Повышение эффективности струйной аэрации естественных водоемов и биологических прудов

• Автор: Помогаева, Валентина Васильевна
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

1.1 Сравнительный анализ существующих систем аэрации

природных и сточных вод

1.2 Обзор работ но применению струйных аэраторов для насыщения воды кислородом воздуха.

1.3 Методы расчета конструктивных и технологических

параметров струйных аэраторов.

1.4 Массоперенос кислорода в струйных аэраторах

Выводы по главе 1. Постановка задач исследования

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ГИДРОДИНАМИКИ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА И МАССОПЕРЕДАЧИ КИСЛОРОДА ПРИ СТРУЙНОМ АЭРИРОВАНИИ ЖИДКОСТИ

2.1 Расчет скоростей течения жидкости в зоне действия

поверхностного струйного аэратора.

2.2 Теоретическое определение эжектирующей способности линейных струнных аэраторов .
2.3 Расчет окислительной способности поверхностных струйных аэраторов
2.4 Расчет эффективности распыл и вающей струйной аэрации. Выводы по главе 2.
Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
3.1 Описание экспериментальной установки и методики
проведения эксперимента для определения поправочных коэффициентов.
3.2 Описание экспериментальной установки и методики проведения эксперимента для определения эффективности струйной аэрации
3.3 Оценка измерения погрешностей.
Выводы по главе 3.
Глава 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
4.1 Определение поправочных коэффициентов.
4.2 Опытные зависимости окислительной способности аэратора
от конструктивных параметров
4.2.1 Скорость насыщения воды кислородом при применении щелевого насадка. ,
4.2.2 Скорость насыщения воды кислородом при аэрации одинарной струей.
4.2.3 Скорость насыщения воды кислородом при применении многоструйного насадка
4.3 Опытные зависимости окислительной способности аэратора
от режимных и средообразующих параметров
4.3.1 Влияние высоты расположения насадка над поверхностью воды насадка на эффективность работы аэратора.
4.3.2 Влияние температуры аэрируемой воды на эффективность работы аэратора
4.3.3 Влияние режима истечения на эффективность работы
аэратора.
Выводы по главе 4
Глава 5 ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНЫХ
АЭРАТОРОВ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ИХ РАБОТЫ
5.1 Применение струйных аэраторов в технологических схемах очистки воды, различной по химическому составу.
5.1.1 Аэрирование участка Воронежского водохранилища .
5.1.2 Аэрирование участка реки Тихая Сосна в Белгородской области
5.1.3 Повышение эффективности струйной аэрации биологических прудов.
5.2 Расчет струйных аэраторов
5.3 Гехникоэкономическос обоснование внедрения
диссертационной работы.
Выводы по главе 5
Общие выводы
Библиографический список использованной литературы
Приложения
Приложение 1 Определение коэффициента эжекции при
истечении жидкости из цилиндрических и кольцевых насадков.
Приложение 2 Определение массообмена при истечении воды из
распылительной форсунки, ориентированной вверх
Приложение 3 Таблицы для расчета окислительной способности 4 Приложение 4 Пример расчета биологических прудов
ВВЕДЕНИЕ


Тяжелые условия работы нижнего опорного подшипника вала аэратора, а также необходимость установки двух типов агрегатов электропривод вала аэратора и нагнетатель воздуха создают сложности в монтаже и эксплуатации, что ограничивает применение пневмомеханических аэраторов , 0. Разновидностью комбинированных систем является разработанные во ВНИИ ВОДГЕО эрлифтные аэраторы. Эти аэраторы достаточно подробно рассмотрены в работах , , 8. По эффективности работы эти аэраторы занимают промежуточное положение между мелко и среднепузырчатыми. Гидравлические системы аэрации весьма разнообразны по конструктивному исполнению. Принцип их работы вовлечение атмосферного воздуха в контакт с жидкой фазой, используя энергию движущейся жидкости. По сравнению с пневматическими они обладают следующими преимуществами их установка не требует строительства и эксплуатации воздуходувных станций, воздухоподводящих коммуникаций, просты в изготовлении и эксплуатации, обладают высокой окислительной способностью. В отличие от механических аэраторов они отличаются простотой конструкции, отсутствием механических устройств для перемешивания жидкости, что влияет на область их применения. Как правило, целесообразно их использовать для очистки условно чистых сточных вод в сооружениях небольшой производительности, при кондиционировании воды для питьевого и промышленного водоснабжения, а также для оздоровления водоемов и водотоков. Примерная классификация гидравлических систем аэрации приведена на рис. По режиму движения жидкости гидравлическая система аэрации может быть разделена на аэраторы с самотечным и напорным движением. В конструкции самотечных аэраторов принцип захвата и растворения атмосферного кислорода в воде реализован при протекании ее в безнапорном режиме через быстротоки, градирни, водосливы, щитовые отверстия, аэрационные решетки и другие сооружения. При их работе используется естественный перепад воды в реках или каналах. По данным , , 2 эффективность этих аэраторов в редких случаях достигает 1,2 кгкВтч, поэтому такие аэраторы рекомендуется применять в основном для обезжелезивания питьевой воды, доочистки сточных вод, а также для насыщения водоемов и водотокохМ кислородом воздуха 1, 0, 4, 5, 0. В аэраторах с напорным движением кинетическая энергия рабочей жидкости используется для аэрации двумя различными методами с помощью эжекторов и аэрацией свободнопадающими струями. Рис. Классификация гидравлических систем аэрации Конструктивное оформление эжекторных аэраторов весьма разнообразно, однако все они имеют напорное сопло для пропуска рабочей жидкости, приемную камеру, камеру смешения и диффузор. Эжекторные аэраторы в настоящее время достаточно широко изучены , , , 9, 8, 0, 4 и определены области эффективного их применения. При применении аэрации свободными струями насыщение воды кислородом происходит за счет захвата воздуха падающими струями воды и дальнейшего его диспергирования в аэрируемом объеме или за счет подъема и разбрызгивания воды в атмосферном воздухе. Различают два вида установок аэрацией свободными струями. В установках первого рода аэратор должен подсасывать и перемешивать как можно большее количество газа в жидкость. Второй вид установок основан на массообмене распыленной на отдельные капли рабочей жидкости с окружающим их атмосферным воздухом. К ним относятся форсуночные аэраторы, разбрызгивающие розетки, фонтанные струи и другие распыливающие устройства 1, 6, 9. По способу распыливания жидкости можно выделить восемь основных типов рис. Распыливание является сложным физическим процессом зависящим от внешних и внутренних факторов, таких, как влияние аэродинамических сил, сил поверхностного натяжения и внутренних начальных возмущений , , . Ультразвуковой
Газ
Ж
Рис. Классификация способов распыливания жидкости При гидравлическом распыливании основным энергетическим фактором, приводящим к распаду жидкости на капли, является давление нагнетания. Проходя через распыливающее устройство, поток жидкости приобретает высокую скорость и преобразуется в зависимости от типа в форму, способствующую быстрому распаду в струю, пленку, крупные осколки или капли. При пневматическом распыливании энергия подводится за счет динамического взаимодействия с высокоскоростным потоком газа.