close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

804.Повышение эффективности процессов аэрации в водных технологиях пневматическими аэраторами из Артикского туфа (на примере Республики Армения)2

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
ПЕТРОСЯН ГАРЕГИН ГАГИКОВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ АЭРАЦИИ В
ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ АЭРАТОРАМИ ИЗ
АРТИКСКОГО ТУФА
(на примере Республики Армения)
05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных
ресурсов
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Серпокрылов Николай Сергеевич
Волгоград – 2014
2
Содержание
Введение…………………………………………………………………….
5
1. Анализ существующих систем водоотведения и очистки сточных вод в
Республики Армения……………………………………………
12
1.1. Анализ экологической ситуации, влияющей на состояние рек Кура и
Аракс …………………………………………………………………….
13
1.2. Оценка и анализ состояния и перспектив развития систем
водоотведения Республики Армения…………………………………….
18
1.2.1. Системы водоотведения хозяйственно-бытовых сточных вод
населенных пунктов……………………………………………………….
18
1.2.2. Система дождевой канализации……………………………………
21
1.2.3. Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод…………………….
21
1.2.4.
Перспективы развития и реновации систем водоотведения
Республики Армения……………………………………………………….
1.3.
Физико-химические
свойства
туфов
22
Артикского
типа………………………………………………………………………….
1.4.
Понятие
пористости
и
основные
методы
29
ее
определения…………………………………………………………………
36
1.5. Техническая характеристика мелкопузырчатых мембранных
аэраторов……………………………………………………………………
38
1.5.1. Мелкопузырчатые мембранные аэраторы (FORTEX, REHAU
Raubioxon)………………………………………………………………….
38
1.5.2. Керамические проницаемые аэраторы «Бакор» …………………
39
1.6. Применение армянского туфа Артикского типа в природоохранных
технологиях…………………. ………………………
Выводы
по
первой
главе
и
43
уточнение
задач
исследований……………………………………………………………….
45
2. Теоретические основы факторов, имеющих влияние на процесс
аэрации…………………………………………………………………….
47
3
2.1.
Пневматическая
система
аэрации
в
очистке
сточной
жидкости…………………………………………………………………….
47
2.2. Критерии оценки массообменных процессов (kV, ОС, Е, SOTE, α, F–
факторы) …………………………………………………………….
2.3.
50
Кинетические процессы, протекающие в ферментативной среде
активного ила………………………………………………………………
57
2.4. Теоретическое обоснование влияния географического положения
местности на свойства жидкости………………………………………….
63
Выводы по второй главе…………………………………………………
69
3. Материалы и методы исследований эффективности аэрационного
процесса …………………………………………………………………
71
3.1. Методика переменного дефицита кислорода………………………
71
3.2. Описание схемы установки при исследовании массообменных
характеристик аэраторов из армянского туфа Артикского типа на
водопроводной воде на глубине 0,435м…………………………………
3.2.1
Методика
определения
физико-химических
и
73
механических
характеристик аэраторов из туфа…………………………………………
3.2.2 Методика определения потерь напора в аэраторах из туфа………
77
79
3.3 Методика проведения исследований массообменных характеристик
аэраторов из армянского туфа на очистных сооружениях Республики
Армения……………………………………….
80
3.4 Методика проведения исследований массообменных характеристик
аэраторов
из
армянского
туфа
на
Ростовской
станции
аэрации………………………………………………………………………
83
Выводы по третьей главе………………………………………………….
83
4. Определение технологических параметров аэраторов из туфов ….
85
4.1. Определение коэффициента массопередачи кислорода для аэратора
армянского туфа Артикского типа на водопроводной воде на
глубине 0,435м……………………………………………………………
85
4
4.2
Проведение сравнительной оценки существующих пневматических
аэраторов
и
аэраторов
из
армянского
туфа………………………………………………………………………….
90
4.3 Опытно-промышленные исследования применения аэраторов из
туфов……………………………………………………………………….
94
4.3.1 Очистка сточных вод аэрацией после механической очистки……
94
4.3.2 Биологическая очистка сточных вод……………………………….
99
4.3.3 Конструктивные решения аэраторов и туфов………………………
103
Выводы по четвертой главе………………………………………………
104
5. Технико-экономическая оценка эффективности применения аэраторов
из туфов при очистке сточных вод………………………….
106
5.1 Экономическая эффективность применения аэраторов из туфа после
механической очистки сточных вод………………………………
106
5.1.1 Расчет аэрационной системы под аэраторы из армянского туфа
Артикского типа при реконструкции очистных сооружений в г. Дилижан
(Р. Армения) …………………………………………………….
106
Выводы по пятой главе…………………………………………………….
111
Общие выводы……………………………………………………………...
112
Литература………………………………………………………………….
113
Приложение 1 ………………………………………………………………
130
Приложение 2 ………………………………………………………………
133
Приложение 3 ………………………………………………………………
Приложение 4 ………………………………………………………………
Приложение 5 ………………………………………………………………
Приложение 6 ………………………………………………………………
Приложение 7 ………………………………………………………………
134
135
136
137
139
5
Введение
Основной причиной загрязнения водных объектов в Республики
Армения являются неочищенные или недостаточно очищенные сточные воды.
Еще в советские годы уровень загрязненности рек Армении был весьма
высок, что привело к ухудшению качества вод. В силу отсутствия более 20
лет системы мониторинга данные об уровне загрязненности поверхностных
вод Армении весьма поверхностны.
С остояние водных объектов не
усугубляется только вследствие возникшего в постсоветский период кризиса
промышленной и сельскохозяйственной экономики, а также значительному
сокращению объемов воды, необходимых для орошения сельскохозяйственных
угодий.
Однако
вместе
с
упадком
промышленности
произошла
реструктуризация сектора водного хозяйства, в результате чего из 19
имеющихся в стране очистных станций полноценно ни одна не работает. Это
произошло, частично, в результате Спитакского землетрясения в 1988г., а
также энергетического кризиса в начале 90-х годов прошлого столетия.
Согласно технико-экономическим расчетам, возможно восстановить только 67 очистных станций из 19. И как следствие, в настоящее время
канализованы лишь 20% городов и сельских населенных пунктов
Армении.
Так как на сегодняшний день Республики Армения не оказывает
бюджетного
софинансирования
коммунального
водоснабжения
и
канализации, т.е. данный сектор находится на самофинансировании, а
фактически значительная часть на субсидировании западных компаний
(Франция, Германия, Великобритания), восстановление водного хозяйства
планируется осуществлять по принципу «минимум затрат – максимум
качества».
Республика Армения обладает богатейшими месторождениями полезных
ископаемых. К примеру, 85%-ов запасов туфа на территории бывшего СССР
сосредоточено в Армении, среди которых значительную долю составляет
6
армянский туф Артикского происхождения. В России известно Лечинкайское
месторождение туфа, расположенное в Кабардино-Балкарской республике.
Туфы
известны
тысячелетия
как
превосходный
многопрофильный
строительный материал. Но только в последние 10-15 лет туфы начали
использовать и в области очистки вод благодаря водостойкости и пористости.
Достаточно широкое распространение за эти годы получили бытовые фильтры
на базе фильтровальных элементов, изготовленных из туфа. Возможность
полного удаления коллоидов, содержащих тяжелые металлы, повышение
вкусовых качеств, минимальные затраты на установку и эксплуатацию
обуславливают преимущества использования бытовых фильтров из туфа для
доочистки
водопроводной
воды.
Имеется
возможность
многократной
регенерации элементов. Известен также положительный опыт применения
данных фильтров в пищевой промышленности, в производстве алкогольных и
безалкогольных напитков и т. д. В то же время имеется перспектива
расширения ареала использования физических и химических свойств туфа в
водоочистных технологиях: в оборотных циклах промышленных предприятий,
в практике разделения иловой смеси в аэротенках взамен вторичных
отстойников и/или мембранных фильтров, в системах аэрации и т. п. В тех
случаях, когда не требуется глубокое выделение загрязнений, например,
взвешенных веществ, возможно применение фильтровальных элементов с
большими размерами пор для снижения необходимого рабочего давления.
Однако данный вид материала можно использовать в очистке вод не только как
материал, обладающий фильтрационными свойствами, но и в качестве
аэрационной
системы.
На
данный
момент
отсутствуют
какие-либо
исследования в области очистки сточных вод для армянского туфа Артикского
типа, и, соответственно, с точки зрения внедрения в промышленность туф
также не рассматривался.
Исходя из физико-химических характеристик, можно постулировать
использование туфа в качестве аэраторов в водоочистных технологиях, однако
на данный момент отсутствуют какие-либо исследования в этой области.
7
На основании приведенных аргументов можно говорить об актуальности
данной научно-исследовательской работы по обоснованию нового типа
аэрационного материала из туфа, обладающего одновременно и эффективными
массообменными свойствами, и подавляющей конкурентоспособностью по
сравнению с другими существующими материалами.
Таким образом, определено дальнейшее направление теоретических и
экспериментальных исследований в данной диссертационной работе.
Цель работы. Обоснование, разработка и внедрение нового типа
аэраторов из армянского туфа Артикского месторождения
для аэрационных
систем в водоочистных технологиях.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение ряда
взаимосвязанных задач:
–
определение
классификационных
признаков
и
массообменных
характеристик армянского туфа Артикского типа в различных условиях
эксплуатации (для водопроводной воды и сточных вод);
–
сравнительный анализ и ранжирование массообменных характеристик
аэраторов из туфа и известных аэраторов;
– приведение массообменных показателей армянского туфа Артикского
типа к условиям высокогорья, свойственным для Республики Армения;
– исследование массообменных характеристик аэраторов из туфа в
течение 12 месяцев в аэротенке;
–
разработка
конструктивных
решений
аэрационной
системы
с
аэраторами из туфа;
– технико–экономическая оценка аэрационных систем на базе армянского
туфа Артикского типа.
Объект исследования – армянский туф Артикского типа, используемый
в качестве аэратора для очистки сточных вод.
Предмет исследований – массообменные характеристики аэраторов из
туфа в процессе аэрации.
Основная идея работы состоит в получении массообменных параметров
8
для нового в водоочистной практике аэратора из армянского туфа Артикского
типа с целью его внедрения на очистных сооружениях Республики Армения с
учетом географических особенностей РА, а также стран СНГ, и сравнении при
этом его экономических
показателей с используемыми в практике типами
аэраторов.
Методы исследований включали аналитическое обобщение известных
научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов на
испытательных
установках,
оснащенных
контрольно-измерительными
приборами; оптические, физико-химические и биохимические методы анализа
сточных вод и водопроводной воды лабораторных, полупроизводственных и
производственных установок. Обработку экспериментальных данных вели
методами математической статистики и корреляционного анализа.
Достоверность обоснована применением классических положений
теоретического
планированием
анализа,
моделированием
необходимого
объема
изучаемых
экспериментов;
процессов,
подтверждена
удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных
исследований, выполненных в опытно-промышленных и промышленных
условиях с расчетными зависимостями в пределах максимальной погрешности
∆=±10 % при доверительной вероятности 0,95.
Научная новизна работы:
– впервые установлены массообменные показатели мелкопузырчатых
аэраторов из армянского туфа Артикского типа;
– по методике ранжирования получена сравнительная оценка
аэраторов
из туфа с существующими типами аэрационных систем;
– на базе экспериментальных данных для аэраторов из армянского туфа
Артикского
типа,
определенных
в
России,
получены
коэффициенты
приведения их массообменных характеристик к условиям высокогорья
Республики Армения;
– впервые получены параметры кинетических характеристик процесса
биологической очистки сточных вод с аэраторами из армянского туфа
9
Артикского типа.
Практическое значение полученных результатов:
–
лабораторные
и
производственные
экспериментальные
данные
характеризуют высокую массообменную способность аэраторов из туфа
Артикского типа, которые рекомендуются для использования в водных
технологиях;
– даны рекомендации по учету влияния высотного расположения
очистных сооружений на массообменные показатели аэрационных систем
аэраторов из армянского туфа при их эксплуатации в Республики Армения;
– разработаны и внедрены конструктивные решения аэраторов из туфа в
практику химической очистки сточных вод в двух городах Армении;
– обоснована технико–экономическая целесообразность расширенного
внедрения аэраторов из армянского туфа Артикского типа в практику
водоочистных технологий.
Реализация результатов работы:
– рекомендации о внедрении диссертационной работы использованы в
пилотных и опытно-промыщленных установках на очистных сооружениях г.
Ереван, г. Дилижан, ЗАО ―Ереван Джур‖ в Республики Армения и в проектах
ООО ―Акватрат‖ в РФ г. Ростов–на–Дону [Приложение 6];
–
внедрены
государственный
в
учебном
строительный
процессе
ФГБОУ
университет»
(каф.
ВПО
«Ростовский
«Водоснабжение
и
водоотведение») при подготовке бакалавров, магистров и инженеров по
специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение».
Связь работы с научными программами, планами, темами: работа
выполнялась по направлению министерства образования и науки Российской
Федерации № 05-10823, в соответствии
с тематическими планами кафедры
«Водоснабжение и водоотведение» РГСУ в рамках государственной программы
«Архитектура и строительство» по госбюджетной теме № 01.9.40001739
«Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод южного
региона страны с учетом экологических требований».
10
На защиту выносятся следующие основные положения:
–
теоретическое
исследований,
обоснование
характеризующие
и
результаты
высокую
экспериментальных
массообменную
способность
аэраторов из армянского туфа Артикского типа и позволяющие рекомендовать
их для использования на очистных сооружениях;
– результаты определения массообменных характеристик армянского
туфа Артикского типа в различных условиях эксплуатации (для водопроводной
воды и сточных вод);
– сравнительный анализ и ранжирование массообменных характеристик
аэраторов из туфа и известных аэраторов;
– учет изменения массообменных показателей аэраторов из армянского
туфа применительно к условиям высокогорья Республики Армения;
– результаты исследования массообменных характеристик аэраторов из
туфа в течение 12 месяцев в аэротенке;
– конструктивные решения аэрационной системы с аэраторами из туфа;
– технико–экономическая оценка аэрационных систем на базе армянского
туфа Артикского типа.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
доложены
и
обсуждены
на:
Международных
научно-практических
конференциях института инженерно-экологических систем РГСУ (Ростов-наДону, 2012–2013гг.), Международной научной конференции «Молодые
исследователи» (Вологда, 2013г.), Международной научной конференции
«Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения по очистке
природных и сточных вод» (Самара, 2013г.)
Публикации. По результатам работы опубликованы 11 печатных работ, в
том числе: 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 – заявка на патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
пяти глав и выводов. Работа изложена на 139 страницах печатного текста,
включает в себя 35 рисунков, 32 таблицы и 7 приложений. Список литературы
представлен 133 источниками.
11
11
Рисунок 1.1 – Географическая карта Республики Армения
12
1 Анализ существующих систем водоотведения и методов очистки
сточных вод в Республики Армения
Республика Армения расположена на северо-западе Армянского нагорья,
40°00' с.ш., 45°00' в.д. Наибольшая протяжѐнность с северо-запада на юговосток — 360км, а с запада на восток — 200км. Расстояние по прямой до
Каспийского
моря
составляет
75км,
до
Чѐрного
моря —
145км,
от Персидского залива — 960км. Около 50% территории страны находится на
высоте более 2000 метров. Средняя высота составляет 1700-1800 метров.
Самые низкие точки рельефа находятся в долинах рек Аракс (380м) на юге
страны и Дебед (375м) на северо-востоке. Наивысшая точка - гора Арагац
(4095м. над уровнем моря). Концентрация кислорода в атмосфере зависит от
высоты
местности
водоотведения
над
требуется
уровнем
[16]
моря,
поэтому
в
учет
пониженных
расчетах
систем
массообменных
характеристик кислорода в процессах аэрации.
На территории Армении выделяют 4 различных по происхождению типа
рельефа:
1) Район складчато-глыбовых гор и межгорных котловин Малого Кавказа.
Занимает северо-восточную часть территории, в основном бассейн реки Куры
– это Вираайоц, Базумский, Памбакский, Гугарац, Арегуни, Севанский горные
хребты и лежащие меж ними котловины и долины. Отличается эрозионной
расчлененностью. Наибольшая высота Тежлер – 3101м.
2) Район вулканических покрытий – это Ашоцкий, Арагацкий, Гегамский,
Варденисский, Сюникский массивы и окаймляющие их плато. Они покрыты
молодыми лавами верхнего плиоцена и четвертичного периода. Формы
рельефа мягкие, слабая эрозионная расчлененность. Наибольшая высота
4095м - гора Арагац.
3) Приараксинская система складчатых гор находится на левом берегу
Аракса. Это Урц-Ераносский и Зангезурский хребты со своими отрогами
(Мегринский и Баргушатский хребты). Здесь наблюдается интенсивная
13
эрозионная расчлененность. Наибольшая высота 3904м – гора Капутджух.
4) Араратская долина. Включает в себя донный участок Араратской
котловины, которая подвержена тектоническому понижению и покрыта
озерно-аллювиальными и пролювиальными отложениями.
Уровень грунтовых вод в течение года колеблется в пределах одного
метра. Иногда подземные воды подходят к поверхности земли, образуя топи.
В Араратской долине под давлением артезианских вод и во время наводнений
реки Аракс, образуются топи и болота площадью около 1500км2.
С севера и востока Армения окаймлена хребтами Малого Кавказа. В
центральной части страны протянулась полоса вулканических гор, лавовых
плато и щитовидных массивов. На юго-западе страны находится межгорная
Араратская
долина.
Рельеф
юга
республики
выражен
Зангезурским
хребтом — самым высоким на Малом Кавказе. Особенности климата
Армении выражаются расположенностью страны в субтропическом поясе и
горным рельефом. Армения богата также различными видами природного
камня – туфа, гранита, базальта, мрамора и т.д. Запасы строительного камня
(всего 120 месторождений) составляют более 690млн. куб. м, а облицовочного
(60 месторождений) – 276 млн. куб. м (2000г.). Среди туфовых месторождений
своими масштабами и высокими физико-механическими свойствами туфов
выделяется Ширакская область, занимающая площадь около 220км2,
мощность слоя туфа – 6 – 7м.
1.1 Анализ экологической ситуации, влияющей на состояние рек
Кура и Аракс
Армения покрыта густой сетью рек. Коэффициент концентрации сети
равен 0,8км/км2. Реки Армении принадлежат бассейну Каспийского моря.
Бассейны притоков реки Кура занимают площадь в 7000км2 (Дебед, Памбак,
Агстев, Тавуш и т.д.), а бассейны притоков реки Аракс - 22790км2 (Ахурян,
Касах, Мецамор, Раздан, Азат, Веди, Арпа, Воротан и т.д.).
Бассейн рек Кура и Аракс занимает территорию Армении, Азербайджана,
14
Грузии, Ирана и Турции. Общая площадь водосбора Кура-Аракс составляет
около 188400км2, занимая большую часть южного Кавказа.
Кура является главной водной артерией Кавказа. Ее общая длина
составляет 1364км. Она берет начало на высоте 2700м в Анатолийском нагорье
в Северной Турции, на горном хребте Кизыл-Гядык, течет по извилистому
руслу по горным регионам Турции, Грузии и Азербайджана и впадает в
Каспийское море. Она питается снегом (36%), талой водой с ледников (14%),
подземными источниками (30%) и дождевой водой (20%). Притоки текут на
север с Армении и впадают в Куру в Грузии и в Азербайджане. Главным
притоком Куры является Аракс. Высота бассейна реки Кура над уровнем моря
колеблется в пределах от 4500м до Каспийского моря (-27м).
Бассейн
р.
Кура-Аракс
представляет
собой
речную
систему
международного значения, которая серьезно деградирует и находится под
угрозой. Качество воды ухудшилось в результате сброса неочищенных
городских, промышленных, медицинских и сельскохозяйственных сточных вод
[17].
В результате отсутствия очистки сточных вод, содержание тяжелых
металлов в воде и отложениях р. Аракс и Кура, ввиду наличия в Республики
Армения
горнодобывающей
промышленности,
значительно
превышают
предельно допустимые значения [15,25] (таблица 1.1, 1.2).
Ухудшение качества воды в речном бассейне Кура-Аракс имеет
значительные трансграничные последствия в странах, расположенных ниже по
течению.
Это
подтверждается
наличием
химических
соединений
антропогенного происхождения в трансграничных участках бассейна, а также в
донных отложениях дельты Куры в Каспийском море.
15
15
Рисунок 1.2 – Характеристика речного бассейна Кура–Аракс
977
1
0
10
0
93
28
Обл.Ара
гацотн
Аштарак
134
98
0
5
0
53
46
4
1
12
16
397
0
73
48
0
2
0
30
26
2
0
8
10
259
0
Апаран
36
31
0
1
0
18
14
1
0
4
6
59
0
Талин
25
20
0
2
0
5
6
0
1
0
0
68
0
Обл.
Арарат
Арарат
402
381
0
12
0
188
131
12
1
156
54
972
0
65
59
0
2
0
33
23
2
0
4
10
207
0
Веди
38
35
0
1
0
19
14
1
0
2
6
118
0
Арташат
124
145
0
3
0
56
43
4
0
7
22
288
0
Масис
175
141
0
6
0
80
51
4
1
142
16
360
0
Обл.
Армавир
934
909
1
22
0
472
330
16
6
100
124
1829
0
Цинк, кг
5
Никель, кг
1044
Медь, кг
0
Нитриты, т
0
Нитраты, т
17
Сульфаты,
т
782
Хлориды, т
Фосфор
общий, т
956
Взвешенны
е вещества,
т
Нефтепродукты, т
Ереван
Города
Объем
сточных
вод (тыс.
м3)БПК , т
Азот
аммонийны
й, т
Таблица 1.1 – Состав сточных вод, собираемых системой центрального водоотведения
16
16
17
Таблица 1.2 – Степень очистки сбрасываемых сточных вод
Наименование
населенного
пункта
Наименование
бассейна
р. Раздан
Биохимическое
потребление
кислорода
(гО2/м3)
70,5
Биохимическое
потребление
кислорода
(гО2/м3)
80,6
г. Ереван*
г. Аштарак
р. Кассах
120,0
105,0
г. Апаран*
р. Кассах
80,2
45,0
г. Цахкаовит
р. Кассах
60,5
58,0
г. Арташат*
р. Аракс
135,0
120,0
г. Арарат*
р. Аракс
92,0
85,0
г. Веди
р. Аракс
90,0
82,5
г. Масис*
р. Раздан
132,5
90,3
г. Армавир*
р. Севджур
112,0
100,5
г. Эчмиадзин*
р. Севджур
120,0
110,0
г. Ванадзор*
р. Памбак
150,0
142,0
г. Спитак*
р. Памбак
81,4
75,5
г. Ташир
р. Ташир
79,0
70,2
г. Алаверди*
р. Дебед
114,2
100,5
г. Ахтала
р. Дебед
80,5
78,2
г. Туманян
р. Дебед
82,0
75,1
г. Степанаван
р. Дзорагет
102,5
99,0
г. Гавар
р. Гаварагет
115,2
102,0
г. Севан
р. Раздан
95,4
90,5
г. Варденис*
р. Масрик
85,0
82,6
г. Чамбарак
р. Гетик
70,2
60,9
г. Мартуни*
р. Мартуни
95,1
90,4
г. Раздан*
р. Раздан
128,9
110,5
18
Продолжение таблицы 1.2
Наименование
Наименование
населенного
бассейна
пункта
г. Цахкадзор
р. Раздан
Биохимическое
потребление
кислорода
(гО2/м3)
68,4
г. Гюмри*
р. Ахурян
159,8
135,8
г. Егегнадзор
р. Арпа
98,4
89,7
г. Вайк
р. Арпа
88,5
82,6
г. Джермук
р. Арпа
71,0
60,8
г. Капан*
р. Вохчи
139,4
120,5
г. Сисиан*
р. Воротан
120,5
104,7
г. Горис
р. Горис
118,9
100,4
г. Мегри
р. Мегри
99,5
97,4
г. Иджеван
р. Агстев
120,2
98,2
г. Дилижан*
р. Агстев
105,7
95,8
г. Берд*
р. Тавуш
90,6
95,8
г. Ноемберян
р. Кохб
88,9
81,9
1.2
Биохимическое
потребление
кислорода
(гО2/м3)
61,8
Оценка и анализ состояния и перспектив развития систем
водоотведения Республики Армения
1.2.1 Системы водоотведения хозяйственно-бытовых сточных вод
населенных пунктов
В Республики Армения канализованы все города и около 20%
сельских
населенных пунктов. Все сточные воды канализованных
населенных пунктов сбрасываются в открытые водоемы, за исключением
только нескольких городов, где сброс осуществляется в суходолы.
Общая протяженность самотечных коллекторов и канализационных сетей
составляет около 4200км, а напорных трубопроводов – 280км [64].
В основном, городские сети и коллектора канализации самотечные, за
исключением некоторых населенных пунктов, как например, г. Севан (3
19
городские насосные станции), г. Масис (общегородская главная насосная
станция) и др.
Насколько
позволяет рельеф
местности, в Армении построены
межрайонные самотечные коллектора с ц е л ь ю с б о р а сточных вод
ряда н а с е л е н н ы х мест с п о с л е д у ю щ е й о ч и с т к о й н а объединенных
очистных сооружениях. Так, например, коллектор Севан - Раздан,
собирающий сточные воды
городов
Севан,
Цахкадзор,
Раздан,
близлежащих сел и зоны отдыха Анкаван на КОС у села Кахси, и
коллектор Чаренцаван - Ереван, также собирающий сточные воды
городов Абовян, Бюрегаван, Нор - Ачин, Егвард и рядом расположенных
сел и объектов на КОС г. Ереван. Предусматривается также коллектор
Спитак-Ванадзор для подачи с т о ч н ы х в о д на К О С г. Ванадзор.
На территории городов, из-за отсутствия канализационных сетей и
коллекторов, часть сточных вод в некоторых местах без очистки сбрасывается
в открытые водоемы. Например, в Ереване один из жилых массивов города
канализован, но коллектор до городских КОС не достроен, и собранные
сточные воды сбрасываются в реку без очистки [82].
В
аварийном
состоянии
находятся
63%
сетей
и
коллекторов,
построенных более 20-ти лет назад. На километр сети в год приходится 5.5
аварии. Ввиду снабжения водой по графику увеличиваются засорения
канализационной сети и коллекторов.
Для
нормализации
отвода
канализационных
сточных
вод
необходимо п р о и з в е с т и к а п и т а л ьн ы й ремонт наиболее и з н о ш е н н ы х
у ч а с т к о в ( где п р о и с х о д и т более 3 аварий на 1км/год), проектирование,
поэтапное строительство и реконструкцию сетей и коллекторов, приобретение
специальных машин и оборудования для нормальной эксплуатации сетей и
коллекторов.
Рисунок 1.3 – Решетки с механическими граблями,
Рисунок 1.4 – Первичные отстойники, г. Масис
Рисунок 1.5 – Здание воздуходувок, г. Апаран
отстойников
20
20
г.Ванадзор
Рисунок 1.6 – Состояние водоотводящих лотков
отстойников г. Ереван
21
1.2.2 Система дождевой канализации
Данные о наличии и протяженности коллекторов и трубопроводов
ливневой
канализации,
а также проектная и фактическая
мощность
с о о р у ж е н и й по очистке дождевых сточных вод и примерные объемы
дождевых сточных вод, поступающих в дождевую или хоз.-бытовую
канализацию, в Республики Армения отсутствуют.
Отвод дождевых сточных вод осуществляется по уличным лоткам, по
рельефу
местности
в
пониженные
места
территории
водосбора.
Организованного сбора, очистки и обеззараживания дождевых сточных вод в
Армении не имеется.
1.2.3 Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод
Основной причиной загрязнения водных объектов Республики Армения,
в основном, являются неочищенные или недостаточно очищенные сточные
воды. Еще в советские годы уровень загрязненности рек Армении был
весьма высок, что привело к ухудшению качества вод [1,2]. В настоящее
время данные об уровне загрязненности поверхностных вод Армении не
четки. Анализ имеющихся малочисленных данных показывает, что в реках
показатели качества воды в последние годы значительно улучшились по
причине
приостановки
предприятий и
деятельности
уменьшения
объемов
хозяйства. В настоящее время,
мониторинга,
можно
большинства
орошения в
промышленных
области сельского
в рамках проведенного ограниченного
предполагать, что уровень качества поверхностных вод
удовлетворителен, за исключением нижних сточных вод Еревана и других
крупных городов, где вследствие загрязнения, наблюдается значительное
понижение содержания растворенного в воде кислорода и нарушения
самоочищающей способности рек. Необходимо отметить также, что при
отсутствии
должного внимания при
широкомасштабном возобновлении
производственной деятельности качество воды можетухудшиться.
Проблема усугубляется еще и тем, что из 19 имеющихся в Республики
Армения очистных станций полноценно ни одна не работает (рисунок 1.3 -
22
1.6). Это произошло, частично, в результате Спитакского землетрясения в
1988г., а также энергетического кризиса в начале 90-х годов прошлого
столетия.
Согласно
технико-экономическим
расчетам,
возможно
восстановить только 6 – 7 очистных станций и з 19 [38,39]. Остальные
должны строиться заново согласно новым технологиям очистки (таблица 1.3).
1.2.4 Перспективы развития и реновации систем водоотведения
Республики Армения
В настоящее время на очистных станциях с то ч н ы е воды
проходят, в лучшем случае, только ч а с тич н ую м е х а н и ч е с к у ю
о ч и с тк у .
В
о ста льн ы х
н а с е ле н н ы х
пунктах
сточные
воды
п о п ад ают в водоприемники либо через авар ийн ы е вы п ус к и в
о б х о д очистных сооружений, л и б о п о с л е п р о х о ж д е н и я о ч и с т н ы х
станций б е з к а к о й -либо очистки.
Все очистные станции республики построены до 1990 года, и
действующие в них технологии уже неэффективны и не соответствуют
современным требованиям, кроме того, технологии очистки были основаны
на практически бесплатных энергоносителях, таких как газ и электроэнергия.
В современных условиях предусмотренные проектом технологии
очистки
крайне неэкономичны, и эксплуатация имеющихся очистных сооружений
по этим технологиям требует неоправданно больших затрат.
Для восстановления очистных сооружений или постройки новых
требуются крупные инвестиции.
Функции
контроля
качественного
состава
водных
объектов
в
республике выполняет Центр мониторинга окружающей среды Министерства
охраны природы республики [44].
Мониторинг загрязнения поверхностных вод включает в себя режимные
наблюдения за состоянием загрязнения поверхностных вод посредством
гидрологических и гидрохимических постов, изучения химического состава
вод рек, озер и водохранилищ с учетом загрязнений промышленными,
бытовыми и другими источниками, анализ и оценку состояния загрязнения.
23
Система мониторинга действует с 1964 года. До 1990г. наблюдением были
охвачены 54 водных объекта. Действовали 111 наблюдательных пунктов. С
1994г. количество наблюдательных пунктов возросло до 131, однако, надо
отметить,
что
мониторинг
поверхностных
вод
осуществляется
не
систематически.
Качество воды
контролируется по
отдельным
параметрам:
определяются физические и химические свойства воды, газовый состав,
основные ионы, органические вещества, в том числе загрязняющие (ХПК,
БПК5, нефтепродукты, СПАВ), загрязняющие вещества неорганического
происхождения, ионы: аммонийные (NH3), нитритные (NO2), нитратные (NO3),
фосфор (P), железо (Fe), кремний (Si), медь (Cu), цинк (Zn). Результаты
анализов
публикуются
в
ежемесячных
и
ежегодных
справочниках
[18,19,66,67].
В 1984-1990гг.
производился
отбор проб
поверхностных вод из
следующих трансграничных рек: Дебед, Агстев, Аракс, Вохчи. С 1991г. отбор
проб из приграничных точек осуществляется только из реки Дебед у границы
Грузии, где во взятых пробах ПДК 3 – 5 раза превышали ионы аммония,
нитритов, меди и нефтепродукты, и реки Раздан у границы Турции.
В таблице 1.4 приводятся данные мониторинга вод реки Раздан, и в
таблице 1.5 — показатели очистки сточных вод по взвешенным веществам и
БПК5
на
ряде
очистных
сооружений
Республики
Армения
[95].
Таблица 1.3 – Техническое состояние и потребность в реконструкции и новом строительстве КОС в
населенных пунктах РА
Перво Канализационные
очистные
очеред
сооружения
ность
I
I
КОС Варденис
КОС Гавар
II
КОС у села Кахси
II
КОС Алаверди
г. Мартуни
г. Варденис
Мощность
КОС (тыс.
м3/сутки)
4,0
Не работают и
реконструкции не подлежат,
необходимо стр-во новых КОС
4,0
Не работают и
реконструкции не подлежат,
необходимо стр-во новых КОС
г. Гавар
10,6
г. Севан, г.
Цахкадзор, г.
Раздан
64,0
г. Алаверди
Техническое состояние КОС и
необходимые мероприятия
16,3
КОС не построены
Необходим капитальный
ремонт и полная замена
оборудования
Не работают, необходим
капитальный ремонт
подводящего коллектора, КОС и
полная замена
оборудования
Способ
очистки,
н/в
_
–
Место выпуска
р. Мартуни
озеро Севан
р. Масрик озеро
Севан
24
24
I
КОС Мартуни
Обслуживаемы е
населенные
пункты
_
р. Гаварагет
озеро Севан
–
р. Раздан
–
р . Дебет
Продолжение таблицы 1.3
Перво Канализационные
очистные
очеред
сооружения
ность
II
II
КОС Ванадзор
КОС Спитак
Обслуживаемы е
населенные
пункты
г. Ванадзор
г. Спитак
КОС Степанаван
г. Степанаван
III
КОС Аштарак
г. Аштарак
III
III
КОС Эчмиадэин
КОС Апаран
г. Эчмиадзин
г. Апаран
Техническое состояние КОС и
необходимые мероприятия
Способ
очистки,
н/в
Место выпуска
28,8
Необходим капитальный
ремонт и полная замена
оборудования. Не
завершено стр-во новых КОС,
мощностью 128 тыс.м3/ сутки
Мех.
очистка
рещетки
р. Памбак
0,7
Не работают. Необходима
реконструкция и строительство
новых КОС
–
р. Памбак
5,0
КОС и КНС с коллектором не
достроены. Необходимо
строительство новых КОС
_
р. Дзорагет
10,0
Необходим капитальный
ремонт и полная замена
оборудования.
Мех.
очистка
рещетки
р. Касах
32,2
Необходим капитальный
ремонт и полная замена
оборудования.
Мех.
очистка
рещетки
р. Сев джур
7,3
Не работают, необходима
реконструкция с усилением
конструкции сооружений
25
25
II
Мощность
КОС (тыс.
3
м /сутки)
о. Касах
–
Продолжение таблицы 1.3
Перво Канализационные
очистные
очеред
сооружения
ность
III
IV
КОС Джермук
КОС Масис
КОС Арарат
IV
КОС Дилижан
IV
IV
IV
КОС Берд
КОС Иджеван
КОС Сисиан
Мощность
КОС (тыс.
3
м /сутки)
Техническое состояние КОС и
необходимые мероприятия
г. Джермук
2,3
г. Масис
53,0
Необходима реконструкция и
замена оборудования.
28,2
Необходима реконструкция
КОС, капитальный ремонт
подводящего коллектора и
полная замена оборудования.
18,0
Необходим капитальный
ремонт с обновлением
оборудования и завершение
строительства коллекторов.
г.Арарат и г.
Веди
г. Дилижан
КОС не существуют
Способ
очистки,
н/в
Место выпуска
–
р. Арпа
Мех.
очистка
решетки
р. Раздан
–
дренажный
канал р. Аракc
26
26
IV
Обслуживаемы е
населенные
пункты
р. Агстев
–
г. Берд
5,2
Реконструкция с заменой
оборудования.
–
р. Тавуш
г. Иджеван
4,7
КОС не построены
–
р. Агстев
–
р. Воротан
г. Сисиан
17,0
Необходима реконструкция и
замена оборудования
Продолжение таблицы 1.3
Перво Канализационные
очистные
очеред
сооружения
ность
IV
КОС Мецамор
Обслуживаемы е
населенные
пункты
г. Армавир и г.
Мецамор
V
КОС Гюмри
г. Гюмри
V
КОС Капан
г. Капан
Мощность
КОС (тыс.
3
м /сутки)
24,0
76,0
25,0
Техническое состояние КОС и
необходимые мероприятия
Способ
очистки,
н/в
Не работают, необходима
реконструкция и полная
замена оборудования
–
Не работают, необходима
реконструкция и полная
замена оборудования
–
р. Сев джур
р. Ахурнн
р. Вохчи
–
27
27
Разрушены после бомбежки.
Необходима реконструкция
и полная замена
оборудования
Место выпуска
28
Таблица 1.4 – Превышения среднегодовых концентраций к ПДК
Показатели
превышающие
ПДК
ПДК
2000
2010
На 6 км ниже г. Еревана
БПК5
3
5,8
5,3
Ионы аммония
0,39
18,6
22,7
Нитриты
0,024
4,8
5,9
Медь
0,001
13
21
Нефтепродукты
0,05
4,8
2,8
С устья реки Раздан
БПК5
3
1,5
1,7
Ионы аммония
0,39
13,8
11,9
Нитриты
0,024
4,9
6,6
Медь
0,001
15
20,7
Нефтепродукты
0,05
3,6
3,6
Таблица 1.5 – Концентрации взвешенных веществ и БПК 5 на выходе
канализационных очистных сооружений
Наименование
Наименова
населенног
ние
о пункта
бассейна
г. Ереван*
р. Раздан
г. Аштарак
р. Кассах
г. Арташат*
р. Аракс
г. Эчмиадзин*
р. Севджур
г. Ванадзор*
р. Памбак
г. Алаверди*
р. Дебед
г. Гавар
р. Гаварагет
г. Раздан*
р. Раздан
г. Гюмри*
р. Ахурян
г. Сисиан*
р. Воротан
г. Дилижан*
р. Агстев
Биохимическ
ое потребление
кислорода
(гО70,5
2/м3)
120,0
135,0
120,0
150,0
114,2
115,2
128,9
159,8
120,5
105,7
Взвеше
нные
вещества
80,63)
(г/м
105,0
120,0
110,0
142,0
100,5
102,0
110,5
135,8
104,7
95,8
29
*) в данных населенных пунктах построены станции биологической очистки сточных вод,
однако для их нормального функционирования необходимо провести работы по
реконструкции, восстановлению и переоборудованию.
В 1992 - 2001гг. в республике зарегистрировано 52 вспышки кишечных
инфекций с числом заболевших 15508 человек. Из зарегистрированных
инфекций в основном преобладает б а к т е р и а л ь н а я д и з е н т е р и я и
О К И , в е д и н и ч н ы х с л у ч а я х – с а л ь м о н е л л е з ы , брюшной тиф,
гастроэнтероколит и вирусный гепатит.
Особое беспокойство вызывает тот факт, что ряд населенных пунктов,
расположенных
над
водоснабжения
источниками
населения
питьевой
воды,
забираемой
республики, не
канализован,
для
и
сточные воды таких населенных пунктов являются реальной угрозой
загрязнения источников воды (в ряде источников отмечалось отклонение по
индексу кишечной палочки, который колебался от 4 до 46).
1.3 Физико–химические свойства туфов Артикского типа
85%-ов запасов туфа на территории бывшего СССР сосредоточено в
Армении [3,23,24,99]. В России известно Лечинкайское месторождение туфа,
расположенное в Кабардино - Балкарской Республике. Туфы известны
тысячелетия как превосходный многопрофильный строительный материал.
Но только в последние 10-15 лет их начали использовать и в области очистки
вод
благодаря
водостойкости
и
пористости.
Достаточно
широкое
распространение за эти годы получили бытовые фильтры на базе
фильтровальных
элементов,
изготовленных
из
туфа
[22,53,56,65].
Возможность полного удаления коллоидов, содержащих тяжелые металлы,
повышение вкусовых качеств, минимальные затраты на установку и
эксплуатацию
обуславливают
преимущества
использования
бытовых
фильтров из туфа для доочистки водопроводной воды. Имеется возможность
многократной регенерации элементов. Известен также положительный опыт
применения данных фильтров в пищевой промышленности, в производстве
алкогольных и безалкогольных напитков и т. д. [15]. В то же время имеется
30
перспектива расширения ареала использования физических и химических
свойств
туфа
в
водоочистных
технологиях:
в
оборотных
циклах
промышленных предприятий, в практике разделения иловой смеси в
аэротенках взамен вторичных отстойников и/или мембранных фильтров, в
системах аэрации и т. п. В тех случаях, когда не требуется глубокое
выделение
загрязнений,
например,
взвешенных
веществ,
возможно
применение фильтровальных элементов с большими размерами пор для
снижения необходимого рабочего давления (таблица 1.6; 1.7). Однако данный
вид материала можно использовать в очистке вод не только как
фильтрационный, но и как аэрационный элемент.
Туф – это пористая порода вулканического происхождения,
которая
образуется
вследствие
цементирования
рыхлых
продуктов
вулканических извержений [22,23,24,99].
Более половины химического состава данной горной породы образуется за
счѐт оксидов кремния (49 - 75%) и
алюминия (8 - 23%). Помимо этого, в
состав камня входят оксиды железа, магния, калия, натрия и других
химических элементов в незначительных количествах, %: CaO - (1 - 7), Fe2O3 (1,95 -10,74), TiO2 - (0,05 - 1,2), MgO - (0,02 - 3,5), SO3 - (0,02 - 1,75),
K2O+Na2O - (1-10), прочие - (0 - 18%).
Таблица 1.6 – Характеристики фильтровальных элементов [22,65]
№ п/п
Характеристики
Ед. изм.
Материал
1
2
Модель фильтровальных
элементов
Т- 0,7
Т- 2,0
ТМ-2,0
туф
туф
туф +
мрамор
Пористость
мк
0,7
2,0
2,0
Ресурс
л
15000/---*
45000 /
16000*
45000 /
16000*
31
Продолжение таблицы 1.6
№ п/п
Характеристики
3
Ед. изм.
Расход
4
л/ч
Регенерация
5
6
7
Т- 0,7
Т- 2,0
ТМ-2,0
350/---*
950 / 600*
950 /
600*
до 3-х раз
до 3-х раз
до 3-х
раз
Давление
бар
8,0
8,0
8,0
Размер,
диам/высота
мм
70 / 248
70 / 248
70 / 248
Масса
гр
950
950
950
Таблица 1.7 – Показатели очистки вод с добавлением минеральных солей*,
мг/л
№ Показат
Ед.
п
изм.
ель
Модель фильтровального элемента
Т- 0,7
до
/
Т- 2,0
после
до
ТМ- 2,0
после
до
п
1
посл
е
Мутнос
мг/л
1,2
<0,5
1,2
<1,0
1,2
<1,0
ть
2
Железо
мг/л
6,25
0,4
6,25
1,6
3,0
1,4
3
Медь
мг/л
4,5
0,2
4,5
1,3
4,5
2,1
4
Цинк
мг/л
2,0
0,9
2,0
0,9
2,0
1,1
5
Свинец
мг/л
0,042
0,01
0,042
0,02
0,042
0,02
6
Кадмий
мг/л
0,015
0,006
0,015
0,009
0,015
0,01
*Для исследуемых вод, обработанных сульфатом алюминия на территории Российской
Федерации.
Вулканический туф возник путем смешения жидкой лавы с частицами
песка и вулканического пепла. Эта порода является пористой (пористость
находится в пределах 21,3 - 46,6%), образованной путем скрепления тем или
32
иным путѐм обломочного материала. Физико-механические характеристики
варьируются в зависимости от вида камня. Например, степень спекания, в
зависимости
от
разновидности,
которой
определяет
выделяют
параметр
спѐкшиеся
и
прочности.
сцементированные
Плотность
породы
составляет 2400-2610кг/м3; объѐмный вес варьируется от 1370 до 2050кг/м3.
Степень водопоглощения по весу может достигать 23,3%. Морозостойкость
данного материала невелика – около 25 циклов замерзания-оттаивания.
Коэффициент
водонасыщения
варьируется
в
пределах
0,57-0,86,
коэффициент размягчения – 0,72-0,89. Предел прочности вулканической
породы при сжатии составляет 13,3-56,4МПа [100]. Существует также такая
горная порода как туфолавы, которая занимает промежуточное положение
между лавой и туфом. По мнению геологов, образование туфолавов
произошло при быстром вспенивании лав, которое сопровождалось падением
давления и связанным с ним дроблением вкрапленников и стекла без разрыва
сплошности лавового потока [22,23,24]. Примером самого типичного
туфолава является Артикский туф, который встречается в Армении у станции
Артик (близ Ленинакана). Запасы оцениваются более чем в 250 млн. м³.
Месторождение занимает площадь около 220км², мощность слоя туфа – 6 - 7
метров. Этот туфолав представляет собой стекловатную пористую породу,
плотность которой составляет 750 - 1400, пористость – 40 - 70%, а предел
прочности при сжатии его равен 8 - 19МПа (таблица 1.9). Среднегодовая
добыча штучного туфового камня составляет 450 тысяч м3, производство
облицовочных плит 500, туфового щебня и песка 310, туфоблоков 50 тысяч
м3. Уровень механизации работ 70%. Кроме Арктикского в Армении имеется
еще 4 вида туфов: Аниский, Ереванский, Фелзитский и Бюраканской (таблица
1.8). Преимущества туфа Артикского типа [22,23,24,99]:

