3. Система аэрации

В аэротенках допускается использовать пневматические, механические и пневматические системы аэрации. При этом в качестве аэраторов для пневматических систем могут быть применены:

• при мелкопузырчатой аэрации: пористые керамические и пластмассовые материалы (фильтросные платины, трубы, диффузоры) и синтетические ткани;

• при среднепузырчатой аэрации: щелевые и дырчатые трубы;

• при крупнопузырчатой аэрации: трубы с открытыми концами;

Особых требований ограничивающих область применения той или иной системы аэрации нет. Однако рекомендуется оснащать аэротенки:

• пневматическими системами аэрации - при не высоких концентрациях взвешенных веществ (до 500 мг/л) в очищаемых сточных водах, а также при очистке агрессивных стоков;

• механическими системами аэрации - при очистке не агрессивных стоков с высоким сооружением взвеси;

• пневмомеханическими системами аэрации - когда применение других типов систем не целесообразно, при соответствующем технико-экономическом обосновании.

1. Пневматическая система аэрации

Удельный расход воздуха на 1 м³очищаемой сточной воды, м³/м³, определяется по формуле:

(111)

где: z– удельный расход кислорода на снятие 1 мг БПК_полн, принимаемый: при полной минерализации органических веществ (доL_t= 5…6 мг/л) – 2,2 мг/мг; при полной биохимической очистке (до L_t= 15…20 мг/л) – 1,1 мг/мг; при не полной (частичной) биохимической очистке (доL_t> 20 мг/л) – 0,9 мг/мг;

К₁– коэффициент, учитывающий тип аэратора: для мелкопузырчатой аэрации принимается в зависимости от отношения площади аэрируемой зоны к площади аэротенка (f/F) по табл. 4; для среднепузырчатой и низконапорной аэрации – 0,75;

К₂– коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторовh_aи определяемый по табл. 5;

n₁– коэффициент, учитывающий температуру сточных вод;

n₂– коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод 0,85; при наличии в стоках СПАВ – в зависимости от величины (f/F) по табл.6; для производственных сточных вод – по опытным данным, а при их отсутствии допускается приниматьn₂ = 0,7;

С_р– растворимость кислорода в воде мг/л;

С – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л; в первом приближении допускается принимать С=2 мг/л и необходимо уточнять на основе технико-экономических расчетов с учетом выражений (32) и (33).

Таблица 4

Значения коэффициента, учитывающего тип аэратора, и максимальной интенсивности аэрации

f/F	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,75	1
K1	1,34	1,47	1,68	1,89	1,94	2	2,13	2,3
Jmax, м^3/(м^2.ч)	5	10	20	30	40	50	75	100

Таблица 5

Значения коэффициента, зависящего от глубины погружения аэратора, и минимальной интенсивности аэрации

ha^.м	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	3	4	5	6
K2	0,4	0,46	0,6	0,8	0,9	1	2,08	2,52	2,92	3,3
Jmin, м^3/(м^2.ч)	48	42	38	32	28	24	4	3,5	3	2,5

Таблица 6

Значения коэффициента качества городских сточных вод при наличии в них СПАВ

f/F	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,75	1
n2	0,59	0,59	0,64	0,66	0,72	0,77	0,88	0,99

Коэффициент, учитывающий температуру сточных вод

(112)

здесь Т – среднемесячная температура сточных вод за летний период, ⁰С.

Растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л,

(113)

при чем, С_T– растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры при атмосферном давлении (табл. 7), мг/л.

Таблица 7

Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры при атмосферном давлении

Концентрация О2мг/л	14,35	14,25	13,83	13,49	13,13	12,79	12,46	12,14	11,84
Температура воды, С	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Концентрация О2мг/л	11,55	11,27	11,00	10,75	10,50	10,23	10,03	9,82	9,61
Температура воды, С	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Концентрация О2, мг/л	9,40	9,21	9,02	8,84	8,67	8,50	8,33	8,18	8,02
Температура воды, С	18	19	20	21	22	23	24	25	26
Концентрация О2, мг/л	7,87	7,72	7,58	7,44
Температура воды, С	27	28	29	30

Интенсивность аэрации, м³/(м^2.ч),

(114)

Примечание. Если расчетная интенсивность аэрации выше максимальной для принятого значения К₁(табл. 4), необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны; а если меньше минимальной для принятого К₂– следует увеличить ее и принять равнойJ_min(табл.5).

