ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕМБРАННЫХ АЭРАТОРОВ

Полная очистка сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения невозможна без блока биологической очистки. Биологическая очистка может осуществляться в различных сооружениях. К специальным сооружениям относятся: биофильтры, аэрофильтры, аэротенки, башенные биофильтры. К сооружениям биологической очистки воды в естественных условиях относятся биологические пруды. Эффективность очистки сточной воды зависит от возможности создания оптимальных условий для жизнедеятельности биоценозов микроорганизмов в сооружениях. Активный ил способен в присутствии кислорода интенсивно окислять органические соединения до простых минеральных соединений [1, с.50]. Наиболее полное окисление органических веществ активным илом происходи при наличии достаточного количества кислорода в сооружениях. Кислород может подаваться через различные аэрационные сооружения (аэроторы), полная классификация которых приведена в работе [1, с.50-54]. 

Воздух или кислород, проходя через аэратор образует воздушные пузырьки. В зависимости от марки и типа аэратора выделяются мелкие воздушные пузырьки размером 1-4 мм, средние 5-10 мм и крупные более 10 мм [2, с. 10].

Наибольший интерес представляют пневматические системы аэрации, подающие насыщенный техническим кислородом воздух под давлением от воздуходувок по системе трубопроводов.  «Общая особенность этой системы заключается в том, что источником энергии, вводимой в аппарат, является сжатый воздух, подаваемый от воздуходувок через аэраторы разных типов [1, с.53]. Подача воздуха происходит у дна резервуара, за счет чего распределение пузырьков воздуха происходит через всю массу жидкости. От степени дробление кислорода на выходе из аэратора зависит степень насыщения воды О₂   при создание максимально комфортных условий для жизнедеятельности биоценоза активного ила.

В последнее время при реконструкции существующих аэротенков, находящихся в эксплуатации более 40 лет, применяют в мембранные аэраторы (рис.1).

Рисунок 1. Образование мелких пузырьков на мембранном аэраторе

Окислительную способность аэратора, в общем виде, можно определить по формуле [2, с.22], с учетом объёмного коэффициента массопереноса:

где k – объёмный коэффициент массопереноса, С_s – предел насыщения воды кислородом, V_ж – объём жидкости подлежащей аэрации.

Предел насыщения воды кислородом определяется в зависимости от температуры воды, ее состава, в том числе солености и  атмосферном давлении, по формуле:

где С_s(760) – предел насыщения воды кислородом при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст., температуре воды Т и её солёности S, Р –атмосферное давление, на момент определения, Р_а – давление насыщенного пара при температуре воды на момент определения. Рассчитывается как 

Солёность воды принимается как отношение массы сульфита натрия к объёму жидкости [3]: 

Объёмный коэффициент массопереноса [2, с.23]:

где С₁ - начальная концентрация кислорода определенная по кислородомеру (оксиметру); С₂ –конечная концентрация кислорода или максимальное содержание кислорода возможное при данных условиях; t – время аэрации.  

Эффективность применения мембранных аэраторов представлена на рис.2.

Рисунок 2. Окислительная способность аэраторов

В зависимости от производителей аэрационных систем и типов аэраторов (рис.2) окислительная способность аэраторов отличается на 50%, размер образующихся пузырьков от 0,8 до 3мм. Опытные зависимости окислительной способности аэратора от конструктивных параметров [4, с.208, 5, с.97] показали, что при диаметре аэраторов 3500мм, площадь аэрируемой поверхности составляет 0,24 до 0,5 м², для аэраторов типа АМ, D-Rex, для типа МА, U&D - 0,5 до 2,0 м²/диф, для AIRX - 0,45 до 0,75 м². Производительность аэраторов МА и U&D составляет 1÷16³/ч, АМ 5÷10³/ч, D-Rex 3÷8м³/ч. Большой разброс производительности может привести как к увеличенному значению подачи кислорода, так и к минимальному, недостаточному для окисления. Поэтому необходимо разрабатывать систему регулирования кислорода, для предотвращения чрезмерного расхода, как кислорода, так и электроэнергии для его подачи. 

При условии нормальной работы системы биологической очистки сточных вод необходимо выбирать оптимальный вариант окисления и расходов воздуха (кислорода).

При выборе аэраторов необходимо учитывать[2, 3]:

• окислительная способность аэратора,
• размер зоны действия аэратора,
• простота обслуживания, ремонта и замены аэрационного оборудования,
• надежность и долговечность при эксплуатации,

При технико-экономическом обосновании  используются эффективность аэрации и окислительная способность аэратора.

Таким образом, при выборе и расчете системы аэрации сточных вод необходимо:

1. Определить количество кислорода, необходимое для окисления присутствующих органических веществ в аэротенке, учитывая объем аэрируемой жидкости, БПК, температуру, соленость, степень насыщения кислородом жидкости: начальную и требуемую при данной давлении.

2. Предварительный выбор аэратора, обеспечивающего необходимую степень насыщения жидкости кислородом, с учетом коэффициента переноса кислорода.

3. Определение зоны аэрации.

4. Окончательный расчет необходимого количества аэраторов обеспечивающих  необходимую циркуляцию воды.

5. Определить фактическую эффективность потребления кислорода воздуха, определение энергозатрат на 1кг фактически потребленного кислорода.