Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н.
Бикунова М.В., Сидоров М.А.
Пензенский государственный
университет архитектуры и строительства, Россия
Обработка возвратного активного ила
аэротенков в электрогидродинамических
устройствах
Перекачивание возвратного ила в голову аэротенков на
станциях биологической очистки сточных вод, как правило, производится
эрлифтными установками или центробежными насосами. При перекачивании активного
ила центробежными насосами избыточная энергия потока не используется и
безвозвратно теряется. Это обстоятельство позволило предложить новую
технологию, предусматривающую утилизацию избыточной энергии потока возвратного
активного ила путем последовательной его обработки в эжекторе и
электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ). Предложенная технология позволяет
реализовать следующие методы воздействия на иловую смесь:
1.Насыщение активного ила кислородом воздуха.
2.Воздействие на активный ил повышенной турбулентности.
3.Электрообработка активного ила.
При перекачивании через эжектор потока возвратного ила происходит подсасывание атмосферного воздуха, в результате чего на выходе из эжектора образуется иловоздушная смесь. Для интенсификации процессов насыщения иловой смеси кислородом воздуха и реализации технологии ее электроактивации, нами была разработана конструкция электрогидродинамического устройства (ЭГДУ). ЭГДУ представляет собой устройство, состоящее из двух соосно соединенных камер: камеры входа (диаметром D) и ствола (диаметром d) (рис.1).
Рис.1. Схема установки по утилизации избыточной энергии потока возвратного ила:
1 – эжектор; 2 – тройник; 3 – входная камера ЭГДУ; 4 – катодные участки ствола ЭГДУ; 5– анодный участок ствола ЭГДУ; 6 – тело обтекания
Иловоздушная смесь тангенциально подается в камеру входа , в результате
чего создается поток с вихревым движением. При переходе из камеры входа в ствол
тангенциальная скорость закрутки потока увеличивается прямо пропорционально
отношению диаметров камер 
и угловая скорость
закрутки потока изменяется прямо пропорционально отношению квадратов диаметров
камер (
)2. Таким образом, в стволе ЭГДУ создается
интенсивное вращательно-поступательное движение иловоздушной смеси,
характеризуемое повышенным уровнем турбулентности.
В качестве параметра, позволяющего оценить интенсивность процесса перемешивания принято использовать критерий Кемпа (Gt), где t – продолжительность перемешивания, с, определяемая как отношение длины ствола ЭГДУ(l) к осевой скорости иловоздушного потока vос м/с; G – градиент скорости турбулентных пульсаций нулевого масштаба
(1)
где e
– удельная диссипация энергии потока 
– кинематический коэффициент вязкости иловоздушной смеси, м2/с.
Величина удельной секундной диссипации энергии определяется как отношение потерь энергии в потоке к массе перекачиваемой среды
(2)
где Qсм – расход иловоздушной смеси, м3/с; rсм – удельная плотность иловоздушной смеси, кг/м3; DН – потери напора иловоздушного потока в стволе ЭГДУ, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.
При l=1 м; vос=2 м/с; 
градиент скорости,
определенный по формуле (1) составит 2200 с-1. Критерий Кемпа при
этом равен 1100, что выше аналогичных параметров, получаемых в механических
смесителях.
Имеющиеся теоретические предпосылки о положительном влиянии пересыщения иловой смеси кислородом позволяют предположить, что увеличение концентрации кислорода может вызвать перестройку процессов окислительного обмена, при котором активизируется протеазные и оксигеназные системы, образующие в качестве промежуточного продукта перекиси. В свою очередь перекиси индуцируют пероксидазные и каталазные системы, где перекиси используются для окисления органических субстратов, повышая при этом общую скорость окисления.
С целью интенсификации процесса активации иловой смеси ствол ЭГДУ разделен диэлектрическими муфтами на катодные и анодные участки, к которым подводится электрический потенциал.
В отличие от использованных ранее технологий электроактивации иловой смеси в электролизерах с традиционной плоскопараллельной системой электродов, обработка иловоздушной смеси в стволе ЭГДУ, представляющем собой систему из соосных трубчатых электродов, не предполагает одновременного нахождения ее в катодной и анодной областях.
Иловоздушная смесь, имеющая вращательно-поступательное движение поочередно проходит катодные и анодные зоны, что существенно изменяет режимы ее обработки.
Поскольку осевые скорости потока в стволе превышают подвижность водородных
и гидроксильных ионов, в камерах протекают
электродные процессы, обуславливающие изменение рН и Еh среды, при этом
на катоде происходит разряд водородных ионов и молекул воды с повышением рН
среды, а на аноде происходит разряд гидроксильных ионов и молекул воды с
понижением рН среды в приэлектродной области.
Разряд ионов, имеющихся в воде, обуславливает изменение Еh среды. При электролизе содержащихся в иловой смеси хлоридов на аноде протекает реакция выделения газообразного хлора, имеющего более электро-отрицательный потенциал, чем кислород, что обуславливает понижение Еh среды.
Все многообразие воздействий электрического поля и электрического тока на бактериальные клетки сводится к следующим последствиям:
1. Увеличение активности микроорганизмов вследствие повышения проницаемости мембран, сопровождающееся ускорением внутриклеточных метаболических процессов.
2. Активация микроорганизмов вследствие повышения активности внеклеточных ферментов и ряда поверхностно расположенных рецепторов клеток.
3.Интенсификация процессов внутриклеточного метаболизма.
Таким образом, ЭГДУ можно рассматривать как весьма совершенный смеситель, позволяющий существенно интенсифицировать процесс массообмена иловоздушной смеси, образующейся после эжектора.