Расход воздуха на аэрацию одного коридора аэротенка, м³/4,

(115)

С учетом схемы аэротенка, количества коридоров и секций в нем, а также количества аэротенков, расходы воздуха на аэрацию секции, аэротенка и общий расход воздуха, м³/ч, будут равны, соответственно:

(116)

(117)

(118)

Диаметры воздуховодов, м, соответственно, общего, распределительных для аэротенка и секций, а также воздушных стояков:

(119)

(120)

(121)

(122)

здесь: v_В– скорость движения воздуха в воздуховоде (воздушном стояке), равная 10…15 м/с (для трубопроводов малых диаметровv_B = 4…5 м/с);

n_B.ст.– количество воздушных стояков в коридоре аэротенка:

(123)

при этом, l_B.ст.– расстояние между воздушными стояками, принимаемое 20…30 м.

Количество и размеры аэраторов при мелкопузырчатой аэрации определяется в зависимости от их типа и материала изготовления по удельной пропускной способности, которая, например, для керамических фильтросов составляет 20…25 м³/м^{2 .}ч.

При среднепузырчатой аэрации диаметр и количество аэраторов в каждом коридоре аэротенка принимаются равными, соответственно, диаметру и количеству воздушных стояков.

Длина аэраторов, м, в этом случае

(124)

Количество выходных щелей или отверстии в аэраторе

(125)

где: F₀– суммарная площадь щелей или отверстий, м²;

f₀– площадь одной щели или одного отверстия, м².

Суммарная площадь выходных щелей или отверстий, м²,

(126)

при чем, v₀– скорость выхода воздушной струи из аэратора,v₀ = 5…10 м/с.

В зависимости от конструкции аэратора среднепузырчатой аэрации следует определить количество рядов щелей или отверстий в устройстве и расстояние между ними. Так, например, в случае дырчатого трубчатого аэратора расстояние между центрами выходных отверстий, м, и количество рядов этих отверстий будут равны:

(127)

(128)

здесь: d₀– диаметр выходных отверстий аэратора,d₀ = 3…4 мм = = 0,003…0,004 м.

Количество аэраторов при крупнопузырчатой аэрации определяется исходя из скорости выхода воздушной струи из аэратора и диаметра трубы (как правило, диаметр трубы равен 50 мм).

Необходимый напор воздуходувок, м, рассчитывается с учетом выбранной схемы воздуховодов по формуле:

(129)

где: h_тр– потери напора по длине воздуховодов от воздуходувки до наиболее удаленного стояка, м;

h_м– потери напора на местные сопротивления в воздуховодах, м;

h_ф– потери напора в аэротенках, принимаемые при мелкопузырчатой аэрации – не более 0,7 м, при среднепузырчатой аэрации – 0,15 м, при крупнопузырчатой аэрации – 0,015…0,05 м.

Потери напора по длине воздуховодов, м,

(130)

здесь: i– удельные потери напора на единицу длины воздуховода при температуре воздуха 20⁰С и давлении 0,1 МПа, м/м, принимаются по табл.8;

l_тр– длина воздуховода, м;

_t– температурная поправка, определяемая по табл. 9 в зависимости от расчетной температуры воздуха;

_р– поправка, учитывающая изменение давления воздуха, принимаемая по табл. 9, в зависимости от рабочего давления воздуха.

