Постройки

Биологическая очистка сточных вод. Искусство аэрации

смотреть статью в виде pdf смотреть статью в виде pdf         В статье о предварительных отстойниках («МИ» 8/2013 - прим

В статье о предварительных отстойниках («МИ» 8/2013 - прим. Ред.) Мы закончили обсуждение основных устройств и процессов механической очистки сточных вод. После удаления твердых примесей и взвесей из сточных вод - время для биологической очистки. Его результаты определяются аэрацией.

Биологическая очистка сточных вод основана на естественных процессах самоочищения, которые происходят в каждом водоеме и в почве, в основном благодаря активности вездесущих микроорганизмов. Однако загрязняющие нагрузки в сточных водах, поступающих на очистные сооружения, настолько велики, что для поддержки этих нормальных процессов очистки необходимо применять специальные методы.
Наиболее важные виды деятельности включают соответствующую концентрацию бактерий, которые разрушают загрязняющие вещества (так называемый активный ил), а также смешивание и аэрацию сточных вод.
Все эти процессы происходят в правильно построенных и оборудованных резервуарах, называемых биологическими реакторами.

Расчеты и реальность
Размер, тип и комплектация реакторов определяются на основе довольно сложных технологических расчетов. Правильное определение потребности в воздухе для процессов, происходящих в биологических реакторах, является одним из наиболее важных вопросов проектирования. Правильный выбор эффективности устройств аэрации влияет на работу и поддержание предполагаемых параметров на выходе из очистных сооружений.
Использование этапов расчета, описанных в доступных руководствах, например [1, 2, 3], должно сопровождаться подробным и многофакторным технологическим анализом, основанным на надежных входных данных [5]. Оставляя вычислительное решение этой задачи для технологов, давайте сосредоточимся на технических аспектах этого элемента.
Хорошо известно, что потребление энергии для аэрации сточных вод обычно составляет от 50 до 80% всей энергии, потребляемой очистными сооружениями. Здесь ясно видно, что важным элементом является правильный выбор системы аэрации и оптимизация работы ее компонентов, то есть воздуходувок, трубопроводов сжатого воздуха, запорных клапанов и диффузоров. Особой задачей является также метод контроля всего процесса аэрации. Только когда все вышеперечисленные элементы оптимизированы, может быть достигнута высокая эффективность и экономия оксигенации.

Пути для пузырей
В учебнике различают три основных способа аэрации сточных вод: поверхностный и сжатый воздух с механическим перемешиванием или без перемешивания. Поверхностная аэрация, например, с помощью щеток Kessener или роторных аэраторов, была очень распространена вплоть до 1980-х годов и в том числе [1]. В настоящее время такие решения могут быть найдены в модернизации очистных сооружений, которые имеют мелкие резервуары (глубина менее 3,5 м) или круглые канавы.
В настоящее время благодаря широкому распространению эффективных и бесперебойных воздуходувок доминируют системы аэрации сжатого воздуха. Воздуходувки сжатого воздуха направляются по трубопроводам для диффузоров, то есть к элементам, вводящим воздух в сточные воды, расположенным обычно над дном биологического реактора.
В этот момент размер начинает играть роль - от диаметра воздушного пузыря зависит, сколько кислорода попадает в сточные воды, через которые пузырь перемещается к их поверхности. Чем меньше воздушный пузырь выходит из диффузора, тем медленнее он будет вытекать, тем дольше он будет оставаться в сточных водах, т. Е. У него будет больше времени для подачи кислорода, поэтому он будет отдавать его в сточные воды.
Поэтому на муниципальных очистных сооружениях в настоящее время принято использовать диффузоры с мелкими пузырьками (пузырьки с трубкой или тарелкой?
Ограничившись производством пузырьков в биологических реакторах, у нас есть выбор из множества вариантов конструкции и диффузоров материалов. Правильный выбор - весомое решение, потому что засоренные или поврежденные диффузоры не так легко заменить. Обычно диффузоры устанавливаются на днище резервуаров, заполненных сточными водами. В случае выхода из строя необходимо полностью опорожнить реактор, а после его удаления заполнить и провести биологические работы (технологический пуск). Альтернатива - нанять водолаза, который работает в сложных условиях нулевой видимости, или позаботиться о возможности удаления отдельных частей системы над таблицей сточных вод на этапе проектирования.
Наиболее распространенным типом диффузора с тонкими пузырьками является трубчатый диффузор. Это не что иное, как специальная трубка, покрытая мембраной, с соответствующим вырезанными отверстиями или прорезями. Одиночные диффузоры могут быть различной длины (от 0,5 до 1 м) и закреплены герметичными соединителями для стальных или пластиковых профилей, так называемых. колосниковые решетки. Материал мембраны выбирается в зависимости от состава сточных вод, подлежащих аэрации. Самые популярные мембраны из EPDM (этилен-пропилендиеновые мономеры) представляют собой тип механически и химически стойкой резины.

