных водах трудноокисляемых соединений. Отмечено, что практически полный переход загрязнений из сточной воды в активный ил происходит за промежуток времени 1÷3 часа. Примеси, сорбированные илом, не могут снова попасть в воду, но продолжительность их биохимической деструкции значительно дольше указанного времени. Для доокисления примесей активный ил, выделенный из иловой смеси, направляют в регенератор (отдельно стоящий или встроенный в аэротенк), где происходит аэрация ила воздухом и восстановление его окислительной способности.

Схемы с регенерацией активного ила предусматривают при БПК_полн сточных вод свыше 150 мг/л, а также при наличии в сточных водах трудноокисляемых примесей. Объем регенератора обычно составляет 25÷50 % (иногда до 75 %) от объема аэротенка.

Рис. 5.4. Поперечное сечение двухкоридорного аэротенка с рассредоточенным впуском сточных вод: 1 – водораспределительный лоток; 2 – воздуховод; 3 – воздушные стояки; 4 – фильтросные короба

Конструктивное исполнение аэротенков весьма разнообразно. Аэротенки с рассредоточенным впуском состоят из ряда параллельно расположенных секций, объединенных распределительным (верхним) и сборным (нижним) каналами (рис. 5.3, 5.4). Каждая секция представляет собой резервуар, разделенный перегородкой на коридоры, оборудованные устройствами для аэрирования иловой смеси, щитовыми затворами, системой трубопроводов для подачи сжатого воздуха, воды, активного ила и мостиками для обеспечения подхода к местам обслуживания. Осветленная вода по подводящим трубопроводам подается в верхний канал аэротенков, откуда поступает в распределительные лотки, расположенные на перегородках, и через регулируемые затворами отверстия переливается в аэротенк.

В качестве аэраторов приняты пористые керамические трубы или пористые керамические пластины. Для равномерного распределения циркулирующего активного ила между секциями аэротенка предусмотрены камеры с подкачкой ила насосами или эрлифтами. Циркулирующий активный ил из камеры распределения подается по трубопроводу в начало первого коридора каждой секции, а затем смешивается с поступающей из распределительного лотка сточной водой. Иловая смесь в конце второго коридора через водослив с тонкой стенкой переливается в нижний канал аэротенка, откуда трубопроводами отводится во вторичные отстойники.

Для предупреждения выпадения взвешенных веществ в верхнем и нижнем каналах предусмотрены аэраторы, выполненные в виде труб-стояков с открытыми нижними концами. Интенсивность барботирования – 1.5 м³/ч на 1 погонный метр канала. Для опорожнения аэротенка в каждой секции предусмотрен приямок с отводящей трубой. Время опорожнения одной секции составляет около 12 часов.

Общие гидравлические потери в аэротенке, м, определяются по формуле:

 

Нп = h 1 + h 2 + h 3,

где h ₁ – потери напора на входе из верхнего канала в распределительный лоток:

 

,

где ζ = 0.5 – коэффициент местного сопротивления;

v – скорость в распределительном лотке, м/с;

h ₂ = h’ + a – разность уровней в распределительном лотке и аэротенке;

а = 0.1 м – расстояние от порога водослива до уровня воды в аэротенке;

h’ – напор на водосливе при выходе сточной воды в аэротенк:

 

,

(5.1)

где Q ₀ – расход сточной воды через отверстие, м³/с. Определяется на основании расхода воды через секцию аэротенка и количества водосливов на распределительном лотке (от 8 до 14 при длине аэротенка 36÷60 м);

т = 0.42 – коэффициент расхода;

L = 0.9 м – длина водослива;

h ₃ = h +В – разность уровней воды в аэротенке и в нижнем канале;

В = 0.1 м – расстояние от порога незатопленного водослива до уровня воды в нижнем канале;

h – напор на водосливе при выходе смеси из второго коридора секции в нижний канал:

 

,

(5.2)

где Q_см – суммарный расход сточной воды и активного ила, м³/с;

b ₁ – ширина водослива, м (см. табл. 5.1).

