WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Андреев Сергей Юрьевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ВОДОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны
водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

Пенза 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении выс­шего профессионального образования «Пензенский государственный уни­верситет архитектуры и строительства»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор
Гришин Борис Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор
Стрелков Александр Кузьмич;

доктор технических наук, профессор
Журба Михаил Григорьевич;

доктор технических наук, профессор
Залётова Нина Анатольевна

Ведущее предприятие:

Научно-производственная фирма «Экополимер»

Защита состоится « » ____________ 2007 г. в ________ часов на заседании дис­сер­тационного совета ДМ 212.184.02  при ГОУ ВПО «Пен­зенский государст­венный университет  архитектуры и строительства» по ад­ресу: 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28, корпус 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Государственного образовательного учреждения выс­шего профессионального образования «Пензенский государственный уни­верситет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан « » __________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Т.В. Алексеева

       

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Сброс бытовых и промышленных сточных вод в открытые водоемы является существенным фактором, приводящим к ухуд­­шению их состояния. Масштабы антропогенного воздействия в на­стоящее время превысили до­пустимые границы, обусловленные способ­нос­тью водо­емов к самоочищению. Это привело к увеличению в водоисточниках фоновых значений как общего содержания органических веществ, так и от­дельных ток­сичных компонентов.

Актуальность проблемы загрязнения по­верх­ностных во­доемов сточными водами связана не только с природо­ох­ран­ными и рыбо­хо­зяйственными це­ля­ми, но и с необходимостью преодоления больших труд­нос­тей, возникающих в процессе водоподготовки для питьевого и промышленного водоснабжения из загрязненных и эвтрофированных во­доемов.

Российские требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в водоем, являются одними из наиболее жестких в мире. Так, например, требования к качеству сточных вод, сбрасываемых в открытые водоемы, стран членов ЕС по БПК и взвешенным веществам составляют 15–20 и 20–30 мг/л, а для Рос­сии соответственно 3–6 и 6–15 мг/л. Жесткие требования, предъявляемые к ка­чест­ву сточных вод, существуют на фоне ограниченных финансовых воз­мож­­нос­тей предприятий, имеющих на своем балансе очистные сооружения. Все это обусловливает необходимость применения новых технологических и конст­рукторских решений в области очистки сточных вод.

Во многих технологических схемах очистки хозяйственно-бытовых и произ­вод­ственных сточных вод, связанных с процессами перемешивания, аэрации и флотации используются ге­терогенные динамические системы вода-воздух.

В настоящее время назрела необходимость применения энергосберегающих технологий и аппаратов для получения гетерогенных водовоздушных систем, ко­т­о­рые не требуют существенных затрат при реконструкции очистных соору­же­ний и позволяют значительно интенсифицировать процессы механической и био­логической очистки сточных вод. Новое технологическое оборудование должно быть простым в изготовлении, встраиваться в существующие ти­по­вые ре­шения очист­ных станций без значительных капитальных и эксп­луа­та­ци­онных затрат.

Таким образом, разработка высокоэффективных и экономичных техно­ло­гий интенсификации ра­бо­ты канализационных очистных сооружений с ис­поль­зованием дис­пергирован­ных водовоздушных смесей является весьма ак­туальной проблемой.

Как показали исследования, такие технологии могут быть реализованы с по­мощью вихревых аппаратов, в которых предусматривается обработка тур­бу­лентно­го потока водовоздушной смеси в неоднородном электрическом поле.

Работа проводилась в соответствии с ком­плексной Феде­раль­ной целевой про­граммой «Экология и природные ресурсы России» (2002–2010 гг.) и «Про­грам­­мой социально-экономического развития Пен­зен­ской области на 2002–2010 гг.».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – научное обоснование и разработка энергосберега­ющих тех­нологий интенсификации работы сооружений очистки производст­венных и бытовых сточных вод с использованием диспергированых водо­воз­душных смесей, полученных в вихревых аппаратах.

Для достижения поставленной цели оказалось необходимо решить сле­дую­щие основные задачи:

  • теоретическое обоснование эффективности использования дис­пер­ги­ро­ван­­ных водо­воз­душ­ных смесей, полученных при воздействии на них по­вы­шен­ной тур­бу­лент­ности и неоднородного электрического поля в вихревых ап­па­ра­тах для интенси­фи­кации меха­ни­чес­кой и биологической очистки сточ­ных вод;
  • проведение экспериментальных исследований и анализ работы вих­ре­вых ап­паратов различных конструкций для получения дис­пергированных во­довоздушных смесей;
  • проведение экспериментальных исследований технологий интен­сиф­и­ка­ции рабо­ты канализационных очистных сооружений с использованием дис­пер­гированных водовоздушных смесей, полученных в вихревых аппаратах;
  • промышленное внедрение новых энергосберегающих технологий ин­тен­сификации работы кана­ли­зационных очистных сооружений с исполь­зо­ванием диспергированных во­до­воздушных смесей;
  • разработка научно обоснованных методик расчета и рекомендаций по про­ек­тированию предлагаемого ап­па­ратурного оформления новых техно­ло­гий интенсификации работы кана­ли­зационных очистных сооружений;
  • расчет технико-экономического обоснования эффективности использо­ва­ния предлагаемых тех­нологий с использованием аппаратов для создания диспергированных водовоздушных смесей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований заключается в следующем:

– разработаны теоретические модели, описывающие процессы диф­фузии кислорода в воду из всплывающих воздушных пузырьков, установлены тер­мо­динамические условия, определяющих их устойчивость и дробление;

– на основе термодинамического подхода получены теоретические моде­ли, описывающие процессы работы водовоздушных перемеши­ваю­щих устройств;

– теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность использования вихревых аппаратов с наложением электрического потенциала для получения водовоз­душ­ной смеси необходимого дисперсного состава и га­зо­насыщения для интенсификации процессов механической и биологической очист­ки сточных вод;

– определены оптимальные условия проведения процесса флотационной очист­­ки производственных сточных вод с использованием диспергированных в неоднородном электрическом поле турбулентных водовоздушных смесей;

– разработан новый метод интенсификации работы мелкопузырчатой пнев­­­ма­тической системы аэрации, предусматривающий дополнительное пе­ре­­меши­вание аэрационного объёма и создание эффекта противотока за счет вихревых эрлифтных потоков;

– получены эмпирические зависимости, адекватно описывающие повы­ше­ние эффективности механической и биологической очистки сточ­ных вод в результате предварительной обработки вихревого потока их смеси с воздухом и активным илом;

– определены закономерности повышения ферментативной активности возвратного ила аэротенков в результате обработки его смеси с воздухом в не­однородном электрическом поле;

– разработаны технологические и конструктивные решения энерго­сбе­ре­гаю­щего оборудования, используемого для получения диспергированных во­довоздушных смесей, обеспечивающих интенсификацию работы сооружений очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в создании, ап­ро­бировании и внедрении в Поволжском регионе технологий и оборудования для получения диспергированных водовоздушных смесей, используемых в целях интенсификации работы канализационных очистных сооружений, отличающихся, экономичностью, простотой изготовления и эксплуатации.

Предложена и апробирована в промышленных условиях новая высо­ко­эф­фек­тивная технология флотационной очистки мазутосодержащих сточ­ных вод ТЭЦ с использованием тонкодиспергированных водовоздушных смесей;

Предложена и апробирована в промышленных условиях комбини­ро­ван­ная технология аэрирования иловой смеси аэротенков, предусматривающая со­вмест­ное использование мелкопузырчатых пневматических аэраторов и пере­ме­шивающих вихревых эрлифтных устройств (ВЭУ);

Разработана и доведена до стадии практической реализации технология предварительной обработки городских сточных вод в вихревых гидро­ди­намических устройствах (ВГДУ);

Предложена и апробирована на промышленных очистных сооружениях тех­но­логия активации потока возвратного ила аэротенков путем утилизации его из­быточной энергии при последовательной обработке в эжекторе и элект­ро­гид­ро­динамическом устройстве (ЭГДУ);

Разработаны рекомендации по проектированию и расчету аппара­тур­ного оформления технологических схем интенсификации работы канализацион­ных очистных сооружений, предусматривающих использование дисперги­ро­ван­ных водовоздушных смесей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ. Разработанные автором новые тех­нологии интенсификации работы канализационных очистных сооружений внед­рены на ряде объектов в Пензенской и Самарской областях. В частности:

  • Технология тон­кого диспергиро­ва­ния водовоздушной смеси внедрена на участ­­ке фло­та­ционной очистки зама­зученного стока ТЭЦ-1 г. Пензы про­из­­во­ди­тель­ностью 1200 м3/сут. Среднегодовой экономический эффект от внед­­рения пред­лагаемой тех­нологии составил 1,9 млн. руб. в ценах 2007 года.
  • Комбинированная технология аэрирования иловой смеси аэротенков внед­рена на канализационных очистных сооружениях г. Каменка Пензенской области, производительностью 8700 м3/сут. Среднегодовой экономический эф­фект от внедрения составил 0,22 млн. руб. в ценах 2007 года.
  • Технология предварительной обработки городских сточных вод в вих­ре­вых гидродинамических устройствах с добавлением избыточного актив­ного ила внедрена на канализационных очистных сооружениях г. Сердобска Пен­­зенской области, производительностью 17000 м3/сут. Среднегодовой эко­но­ми­чес­кий эффект от внедрения составил 0,5 млн. руб. в ценах 2007 года.
  • Технология активации потока возвратного ила аэротенков путем ути­ли­зации его избыточной энергии внедрена:

– на канализационных очистных сооружениях г. Тольятти Самарской области производи­тель­ностью 290000 м3/сут. Среднегодовой экономический эффект от внед­рения сос­та­вил 13,5 млн. руб. в ценах 2007 года;

– на канализационных очистных сооружениях г. Заречного Пензенской области произво­ди­­тель­ностью 30000 м3/сут. Среднегодовой экономический эффект от внед­рения составил 2,2 млн. руб. в це­нах 2007 года.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

– результаты теоретических и эксперимен­таль­ных исследований техно­ло­гичес­ких процессов получения дис­пергирован­ных водовоздушных смесей и их ис­поль­зо­вания для интенсификации работы канализационных очистных сооружений;

– энергосберегающие технологии интенсификации работы очистных со­оружений с использованием процесса диспергирования водовоздушных сме­сей в вихревых аппаратах;

– конструктивные решения аппаратов и оборудования для предлагаемых технологий получения водовоздушных смесей;

– методики расчета и рекомендации по проектированию аппаратурного оформления предлагаемых технологий интенсификации работы канализа­ци­он­ных очистных сооружений;

– технико-экономический анализ предлагаемых технических решений, по­зво­ляющих интенсифицировать работу канализационных очистных со­ору­жений.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты ра­боты докладывались и обсуждались на 16 международных и всероссийских кон­ференциях в гг. Пензе, Томске, Кемерово, Тюмени.