Долговечность;

Прочность;

Высокая морозостойкость (50-600 циклов);
33

Хорошая водостойкость;

Небольшой объемный вес (0,75-1,6т/м3);

Туф очень легко обрабатывается;

Устойчивость к различным атмосферным условиям.
Высокая долговечность армянского туфа, его устойчивость к воздействию
низких
температур
обусловлена
характером
поровой
структуры,
представляющая собой разветвленную систему сообщающихся пор.
Таблица 1.8 – Физические свойства aрмянских туфов
Месторождение
Артикский
Аниский
Ереванский
Одномерный
1362,0
1348,0
1587,0
плотность, г/см3
2,44
2,23
2,4
Пористость, %
42,7
39,5
31,0
Водостойкость
15,6
10,7
7,8
Сжатие (сила),
122,0
184,0
187,0
массив, кг/см3
Истинная
кг/см2
Кроме
того,
армянский
туф
прошел
проверку
на
соответствие
гигиеническим требованиям на территории Российской Федерации [22,65],
результаты которой отражены в протоколе испытаний №098-2005/09 от
27.09.05г. «ВНИПИИ стромсырье». По данным результатам установлено
содержание в туфах естественных радионуклидов по величине удельной
эффективности (177Бк/кг), что соответствует I классу строительных материалов
по НРБ - 99, что в свою очередь позволяет использование армянского туфа во
всех видах строительства без ограничений [88].
По
пористости
и водостойкости
(таблица
1.9) туф
Артикского
месторождения превосходит другие, поэтому его использование более
34
перспективно в возможных аэрационных процессах. Вследствие увеличенной
пористости в аэраторах из этого туфа будут иметь меньше сопротивление
выходу воздуха из аэраторов, следовательно, и потери напора в них будут
меньше,
т.
е.,
соответственно,
и
меньше
мощность
воздуходувного
оборудования, а также и энергопотребление.
Повышенная водостойкость данного туфа будет обеспечивать большую
долговечность при аэрации в процессах водоочистки.
Таблица 1.9 – Физико–механические свойства туфов Артикского типа
№
П/
п
Физикомеxанические
показатели
По участкам
Ед.
Измер.
Восточный
Южный
По месторождению
Северный
Дзоракапский
1
Удельный вес
г/см3
Мин
.
2.20
2
Объемный вес
кг/м3
967
1860
1505
1092
1859
1557
1204
1857
1533
1298
1876
1487
967
1861
1529
3
Пористость
%
28.2
59.1
41.9
29.1
64.9
40.3
30.5
54.9
42.0
28.0
50.5
40.7
28.0
64
41.3
4
Водопоглощение
%
6.7
41.5
19.9
7.0
38.0
15.3
7.7
25.5
15.3
11.0
22.5
13.9
6.5
41.7
15.9
5
Коэффицент
размягчения
Коэффицент
морозостойкости
а/ в сухом
состоянии
б/ в водонасыщ.
состоянии
0.58
1.1
0.82
0.59
1.30
0.83
0.63
1.0
0.83
0.62
1.01
0.80
0.57
1.32
0.81
0.54
1.0
0.85
0.68
1.69
0.87
0.51
1.1
0.83
0.62
0.99
0.80
0.54
1.71
0.83
49
394
151
50
430
174
68
315
160
101
360
245
48
432
181
38
292
128
38
350
145
83
229
127
62
322
197
36
350
148
9
в/ после 25 цикл
заморож.
27
253
101
42
285
143
97
196
113
43
259
138
27
287
123
10
г/ после 15 цикл
заморож.
26.7
279
129
30
275
110
68
185
105
-
-
-
26.7
279
115
6
8
Сред
.
2.50
Мин
.
2.41
Макс
.
2.76
Сред
.
2.64
Мин
.
2.50
Макс
.
2.77
Сред
.
2.62
Мин
.
2.54
Макс
.
2.74
Сре
д.
2.63
Ми
н.
2.20
Макс
.
2.77
Сред
2.81
35
35
7
Макс
.
27.3
36
1.4 Понятие пористости и основные методы ее определения
Процесс
аэрирования
тонкодиспергированным
воздухом
возможно
осуществить через пористые, керамические, тканевые или полимерные
аэраторы [28,30,32]. Буквально два десятилетия назад фильтросные пластины
на водоочистных предприятиях имели наиболее широкое распространение.
Однако фильтросные пластины в процессе эксплуатации выявили
серьезные недостатки, такие как закупорка пор, трудоемкость монтажа и
процесса регенерации, что привело к необходимости разработки и
последующего внедрения в производство новых конструкций аэрационных
систем с пористой структурой. Например, куполообразная форма аэраторов, а
также керамический трубы, имеющие размер в диаметре 80 - 100мм, причем
средний размер пор в фильтросах составляет 100мкм [96]. Одной из
основных физических характеристик керамических аэраторов является
пористость.
Распределение по размерам (пор, частиц) (англ. size (pore, particle)
distribution) — зависимость количества (объема, массы) частиц или пор от их
размеров в исследуемом материале и кривая (гистограмма), описывающая эту
зависимость. Распределение по размерам отражает дисперсность системы. В
случае, когда кривая распределения имеет вид острого пика с узким
основанием, т. е. частицы или поры имеют почти одинаковый размер, говорят о
монодисперсной системе. Полидисперсные системы характеризуются кривыми
распределения, имеющими широкие пики с отсутствием четко выраженных
максимумов. При наличии двух и более отчетливо выраженных пиков
распределение считается бимодальным и полимодальным соответственно.
Основными методами исследования распределения частиц по размерам
являются статистическая обработка данных оптической, электронной и атомносиловой микроскопии, а также методы динамического светорассеяния и
анализа кривых седиментации. Исследование распределения пор по размерам
проводится, как правило, при помощи анализа изотерм адсорбции с
использованием модельной зависимости размера мезопор от давления
37
равновесного газа над ними (модель Барретта–Джойнера–Халенда, метод BJH).
Распределение частиц (пор) по размерам является результатом интерпретации
экспериментальных результатов и зависит от метода и принятой модели,
поэтому кривые распределения, построенные по данным различных методов
определения размера частиц (пор), их объема, удельной поверхности и т.п.,
могут отличаться друг от друга [117,76,90].
Опыт показывает, что весь комплекс показателей пористости нельзя
определить каким-либо одним методом. Только соединение прямых и
косвенных методик даст реальную картину пористости. Четыре дополняющих
друг друга метода описаны ниже в последовательности, которая является
оптимальной при изучении пористости.
1. Изучение в тонких срезах (шлифах) с помощью петрографического
микроскопа. Это наиболее традиционный, доступный и простой метод
визуального изучения формы, размеров, распределения пор в объѐме горной
породы,
определения
замкнутости/незамкнутости
пор,
образования/необразования ими сплошной «дренажной» системы. Для лучшего
наблюдения можно насыщать пробу цветными или флюоресцирующими в
ультрафиолетовом свете веществами (15.7; см. вклейку).
2. Сканирующая электронная микроскопия. Метод даѐт возможность изучать
геометрию очертаний и пространственное распределение пор размером до
0.001мкм. Но ценность результата ограничена ничтожностью площади
исследуемого материала.
3. Ртутная порометрия (15.8). В пробу под определѐнным давлением
нагнетается жидкая ртуть, ею заполняются даже мелкие поры радиусом от
0.0019 до 200мкм. Измеряются исходные объѐм и вес (масса) пробы, вес
(объѐм) поглощѐнной ртути. По этим измерениям делаются расчѐты, в них
постулируют прямую зависимость между величиной давления при нагнетании
ртути и размером пор. Вычисляют величину общей пористости пробы,
плотность пробы. Рассчитывают медианное значение радиуса пор, долю пор
разного размера по отношению к их общему количеству. Выводят значение
38
суммарной поверхности пор.
4. Метод сорбции азота (15.9). Даѐт возможность определить общую
поверхность пор диаметром 0.001 - 0.1мкм и классифицировать их по размеру.
Эти данные получают путѐм расчѐтов по количеству азота, поглощѐнного
пробой в условиях постоянства температуры в ходе опыта. Метод, как
оказалось на практике, даѐт наилучшие результаты при изучении микропор.
Как видно, методы различны по своим возможностям. Их сочетание
позволяет создавать удовлетворительные модели реальной пористости камня в
изучаемых пробах.
1.5 Техническая характеристика мелкопузырчатых мембранных аэраторов
1.5.1 Мелкопузырчатые мембранные аэраторы (FORTEX, REHAU
Raubioxon)
Одними
из
наиболее
распространенных
представителей
мелкопузырчатых аэраторов являются аэрационные системы FORTEX, REHAU
Raubioxon
[5,89,90,91],
снабженные
полимерной
мембраной,
которая
изготовлена из ЕПДМ – каучука (этилен – прoпилен – димеp) или мембраны из
материала RAU-SIK (cиликон-каучук) (REHAU Raubioxon). Процесс аэрации в
данных аэрационных системах осуществляется мелкодисперсным воздухом при
создании определенного давления, которое заставляет раскрываться отверстия
в мембране. При остановке подачи воздуха необходимо предотвратить
попадание жидкости в воздуховод. Особая форма насечек на мембране не
позволяет проникнуть воде внутрь трубы при отключении подачи воздуха.
Кроме
того,
предусмотрено
контрольное
устройство
для
обеспечения
равномерного распределения воздушного потока по всей аэрационной системе
и
минимального
отклонения
сопротивлений
даже
при
существенной
протяженности магистральных воздуховодов. При возникновении поломок в
системе данное устройство предотвращает местное падение давления и
обеспечивает бесперебойную эксплуатацию системы на время ремонтных
работ. Воздухораспределительный магистральный трубопровод для крепежа
аэрационных элементов имеет разъемные крепления. Материал опорной трубы
39
- полипропилен, который в случае возникновения потока сточной воды с
затопляемым свободным объемом, не поддается его воздействию.
В свою очередь к опорной трубе крепятся самостоятельные аэрационные
элементы, которые состоят из каркасной трубы в диаметром 63мм, на которую
крепится полимерная мембрана с перфорацией. На свободных концах трубы
мембрана прижата крепежными хомутами. Процесс крепления аэрационного
элемента к воздухораспределительной трубе максимально облегчен. Каждый
элемент
имеет
отверстие
для
подачи
воздуха.
Вышепредставленная
конструкция аэрационной системы имеет существенное преимущество в
случаях
экстраплотного
размещения
аэрационных
элементов,
при
нестандартных конструкциях отстойников и на съемных (извлекаемых)
аэрационных решетках.
Недостатком мембраны из EPDM можно назвать органические и
коркообразные отложения на поверхности мембран. К достоинствам покрытия
аэратора из EPDM (этилен-пропилен-диен-кaучук) или из полимера RAU-SIK
(cиликон-каучук) можно отнести высокую долговременную эластичность,
высокую химическую стойкость, стойкость к воздействию температур,
сокращение трудоемкости процесса демонтажа, равномерное образование
складок при прекращении подачи воздуха с помощью запатентованных
продольных
углублений,
оптимальную
уплотнительную
функцию
без
захлопывания пор на мембране аэратора, минимальную способность к
образованию коркообразных отложений ввиду супергладкой поверхности
мембраны и использования полимерных материалов.
1.5.2 Керамические проницаемые аэраторы «Бакор»
Традиционно на станциях аэрации в России десятилетиями применялись
среднепузырчатые (фильтросные) аэраторы в виде труб и пластин из пористой
проницаемой керамики, которые вошли в типовые проекты и используются для
постройки аэротенков.
Впервые аэраторы такого типа начали производиться в промышленном
масштабе фирмой «Filtros», США, 1925г. С тех пор за аэраторами из пористой
40
проницаемой керамики закрепился термин фильтросные пластины, трубы
(фильтросы). Эффективность аэрации фильтросов составляет 1,5–2,2 кгО2/кВтч,
они достаточно просты и надежны в эксплуатации. Основными их недостатками
являются достаточно высокое энергопотребление и попадание внутрь иловой
смеси при отключении электроэнергии, что при ее включении приводит к
гидроударам,
разрушению
отдельных
труб
(каналов)
и
необходимости
последующего опорожнения аэротенка для восстановления аэрационной системы
[59].
Указанные недостатки привели к
разработке
нового поколения менее
энергоемких аэраторов. В России, в основном, это выпускаемые отечественной
промышленностью аэраторы («Экополимер», «Экотон» и их аналоги) с
эффективностью аэрации 2,5 – 3,5 кгО2/кВт ч. Также в России имеется
достаточно длительный (5 – 7 лет) опыт использования зарубежных мембранных
аэраторов, характеризующихся эффективностью 4,0 – 7,5 кгО2/кВт ч.
В то же время [81] двухлетний промышленный опыт применения
мембранных аэраторов «Фортэкс» на одной из технологических линий
Люберецкой станции аэрации с расходом 500000м3/сут показал, что мембраны
снизили проницаемость на 35 – 45%, и при этом потери напора возросли с
паспортных 0.3 – 0.4м до 1.2 – 1.3м. Восстановление проницаемости аэраторов
проводится щавелевой кислотой 2 раза в год с опорожнением аэротенка, а это на
50 – 60% увеличивает эксплуатационные расходы. Эффективность аэрации
снизилась с 3,5 – 4,0 кгО2/кВтч до 1,8 – 2,2 (при этом производитель аэраторов
«Фортрикс» давал гарантию сохранения технических параметров 5 лет).
Имеются аналогичные сравнительные данные двухлетнего мониторинга 2-х
аэротенков (длина 120м) очистных сооружениях сточных вод в Берлине (ФРГ),
где также отмечается снижение массообменных характеристик мембранных и
повышение их у керамических аэраторов [81,101].
Поэтому экономически, экологически и технологически обоснованной
была разработка керамических проницаемых аэраторов нового поколения [4].
41
До конца 80-х годов прошлого столетия аэраторы из пористой
проницаемой керамики выпускались в России «Кучинским керамическим
заводом». Существующие ранее керамические материалы и технология изделий
из них не позволяли создавать конкурентоспособные изделия с регулируемой
пористостью. При этом открытая пористость аэраторов составляла не более
30%, что требовало повышенного давления и расхода воздуха, а предел
прочности при сжатии - 10МПа, что приводило к их быстрому выходу из строя
вследствие разрушения.
В тоже же время, в США и европейских странах до сих пор
эксплуатируются и строятся аэротенки с аэраторами из пористой проницаемой
керамики. Срок службы аэраторов из пористой керамики, по заявлениям
зарубежных производителей, может составлять более 30 лет. При этом
необходимо отметить, что в Европе имеются десятки очистных сооружений, на
которых аэраторы из пористой керамики эксплуатируются уже в течение 60 лет
и находятся в хорошем состоянии. Срок эксплуатации аэраторов из пористых
пластиков составляет не более пяти лет, после чего требуется их замена [45].
Необходимо иметь в виду, что применение аэраторов из пористых полимерных
материалов обязательно будет решать проблему их утилизации после
использования, т. к. даже при хранении на полигонах твѐрдых бытовых отходах
они будут разлагаться под действием солнечного света, воды, тепла с
выделением крайне токсичных веществ.
Исходным моментом начала возобновления производства фильтросных
пластин в России в НТЦ «Бакор» стали многочисленные обращения
потребителей. За прошедшие двадцать лет были созданы новые пористые
проницаемые
керамические
эксплуатационными
материалы
свойствами,
с
намного
физико-техническими
превосходящими
и
ранее
выпускавшиеся [4]. Поэтому выпускаемые в настоящее время фильтросные
пластины
имеют гораздо
более высокий
уровень физико-технических
характеристик, чем ранее (рисунки 1.7; 1.8, таблица 1.10).
42
Рисунок 1.7 – Аэратор модульного типа из пористой проницаемой керамики
(на рисунке показано рабочее расположение аэратора в аэротенке)
Рисунок 1.8 – Схема работы аэратора модульного типа
Таблица 1.10 – Технические характеристики аэратора модульного типа
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Наименование параметра
Геометрические размеры
Размер «рабочей» поверхности
Размер пор
Размер
пузырьков
диспергируемого воздуха (при
избыточном давлении 0,5 бар)
Расход воздуха через один
аэратор
(при
избыточном
давлении 0,5 бар)
Предельное давление воздуха
разрушение аэратора
Сопротивление потоку воздуха
Вес аэратора
Единица
измерения
мм
мм
мкм
мм
Численное
значение
300х250х35
300х250
20 - 100
0,5 - 2,0
м3/час
5,0
бар
10,0
Па
кг
750 – 1500
5,8
43
1.6 Применение армянского туфа Артикского типа в природоохранных
технологиях
По данным Всемирной организации здравоохранения 80% болезней на
планете вызваны употреблением некачественной питьевой воды. Обеспечение
населения доброкачественной питьевой водой является весьма сложной
технической задачей.
Станции водоочистки значительно улучшают ее качество. Однако вода,
проходя длинный путь по трубам, насыщается примесями (Fe, Pb…). Опасные
для здоровья вещества могут появиться также в случае аварии в системе
водоподготовки.
Одним из направлений решения этой проблемы является использование
бытовых фильтров для доочистки воды, поступающей из централизованных
источников водоснабжения.
Такие установки в короткий срок (сразу после их приобретения) могут
обеспечить высокую степень очистки воды. Принимая во внимание темпы
загрязнения окружающей среды, сокращение запасов питьевой воды, можно
предсказать неуклонное расширение рынка сбыта бытовых фильтрующих
установок, тем более дешевых, простых в эксплуатации и особенно из
природных, экологически чистых материалов.
Возможность полного удаления коллоидов, содержащих тяжелые металлы,
повышение вкусовых качеств, минимальные затраты на установку и
эксплуатацию составляют преимущества использования бытовых фильтров для
доочистки водопроводной воды.
Идеальных фильтров не существует, и полной химической очистки
добиваются комбинированием сорбции, ионообмена, обеззараживания, микрои ультрафильтрации. Микрофильтрация в подавляющем числе случаев является
обязательной стадией.
Средний по качеству фильтр для микрофильтрации позволяет семье из 4-х
человек получать в течение 3 - 4 месяцев очищенную воду для питья, бытовых
44
нужд, современных приборов и сантехники (удаление ила, песка, железа,
свинца на 95 - 99%).
Потребляемые фильтры разделяются по принципу очистки (микро и
ультрафильтрация, сорбция, ионообмен, электрохимическая и бактерицидная
обработка и т.д.), используемым материалам (полимерные, керамические,
угольные), конструкционным особенностям (моно и многофункциональные) и
стоимости.
В настоящий момент в качестве фильтров для воды постепенно внедряется
в производство армянский туф Артикского типа [22,65]. Данный фильтр может
быть использован также в пищевой промышленности, в производстве
алкогольных и
безалкогольных напитков и
т.д. По
своим технико-
экономическим показателям керамический фильтр может заменить известные
асбесто-картонные и полипропиленовые фильтры, применяемые в пищевой
промышленности.
Туф
по
ряду
фильтрующих
характеристик
является
уникальным
материалом. В частности, исследования, проведенные в НИИ экологии
человека и гигиены окружающей среды РАМН им Сысина на гидробионтах –
дафниях, инфузориях, светящихся бактериях эколюм показали, что водная
вытяжка из фильтра практически не изменяла сроки выживаемости дафний,
что, с одной стороны, свидетельствует об отсутствии миграции вредных
химических веществ из него, с другой, характеризует в определенной мере
эффективность очистки от вредных химических веществ.
Технология изготовления фильтрующих элементов позволяет регулировать
пористую структуру фильтрующих элементов с целью получения рекордных
характеристик,
таких
как
ресурс,
производительность,
низкое
гидродинамическое сопротивление.
Имеется возможность многократной регенерации элементов. Регенерацию
фильтра можно произвести в растворе лимонной кислоты в течение 24 часов. С
точки зрения экологии, при производстве, эксплуатации и утилизации фильтров
45
из армянского туфа Артикского типа исключается вредное воздействие на
окружающую среду.
Выводы по первой главе и уточнение задач исследований:
1. 50% территории Республики Армения являются высокогорными и
расположены на высоте более 2000 метров. Концентрация кислорода в
атмосфере зависит от высоты местности над уровнем моря, поэтому в
расчетах
систем
водоотведения
требуется
учет
пониженных
массообменных характеристик кислорода в процессах аэрации.
2. Главными водными артериями Республики Армения являются реки Кура
и Аракс, бассейны притоков которых занимают 29790км2. Однако в
результате сброса неочищенных сточных вод концентрации химических
загрязнений в воде существенно превышают ПДК, что приводит к
значительному ухудшению состояния бассейна рек Кура и Аракс.
3. Из 19 имеющихся в Республики Армения очистных станций полноценно
ни одна не работает. К тому же согласно технико-экономическим
расчетам возможно восстановить только 6 - 7 очистных
19.
станций
из
Остальные должны строиться заново согласно новым технологиям
очистки.
4. В Республики Армения имеется крупнейшее месторождение армянского
туфа Артикского типа - Ширакская область, занимающая площадь около
220км2, мощность слоя туфа 6 - 7м. Данный минерал используется лишь
в
качестве
строительного
материала,
однако
есть
основания
предполагать возможность его применения в водоочистной практике.
5. В первой главе получил характеристику армянский туф Артикского типа с
точки зрения физико-механических свойств, который применялся до
настоящего времени исключительно в строительстве, однако имеет
потенциал для использования в водоочистной практике.
6. Обзорно рассмотрены мелкопузырчатые мембранные аэраторы REHAU
Raubioxon и Fortex, а также керамические аэраторы «Бакор».
46
7. В настоящий момент в качестве фильтров для воды постепенно внедряется
в производство армянский туф Артикского типа, который по многим
показателям
не
уступает
известным
асбесто-картонным
и
полипропиленовым фильтрам, применяемым в пищевой промышленности.
В связи с этим требуется выполнить:
–
определение
классификационных
признаков
и
массообменных
характеристик армянского туфа Артикского типа в различных условиях
эксплуатации (для водопроводной воды и сточных вод);
– сравнительный анализ и
ранжирование массообменных характеристик
аэраторов из туфа и известных аэраторов;
– приведение массообменных показателей армянского туфа Артикского
типа к условиям высокогорья, свойственным для Республики Армения;
– исследование массообменных характеристик аэраторов из туфа в
течение 12 месяцев в аэротенке;
–
разработка
конструктивных
решений
аэрационной
системы
с
аэраторами из туфа;
– технико–экономическая оценка аэрационных систем на базе армянского
туфа Артикского типа.
47
2 Теоретические основы факторов, имеющих влияние на процесс аэрации
2.1 Пневматическая система аэрации в очистке сточной жидкости
Аэрационными
системами
являются
комплексы
оборудования,
сооружений и устройств, целью которых является подвод и равномерное
распределение воздушного потока (кислорода) в сооружениях биологической
очистки (аэротенках), обеспечение взвешенного состояния активного ила, и
эксплуатация
аэрационных
сооружений
с
поддержанием
оптимальных
гидродинамических факторов [20,21].
Аэрационная пневматическая система более широко распространена в
водоочистной практике, чем все остальные. Главной концепцией данной
системы
является
обеспечение
кислородсодержащим
газом
(воздуха,
технического кислорода) различного рода диспергаторов, предусмотренных в
заданных точках аэрационных сооружений (аэротенках) под определенным
давлением по магистральным и распределительным воздуховодам [45].
Существующую классификацию пневматических аэрационных систем
можно увидеть на рисунке 2.1 [45]. Классификация пневматических аэраторов
впервые была опубликована в 1973 году [96] и дополнена в 2011г [115].
В процессе пневматической аэрации воздух подается в аэрируемую воду
под давлением. Различают три основных типа пневматической аэрации в
соответствии с размером образующихся пузырьков:
– крупных (˃10мм), когда воздух вводится либо непосредственно через
вертикальные трубы, либо через крупнопористые диффузоры;
– средних (5 - 10мм), т.е. перфорированные трубы, купола, щелевые аэраторы и
ряд других;
– мелких (1 - 4мм). К данному типу относятся аэраторы форсуночного и
ударного типа, а также все виды керамических, тканевых и пластиковых
аэраторов.
Пневматические
номинального
аэраторы
давления
на
подразделяются
аэраторы
низкого
в
(до
зависимости
10кПа),
(нормального) (от 10 до 50кПа) и высокого (свыше 50кПа) давления.
от
среднего
48
Рисунок 2.1 – Классификация пневматических аэраторов
49
Керамические
природные
искусственные
Рисунок 2.2 – Дополненная классификация пневматических аэрационных
систем
Процесс эффективности эксплуатации аэрационных систем находится в
зависимости от следующих факторов:
1. Площадь границы соприкосновения фазисов «пузырек воздуха –
жидкость», которая зависит от размеров пузырьков воздушной смеси.
Скорость массопередачи кислорода увеличивается при уменьшении
диаметра пузырьков воздуха;
2. Временной
период
контактирования
фазисов.
Он
зависит
непосредственно от глубины аэротенка, а также от коэффициента
турбулентности потока;
3. Скорость изменения поверхности фазисов, т.е. при повышении
турбулентности
потока,
тем
выше
эффективность
аэрационного
процесса сточной жидкости.
Поскольку до настоящего времени туфы не рассматривались в качестве
аэраторов, то в известную классификацию (рисунок 2.1) в подраздел
"конструкционные материалы", в пункт "керамические‖ предлагаем ввести два
подпункта: 1 – природные; 2 – искусственные (рисунок 2.2).
При этом к природным будут отнесены аэраторы из туфа, а к
искусственным – фильтросы, аэраторы ЗАО НТЦ "Бакор" [4] и т.п.
50
2.2 Критерии оценки массообменных процессов (kV, ОС, Е, SOTE, α, F–
факторы)
Основными параметрами аэраторов, определяющими их характеристики,
являются объемный коэффициент массопередачи, эффективность аэрации
(окисления) и окислительная способность.
Объемный коэффициент массопередачи kV [33,34, Приложение 1]
характеризует скорость процесса массопередачи, т.е. диссолюцию кислорода
воздуха
в
слое
жидкости.
kV находится
в
прямой
зависимости
от
конструктивных решений, размеров аэрационного оборудования и физикохимических параметров газовой и жидкой сред. Основным параметром,
характеризующим процесс массообмена кислорода, является коэффициент
массопередачи. Его определение является основной задачей при лабораторных
исследованиях, связанных с подачей кислорода воздуха в жидкость.
C p  Co
1
kvt  * ln
,
t
C p  Ct
(2.1)
где Сo – первоначальное содержание кислорода воздуха в жидкости, мг/л;
Сt – содержание кислорода в жидкости, мг/л, в момент временного
интервала, t;
Сp – равновесная концентрация кислорода при определенной температуре,
является табличной величиной, с учетом влияния температуры и уровня
барометрического давления, мг/л.
Таким образом, определив величину температуры tоС, учитывая поправку
на температуру, пересчитываем величину kv и получаем значение kV20 при
заданной температуре 20оС.
n1 = 1+ 0.02*(t – 20)
(2.2)
kV20 = kV /n1, ч-1
Окислительная способность ОС – скорость диссолюции кислорода
воздуха в приведенной единице объема воды.
ОС= КИСКВQВ, кг/ч,
(2.3)
где КИ – коэффициент использования кислорода воздушной смеси;
51
СКВ
–
концентрация
кислорода
в
воздушной
смеси,
кг/м3,
СКВ=1,29кг/м3;
QВ – расход воздушной смеси, подаваемой в аэрационную систему,
м3/ч.
Эффективность (аэрации) окисления Е – количество электроэнергии,
необходимое для подачи и диссолюции кислорода воздушной смеси в
приведенной единице объема воды.
Е = ОС/N, кгО2/(кВт*ч)
(2.4)
где N – электрическая мощность, затраченная на процесс растворения
кислорода в жидкости, кВт.
Определение
основных
параметров
осуществляется
по
методике
переменного дефицита кислорода.
Равновесная концентрация кислорода в жидкости соответствует
равновесию жидкой и газовой фаз и является в данных условиях (температура,
давление, ионная сила воды) пределом насыщения кислородом жидкости.
Растворенный кислород в жидкости находится в виде молекул О2.
Растворимость его растет с понижением температуры и повышением
давления. Величину растворимости кислорода при нормальном давлении
называют
нормальной
концентрацией.
Зависимость
нормальной
концентрации от температуры приведена в таблице 2.1.
Под нормальным атмосферным давлением принято понимать величину
760мм рт. ст., а нормальной температурой - 20оС.
По причине того, что ОС (SOTR) находится в прямой зависимости от
условий
проведения
исследований,
получила
применение
еще
одна
характеристика массопереноса на 1м2 площади аэрации или на 1м погружения
аэратора – SOTE и SOTEh. Стандартная эффективность массопередачи
кислорода SOTE (Standart oxygen transfer efficiency) находится по формуле (%
растворенного кислорода)
SOTE 
SOTR  W
 100,
Qair  J O 2
(2.5)
52
где SOTR (Standart oxygen transfer rate) – окислительная способность, кг/ч•м3;
W – объем сосуда; Qair – расход воздушной смеси; JO2 – содержание кислорода в
объеме подаваемого воздуха. С учетом глубины погружения аэрационной
системы вычисляется величина SOTEh
SOTEh 
SOTE
,
hxa
(2.6)
где x – показатель степени зависимости SOTE от ha. Обычно принимается х=0,7
в том числе и согласно СНиП; хотя очень часто результаты приведены при х=1,
что не совсем верно при обработке экспериментальных данных.
Таблица 2.1 – Значения растворимости кислорода (в мг/л) при влажном воздухе,
атмосферном давлении 760мм рт. ст. и температуре от 0 до 35°C по Тьюсдалу,
Довингу, Лоудену [92]
Темпера
тура, t°С
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
0,0
14,16
13,77
13,40
13,05
12,70
12,37
12,06
11,76
11,47
11,19
10,92
10,67
10,43
10,20
9,98
9,76
9,55
9,37
9,18
9,01
8,87
8,68
8,53
8,38
0,1
14,12
13,74
13,37
13,01
12,67
12,34
12,03
11,73
11,44
11,16
10,90
10,65
10,40
10,17
9,95
9,74
9,54
9,35
9,17
8,99
8,83
8,67
8,52
8,37
0,2
14,08
13,70
13,33
12,98
12,64
12,31
12,00
11,70
11,41
11,14
10,87
10,62
10,38
10,15
9,93
9,72
9,52
9,33
8,15
8,98
8,81
8,65
8,50
8,36
Растворенный кислород, мг/л
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7
14,04 14,00 13,97 14,93 13,89
13,66 13,64 13,59 13,55 13,51
13,30 13,26 13,22 13,19 13,15
12,94 12,91 12,87 12,84 12,81
12,60 12,57 12,54 12,51 12,47
12,28 12,25 12,22 12,18 12,15
11,97 11,94 11,91 11,88 11,85
11,67 11,64 11,61 11,58 11,55
11,38 11,36 11,33 11,30 11,27
11,11 11,08 11,06 11,03 11,00
10,85 10,82 10,80 10,77 10,75
10,60 10,57 10,55 10,53 10,50
10,36 10,34 10,31 10,29 10,27
10,13 10,11 10,09 10,06 10,04
9,91 9,89 9,87 9,85 9,83
9,70 9,68 9,66 9,64 9,62
9,50 9,48 9,46 9,45 9,43
9,31 9,30 9,28 9,26 9,24
9,13 9,12 9,10 9,08 9,06
8,96 8,94 8,93 8,91 8,89
8,79 8,78 8,76 8,75 8,73
8,64 8,62 8,61 8,59 8,58
8,49 8,47 8,46 8,44 8,43
8,34 8,33 8,32 8,30 8,29
0,8
13,85
13,48
13,12
12,77
12,44
12,12
11,82
11,52
11,25
10,98
10,72
10,48
10,24
10,02
9,81
9,60
9,41
9,22
9,04
8,88
8,71
8,56
8,41
8,27
0,9
13,81
13,44
13,08
12,74
12,41
12,09
11,79
11,50
11,22
10,95
10,70
10,45
10,22
10,00
9,78
9,58
9,36
9,20
9,03
8,86
8,70
8,55
8,40
8,26
53
Продолжение таблицы 2.1
Темпера
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7
0,8
0,9
тура, t°С
24
8,25 8,23 8,22 8,21 8,19 8,18 8,17 8,15 8,14 8,13
25
8,11 8,10 8,09 8,07 8,06 8,05 8,04 8,02 8,01 8,00
26
7,99 7,97 7,96 7,95 7,94 7,92 7,91 7,90 7,89 7,88
27
7,87 7,86 7,84 7,83 7,82 7,81 7,79 7,78 7,77 7,76
28
7,75 7,74 7,72 7,71 7,70 7,69 7,68 7,67 7,66 7,65
29
7,64 7,62 7,61 7,60 7,59 7,58 7,57 7,56 7,55 7,54
30
7,53 7,52 7,51 7,50 7,48 7,47 7,46 7,45 7,44 7,43
31
7,42 7,41 7,40 7,39 7,38 7,37 7,36 7,35 7,34 7,33
32
7,32 7,31 7,30 7,29 7,28 7,27 7,26 7,25 7,24 7,23
33
7,22 7,21 7,20 7,20 7,19 7,18 7,17 7,16 7,15 7,14
34
7,13 7,12 7,11 7,10 7,09 7,08 7,07 7,06 7,05 7,05
35
7,04 7,03 7,02 7,01 7,00 6,99 6,98 6,97 6,96 6,95
Таблица 2.2 – Концентрация растворенного в воде кислорода, мг/л
Температура
°С
2
4
6
12
14
19
25
30
35
40
Барометрическое давление мм рт. ст.
735
745
760
780
13,36
12,66
12,02
10,41
9,95
8,95
7,96
7,28
6,69
6,18
13,54
12,83
12,19
10,55
10,09
9,07
8,08
7,38
6,79
6,27
13,81
13,09
12,44
10,77
10,29
9,26
8,24
7,54
6,93
6,41
14,18
13,44
12,77
11,05
10,57
9,51
8,47
7,75
7,13
6,59
При повышении соотношения удельного расхода воздушной смеси к
единице площади аэрационного элемента значение SOTE сокращается, что
связано в основном с увеличением скорости выхода воздушного потока из пор,
но также и с привлечением мелких пор в дробление воздушной смеси.
За период эксплуатации аэрационных элементов постепенно возникает
закупорка пор, наиболее мелкие забиваются в первую очередь. Так как
воздуходувки не работают в непрерывном режиме, наряду с пылью бактерии
иловой смеси проникают в поры аэрационных элементов, размножаясь в них.
Таким образом, в рамках данного критерия существуют аэрационные элементы
без защиты (от ила и пыли), частично защищенные и с очищением. Трубчатым
54
и пластинчатым аэрационным элементам свойственно засорение пор. Аэраторы
с двумя слоями полимерного покрытия (фирм «ЭТЕК», «ЭКОПОЛИМЕР»)
лишь частично защищены от забивания пор пылью благодаря наличию
верхнего (крупнопористого) слоя диспергирующего материала, но не является
защитой от проникновения иловой смеси внутрь аэратора. Аэраторы с
полимерной мембраной (резиновой и силиконовой) имеют полноценную
защиту и от пыли, и от иловой смеси, т.к. при прекращении подачи воздуха
поры смыкаются. Но мелкодисперсные аэраторы с покрытием из мембраны
имеют довольно высокие показатели сопротивления движению воздушной
смеси (0,5 - 0,7м вод. ст.), вследствие чего экономичность их использования
сокращается.
Период эффективной работы аэрационных систем является главным
условием их применения. У незащищенных аэраторов довольно быстро
снижаются первоначальные свойства (в течение 1,5 - 2 лет), частично
защищенные имеют способность удерживать эффективность до 3-4 лет, с
защитой – уже до 4-5 лет. Степень эффективной работы аэрационного процесса
определяют по уровню концентрации остаточного кислорода в воздушной
смеси, исходящей из сооружений биологической очистки (аэротенков). С
помощью плавающих колпачков отбираются из ила пробы воздуха, в котором
анализом определяется процентное содержание кислорода JO2ф по факту. По
установленной разнице между объемом поданного в сооружение кислорода и
кислорода над сооружением биологической очистки вычисляется степень
возрастного изменения (снижения эффективности работы аэрационной системы
в период времени).
На основании вышеприведенных фактов вводятся в нормативную базу 2
общепризнанных коэффициента: α и F–факторы (по терминологии зарубежной
литературы).
α–фактор
определяет
степень
перехода
от
условий
массообменного процесса в воде без примесей к условиям процесса в сточной
жидкости
55

