Ефективні системи аерації природних та стічних вод

Ключові слова: системи аерації, трубчасті диспергатори, масопередача кисню, ефект очистки, швидкість спливання бульбашок повітря, окислювальна спроможність.

Аннотация

Мешенгиссер Ю.М. Эффективные системы аэрации природных и сточных вод. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.04. - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, г. Харьков, 2001.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи - интенсификации процесса биохимического окисления природных и сточных вод с помощью эффективных и надежных в эксплуатации аэраторов и систем аэрации. Эти устройства и системы разработаны на основе теоретического обобщения закономерностей массопередачи кислорода из воздуха в воду, создания новых конструкций аэраторов и аэрационных систем, которые обеспечивают эффективную очистку сточных вод городов и промышленных предприятий, а также аэрацию воды в естественных водных объектах.

При разработке математической модели в данной работе использовался поход, в соответствии с которым диаметр пузырька воздуха в момент отрыва от поры (сопла) определяется исходя из баланса выталкивающих и удерживающих сил, с учетом скорости роста пузырьков, сил инерции и сопротивления, действующих на пузырек. Для определения диаметра пузырька в момент его отрыва от края поры составлена система уравнений, решение которой позволяет рассчитать этот параметр в широком диапазоне скорости истечения воздуха и для разных диаметров пор. Отмечено значительное влияние диаметра пор и скорости истечения воздуха на процессы образования пузырьков в барботажном режиме. Получены зависимости для расчета размеров пузырьков воздуха, образующихся на криволинейной поверхности трубчатых аэраторов, когда поры на поверхности аэратора расположены под углом к горизонту и на разной глубине погружения. Получена универсальная зависимость для определения скорости всплытия пузырьков воздуха в широком диапазоне значений критериев Re, We и диаметра пузырьков. В соответствии с предложенными зависимостями, расчеты скорости всплытия пузырьков позволяют получить хорошую сходимость с экспериментальними данными других авторов, что позволило использовать полученные зависимости при разработке математической модели процесса аэрации воды. Выполнен анализ зависимостей для расчета удельной межфазной поверхности, которые учитывают, что восходящий поток воздуха увлекает за собой определенное количество жидкости. Cкорость восходящего потока жидкости определена, исходя из энергетического баланса, допуская, что вносимая энергия газа эквивалентна кинетической энергии жидкости и потерям напора на вязкое трение. Сопоставление теоретически рассчитанных и экспериментально полученных данных показало, что отклонение рассчитанных данных от экспериментальных по скорости переноса кислорода составляет не более 8%, что не выходит за пределы погрешности опытов по массопередаче. Это свидетельствует о том, что теоретически разработанная и экспериментально уточненная динамическая модель насыщения воды кислородом путем аэрации с достаточно высокой степенью достоверности подтверждается экспериментальными данными и может быть использована при разработке инженерных методов расчета систем аэрации. Выполнен анализ работы очистных сооружений после замены систем аэрации на разработанные полимерные трубчатые аэраторы, который показал, что внедрение новых систем аэрации позволяет в среднем на 4,5% повысить эффект очистки по БПК5 и на 22,6% - эффект очистки по аммонийному азоту, а также на 46,4% эффективность аэрации. Разработана инженерная методика расчета систем аэрации для вновь строящихся и реконструируемых сооружений. Примеры практической реализации внедрения новых разработанных систем аэрации свидетельствуют, что улучшение качества очищенной воды и сокращение расхода электроэнергии будет ощущаться уже после реконструкции более 40% аэротенков на очистных сооружениях. Разработанные конструкции систем аэрации нашли также использование при аэрации природных водных объектов.

Разработана концепция создания аэраторов нового поколения, освоена технология их промышленного производства. Крупномасштабное внедрение разработанных систем на объектах водного хозяйства городов и промышленных предприятий Украины, России, других стран подтвердило высокую эффективность и надежность разработанных систем.

Выполнен экономический анализ, который показал, что внедрение новых систем аэрации окупается за 1,5-2,7 года.

Ключевые слова: системы аэрации, трубчатые диспергаторы, массопередача кислорода, эффективность очистки, скорость всплытия пузырьков воздуха, окислительная способность.

Resume

Meshengisser Y.M. Efficient Systems for Aeration of Natural Water and Wastewater. - Manuscript.

The dissertation is submitted for Doctor of Sciences degree in Technology in the specialty 05.23.04. - Water Supply, Sewerage. - Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2001.

This dissertation is dedicated to solving a topical problem of intensification of natural water and wastewater biological oxidation with the help of efficient and reliable in operation aeration systems developed on the basis of: theoretical generalization of the mechanisms of oxygen mass transfer from air into water, invention of the new design of aerators and aeration systems that ensure efficient municipal and industrial wastewater treatment, as well as aeration of water in natural water bodies, development of creation concept for the new generation of aerators, mastering industrial production technology of the new design of aeration devices, large-scale application of produced systems at municipal and industrial water facilities of Ukraine, Russia, many other foreign countries, certification of invented aeration products and issuing of the State Standard of Ukraine for aeration systems.

Key words: aeration systems, tubular dispersers, oxygen mass transfer, treatment efficiency, air bubble rise velocity, oxidation power.

Размещено на Allbest.ru