Механическое сопротивление необходимо из-за переменных условий аэрации и / или его цикличности. Во время притока воздуха мембрана растягивается, и отверстия в ней закрываются или открываются на величину потока воздуха. Когда подача воздуха прекращается, отверстия в диафрагме закрываются, что предотвращает попадание сточных вод внутрь и в решетку.
Существует много смесей EPDM, которые в зависимости от состава имеют разные свойства. Старые поколения EPDM содержали в смеси много летучих веществ, что приводило к ускоренному старению и даже к растрескиванию мембран из них. Мембраны для не муниципальных сточных вод могут быть изготовлены, например, из силикона (высокая химическая стойкость) или полиуретана (очень прочный, но с повышенной стойкостью), покрытого слоем тефлона (гладкая поверхность предотвращает загрязнение).
Там, где технология рекомендует непрерывную аэрацию и нет риска перебоев в подаче сжатого воздуха, стоит рассмотреть возможность использования керамических диффузоров. Они состоят из пористого материала, представляющего собой смесь натуральных круглых кварцевых зерен и синтетической смолы. Хотя риск засорения увеличивается с перерывами в аэрации, они характеризуются продолжительным сроком службы по отношению к мембранным родственникам и меньшим потерям давления. Это влияет на снижение энергопотребления при аэрации сточных вод и снижает эксплуатационные расходы очистных сооружений.
Другой формой аэраторов являются дисковые диффузоры (дисковые). Они привинчиваются непосредственно к резьбовым концам, расположенным на стальной решетке, через которую воздух подается центрально между пластиковым каркасом диффузора и диафрагмой, образуя воздушную подушку. Растяжение диафрагмы вызывает открытие отверстий, равномерно распределенных по всей ее поверхности, и воздух в форме маленьких пузырьков выходит в сточные воды. Когда подача воздуха прекращается, диафрагма возвращается в исходное положение и отверстия закрываются. Как и в вышеописанных трубчатых диффузорах, и здесь мембранные пластины доступны во многих вариантах материалов и керамики. Благодаря их конструкции и методу сборки, при использовании плит, только канализация над ними вентилируется. На практике это означает удаление 20-30 см глубины реактора из активного объема. Трубчатые диффузоры обладают способностью аэрировать «вокруг» себя, что немного улучшает перемешивание сточных вод непосредственно над дном резервуара.

Тщательное планирование - это мирная операция
В множестве предложений от производителей аэраторов различного строительного и материального исполнения невозможно указать только правильную фабрику в отрыве от технологических условий данной очистной установки. Еще раз призываю вас расширить свой анализ на концептуальной стадии. Необходимо учитывать гидравлическую нагрузку и нагрузку на конкретную очистную установку, а также изменчивость этих значений и погодных условий, как кратковременных (в масштабе дня, недели), так и долгосрочных (зима / лето). Согласование технологий биологической очистки должно учитывать различные варианты нагрузки. Удобная обработка расчетов потребности в воздухе может привести к эксплуатационным проблемам в биологических реакторах, которые будет очень трудно устранить.
Выбранные элементы системы аэрации в идеальном случае должны быть механически прочными, не забиваться ни со стороны воздуха, ни со стороны канализации и не подвергаться коррозии. Очевидно, что диффузор диффузоров изнутри редок, но чаще всего это происходит, когда неправильно выбранная мембрана разрушается и протекает, тогда необходим обмен. Это самый быстрый и простой способ сохранения, но параллельно необходимо определить причину, чтобы проблема не возникала снова с новыми мембранами. Само засорение мембранной перфорации может быть в значительной степени предотвращено путем надлежащей фильтрации сжатого воздуха (фильтр хорошего качества) и поддержания трубопроводов в чистоте, без ржавчины и т. Д. [5].
Большинство проблем с диффузорами, диагностированными на ранней стадии, решаемы без их замены, например, путем промывания раствором муравьиной или уксусной кислоты, кратковременным увеличением потока воздуха к диффузору, механической или химической очисткой самих мембран. Средства диагностики довольно просты в этом случае.
Регулярное измерение перепада давления между выбранными точками системы аэрации может указывать на повышенные потери давления и позволяет быстро реагировать. Довольно распространенные измерители атмосферного давления и воздуходувные манометры должны быть дополнены точками измерения, например, на воздуховоде перед разделением на решетки и на самих решетках (например, на дренажной трубе решетки). Портативный измеритель с точностью до 1 гПа, регулярно используемый при фиксированном воздушном потоке и на одной и той же глубине сточных вод, позволит обнаружить увеличение перепада давления [6].

... и большие сбережения
Как уже упоминалось в начале, потребление энергии на очистных сооружениях - это, прежде всего, вопрос аэрации сточных вод. Тщательное изгибание этой темы может принести экономию от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч злотых в год [7].
Доктор Инь. Рената Возняк-Веччие

Литература:
[1] Ломотовский Ю.; Шпиндор А. (1999): Современные системы очистки сточных вод, Аркадий, Варшава, 1999.
[2] Heidrich Z., Witkowski, A. (2005): Оборудование для очистки сточных вод: дизайн, примеры расчетов, издательство Seidel-Przywecki, Варшава, 2005.
[3] Кайсер Р. (2001): Комментарий ATV - DVWK для A131P и для A210P. Определение размеров одностадийных очистных сооружений с активным илом и последовательных периодических реакторов SBR, издательство Seidel-Przywecki, Варшава 2001.
[4] Ратайчак П. (2011): Расчет потребности воздуха в биологических процессах на очистных сооружениях - обзор методов расчета. Форум Эксплоататора, сентябрь / октябрь 2011.
[5] Frey W. (2009): Maßnahmen zum Erhalt der Leistungsfähigkeit von Belüftern. DWA Fachtagung Energieeffizienz bei Belüftern und bei der Homogenisierung, Neuhausen-Fildern 2009.
[6] Frey W. (2002): Betriebserfahrungen mit Belüftungssytemen, www.aabfrey.com.
[7] Фот. Stalbudom Sp. z oo и www.stalbudom.pl.

Рис. 1. Испытание системы аэрации (источник: [7]).
Рис. 2. Аэрационные решетки с трубчатыми керамическими диффузорами.

Пузырьки с трубкой или тарелкой?