Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Куленко А.Н.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Совершенствование конструкций электрогидродинамических установок для обработки возвратного ила аэротенков

Важным направлением в решении проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов является интенсификация биологической очистки бытовых и промышленных сточных вод в аэротенках, при этом большое значение уделяется вопросам энергосбережения. Одной из задач научных исследований, связанных с проблемой энергосбережения, является использование избыточной энергии потока возвратного активного ила, который перекачивается из вторичного отстойника в аэротенк при помощи рециркуляционных насосов. На существующих станциях биологической очистки стоков поток возвратного активного ила, как правило, подается центробежными насосами в иловую камеру для гашения избыточного напора, а затем при помощи самотечных трубопроводов и лотков распределяется по секциям блока аэротенков. Энергия потока возвратного ила в большинстве случаев достаточна для обеспечения его интенсивного смешения с воздухом в гидродинамических установках различных конструкций, что приводит к весьма значительному увеличению его биохимической активности. Дополнительная обработка возвратного ила физическими методами (в частности, электрическим током) позволяет ещё более интенсифицировать обменные процессы в его клетках, и в конечном итоге, улучшить качество очистки сточных вод в аэротенке. Наибольший эффект использования избыточной энергии потока возвратного активного ила может быть достигнут при использовании вихревых электрогидродинамических установок (ЭГДУ), способных создавать оптимальные условия для смешения потоков иловой суспензии и воздуха в компактном объеме за счет использования центробежной силы [1].

Недостатком существующих двухпоточных конструкций ЭГДУ является весьма низкая интенсивность перемешивания пузырьков воздуха с активным илом вследствие наличия невысоких скоростей движения потоков, выходящих из верхней и нижней входных камер устройства (не более 1,5 м/с) и отсутствия дополнительных приспособлений, обеспечивающих высокий уровень массообмена кислорода при малом времени пребывания иловоздушной смеси в стволе ЭГДУ. Струйный эжектор, установленный перед ЭГДУ, требует для своей нормальной работы весьма высоких значений входного давления (р_вх > 2,5·10⁵ Па), что на целом ряде очистных сооружений бывает трудно осуществимо, так как насосы подачи рециркуляционного ила обычно имеют небольшой напор. Кроме того, весьма значительные площади катодных и анодных участков ствола двухпоточного ЭГДУ предопределяют невысокие плотности тока (i < 8 А/м²) при электрообработке возвратного ила, что уменьшает эффект электроактивации гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов.

Таким образом, целесообразным является нахождение новых конструктивных решений и технологических режимов работы электрогидродинамических установок, обеспечивающих увеличение степени электроактивации возвратного ила и насыщения его кислородом воздуха по сравнению с ранее разработанными промышленными аппаратами.

С целью устранения технических недостатков двухпоточных аппаратов, не обеспечивающих требуемого градиента скорости перемешивания иловоздушной смеси была поставлена задача разработки новой конструкции ЭГДУ, отвечающей следующим требованиям:

1) обеспечение подачи в поток возвратного активного ила максимально возможного количества кислорода воздуха без ухудшения условий работы центробежного рециркуляционного насоса;

2) создание режима интенсивного перемешивания потока иловой смеси с воздухом для обеспечения высоких массообменных характеристик системы «пузырек воздуха – сточная жидкость - бактериальная клетка ила»;

3) осуществление активации клеток ила электрическим током с помощью эффективно действующей и удобной в эксплуатации электродной системы.

Исходя из вышеуказанных конструктивных требований предложена однопоточная установка, корпус которой функционально разделен на две части или зоны (рис. 1). В первой зоне осуществляется организация

Рис. 1 Расчетная схема для определения гидродинамических характеристик однопоточного аппарата обработки возвратного ила

1- подающий трубопровод; 2- входная камера; 3- ствол; 4- разделительная диафрагма;

5 – опорный стержень; 6 – внутренние диски; 7 – патрубок подачи сжатого воздуха;

8 – центральный электрод

вращательного движения иловой жидкости и подачи сжатого воздуха от воздуходувки, обслуживающей штатную систему аэрации аэротенка (верхняя зона между сечениями 1-1 и 2-2). Во второй зоне происходит смешение иловой жидкости с воздухом, там устанавливается центральный опорный стержень 5 с дисками 6 для турбулизации потока (нижняя часть ЭГДУ между сечениями 2-2 и 3-3). Электрообработка иловой смеси производится на границе верхней и нижней зон, где начинается процесс интенсивного перемешивания двух фаз. Для обеспечения подачи более компактной струи на центральные диски нижней части аппарата на границе раздела двух зон устраивается разделительная диафрагма 4. Размещение в верхней части ЭГДУ (соосно диэлектрическому патрубку подачи воздуха 7) центрального стержневого электрода 8 позволяет увеличить плотность тока при электрообработке иловоздушной смеси, а также существенно упростить конструкцию и облегчить эксплуатацию установки.

Расчетным путем получены конструктивные и технологические параметры работы однопоточной установки, обеспечивающие максимальное использование энергии рециркуляционного насоса для создания высокотурбулентного перемешивания иловоздушной смеси в стволе 3 ЭГДУ высотой h_ств=2-2,5 м. Обоснованы и выведены гидродинамические условия для обеспечения подачи требуемого расхода и давления (Q_в и p_в) воздуха во входную камеру 2 аппарата и предотвращения подпора иловой смеси при заданных ее характеристиках «расход-давление» Q₁ – p₁) на входе в ЭГДУ.

Литература

1. Гришин Б.М., Бикунова М.В., Сидоров М.А. Обработка возвратного активного ила аэротенков в электрогидродинамических устройствах. Материалы X Международной научно-практической конференции «Эффективные инструменты современных наук -14». – Чехия. Прага. 2014 г. С. 78-81.