По теме диссертации опубликованы семь монографий, более 80 работ в научно-технических журналах и трудах конференций, (в том числе 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК). Получены 3 патента, подтверждающие новизну научно-технических решений.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Вклад автора в получении научных ре­зуль­татов состоял в непосредственном руководстве всеми этапами работ (по­ста­новка задачи, проведение исследований и производственных испытаний, обработка, анализ и обсуждение полученных результатов).

Диссертант участвовал во внедрении всех разработанных им технологий интенсификации очистки сточных вод на объектах коммунального хозяйства и промышленности на стадии проектирования, изготовления оборудования, монтажа и проведения пуско-наладочных работ.

Под руководством автора по теме диссертационной работы были под­го­тов­лены и успешно защищены девять диссертаций на соискание ученой сте­пени кандидата технических наук.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ ПО­ЛО­­ЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ. Достоверность полу­чен­ных результатов оценена с помощью современных математических методов об­работки экспериментов. Научные положения работы построены на резуль­та­тах анализа обширных технологических экспериментов, проведенных в лабораторных и промышленных условиях. При постановке экспериментов были использованы современные общепринятые методики, оборудование и приборы. Экспериментальные данные, полученные на моделях, соответ­ст­ву­ют результатам, полученным при промышленном внедрении.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 320 стра­ницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 117 рисунков и состоит из введения, 7 глав, основных выводов, библиографического списка ис­поль­зо­ванной литературы, включающего 241 названия и приложений.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность заве­дую­щему кафедрой информационно-вычислительных техно­ло­гий Пензенского ГУАС доктору химических наук, профессору А.Н. Ко­ше­ву за по­­лезные со­ве­ты и помощь, ока­занную при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проведения исследований по теме диссертационной работы, сформулирована цель и дана общая ха­рак­терис­ти­ка работы.

В первой главе представлен аналитический обзор современных тех­но­ло­­гий очистки сточных вод, предусматривающих использование водовоздуш­ных смесей. Анализ экспериментальных данных, полученных отечест­вен­ны­ми и зарубежными исследователями, показал, что наличие и характер про­цес­сов перемешивания сточных вод оказывают значительное влияние на эф­фективность их последующей механической и биологической очистки.

Показано, что из многих применяемых способов макромасштабного и мик­ромасштабного перемешивания сточных вод наиболее экономичным, тех­нологически эффективным и универсальным является гидропневматический способ, при котором перемешивание стоков осуществляется заранее под­го­товленной водовоздушной смесью с заданным дисперсным составом воз­душных пузырьков.

Так как на большинстве сооружений очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод применяется низконапорное оборудование (на­сосы, воздуходувки), то для получения водовоздушных смесей требуемой дисперсности и газонасыщения наиболее целесообразным является ис­поль­зование компактных и простых в изготовлении вихревых аппаратов, обес­пе­чи­вающих наибольшую степень утилизации энергии при турбулизации во­довоздушных потоков.

Приведены рекомендуемые значения критериев Фруда и Кемпа при ра­бо­те вихревых аппаратов для создания диспергированных водовоздушных сме­сей, а также обоснованы конструктивные решения при проектировании таких устройств.

Рассмотрено влияние электрического потенциала на процесс дис­пер­ги­ро­ва­ния водовоздушных смесей.

Показано, что в ряде случаев при механической и биологической очистке сточ­ных вод воздействие постоянного электрического потенциала на пред­ва­ри­тель­но создаваемую водовоздушную смесь приводит к существенному уве­ли­чению эффекта очистки сточных вод.

Во второй главе приводится анализ теоретических основ процессов очист­ки сточных вод с использованием водовоздушных смесей. На основании по­лученных уравнений энергетического баланса дается определение условий обес­печения устойчивости и диспергирования водовоздушных пузырьков в вод­ной среде. Использование данных условий на стадиях расчета и проек­ти­ро­вания вихревых аппаратов позволяет создавать конструкции, обеспе­чи­ваю­щие получение водовоздушных смесей требуемого дисперсного состава и га­зо­насыщения. Рассмат­ри­ва­ют­ся режимы всплывания одиночного пузырька в жидкости с учетом из­менения его основных геометрических характеристик.

Одним из основных свойств пузырька воздуха является дисперсность (раздробленность) – признак, связанный с его размерами и геометрией. Вво­дятся следующие понятия, характеризующие степень дисперсности пу­зырька:

1. Линейный размер пузырька dп. Поскольку поперечный разрез пузырька всегда представляет собой круг, за его линейный размер принимается диа­метр поперечного сечения dп, имеющего наибольшую площадь fп.

2. Дисперсный размер пузырька δп – отношение объема пузырька Wп к площади его поверхности Sп.

3. Коэффициент дисперсности Кд – отношение линейного размера пу­зырь­ка dп к его дисперсному размеру δп.

4. Коэффициент формы пузырька Кф – отношение площади поверхности пузырька Sп к площади его поперечного сечения fп.

Анализ зависимости скорости свободного всплывания vп воздушного пу­зырь­­ка от диаметра (линейного размера) dп позволил вы­де­лить сле­дую­щие режимы.

1. Режим ламинарного всплывания пузырька воздуха. Пузырек воздуха при данном режиме всплывания сохраняет шарообразную форму. Диаметр пу­зырь­ка воздуха на верхней границе ламинарного режима всплывания имеет значение dп = 0,132⋅10–3 м, скорость всплывания при этом vп = 0,0082 м/с.

2. Режим ламинарного всплы­ва­ния пузырька воздуха со скользящим при­сте­ночным слоем. В отличие от твердой сферы в рассматриваемом ре­жи­ме для пу­зырь­ка воздуха со­хра­няется закон Стокса, наблюдается эффект про­скаль­зы­вания, обуслов­лен­ный подвижностью наружных слоев поверхности пузырька. Диа­метр пузырька воздуха на верхней границе рассматриваемого режима dп = 0,5·10–3 м, скорость всплывания vп = 0,135 м/с (точка 2 рис. 1).

3. Переходный режим вспл­ы­ва­ния пузырька воздуха со сколь­зя­щим при­стеночным слоем.

Диаметр пузырька воздуха на верхней границе переходного режима всплы­­­вания dп = 1,37·10–3 м, скорость всплывания vп = 0,37 м/с. В рассматри­вае­мом режиме скорость всплывания пу­зырь­ка воздуха может быть определена по уравнению vп = 273,3dп, м/с.

Рис. 1. Зависимость коэффициента дисперсности Kд (А) и коэффициента формы Kф (Б) пузырька воздуха от его диаметра dп

4. Турбулентный режим всплы­ва­ния пузырька воздуха. При тур­бу­­лент­ном режиме равенство дейст­­вующих на пузырек воздуха сил сохраняется, но рав­номерное сжа­тие его поверхности уже не может ском­пенсировать действие увели­чи­ваю­щейся силы Архимеда, вслед­ствие чего про­исходит де­фор­­мация пузырька, сфера сплю­щи­вается и превращается в сфе­роид. Изменение формы пу­зырька приводит к уве­личению коэффи­ци­ента гидрав­ли­че­ского сопротив­ле­ния ζ. Воз­росшее сопротивление изменив­шей­ся фор­мы сплющен­ного пу­зырь­ка воздуха обусловливает умень­шение скорости всплывания vп. Анализ фотографий всплывающих пузырьков в воде при температуре воды Т = 20 С позволил получить зависимости изменения коэффициентов дис­персности Кд и формы Кф от диаметров пузырьков воздуха приведенные на рис.1. При тур­бу­лентном режиме всплывания скорость пузырька воз­духа может быть оп­ре­де­лена по уравнению м/с, ко­эф­фи­циент дисперснос-ти – по урав­­нению ; ко­эффициент фор­мы – по уравнению . Диа­метр пу­зырь­ка воздуха на верхней гра­ни­це турбулентного ре­жима всплы­ва­ния dп = 5⋅10–3 м, скорость всплы­вания vп = 0,21 м/с (точки 4, рис. 1).

5. Турбулентное всплывание пузырька воздуха в области авто­мо­дель­нос­ти режима движения. В рассматриваемом режиме всплывания пузырька воз­духа прекращается его деформация, что обусловливает постоянство значений коэффициента фор­мы Кф = 2,27 = const (см. рис. 1) и коэффициента гид­рав­ли­ческого со­про­тивления . Изменение ко­эф­фициента дисперснос­ти в соответствии с урав­нением об­ус­лов­­ливает откло­не­ние от квад­­ратичного закона из­ме­нения скорости всплы­ва­ния пузырька воз­ду­ха. В рассматриваемом режиме всплывания скорость пузырька воз­духа может быть определена по уравнению .

Анализ закономерностей изменения скоростей всплывания пузырьков при увеличении их диаметров позволил выдвинуть пред­по­ло­же­ние о взаи­мосвязи режимов всплывания пузырьков с режимами массопередачи кис­лорода воз­духа в жидкость. В об­щем виде кинетику массопередачи кислорода воздуха в воду из всп­лы­ваю­ще­го пузырька принято описывать уравнением:

,        (1)

где – скорость массопередачи, кг/с; КL – коэффициент массопередачи границы раздела фаз пузырек-жидкость (пленочный коэффициент мас­со­передачи), м/с; А – площадь раздела фаз газ-жидкость, м2; Сн – концентрация насыщения газом жидкости, кг/м3; С – концентрация растворенного газа в жид­кости, кг/м3.

Теория псевдостационарной молекулярной диффузии Льюиса–Уитмена рас­­сматривает процесс массопередачи с поверхности псевдотвердого сфе­ри­ческого пузырька воздуха, что соответствует ламинарному режиму всплы­ва­ния пузырьков диаметром менее dп = 0,12310–3 м. В соответствии с теорией Льюиса–Уитмена пленочный коэффициент мас­со­передачи может быть опре­де­лен по формуле , м/с; где Dсд – коэффициент псевдоста­ци­онар­ной диффузии, м2/с; y – толщина границы раздела фаз «газ-жидкость», м.

