Реконструкция аэротенков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Волгоградский государственный технический университет

Институт архитектуры и строительства

Факультет транспортных инженерных систем и техносферной безопасности

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Реферат

на тему: Реконструкция аэротенков

Выполнил: Функ В.В.

Проверил: к.т.н., доцент

Потоловский Р.В.

г. Волгоград - 2019

Содержание

Введение

1. Виды, принципы работы и конструктивные особенности аэротенков

2. Современный подход к выбору аэротенков

3. Необходимость реконструкции, ее техническая и экономическая целесообразность

4. Основные концепции реконструкции аэротенков

Заключение

Список литературы

Введение

Водопроводно-канализационное хозяйство нашей страны значительно долгое время оставалось без должного внимания, в результате чего появилась необходимость реконструкции свыше 60 % действующих очистных сооружений.

В последние годы наблюдались кардинальные изменения в лучшую сторону, а именно стали разрабатываться и осуществляться программы, нацеленные на модернизацию устаревших и возведение новых очистных сооружений. Новейшие эффективные разработки и технологии позволяют не только повысить качество питьевой воды, но и гарантировать исправность всего производственного процесса по водоподготовке и водоотведению. Межремонтный срок при этом увеличивается до максимально возможного.

При реконструкции систем и сооружений водоотведения считается невозможным применять типовые решения, обычно используемые в практике проектирования. Реконструкция - процедура, подразумевающая творческих не подчиняющихся стандартам решений, экономической и экологической оценки подобранных вариантов решения задач. Основной принцип реконструкции опирается на снижения вложений в капитальное строительство и максимальную эксплуатацию действующих сооружений. При внедрении усовершенствованных технологий в процессе реконструкции сооружений для очистки вод требуется реализация сложных, трудоёмких предварительных испытаний и анализа результата. Предварительные обследования и мониторинг работы очистных сооружений являются отправной точкой для разработки предпроектных решений и рабочей документации для объектов водоотведения.

Неотъемлемой частью всех очистных сооружений являются аэротенки, служащие для очистки стоков. Под влиянием агрессивных сточных вод и абразивного износа в аэротенках довольно часто наблюдаются типичные для этого вида сооружений дефекты и разрушения:

* износ защитного слоя бетона с оголением арматуры;

* отсутствие герметичности в межплиточных швах;

* образование трещин.

В связи с этим целью исследования является изучение основных причин снижения эффективности работы аэротенков и процесса производства работ по их реконструкции.

Для достижения поставленной цели следует рассмотреть основные конструкции аэротенков, современные подходы к проектированию аэрационной системы, её фактические условия работы, перспективные направления в реконструкции очистных сооружений.

1. Виды, принципы работы и конструктивные особенности аэротенков

При очистке сточных вод выделяется несколько этапов, характеризующихся применением разнообразных процессов. Этап биологической очистки является одним из важнейших в этом процессе, так как он позволяет извлекать из жидкости растворённые и органические элементы. Достичь максимально эффективной очистки сточных вод с помощью биологической среды возможно с использованием аэротенка.

Аэротенк - система активной биологической очистки сточных вод. Он представлен в виде резервуара прямолинейной формы с дополнительными частями. Через ёмкость пропускаются сточные воды с илом, одновременно обогащая жидкость кислородом.

Аэротенк состоит из следующих конструктивных частей:

1. Основной резервуар прямоугольного сечения.

2. Аэратор (пневматический или механический).

3. Ёмкости первичного и вторичного отстойников.

4. Система соединительных труб.

5. Эрлифт.

6. Компрессор.

На рисунке 1 представлена схема устройства аэротенка.

Рисунок 1 - Схема устройства аэротенка

Работа осуществляется за счет электропитания напряжением 220 В. Распространено применение стабилизаторов, которые позволяют сгладить перепады напряжения. Стандартные размерные параметры очистного устройства - 180180260 см. аэрационный очистной реконструкция

Аэротенки представлены в нескольких видах, применение которых зависит от того, какие технологические схемы очистки в них предусмотрены. Так, выделяют следующие виды сооружений биологической очистки:

1. Вытеснители. Эти сооружения работают по схеме, которая основывается на подаче сточных вод с одной стороны и выходе очищенных стоков с противоположной стороны.