( K L  a) ис
,
( K L  a) чв
(2.7)
где (KL∙а)ис относится к сточной жидкости, а (KL∙а)чв – к воде без примесей.
F –фактор
F
( K L  a) э
( K L  a) н
,
(2.8)
где (KL∙a)э имеет отношение к эксплуатируемым аэрационным системам, а
(KL∙a)н – аэраторам, не бывшим в употреблении.
Зачастую приведенные параметры объединяют в одно выражение в виде
α∙F, не различая параметры сточной жидкости и характер аэраторов по мере
засорения
пор
аэраторов.
Поры
аэрационных
систем
забиваются
в
индивидуальном порядке, но, не смотря на это, по литературным данным
можно сделать вывод, что аэраторы без защиты необходимо менять через 2,5-3
года, частично защищенные – 3 - 3,5 года, и с защитой – через 4 года из-за
значительного сокращения эффективной работы аэрации (в 1,5-2 раза). Такая
характеристика, как α–фактор, объединяет сразу несколько процессов:
изменений
размеров
пузырьков
воздушного
потока
в
сточной
воде,
возникновение экранирующего пленочного покрытия из поверхностноактивных веществ на пузырьках воздуха, расположение аэрационных систем в
сооружениях (пристенное, одно- или многорядное, рассредоточенное по дну
сооружения и т.д.), степень интенсивности подачи воздушного потока
аэрационной системой, возможное слипание (коалесценцию) пузырьков
воздушного потока. В таблице 2.3 представлены результаты исследований αфактора на одной из ОС США. Не учитывая индивидуальный режим
эксплуатации очистной станции (состав очищаемой сточной жидкости,
гидродинамические условия работы активного ила и т.п.), можно увидеть явное
сокращение во времени результатов по α–фактору до крайне невысоких
показателей.
Исследованиям
подверглись
мембранные
аэраторы
на
существенной глубине заложения. Отметим, что в режимах высокой
окислительной деятельности биоценоза иловой смеси и при низких показателях
56
кислорода в иловой смеси параметр α–фактор снизился до 0,44, а в режимах
развитого процесса нитрификации достигал значений 0,54 - 0,56, как
представлено в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Показатель α (F)-фактор на очистной станции США
Режимы
очистки
Температура
воды, °С
Растворенный
кислород в
аэротенке, мг/л
I
24
0,75 - 1,10
7,0
0,44
II
24,2
2,7 - 2,85
7,0
0,47
III
24,3
4,85 - 7,60
7,0
0,54
IV
24,3
6,25 - 7,30
7,0
0,56
Заглубление
аэраторов, м
α (F)
Также еще на одной станции аэрации США подверглись проверке
различные типы аэрационных систем – неиспользованные, бывшие в
эксплуатации (2-3 года), регенерированные (очищенные), использованные.
По результатам проверки установлено:
– в высоконагруженных режимах (возраст ила 3-6 сут.) параметр α-фактор для
неиспользованных аэрационных систем (значение F=1) составил 0,4 - 0,45, а в
режимах с глубокой нитрификацией – 0,55 – 0,65;
–
использование
регенерированных
аэрационных
систем
сократило
эффективность процесса аэрации на 15 - 20%;
– применение аэрационных систем (со сроком службы 2-2,5 года) уменьшило
результаты по α–фактору до значений 0,3 в режимах высокой и 0,45,
соответственно, низкой нагрузки;
– для использованных аэрационных систем (срок службы более 3-х лет)
показания по α–фактору снизились до 0,25 - 0,35 и 0,4 - 0,45 соответственно.
Таким образом, установлен оптимальный срок эксплуатации аэрационный
систем - не реже чем через 3 года, далее необходима замена аэраторов.
На основании проведенных исследований, еще на стадии проектирования,
либо капитального ремонта при закладывании типа и материала аэрационной
57
системы, необходимо заранее учитывать сокращение эффективности процесса
аэрирования и их массообменных параметров. В том случае, если аэрационная
система предусмотрена на срок эксплуатации не более 4-х лет, как это принято
в США. Например, если в технической характеристике аэрационной системы
показатель SOTEh указан равным 5 - 6% на 1 м заглубления аэратора, в проекте
необходимо предусмотреть значение 2,8 - 3,0% для более длительного периода
эксплуатации аэрационной системы в процессе биологической очистки.
Предписание производителей на срок службы аэраторов в течение 6 - 8 лет не
следует учитывать.
2.3 Теоретическое обоснование влияния географического положения
местности на свойства жидкости
Для гидравлических расчѐтов важным моментом является то, что
потенциал силы
тяжести
сокращается
с
возрастанием
расстояния
от
поверхности геоида на уровне мирового океана, причем вне зависимости от
того, влияет ли на изменение широта местности или высотные отметки.
К настоящему моменту существует достаточное количество формул [43],
характеризующих значение силы тяжести в зависимости от географической
широты с учетом поправок на аномалии. Явление аномалии, вызванное
расположением над поверхностью моря, получила наименование - аномалия в
свободном воздухе или аномалии Фая. Размер поправки Фая определяется как
произведение (0,384хН), где Н – высота точки над поверхностью моря, м. Из
величины силы тяжести при заданной широте необходимо отнять высотную
поправку для того, чтобы определить расчѐтное значение силы тяжести в
исследуемой местности [107].
Проведем аналогию в выборке значений силы тяжести на некоторых
широтах, включая координаты Р. Мексика, Р. Армения и РФ (таблица 2.4).
Таблица 2.4 – Выборочные значения силы тяжести на различных широтах
[36]
58
Широта
местности,0
Сила тяжести, гл
0
978,0300
12
20
32
40
42,5
45
68
75
90
978,2530
978,5771
979,4806
979,880
980,3450
980,6159
982,4845
982,8665
983,2155
Координаты страны
или города
–
Мексика (юг)
г. Керетаро (Мексика)
Мексика (север)
г. Дилижан, г. Ереван (Р.Армения)
Ростов
Москва
Россия
–
–
Значение поправки для определенной широты определяется, исходя из
формулы для ускорения свободного падения g, согласно нормам, принятым
Международным геофизическим конгрессом в 1930г:
g=9,780327·(1+0,0053024sin2φ-0,0000058sin22φ-3,086·10-6·h) (м/сек2)
где φ – географическая широта,
h – высота над поверхностью моря, м.
Как установлено, в формулы для определения физических параметров
веществ (удельный вес, плотность и т. д.) в той или иной форме входит
ускорение силы тяжести. Вполне ожидаемо, что с возрастанием значения
широты и высоты местности, прямо пропорционально изменятся и данные
параметры.
Для
гидравлических
вычислений
движения
жидкости
основными
физическими свойствами являются: плотность и вязкость. Необходимо
установить связь данных свойств с силой тяжести [127,107,129].
Плотность жидкости ρ – это соотношение массы жидкости m и
занимаемого ей объѐма V
ρ = m/V, кг/м3
(2.9)
Удельный (или объѐмный) вес γ – это соотношение веса жидкости G и
занимаемого ей объѐма V
γ = G /V (Н/м3)
(2.10)
Таким образом, уравняв (2.9) и (2.10) по V, выразим плотность как
59
ρ = γ·m/ G, кг/м3
Вязкость
-
это
свойство
текучих
(2.11)
тел оказывать сопротивления
относительному движению (сдвигу) соприкасающихся слоѐв (частиц) текучих
тел.
Вязкость
выражается
через
динамический
и
кинематический
коэффициенты.
Размерность динамического коэффициента вязкости - [Н·с/м2] или
[Па с].
Соотношение динамического коэффициента вязкости и плотности
жидкости является кинематическим коэффициентом вязкости:
υ = µ/ ρ, м2/с
(2.12)
Подставив в (2.12) выражение плотности (2.11), получим:
υ = µ G/m γ = µ g/ γ, м2/с
(2.13)
Таким образом, из (2.13) можно сделать вывод о том, что с снижением
значения силы тяжести повышается величина кинематической вязкости υ.
Отсюда следует, что при ведении гидравлических вычислений, ровно, как
и геофизических, есть необходимость для ввода поправок, учитывая
координаты географической широты и топографические отметки местности,
значение
которых
установлено
вследствие
изменения
физических
характеристик движущихся жидкостей.
В существующей нормативной базе таковых сведений о вышеописанных
изменениях не имеется. Может быть, данный вывод объясняет неточности в
итоговых гидравлических вычислениях потерь напора по методикам различных
авторов, давших описание собственных или литературных опытных данных
эмпирическими или полуэмпирическими зависимостями без учѐта влияния
высотных и широтных параметров.
В то же время существуют данные в технической литературе об
изменении физических параметров воздуха на различных высотных отметках
над уровнем моря [26], приведенные в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Физические характеристики воздуха в зависимости от
высоты над уровнем моря
60
Атмосферное давление, кПа
Высота ДавлеВысота, м
столба
ние,
Высота столба
ртути, мм
Удельный вес,
Н/м3
2
воды, м кг/см
0
101,3
10,33
760
11,8
500
95,6
9,74
717
11,1
1000
90,1
9,19
676
10,5
1500
84,8
8,64
636
9,9
2000
79,8
8,13
598
9,3
2500
73,3
7,47
550
8,5
3000
70,3
7,17
527
8,2
3500
66,1
6,74
496
7,7
Можно предположить, что амплитуда изменения удельного веса воды
будет соизмерима с данными по воздуху. Таким же образом будет изменяться и
значения вязкости воды, причѐм не только в зависимости от высотных и
широтных отметок, но и, как известно, от температурных значений. А также в
связи с высотным расположением в атмосфере г. Дилижан, г. Ереван имеется
дефицит кислорода по сравнению с отметкой 0 м над уровнем моря, который,
соответственно, наблюдается и в воде.
Согласно Закону Генри
С = k×Р
где С – массовая концентрация газа в насыщенном растворе (моль/л); Р –
парциальное давление; k – коэффициент пропорциональности, называемый
константой Генри (или коэффициентом Генри), концентрация растворѐнного
кислорода снижается с увеличением температуры и уменьшением давления.
61
Составим на базе данных таблицы 2.2 и 2.5 обобщенную теоретическую
таблицу растворимости кислорода в воде при температуре 19°С в зависимости
от высоты местности над уровнем моря (таблица 2.6).
Поскольку существующие зависимости не учитывают влияния высотных
отметок расположения объекта аэрации и, соответственно, содержания
кислорода в атмосфере, что является важным для условий высокогорной
Армении, они требуют корректировки.
Для этого, в зависимости от высоты местности над уровнем моря,
вводятся поправочные коэффициенты: растворимости кислорода в воде (при
19°С)
СO2= -0.00093 НУМ + 9.18167, мг/л, (R2 = 0.995),
и
приведения
растворимости
кислорода
для
(2.13' )
значений
окислительной
мощности, определенных на высоте до 100м
КПР = 0.00015 НУМ + 0.97917, (R2 = 0.993).
(2.13'')
Таблица 2.6 – Растворимость кислорода в воде при температуре 19°С и
коэффициенты приведения к нормальному давлению в зависимости от высоты
местности над уровнем моря
Атмосферное давление, кПа
Высота, м
Высота Давлестолба
ние,
2
воды, м кг/см
Высота
столба
Коэффициент Растворим
понижения
ость
содержания кислорода
кислорода в
в воде,
атмосфере
мг/л, при
(отношение
19° С
ртути
/Н0м ртути)
ртути, мм Нвыс
Коэф-т
приведен
ия к
высоте
местности
подачи
кислорода
в
аэротенк
1
0
101,3
10,33
760
1,0
9,26
500
95,6
9,74
717
0,943
8,73
1,06
1000
90,1
9,19
676
0,889
8,23
1,12
1500
84,8
8,64
636
0,837
7,75
1,19
2000
79,8
8,13
598
0,787
7,29
1,27
2500
73,3
7,47
550
0,724
6,70
1,38
3000
70,3
7,17
527
0,693
6,42
1,44
62
Продолжение таблицы 2.6
Высота ДавлеВысота, м
столба
ние,
2
воды, м кг/см
Высота
столба
ртути, мм
Коэффициент Растворим
понижения
ость
содержания кислорода
кислорода в
в воде,
атмосфере
мг/л, при
(отношение
19° С
Нвысртути /Н0м ртути)
3500
66,1
6,74
496
0,653
6,05
Коэф-т
приведен
ия к
высоте
местности
подачи
кислорода
в
аэротенк
1,53
Учитывая, что литературные и опытные данные касаются растворимости
кислорода в воде и окислительной способности аэробной биомассы,
определенные на отметках ниже 100м над уровнем моря, использовать их при
расчете систем аэрации, например, аэротенков следует с применением
полученных коэффициентов приведения (рисунок 2.2.1, таблица 2.6).
Рисунок 2.2.1 – Содержание кислорода в воде и коэффициенты приведения в
зависимости от высоты над уровнем моря при температуре 19°
А так как г. Дилижан, г. Ереван размещаются на высотах 1345м и 1002м
над уровнем моря и имеют атмосферное давление 675,84 и 648,4мм рт. ст., это
приводит к тому, что вода при температуре 19 градусов Цельсия имеет
концентрацию растворѐнного кислорода 8,06 и 7,73мг/л, т.е. меньше, чем при
нормальных условиях в (9,26/8,06) 1,15 раза и (9,26/7,73) 1,20 раза. Данное
соотношение говорит о том, что эффективность и скорость микробной очистки
вод
будет
ниже
в
соответствующее
число
раз
без
искусственного
регулирования (повышения) концентрации растворенного кислорода. Таким
63
образом, необходимо подобрать оптимальные условия аэрации для повышения
эффективности биологической процессов очистки сточных вод.
2.4 Кинетические процессы, протекающие в ферментативной среде
активного ила
Способность к регулированию химических [12,13] является одним из
характерных проявлений жизнедеятельности биоценоза, который при этом
кинетически снижает степень стремления к установлению термодинамического
равновесия.
Ферментативная кинетика изучает закономерности влияния химических
свойств веществ, вступающих в реакцию (ферментов, субстратов), и условий
их
протекания
(концентрация,
рН
среды, температуры,
присутствие активаторов или ингибиторов) на скорость протекания реакции
ферментации.
получение
Первоочередной
достоверной
задачей
информации,
изучения ферментации
способствующей
является
логическому
построению молекулярного механизма действия ферментативной среды [32].
Общие
законы
кинетики действительны
и
для
механизма
ферментативных реакций. Мы знаем, что константа термодинамического
равновесия является характеристикой для любой химической реакции. Она
определяет
степень химического
равновесия, достигаемого
системой, и
обозначается Кр. Таким образом, реакция:
k 1


k 1
A B C  D ,
характеризуется
константой
KP 
C  * D
A * B
(2.14)
равновесия, равной
отношению
произведений концентраций образующихся веществ и концентраций исходных
веществ. Величину константы равновесия, как правило, определяют из
отношения константы скорости прямой реакции (k+1) к константе скорости
обратной (k– 1) реакции, т.е. Кp = k+1/k–1. В равновесном состоянии уравнение
скорости прямой реакции: v+1 = k + 1[А]•[B] приравнено уравнению скорости
обратной реакции: v–1 = k – 1[С]•[D], т. е. v+1 = v–1, что соответствует k+1[А]•[B] =
64
k–1[С]•[D], или
k 1 C  * D