Пле­ночная теория Хигби (теория «пенетрации»: теория «проницания») рас­сматривает процесс не­ста­ционарной молекулярной диффузии через сколь­зящую «об­нов­ляю­щуюся» в процессе всплывания пузырька границу раздела фаз. Условия, положенные в основу тео­рии Хигби, обеспечиваются при ла­ми­нарном режиме всплывания пу­зырь­ков воздуха со скользящим пристеночным слоем и переходном режиме всплы­вания пузырьков воздуха, имеющих диаметры dп = 0,123·10–3…1,37·10–3 м.

В соответствии с теорией Хигби пленочный коэффициент массопередачи может быть определен по формуле: , где Dнд – коэф­фи­ци­ент нестационарной молекулярной диффузии, значение которого отлично от зна­чения Dсд, м2/с.

В теории П.В. Данквертса рассматривается процесс непрерывного об­нов­ления поверхности деформированного воздушного пузырька под действием об­ра­зующихся на ней турбулентных вихрей. Активное образование тур­бу­лент­ных вих­рей возможно лишь в режимах турбулентного всплывания де­фор­ми­ро­ван­ных пузырьков воздуха, имеющих диаметр более чем 1,37·10–3 м. В соот­вет­ствии с теорией П.В. Данквертса пленочный коэффициент массо­передачи может быть определен по формуле: , где Dтд – коэф­фициент турб­у­лент­ной диффузии, значение которого отлично от значений Dсд и Dнд, используемых Льюисом–Уитменом и Хигби, м2/с; S – фактор обнов­ле­ния, величина, обратная времени полного обновления поверхности пу­зырь­ка воздуха, с–1.

В своей теории П.В. Данквертс не приводит какого-либо конкретного под­­­хода для определения величины фактора обновления поверхности гра­ницы раздела фаз.

Было предложено определять S как отношение секундной работы, со­вершаемой силами гидродинамического сопротивления Агс, к поверх­ност­ной энергии пузырька воздуха Еσ:

; ,

где – сила гидродинамического сопротивления, Н; – рас­сто­яние, м, на которое перемещается пу­зы­рек воздуха за время, , с; σп – ко­эф­фи­циент поверхностного натяжения, Дж/м2.

Тогда

.        (2)

Поскольку при турбулентном всплывании пузырька воздуха устанав­ли­ва­ет­ся режим динамического равновесия действующих на него сил: силы Архимеда FА; силы гидродинамического сопротивления Fго; силы поверхностного натя­же­ния Fпн (FАр = Fгс = Fпн), то по аналогии с выражением (2) фактор S также может быть определен по фор­мулам:

;        (3)

.        (4)

Таким образом, с учетом формулы (4), пленочный коэффициент мас­со­передачи для турбулентных режимов всплывания деформированных пу­зырьков воздуха может быть определен по формуле:

.        (5)

В отличие от формулы Хигби , описывающей процесс мас­сопередачи в режимах всплывания сферических пузырьков воздуха со сколь­зящим приграничным слоем формула (5) учитывает изменение геометрии поверхности пузырьков воздуха в процессе их деформации (дополнительно учитывается коэффициент дисперсности Кд), вследствие чего ее исполь­зо­вание будет более корректно при описании массопередачи в турбулентных режимах всплывания деформированных пузырьков воздуха.

Во второй главе приводится вывод уравнений для определения ко­эф­фи­циента истощения концентрации кислорода в воздухе внутри пу­зырька в про­цессе его всплывания Кги и для определения коэффициента использования кис­лорода Ки:

;         (6)

,        (7)

где – объемный коэффициент массопередачи одиночного пу­зырь­ка воздуха, с–1; ψ – абсорбционная константа Бунзена; Тп – про­дол­жительность всплывания пузырька воздуха, с; Сп – изменение концентрации кислорода в воздухе внутри пузырька за время его всплывания, кг/м3;
Скв – кон­центрация кислорода в воздухе, кг/м3.

Во второй главе также дается анализ процесса барботирования как спо­со­ба пе­ремешивания жидкости. Приводится вывод системы уравнений, опи­сы­ваю­щих работу перемешивающих эрлифтных устройств. Рассматривается по­ло­жительное влияние, которое ока­зывает пневматическое перемешивание на различные технологические про­цессы очистки воды. Достигаемый эффект объяс­няется одновременным протеканием по крайней мере четырех про­цес­сов: 1) специ­фи­ческим механи­чес­ким перемешиванием воды всплывающими пузырьками воздуха; 2) об­ра­зованием границы раздела фаз (газ–жидкость), обладающей избыточной по­верхностной энергией и выступающей в роли катализатора проис­хо­дя­щих процессов; 3) десорбцией (отдувкой) из воды летучих соеди­нений; 4) на­сы­ще­нием воды кислородом воздуха, приводящим к повышению уровня Еh и сни­жению электрокинетического потенциала содержащихся в воде примесей.

Специфические процессы, связанные с барботированием жидкости, по­зво­­ляют получить усреднение ее характеристик не только на макроуровне (про­­цесс макросмешения), но и достичь выравнивания концентраций реа­ги­рую­­щих веществ на микроуровне (процесс микросмешения).

При­во­дится анализ теоретических основ очист­ки сточ­ных вод методом на­­порной фло­та­ции. Рас­смат­риваются тео­ре­ти­ческие мо­де­ли про­цесса фло­тации инер­ци­он­ных и без­ынерционных дис­персных частиц, по­лученные с ис­поль­­зо­ванием тер­модинамичес­ко­го и кинетического подхода. Вы­водится кри­­те­рий фло­ти­руемости дисперсной частицы всплывающим пу­зырьком воз­духа, по­зво­ляющий пред­ска­зать воз­можность образования фло­токомплекса «дис­перс­ная час­тица – пузырек воздуха» в «дальнем» или «ближ­­нем» энер­гетическом ми­ни­му­ме.

Анализируется процесс вы­де­ления пузырьков из пер­есы­щен­ной газом жид­кости, имею­щий две стадии: 1) воз­ник­нове­ния зародышей пузырь­ков га­за; 2) роста образовавшихся зародышей. Первая стадия про­те­кает с уве­ли­чением энергии Гиббса системы и поэтому термоди­на­ми­чес­ки затруднена. Вто­рая стадия проходит само­произ­воль­но со значительным убы­­ва­ни­ем энер­гии Гиббса. С ростом величины пере­сы­щения жидкости газом про­ис­ходит не только увеличение количества заро­ды­шей, но и существенное уве­личение диаметра обра­зовавшихся пу­зырь­ков, вслед­ствие их изотер­ми­чес­кого рас­ши­рения за счет диффузии газа из пере­сы­щен­ного раствора. При уве­личении пе­ре­сыщения жид­кости степень дисперс­ности водовоздушной смеси умень­шается. Умень­ше­ние отношения диаметра флотируемой частицы dч к диа­мет­ру образовавшегося пузырька воз­духа dп при­водит к снижению коэффициента эффек­тивности за­хвата Е и сни­жению эффек­та очист­ки методом напорной флотации.

Увеличение степени газонасыщения флотационного объема положи­тель­но влияет на процесс флотации, а увеличение среднего радиуса образующих­ся пу­зырьков воздуха – отрицательно. Противоположное влияние этих двух факторов приводит к тому, что эффективность процесса напорной флотации будет иметь максимум при некотором определенном значении пересыщения жидкости.

Технология диспергирования водовоздушной смеси в процессе ее обра­бот­ки в неоднородном электрическом поле позволяет устранить про­ти­во­речия, присущие методу напорной безреагентной флотации, получить мел­ко­дисперсную во­довоздушную смесь при высоком коэффициенте газонасы­ще­ния и повысить эффективность флотационной очистки сточных вод.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям технологии получения тонкодиспергированной водовоздушной смеси.

Рассматриваются теоретические основы процесса диспергирования газо­жид­костной смеси под действием турбулентных пульсаций в трубчатом гидродинамическом устройстве с закрученным потоком.

Поскольку энергия турбулентных пульсаций (диссипация энергии) имеет минимальное значение в ядре потока, возрастает при удалении от него, и достигает максимального значения в пристеночных областях потока, труб­чатые гидродинамические устройства, в которых создаются потоки жидкости, имеющие большие значения окружных скоростей в пристеночных областях, должны позволить получить более тонкодисперсные водовоздушные смеси.

Были изучены два способа создания вращательно-поступательного движе­ния жидкости: 1) закручивание потока за счет тангенциальной подачи жид­кости в вихревую камеру через прямоугольную щель; 2) закручивание потока за счет подачи жидкости в камеру входа (соосно устанавливаемую на вих­ре­вой камере и имеющую больший диаметр) через тангенциально присое­ди­нен­ный к ней патрубок, имеющий диаметр, равный диаметру вихревой камеры.

Для создания вращательно-поступательного движения жидкости по первому способу использовались вихревые гидродинамические устройства: № 1 с геометрическим коэффициентом Кг1 = 3 (геометрический коэффициент отношение площади входного патрубка Fвп к площади тан­ген­ци­аль­ной щели Fтщ); № 2 с Кг1 = 5; № 3 с Кг1 = 7.

Для создания вращательно-поступательного движения жидкости по второму способу использовались вихревые гидродинамические устройства: №1 с геометрическим коэффициентом Кг2 = 3 (геометрический коэффициент  отношение диаметра камеры входа Dкв к диаметру вихревой ка­ме­ры dвк); № 2 с Кг2 = 5; № 3 с Кг2 = 7.

Изучалось влияние параметров потока во входном патрубке (средняя ско­рость потока vвх и давление рвх) на параметры потока в вихревой камере: напор в пристеночной Нп и осевой Но областях, угол закрутки потока α.

Угол закрутки потока α, определяющий соотношение окруж­ной скорости vок и осевой (поступательной) скорости vос в пристеночной об­ласти , в соответствии с рекомендациями профессора С.С. Ку­­­та­те­лад­зе принимался равным углу, образующемуся на выходе из вихревой каме­ры линиями распыления с осью потока.