Таблица 8

Удельные потери напора на единицу длины воздуховода при температуре 20 ⁰С и давлении 0,1 МПа

Диаметр воздуховода, мм	Потери напора l, мм
	0,056	0,10	0,17	0,.25	0,37	0,55	1	1,7
50	0,002/1,2	0,003/1,6	0,004/2	0,005/2,5	0,006/3	0,007/3,5	0,01/5	0,013/7
100	0,014/1,8	0,019/2,5	0,025/3	0,031/4	0,038/4,5	0,046/6	0,063/8	0,084/10
150	0,042/2,25	0,057/3	0,074/4	0,92/5	0,112/6	0,136/8	0,188/10	0,248/14
200	0,09/2,75	0,122/4	0,16/5	0,198/6	0б242/8	0,296/9	0,404/12	0,54/16
250	0,156/3	0,22/4,5	0,285/6	0,35/7	0,435/9,9	0,525/10	0,73/14	0,835/20
300	0,264/3,5	0,357/5	0,474/7	0,582/8	0,71/10	0,878/12	1,2/16
350	0,395/4	0,542/6	0,703/7	0,875/9	1,08/12	1,31/14	1,8/18
400	0,57/4,5	0,775/6	1,03/8	1,25/10	1,53/12	1,89/14	2,57/20
450	0,78/5	1,07/7	1,39/9	1,72/10	2,12/14	2,58/16
500	1,02/5	1,38/7	1,84/9	2,26/12	2,76/14	3,34/18
600	1,67/6	2,29/8	2,98/10	3,63/12	4,5/16	5,53/20
700	2,5/7	3,37/9	4,5/12	5,52/14	6,7/18
800	3,62/7	4,89/10	6,4/12	7,85/16	9,7/20
900	4,87/8	6,6/10	8,75/14	10,8/16
1000	6,5/8	8,9/12	11,7/14	14,3/18

Примечание. Для каждого диаметра в числителе указан расход воздуха, м³/с; в знаменателе – скорость, м/с.

Таблица 9

Поправки на изменение температуры и давления воздуха

Температура, Т1,^0С	t	Давление Р, МПа	р
-20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20 +30 +40	1,13 1,1 1,09 1,08 1,07 1,05 1,03 1,02 1 0,98 0,95	0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2	1 1,085 1,17 1,25 1,33 1,41 1,49 1,57 1,65 1,73 1,81

Потери напора на местные сопротивления, м,

(131)

при чем: - коэффициент зависящий от вида местного сопротивления, принимается по табл. 10;

 - плотность воздуха при расчетной температуре, кг/ м³.

Плотность воздуха при расчетной температуре, кг/м³,

(132)

где: Р – давление воздуха, МПа;

Т_В– температура воздуха,⁰С.

Полное давление воздуха, МПа,

(133)

Таблица 10

Значение коэффициента местного сопротивления

Вид местных сопротивлений	Условные обозначения	
Вход в трубу Выход из трубы Колено 90^0: закругленное прямое Переход Тройники: на проход на ответвление в противоток закругленный с плавным ответвлением с плавным ответвлением на проход Задвижка		0,5 1 0,3 1,1 0,08 0,1 1,5 3 1,5 0,7 0,18 0,1

По полученным значениям общего расхода и полного давления воздуха подбираются марка воздуходувок и их количество. Для этого, например, можно воспользоваться данными табл. 11.

Таблица 11

Технические характеристики воздуходувок

Тип	Производительность, тыс. м^3/ч	Давление, МПа	Мощность двигателя, кВт
ТВ-25-1,1 ТВ-42-1,4 ТВ-50-1,6 ТВ-50-1,9 ТВ-80-1,2 ТВ-80-1,4 ТВ-80-1,6 ТВ-80-1,8 ТВ-100-1,12 ТВ-150-1,12 ТВ-175-1,6 ТВ-200-1,12 ТВ-200-1,25 ТВ-200-1,4 ТВ-300-1,6 ТВ-350-1,06 ТВ-500-1,08 ТВ-600-1,1	1,5 2,5 3,6 3,6 6 6 6 6 6 9 10 12 12 12 18 21 30 36	0,111 0,14 0,16 0,195 0,12 0,142 0,163 0,177 0,112 0,112 0,163 0,114 0,125 0,14 0,16 0,106 0,109 0,11	10 46 71 130 48 89 135 155 30 40 210 59 120 172 350 42 115 200