; отсюда
k 1 A * B
k 1
 KP
k 1
(2.15)
Рисунок 2.3 – Теоретический график зависимости скорости реакции
ферментации от концентрации субстрата при [S]=const
а- реакция первого
порядка
(при
[S]<Кm
величина
скорости
реакции ферментации прямо пропорциональна концентрации субстрата); б реакция смешанного порядка; в - реакция нулевого порядка, при v=Vmax
и скорость
реакции не
находится
в
зависимости
от величины
концентрации субстратной среды.
Можно
сделать
вывод,
соотношению константы
скорости обратной реакции.
что
равновесная
константа
скорости прямой
Величина,
обратная
равняется
реакции
равновесной
к
константе,
именуется субстратной константой, или, в случае протекания реакции
ферментации, константой диссоциации ферментативно–субстратной среды, и
обозначается KS. Таким образом, в уравнении реакции
ES
k 1


k 1
ES ,
KS 
E  * S   k
ES  k 1
1
(2.16)
65
т.е.
KS
равна
отношению
произведения концентрации ферментативной
среды и субстрата к концентрации фермент-субстратной
среды
или
отношению констант скоростей обратной и прямой реакций. Из уравнения мы
видим, что константа KS находится в зависимости от химических свойств
субстрата и ферментативной среды и характеризует их взаимосвязь. Чем
меньше значение KS, тем сильнее взаимосвязь фермента и субстрата.
При исследовании механизма реакций ферментации необходимо учесть
один
важный
стандартных
момент
протекания
химических
данных реакций (нехарактерный
реакций),
имеющий
связь
с
для
процессом
насыщения ферментативной среды субстратом.
При небольшой концентрации субстрата график зависимости скорости
реакции от величины концентрации субстрата (рисунок 2.3) представляет собой
почти линейную величину и подчинен кинетике первого порядка, что
означает, прямо
пропорциональную
зависимость
величины
скорости
реакции от концентрации субстрата S и в любой момент времени t вычисляется
согласно представленному кинетическому уравнению:
v
d S 
 K S 
dt
(2.17)
где [S] – молярная концентрация субстрата S; –d[S]/dt – скорость сокращения
субстрата; k' – константа скорости реакции, с размерностью в данном случае,
обратной единице времени (мин–1 или с–1).
При
высоком содержании субстрата скорость
протекания
реакции находится на максимальном уровне, принимает стабильное значение и
не находится в зависимости от величины содержания субстрата [S]. Тогда
механизм реакции зависит от кинетики нулевого порядка v = k" (при полной
степени насыщении ферментативной средой субстратом) и задается величиной
содержания фермента. Еще имеется, кроме первого, реакции второго порядка,
скорость
протекания
произведению концентраций двух
которых
сред,
вступающих
пропорциональна
в
реакцию.
При
66
определенных условиях дисбаланс пропорциональности указывает иногда на
протекание реакции смешанного порядка (2.17).
Наблюдая процесс насыщения, М. Ментен и Л. Михаэлис, предложили
основную теоретическую базу ферментативной кинетики. Отправной точкой
служило предположение, что процесс ферментации проходит согласно
представленной химической реакции:
ES
т.е. фермент Е
k 1


k 1
взаимодействует
промежуточный
комплекс
k 2
ES  E  P
(2.18)
с субстратом S,
ES,
который
образуя
далее
при
этом
распадается
на
свободный фермент и продукт реакции Р. Количественное соотношение между
концентрацией субстрата и
скоростью
протекания
реакции
ферментации
выведено в уравнении Михаэлиса–Ментен, в основе которого лежит закон
действующих масс:
v
где
v
–
скорость
Vmax  S 
K S  S 
реакции в
(2.19)
настоящий
данном содержании субстрата [S];
момент
времени
при
KS– константа диссоциации фермент-
субстратного комплекса, моль/л; Vmax– максимальная скорость протекания
реакции при полном насыщении ферментативной среды субстратом.
Из представленного уравнения Михаэлиса–Ментен вытекает, что при
повышенном содержании субстрата и невысоком показателе KS скорость
протекания
реакции осуществляется
(реакция нулевого
порядка,
содержании субстрата,
см.
на
максимуме,
рисунок
2.4).
т.е.
При
наоборот, скорость
пропорциональна содержанию субстрата в
данный
v=Vmax
невысоком
реакции
момент
(реакция первого порядка).
Необходимо отметить, что уравнение Михаэлиса–Ментен в его
времени
67
изначальной форме не включает в себя влияние на скорость протекания
процесса ферментации продуктов реакции, например, в реакции
ES
k 1


k 1
ES
k 2


k 2
EP
(2.20)
и является в некотором смысле ограниченным. Таким образом, дополнительно
выведено уравнение Бриггса-Холдейна:
v
где Кm является
величиной.
Vmax  S 
K m  S 
константой Михаэлиса,
Константа
может
быть
(2.21)
экспериментально
определена
согласно
определяемой
следующему
уравнению:
Km 
k 1  k  2
, или
k 1
Km 
k 1 k  2

k 1 k 1
(2.22)
Рисунок 2.4 – Кривая ферментативного уравнения Михаэлиса-Ментен
В числителе уравнения константы скоростей распада промежуточного
комплекса ES в двух направлениях (в направлении начальных Е и S и в
направлении
итоговых
продуктов реакции Е
и
Р).
Отношение
k–1/k+1
представляет собой константу диссоциации фермент субстратного комплекса
KS, тогда:
Km  KS 
k 2
k 1
(2.23)
68
Следовательно,
можно
сделать
вывод
о
том,
что
значение
константы Михаэлиса превышает значение константы диссоциации ферментсубстратного комплекса KS на величину k+2/k+1.
Для установления численной величины Кm, как правило, находят
содержание субстрата, необходимое для того, чтобы скорость протекания
реакции ферментации составляла 1/2 от максимальной Vmax, т.е. если v= 1/2 Vmaх.
Подставляем полученное значение v в уравнение Бриггса–Холдейна:
Vmax Vmax  S 

2
K m  S 
(2.24)
И далее, поделив обе части уравнения на Vmах, получим
S  , или
1

2 K m  S 
K m  S   2S ,
Следовательно, значение
K m  S 
откуда
константы Михаэлиса
(2.25)
является
численно
равным содержанию субстрата (моль/л), при котором скорость протекания
реакции ферментации составляет половину от максимальной.
Значение константы Кm влияет на получение оценки механизма действия
эффекторов
на активность
ферментации и
т.д.
Константу Михаэлиса
определяют также графически (рисунок 2.5). Отрезок на оси абсцисс,
соответствующий
скорости,
равной
половине
максимальной,
является
константой Кm.
Использование
графического
метода,
при
котором
построение
производится в прямых координатах зависимости первоначальной скорости
реакции v0 от
первоначального содержания
субстрата [S0],
не
является
оптимальным вариантом, ввиду того, что максимальная скорость Vmax является
в данном случае асимптотической величиной и определяется недостаточно
корректно.
69
Рисунок 2.5 – График Лайнуивера–Бэрка
Для
наиболее
точного графического
построения по
результатам
экспериментальных данных Г. Лайнуивер и Д. Бэрк изменили уравнение
Бриггса–Холдейна по методу двойных обратных величин, опираясь на то, что
при равенстве между двумя какими-либо величинами, их обратные величины
также будут равны. В частности, если
v
Vmax  S 
,
K m  S 
1 K m  S 