2. Смесители. В них подача сточных вод и выход очищенной жидкости осуществляется одновременно.

3. Конструкции, в которых происходит рассредоточенное вливание воды. Здесь схема основывается на том, что загрязнённая среда входит в сооружение с нескольких точек, собирается в одном резервуаре и после очистки выходит через одно отверстие.

4. Аэротенк с неравномерным рассредоточением жидкости. В таких конструкциях вход загрязнённой воды происходит с нескольких точек. Через определённое время после очистки жидкость также выпускается в грунт по нескольким выходным патрубкам.

На рисунке 2 представлены основные виды аэротенков: на первой схеме изображены вытеснители, на второй - смесители, третья схема на фото показывает принцип работы сооружений с рассредоточением.



Рисунок 2 - Основные виды аэротенков: а) - вытеснители; б) - смесители; в) сооружение с рассредоточением.

Основные принципы работы аэротенка отличаются от септика и представлены следующим образом (рис. 3):

1. Загрязнённые сточные воды поступают в центральную часть очистных сооружений, а именно в первичный отстойник. Он напоминает отстойник, применяемый в двухкамерном септике.

2. Пойдя частичную очистку сток перекачивается эрлифтом в аэротенк. Здесь осуществляется перемешивание очищаемого стока с активным илом, который присутствует в этой камере. Активный ил - это специальное вещество, которое состоит из остатков растений, колоний бактерий, участвующих в переработке органических составляющих стоков. В основном, в активном иле живут аэробные микроорганизмы, для жизнедеятельности которых нужен кислород. Поступление кислорода осуществляется с помощью принудительной аэрации.

3. После пребывания в аэротенке очищаемая вода попадает во вторичный отстойник. Здесь микроорганизмы и активный ил оседают на дно и следуют обратно в аэротенк. Время пребывания ила во вторичном отстойнике ограничено, а для обратного перекачивания применяется специально для этого предназначенный насос.

4. Далее во вторичном отстойнике вода находится довольно длительное время для того, чтобы пройти конечный этап очистки.



Рисунок 3 - Принципиальная схема работы аэротенка: 1 - первичный отстойник; 2 - аэротенк; 3 - вторичный отстойник; 4 - насосная станция; 5 - циркулирующий активный ил; 6 - избыточный активный ил; 7 - подача воздуха в аэротенк.

Рассмотрим основные направления способов классификаций схем и конструкций аэротенков:

- по способу подачи на аэротенки сточной воды и активного ила, а также последующего отвода иловой смеси;

- по способу аэрации (обеспечения процесса и очистки кислородом).

Если рассматривать классификацию по первому направлению, то применяемые очистные сооружения можно разделить на три основные группы:

- аэротенки, где поступающая сточная вода и активный ил в основном не перемешиваются с водой, уже присутствующей в них (вытеснители);

- аэротенки, где прибывающая вода и ил быстро и полностью смешиваются со всем объемом жидкости (смесители);

- аэротенки с разнообразными вариантами рассредоточения подачи воды и активного ила (неполного смешения).

Каждая из этих групп подразумевает возможность присутствия схемы с регенерацией или без регенерации активного ила. Также из аэротенков, рассмотренных групп можно комбинировать различные варианты двухступенчатой биологической очистки. Достаточно широкое распространение получили аэротенки, а именно смесители, совмещенные с отстойниками. Также представлены варианты конструкций с фильтрами - фильтротенки, и с заполнителями различного вида - биотенки.

Классифицируя аэротенки по системам аэрации можно выделить две основные группы: с пневматической аэрацией и с механической аэрацией.

Помимо этих двух групп часто встречаются и другие системы аэрации и реализации процесса подачи кислорода: пневмомеханическая аэрация, подача технического кислорода - окситенки, система с биодисками и пр.