В гидродинамических устройствах с щелевым тангенциальным входом наблю­далось значительно большее вакуумметрическое давление на оси потока (Pвo до 0,72⋅104 Па), чем в гидродинамических устройствах с камерой входа (Pвo до 0,2⋅104 Па). Гид­родинамические устройства с камерой входа позволили по­лу­чить большее вакуумметрическое давление в пристеночной области (Pвп до 0,16⋅104 Па), чем гидроди­на­ми­ческие устройства с тангенциальным щелевым входом (Pвп до 0,1⋅104 Па). Величина отношения вакуумметрических давлений в центральной и пристеночной областях в вихревых камерах гидродина­ми­чес­ких устройств с щелевым тан­генциальным входом () зна­чи­тельно превышает ана­ло­гичный показатель вихревых камер гидроди­на­ми­чес­ких устройств с камерой входа () При увеличении осевой ско­рости vос с 1 до 3 м/с разряжение в осевой области вихревых камер гид­родинамических устройств с щелевым входом увеличивается в 2,1–2,4 раза; а в вихревых камерах гид­ро­динамических устройств с камерой входа в 1,1–1,2 раза. При увеличении осе­вой скорости vос в вихревых камерах гидро­ди­намических устройств с ще­ле­вым тангенциальным входом с 1 до 3 м/с, угол закрутки потока α увеличи­ва­ется с 16 до 39, а в вихревых камерах гидро­динамических уст­ройств с каме­рой входа с 31 до 43.

Проведенные исследования показали, что гидродинамические устройства с камерой входа позволяют достичь больших значений окружных скоростей vок в пристеночных областях вихревых камер, чем устройства с танген­ци­аль­ным щелевым входом.

Обработка экспериментальных данных позволила получить следующие мате­ма­тические модели, описывающие изменение угла закрутки по­то­ка α при увели­че­нии осевой скорости vос от 1 до 3 м/с; для гид­ро­дина­ми­чес­ких устройств с тангенциальным щелевым входом и для гидродинамических устройств с камерой входа.

Экспериментальные исследования технологии диспергирования водо­воз­душ­ной смеси, образующейся после высоконапорного газожидкостного эжек­то­ра, проводились с использованием гидродинамических устройств № 2 с тан­г­енциальным щелевым входом и камерой входа. Вихревая камера (ствол электрогидродинамического устройства) (ЭГДУ) в обоих случаях имела об­щую длину 1 м и была разделена диэлектрическими муфтами на катодные и анод­ные участки. Диаметр вихревой камеры dвх = 20 мм. Коэффициент газ­о­со­держания водовоздушной смеси – отношение объема, занимаемого воз­ду­хом Wв, м3, к общему объему смеси Wс, м3, поддерживался на уровне φ = 0,4. Средняя осе­вая скорость движения водовоздушной смеси по стволу ЭГДУ поддер­жи­ва­лась на уровне vос = 1,4 м/с. К изолированным участкам ствола ЭГДУ от выпрямительного устройства подводился электропотенциал 12 В. Об­ра­бо­танная в ЭГДУ водовоздушная смесь пропускалась через две воздухо­от­де­лительные колонны. Из нисходящего потока водовоздушной смеси, про­хо­дящего первую воздухоотделительную колонну, имеющую диаметр 50 мм, отделялись пузырьки воздуха, имеющие диаметр более dп = 0,5·10–3 м, на второй воздухоотделительной колонне, имеющей диаметр 300 мм, отделялись пузырьки воздуха, имеющие диаметр более dп = 0,1·10–3 м.

При отсутствии поляризации ствола ЭГДУ в водовоздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым входом суммарный объем пузырьков диаметров менее 0,510–3 м составляет около 1%, а в устройстве с камерой входа около 3 % от общего объема водовоздушной смеси. Пузырьки диаметром менее 0,110–3 м на ЭГДУ без электрической поляризации ствола получить не удалось. Нало­же­ние электрического потенциала 12В на ствол ЭГДУ позволило сущест­вен­но повы­сить степень дисперсности водовоздушной смеси. При положи­тель­ной поля­ризации двух участков ствола ЭГДУ длиной 400 мм каждый сум­мар­ный объем пузырьков диаметром менее 0,110–3 м в водовоздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым входом составлял 3 %, а на выходе из устройства с камерой входа 5 % от общего объема водовоз­душ­ной смеси.

При отрицательной поляризации двух участков ствола ЭГДУ длиной 400 мм каждый суммарный объем пузырьков диаметром менее 0,110–3 м в во­до­воздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым вхо­дом составлял 5 %, а на выходе из устройства с камерой входа 9 % от общего объема водовоздушной смеси.

Проведенные исследования показали, что ЭГДУ с камерой входа и от­рицательной поляризацией участков ствола, имеющих большую длину, яв­ляется эффективным устройством, позволяющим получить тонкодисперсную водовоздушную смесь для флотационной очистки сточных вод.

В четвертой главе приводятся результаты теоретических и экспе­ри­мен­тальных исследований комбинированной системы аэрации аэротенков с пере­ме­шиванием аэрационного объема вихревым эрлифтным устройством. Рас­смат­риваются теоретические основы процесса перемешивания жидкости эрлифт­ными устройствами. Анализируются характеристики эрлифтных уст­ройств работающих в статическом режиме, при котором пузырьки воздуха всплы­вают в неподвижном слое жидкости и динамическом режиме, преду­смат­ривающим всплывание пузырьков в движущемся слое жидкости.

Основными характеристиками режима работы эрлифтного устройства яв­ляются: коэффициент газосодержания водовоздушной смеси φ, опреде­ляемый как отношение объема эрлифтной зоны, занимаемой газом Wг, м3, к общему объему эрлифтной зоны Wэ, м3, приведенная скорость газа или интенсивность барботирования Jэ, м/с, определяется как отношение расхода, подаваемого в эрлифт воздуха Qв, м3/ч, к площади поперечного сечения эрлифтной зоны Fэ, м2; относительное время – отношение времени пребывания в эрлифтной зоне газа Тг, с, к времени пребывания в эрлифтной зоне жидкости Тж, с; от­но­сительный расход – отношение объемного расхода, проходящего через эр­лифт газа Qг (м3/с), к расходу перекачиваемой через эрлифт жидкости Qж, м3/с.

В четвертой главе приводится вывод замкнутых систем уравнений, опи­сы­вающих работу эрлифтного устройства в статическом и динамическом ре­жи­мах. В результате экспериментальных исследований процесса работы пе­ре­мешивающего эрлифтного устройства было установлено, что приведенная скорость движения жидкости vж и коэффициент газосодержания водовоз­душ­ной смеси φ могут быть определены по эмпирическим уравнениям:

.        (8)

Экспериментальные исследования процессов перемешивания и аэрации воды с использованием вихревого эрлифтного устройства проводились на ус­тановке, включающей в себя: компрессор, ротаметр, запорную арматуру, труб­чатый аэратор «Аква-лайн», вихревое эрлифтное устройство, бак с водой.

Тангенциально присоединенные к стволу вихревого эрлифтного устрой­ства (ВЭУ) выпускные патрубки обеспечивали создание вращательного дви­жения жидкости. Окружные скорости потока жидкости в придонных слоях при приведенной скорости подачи газовой фазы в ствол эрлифта Jэ = 0,16 м/с имели значения vод = 0,05–0,11 м/с, скорость нисходящего потока жидкости в пристеночных областях достигала величины vнп = 0,14 м/с.

Определение зависимости величины объемного коэффициента массо­пе­ре­дачи кислорода КLa от интенсивности аэрации производилось по стан­дарт­ному методу переменного дефицита кислорода в воде.

В начале производилось обескислороживание воды с последующим повы­ше­нием концентрации растворенного кислорода в процессе аэрации с за­дан­ной интенсивностью аэрирования J, м3/(м2с). Обескислороживание воды про­из­водилось сульфатом натрия с добавлением катализатора – хлористого ко­бальта. Концентрация кислорода, растворенного в воде, определялась с по­мощью кислородомера марки АЖА-101.1 М. Доля воздуха, подаваемого на ВЭУ контролировалась ротаметрами и определялась как отношение расхода воздуха, подаваемого на ВЭУ Qвэ к общему расходу воздуха, подаваемого на трубчатый аэратор «Аква-лайн» и ВЭУ Qво ().

Результаты экспериментальных исследований процесса массопередачи кислорода воздуха, представлены в виде графиков, изображенных на рис. 2.

Проведенные исследования показали, что ВЭУ является эффективным пе­ре­мешивающим устройством, позволяющим осуществить эффект про­ти­во­то­ка и повысить степень перемешивания аэрационного бассейна. Наибольший опти­мальный режим работы комбинированной системы аэрации наблюдается при доле воздуха подаваемого на ВЭУ  = 0,1. При подаче 10 % от общего расхода сжатого воздуха на ВЭУ и до 90% от общего расхода – на мелкопузырчатый аэратор, эффективность системы аэрации увеличивается в 1,6 раза.

Рис. 2. Зависимость величины объемного коэффициента массопередачи кислорода КLa от интенсивности аэрации J и доли воздуха, подаваемого на вихревое эрлифтное устройство :
1 –  = 0; 2 –  = 0,05; 3 –  = 0,10; 4 –  = 0,2

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям техно­ло­гии предварительной обработки городских сточных вод в вихревых гид­ро­динамических устройствах (ВГДУ). Приводится теоретическое обоснование метода предварительной обработки сточных вод в ВГДУ с целью интен­си­­фикации работы городских очистных сооружений.

Предложенная технология предусматривает утилизацию избыточной энер­гии потока сточных вод, перекачиваемых на городские очистные со­ору­жения путем подачи их под остаточным напором в ВГДУ, устанавливаемое над камерой гашения напора. Технология предварительной обработки сточ­ных вод позволяет реализовать следующие методы воздействия на дис­перс­ные системы сточных вод:

1. Воздействие на сточные воды повышенной турбулентности, приво­дя­щее к ортокинетической коагуляции мелкодисперсных частиц и отмывке мел­ких минеральных частиц от налипших на них органических загрязнений.

2. Насыщение сточных вод кислородом воздуха и повышение их Еh-по­тен­циала.

3. Биокоагуляционная обработка сточных вод с использованием избы­точного активного ила.

Отмывка мелких фракций песка от налипших на них органических за­грязнений позволяет интенсифицировать работу песколовок, сущест­вен­но по­вы­сить эффективность задержания мелких фракций песка, снизить золь­ность осадка песколовок, устранить его загнивание.