 

Таблица 5.1

Гидравлические параметры аэротенков с рассредоточенным

впуском сточных вод [13]

 

Расход сточных вод через одну секцию, л/с	Сечение распределительного лотка В×Н, мм	Ширина водослива на выходе из 2-го коридора, м
до 50	300×600	до 0.5
50÷116	450×600	0.5÷1
116÷220	600×900	1÷2
220÷370	900×900	2÷2.5

 

Расчет аэротенков включает в себя определение вместимости и габаритов сооружения, количества требуемого для аэрации воздуха и избыточного активного ила. Существует несколько методик расчета аэротенков [4]. Ниже приводится обобщенный метод, приведенный в [1]

Для аэротенков без регенерации активного ила вычисляется продолжительность аэрации. Продолжительность аэрации, ч, в сооружениях, работающих по принципу смесителей, определяется по формуле:

 

,

(5.3)

где L_вх – БПК_полн сточной воды, поступающей в аэротенк, мг/л;

L_вых – БПК_полн очищенной воды, мг/л;

а – доза ила в аэротенке, г/л;

s – зольность ила;

ρ – удельная скорость окисления, мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества активного ила в час, мг/(г · ч);

Доза ила в аэротенках-смесителях без регенераторов принимается равной 3 г/л, с регенераторами – 2÷4.5 г/л [12]. Формула (5.3) справедлива для среднегодовой температуры сточных вод t_в = 15 ºС. При другой среднегодовой температуре воды вычисленная по формуле (5.3) продолжительность аэрации должна быть умножена на отношение t_в / 15.

Удельная скорость окисления рассчитывается по формуле:

 

,

(5.4)

где ρ _max – максимальная скорость окисления, мг/(г · ч);

С_к – концентрация растворенного кислорода, мг/л;

k_L – константа, характеризующая свойства органических загрязнений, мг БПК_полн/л;

k_O – константа, характеризующая влияние кислорода на процесс очистки, мг О₂/л;

φ – коэффициент ингибирования активного ила продуктами распада, л/г.

Продолжительность аэрации в аэротенках-вытеснителях вычисляется по формуле:

 

,

(5.5)

где k_n – коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания на процесс очистки. При полной биологической очистке (L_вых ≤ 15 мг/л) принимается равным 1.5, при L_вых > 30 мг/л – 1.25.

L_см – БПК_полн сточных вод с учетом разбавления циркуляционным расходом, мг/л:

 

,

(5.6)

где R – степень рециркуляции активного ила.

Доза активного ила для аэротенков-вытеснителей без регенерации принимается равной 3÷5 г/л, с регенерацией – 2.5÷4 г/л [12].

Режим вытеснения в аэротенке обеспечивается при соотношении длины коридора к ширине более 30:1 [1, 3]. Если это отношение меньше, то производят дополнительное секционирование коридоров продольными перегородками.

Значения параметров, входящих в формулы (5.4) и (5.5) для некоторых видов сточных вод указаны в [1] и табл. 5.2.

 

Таблица 5.2

Значения параметров для определения скорости окисления

Сточные воды	ρ max, мг/(г · ч)	kL, мг/л	kO, мг/л	φ, л/г	s
Городские			0.625	0.07	0.3
Производственные:
а) нефтеперерабатывающих заводов:
I система			1.81	0.17	-
II система			1.66	0.158	-
б) азотной промышленности			2.4	1.11	-
в) заводов синтетического каучука			0.6	0.06	0.15
г) целлюлозно-бумажной промышленности:
сульфатно-целлюлозное производство			1.5		0.16

Продолжение таблицы 5.2

 

Сточные воды	ρ max, мг/(г · ч)	kL, мг/л	kO, мг/л	φ, л/г	s
сульфитно-целлюлозное производство			1.6		0.17
д) заводов искусственного волокна (вискозы)			0.7	0.27	-
е) фабрик первичной обработки шерсти:
I ступень			-	0.23	-
II ступень			-	0.2	-
ж) дрожжевых заводов			1.66	0.16	0.35
з) заводов органического синтеза			1.7	0.27	-
и) микробиологической промышленности:
производство лизина			1.67	0.17	0.15
биовита и витамицина			1.5	0.98	0.12
к) свинооткормочных комплексов:
I ступень			1.65	0.176	0.25
II ступень			1.68	0.171	0.3

 

Степень рециркуляции, выражает отношение количества циркулирующего ила к расходу сточных вод в аэротенке. Для отстойников с илососами, с илоскребами и самотечным удалением ила должна быть не менее соответственно 0.3, 0.4 и 0.6. Степень рециркуляции определяется по формуле:

 

,

(5.7)

где J – величина илового индекса, см³/г.