v Vmax  S 
то
(2.26)
Или
Km
S 
1


v Vmax  S  Vmax  S 
(2.27)
то после преобразования получаем уравнение:
Km
1
1


v Vmax  S  Vmax
(2.28)
Необходимо провести анализ ферментативной кинетики биопроцессов,
протекающих в иловой смеси в условиях работы аэратора из армянского туфа
Артикского типа. Для этого требуется установить зависимость скорости
протекания
реакции
от
концентрации
субстрата,
характеризующейся
константой Михаэлиса.
Выводы по второй главе:
1. Проанализирована
мелкопузырчатой
классификация
аэрации
как
из
основных
систем
полимерных
пневматической
материалов,
так
и
70
керамических. Поскольку аэраторы из туфов применяются впервые, в блок
«керамические аэраторы» добавлена позиция «природные материалы».
2. Приведены
основные
массообменные
критерии
для
аэраторов
как
отечественные (объемный коэффициент массопередачи kV, окислительная
способность ОС, эффективность Э), так и зарубежные (SOTE, α, F–факторы).
3. Теоретически получены взаимосвязь растворимости кислорода в воде при
температуре 19°С и коэффициенты приведения к нормальному давлению в
зависимости от высоты местности над уровнем моря для использования в
водных технологиях систем аэрации.
4. Рассмотрены принципы кинетики химических реакций, происходящих в
ферментативной среде активного ила.
71
3 Материальная база и методика проведения экспериментов по
определению эффективности аэрационного процесса
3.1 Методика переменного дефицита кислорода
Для установления параметров массообмена армянского туфа Артикского
типа есть необходимость проведения серии экспериментов. В основу
эмпирической части работы легла широко известная методика переменного
дефицита кислорода [121,123].
Первым шагом опытных исследований является удаление кислорода из
воды в опытной установке путем растворения сульфита натрия совместно с
катализатором – хлористым кобальтом [10,11].
Необходимое количество сульфита натрия, добавляемого в объем воды,
рассчитывается по формуле
G =15,7•K•C•Wp
(3.1)
где G – количество сульфита натрия Na2SO3•7H2O, г;
С – концентрация кислорода в исследуемой воде, г/м3 в начальный момент
времени t при данной температуре tоС;
Wp – объем воды в опытной установке, м3;
К – коэффициент запаса, значение которого принимается
(обычно равен 1,1 – 1,3).
Количество хлористого кобальта (COCl2•6H2O), добавляемого в качестве
катализатора в резервуар в процессе окисления сульфита натрия растворенным
кислородом, рассчитывается из расчета 1г/м3.
Значение объемного коэффициента массопередачи находят, используя
уравнение баланса кислорода, зная величину скорости накопления кислорода в
предварительно обескислороженной воде. Имеем уравнение баланса кислорода
в следующем виде:
dC/dt = kv•(Cp-C),
(3.2)
C p  Co
1
kvt  * ln
,
t
C p  Ct
(3.3)
откуда имеем
72
где Сo – концентрация кислорода в воде, мг/л в начальный момент времени t;
Сt – концентрация кислорода в воде, мг/л, в конечный момент времени t;
Сp – равновесная концентрация кислорода, значение которой определяется
в зависимости от величины температуры по табличным данным, учитывая
поправочные
коэффициенты
на
барометрическое
давление,
мг/л
и
температуру.
Получив по уравнению (3.3) некоторое количество значений объемного
коэффициента массопередачи по итогам одного эксперимента, для дальнейших
расчетов выводим среднее арифметическое значение kvt.
Далее, определив величину температуры t, вносим поправочный
коэффициент на температуру, соотнося значение kvt с величиной kv20 при
заданной температуре 20оС.
n1 = 1+ 0.02 • (t – 20)
(3.4)
kv20 = kvt /n1
(3.5)
По окончании опытов для каждого среднего значения рассчитывали
величину объемного коэффициента массопередачи kv [1/ч], окислительную
способность аэратора ОС [О2г/м3•ч], эффективность аэрации Е [О2кг/(кВт•ч)].
Так как потребление кислорода в растворенном виде [58] в процессе
очистки сточных вод на химическое и биохимическое окисление содержащихся
примесей возникают значительные расхождения между значениями аэраторов,
определенными в загрязненной и чистой воде.
Величину расхождения определяем используя выражение [15,16]:
N = N0 (βCО2h-CL/CS20) 1,024 T – 20 α,
(3.6)
где N – перенос кислорода в воду в реальных условиях, кгО2/ кВт•час;
N0 – перенос кислорода в жидкость при 20°С и концентрации кислорода,
равной нулю;
β – коэффициент, который зависит от содержания солей β и поверхностного
напряжения жидкости, принимается β =1 до содержания солей 3г/л;
CО2h – концентрация насыщения кислородом жидкости при данных высоте
(широте местности) и температурах, мг/л;
73
CS20 – концентрация насыщения кислородом жидкости при 20°С, мг/л;
CL – концентрация кислорода по факту в сточной жидкости, мг/л;
α – коэффициент, характеризующий перенос кислорода в сточной
жидкости, мг/л.
Величина отношения (среднее для 7 типов аэраторов) коэффициентов
переноса кислорода в нормальных и реальных условиях равна 0,49 – 0,58 (для
реальных условий: городские сточные воды, 15°С, высота 170,0м над уровнем
моря, СначО2 = 2,0мг/л).
3.2 Описание схемы установки при определении параметров массообмена
аэраторов из армянского туфа Артикского типа в слое водопроводной
воды глубиной 0,435м
Н=0,435 м
В=0,46 м
аэратор
L=1,46 м
кислородомер
Рисунок 3.1 – Схема установки аэратора с указанием расположения
кислородомера
Проведение серии экспериментов по определению различных расчетных
характеристик керамических аэраторов осуществляется на опытной установке
[101,79, Приложение 2], изображенной на рисунке 3.1 – 3.5.
Рисунок 3.2 – Технологическая схема экспериментальной установки:
1 – воздуходувка; 2 – газовый счетчик; 3 – аэратор из армянского туфа;
4 – стеклянный резервуар 1500х500х500 (h) мм; 5 – кислородомер;
74
6 – 7 – вентиль; 8 – распределительный трубопровод
4
5
3
6
8
7
1
2
Экспериментальная установка представляет собой: стеклянный резервуар
(4) 1,5х0,5х0,5 (h), м с установленным аэратором (3), расположенным на
расстоянии
0,12м
устанавливается
над
днищем
аэрационный
резервуара.
элемент
с
По
центру
резервуара
вмонтированным
посередине
пластины аэратора штуцером, к которому подсоединяется распределительная
система подачи воздушной смеси (8). Для эксперимента используется аэратор
из армянского туфа Артикского типа. В систему воздухораспределения
поступает нагнетаемый компрессором (1) воздух со следующими параметрами:
Qвозд.макс=130л/мин,
давлением
P=19,6кПа=1,96м
вод.ст.
и
мощностью
N=160Вт.
Объем и расход подаваемого воздушного потока регулируется с
помощью вентиля (7) и газового счетчика (2) соответственно. В днище
резервуара предусмотрен сливной патрубок с запорным вентилем (6),
предназначенный для полного опорожнения резервуара.
Фиксация
значений
концентрации
кислорода
и
температуры
осуществляется с помощью кислородомера фирмы Оксимер (5).
Проведение
серии
экспериментов
по
определению
объемного
коэффициента массопередачи основано на методе переменного дефицита
кислорода. Первоначально измеряется температура насыщаемой воды и
75
уточняется барометрическое давление согласно данным Гидрометеоцентра г.
Ростова-на-Дону.
Цель работы: Определение объемного коэффициента массопередачи,
окислительной способности, эффективности аэрации испытуемого аэратора.
Осуществление экспериментальных измерений объемного коэффициента
массопередачи основано на методе переменного дефицита кислорода.
1. Водопроводная вода заполняется в резервуар до установления уровня 0,435м
над поверхностью дна.
2. Запускается компрессорная установка.
3.
Производя
контроль
согласно
газовому
счетчику,
устанавливается
необходимый расход воздуха, подаваемого компрессором, при этом используя
регулирующий вентиль.
4. Отключается компрессорная установка.
5. Замер концентрации растворенного кислорода в резервуаре осуществляется
кислородомером, в зависимости от которой вводится доза сульфита натрия и
хлористого кобальта, необходимых для удаления кислорода из воды, учитывая
коэффициент запаса от стехиометрии.
6. Вводится рассчитанное количество сульфита натрия и катализатора хлористого кобальта для удаления кислорода.
7. Вода в резервуаре с введенными реагентами медленно перемешивается
ручным способом.
8. Во
время
перемешивания
при помощи
кислородомера
замеряется
концентрация растворенного кислорода. При достижении значения «0,0 мг/л»
перемешивание прекращается.
9. Запускается компрессорная установка.
10. Фиксируется время и вносится в таблицу данных.
11. В момент достижения концентрации растворенного кислорода насыщенная
концентрация при данной температуре, мг/л, в таблице фиксируется время
продолжительности аэрации.
12. Отключается компрессорная установка. Далее повторно осуществляются
76
пункты 4 - 12 один раз, и второй раз пункты 4 - 11. Серия опытов с одинаковым
расходом воздуха окончена.
Устанавливается следующий расход воздушной смеси регулирующим
вентилем (п.3 см. выше), и проводится новая серия опытов с необходимым
расходом воздуха. В результате получается по три результата концентрации
растворенного кислорода при одинаковом значении расхода воздуха.
После окончания опыта резервуар опорожняется и промывается
водопроводной водой [Приложение 2].
Рисунок 3.3 – Работа аэратора из армянского туфа Артикского типа в
лабораторной установке с водопроводной водой
Рисунок 3.4 – Аэраторы из армянского туфа Артикского типа различных форм:
а – «дисковый» (d=0,16м) с одним штуцером; б – «высокий» - прямоугольный
(0,18х0,15х0,035м) с тремя штуцерами; в – «низкий» - прямоугольный
(0,18х0,15х0,030м) с одним штуцером; г – «ереванский» - прямоугольный
(0,40х0,30х0,024м) с одним штуцером
77
Рисунок 3.5 – Схемы аэраторов из армянского туфа Aртикского типа различной
конструктивной формы:
O2
O2
а – «дисковый» (d=0,16м) с одним
штуцером подвода воздуха
б – «высокий» - прямоугольный
(0,18х0,15х0,035м) с тремя штуцерами
O2
O2
в – «низкий» - прямоугольный
(0,18х0,15х0,030м) с одним штуцером
г – «ереванский» - прямоугольный
(0,40х0,30х0,024м) с одним штуцером
Таблица 3.1 – Конструктивные размеры аэраторов из армянского туфа
Артикского типа
Аэратор
Длина, см
Ширина, см
Толщина, см
Давление,
МПа
"Низкий"
18
15
3.0
0.4
"Высокий"
18
15
3.5
0.4
"Дисковый"
D=16
–
5.0
0.4
40
30
2.4
0.4
"Ереванский"
3.2.1
Методика
определения
физико–химических
и
механических
характеристик аэраторов из туфа
В известной нам технической литературе не найдено требований к
химической стойкости материала аэраторов. Однако, исходя из общих
требований к материалам, применяемым в системах водоснабжения и
канализации, в которых указано на недопустимость перехода в определенных
концентраций некоторых нормируемых ингредиентов, проведено исследование
химической стойкости компонентов туфа по аналогии с нормируемой
78
химической стойкостью загрузок фильтров для очистки природных и сточных
вод [29,59].
Методика определения химической стойкости компонентов туфа состояла
в следующем. В три колбы емкостью 500мл помещают по 50г испытуемого
материала крупностью 1,0 - 1,5мм, предварительно отмытого и подсушенного
при 60oС. Затем в одну колбу наливают 500мл раствора едкого натра щелочная среда (200мг NaOH на 1л дистиллированной воды), в другую – 500мл
раствора кислоты – кислая среда (0,4мл HCl удельного веса 1,19 на 1л
дистиллированной воды), в третью – 500мл раствора поваренной соли –
нейтральная среда (500мг NaCl на 1л дистиллированной воды). Содержимое
колб взбалтывают каждые 4 часа и после 24 часов контакта фильтрующего
материала со средой отфильтровывают. В полученном фильтрате (из каждой
колбы)
определяют
кремнекислоты
(по
плотный
остаток,
общепринятым
окисляемость
методикам).
и
Эти
же
концентрацию
определения
производятся в аналогичных средах, но без фильтрующего материала (в нашем
случае – в водопроводной воде).
Механическая прочность материалов для водоочистки оценивается
измельчаемостью и истираемостью согласно ГОСТ Р 51641 – 2000 с
применением соответствующего оборудования (набор сит с сетками, весы
лабораторные, чаши выпарительные, встряхивающий аппарат и т. п.). При этом
используют пробы после определения химической стойкости.
Остаток на сите № 0,25, выраженный в объемных
процентах от общей
массы навески материала, характеризует его истираемость. Часть навески
материала, прошедшего через сито № 0,5 и задержанного на сите № 0,25,
характеризует измельчаемость материала. Также, как и истираемость,
выражается в объемных долях процента:
Таблица 3.2 – Нормативные требования ГОСТ Р 51641 – Р – 2000 к
материалам фильтрующих загрузок и по аналогии к керамическим аэраторам
79
Наименование показателя
Номера
1. Химическая стойкость в
модельных растворах:
1.1 Прирост окисляемости, мг/дм3,
не более
1.2 Прирост массовой
концентрации кремниевой
кислоты в пересчете на
кремний, мг/дм3, не более
1.3 Прирост сухого остатка,
мг/дм3, не более
1.4 Прирост суммарной массовой
концентрации алюминия и
железа в пересчете на оксиды
(III), мг/дм3, не более
10
10
20
2,0
2. Механическая прочность
2.1 Измельчаемость, %, не более
2.2 Истираемость, %, не более
4,0
0,5
Химическая стойкость и механическая прочность материала после
проведения исследований и обработки результатов
должны соответствовать
требованиям ГОСТ Р 51641 – Р – 2000, представленным в таблице 3.2. При
соответствии показателей материал может применяться в водных технологиях.
3.2.2 Методика определения потерь напора в аэраторах из туфа
Для определения потерь напора в аэраторах из туфа
в процессе аэрации
нами предложена методика [Приложение 3], сущность которой заключается в
следующем. На поверхность насыщенного водопроводной водой аэратора
укладывались монеты достоинством :1 коп., 2 коп., 5 коп., 10 коп., 50 коп., 1
руб., 2 руб., 5 руб. Масса и площадь каждой монеты предварительно
определялись.
Аэратор погружали в воду до уровня поверхности воды и включали
воздуходувку, фиксируя давление на входе. Выходящий из пор воздух
поднимал и сдвигал монеты. Наложением
одна на другую определяли массу
монет, которые выходящий воздух не сдвигает, т. е. имеет равенство сил веса и
давления воздуха.
80
Рисунок 3.6 – К методике определения потерь напора в аэраторах из туфа
Тогда разность между давлением воздуха в системе (кг/см2) и силой
сопротивления подъему монет (масса х площадь, кг/см2) принимали за
сопротивление в аэраторе.
3.3 Методика проведения исследований массообменных характеристик
аэраторов из армянского туфа на очистных сооружениях в Республики
Армения
Географические координаты г. Дилижан, Р. Армения
Широта: 40°44′26″ с.ш.
Долгота: 44°51′47″ в.д.
Высота над уровнем моря: 1345 м
Координаты г. Дилижан в десятичных градусах:
Широта: 40.7408300
Долгота: 44.8630600
Координаты г. Дилижан в градусах и десятичных минутах:
Широта: 40°44.4498′ с.ш.
Долгота: 44°51.7836′ в.д
Географические координаты г. Ереван, Р. Армения
Широта: 40°10′51″ с.ш.
Долгота: 44°30′48″ в.д.
Высота над уровнем моря: 1002 м
Высота очистных сооружений над уровнем моря – 800 м
81
Координаты г. Еревана в десятичных градусах
Широта: 40.1811100
Долгота: 44.5136100
Координаты г. Еревана в градусах и десятичных минутах
Широта: 40°10.8666′ с.ш.
Долгота: 44°30.8166′ в.д.
1
Н
2
3
Рисунок 3.7 – Технологическая схема экспериментальной установки:
1 – емкость, наполненная иловой смесью; 2 – аэратор; 3 – пробоотборный
вентиль, Н=1,70м
O2
В
Н
L
Рисунок 3.8 – Конструктивная схема аэратора из армянского туфа Артикского
типа
Таблица 3.3 – Конструктивные размеры аэраторов из туфа на ОС в г. Ереван и
г. Дилижан
82
Параметры
г. Ереван
г. Дилижан
Длина (L), м
0,18
0,40
Ширина (В), м
0,15
0,30
Высота (Н), м
0,035
0,024
Исследования
проводились
на
очистных
сооружениях
производительностью Q=17000м3/сут в г. Дилижан (Республика Армения). На
сегодняшний день из всех ступеней очистки на ОС работает лишь
механическая очистка, биологическая - полностью отсутствует. Для опытов
использовался аэратор из армянского туфа Артикского типа размерами,
указанными в таблице 3.1. Данный аэратор устанавливался в емкости V=100л с
иловой смесью, отобранной из песколовки. Эксперимент проводился в течение
5 суток с ежедневным отбором проб. Подача кислорода в аэратор
осуществлялась с помощью воздушного компрессора SHIMGE SGDB9233
Q=118л/мин через штуцер, расположенный по центру плиты туфа. Полученные
экспериментальные данные фиксировались в лабораторном журнале.
Аналогично по вышеописанной методике были исследованы аэраторы из
армянского туфа Артикского типа на очистных сооружениях в г. Ереван
(Республика Армения).
Рисунок 3.9 – Работа аэратора из армянского туфа Артикского типа в емкости с
иловой смесью
83
Рисунок 3.10 – Аэратор из армянского туфа Артикского типа
3.4 Методика проведения исследований массообменных характеристик
аэраторов из армянского туфа на Ростовской станции аэрации
Для исследования массообменных характеристик на Ростовской станции
аэрации в регенераторе четырехкоридорного аэротенка был установлен
аэратора из туфа размерами, мм: 400х300х24 с 1-м штуцером для подвода
воздуха (рисунок 3.10). Аэратор был установлен на дно коридора регенератора,
высота слоя иловой смеси - 4.2м. Воздух от магистрального воздухопровода
станции в аэратор подавался по пластмассовому шлангу с шаровым вентилем
для регулирования его расхода в режимах аэрации и регенерации.
Периодически, через 2 - 4 месяца, аэратор извлекали, в лабораторных условиях
по методике переменного дефицита кислорода [Приложение 4] определяли
массообменные характеристики и вновь возвращали в регенератор аэротенка.
Перед извлечением для очистки аэратора от осевших загрязнений продували в
течение 2 - 3 минут увеличенным в 3 раза расходом воздуха.
Выводы по третьей главе:
1. Обоснованы и представлены методики и описаны лабораторные и опытнопромышленные установки по
исследованию массообменных параметров
армянского туфа Артикского типа на основе переменного дефицита
кислорода.
2. Сформулированы требования к конструктивным решениям аэраторов:
84
различной формы, высоты, размеров и количеством штуцеров подвода
воздуха.
3. Адаптированы
методики
определения
механической
прочности
и
химической стойкости по ГОСТ к изучению данных характеристик у
аэраторов из туфа.
4. Впервые предложена методика определения потерь напора в туфах,
основанная на противодействии давления выходящего из пор воздуха и силы
тяжести.
85
4 Определение технологических параметров аэраторов из туфов
4.1 Определение коэффициента массопередачи кислорода для аэратора
армянского туфа Артикского типа на водопроводной воде на
глубине 0,435м
Исследования
проводились
по
методике
переменного
дефицита
кислорода в модели аэротенка размерами, м: 1,5х0,5х0,45 (h) с использованием
в качестве катализатора хлористого кобальта. Кроме того, были проведены
исследования на керамических аэраторах из армянского туфа Артикского
месторождения 3-х моделей: «высокий», оснащенный 3 штуцерами —
180х150х35 (h), «низкий», оснащенный 1 штуцером — 180х150х30 (h),
«дисковый» d=160мм - h=50мм. Рабочая высота слоя аэратора, соответственно,
мм: 40, 20, 30 (таблица 4.1).
Для
сравнительной
оценки
[69,72,55,57]
и
выбора
наиболее
рационального типа аэратора, как с точки зрения эксплуатации, так и с
экономической, был проведен ряд исследований: 1 – мембранные аэраторы
Raubioxon фирмы REHAU L=0,75м; 2 – керамические аэраторы «Бакор»
L=0,75м; 3 – аэраторы из армянского aрмянского туфa Артикского
месторождения, мм: 180х150х30(h) при расходах 1,8м3/ч и 3,9м3/ч (таблица 4.2).
Таблица 4.1 – Массообменные характеристики керамических аэраторов из
aрмянского туфa Артикского месторождения
Параметрические показатели аэраторов при
Аэратор
Расход,
л/мин
расходах воздуха м3/ч и высоте слоя воды 0,45м
kVT, ч-1
КПД, %
окислительн эффективнос
ая
ть аэрации,
способность
кгО2/(кВт∙ч)
, кг/ч·м3
"Низкий"
30
2,6
2,6
1,08
2,03
"Высокий"