Снижение концентрации взвешенных частиц минерального состава в сточ­ных водах, поступающих в аэротенк, приводит к существенному со­кра­щению прироста ила, так как минеральные частицы практически полностью пе­реходят в массу избыточного ила. Сокращение прироста активного ила по­зволяет не только снизить затраты, связанные с его утилизацией, но и уве­личить возраст активного ила. Увеличение возраста активного ила до опре­деленного значения (как правило более 5–7 суток) обусловливает сущест­вен­ное интенсифи­ци­ро­вание процессов биохимического окисления аммонийного азота.

На основе анализа соотношения удельной массы нитрифицирующего ак­тив­ного ила, прирастающей в единице объема аэрационного сооружения за еди­ницу времени, к удельной массе нитрифицирующего ила, выносимого из этого объема в единицу времени, был выведен технологический крите­ри­аль­ный ком­плекс, характеризующий возможность протекания процесса биоло­ги­чес­кой нитрификации.

Исследования проводились на опытной установке, смонтированной на территории КОС г. Сердобска Пензенской области, в состав которой входили вихревое гидродинамическое устройство (ВГДУ) с диаметром вихревой камеры dвк = 50 мм, бак-делитель потока, модель песколовки и модель от­стойника. Схема ВГДУ представлена на рис. 3.

ВГДУ включает в себя цилиндрическую камеру входа с тангенциально присоединенным к ней патрубком входа 1, вихревую камеру 4 и камеру сме­шения 5. За счет тангенциальной подачи жидкости под остаточным напором по патрубку 1 в камере входа 2 создается поток с вихревым движением. При переходе из камеры входа, имеющей диаметр Dкв, в соосно присоединенную к ней вихревую камеру, имеющую диаметр dвк, угловая скорость вращения потока увеличивается. В приосевой зоне ВГДУ создаётся область с пони­жен­ным давлением, куда по воздушному патрубку 3 засасывается атмосферный воздух и подается избыточный активный ил.

Зависимости изменения зольности осадка задерживаемого в модельной песколовке и процентного содержания в нем фракций песка диаметром менее 0,25 мм от средней осевой скорости жидкости vос в вихревой камере пред­став­лены на рис. 4.

Зависимости изменения эффекта очистки сточных вод по БПК5 в модель­ном отстойнике ЭБПК концентрации органических веществ (БПК5) на выходе из мо­дельного отстойника СБПК от значения средней осевой скорости vос в вих­ревой камере ВГДУ и от концент­рации избыточного активного ила в сме­си со сточ­ными водами Сил при средней скорости vос = 0,7 м/с представлены на рис. 5, 6.

Обработка опытных данных позволила получить следующую матема­ти­ческую модель, описывающую изменение эффективности снижения БПК5 в про­цессе первичного отстаивания городских сточных вод после ВГДУ:

; ; ,        (9)

где Эпо – эффект удаления БПК5 в процессе первичного отстаивания сточных вод, прошедших предварительную обработку в ВГДУ, %; Э – эффект уда­ле­ния БПК5 в процессе первичного отстаивания из сточных вод, не прошедших предварительную обработку, %; Кv – коэффициент, учитывающий влияние сред­ней осевой скорости жидкости в стволе ВГДУ; Кс – коэффициент, учи­тывающий влияние концентрации добавляемого в сточные воды избыточного активного ила; vос – среднеосевая скорость жидкости в стволе ВГДУ, м/с;
Сил – концентрация активного ила в смеси со сточными водами, мг/л.

На втором этапе исследований проводилось изучение процесса биоло­ги­ческой очистки городских сточных вод, прошедших предварительную обра­ботку в ВГДУ. В состав экспериментальной установки входили контроль­ный и опытный аэротенки емкостью по 0,12 м3 каждый.

В опытный аэротенк подавались предварительно обработанные в ВГДУ сточ­ные воды, прошедшие механическую очистку в модельной песколовке и отстой­ни­ке, в контрольный – сточные воды после песколовки и отстойника, не про­шед­шие предварительную обработку в ВГДУ. Общая продол­жи­тель­ность обработки в модельном и контрольном аэротенках соответствовала пе­риоду аэрации в на­турном аэротенке-вытеснителе. Анализы качества сточных вод проводились в от­фильтрованных пробах, отби­рае­мых из аэротенков через каждый час.

Зависимости изменения кон­цент­рации органических за­гряз­нений в про­цессе био­ло­гической очист­­ки в опытном и конт­рольном аэро­­тенках по БПК5 пред­ста­ле­ны на рис. 7.

Рис. 7. Зависимости изменения концентрации органических загрязнений (БПК5) в процессе биологической очистки в опытном (1)
и контрольном (2) аэротенках

Проведенные исследования по­казывают, что предва­ри­тель­ная обработка сточ­ных вод в ВГДУ позволяет повысить эф­фек­тивность работы пер­вич­ных от­стойников, в результате чего нагрузка на аэротенк сни­жа­ется в 1,5 раза. Кон­цент­ра­ция загрязняющих веществ на выходе из аэротенка умень­ша­ет­ся по пока­за­телям БПК5 – в
2 ра­за; ХПК – в 1,7 раза; – в 1,4 раза, – в 1,14 раза. При­рост активного ила умень­ша­ется в 2 раза.

Шестая глава посвящена экспериментальным иссле­до­ва­ниям технологии активации потока возвратного ила аэро­тенков путем утилизации его избы­точ­ной энергии при обработке в эжекторе и электрогидродинамическом уст­рой­ст­ве (ЭГДУ). Приводится теоретический анализ предпосылок к выбору ос­нов­ных на­прав­лений исследований.

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), состоящего из двух соосно соединенных камер: камеры входа (диаметром D) и ствола (диаметром d).

В стволе ЭГДУ создается интенсивное вращательно-поступательное дви­же­ние иловоздушной смеси, характеризуемое повышенным уровнем тур­булентности. ЭГДУ можно рассматривать как весьма совершенный смеси­тель, позволяющий существенно интенсифицировать процесс массообмена ило­в­оздушной смеси, образующейся после эжектора. 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.

Все многообразие воздействий электрического поля и электрического тока на бактериальные клетки сводится к следующим последствиям: 1) уве­ли­чение активности микроорганизмов вследствие повышения проницаемости мембран; 2) активация микроорганизмов вследствие повышения активности внеклеточных ферментов и ряда поверхностно расположенных рецепторов кле­ток; 3) интенсификация процессов внутриклеточного метаболизма.

Рис. 8. Зависимости изменения дегидрогеназной активности обработанной
в ЭГДУ иловой смеси от напряжения поляризации и типа электродной системы при v = 1,5 м/ч: 1 – блок электродов (катод-анод) lк = 0,4;
lа = 0,4 м; 2 – блок электродов (катод-анод) lк = 0,4; lа = 0,2 м;
3 – блок электродов (анод-катод-анод)
lк = 0,2; lа = 0,8 м;
4 – блок электродов (катод-анод-катод) lк = 0,8; lа = 0,2 м

Исследования проводились на опытной установке, смонтированной на тер­ритории КОС г. Заречный Пензенской области. Установка включала в себя опытный и два контрольных аэротенка периодического действия, емкостью по 0,1 м3 каждый. Иловая смесь из вто­рич­ных отстойников насосом пере­ка­чи­ва­лась в опытный и контрольные аэро­тен­ки. Перед подачей в опытный аэро­тенк иловая смесь проходила обра­бот­ку в эжекторе и ЭГДУ. Иловая смесь, поступающая в первый конт­роль­ный аэротенк, проходила об­ра­бот­ку только в эжекторе, во второй конт­роль­ный аэро­­тенк поступала необра­бо­тан­ная ило­вая смесь. В качестве кри­терия, оп­ре­де­ляющего общее состояние иловой сме­си и ее способности окислять ор­га­ни­ческие загрязнения сточных вод, был при­нят показатель общей дегид­р­о­ге­наз­ной ак­тивности. Дегидрогеназная ак­тив­ность оп­ределялась по стандарт­ной ме­тодике, основанной на восста­нов­ле­нии бес­цвет­ного 2-,3-,5-трифе­нил­тетра­зо­лия хло­рис­того (ТТХ) де­гид­рогена­за­ми в ок­ра­шенный трифе­нил­формазан.

Зависимости изменения дегид­ро­ге­назной активности (ДГА) обр­а­бо­тан­ной в ЭГДУ иловой смеси пред­став­­лены на рис. 8.

Проведение первого этапа ис­сле­дований позволило установить, что:
1) на­иболее оптимальной является элект­­родная система ствола ЭГДУ «катод-анод-ка­тод» с отношением длин катода к аноду 2:1; 2) скорость про­тока ило­воз­душной смеси через ствол ЭГДУ из условия обеспечения мак­симальных значений ДГА необходимо принимать в пределах v = 1,5…2,5 м/с; 3) наи­бо­лее значимое повышение фер­ментативной активности обра­бо­тан­ной в ЭГДУ ило­вой смеси происходит при повышении значений напряжения поляризации соосной системы электродов ствола ЭГДУ от 0 до 30 В.

При проведении второго этапа исследований пробы из опытного и конт­роль­ного аэротенков отфильтровывались и проводился анализ следую­щих по­ка­зателей качества сточных вод: ХПК, БПК5, азот аммонийный, общий фос­фор. Зависимости изменения концентрации органических загрязнений в про­цессе биологической очистки в опытном и контрольных аэро­тенках пред­ставлены на рис. 9.

а        б

 

Рис. 9. Зависимости изменения: а – БПК5; б – ХПК сточных вод в процессе биологической очистки в опытном и контрольных аэротенках
при активации иловой смеси на лабораторной установке:
1 – необработанная иловая смесь; 2 – иловая смесь, обработанная в эжекторе;
3 – иловая смесь, обработанная в эжекторе и ЭГДУ

Проведенные исследования показали, что: 1) последовательная обработка иловой смеси в эжекторе и ЭГДУ позволяет существенно повысить ее активность; 2) концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, про­шед­ших биологическую очистку в течение 5 ч с использованием иловой сме­си, обработанной по предлагаемой технологии, уменьшается по срав­не­нию с концентрацией загрязнений сточных вод, прошедших очистку неак­ти­ви­рованной иловой смесью, по показателям: ХПК – в 2,3 раза; БПК5 – в 1,7 ра­за; – в 1,2 раза; – в 1,6 раза.