Иловый индекс характеризует способность активного ила к оседанию и представляет собой объем в миллилитрах, занимаемый им после 30-минутного отстаивания. Хорошо оседающим считается ил с индексом не более 100÷120, глубоко минерализованный ил может иметь индекс 60÷90. При резкой перегрузке или недогрузке, изменении температуры или состава стоков ил может «вспухать» и иметь индекс 150÷200. Такой ил плохо оседает и отделяется от воды во вторичных отстойниках и выносится с очищенной водой, уменьшая степень очистки и концентрацию ила в аэротенке. В то же время, такой ил эффективно очищает воду [4]. Формула (5.7) справедлива при величине илового индекса до 175 см³/г и дозе активного ила до 5 г/л.

Величина илового индекса определяется экспериментально в зависимости от нагрузки на ил. Для некоторых видов сточных вод иловый индекс может быть определен по табл. 5.3.

 

Таблица 5.3

Зависимость илового индекса от иловой нагрузки

для некоторых видов сточных вод [1]

 

Сточные воды	Иловый индекс, см^3/г, при иловой нагрузке мг/(г · сут)
Городские
Производственные:
а) нефтеперерабатывающих заводов	—
б) заводов синтетического каучука	—
в) комбинатов искусственного волокна	—
г) целлюлозно-бумажных комбинатов	—
д) химкомбинатов азотной промышленности	—

 

Нагрузка на ил, мг БПК_полн на 1 г беззольного вещества активного ила в сутки, рассчитывают по формуле:

 

.

(5.8)

 

При проектировании аэротенков с регенераторами определяют общую продолжительность окисления по формуле:

 

,

(5.9)

где а_р – доза ила в регенераторе, г/л:

 

.

(5.10)

 

В формулу (5.9) подставляется скорость окисления ρ, вычисленная по выражению (5.4) при дозе ила а_р.

Продолжительность пребывания сточных вод в аэротенке, ч[6]:

 

.

(5.11)

 

При расчете аэротенков-вытеснителей с регенераторами в формулу (5.11) подставляется БПК сточных вод с учетом разбавления их активным илом (см. выражение 5.6), а в формулу (5.9) – без учета разбавления.

Продолжительность регенерации активного ила:

 

.

(5.12)

 

Объем аэротенка, м³, вычисляется по формуле:

 

.

(5.13)

 

Объем регенератора, м³:

 

.

(5.14)

 

Суммарный объем аэротенка и регенератора: W = W_a + W_p.

Нагрузка на ил для аэротенков с регенераторами вычисляется с учетом средней дозы ила и времени пребывания в системе «аэротенк – регенератор»:

 

,

(5.15)

где t_ap – продолжительность пребывания воды в системе «аэротенк – регенератор», ч:

 

.

(5.16)

a_ср – средняя доза ила в системе «аэротенк – регенератор», г/л:

 

.

(5.17)

 

При расчете аэротенков-смесителей без регенератора задаются дозой ила в аэротенке, вычисляют скорость окисления по формуле (5.4) и продолжительность аэрации по формуле (5.3). Объем аэротенка-смесителя без регенератора, м³:

 

.

(5.18)

 

При расчете аэротенков-смесителей с регенераторами на основании опыта эксплуатации аналогичных сооружений задаются средней дозой активного ила a_cp, иловым индексом J и степенью регенерации Р (отношением объема регенератора к суммарному объему аэротенка и регенератора). По формуле (5.7) находят кратность циркуляции R, по формуле (5.4) скорость окисления, а по формуле (5.3) продолжительность окисления для средней дозы ила. Суммарный объем аэротенка и регенератора вычисляют по выражению (5.18), объемы аэротенка и регенератора – по выражениям (5.19) и (5.20) соответственно:

 

.	(5.19)
.	(5.20)

 

Затем по формуле (5.15) определяется нагрузка на ил и уточняется иловый индекс для данной нагрузки. С учетом уточненного илового индекса корректируется степень рециркуляции R и определяется доза ила в аэротенке:

 

.

(5.21)

 

При расчете аэротенков-вытеснителей без регенерации задаются дозой ила в аэротенке а и иловым индексом J. Затем по формуле (5.7) находят степень рециркуляции, а по формуле (5.6) БПК смеси сточной воды и циркуляционного ила, поступающей в аэротенк. Продолжительность аэрации вычисляют по выражению (5.5), а объем аэротенка по выражению (5.13). Далее вычисляется иловая нагрузка, корректируется иловый индекс и пересчитывается степень рециркуляции R. При значительном отклонении полученного значения R от первоначально принятого последовательно корректируются БПК смеси, продолжительность аэрации и иловая нагрузка.