Следовательно, для характеристики конструкций аэротенков для очистки сточных вод можно выделить следующие факторы: способ подачи воды и активного ила; система аэрации; наличие или отсутствие регенераторов; совмещение аэротенков с другими очистными сооружениями.

2. Современный подход к выбору аэротенков

Биологическая очистка загрязненных промышленных стоков отличается от коммунальных присутствием более высоких значений потребления кислорода, рассчитанное для поддержания протекания аэробных процессов и, следовательно, значительными удельными показателями энергозатрат.

Поэтому выбор аэрационной системы может стать одним из определяющих факторов устойчивой и эффективной эксплуатации сооружений для очистки стоков с неоднородным составом.

На этапе определения типа системы аэрации, наиболее подходящей для выбранной технологии очистки стоков, следует корректно сравнивать разработанные предложения по целому ряду критериев, оценивая их в комплексе. Рассмотренный подход позволит не только принять верное проектное решение, но и поспособствует увеличению эффективности очистки до максимальных значений и снижению затраты на электроэнергию.

1. Выбор материала диспергирующего слоя. Используя различные режимы работы, например, с постоянной или прерывистой аэрацией, важно учитывать не только пропускную способность аэрационного элемента, но и устойчивость к кольматации (закупориванию) частицами активного ила, а также возможность полного восстановления расходно-напорных показателей (большой расход при малых потерях давления) аэратора при возобновлении подачи воздуха после его отключения. Перечисленные факторы существенно оказывают влияние на работу очистных сооружений, а энергозатратная очистка аэраторов с опорожнением аэротенков существенно усложняет эксплуатации, а также снижает качество стоков на выходе в период проведения работ на одной из линий сооружений биологической очистки. Лучшей стабильностью работы при сравнении всех видов погружных аэрационных систем отличаются аэраторы мембранного типа. Но стоит принимать во внимание, что компоненты, входящие в состав загрязненных промышленных стоков, могут влиять на производительность аэрационной системы, не только непосредственно снижая эффективность переноса кислорода, но и взаимодействуя с материалом самого мембранного элемента. Также следует учитывать фактор влияния температуры стоков на мембранный элемент и оценивать риск снижения эластичности мембраны и эффективности кислородонасыщения.

Большим интересом пользуется практический опыт применения мембранных элементов, изготовленных из силикона без добавления пластификаторов, медленное разрушение которых также может стать причиной потери эластичности мембран и снижения показателей эффективности аэрации.

2. Определение оптимального типа мембранного аэратора. При проектировании аэротенков для очистки промышленных стоков выбор специалистов лежит в основном между дисковыми и трубчатыми аэраторами. Однозначно определить технологические преимущества того или иного типа при выполнении конкретного проекта бывает непросто. Сравнение аэраторов лучше проводить, оценивая следующие параметры:

1) активная площадь поверхности мембраны;

2) количество аэрационных элементов;

3) количество воздуховодов-распределителей;

4) образование пузырьков воздуха и перемешивание;

5) скорость монтажа.

3. Конструктивные особенности аэратора. Если необходимо достичь высоких показателей массопереноса в очистке промышленных стоков целесообразно рассматривать аэрационные элементы с наибольшей площадью мембранной поверхности. Однако следует спроектировать конструкцию самого аэратора, а именно способ и равномерность распределения воздуха в корпусе элемента.

4. Сравнение проектных показателей систем аэрации нескольких производителей. Необходимо отметить, что подход к проектированию аэрационных систем для очистки промышленных стоков, основанный только на расчёте количества воздуха, устарел и не отвечает современным требованиям по обеспечению качества очистки и снижению затрат электроэнергии. Для стабильной работы аэротенков следует проводить расчёт по количеству кислорода, требуемого для очистки производственных стоков в зависимости от их качества, температуры и применяемой технологии, а число аэраторов определять с учётом эффективности использования кислорода в зависимости от нагрузки на аэраторы.