В седьмой главе приводятся результаты производственного внедрения технологий диспергирования водовоздушных смесей.

Производственное внедрение тех­но­ло­гии диспергирования водовоз­душ­ной сме­си, образующейся после эжектора, при ее обработке в электро­гид­родина­ми­чес­ком устройстве проводилось на участ­ке очистки замазученных сточных вод ТЭЦ г. Пензы, производительностью 1200 м3/сут.

В состав участка очистки замазученных сточных вод входит два фло­та­тора расчетной производительностью 25 м3/ч каждый, фильтры механической очистки, фильтры глубокой доочистки сточных вод с загрузкой из ак­ти­ви­ро­ван­ного угля.

До проведения реконструкции фло­та­торы работали по схеме, преду­смат­ри­ваю­щей пересыщение всего объема по­сту­пающих на очистку сточных вод воз­ду­хом, подаваемым эжектором, уста­нов­­­лен­ным на линии, соединяющей на­пор­­ный и всасывающий патрубки пе­ре­­ка­чи­ваю­щего насоса. Объем эжек­ти­руе­мого воздуха не превышал 2–4 % от объе­ма перекачиваемых сточных вод, так как из­быточное количество воздуха, по­ступаю­ще­го в центробежный насос, приводило к срыву режима его работы. Низкое газо­насыщение рабо­чего объема флотатора определяло невысокий эф­фект очистки сточных вод. В результате про­ведения реконструкции эжектор на бай­пас­ной ли­нии насоса и сатуратор были отключены. На напорной линии насосов, перека­чи­вающих сточные воды во фло­та­тор, были установлены высоко­на­пор­ный эжектор, электрогид­ро­ди­на­ми­ческое устройство (ЭГДУ) и класси­фи­катор фракций водовоздушной смеси. Общий вид узла обработки водовоз­душ­ной сме­си представлен на рис. 10.

Рис. 10. Общий вид узла обработки водовоздушной смеси ТЭЦ-1 г. Пензы

В качестве классификатора фракций во­­довоздушной смеси использовался вер­­ти­кальный стояк. Крупные пузырьки воз­ду­ха имеющие диаметр более
0,5 мм, всплы­вали на поверхность, а мелко­дис­перс­ная водо­воз­душная смесь по­сту­пала во флотатор.

Работа флотатора отслеживалась в те­че­ние периода между регенерациями филь­тров сорбционной доочистки сточ­ных вод. Фильтры выводились на реге­не­рацию при повышении концентрации неф­тепродуктов в фильтрате до 0,3 мг/л. Повышение газонасыщения рабочего объе­­ма флотатора с 1,5–2,8 до 8–12 % в ре­зультате проведения реконструкции по­зво­лило увеличить эффект очистки сточ­ных вод с 40–55 до 60–71 % и продлить рабочий цикл фильтров сорбционной до­очист­ки с 11 до 21 суток.

С целью дальнейшего повышения эф­­фек­тивности флотационной очистки сточ­ных вод перед классификатором фракции была установлена камера с коа­лесцирующей загрузкой. В качестве коалес­ци­рую­щей загрузки ис­поль­зо­вались кольца Рашига диаметром 50 мм. Стаби­ли­зированная в результате элект­рообработки в ЭГДУ водовоздушная эмульсия не изменяла своего дис­персного состава при пропускании через камеру с коа­лесцирующей за­груз­кой. Использование камеры с коалесцирующей за­груз­кой за счет до­пол­ни­тельного слипания частиц мазута позволило увеличить эф­фект очистки сто­ков до 65–77 % и продлить фильтроцикл сорбционных фильтров до 26 суток.

Результаты, полученные от внедрения технологии диспергирования водо­воздушной смеси на участке очистки замазученных сточных вод ТЭЦ-1 г. Пен­зы, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты внедрения технологии диспергирования водо­воздушной смеси
на участке очистки замазученных сточных вод ТЭЦ-1 г. Пен­зы

Режим работы участка флотационной предочистки сточных вод

Показатели

Газонасыщение флотационного
объема φ, %

Концентрация нефтепродуктов на входе во флотатор Свх, мг/л

Концентрация нефтепродуктов на выходе с флотатора Свых, мг/л

Эффект очистки Э, %

Продолжительность фильт­роцикла фильтров участка фильтрационной до­очистки сточных вод Т, сут

До реконструкции

1,5–2,8

24–48

15–22

40–55

11

После реконструкции без ка­ме­ры коалесценции

8–12

26–42

10–12

60–71

21

После реконструкции с камерой коа­лесценции

8–12

22–46

7–11

65–77

26

Производственное внед­ре­ние технологии перемеши­ва­­ния аэрационного объе­ма аэро­­­­тенков вихревыми эрлифт­­­­­н­ы­ми устройствами про­­во­ди­лось на ка­на­лиза­ци­он­ных очист­­­ных сооруже­ниях г. Ка­мен­ка Пен­зен­ской об­лас­ти про­­из­во­ди­тель­­нос­тью 8700 м3/сут. Вхо­дя­щие в со­став очистных со­ору­же­ний два двух­ко­ри­дор­ных аэро­­тен­­ка оснащены пневматической мелкопузырцатой системой аэрации.

С целью интен­си­фи­ка­ции работы аэрационной сис­­темы и обеспечения эф­фек­тивного перемешивания аэрацио­н­но­го объема в аэро­­тенках были уста­нов­ле­ны вихревые эр­лифт­ные устройства.

Общий вид вихревых эр­лифт­ных устройств (ВЭУ) представлен на рис. 11.

Рис. 11. Общий вид вихревых эрлифтных устройств в аэротенке

Основной расход сжа­того воздуха (90 %) от общего расхода подавался на штатную систему тон­ко­го диспергирования воз­духа. Подача 10 % от общего расхода сжа­того воздуха на ВЭУ позволило организовать ин­­­­тенсивное переме­ши­ва­ние аэрационного объема и повысить эффективность ра­­боты пневматичес­кой сис­­темы аэрации. Внед­ре­ние технологии допол­ни­тельного перемешивания иловой смеси вихревыми эрлифтными устрой­ст­вами обеспечило снижение удельного расхода воздуха, подаваемого в аэро­тенк с 8,1 до 6,3 м3/м3. Показатели массообменных характеристик систем аэрации до и после реконструкции представлены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели массообменных характеристик систем аэрации до и после проведении реконструкции

Вид системы аэрации

Объемный коэффициент массопереда­чи кислорода в жидкость, КLa, ч-1

Интенсив­ность аэрации, J,м3/м2·ч

Удельный расход воз­духа, пода­вае­мого в сис­тему аэрации Qув, м3/м3

Коэффици­ент ис­поль­зо­вания кис­лорода воздуха, Ки

Эффек­тив­ность системы аэрации, Э, кг/(кВт·ч)

Пневматическая система аэрации до реконструкции

3,7

5,3

8,1

0,085

1,8

Комбинированная сис­тема аэрации пос­­­ле реконструкции

3,9

4,1

6,3

0,11

2,5

Результаты, полученные от внедрения технологии перемешивания иловой смеси аэротенков на КОС г. Каменка Пензенской области, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты внедрения технологии перемешивания иловой смеси вихревыми эрлифтными устройствами на КОС г. Каменка

№ п/п

Среднемесячные показатели

Концентрация загрязнений в сточных водах, поступающих на КОС, мг/л

Концентрация загрязнений в сточ­ных водах на выходе с КОС до реконструкции, мг/л

Концентрация загрязнений в сточных водах на выходе с КОС после реконст­рук­ции, мг/л

1

Взвешенные вещества

215

17

10

2

БПКпол

230

14

9

3

ХПК

300

42

34

4

20

9

4,4

5

9

6

2,5

6

Иловый индекс

190

130

Рис. 12. Общий вид вихревого гидродинамического устройства
на КОС г. Сердобска
Пензенской области

Производственное внедрение тех­но­ло­гии предварительной обработки сточ­­ных вод в вихревом гидро­ди­на­ми­чес­ком устройстве ВГДУ проводились на канализационных очистных соору­же­ниях г. Сердобска Пензенской об­ласти производительностью 17000 м3/сут.

В состав очист­­ных сооружений вхо­дит блок ем­костей ТП 902-2-206, вклю­­чающий в себя три двухкоридорных аэро­­тенка, ос­на­щенных мелко­пу­зыр­­ча­той системой аэрации. Аэротенки ра­бо­тали в режиме 50 %-й реге­нерации ак­тивного ила.

С целью утилизации избыточной энер­гии потока сточных вод, пере­ка­чи­ва­е­мых на территорию КОС г. Сер­доб­ска, и интенсификации работы песко­ло­вок и пер­вичных отстойников над при­ем­ной ка­мерой было смонтировано вих­ревое гид­родинамическое устрой­ст­во. Общий вид вих­ревого гидро­ди­на­ми­чес­кого устрой­ст­ва представлен на рис. 12.

В течение четырех месяцев после про­­­ведения реконструкции блок аэро­тен­­ков работал в прежнем режиме 50 %-й реге­не­рации возвратного ила. Затем блок аэро­тенков был переведен на ре­жим ра­боты без регенерации воз­врат­но­го ила, в результате чего качество сточ­ных вод на вы­ходе с аэротенка не­сколь­ко улучши­лось. Внедрение технологии пред­вари­тель­­ной обработки сточных вод позво­ли­ло увеличить объём песка, задержи­ваемого в песколовках
в 1,3–1,4 раза и повысить его зольность до 90–92 %; увеличить эффект задержания органических загрязнений (БПК) в первичных отстойниках до 30–39 %; повысить возраст активного ила с 6–8 до 12–14 суток; сократить количест­во из­быточного ила и повысить эффект очистки.