При расчете аэротенков с регенерацией на основании экспериментальных или справочных данных назначаются доза ила в аэротенке а и иловый индекс J. Затем по формуле (5.7) вычисляются степень рециркуляции R, доза ила в регенераторе по формуле (5.10) и скорость окисления по формуле (5.4) при дозе ила равной а_р. Далее по формулам (5.9, 5.11 и 5.12) вычисляются продолжительность окисления, аэрации и регенерации, по формулам (5.16 и 5.17) рассчитываются доза ила и время пребывания воды в системе «аэротенк – регенератор» и вычисляется нагрузка на ил по выражению (5.15). Для полученного значения q находится иловый индекс и сравнивается с первоначально принятым. В случае значительного расхождения полученного и принятого значения илового индекса расчет повторяют, принимая в качестве исходного новое значение J. Объем аэротенка и регенератора вычисляется по формулам (5.13) и (5.14).

По найденным объемам подбирают типовые аэротенки или проектируют сооружения заново. Некоторые характеристики типовых аэротенков-смесителей представлены в приложении 32, аэротенков-вытеснителей – в приложении 33. Число рабочих секций аэротенков и регенераторов должно быть не менее двух. При проектировании сооружений рабочую глубину аэротенков принимают в пределах от 3 до 6 м, отношение ширины коридора к рабочей глубине В/Н_р = 1÷2.

При работе аэротенков происходит увеличение биомассы ила. Для обеспечения постоянной дозы ила в сооружениях избыточный активный ил необходимо удалять из вторичных отстойников и направлять на утилизацию. Прирост ила, мг/л, в аэротенках для городских и сходных с ними по составу сточных вод может быть определен по формуле:

 

,

(5.22)

где С_вв – концентрация взвешенных веществ, поступающих в аэротенк, мг/л;

k_П – коэффициент прироста активного ила, равный 0.3÷0.5 [12].

Важнейшим элементом любого аэротенка является система аэрации. Эта система состоит из комплекса сооружений и специального оборудования, обеспечивающего снабжение очищаемой воды и ила кислородом, поддержание активного ила во взвешенном состоянии и постоянное перемешивание сточной воды с илом. Для большинства аэротенков система аэрации обеспечивает одновременное выполнение всех этих функций.

Системы аэрации подразделяют на пневматические, механические, комбинированные (рис. 5.5) и струйные. В зависимости от вида пневматического аэратора различают мелко-, средне- и крупнопузырчатую аэрацию; крупность пузырьков воздуха в этих аэраторах соответственно составляет 1÷4, 5÷10 и более 10 мм. К мелкопузырчатым относят керамические, тканевые и пластмассовые аэраторы, выполненные в виде фильтросных труб, пластин, дисков и т. п. К среднепузырчатым аэратором относят перфорированные трубы, щелевые аэраторы и т. д.; к крупнопузырчатым – открытые снизу вертикальные трубы и сопла.

 

Рис. 5.5. Системы подачи воздуха в аэротенки: а) – пневматическая мелкопузырчатая; б) – пневматическая среднепузырчатая; в) – пневматическая низконапорная; г) – механическая поверхностная; 1 – воздухоподводящие стояки; 2 – воздушный канал с фильтросными пластинами; 3 – дырчатые трубы; 4 – поверхностный аэратор дискового типа; 5 – стабилизатор потока

Наиболее распространенный тип мелкопузырчатого аэратора – фильтросная пластина размером 300×300 мм и толщиной 35 мм. Пластины заделывают в железобетонные каналы на дне коридора аэротенка вдоль длинной его стороны в два-три ряда. Воздух в каналы подается по магистральным воздуховодам и стоякам. Стояки размещают через 20÷30 м. Кроме пластин используют также пористые керамические трубы диаметром 300 и длиной 500 мм, из которых изготавливают сборки необходимой длины. Параметры аэраторов из фильтросных пластин представлены в табл. 5.4, аэраторов из фильтросных труб в табл. 5.5.

 

Таблица 5.4

Параметры аэраторов из фильтросных пластин

при потерях напора 0.2÷1 м

Размеры каналов, мм	Длина участков аэраторов, м, при допустимой неравномерности аэрации	Удельная производительность, м^3/(ч · м)
ширина	глубина	5%	10%	15%

 

Таблица 5.5

 

Параметры аэраторов из фильтросных труб

при потерях напора 0.3÷1 м

Диаметр, мм	Длина участков аэраторов, м, на 1 стояк при допустимой неравномерности аэрации	Удельная производительность, м^3/(ч · м)
ширина	глубина	5%	10%	15%
					30÷112 35÷115 40÷126

 

Для среднепузырчатой аэрации чаще всего применяют дырчатые трубы с отверстиями диаметром 3÷4 мм. Трубы укладывают на дно аэротенка, стояки устанавливают через 20÷30 м. Параметры аэраторов из дырчатых труб указаны в табл. 5.6.

