Теоретическое обоснование и разработка новых полимерных аэраторов для биологической очистки сточных вод

• Автор: Мешенгиссер, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 308 с.

СОДЕРЖАНИЕ
стр.

Список условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА РАЗРАБОТКИ, ИССЛЕДОВАНИЙ И

ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ АЭРАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД

1.1 Существующие конструкции аэраторов и опыт эксплуатации систем аэрации сооружений биологической очистки сточных вод

1.2 Методы расчета аэрационных систем

1.3 Методы моделирования и исследования газожидкостных систем

1.4 Выбор направления диссертационного исследования. Цель и задачи работы

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

МАССОПЕРЕДАЧИ ПРИ АЭРАЦИИ ВОДЫ
2.1 Динамическая модель образования пузырьков
2.2 Скорость всплытия пузырьков
Ф 2.3 Межфазная поверхность газжидкость
2.4 Скорость переноса кислорода
2.5 Выводы по разделу 2
3 ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ НОВОГО ТИПА АЭРАТОРОВ И
СИСТЕМ АЭРАЦИИ
3.1 Общие проблемы
3.2 Теоретические аспекты расчета аэрационных систем
3.3 Конструктивные характеристики аэраторов нового поколения
3.4 Выводы по разделу 3
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И МАССОБМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АЭРАТОРОВ
4.1 Методика исследования массообменных характеристик аэраторов
4.2 Методика исследования гидравлических характеристик аэраторов
4.3 Разработка методов и приборов для исследования структуры
Ъ газожидкостных потоков
4.4 Гидравлические характеристики аэраторов
4.5 Экспериментальные исследования массообменных характеристик
трубчатых аэраторов
4.6 Исследование структуры водовоздушного факела
4.7 Минимальная интенсивность аэрации
4.8 Проверка адекватности разработанных математических моделей
4.9 Комплексная проверка адекватности разработанных моделей
4. Выводы по разделу 4
5 ОБОБЩЕНИИ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ СОЗДАННЫХ
АЭРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
5.1 Характеристика работы очистных сооружений канализации до
внедрения новых аэрационных систем
5.2 Методика расчета и проектирования систем пневматической
аэрации
щ 5.3 Характеристика работы очистных сооружений после внедрения
новых систем аэрации
5.4 Пример практической реализации на Курьяновской станции аэрации
г.Москвы
5.5 Ремонтоспособность и долговечность систем аэрации
5.6 Экономические аспекты применения разработанных систем аэрации
5.7 Выводы по разделу 5
ВЫВОДЫ
Список использованных источников


Несмотря на то, что часть фирм продолжает производить керамические фильтросы [], разработки в области пластинчатых аэраторов продолжаются в основном в направлении изменения материала. Фирмы Messner и HAFI производят так называемые аэрационные панели Месснера []. Диспергатор Месснера представляет собой очень тонкую перфорированную мембрану из нержавеющей стали, размер панели 1,х 1,5 м. Оптимальный расход воздуха составляет 2-3 м3/м2ч. При таком расходе средний диаметр пузырька воздуха составляет 0,9 мм, стандартная эффективность переноса кислорода (СЭПК) на глубине 4м- около %, потери давления нового аэратора 4,5 - 6,5 кПа, в процессе работы возрастают до 1, кПа. Очевидно, что при таких параметрах вся площадь дна аэротенка должна быть перекрыта панелями. Температура сточной жидкости не должна превышать ° С, высокие требования предъявляются к наличию в воде различных примесей, в первую очередь - нефтепродуктов. После керамики вторым по объему использования в аэротенках материалом являются пористые пластмассы. Как и в керамике, пористая среда создана из взаимосвязанных каналов или пор, через которые проходит сжатый воздух. В отличие от пористой керамики, технология позволяет получать различные размеры пор в широком диапазоне. Некоторые из преимуществ пластмассовых материалов по сравнению с керамикой - простота производства, более легкий вес, возможность создавать аэраторы практически любой формы и, в зависимости от индивидуального материала, большей устойчивости к разрушению. По долговечности полимеры практически не уступают керамике. Некоторыми недостатками является более низкая прочность, большая способность деформироваться во времени и более широкий диапазон распределения пор по размерам. На сооружениях СНГ пористая пластмасса до конца гг. Пористые пластмассы производят из нескольких термопластичных полимеров, включая полиэтилен, полипропилен, полистирол и другие []. Для аэрации используются два наиболее обычных типа полимера - полиэтилен высокой плотности (низкого давления) (ПНД) и полистирол. ПНД - относительно недорогой материал и его легко обрабатывать по сравнению с другими термопластами. Кроме того, у ПНД низкая усадка, может быть получено изделие однородного качества с малыми размерами пор. ПНД для аэраторов обычно используется одной марки, он неполярен и не содержит добавки или связующие компоненты. Главные преимущества материала ПНД по сравнению с другими пластмассовыми материалами - их более низкая плотность (приблизительно 0 кг/м3), инертный состав и устойчивость к распаду. Аэраторы из полистирола произведены из сополимера. Сырье - смесь четырех различных молекул. Физически полистирол составлен из очень малых сфер смолы, сплавленных иод давлением. Полистирол имеет плотность слегка большую, чем ПНД. Фирмы Core Technology [5] и Parcson Corporation [3] производят аэра-ционные панели из полиуретановых мембран размером 1,2x3,6 м. Технические характеристики для этих панелей не указываются, за исключением диаметра пузырька воздуха 1 мм. Можно предположить, что все характеристики аналогичны панелям Мссснера. Фирма Environmental Dynamics, Inc. Пластины смонтированы на коробе из полистирола, в нижней части которого имеется бетонный пригруз для предотвращения всплывания всей конструкции [4]. Мелкопористый купольный аэратор был разработан в Англии в г. США в середине -х гг. Первоначально купольный аэратор представлял собой круглый диск с цилиндрическими стенками и плавным переходом между ними [5]. Куполы сделаны преимущественно из оксида алюминия. Нижняя открытая часть купола с помощью резиновой прокладки герметично прижата к опорной пластине. Аэратор вместе с опорной пластиной крепится к горизонтальному воздуховоду полым болтом, через который под купольный диспергатор поступает воздух. Опорная плита изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) или нержавеющей стали. Схема типичного купольного аэратора показана на рис. Чтобы лучше распределять воздух в системе, в каждом аэраторе на подводе воздуха сделано калиброванное отверстие (дроссель), чтобы создать дополнительные потери напора и сбалансировать поток воздуха. Рис. Сравнительная характеристика купольных аэраторов различных типов представлена в табл.