Результаты, полученные от внед­ре­ния технологии предварительной об­ра­ботки сточных вод на КОС г. Сердобска, представлены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты внедрения технологии предварительной обработки
сточных вод на КОС г. Сердобска

№ п\п

Показатели

Концентрация загрязнений
в сточных водах, поступающих на КОС Сн, мг/л

Концентрация загрязнений в сточ­­ных водах на вы­ходе из первич­ных от­стойников Свх, мг/л

Концентрация загрязнений в сточных водах на выходе из вто­ричного отстойника Свых, мг/л

до реконструкции

после реконструкции

до реконструкции

после реконструк­ции с 50 %-й регене­ра­цией активного ила

после реконст­рук­ции без регенера­ции активного ила

1

Взвешенные вещества

70–180

42–72

21–38

10–16

7–12

6–10

2

БПК5

160–220

136–179

104–132

19–25

10–14

9–12

3

ХПК

300–420

264–340

228–241

78–104

58–80

55–76

4

12–28

11,5–25

10–23

2,5–5,1

0,8–2,1

0,6–1,9

5

3,1–8,2

3,0–8

3,0–7,8

2,9–3,6

2,4–3,2

2,1–3,0

Практическое внедрение техно­логии активации потока возвратного актив­ного ила проводилось на очистных сооружениях г. Заречный Пензенской об­ласти производительностью 30000 м3/сут и г. Тольятти Самарской области производительностью 290000 м3/сут.

Общий вид узлов активации потоков возвратного ила КОС г. Заречный Пензенской области и КОС г. Тольятти Самарской области представлен на рис. 13, 14.

В состав очистных сооружений КОС г. Заречный Пензенской области вхо­дит блок, состоящий из четырех трехкоридорных аэротенков, оснащенных мелкопузырчатой системой аэрации. Аэротенки работали в режиме с 33 %-й регенерацией активного ила.

В результате проведения реконструкции на линиях возвратного ила всех четырех аэротенков были смонтированы экспериментальные установки (ЭГДУ).

В течение четырех месяцев блок аэротенков работал в режиме активации потока возвратного ила с 33 %-й регенерацией. Затем блок аэротенков был переведен на режим работы без регенерации активного ила. Результаты, полученные от внедрения технологии утилизации избыточной энергии потока возвратного ила на КОС г. Заречный, представлены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты внедрения технологии утилизации избыточной энергии потока возвратного ила на КОС г. Заречный Пензенской области

Показатели

Концентрация загрязнений  в сточ­ных во­­дах, посту­пающих на очист­ные сооружения Свх, мг/л

Концентрация загрязнений сточных вод на выходе с очистных сооружений Свых, мг/л

без активации по­то­ка возвратного ила, 33 %-я реге­нерация

с активацией по­тока возвратного ила, 33 %-я регенерация

с активацией пото­ка возвратного ила,
без регенерации

Взвешенные вещества

80–120

14–20

12–16

12–16

ХПК

180–320

43–54

22,5–30

17–25

БПКполн

110–240

14–18

9–12

7–10

19–29

14–18

2,8–3,7

2,2–2,7

0

1,1–1,5

2,2–3,6

3,4–3,7

0–0,04

0,7–0,9

0,7–0,8

0,7–0,85

2,2–2,8

1,3–1,7

0,7–1,2

0,4–0,9

Иловый индекс, см3/ г

140–170

100–115

100–115

Прирост активного ила, г/м3

140

80

80

Предложенная установка утилизации избыточной энергии по своей сути является самостоятельной системой гидравлической аэрации и добавляет к штатной системе аэрации дополнительную окислительную способность на начальных, наиболее нагруженных участках аэротенков, о чем свидетель­ст­ву­ет резкое увеличение концентрации кислорода в иловой смеси.

В штатную систему мелкопузырчатой пневматической аэрации блока аэро­тенков КОС г. Заречный сжатый воздух подавался от турбо­воз­ду­ходувок марки ВТ-80-11,5, мощностью 160 кВт каждая. Внедрение техноло­гии утили­зации избыточной энергии потока возвратного ила позволило отключить одну воздуходувку, при этом концентрация кислорода в аэро­тенках не опускалась ниже Ск = 2,5…2,9 мг/л.

Канализационные очистные сооружения г. Тольятти Самарской области принимают смесь хозяйственно-бытовых сточных вод, отводимых с терри­тории автозаводского района г. Тольятти и производственных сточных вод, отводимых с территории АО «АвтоВАЗ». Биологическая очистка сточных вод осуществляется на семи трехкоридорных аэротенках объемом 10400 м3 каж­дый. По гидравлическому режиму сооружения биологической очистки яв­ля­ют­ся сооружениями с неравномерно распределенной подачей сточных вод (АНР).

В результате проведения реконструкции на линиях возвратного ила всех семи аэротенков были смонтированы экспериментальные установки (ЭГДУ). Результаты, полученные от внедрения технологии утилизации избыточной энергии потока возвратного ила на КОС г. Тольятти, представлены в табл. 6.

Таблица 6

Результаты внедрения технологии утилизации избыточной энергии потока возвратного ила на КОС ОАО «АвтоВАЗ» г. Тольятти Самарской области

Показатели

Концентрация загрязнений
в сточных водах, по­сту­пающих
на ОС Свх, мг/л

Концентрация загрязнений в сточ­ных водах на выходе ОС Свых, мг/л

до рекон­струкции

после реконструкции

Взвешенные вещества

96–155

14–24

8–14

ХПК

250–360

34–48

28–36

БПКполн

190–260

16–19

9–12

9,4–15,2

0,8–1,4

0,12–0,32

0

6–9

9–14

0

0,4–0,8

0,11–0,26

3,4–5,2

1,8–3,7

1,2–2,4

Иловый индекс, см3/ч

110–120

90–100

Прирост активного ила, г/м3

140–160

80–90

Внедрение технологии утилизации избыточной энергии потока возврат­но­го ила позволило отключить одну воздуходувку, имеющую мощность элект­родвигателя 1250 кВт, при этом концентрация кислорода в аэротенках не опускалась ниже Ск = 2,2…2,6 мг/л.

В седьмой главе также даются методики расчета аппаратурного оформ­ле­ния предлагаемых технологий и рекомендации по проектированию.

Приводится расчет среднегодового экономического эффекта, полученного от внедрения предлагаемых технологий, который составил 18 млн. руб. в ценах 2007 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований, а так­же промышленных испытаний технологий очистки стоков с использованием нового энергосберегающего оборудования для получения диспергированных во­довоздушных смесей предложены научно обоснованые технические ре­шения, позволившие решить важную народохозяйственную задачу ин­тен­си­фикации работы ряда канализационных очистных сооружений населенных пунктов и промышленных предприятий Поволжского региона.

2. С использованием термодинамического подхода получены теоре­ти­чес­кие мо­­­дели, адекватно описывающие процессы работы перемешивающих во­до­­воз­душных устройств, процессы диффузии кис­ло­рода в воду из всплы­вающих воздушных пузырьков, а также условия, определяющие устойчивость и дробление пузырьков.

3. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена высокая эф­фективность исполь­зо­ва­ния диспергированной водовоздушной смеси, по­лу­ченной в вихревых ги­д­родинамических устройствах различной конст­рук­ции, для интенсификации процессов механической и биологической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. Разработанный ком­плекс технологических решений позволил улучшить работу канали­за­ционных очистных сооружений и снизить негативное ант­ро­погенное воз-действие на открытые водоемы Волжского бассейна.

4. Разработана и доведена до стадии практической реализации технология флотационной очистки мазутосодержащих сточных вод ТЭЦ с исполь­зо­ва­нием диспергированной в электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ) водо­воз­душной смеси, позволяющая повысить коэффициент газонасыщения флота­цион­ного объёма до 8–12 % и увеличить эффект очистки стоков
до 65–75 %, что в 1,5 раза превышает эффект очистки при традиционных без­ре­а­­гент­ных технологиях.

5. Предложена и отработана на промышленных сооружениях биоло­ги­чес­кой очистки сточных вод комбинированная технология аэрации иловой сме­си, пре­­дусматривающая совместное использование мелкопузырчатых пневма­ти­ческих аэраторов и перемешивающих вихревых эрлифтных устройств (ВЭУ), позволяющая повысить эффективность пневматической системы аэра­ции в 1,4 раза.

6. Разработана и доведена до стадии практической реализации технология пред­варительной обработки городских сточных вод в вихревых гидро­ди­на­ми­ческих устройствах (ВГДУ), позволяющая увеличить объём песка, задержи­ваемого в песколовках в 1,3–1,4 раза и повысить его зольность до 90–92 %; увеличить эффект задержания органических загрязнений (БПК) в первичных отстойниках до 30–39 %; существенно снизить концентрацию загрязнений на выходе с очистных сооружений.

Получены эмпирические зависимости, адекватно описывающие повы­ше­ние эффективности механической и биологической очистки городских сточ­ных вод в результате предварительной обработки их смеси с воздухом и ак­тив­ным илом в вихревых гидродинамических устройствах.

7. Предложена и отработана на промышленных очистных сооружениях технология активации потока возвратного ила аэротенков путем утилизации его избыточной энергии при последовательной обработке в эжекторе и электрогидродинамическом устройстве (ЭГДУ), позволяющая повысить де­гид­рогеназную активность обработанной иловой смеси в 2,5–4 раза; по­вы­сить окислительную способность системы аэрации в 1,2–1,3 раза; сущест­венно снизить концентрацию загрязнений на выходе с очистных сооружений.

Определены закономерности повышения ферментативной активности воз­врат­ного ила аэротенков в результате обработки его смеси с воздухом на участках соосной электродной системы ствола электрогидродинамического устройства.

8. Разработаны научно обоснованные инженерные методики расчета и про­ектирования ап­па­ра­турного оформления предложенных технологий ин­тен­­сификации работы кана­ли­­зационных очистных сооружений, преду­смат­ри­ваю­щих использование диспергированных водовоздушных смесей, полу­чен­ных в вихревых аппаратах.

9. Разработанные технологические решения ин­тен­­си­­фикации работы ка­на­лизационных очистных сооружений с использо­ванием диспергированных водовоздушных смесей внедрены на ряде объектов в Пен­зенской и Самарской областях. Суммарный экономический эффект от внед­ре­ния разработок со­ставил 18 млн. руб. в ценах 2007 года.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Андреев, С.Ю. Теоретические основы процессов генерации динами­чес­ких двухфазовых систем вода-воздух и их использование в технологиях очист­ки воды [Текст] / С.Ю. Андреев: монография. – Пенза: ПГУАС, 2005.

2. Андреев, С.Ю. Системы аэрации для сооружений биоло­ги­ческой очист­ки сточных вод [Текст] / С.Ю. Андреев, Р.И. Аюкаев // МГЦНТИ серия «Проблемы современного города». – М., 1991. – Вып. 8.

