Исследование зависимости эффекта очистки сточных вод в аэротенке от диаметров пузырьков воздуха Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.314.2

Дихтярь Т.В., доцент, Боровский Б.И., профессор.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В АЭРОТЕНКЕ ОТ ДИАМЕТРОВ ПУЗЫРЬКОВ ВОЗДУХА

Определен эффект очистки сточных вод в азротенке при пневматической аэрации в зависимости от диаметров пузырьков воздуха при различных расходах городских сточных вод разной загрязненности.

Вода, очистка, аэротенк, пневматическая аэрация, сточные воды, эффект очистки, диаметр пузырька, мощность аэрации.

ВВЕДЕНИЕ

Сточные воды образуются в результате хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека. Они тем или иным путем попадают в воды закрытых водоемов, рек, морей и океанов, где и сосредотачивается все многообразие вредных веществ.

Утилизация и обезвреживание сточных вод составляет одну из самых важных экологических проблем настоящего времени и в этом направлении наработано множество технологических приемов, в основе которых лежат физико-химические или биохимические процессы деградации вредных компонентов сточных вод.

Биологическая очистка интенсивно протекает в искусственно созданных условиях. Этот процесс можно контролировать и регулировать, а, следовательно, интенсифицировать.

Именно возможность регулирования степени очистки привела к созданию многообразных технологических приемов, критерием эффективности которых является достигаемая степень очистки, т. е. экологический фактор.

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ

С увеличением диаметра пузырька воздуха уменьшается скорость всплытия, что способствует увеличению массопередачи кислорода воздуха из пузырька в воду. Но одновременно уменьшается поверхногсть контакта пузырьков с водой при фиксированном расходе воздуха. Отсюда следует возможность наличия диаметров пузырьков, при которых достигает экстремума (максимума или минимума) эффект очистки сточных вод:

3 = (СГО - Сг) _ шо% = (! - _ 100%,

С ГО

где СГО, Сг - начальная и конечная концентрации загрязнений в сточной воде, кг/м3; Со й

у = —-— относительная остаточная концентрация загрязнений.

С

ГО

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В работе [1] получены следующие соотношения:

1 + К т

где Кок - константа скорости биоокисления загрязнений, с ; т - время, с,

вСПо

Кок , (2)

аСгО

здесь в - коэффициент массопередачи, м/ с;

СПО - начальная концентрация кислорода в пузырьке воздуха ( СПО = 0,3кг / м3);

а = 0,4 - 0,6м - энергетический коэффициент, характеризующий энергетические затраты активного ила на окисление загрязнений.

Выражение для коэффициента в имеет вид [1]: при диаметре пузырьков ё < 1,4мм

в=21

при диаметре пузырьков 1,4 Р ё < 8,6мм

в=ч

1По тиё

щри

2а

(3)

(4)

где Б = 2 • 10-9 м2 / с - коэффициент молекулярной диффузии; р - плотность воды, кг / м3; и -скоростьвсплытия пузырьков, м / с; £ - коэффициент сопротивления всплытию; а - коэффициент поверхностного натяжения, Н / м ; ё - диаметр пузырьков воздуха, м.

Выражение для скорости всплытия пузырьков записывается в виде [2]: при ё < 1,4мм

(

0,056ё2

1 -Р

Л

и = -

Р ) .

V

при 1,4 Р ё < 8,6мм

и = 4,76^

а рё

(5)

(6)

где и - скорость всплытия пузырьков; V - коэффициент кинематической вязкости воды; рв - плотность воздуха, кг / м3.

При диаметрах пузырьков ё > 8,6мм происходит их самопроизвольное дробление. Эквивалентный диаметр дробного пузырька находится из соотношения [2]

ё„ 10

ё К а '

(7)

где Ка =

рё2

а

- безразмерный комплекс.

По значению ёэ определяются и и в с помощью приведенных выше формул.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью настоящей работы является определение оптимального диаметра пузырька воздуха, при котором достигается максимальный эффект очистки сточных вод.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ

С использованием соотношений СНиП[3] и приведенных выше выражений разработана методика расчета массопередачи в аэротенке при определяемой СНиП концентрации активного ила в аэротенке [4]. С помощью этой методики проведены расчеты эффекта очистки сточных вод с расходом Q = 50 - 5000м3/ч при начальной концентрации загрязнений СГО = 150 - 500мг / л, диаметрах пузырьков воздуха ё = 0,5 -14мм и глубине аэротенка 6 м. Диаметр отверстия барботера связан с диаметром пузырька соотношением [1]

г = g (Р-Рв №3 6а

Тогда при выбранных значениях диаметров пузырьков диаметр отверстия барботера будет изменяться в пределах ё° = 0,003 - 50мм. Результаты расчетов приведены на рис. 1.

Э, %

100 98 96 94 92 90 88 86

Сго=150мг/л Сго=250мг/л

Сго=350мг/л

Сго=500мг/л

< мм

8 10 12 14

Рис. 1. Зависимость эффекта очистки от диаметров пузырьков воздуха и начальной концентрации загрязнений (расход сточных вод 50 - 5000м3 /ч )

Из рис. 1 видно, что независимо от расхода сточных вод эффект очистки возрастаем с увеличением диаметра пузырька, достигая максимума в диапазоне ё = 1,45 - 2мм. Затем эффект уменьшается и становится минимальным при ё = 8,6мм. При дальнейшем увеличении диаметров пузырьков эффект очистки возрастает в связи с самопроизвольным дроблением пузырьков воздуха, приводящим к увеличению поверхности контакта дробных пузырьков с водой. Рис. 1 также показывает, что эффект очистки возрастает с уменьшением начальной концентрации загрязнений. Так, при ё = 14мм уменьшение начальной концентрации в 3,3 раза, с 500 до 150 мг/л, эффект очистки увеличивается на 6%, с 91 до 97%.

ВЫВОДЫ

1. Независимо от расхода сточных вод эффект очистки возрастает с увеличением диаметров пузырьков, достигая максимума при диаметре ё = 1,45 - 2мм. При дальнейшем увеличении диаметра эффект очистки уменьшается, достигая минимума при ё = 8,6 мм, а затем начинает возрастать.

2. Эффект очистки возрастает с уменьшением начальной концентрации загрязнений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод / [Брагинский Л.Н., Евилевич М.А., Бегачев В И. и др.]. - Л.: Химия, 1980. - 144 с.

2. Скорость всплытия пузырьков воздуха в аэротенке при очистке сточных вод [текст] / Б.И. Боровский // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. - Симферополь: КАПКС. - 2002. - Вып. 7 - С. 265268.

3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: Госстрой, 1986. -74 с.

4. Дихтярь Т.В. Энергосбережение в тепломассообменных процессах очистки выбросов от промышленных объектов: дис. ... канд.техн.наук: 05.14.06 / Дихтярь Татьяна Валериевна. - Одесса, 2010 - 160 с.