Дихтярь Т.В., Боровский Б.И. Исследование зависимости

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:
(С − С Г )
⋅100% = (1 − γ ) ⋅100% ,
Э = ГО
С ГО
где С ГО , С Г - начальная и конечная концентрации загрязнений в сточной воде, кг/м3;
С
γ = Г - относительная остаточная концентрация загрязнений.
С ГО
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В работе [1] получены следующие соотношения:
1
γ=
,
1 + K окτ
где К ок - константа скорости биоокисления загрязнений, с −1 ;
τ - время, c ,
βС ПО
К ок =
,
αС ГО
здесь β - коэффициент массопередачи, м / с ;
С ПО - начальная концентрация кислорода в пузырьке воздуха ( С ПО = 0,3кг / м 3 );
.
40, 2011 .
(1)
(2)
137
α = 0,4 − 0,6 м - энергетический коэффициент, характеризующий энергетические затраты
активного ила на окисление загрязнений.
Выражение для коэффициента β имеет вид [1] :
при диаметре пузырьков d ≤ 1,4 мм
β =2
Dυ
;
πd
(3)
при диаметре пузырьков 1,4 p d ≤ 8,6 мм
Dξρυ 3
,
2σ
где D = 2 ⋅10 −9 м 2 / с - коэффициент молекулярной диффузии;
ρ - плотность воды, кг / м 3 ;
υ -скоростьвсплытия пузырьков, м / с ;
ξ - коэффициент сопротивления всплытию;
σ - коэффициент поверхностного натяжения, Н / м ;
d - диаметр пузырьков воздуха, м .
Выражение для скорости всплытия пузырьков записывается в виде [2]:
при d ≤ 1,4 мм
β=
⎛ ρ
0,056d 2 ⎜⎜1 − в
ρ
⎝
υ=
при 1,4 p d ≤ 8,6 мм
ν
υ = 4,76
(4)
⎞
⎟⎟
⎠;
(5)
σ
,
ρd
(6)
где υ - скорость всплытия пузырьков;
ν - коэффициент кинематической вязкости воды;
ρ в - плотность воздуха, кг / м 3 .
При диаметрах пузырьков d f 8,6 мм происходит их самопроизвольное дробление.
Эквивалентный диаметр дробного пузырька находится из соотношения [2]
d э 10
=
,
(7)
d Кσ
ρgd 2
- безразмерный комплекс.
σ
По значению d э определяются υ и β с помощью приведенных выше формул.
где К σ =
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 − 5000 м 3 / ч при начальной
концентрации загрязнений С ГО = 150 − 500 мг / л , диаметрах пузырьков воздуха
d = 0,5 − 14 мм и глубине аэротенка 6 м. Диаметр отверстия барботера связан с диаметром
пузырька соотношением [1]
138
.
40, 2011 .
g ( ρ − ρ в )d 3
.
6σ
Тогда при выбранных значениях диаметров пузырьков диаметр отверстия
барботера будет изменяться в пределах d o = 0,003 − 50 мм .
Результаты расчетов приведены на рис. 1.
do =
Э, %
100
98
Сго=150мг/л
96
Сго=250мг/л
94
92
Сго=350мг/л
90
Сго=500мг/л
88
d, мм
86
0
2
4
6
8
10
12
14
Рис. 1. Зависимость эффекта очистки от диаметров пузырьков воздуха и начальной
концентрации загрязнений (расход сточных вод 50 − 5000 м 3 / ч )
Из рис. 1 видно, что независимо от расхода сточных вод эффект очистки возрастаем
с увеличением диаметра пузырька, достигая максимума в диапазоне d = 1,45 − 2 мм . Затем
эффект уменьшается и становится минимальным при d = 8,6 мм . 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 d = 14 мм 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 d = 1,45 − 2 мм . При дальнейшем
увеличении диаметра эффект очистки уменьшается, достигая минимума при d = 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.
.
40, 2011 .
139