3. Андреев, С.Ю. Совершенствование очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭЦ на флотационных установках [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, Н.И. Ишева и [др.]: монография. – Пенза: ПГУАС, 2006.

4. Андреев, С.Ю. Предварительное уда­ле­ние аммонийного азота на го­род­ских канализационных очистных соо­ру­жениях [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, Т.В. Алексеева: монография. – М.: Деп. в ВИНИТИ, 2006.

5. Андреев, С.Ю. Интенсификация сооружений биоло­ги­ческой очистки сточных вод с использованием электрогидродинамических уст­ройств [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин: монография. – М.: Деп. в ВИНИТИ, 2001.

6. Андреев, С.Ю. Малогабаритные установки очистки сточ­ных вод стан­ций мойки автомобилей [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин: монография. – М.: Деп. в ВИНИТИ, 2003.

7. Андреев, С.Ю. Высокоэффективные конструкции аэра­то­ров пневма­ти­ческого типа для биологической очистки сточных вод [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин: моно­графия. – М.: Деп. в ВИНИТИ, 2004.

8. Андреев, С.Ю. Очистка нефтесодержащих сточных вод ТЭЦ методом безнапорной флотации [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин: монография. – М.: Деп. в ВИНИТИ, 2005.

9. Андреев, С.Ю. Новая технология полу­че­ния тонкодис­пергированной водовоздушной смеси при очистке сточных вод, содержащих нефтепродукты [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, С.В. Максимова // Известия вузов. Нефть и газ. – 2005. – № 6.

10. Андреев, С.Ю. Электроактивационная обработка возвратного ила в сис­теме соосных электродов как способ интенсификации работы аэро­тенков [Текст] / С.Ю. Андреев // Известия вузов. Строительство. – 2006. – № 10.

11. Андреев, С.Ю. Новые технологические решения в процессе биологи­чес­кой очистки сточных вод малых населенных пунктов на блочно-модуль­ной установке «Биофлок-50» [Текст] / С.Ю. Андреев // Известия вузов. Строительство. – 2006. – № 8.

12. Андреев, С.Ю. Интенсифи­ка­ция про­цес­са масообмена в аэрационных сооружениях биологической очистки сточ­ных вод как фактор, влияющий на улучшение работы вторичных от­стой­ников [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гри­шин, С.В. Максимова, Е.А. Титов // Известия вузов. Строительство. – 2006. – № 11–12.

13. Андреев, С.Ю. Новая технология по­лу­чения тонкодисперсных водо­воз­­душных смесей и опыт ее использования при флотационной очистке сточ­ных вод [Текст] / С.Ю. Андреев // Известия вузов. Строительство. – 2006. – № 9.

14. Андреев, С.Ю. Реконструкция мокшанского маслосыр­за­вода [Текст]
/ С.Ю. Андреев, О.Я. Маслова // Водоснабжение и санитарная техника. – 1995. – № 6.

15. Андреев, С.Ю. Очистка замазученных сточных вод ТЭЦ методом без­напорной флотации [Текст] / С.Ю. Андреев // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 12.

16. Андреев, С.Ю. Обработка возвратного активного ила в вих­ревом элект­рогидродинамическом устройстве [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гри­шин // Водоснабжение и сани­тар­ная техника. – 2006. – № 3.

17. Андреев, С.Ю. Математическое моделирование процесса аэрирова­ния
[Текст] / С.Ю. Андреев // Водоснабжение и санитарная техника. – 2007. – № 3.

18. Андреев, С.Ю. Интенсификация флотационной очистки сточных вод от нефтепродуктов за счет использования тонкодиспергированной водовоз­душ­ной смеси [Текст] / С.Ю. Андреев // Безопасность жизнедеятельности. – 2006. – № 7.

19. Андреев, С.Ю. Новая технология активации потока возвратного ила аэро­тенков городских очистных сооружений [Текст] / С.Ю. Андреев // Безо­пас­ность жизнедеятель­ности. – 2006. – № 8.

20. Андреев, С.Ю. Интенсификация работы городских канализационных очистных сооружений за счет предварительной обработки сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах [Текст] / С.Ю. Андреев // Безо­пасность жизнедея­тель­ности. – 2006. – № 5.

21. Андреев, С.Ю. Внедрение новой техно­логии безнапорной флотации на участке очистки замазученных сточных вод ТЭЦ-1 г. Пензы [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Т.В. Алексеева // Информационный бюллетень «Строй-инфо». – 2003. – № 9.

22. Андреев, С.Ю. Новая технология оперативного управ­ления режима интенсивности пневматической аэрации аэротенков вытес­нителей [Текст]
/ С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин // Информационный бюллетень «Строй-инфо». – 2002. – № 13.

23. Андреев, С.Ю. Использование перемеши­ваю­щих вихре­вых эрлифтных устройств (ВЭУ) в противоточных системах аэр­а­ции аэро­тенков [Текст]
/ С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин // Информационный бюллетень «Строй-инфо». – 2004 – № 1–2.

24. Андреев, С.Ю. Опыт использования приема предвари­тель­ной об­ра­ботки сточных вод в вихревом гидродинамическом устройстве (ВГДУ) с целью интенсификации работы канализационных очистных сооружений [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин // Информационный бюллетень «Строй-инфо». – 2004. – № 1–2.

25. Андреев, С.Ю. Новая конструкция компактной уста­нов­ки заводского изготовления для очистки сточных вод небольших населенных пунктов [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин // Информационный бюллетень «Строй-инфо». – 2004. – № 1–2.

26. Андреев, С.Ю. Оценка эффективности флотационной очистки сточ­ных вод [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Е.А. Савицкий // Инфор­ма­ци­он­ный бюллетень «Строй-инфо». – 2005. – № 6.

27. Андреев, С.Ю. Оптими­за­ция режима добавления реагентов как способ интенсификации предва­ри­тельной обработки городских сточных вод [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, В.В. Николаев, С.М. Блажко // Информа­ци­он­ный бюллетень «Строй-инфо». – 2006. – № 11.

28. Андреев, С.Ю. Дробление и коа­лес­цен­ция пузырьков воздуха как фак­торы, влияющие на эффективность процесса флотации [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Т.В. Алексеева // Водоснабжение и водоотведение: ка­чество и эффективность: ма­те­риалы междунар. науч.-практ. конф. – Кеме­ро­во: ЗАО «Экспо-Сибирь», 2000.

29. Андреев, С.Ю. Влияние дисперсного состава органических загряз­не­ний сточных вод на скорость их биологической очистки [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Е.П. Чупраков // Водоснабжение и водоотведение: ка­чество и эффективность: ма­те­риалы междунар. науч.-практ. конф. – Ке­мерово: ЗАО «Экспо-Сибирь», 2000.

30. Андреев, С.Ю. Способы повышения эффективности работы гидро­струйных компрессоров, используемых в качестве гидрав­ли­ческих систем аэра­ции [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Е.П. Тюкленкова // Водоснабжение и водо­отведение: качество и эф­фек­тивность: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Кемерово: ЗАО «Экспо-Сибирь», 2000.

31. Андреев, С.Ю. Утилизация избыточной энер­гии потока возвратного ила как метод повышения окислительной мощ­ности аэротенков [Текст]
/ С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, С.Н. Хазов // Проблемы строительства, ин­же­нер­ного обеспечения и экологии городов: материалы II Междунар. науч.-техн. кон­ф. – Пенза: ПДЗ, 2000.

32. Андреев, С.Ю. Но­вая энергосберегающая технология аэрирования сточ­ных вод с исполь­зо­ва­нием обработки возвратного ила в электрогид­ро­динамическом устройстве [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, С.Н. Хазов, С.А. Кусакина, А.А. Уваров // ­Проб­ле­мы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-ком­му­нальном комплексах: материалы III Меж­дунар. науч.-практ. конф. – Пенза: ПДЗ, 2002.

33. Андреев, С.Ю. Увеличение окис­лительной способности системы аэра­ции аэротенков за счет утилизации энер­гии потока возвратного ила [Текст]
/ С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, С.Н. Хазов, А.А. Уваров // Комплек­сное ис­поль­­зование водных ре­сур­сов регио­нов: материалы Всерос. науч.-прак­т. конф. – Пенза: ПДЗ, 2001.

34. Андреев, С.Ю. Промышленные испы­та­ния вихревого гидродина­ми­ческого устройства (ВГДУ) на очистных со­ору­жениях г. Сердобска Пен­зенской области [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Е.В. Чупраков // Эко­логия и безопасность жизне­дея­тель­ности: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза: ПДЗ, 2003.

35. Андреев, С.Ю. Снижение энегрозатрат на эксплуатацию сооружений биологической очистки сточных вод за счет по­вышения эффективности первичного отстаивания [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Е.В. Чупраков, Б.М. Гришин // Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Пен­за: ПГАСА, 2003.

36. Андреев С.Ю. Математическое мо­делирование процессов массопере­дачи кислорода воздуха из всплывающего пузырька [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Т.В. Малютина, С.В. Максимова // Энергосберегающие технологии, оборудо­вание и материалы при строитель­стве объектов Западной Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конф. – Тюмень: Экспресс, 2005.

37. Андреев С.Ю. Новые тех­нологические решения при проектировании компактных установок для очист­ки хозяйственно-бытовых сточных вод [Текст] / С.Ю. Анд­реев, Б.М. Гришин, Е.А. Титов, С.В. Максимова // Проб­ле­мы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Си­би­ри: материалы Всерос. науч.-прак­т. конф. – Тюмень, 2006.

38. Пат. № 2189365. Устройство для аэрации жидкости [Текст] / С.Ю. Анд­­реев, Б.М. Гришин. опуб.2002.

39. Пат. № 2189947 Устройство для очистки сточных вод [Текст] / С.Ю. Анд­­реев, Б.М. Гришин. опуб. 2002.

40. Пат. № 2261755. Смеситель [Текст] / С.Ю. Анд­­реев, Б.М. Гришин. опуб. 2005.

Андреев Сергей Юрьевич

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ВОДОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

05.23.04 – Водоснабжение, канализация,
строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано в печать  . Формат 60×84/16.

Бумага офсетная. Печать на ризографе.

Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз.

Заказ № .

Издательство ПГУАС.

Отпечатано в полиграфическом центре ПГУАС.

440028. г. Пенза, ул. Г. Титова, 28.

E-mail: postmaster@pgasa.penza.com.ru




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.