Правильный выбор аэрационной системы можно осуществить, опираясь на ряд унифицированных критериев сравнения, позволяющих оценить эффективность системы в целом, а не рассматривать паспортные характеристики отдельно взятого аэрационного элемента:

? количество аэраторов;

? площадь активной поверхности мембраны, м 2;

? плотность раскладки, % (отношение площади поверхности мембраны к площади аэрируемой зоны);

? SOR, кгО 2/ч (расход кислорода, приведённый к условиям чистой воды);

? расход воздуха, который необходим для осуществления требуемой подачи кислорода, м 3/ч;

? количество опусков (вертикальных воздуховодов) в аэротенке.

3. Необходимость реконструкции, ее техническая и экономическая целесообразность

На этапе проектирования систем водоснабжения и водоотведения следует опираться на действующие нормативные материалы, которые содержат исходные данные для существующих технологий и оборудования. В начале эксплуатации такие системы должны изначально соответствовать той модели, которая была включена в проект, и удовлетворять требованиям потребителя. Но из-за постепенных изменений внешних и внутренних условий системы водоснабжения и водоотведения не в полной мере соответствуют предъявляемым требованиям. Это происходит, потому что со временем изменяются нормативы (ГОСТ, СНиП и др.), внешние и внутренние характеристики работы систем и сооружений водоснабжения и водоотведения (качество воды в источниках, уровни воды и др.), наконец, устаревают технологии и оборудование (появляются новые, более экономичные насосы и двигатели, новые системы автоматического контроля и регулирования), используются новые химические реагенты и технологии. Металлических и железобетонных трубопроводов со временем разрушаются и подвергаются коррозии, возрастают гидравлические сопротивления труб и потери напора в них, увеличиваются утечки из трубопроводов. В то же время из-за износа рабочих колес насосов падают напоры, развиваемые насосными станциями.

За последние годы изменился режим работы систем водоснабжения и водоотведения. На первое место вышло потребление воды населением. График потребления приблизился к режиму расходования воды в жилом фонде. Индивидуальностью данного режима является то, что максимальные расходы (до 20 %) выше расчетных, а это способствует перегрузке в первую очередь частей систем водоснабжения и водоотведения внутри зданий.

С течением времени увеличивается поток отказов - возникает необходимость в реконструкции систем и сооружений водоснабжения и водоотведения.

Оперативное и плановое восстановление систем и сооружений является актуальной задачей любого современного города.

Износ преимущественных фондов систем водоотведения составляет более 53%, что в свою очередь не может давать гарантии достаточной защиты водоемов, в том числе и водоемов рыбохозяйственного значения.

Особое внимание стоит уделить состоянию самотечных водоотводящих сетей, насосных станций и напорных водоводов, так как износ отдельных систем и сооружений составляет более 63%. Более чем 50% систем водоотведения очистных сооружений практически не функционируют, а остальные работают неудовлетворительно.

Реконструкция систем и сооружений водоотведения и очистки сточных вод имеет тесную связь с системами жизнеобеспечения мегаполисов, крупных, средних и небольших городов и поселков Российской Федерации, а также с экологической обстановкой водных объектов и водоёмов. Вода предназначена как для питьевого, так и для промышленного водоснабжения, поэтому сохранение водных источников от загрязнения и истощения путем реконструкции очистных сооружений водоотведения с минимизацией капитальных вложений является в настоящее время весьма важной и актуальной задачей.

4. Основные концепции реконструкции аэротенков

Для обеспечения нормального функционирования аэротенков необходимо помимо сточной воды подавать активный ил и кислород (в виде обычного сжатого воздуха или обогащенную кислородом газовую смесь).

Условия интенсивной работы аэротенков обеспечиваются:

- величиной нагрузки по органическим загрязнениям на активный ил;

- дозой и величиной индекса активного ила;

- скоростью изъятия и окисления содержащихся в сточной воде органических загрязнений; - седиментационной способностью активного ила;

- обеспечением равномерной аэрации всего объема сооружения;

- соотношением характеристикам, при которых реализуются биологические процессы (рН, температура, присутствие органических загрязнений в требуемом объеме и биогенных элементов).

Рассмотрим, не учитывая конкретные конструкции аэротенков, по известной классической схеме очистки сточных вод существуюие варианты реконструкции сооружений и оборудования в зависимости от достижения необходимых показателей очищенной сточной воды.