Крупнопузырчатые аэраторы могут выполняться из труб диаметром 50 мм с открытыми концами, опущенными вертикально вниз на глубину 0.5 м от дна аэротенка.

Заглубление аэраторов при низконапорной системе аэрации составляет 0.5÷1 м, при других системах – 3÷6 м в зависимости от глубины аэротенка.

При устройстве пневматической аэрации производят расчет воздуховодов, в результате которого определяются диаметры трубопроводов и потери напора в них. Скорость движения воздуха в общем и распределительном воздуховодах принимается равной 10÷15 м/с, в трубах небольшого диаметра – 4÷5 м/с. Суммарные потери напора не должны превышать 0.3÷0.35 м. При выборе воздуходувок потери напора с учетом увеличения сопротивления в период эксплуатации для мелкопузырчатых аэраторов принимают не более 0.7 м, среднепузырчатых – не более 0.15 м, в системах низконапорной аэрации – 0.02÷0.05 м.

Воздуходувки подбирают по каталогу на основании общего расхода воздуха и потерь напора. Число рабочих воздуходувок при производительности станции аэрации более 5000 м³/ч (по воздуху) должно быть не меньше двух. Если число рабочих воздуходувок не более трех, то устанавливается 1 резервная воздуходувка, если более – две резервные. Технические характеристики воздуходувок указаны в табл. 5.6.

 

Таблица 5.6

Технические характеристики воздуходувок

Марка	Производительность, м^3/ч	Давление, МПа	Мощность двигателя, кВт
ТВ-42-1,4 ТВ-50-1,6 ТВ-50-1,9 ТВ-80-1,4 ТВ-80-1,6 ТВ-80-1,8 ТВ-175-1,6 ТВ-200-1,4 ТВ-300-1,6		0.14 0.16 0.195 0.142 0.163 0.177 0.163 0.14 0.16

 

Принцип работы механических аэраторов основан на вовлечении воздуха непосредственно из атмосферы вращающейся частью аэратора (ротором) и перемешивании его с содержимым аэротенка. По конструкции ротора механические аэраторы делятся на конические, цилиндрические, дисковые, турбинные, винтовые и т. д., а по расположение оси – на аэраторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. По величине заглубления ротора различают поверхностные и импеллерные аэраторы. Наиболее широкое распространение получили механические поверхностные аэраторы с вертикальной осью вращения.

Для аэротенков-вытеснителей число аэраторов на первой половине длины принимают вдвое большей, чем на оставшейся половине.

Количество воздуха, подаваемого на аэрацию в аэротенки (м³/м³), определяют по формуле:

 

,

(5.23)

где Z – удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК_полн, принимаемый при очистке до БПК_полн 15÷20 мг/л – 1.1, при очистке до БПК_полн свыше 20 мг/л – 0.9;

k ₁ – коэффициент, учитывающий тип аэратора и принимаемый для мелкопузырчатой аэрации в зависимости от соотношения площадей аэрируемой зоны и аэротенка (f / F) по табл.5.7; для среднепузырчатой и низконапорной k ₁ = 0.75;

k ₂ – коэффициент, зависимый от глубины погружения аэраторов h_a и принимаемый по табл. 5.8;

k_T – коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, который следует определять по формуле:

 

,

(5.24)

где Т_ср – среднемесячная температура сточных вод за летний период, ºС;

k_K – коэффициент качества сточных вод; для городских равен 0.85, для производственных определяется экспериментально. При отсутствии данных принимается равным 0.7;

С_р – растворимость кислорода в воде, мг/л:

 

,

(5.25)

где С_Т – растворимость кислорода воздуха в воде при различной температуре (может приниматься по табл. 5.9), мг/л.

Площадь аэрируемой зоны f принимается по площади, занимаемой пневматическими аэраторами, включая просветы между ними до 0.3 м. По найденным интенсивности и продолжительности аэрации определяется ее интенсивность, м³/(м² · ч):

 

,

(5.26)

где Н_р – рабочая глубина аэротенка, м.

Если вычисленная интенсивность аэрации более I _max для принятого значения k ₁, следует увеличить площадь аэрируемой зоны, если менее I _min