15
2,06
16,0
0,28
0,52
"Дисковый"
15
1,78
12,1
0,17
0,32
86
После проведения исследований из аэраторов было вылито жидкости:
– из «низкого» – 1 мл;
– из «высокого» – 0 мл;
– из «дискового» – 0 мл;
– из аэраторами «с тремя входами» – 0мл.
Это свидетельствует о важном для эксплуатации показателе: отсутствии
поступления аэрируемой жидкости внутрь аэратора из туфа. Объяснение
причины этого явления требует дополнительных исследований. В первом
приближении, по нашему мнению, экранирование поступлению жидкости
создает поверхностное натяжение в порах туфа.
Массообменный процесс для исследованных типов аэраторов оценен
через SOTE [11], интенсивность аэрации Ja и α–фактор. Данные показатели
позволяют оценить эффективность аэрации, как для водопроводной воды, так и
для иловой смеси, а также сравнить удельные показатели потребности в
кислороде (таблица 4.2; 4.3).
Полученные
массообменные
характеристики
рекомендуются
к
использованию в практике проектирования и эксплуатации, а также при
сравнительном выборе систем аэрации.
Рисунок 4.1 – Рабочее расположение аэратора из Артикского туфа
Таблица 4.2 – Массообменные характеристики исследуемых аэраторов в
пересчете на 1м2
87
Аэратор
Расход,
Параметрические показатели аэраторов при
м3/ч*м2
расходах воздуха м3/ч и высоте слоя воды
(л/мин)
0,45м
Окислител эффективнос
kVT, ч-1 КПД, %
ьная
ть
аэрации,
способност кгО2/(кВт∙ч)
ь, кг/ч·м3
"Низкий"
66,66
(S=0,027м2)
(30)
"Высокий"
33,33
(S=0,027м2)
(15)
"Дисковый"
96,3
2,6
40
75,19
76,3
16,0
10,37
19,26
45 (15)
89,0
12,1
8,5
16,0
12 (30)
26,33
5,56
1,8
6,21
Бакор, 750
27,85
63,86
7,3
11,07
4,14
(S=0,14м2)
(65)
(S=0,02м2)
Rehau L=0,75м
(S=0,15м2)
Таблица 4.3 – Массообменные показатели исследуемых аэраторов в
водопроводной воде по зарубежным критериям
Аэратор
SOTE
Ja, м 3/(м 2ч)
α–фактор
"Низкий" (S=0,027м2)
0,22
125,51
0,46
"Высокий"
0,11
50,0
0,328
0,09
51,92
0,379
0,01
20 – 60
0,486
0,028
7 – 132
0,273
(S=0,027м2)
"Дисковый"
(S=0,02м2)
Rehau L=0,75м
(S=0,15м2)
Бакор, 750 (S=0,14м2)
88
По описанной ниже методике проведены исследования механической
прочности и химической стойкости аэраторов из туфа, результаты которых
представлены в таблицах 4.3.1 и 4.3.2.
Как следует из экспериментальных данных, потери напора в аэраторах
(таблица 4.3.1) в процессе аэрации жидкости составляют 4 - 5см вод. столба или
40 - 50Па.
При определении потерь напора «сухом» режиме аэрации (без
смачивания пор водой) отличается от 'мокрого' режима и составляет 12 - 14 см.
Скорее всего, проникшая вследствие капиллярного эффекта жидкость в поры
выступает в роли своеобразной «смазки», снижая тем самым, потери напора.
Таблица 4.3.1 – Расчет потерь напора в процессе аэрации жидкости
Тип
аэратора,
вулк. туфа
«Низкий» прямоугольн
ый с тремя
штуцерами
«Высокий» прямоугольн
ый с одним
штуцером
«Дисковый»
с одним
штуцером
Давление,
кг⋅с/см2
Подъемная
сила в воде,
кг⋅с/см2
Потери
напора в
аэраторе,
кг⋅с/см2
Потери
напора в
аэраторе,
см вод.
столба
10/0,6
0,45
0,445
0,0045
5
10/,6
0,40
0,393
0,007
4
10/0,6
0,42
0,416
0,004
4
Расход,
л/мин
/ м3/ч
Примем с запасом величину потерь напора в аэраторах из туфа, равной
0,1м вод. ст. Эту величину следует учитывать при выборе воздуходувного
оборудования в системах аэрации с туфами. Таким образом, подбор
воздуходувного оборудования для аэраторов из туфа рекомендуется вести на
потери напора 10см вод ст.
Малые потери напора в аэраторах из туфа является технологически важной
характеристикой, вследствие снижения энергозатрат на аэрацию по сравнению
с другими типами, имеющими потери напора от 0,5 до 4м вод. столба.
89
Согласно нормам [ГОСТ Р 51641–200] удовлетворительный по химической
стойкости фильтрующий материал должен давать следующие величины:
прирост сухого остатка – не выше 20мг/л, окисляемость – 10мг/л О2 и 10мг/л
кремнекислоты. Как следует из данных таблица 4.3.2, аэраторы из туфа могут
применяться для обработки вод в слабокислых и нейтральных условиях.
Показатели щелочной вытяжки превышают нормативные и нуждаются в
дополнительной проверке.
Таблица 4.3.2 – Показатели химической стойкости аэраторов из туфа
Определяемы Разме Показатели в водной вытяжке
Исходная
й показатель рность
вода
кислой нейтральн щелочной
ой
рН
ед. рН 6.3
7.9
11.3
6.7
Окисляемость мг/дм3 8.4
перманганатн
ая
Кремний
мг/дм3 5.4
4.7
15.2
3.0
6.0
6.6
4.6
мг/дм3 741
748
788
734
мг/дм3 ≤ 0.04
≤ 0.04
Сухой
остаток
Алюминий
(ион)
0.04
≤ 0.04
Механическая прочность материала туфа, определенная на базе вытяжек
анализа химстойкости, составляет, %: измельчаемость – 3.2; истираемость – 0.3.
Это свидетельствует о достаточной прочности туфов как материала для водных
операций.
Сравнивая время насыщения обескислороженной воды (рисунок 4.1.1)
при расходе воздуха 2,7м3/ч до концентрации кислорода 8мг/л разными типами
аэраторов, можно видеть, что показатели процесса из туфа находятся на уровне
лучших, а по отсутствию поступления жидкости вовнутрь аэратора при
отключении подачи воздуха в систему аэрации вместе с аэраторами Рехау
являются лучшими (таблица 4.3.3).
Таблица 4.3.3 – Время насыщения кислородом (с) и поступления воды вовнутрь
аэратора при расходе воздуха 2,7м3/ч
90
Аэратор
Время, с
Поступление
жидкости в систему
аэрации
+
1.Перфорированна
1192
я труба
2.Сетчатый
898
3.Тканевый
1740
4. «Экополимер»
760
5. RAUBIOXON
314
6. Vodni energie
670
7. FORTEGS – AGS
780
8. Туф (Артикский)
470
Этот установленный факт дает основание при
+
+
+
+
+
проектировании системы
распределения воздуха с аэраторами из туфа не устраивать водовыпускных
стояков, что увеличивает надежность и упрощает условия эксплуатации
аэрационных сооружений.
4.2
Проведение сравнительной оценки существующих пневматических
аэраторов и аэраторов из армянского туфа
Ранжирование
с
целью
выбора
аэраторов
[70,54]
для
процесса
рекомендуется выполнять по одному из 3 вариантов: 1 – для получения
принципиальной оценки различных типов аэраторов (по сумме баллов); 2 – для
оценки технологических параметров аэраторов (по произведению значений
параметров); 3 – для сравнительного выбора аэраторов (по эквивалентным
процентам рабочих параметров).
Таблица 4.4 – Ранжирование систем аэрации по бальной системе
технологических параметров
Типы аэраторов
ОС, О2кг
/ м3∙ч /
(балл)
E, О2 кг/
кВт/ ч /
(балл)
Kv, ч-1
/
(балл)
Сумма
(ОС +
Е +Kv)
Ранг
по
сумм
е
Произв
едение
(ОС х Е
х Kv)
Ранг
по
про
из.
Различные системы аэрации
Пневматические
0,098 (3)
1,4 (3)
4,2 (3)
9
3
0,58
3
Механические
0,143 (2)
2,75 (1)
5,1(2)
5
2
2
1
Пневмо–механические
0,145 (1)
1,7 (2)
7 (1)
4
1
1,7 3
2
Эжекторные
0,095 (4)
0,5 (5)
3,75 (4) 13
4
0,18
5
91
Продолжение таблицы 4.4
Типы аэраторов
Эрлифтные
ОС, О2кг
/ м3∙ч /
(балл)
E, О2 кг/
кВт/ ч /
(балл)
0,048 (5)
1,3 (4)
Kv, ч-1 /
(балл)
Сумма
(ОС +
Е +Kv)
Ранг
по
сумм
е
Произв
едение
(ОС х Е
х Kv)
Ранг
по
про
из.
3,5 (5)
14
5
0,22
4
Некоторые аэраторы при НВОДЫ = 0,45 м
Raubioxon
2,97 (2)
5,11 (2)
19,24
(2)
6
2
292
2
Перфорированный
0,182 (5)
0,36 (5)
2,92 (5)
15
6
0,2
5
0,26 (6)
5,22 (1)
2,68 (6)
20,85
(1)
18
7
0,1
7
Водные энергии
0,14 (6)
3,09 (1)
3
1
336,3
1
Фортекс
0,85 (4)
2,2 (4)
10,27
(3)
11
3
19
4
Тканевый
0,01 (8)
0,019(8)
2,51 (8)
24
8
0,001
8
ЭКОПОЛИМЕР
0,109 (7)
0,205 (7)
5,0 (4)
18
5
0,11
6
1,08(3)
2,30(3)
2,60(7)
13
4
6,46
3
Сетчатый
Армянский туф
Артикского типа, мм
180х150х30
По 1 варианту - каждому из сравниваемых n типов аэраторов (в ряду ОС,
Е, kv) присваивается балл от 1 до n, от максимального до минимального
значений. Далее по строкам типа аэраторов баллы суммируются, и каждой
позиции присваивается определенный ранг (1 – минимальный, лучший, n –
максимальный, худший). При расчете произведений баллов показателей
(вариант 2) первое место в ранге получает максимальное значение (таблица
4.4).
Таблица 4.5 – Сводные показатели и параметры эффективности массообмена для различных типов аэраторов при
t°C=20°С
Тип аэратора
длиной 0,75м
Показатели аэраторов при расходах воздуха, м3/ч на погонный метр, и высоте слоя воды
0,45м
kVT, ч-1
КПД, %
Окислительная
Эффективность
3
способность, кг/ч·м
аэрации, О2кг/(кВт∙ч)
1,8
3,9
7,8
1,8
3,9
7,8
1,8
3,9
7,8
1,8
3,9
7,8
Rehau Raubioxon
3,95
19,24
34,44
5,56
5,2
4,36
0,27
2,97
5,67
0,932
5,11
10,64
С перфорацией
1,22
2,92
4,61
2,13
0,99
0,99
0,054
0,182
0,31
0,10
Сетчатый
1,12
2,68
4,24
1,86
0,93
0,83
0,04
0,14
0,229
0,08
Водные энергии
9,89
20,85
32,06
5,55
5,26
4,36
0,5
3,09
5,67
0,93
5,22
10,64
FORTEX
4,53
10,27
15,41
2,71
2,94
2,08
0,39
0,85
1,31
0,24
2,2
2,45
Тканевый
-
2,51
3,37
-
1,32
1,35
-
0,01
-
ЭКОПОЛИМЕР
1,75
5,0
7,58
3,72
1,18
2,0
0,109
0,126
0,442
0,205
0,237
0,809
Армянский туф
Артикского типа, мм
180х150х30
2,6
-
-
2,6
-
-
1,08
-
-
2,30
-
-
0,26
0,019
0,61
92
92
0,01
0,36
0,43
0,019
93
В таблице 4.6 технический выбор аэраторов для последующего
экономического сравнения (вариант 2) ведется в ряду ОС, Е, kv, при этом
максимальному значению параметра присваивается 100%, а для последующих рассчитывается удельный процент. Далее по строкам проценты суммируются,
и максимальный принимается за 100%, а последующие - вычисляются, на
основе чего получаем ранжировочный ряд.
Ранжирование систем аэрации по эквивалентным процентам, что
очевидно из таблицы 4.6, позволило установить, что близкие по эффективности
обобщенные показатели имеют механические (100%) и пневмомеханические
(96,4%) системы аэрации, а среди аэраторов лидирующие позиции занимают
мембранные аэраторы Водные энергии (100%) и Raubioxon (95,4%).
Таблица 4.6 – Ранжирование систем аэрации по эквивалентным процентам
Типы аэраторов
ОС, О2кг /
(м3∙ч)
Различные системы аэрации
E, О2кг /
(кВт/ ч)
0,098
1,4
67,6
50,9
0,143
2,75
Механические
98,6
100
0,145
1,7
Пневмо – механические
100
61,8
0,095
0,5
Эжекторные
53,6
18,2
0,048
1,3
Эрлифтные
33,1
47,3
Некоторые аэраторы при НВОДЫ = 0,45 м
Raubioxon
2,97
5,11
96,1
97,9
Сетчатый
0,14
0,26
4,5
5,0
Водные энергии
3,09
5,22
100
100
Фортекс
0,85
2,2
27,5
42,1
Тканевый
до 0,01
0,019
0,3
0,04
ЭКОПОЛИМЕР
0,109
0,205
3,53
3,93
Армянский туф
2,60
1,80
Артикского типа, мм
84,14
34,48
180х150х30
Пневматические
Kv, ч-1
(ОС + Е
+Kv), %
Ранг,
%
Ранг
4,2
60
5,1
72,9
7
100
3,75
53,6
3,5
50
178,5
65,7
3
271,5
100
1
261,8
96,4
2
137,3
50,6
4
130,4
48,0
5
19,24
92,3
2,68
12,9
20,85
100
10,27
49,3
2,51
12,0
5,0
23,98
296,2
95,4
2
22,4
7,5
7
300
100
1
118,9
39,6
4
12,34
4,1
8
31,44
10,98
5
119,53
39,84
3
2,60
0,91
94
4.3 Опытно–промышленные исследования применения аэраторов из
туфов
4.3.1 Очистка сточных вод аэрацией после механической очистки
В опытно - промышленных условиях на сточных водах Ереванской
станции аэрации (Республика Армения) были проведены пилотные испытания
[6,12,73, Приложение 6], выборочные результаты свидетельствуют о довольно
высокой эффективности работы аэрационных элементов (таблица 4.7).
Исследования были
проведены
на сточных
водах, прошедших
лишь
механическую очистку. Биологическая очистка на данных сооружения не
производится.
В песколовке очистных сооружений была выделена камера, в которую
был погружен керамический аэратор из армянского туфа Артикского
месторождения [6,71]. При этом производился отбор проб сточной воды до
аэрации и далее с аэрацией в течение 5 суток в установленное время (таблица
4.7).
Таблица 4.7 – Концентрации по основным показателям загрязнений
сточных вод до и после аэрации (ОС г. Ереван, Р. Армения)
№
п/
п
Показатели
1
ХПК (мг/дм3)
3
До
аэрации
После аэрации
Δср
13.09.2012г.
14.09.2012г.
15.09.2012г.
16.09.2012г.
17.09.2012г.
702,0
160,0
240,0
200,0
160,0
120,0
80,0
2
БПК5 (мг/дм )
284,0
58,88
96,0
56,0
54,4
48,0
40,0
3
Прозрачность
(см)
0,4
4,66
1,6
4,8
5,0
5,8
6,1
4
Взвещенние
вещества
(мг/дм3)
(100мл)
317,0
59,4
92,0
73,0
54,0
41,0
37,0
Сухой остаток
(мг/дм3)
(50мл)
680,0
464,6
514,0
486,0
463,0
438,0
422,0
423,0
332,0
354,0
340,0
332,0
324,0
310,0
8,0
0,2
5,38
0,106
8,0
0,15
8,0
0,08
4,0
0,09
3,65
0,10
3,24
0,11
5
6
7
8
Прокаленной
остаток (мг/дм3)
N-NH4+ (мг/дм3)
-
3
NO2 (мг/дм )
95
Продолжение таблицы 4.7
№
п/
п
9
10
11
Показатели
До
аэрации
Δср
13.09.2012г.
14.09.2012г.
15.09.2012г.
16.09.2012г.
17.09.2012г.
NO3- (мг/дм3)
4,1
1,94
2,0
2,4
1,9
1,9
1,5
1,58
0,12
0,14
0,13
0,11
0,10
0,10
2,7
5,12
4,1
5,0
5,1
5,5
5,9
3
H2S (мг/дм )
3
O2 (мг/дм )
Примечание: приведены результаты среднесуточной пробы.
Рисунок 4.1.1 – Зависимость времени насыщения обескислороженной воды
при расходе воздуха 2,7м3/ч до концентрации кислорода 8мг/л
96
Рисунок 4.2 – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации, ч.1 (ОС г. Ереван, Р. Армения)
Рисунок 4.3 – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации, ч.2 (ОС г. Ереван, Р. Армения)
97
Полученные результаты свидетельствуют о существенном снижении
концентраций по основным показателям загрязнений сточных вод. В частности,
показатели по ХПК сократились в среднем в 4 раза, по БПК и взвешенным
веществам – почти в 5 раз, по нитритам и нитратам – в 2 раза. Кроме того, было
установлено количество кислорода, необходимое для окисления биомассы,
которое возросло по отношению к первоначальному в 1,3 раза.
Таким же образом год спустя были проведены исследования показателей
аэраторов из армянского туфа на очистных сооружениях г. Дилижан (Р.
Армения) производительностью Q=17000м3/сут (таблица 4.8).
Таблица 4.8 – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации (ОС г. Дилижан, Р. Армения)
№
п/п
1
Показатели
ХПК (мг/дм3)
3
После аэрации
До
аэрации
Δср
16.08.2013г.
17.08.2013г.
18.08.2013г.
19.08.2013г.
20.08.2013г.
620,0
166,0
230,0
195,0
165,0
135,0
105,0
2
БПК5 (мг/дм )
244,0
74,34
102,0
76,0
72,7
65,0
56,0
3
Прозрачность
(см)
0,6
4,14
1,2
3,6
4,7
5,5
5,7
4
Взвещенние
вещества
(мг/дм3)
(100мл)
293,0
64,6
98,0
79,0
60,0
46,0
40,0
Сухой остаток
(мг/дм3)
(50мл)
620,0
479,0
529,0
502,0
481,0
449,0
434,0
Прокаленной
остаток
(мг/дм3)
403,0
346,2
368,0
359,0
347,0
336,0
7
N-NH4+
(мг/дм3)
8,5
6,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
8
NO2- (мг/дм3)
5
6
9
10
11
321,0
0,18
0,12
0,15
0,13
0,11
0,10
0,11
3
3,8
2,66
3,5
3,0
2,6
2,2
2,0
3
1,4
0,144
0,18
0,16
0,14
0,12
0,12
2,5
4,64
3,8
4,2
4,7
5,0
5,5
-
NO3 (мг/дм )
H2S (мг/дм )
3
O2 (мг/дм )
98
Рисунок 4.4 – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации, ч.1 (ОС г. Дилижан, Р. Армения)
Рисунок 4.5 – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации, ч.2 (ОС г. Дилижан, Р. Армения)
Также, судя по концентрациям по основным загрязнениям из отобранных
проб, наблюдается весьма высокая эффективность работы аэраторов из туфа, а
именно: показатели по сравнению с начальными сократились по ХПК и БПК
99
почти в 4 раза, по взвешенным веществам – в 5 раз, а содержание кислорода в
сточной воде увеличилось в 2 раза.
4.3.2 Биологическая очистка сточных вод
Одной из целей исследовательских испытаний является установление
степени воздействия на биохимические процессы микроорганизмов активного
ила используемого типа аэраторов. На сегодняшний день уже существует
методика определения биоразлагаемости по угнетению потребления кислорода
активным илом.
На первом этапе исследовали показатели биологической очистки вод
активным илом модельной жидкости в аэротенке, на втором — очистки вод
аэрацией реальной сточной воды.
Лабораторная установка представляла собой модель аэротенка объемом 30л,
оборудованная системой подачи модельной жидкости и аэратором из туфа
Артикского месторождения, размером 180х150х30 (h) мм при расходе
подаваемого воздуха 10л/мин. Доза ила по сухому веществу 2.4г/л, по
беззольному — 1.73г/л.
В качестве органического питания подавали этилацетат (CH3COOC2H5),
имеющий соотношение БПК/ХПК (1,5/1,88) - 0.8, тогда как для метанола
БПК/ХПК=0,98/1,5=0,653
[5].
Биогенное
питание
вводили
в
виде
диаммонийфосфата, исходя из известного соотношения БПКП:N:Р=100:5:1.
Эксперимент проводился круглосуточно в течение 30 сут. Контролируемыми
параметрами являлись: концентрации органических веществ (по ХПК и БПК),
растворенного кислорода, окислительно — восстановительный потенциал
(ОВП).
Исследованы два режима аэрации, моделирующие очистку сточных вод в
непрерывном круглосуточном режиме аэрации (по типу классического
аэротенка) и в прерывистом режиме (по типу SBR-реактора) [2, 3].
В ходе исследований зафиксировано, что уровень ОВП в режиме
непрерывной и прерывистой аэрации колеблется в пределах Rx=200-300mV,
что свидетельствует о стабильной окислительной способности биомассы [4].
100
При исходной концентрации загрязнений по БПКП 200-300мг/л в
модельном аэротенке в очищенной воде остаточные концентрации составляют
8-20мг/л.
Скорость потребления кислорода активным илом зависит от нагрузки по
органическим веществам (таблица 4.9), что также указывает на достаточность
обеспечения биомассы кислородом воздуха при аэрации. Полученные
параметры могут быть использованы в первом приближении для расчета
аэротенков с использованием в качестве аэраторов туфа Артикского
месторождения Республики Армения.
Таблица 4.9 – Удельные скорости окисления органических загрязнений в
модели аэротенка с синтетической сточной водой
Нагрузка, г БПК/куб. м х
ХПК (мг/г б.в.* ч)
БПК (мг/г б.в.* ч)
250сут
– 300
7,02
5,62
350 – 500
16,4
13,1
600 – 750
32,74
26,19
800 – 1000
79,53
63,62
Установили, что прерывистый режим аэрации (рисунок 4.8) может быть
реализован на базе исследуемых аэраторов. Продолжительность периодов
аэрации составляла промежуток времени, необходимый для снижения
концентрации кислорода (потребления) с 7,5мг/л до 0,5мг/л при выключенной
аэрации (рисунок 4.6), и, соответственно, достижения первоначального уровня
кислорода с 0,5мг/л до 7,5мг/л (растворения) (рисунок 4.7).
Рассчитаем число «включений — выключений» аэраторов иловой смеси в
прерывистом режиме (рисунки
4.6;
4.7):
среднее время потребления
концентрации кислорода в иловой смеси без аэрации равно 12 мин., а
насыщения
содержания кислорода до 7.5 мг/л — 4.8 мин. Тогда отключение
электроэнергии
раза.
позволит сэкономить расход электроэнергии — (12/4.8) в 2.5
Разумеется,
на
стадии
строительства
станции
и
приобретения
дополнительного оборудования (щитов автоматики, выключателей и т. п.)
будет первоначальное удорожание, которое в перспективе окупит и превысит
затраты за счет экономии электроэнергии.
101
8
y = -0,6304x + 8,0394
R2 = 0,9965
7
6
5
Ряд1
4
Линейный (Ряд1)
3
2
1
12
10
8,
4
6,
8
5
0
0
Концентрация кислорода, С
О2, мг/л
Потребление кислорода активным илом без
аэрации
Вре мя, мин
Рисунок 4.6 – Потребление кислорода активным илом без аэрации
Концентрация кислорода
С О2, мг/л
Растворение кислорода в аэротенке при аэрации
y = 0,7642x - 0,0333
R2 = 0,996
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Ряд1
Линейный (Ряд1)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
Время, мин
Рисунок 4.7 – Растворение кислорода в аэротенке без аэрации
Экспериментальные
зависимости,
аппроксимирующие
процесс
растворения и потребления кислорода (рисунки 6 а, б) в режиме непрерывной и
прерывистой аэрации, рекомендуются к проектированию, мг/лхмин
х
скорость потребления: V = - 0.63 τ + 8.04, (R2 = 0.997),
(4.1)
скорость растворения: V = 0.76 τ – 0.033, (R2 = 0.996).
(4.2)
г б. в:
Продолжительность аэрации,
мин
102
14
12
Выкл. режим
Выкл. режим
Выкл. режим
Выкл. режим
10
Вкл. режим
8
6
Выкл. режим
Вкл. режим
4
Вкл. режим
Вкл. режим
Вкл. режим
Выкл. режим
Вкл. режим
2
0
1
Тип режима аэрации
Рисунок 4.8 – Время потребления и растворения кислорода в режиме
прерывистой аэрации
Рисунок 4.9 – Зависимость скорости
ферментативной реакции от концентрации субстрата при постоянной
концентрации фермента
Из риcунка 4.9 получаем кoнcтанты уравнения Михаэлиса - Ментен:
Vmax=63.62; km=775.
В итоге получаем уравнение типа Y=ax+b, где
a
km
775