Секционирование аэротенков. Применение продольного секционирования аэротенков поперечными перегородками, не доходящими либо до дна (или чередующимися: не доходящими то до дна, то до уровня воды), либо до противоположной стены, способствует повышению эффективности работы аэротенков как по изъятию органических соединений, так и по снижению содержания аммонийного азота в очищенной воде (примерно до 3-5 мг/л).

С помощью секционирования можно практически исключить продольное перемешивание иловой смеси в аэротенке и обеспечивает более полное приближение технологического режима работы аэротенка к режиму идеального вытеснителя и более строго поддерживать заданный режим аэрации в пределах каждой секции. Число таких секций принимается по рекомендациям чисто практического характера и подтверждается расчетом аэротенков-вытеснителей. Существенные отличия от классической схемы биологической очистки в аэротенках имеют модификации, которые приближают работу аэротенков к стадийности биологического процесса очистки или создания в них одинаковых по объему или по длине аэротенка условий с точки зрения нагрузки на активный ил или кислородного режима.

На рисунке 4 приведён пример реконструкции способом продольного секционирования аэротенков.

Рисунок 4 - Реконструкция аэротенка продольным секционированием: 1 - сточная вода после первичных отстойников; 2 - аэротенк; 3 - иловая смесь из аэротенков; 4 - вторичный отстойник; 5 - очищенная вода; 6 - иловая камера; 7 - циркуляционный активный ил; 8 -избыточный активный ил; 9 - воздух из воздуходувок

Реконструкция аэротенков с применением прикрепленных биоценозов. Целевым направлением увеличения дозы ила в аэрационном сооружении является применение нейтральных носителей с целью создания на них фиксированной микрофлоры. В рассматриваемом варианте в аэротенке микробиальные культуры присутствуют двух видов: свободно плавающая, представляющая собой активный ил в обычном его понимании, и прикрепленная к носителю.

В качестве носителей микрофлоры могут использоваться как плавающие, так и фиксированно смонтированные насадки из различных материалов отличной друг от друга формы, что позволяет преимущественно увеличить дозу ила в аэротенке. К этим материалам относят пластмассовый шнур (или веревку), встраиваемый в аэротенке в виде сетей определенного плетения, свободно плавающие губки разнообразной формы с пористостью около 97% с внутренней и внешней поверхностью, способствующей прикреплению биомассы.

В зоне аэрации рассматривающий плавающий материал (плотность его близка к 1) удерживается благодаря проволочным сеткам, которые предотвращают его вынос в отстойные сооружения. В отечественной практике разработаны сетчатые насадки из синтетических материалов фирмами "Экополимер", "Этек", "Грин Фрог", "Комплект-экология" и др.

Использование прикрепленной биомассы в аэротенках требует проведения эксплуатации, отличающейся от эксплуатации аэротенков со свободноплавающим активным илом. Прежде всего это заключается в том, что в сточной воде присутствуют волокнистые включения, нитки и волоски, которые могут прикрепляться к загрузке и тем самым закрывать свободный проход воды через загрузочный материал. Чтобы обеспечить эффективную эксплуатацию сооружений с прикрепленной микробиальной массой, рециркуляционный активный ил должен пройти предварительную очистку от волокнистых частиц в мелкопрозорчатых решетках, а сама загрузка должна периодически регенерироваться интенсивной продувкой воздухом.

На рисунке 5 показан вариант реконструкции аэротенка с прикреплённой микробиальной массой.



Рисунок 5 - Схема реконструкции трехкоридорного аэротенка с закрепленной микробиальной массой: 1 - регенератор; 2 - погружные плокостные модули; 3 - аэротенк, 4 - фильтровальные пластины

Реконструкция аэротенков при помощи изменениея технологической схемы работы аэрационной станции. Ширококе разнообразие существующих типов и конструктивных особенностей аэротенков, а также преобладание различных вариантов установки технологических схем очистки стоков дает возможность, опираясь на конечную поставленную цель реконструкции, изменять технологическую схему очистки сточных вод на станциях аэрации. Работы по реконструкции технологической схемы работы аэротенков должны осуществляться комплексно. Таким образом, современная аэрационная станция должна не только функционировать по современным технологиям, но и иметь соответствующее оборудование и систему АСУ ТП. Пример изменения традиционной технологической схемы работы аэротенков по одноиловой системе денитрификации можно увидеть на рис. 6.

При реконструкции технологической схемы аэротенков особое внимание следует уделять характеру сточных вод (хозяйственно-бытовые, производственные или смесь сточных вод) и степени их загрязнения органическими веществами, взвешенными веществами и биогенными элементами и т.д.



Рисунок 6 - Пример реконструкции аэротенков с изменением технологической схемы работы: 1 - сточная вода после первичных отстойников; 2 - аэротенк; 3 - иловая смесь из аэротенков; 4 - вторичный отстойник; 5 - очищенная вода; 6 - иловая камера; 7 - циркуляционный активный ил; 8 - избыточный активный ил; 9 - воздух из воздуходувок; 10 - аэрационная система для подачи и распределения воздуха в аэротенке.

Заключение

В ходе выполнения данной работы были рассмотрены устройство и принципы работы аэротенков, их конструктивные особенности. Не мало важную роль в эффективности работы и сроке службы аэротенков играет их правильное проектирование.

Большинство канализационных очистных сооружений в нашей стране запроектированы и построены под технологии, не способные обеспечить качество очистки на уровне современных требований. Инициатива и предпринятые действия правительства в задачах водоочистки, разработка и принятие новых законов и постановлений, направлены на то, чтобы руководители производственных предприятий, локальных очистных сооружений и централизованных комплексов очистки сточных вод ускорили решение задачи по обеспечению требуемого качества очищенной воды в соответствии с действующими нормативами. А для этого следует осуществлять реконструкцию действующих очистных сооружений применяя современные технологии, а также реализовывать строительство новых сооружений.

В данном реферате изложены основные принципы и технологические приемы реконструкции аэротенков. Поскольку прогресс в этой области развивается очень быстро, то приведенный материал нельзя рассматривать как исчерпывающий.

Список литературы

1. Павлинова, И.И. Водоснабжение и водоотведение [Текст]: учебник для бакалавров / И.И. Павлинова, В.И. Баженов, И.Г. Губий. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Юрайт, 2015.

2. Абрамов, Н.Н. Водоснабжение [Текст]: учебник для вузов / Н.Н. Абрамов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Интеграл, 2014.

3. Орлов, В.А. Водоснабжение [Текст]: учебник / В.А. Орлов, Л.А. Квитка. - М.: ИНФРА-М, 2015.

4. Фрог, Б.Н. Водоподготовка [Текст]: учебник для вузов / Б.Н. Фрог, А.Г. Первов. - М.: АСВ, 2014.

5. Воронов, Ю.В. Водоотведение [Текст]: учеб. пособие / Ю.В. Воронов, Е.В. Алексеев, Е.А. Пугачев. - М.: АСВ, 2014.

6. Орлов В.А. Бестраншейные технологии [Текст]: учебник / В.А. Орлов, И.С. Хантаев, Е.В. Орлов. - М.: АСВ, 2011.

7. Белоконев, Е.Н. Водоотведение и водоснабжение [Текст]: учеб. пособие для бакалавров / Е.Н. Белоконев, Т.Е. Попова, Г.Н. Пурас. -2-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: Феникс, 2012.

8. Татура, А.Е. Реконструкция систем и сооружений водоснабжения и водоотведения: Учеб. пособие [Текст] / А.Е. Татура. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.

9. Краснов, В.И. Реконструкция трубопроводных инженерных сетей и сооружений [Текст]: учеб. пособие / В.И. Краснов. - М.: ИНФРА-М, 2008.

10. Саломеев, В.П. Реконструкция инженерных систем и сооружений водоотведения [Текст]: моногр. / В.П. Саломеев. - М.: АСВ, 2009.

Размещено на Allbest.ru

...