 12,18
;
V max 63,62
b
1
1

 0,016 ;
V max 63,62
Получаем уравнение скорости ферментативной реакции в аэротенке с
аэраторами из туфа: y=12.18x+0.016, мг/г б. в. час.
103
В соответствии с методикой (3.3) проведены промышленные испытания
аэратора из туфа на Ростовской станции аэрации (таблица 4.10).
Таблица 4.10 – Массообменные характеристики аэратора из туфа при
эксплуатации в регенераторе аэротенка Ростовской станции аэрации при
расходе воздуха 1.8м3/ч
Параметрические показатели при расходе высоте слоя воды
Период
0,40м
эксплуатаци
и, месяцев
kVT, ч-1
Окислительная
Эффективность
способность,
аэрации,
кг/ч·м3
кгО2/(кВт∙ч)
КПД, %
4
2,5
2,6
0,94
2,15
6
2,7
2,5
0,95
1,84
10
2,45
2,30
1,04
2,11
12
2,44
2,5
0,97
1,92
0
2,6
2,6
1,08
2,03
Анализ массообменных показателей в течение 12 месяцев эксплуатации
опытных аэраторов из туфа на Ростовской станции аэрации показал (таблица
4.10)
отсутствие
кольматирования
пор
и
сохранения
первоначальных
характеристик (отклонения +/- 10%). Также установлено, что в случае
извлечения аэраторов из аэрируемых жидкостей их надо хранить в «мокрых»
условиях.
4.3.3 Конструктивные решения аэраторов и туфов
Аэрационный элемент системы аэрации [71, Приложение 5] с плоскими
керамическими аэраторами, включающий глухой корпус, снабженный по
периметру кронштейном и опорной пятой в центре с бочонком с внутренней
резьбой, плоский керамический аэратор, имеющий сквозное отверстие в центре
и прижимное приспособление, трубопровод подвода газов (подана заявка на
патент на полезную модель РФ № 2013145997/05).
104
Корпус аэратора (рисунок 4.10) выполнен глухим - при установке аэратора на
дно аэрационного сооружения, и с отверстием в центре - при установке
аэратора на подставках на дне аэрационного сооружения. Корпус аэратора
может быть выполнен из металла или пластмассы. При выполнении корпуса
аэратора из пластмассы дно оборудуется ребрами жесткости. В качестве
материала аэратора преимущественно используется туф.
Рисунок 4.10 – Конструктивная схема аэратора из армянского туфа Артикского
типа:
1 – корпус; 2 – трубопровод подвода воздуха; 3 – аэратор керамический из
туфа; 4 – кронштейн; 5 – уплотнительная прокладка; 6 – сквозное отверстие в
аэраторе; 7 – втулка с резьбой; 8 – опора; 9 – шпилька; 10 – опорное кольцо;
11 – прокладка; 12 – гайка; 13 – ребро жесткости
На базе данного решения разработан промышленный вариант для
экипировки систем аэрации аэраторами из туфа.
Выводы по четвертой главе:
1. Экспериментально определено, что аэраторы из армянского туфа Артикского
типа можно отнести к мелкопузырчатым.
2. Экспериментально показано, что механическая прочность и химическая
стойкость туфа соответствует требованиям ГОСТ Р 51641 – 2000 к материалам
105
для водных операций. Потери напора при аэрации составляют 0.1м вод. столба,
аэрируемая жидкость не поступает вовнутрь аэратора.
3. На основе сравнительного анализа массообменных показателей армянского
туфа Артикского типа с пневматическими аэраторами как керамическими, так и
полимерными, а также различной конструктивной формой показано, что туф
является новым перспективным типом аэраторов.
4. Исследованы кинетические процессы ферментативной реакции, в ходе
которых установлена стабильность окислительной способности биомассы, что
позволяет также использовать аэраторы из туфа в условиях SBR-реактора.
5. В опытно - промышленных условиях на сточных водах Ереванской станции
аэрации были проведены пилотные испытания, выборочные результаты
свидетельствуют о довольно высокой эффективности работы аэраторов. В
частности, показатели по ХПК сократились в среднем в 4 раза, по БПК и
взвешенным веществам – почти в 5 раз, по нитритам и нитратам - в 2 раза.
6. Исследования процесса аэрации в промышленных условиях в течение 12
месяцев
в
регенераторе
четырехкоридорного
аэротенка
показали,
что
массообменные характеристики аэраторов из туфа в пределах +/- 10% изменили
свои исходные показатели, что свидетельствует о высоких эксплуатационных
свойствах.
7. Разработано новое конструктивное решение (подана заявка на патент на
полезную модель РФ № 2013145997/05) аэратора из армянского туфа
Артикского типа для непосредственного использования в сооружениях
биологической очистки, а также варианты их промышленной реализации.
106
5
Технико–экономическая
оценка
эффективности
применения
аэраторов из туфов при очистке сточных вод
5.1 Экономическая эффективность применения аэраторов из туфа
после механической очистки сточных вод
5.1.1 Расчет аэрационной системы под аэраторы из армянского туфа
Aртикского типа при реконструкции очистных сооружений в г. Дилижан
(Р. Армения)
В данной главе произведен сравнительный технико - экономический
расчет [7,8,9,60] аэрационной системы с аэраторами из армянского туфа
Артикского типа и керамическими аэраторами «Бакор» при реконструкции
очистных сооружений в г. Дилижан Q=17000м3/сут (Р. Армения).
Определение количества аэраторов по потребности в кислороде
воздуха [61]:
Размеры коридора аэротенка LxBxHраб=20х6х4 м (по опросному листу);
количество коридоров Nкор=3 (по опросному листу);
количество секций Nсекций=2 (по опросному листу);
БПК5 на входе 244мг/л (по опросному листу);
БПКп на входе 244*1,43=348,92мг/л;
СNH4=8,5мг/л (по опросному листу);
qO – 1.1 (по п.6.157 СП [3] при БПКп выход – 15-20мг/л);
Tw – 23°С (в летний период, согласно опросному листу);
Tw – 14°С (в зимний период, согласно опросному листу);
расход фактический Q=17000м3/сут (по опросному листу);
расход среднечасовой 17000/24 =708,33м3/ч;
fat =LxBхNкорхNсекций =20х6х4х3 =1440м2;
V= fat*h=1440*4=5760м3;
K1 – 1.89 (по табл. 42 СП [3] при faz /fat =0,3 задаемся условно, подлежит
проверке далее);
K2 – 2,52 (по табл. 43 СП [3] при Hраб= 4м);
107
KT –
коэффициент, учитывающий температуру сточных вод. который
следует определять по формуле 62 СП [3]:
K T  1  0,02T w  20,
для 23oС KT =1,06
для 14oС KT =0,88
K3 – 0,85 коэффициент качества воды, принимаемый для городских
сточных вод (по п.6.157 СП [3]);
CT –
растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и
атмосферного давления, принимаемая по справочным данным (таблица 2.1)
CT=8,5мг/л при 23°С, CT=10,26мг/л при 14°С;
Ca - растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л, определяемая по
формуле 63 СП [3]:

ha 
 CT ,
C a  1 
 20,6 
C
a
C
a
4 

 1 
8,5  10,15; при 23 0 С
20
,
6


4 

 1 
10,26  12,25; при14 0 С
 20,6 
CO – средняя концентрация кислорода в аэротенке, мг/л, Сo=3мг/л
(принимаем условно).
Удельный расход воздуха qair, м3/м3 очищаемой воды, для окисления
органических загрязнений при пневматической системе аэрации надлежит
определять по формуле:
qair 
q
air
qO Len  Lex 
K 1 K 2 K T K 3 C a  C O  ,

1.1172  15
=5,63м3/м3, при 23oС;
1,89 * 2,52 *1,06 * 0,8510,15  3
108
q
air

1.1172  15
=5,24м3/м3, при 14oС.
1,89 * 2,52 * 0,88 * 0,8512,25  3
Количество азота на ассимиляцию: ((Len-Lex) /100) *5=((172-15) /100)
*5=7,85 мг/л;
Сnen- концентрация азота аммонийного, подлежащего нитрификации (с
вычетом на ассимиляцию) 30-7,85=22,15мг/л;
добавочное количество воздуха на нитрификацию (по пособию к СП):
q
air

1.1С nen  C nex  * 4,6
;
К1 * К 2 * К T * К 3 С a  Сo 
где Cnex – концентрация азота аммонийного на выходе из аэротенка
2,5мг/л (принято условно);
q
air

1.122,15  2,5* 4,6
=3,24м3/м3.
1,89 * 2,52 *1,06 * 0,85 * (10,15  3)
Расход воздуха на окисление органических загрязнений и нитрификацию:
5,63+3,24=8,87м3/м3;
За счет
улучшенных
массообменных характеристик аэраторов из
армянского туфа, расход воздуха можно снизить на 30% - 40%, т. е.
8,87*0,7=6,2м3/ч.
Расход воздуха на аэрацию при расходе 708,33м3/ч:
qair обш =6,2*708,33=4391,65м3/ч.
Интенсивность аэрации Ja, м3/(м2ч), надлежит определять по формуле 64
СП 2.04.03-85*
J
a

q H
t
air
at
,
at
где Hat – рабочая глубина аэротенка 4м;
tat – период аэрации, 5760м3/708,33м3/ч=8ч.
109
J
a

6,2 * 4
 3,1
8
Полученное значение Ja=3,1 ниже Jamin=3,5, указанное в таблице 43 СП
2.04.03-85* для глубины аэротенка 4м, т.е. интенсивность аэрации не
достаточна. Следует определить количество воздуха исходя из интенсивности
аэрации:
q air 
qair 
J a t at
H
,
at
3
3.5 * 8
7м 3
м
4
Расход воздуха на аэрацию при расходе 708,33м3/ч:
qair обш =7*708,33=4958,31м3/ч.
Определение количества аэраторов из армянского туфа Артикского
типа:
Количество аэраторов на аэротенки определим из условия подачи на
каждый отдельный аэратор воздуха в пределах рекомендуемого интервала
производительности 2-4м3/ч. Для расчетного расхода (708,33м3/ч) принимаем –
4м3/ч:
Общее количество аэраторов в нитрификаторе: 708,33/4 =177 аэраторов;
В каждый коридор 177/(3*4) =15 аэраторов в каждый коридор,
работающий в режиме нитрификации.
Раскладка аэраторов – равномерно по площади дна сооружения, в 2 ряда
по 8шт.
При стоимости аэраторов из армянского туфа Артикского типа 400 рублей
за единицу продукции [Приложение 7], суммарная стоимость замены
аэрационных элементов составит 885000 драммов (70800 рублей).
Произведем расчет количества электроэнергии, необходимой для подачи
воздуха в аэротенк через аэраторы из армянского туфа Артикского типа за 1
час.
110
N

1000  1,22  0,1 122

 2,39 кВт/ч
102  0,5
51
Суточный расход электроэнергии на аэрацию составит 2,39х24=57,41
кВт/сут.
На сегодняшний день стоимость одного киловатта электроэнергии
колеблется от 28 до 38драммов (1драмм=0,08рубль) в зависимости от
расположения ОСК (принимаем 38драммов или 3,04руб), следовательно,
суточные затраты на аэрацию с использованием аэраторов БАКОР составят
57,41х38=2181,58 драммов (174,53 рублей). За месяц – 67628,98 драммов
(5410,32 рублей). За год – 811547,76 драммов (64923,82 рублей).
Определение количества аэраторов «БАКОР»:
Количество аэраторов на аэротенки определим из условия подачи на
каждый отдельный аэратор воздуха в пределах рекомендуемого интервала
производительности 5-8м3/ч. Для расчетного расхода (708,33м3/ч) принимаем –
8м3/ч:
Общее количество аэраторов в нитрификаторе: 708,33/8 =89 аэраторов;
В каждый коридор 89/(3*4) =8 аэраторов в каждый коридор, работающий в
режиме нитрификации.
Раскладка аэраторов – равномерно по площади дна сооружения, в 1 ряд по
8шт.
При стоимости аэраторов «Бакор» 1100 рублей за единицу продукции,
суммарная стоимость замены аэрационных элементов составит 1223750
драммов (97900 рублей).
Произведем расчет количества электроэнергии, необходимой для подачи
воздуха в аэротенк через аэраторы «Бакор» за 1 час.
N

1000  1,22  0,1 122

 2,39
102  0,5
51
кВт/ч
Суточный расход электроэнергии на аэрацию составит2,39х24=57,41
111
кВт/сут.
На сегодняшний день стоимость одного киловатта электроэнергии
колеблется от 28 до 38драммов (1драмм=0,08рубль) в зависимости от
расположения ОСК (принимаем 38драммов или 3,04руб), следовательно,
суточные затраты на аэрацию с использованием аэраторов БАКОР составят
57,41х38=2181,58 драммов (174,53 рублей). За месяц – 67628,98 драммов
(5410,32 рублей). За год – 811547,76 драммов (64923,82 рублей).
Выводы по пятой главе:
1. Эффективность керамических аэраторов из армянского туфа Артикского
типа подтверждена наряду с высокими массообменными характеристиками и
технико-экономическим
обоснованием.
Суммарная
стоимость
замены
аэрационных элементов составит 885000 драммов (70800 рублей), кроме того
потребуются затраты на электроэнергию в размере 67628,98 драммов (5410,32
рублей) за месяц, за год – 811547,76 драммов (64923,82 рублей).
2. Проведен сравнительный расчет для керамических аэраторов «Бакор», в
результате чего суммарная стоимость замены аэрационных элементов составит
1223750 драммов (97900 рублей). Затраты на электроэнергию потребуются в
объеме, как и для аэраторов из туфа 67628,98 драммов (5410,32 рублей) за
месяц, за год – 811547,76 драммов (64923,82 рублей).
3. Таким образом, экономия от применения аэраторов из туфа составит
338750 драммов (27100 рублей) (в ценах 2013г.), что является весомым
аргументом
для
внедрения
в
производство
аэраторов
из
туфа
как
перспективный и конкурентный материал для использования в системах
аэрации в водных технологиях.
112
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В существующую классификацию пневматических аэраторов внесен
дополнительный пункт – пористые керамические аэраторы из природных
туфов.
2. Впервые получены параметрические характеристики аэраторов из туфа
Артикского типа по отечественным и зарубежным критериям процесса
массопереноса кислорода. На основе ранжирования обоснованы технико –
экономические преимущества их внедрения на очистных сооружениях
Республики Армения.
3. Показана возможность использования аэраторов из армянского туфа
Артикского типа в режимах классической аэрации и реакторов СБР.
4. По механической прочности и химической стойкости туф соответствует
требованиям ГОСТ Р 51641 – 2000 к материалам для водных операций. Потери
напора при аэрации составляют 0.1м вод. столба, а аэрируемая жидкость не
поступает вовнутрь аэратора. Опыт эксплуатации в течение 12 месяцев
аэраторов из туфа показал отсутствие кольматации пор и сохранения
первоначальных характеристик (отклонения +/- 10%). Выявлено
отсутствие
поступления жидкости вовнутрь аэратора из туфа.
5. Определены кинетические нагрузки и предложены расчетные зависимости
аэрационных систем из туфа Артикского типа в аэротенках.
6. Обосновано введение понижающего коэффициента к массообменным
параметрам аэраторов из туфа в зависимости от высотных отметок
расположения системы аэрации.
7. Разработаны процесс очистки сточных вод с аэраторами из туфа Артикского
типа и его конструктивное оформление, внедренные в проектную и
производственную практику, имеющие технический приоритет и технико –
экономическую эффективность.
113
Литература
1.
Абрамович, И. А. Итоги и задачи научных исследований в области
водоотведения [Текст] / И. А. Абрамович // Основные направления
развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных и
сточных вод и обработки осадков. Всесоюз. науч.-техн. конф. Тез.
докл. Вып. 24. - Харьков, 1986. – С. 851-859
2.
Абрамович, И. А. Обоснованность нормативных требований к
качеству очистки сточных вод [Текст] / И. А. Абрамович //
Водоснабжение и санитарная техника. – 1996. - № 1. – С. 17-18
3.
Ацагорцян, З. А. Природные каменные материалы Армении [Текст] / З.
А. Ацагорцян. – М.: Стройиздат, 1967. – С. 51-57
4.
Аэраторы из пористой проницаемой керамики фирмы НТЦ «Бакор» [Текст] / А. Б Красный, В. П. Тарасовский, Н. С. Серпокрылов и др. //
Характеристики и перспективы применения ВиК. - 2012. - № 1-2. - С.
3
5.
Аэрационные системы АМЕ [Текст]: Рекламный проспект фирмы
FORTEGS – AGS a.s (Чешская республика)
6.
Баженов,
В.
И.
Комплексная
рециркуляционная
модель
биохимических процессов аэробной биологической очистки [Текст]:
Автореф. дис. на соискание ученой степени доктора технических наук
/ В. И. Баженов. – Щелково, 2009. – С. 24-27
7.
Баженов, В. И. Экономический анализ насосных систем на базе
показателя затраты жизненного цикла [Текст] / В. И. Баженов, С. Е.
Березин, Н. Н. Зубовская // Журнал руководителя и главного
бухгалтера ЖКХ. - 2006. - № 5. – С. 38
8.
Баженов,
В.
И.
Экономический
анализ
современных
систем
биологической очистки сточных вод на базе показателя – затраты
114
жизненного цикла [Текст] / В. И. Баженов, Н. А. Кривощекова //
Водоснабжение и канализация. – 2009. - № 1. – С. 47
9.
Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ
в
окружающую
природную
среду
и
размещение
отходов.
Коэффициенты, учитывающие экологические факторы [Текст] / Мин.
экономики; Мин. фин.; Мин. природы России. – М., 1992. – С. 62-64
10.
Базякина, Н. А. Баланс кислорода при работе аэротенка на полную
очистку [Текст] / Н. А. Базякина. – М.: Изд-во «Власть Советов», 1936.
– С. 39-43
11.
Банина, Н. Н. Оценка технологического процесса очистки воды по
состоянию активного ила [Текст] / Н. Н. Банина // Фауна аэротенков:
Атлас. — Л.: Наука, 1984. — С. 24-31
12.
Беляева, М. А. Биоценозы активных илов высоконагружаемых
аэротенков и аэротенков с длительным периодом аэрации [Текст] / М.
А. Беляева, Л. И. Гюнгпер // Докл. моск. о-ва испытателей природы. –
М., 1967. – С. 75-79
13.
Варфоломеев, С. Д. Биотехнология [Текст]: Кинетические основы
микробиологических процессов / С. Д. Варфоломеев, С. В. Калюжный.
- М.: Высш. шк., 1990. – С. 296-304
14.
Вейцер, Ю. И. Очистка городских сточных вод от аммонийного азота с
использованием клиноптилолита [Текст] / Ю. И. Вейцер, Р. М.
Стерина // Научн. тр. АКХ. – М., 1979. - № 1982. - 74 с.
15.
Водный кодекс Российской Федерации. №74-ФЗ [Текст]. - М.:
Юркнига, 2006. – С. 81-84
16.
Водоотведение [Текст] / Ю. В. Воронов, Е. В. Алексеев, В. П.
Саломеев и др. - М.: ИНФРА, 2007. – 87 с.
115
17.
Голубовская, Э. К. Биологические основы очистки воды [Текст] / Э. К.
Голубовская. — М.: Высшая школа, 1978. – С. 50-53
18.
ГОСТ 2.105-95. Межгосударственный стандарт. Единая система
конструкторской документации. Общие требования к текстовым
документам. Госстандарт РФ от 8 августа 1995 г. N 426 [Электронный
ресурс]. - Информационно-правовая система ГАРАНТ
19.
ГОСТ 25150-82 (СТ СЭВ 2085-80). Государственный стандарт СССР.
Канализация.
Термины
и
определения.
–
Сентябрь,
1983г.
[Электронный ресурс]. - Информационно-правовая система ГАРАНТ
20.
Жмур, Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки
сточных вод на сооружениях с аэротенками [Текст] / Н. С. Жмур. - М.:
Акварос, 2003. – 512 с.
21.
Жмур, Н. С. Управление процессом и контроль результата очистки
сточных вод на сооружениях с аэротенками [Текст] / Н. С. Жмур. —
М.: Луч, 1997. — 172 с.
22.
Заключение №6/47 от 19.11.01г. НИИ экологии человека и гигиены
окружающей
среды
им.
А.Н.Сысина
РАМН
по
результатам
гигиенической оценки фильтров бытовых для питьевой воды из
природных пород (ТУ РА 23477755.1918-99) [Электронный ресурс].
23.
Залесский, Б. В. Артикское месторождение туфовых лав [Текст] / Б. В.
Залесский, В. П. Петров // Труды петрографического института АН
СССР. – 1931. - Вып. 1. – С. 33-36
24.
Иванчев-Писарев, А. А. Месторождения туфовой лавы [Текст] / А. А.
Иванчев-Писарев // Труды института прикладной минералогии. - М.:
ГИЗ, 1930. – С. 63-66
116
25.
Инструкция по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих
веществ в атмосферу и в водные объекты [Текст]. — М.:
Госкомприрода СССР, 1989. – 58 c.
26.
Кабальеро, Н. Г. Повышение надежности гидравлических расчетов в
условиях, отличных от уровня моря [Текст] / Н. Г. Кабальеро, Н. С.
Серпокрылов
//
Строительство
1998:
международная
научно-
практическая конференция: тезисы докладов. - Ростов н/Д, 1998. – с. 3
27.
Калицун, В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация [Текст]:
Учеб. пособие для вузов / В. И. Калицун. – 4-е изд., перераб. и доп. –
М.: ОАО Издательство «Стройиздат», 2004. – 397 с.
28.
Канализация населенных мест и промышленных предприятий [Текст]:
Справочник проектировщика / Под ред. В. Н. Самохина - М.:
Стройиздат, 1981. - 638 с.
29.
Карнаухов, А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых
материалов [Текст] / А. П. Карнаухов. — Новосибирск: Наука, 1999. —
470 с.
30.
Карюхина, Т. А. Химия воды и микробиология [Текст] / Т. А.
Карюхина, И. Н. Чурбанова. — М.: Стройиздат, 1983. – С. 274-277
31.
Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии [Текст] / А. Г. Касаткин. – М.: Химия, 1973. – 215 c.
32.
Кафаров, В. В. Методы кибернетики в химии и химической
технологии [Текст] / В. В. Кафаров. - 4-е изд., перераб. и доп. – М.:
Химия, 1985. – С. 24-28
33.
Кафаров, В. В. Основы массопередачи [Текст] / В. В. Кафаров. – 3-е
изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1979. – 439 с.
117
34.
Кинетика процесса массопередачи кислорода в жидкость при
всплывании одиночного пузырька [Текст] / Б. М. Гришин, С. Ю.
Андреев, Т. А. Малютина и др. // Совершенствование систем
водоснабжения и водоотведения по очистке природных и сточных вод:
Межвуз. сб. науч. тр. / Самарский гос. арх.-строит. ун-т. – Самара,
2005. – С. 97 – 99
35.
Колобанов, С. К. Проектирование очистных сооружений канализации
[Текст] / С. К. Колобанов, А. В. Ершов, М. Е. Кигель. – Киев:
Будивельник, 1977. – 289 c.
36.
Корольков, К. Н. О расходе воздуха при очистке сточной жидкости в
аэротенке [Текст] / К. Н. Корольков // Труды 5-го Всесоюзного
водопроводного съезда. – М., 1934. – С. 17
37.
Кулжинский, В. И. Технико – экономическое обоснование проектных
решений по канализации [Текст]: Учебное пособие / В. И.
Кулжинский, Б.П. Ленский, В. А. Михайлов. – Ростов н/Д.: РИСИ,
1989. – 73 с., ил.
38.
Кульский, Л. А. Технология очистки природных вод [Текст] / Л. А.
Кульский, П. П. Строкач. — Киев: Вища шк., 1986. – 256 c.
39.
Ленский, Б. П. Проектирование и расчет очистных сооружений
канализации (Сооружения биологической очистки сточных вод)
[Текст]: Учеб. пособие / Б. П. Ленский. – Ростов н/Д.: РИСИ, 1988. –
С. 100-105
40.
Луценко, Т. Н. Физико-химическая очистка городских сточных вод
[Текст] / Т. Н. Луценко, А. И. Цветкова, И. Ш. Свердлов. — М.:
Стройиздат, 1984. – 314 c.
41.
Максимовский, Н. С. Очистка сточных вод [Текст] / Н. С.
Максимовский. — М.: Минкомхоз РСФСР, 1961. – 385 c.
118
42.
Малогабаритные очистные сооружения канализации [Текст] / Е. И.
Гончарук, А. И. Давиденко, Я. М. Каминский и др. – Киев:
Будiвельник, 1974. – 256 с.
43.
Медведев, С. В. Инженерная сейсмология [Текст] / С. В. Медведев. М.: Госстройиздат, 1962. – С. 36-39
44.
Методические
указания
по
разработке
нормативов
предельно
допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные
объекты [Текст]: уточненная редакция.
— М.: Министерство
природных ресурсов РФ, 1999. – 55 c.
45.
Мешенгиссер, Ю. М. Теоретическое обоснование и разработка новых
полимерных аэраторов для биологической очистки сточных вод
[Текст]: Автореф. дис. д-ра техн. наук / Ю. М. Мешенгиссер. – М.:
ФГУП «НИИ ВОДГЕО», 2005. - 58 с.
46.
Министерство природных ресурсов РФ. Приказ от 17.12.2007 №333
«Об утверждении методики разработки нормативов допустимых
сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для
водопользователей.»
[Электронный
ресурс].
–
Информационно-
правовая система ГАРАНТ
47.
Мишуков, Б. Г. Оценка эффективности работы аэрационных систем
[Текст] / Б. Г. Мишуков, Е. А. Соловьева // Вода: технология и
экология. – 2008. - № 2. - С. 42
48.
Обуздина, М. В.
Характеристика цеолитсодержащего сырья как
источника получения сорбентов для очистки сточных вод [Текст] / М.
В. Обуздина, Е. А. Руш // Проблемы и перспективы изысканий,
проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог: труды
IV
Всероссийской
научно-практической
конференции
с
119
международным участием. - Иркутск: ИрГУПС, 2010. - Т. 2. - С. 201207
49.
Обуздина, М. В.
Цеолиты как перспективный материал для
использования в технологиях очистки сточных вод от нефтепродуктов
на предприятиях ВСЖД [Текст] / М. В. Обуздина, Е. А.
Руш //
Проблемы безопасности природно-технических систем и общества.
Современные риски и способы их минимизации «Безопасность –
2010»: материалы и доклады IV Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием, Иркутск, 21-24 апреля 2010
г. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. - С.103-104
50.
Обуздина, М. В. Природные и модифицированные цеолиты как
адсорбенты нефтепродуктов из промышленных сточных вод [Текст] /
М. В. Обуздина // Вестник ИрГТУ. - 2010. - № 4 (44). – С.104-110
51.
Отстойник для очистки шахтных вод [Текст] / М. К. Флорова, Ю. А.
Хайт, Р. П. Азараева и др. // Водоснабжение и санитарная техника. –
1986. - № 9. –С. 19-20
52.
Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых
концентраций
(ПДК)
и
ориентировочно
безопасных
уровней
воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов,
имеющих рыбохозяйственное значение [Текст]. — М.: Изд-во ВНИРО,
1999. — 304 с.
53.
Петросян, Г. Г. Аэраторы из туфа - состояние и перспективы
применения в водных технологиях [Текст] / Г. Г. Петросян, А. С.
Смоляниченко // Строительство - 2013: материалы междунар. науч. –
практич. конф. – Ростов н/Д.: РГСУ, 2013. - С. 82-84
54.
Петросян,
Г.
Г.
Сравнительная
оценка
технологических
и
экономических показателей природных и искусственных аэраторов
120
[Текст] / Г. Г. Петросян, А. С. Смоляниченко // Строительство-2013:
материалы междунар. науч. – практич. конф. – Ростов н/Д.: РГСУ,
2013. - С. 84-86
55.
Петросян, Г. Г. Керамические аэраторы на базе туфов Армении [Текст]
/ Г. Г. Петросян, А. С. Смоляниченко // Международная научная
конференция «Молодые исследователи» – регионам / Вологодский
государственный технический университет. - 2013. - С. 346-347
56.
Петросян, Г. Г. Фильтрующие элементы для очистки вод на базе туфов
армении [Текст] / Г. Г. Петросян // Строительство-2012: материалы
междунар. науч. – практич. конф. – Ростов н/Д.: РГСУ, 2012. - С. 89-91
57.
Петросян, Г. Г. Эффективность керамических аэраторов из Артикского
туфа при очистке сточных вод [Текст] / Г. Г.Петросян // «Вестник
СГАСУ. Градостроительство и архитектура»: материалы междунар.
науч. – практич. конф. – Самара. – 2013. - Вып. 4. - С. 63-64
58.
Попкович, Г. С. Распределение и регулирование подачи воздуха в
аэротенке [Текст] / Г. С. Попкович. - М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1951. 67 с.
59.
Попкович, Г.С. Системы аэрации сточных вод [Текст] / Г. С.
Попкович, Б. Н. Репин. - М.: Стройиздат, 1986. - 133 с.
60.
Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки
воды (к СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и
сооружения.» [Текст] / НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова. - М.:
ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 128 с.
61.
Проектирование сооружений для очистки сточных вод [Текст] /
Всесоюз. комплекс н - и. и конструкт. – технолог; Ин - т.
водоснабжения,
канализации,
гидротехн.
гидрогеологии. – М.: Стройиздат, 1990. - 192 с.
сооружений
и
инж.
121
62.
Промышленная микробиология [Текст]: Учебное пособие для вузов по
специальностям «Микробиология» и «Биология» / З. А. Аркадьева, А.
М. Безбородов, И. Н. Блохина и др.; под редакцией Н. С. Егорова. –
М.: Высшая школа, 1989. – 688 с.
63.
Разумовский, Э. С. Очистка и обеззараживание сточных вод малых
населенных пунктов [Текст] / Э. С. Разумовский. - М.: Стройиздат,
1978. – 395 c.
64.
Самоочищение водоемов и биологическая очистка сточных вод
[Текст]: Простейшие активного ила / Н. Н. Банина, К. М. Суханова, С.
Т. Колесников. — Л.: Наука, 1983. — С. 5
65.
Санитарно-эпидемиологическое
заключение
№77.99.10.234.Д.004597.06.04 от 03.06.2004 г «Федеральной службы
по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека» [Электронный ресурс].
66.
СанПиН 2.1.5.980 — 00. Санитарные правила и нормы. Гигиенические
требования к охране поверхностных вод [Электронный ресурс]. –
Информационно-правовая система ГАРАНТ
67.
СанПиН 2.1.7.573—96. Гигиенические требования к использованию
сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. Почва, очистка
населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная
охрана почвы [Электронный ресурс]. -
Информационно-правовая
система ГАРАНТ
68.
Серпокрылов,
Н.
С.
Методика
бесконтактного
определения
незаконных хозбытовых подключений к сетям дождевой канализации
[Текст] / Н. С. Серпокрылов, Т. М. Мкртчян, Г. Г. Петросян //
Строительство-2013: материалы междунар. науч. – практич. конф. –
Ростов н/Д.: РГСУ, 2013. - С. 87-89
122
69.
Серпокрылов, Н. С. Оценка массообменных характеристик аэраторов
из туфа Артикского месторождения Армении [Электронный ресурс] /
Н. С. Серпокрылов, А. С. Смоляниченко, Г. Г. Петросян, //
Науковедение. - 2013. – Вып. № 3 (16). – Режим доступа:
http://naukovedenie.ru/PDF/42trgsu313.pdf
70.
Серпокрылов, Н. С. Анализ эффективности керамических аэраторов
при очистке сточных вод на базе туфов Армении. [Электронный
ресурс] / Н. С. Серпокрылов, А. С. Смоляниченко, Г. Г. Петросян //
Науковедение. - 2013. – Вып. №
5 (18).
– Режим доступа:
http://naukovedenie.ru/PDF/03trgsu513.pdf
71.
Серпокрылов, Н. С. Заявка на изобретение RU № 2012150898/05 от
27.11.2012г. «Способ аэрации воды», решение о выдаче патента
09.01.2014г. / Н. С. Серпокрылов, Г. Г. Петросян
72.
Серпокрылов, Н. С. Исследование технологических параметров
процесса очистки вод с аэраторами из туфа [Электронный ресурс] / Н.
С. Серпокрылов, А. С. Смоляниченко, Г. Г. Петросян // Инженерный
Вестник Дона. – 2013 . – Вып. № 2. - Режим доступа:
http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1699
73.
Серпокрылов,
Н.
С.
характеристик
аэраторов
Сравнительная
из
оценка
армянского
туфа
массообменных
на
очистных
сооружениях в республике Армения [Текст] / Н. С. Серпокрылов, А. С.
Смоляниченко, Г. Г. Петросян, // Научное обозрение. - 2013. - № 12. С. 116-120
74.
Серпокрылов, Н. С. Очистка жиросодержащих сточных вод отходом
производства ацетилена [Текст] / Н. С. Серпокрылов, А. С.
Смоляниченко, И. И. Лесников // Технология очистки воды «Техновод
– 2009»: Материалы 5 Междунар. научн. практ. конф. Кисловодск, 6-
123
10 октября, 2009 г. / ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: НПО «Лик»,
2009. - С. 172 – 175
75.
Серпокрылов, Н. С. Рекомендации для гидравлических расчѐтов
трубопроводов и каналов в условиях Мексики [Текст] / Н. С.
Серпокрылов, Н. Г. Кабальеро, И. П. Турянский // Мат. межд. конф.
«Строительство – 2001». - Ростов н/Д.: РГСУ, 2001. – С. 21 – 24
76.
Сеттерфилд, Ч. Практический курс гетерогенного катализа [Текст] / Ч.
Сеттерфилд. — М.: Мир, 1984. — 520 с.
77.
Синев, О. П. Интенсификация биологической очистки сточных вод
[Текст] / О. П. Синев. - Киев: Технiка, 1983. - 110 с.
78.
Скирдов, И. В. Влияние концентрации активного ила на скорость
биологического окисления [Текст] / И. В. Скирдов, А. А. Дмитриева,
В. Н. Швецов // Очистка промышленных сточных вод: Сб. трудов.
Вып. 43. – М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1974. - С.50-53
79.
Смоляниченко, А. С. Оценка эффективности процесса аэрации при
биологической очистке сточных вод [Текст] / А. С.
Смоляниченко //
«Строительство-2010»: материалы междунар. научн. – практич. конф.
– Ростов н/Д.: РГСУ, 2010. - С. 32 – 35
80.
Смоляниченко, А. А. Исследование массообменных характеристик
аэраторов Raubioxon [Текст] / А. А. Смоляниченко, А. В. Тихонов, Н.
С. Серпокрылов // «Строительство – 2008»: Материалы междунар.
научн. – практич. конф. – Ростов н/Д.: РГСУ, 2008. - С. 67 – 69
81.
Смоляниченко, А. С. Повышение эффективности процессов очистки
сточных вод на базе мембранных аэраторов [Текст]: Автореферат дис.
кан. техн. наук. / А. С. Смоляниченко. – Ростов н/Д., 2011. – 20 с.
124
82.
СНИП 2.04.03-85 Нормы проектирования. Канализация. Наружные
сети и сооружения [Текст]. - М.: Стройиздат, 1985. - 75 с.
83.
Соколова, В. А. Шунгиты Карелии и пути их комплексного
использования [Текст] / В. А. Соколова, Ю. К.
Калинина. –
Петрозаводск: Стройиздат, 1975. – 240 с.
84.
Соу. С. Гидродинамика многофазных систем [Текст] / С. Соу. - М.:
Мир, 1971. - 536 с.
85.
Сравнительная
оценка
технологических
параметров
некоторых
аэраторов [Текст] / Н. С. Серпокрылов, И. В. Климухин, И. Н. Павлюк
и др. // Вода: технология и экология. – 2007. - № 4. - С. 21
86.
Строганов, С. Н. Биологическая очистка сточных вод [Текст] / С. Н.
Строганов, К. Н. Корольков. – М.: Госстройиздат, 1934. – 93 с.
87.
Таубе, П. Р. Химия и микробиология воды [Текст] / П. Р. Таубе, А. Г.
Баранова. – М.: Высшая школа, 1983. – 280 с.
88.
Техническое заключение №4/1601 от 16.01.2001 ФГУП «ВНИПИИ
Стромсырье» о возможности использования облицовочных изделий из
туфа месторождений Армении в условиях г. Москвы (лицензия
Д567783 от 23.05.05г) [Электронный ресурс].
89.
Техническая информация фирмы «Fortex» по аэраторам АМЕ
[Электронный ресурс]. – URL: http://Fortex.by/ame.html.
90.
Техническая информация фирмы «Rehau» по аэраторам Raubioxon,
Copyright by Rehau 316.610 RU 9.03 [Текст]. – Германия, 2006. – 48 с.
91.
Техническая информация фирмы «Экополимер» по аэраторам Аквапро [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ecopolymer.com.
92.
Технический справочник по обработке воды «Degéremont» [Текст]: В
2-х томах: пер. с фр. – СПб: Новый журнал, 2007. - 5 с.
125
93.
Турянская,
Н.
И.
Экология
регулирования
гидравлических
и
биологических факторов малых естественных и искусственных
водотоков на юге России [Текст]: Автореф. дис. канд. техн. наук / Н.
И. Турянская. - Ростов н/Д., 1999. - 29 с.
94.
Федоров, Н. Ф., Шифрин С.М. Канализация [Текст] / Н. Ф. Федоров, С.
М. Шифрин. - М.: «Высшая школа», 1968. - 187 с.
95.
Финансовая стратегия для сектора водоотведения и очистки сточных
вод крупных и средних городов Республики Армения [Электронный
ресурс]: Окончательный отчет / Государственный Комитет Водного
Хозяйства и Мини. Фин. и Экономики Республики Армения в
сотрудничестве с Секретариатом специальной рабочей группы по
реализации
НПДООС.
–
URL:
http://www.oecd.org/countries/armenia/34596136.pdf
96.
Худенко, Б. М. Аэраторы для очистки сточных вод [Текст] / Б. М.
Худенко, Е. А. Шпирт. – М.: Стройиздат, 1973. – 112 с.
97.
Черкинский, С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы
[Текст] / С. Н. Черкинский. - М.: Стройиздат, 1977. - 224 с.
98.
Швецов, В. Н. Патент РФ 2079447, МКИ 6 02F3/02: Способ очистки
воды от трудноокисляемых органических соединений. - Опубл.
1997.05.20, бюл. №16, с. 3 [Электронный ресурс] / В. Н. Швецов, К. М.
Морозова,
И.
А.
Нечаев.
-
URL:
http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet
99.
Ширинян, К. Г. Вулканические туфы и туфолавы Армении [Текст] / К.
Г. Ширинян. – Ереван: Изд. АН Арм. ССР, 1961. – 73 с.
100. Шуман, В. Мир камня. Горные породы и минералы [Текст] / В.
Шуман. — М.: Мир, 1986. – 215 с.
126
101. Экспериментально-теоретическое исследование рабочих параметров
аэраторов RAUBIOXON фирмы REHAU [Текст]: Отчет по НИОКР
Рехау / Н. С. Серпокрылов, И. В. Климухин, А. С. Смоляниченко и др.
– Ростов н/Д., 2007. – 88 с.
102. Яковлев, С. В. Биологическая очистка производственных сточных вод
[Текст] / С. В. Яковлев, И. В. Скирдов, В. Н. Швецов. – М.:
Стройиздат, 1985. - 132 с.
103. Яковлев, С. В. Водоотведение и очистка сточных вод [Текст] / С. В.
Яковлев, Ю. И. Воронов. – М.: АСВ, 2002. – 704 с.
104. Яковлев,
С.
В.
Применение
технического
кислорода
для
биохимической очистки сточных вод [Текст] / С. В. Яковлев, И. В.
Скирдов, В. Н. Швецов // Водоснабжение и санитарная техника. –
1972. - № 4. - с. 8-12.
105. Bischof, Wolfgang: Abwassertechnik – 10. neubearb. u. erw. Aufl [Текст] /
W. Bischof. – Stuttgart: Teubner, 1993. – 630 p.
106. Cabe, Mc.Br. BOD removal and sludge growth in the activated sludge
process [Текст] / Mc. Br. Cabe, W. Eckenfelder // J. WPCF. - 1961. - vol.
31. – P. 625
107. Chow, Ven Te Open Channel Hydraulics [Текст] / Ven Te Chow. - New
York: Editorial Mc Graw - Hill, 1959. - 53 p.
108. Cornel,
P.
Sauerstoffzufurvermogen
und
Sauerstoffvertag
der
RAUBIOXON – Rohrbelufter [Текст] / P. Cornel, M. Wagner, U. Rutze. –
Darmstadt: Technische Universitet Darmstadt, 1999. - 15 p.
109. Eckenfelder, W.
Designing biological oxidation system for industrial
wastes [Текст] / W. Eckenfelder, // J. Wastes Ind. - 1961. - vol. 32. - № 5,
6, 7. - P. 73
127
110. Eckenfelder, W. O’Connor D. Biological waste treatment [Текст] / W.
Eckenfelder. - Oxford, 1961. - 94 p.
111. Eckenfelder, W. Kinetics of biological oxidation [Текст] / W. Eckenfelder,
R. Weston // Biological Treatment Sewage Industries Wastes. – 1956. vol. 1. – P. 87
112. Finn, R. K. Agitation – aeration in the laboratory and in industry [Текст] /
R. K. Finn // Bacteriological views. – 1954. -V. 18 – P. 254-274
113. Hunken,
K. Untersuchungen über den Reinigungsverlanf und den
Belebtschlammverfahren [Текст] / K. Hunken. – München, 1960. – Р. 67
114. Ingenieria de aguas residualеs [Текст]: tratamiento, vertido i reutilizacion. –
Mexico: Metcalf & Eddy, 1996. - 1485 p.
115. Kalinske, A. Poverconsumption for oxygenation and mixing [Текст] / A.
Kalinske // Air and Water pollution. – 1963. – V. five. - № 2-4
116. Keogh, E. Air entrainment rate and diffusion pattern of plunging liquid jets
[Текст] / E. Keogh, D. Ervine // Chem. Eng. Sci. – 1981. – V. 36. – P.
1161-1172
117. Manual of Symbols and Terminology [Текст] // Pure Appl. Chem. – 1976.
- V. 46. - P. 71
118. Meiss, W. Lamellenabscheider – Taschenbuch der Wartinger [Текст] / W.
Meiss // Abwasser behandlung. – 1977. – N 2. – P. 613-625
119. Monod, J. The Growth of Bacteria Cultures [Текст] / J.
Monod // Ann.
Rev. Microbial. – 1949. - № 3. – P. 371
120. Oumeraci, H. Hydromechanik und Kuesten ingenieur wesen [Текст] / H.
Oumeraci // Vorlesungsumdruck fuer das Grundfach. Technische
Universitaet Braunschweig, Ausgabe April, 1999. – 338 p.
128
121. Pasveer, A. Oxygenationof water with air bubbles Sew Ind [Текст] / A.
Pasveer // Wastes. – 1955. – V 27. - № 9. – 1130 p.
122. RAUBIOXON PLUS AND RAUBIOFLEX AERATOR SYSTEM [Текст]:
technical information / Copyright by RehauUT 700E RCOM.FLE.SG. – 39
p.
123. Ray, M. Comparison of the operation and performance the oxygenation and
aeration systems [Текст] / M. Ray // Effluent and Water Treatment. – 1983.
– V. 23. - №9. – P. 365-369
124. Revella, C. S. Bio-oxidation describing the BOD reaction [Текст] / C. S.
Revella, R. Walter, M. A. Revera // J. Water Sewage Works. – 1964. - №
5. – P. 265
125. Ronald, L. D. Mechanical blending of mixed liquor in batch activated
sludge system [Текст] / L. D. Ronald, K. B. Jatinder // J.WPCF. 1965. vol. 34. - № 10. – P. 168
126. Schulze, K. L. The activated sludge process, as continuous flow culture
[Текст] / K. L. Schulze // J. Water Sewage Works. – 1965. - № 1. - P. 175
127. Serpokrilov, N. S. Efecto altura topografica en el coeficiente de perdidas
hidraulicas en tuberias galvanizadas [Текст] / N. S. Serpokrilov, G. N.
Kaballero // XVI congreso nacional de hidraulica / centro conveciones de
Morelia, 7 – 10 noviembre 2000 ano. – Michoacan, 2000. - P. 84
128. Serpokrilov,
N. S. Control de la contaminacion por metales pesadosy
nucleotidos [Текст] / N. S. Serpokrilov, L. D. Robles // 2-o Simposio
internacional de tratamiento y reuso del agua y aguas residuales, 6 –10
noviemrbe 2000 ano. – Mexico, 2000. – P. 172
129. Sotelo, A.G. Hidráulica General [Текст]: Volumen I: Fundamentos / A. G.
Sotelo. - México: Editorial Limusa, 1977. - P. 38
129
130. U.S. Enviromental Proteccion Agency and ASCE [Текст]: Summary
Report: Fine Pore (Fine Bubble) Aeration System, EPA 625/8 85-010 /
Water Engineering Research Laboratory. - Washington, DC, 1985. - 62 p.
131. U.S. Environmental Protection Agency [Текст]: Oxigen Aktivated Sludge
Wastewater Treatment Systems Design Criteria and Operating Experience,
rev. ed., Technology Transfer Seminar Publication, January 1974. - 119 p.
132. U.S. Environmental Protection Agency [Текст]: Oxigen Aktivated Sludge
Wastewater Treatment Systems Design Criteria and Operating Experience,
rev. ed., Technology Transfer Seminar Publication, Octobers 1974. - 44 p.
133. Y: Water Pollution Control Federation [Текст]: Aeration, Manual of
Practice FD – 13, 1988. - 145 p.
130
Приложение 1
Определение коэффициента массопередачи кислорода для аэратора из
армянского туфа Артикского типа на водопроводной воде на глубине
0,435м
Объем воздуха в литрах за 83с: 83/60 =1,4мин•30 =42л.
Объем кислорода в литрах за 1,4 мин: 42л•0,208=8,7 (где 20,8% процентное содержание кислорода по объему в воздухе).
Кол-во молей кислорода:8,7/22,4=0,4 (где 22,4 – объем 1 моля газа, число
Авогадро).
Масса поданного кислорода за 1,4 минут: 0,4•32=12,8г.
При концентрации О2=6,0мг/л (10г/м3) в объеме аэрационной емкости
0,02м3 содержится М=6•0,02=0,12 гО2. Следовательно, на окисление серы
израсходовано 12,8–0,12=12,68 гО2.
Согласно расчетам масса сульфита натрия, вводимого в реактор: G=3,6г.
Масса ионов серы в навеске, вводимой в реактор:
126
–
32
3,6
–
х
Х=0,91 г – масса иона серы (+4)
Уравнение стехиометрической реакции окисления серы (+4) до серы (+6)
кислородом воздуха:
2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4
(2•32) 64 – 32
0,91 - Х → 0,455 гО2 требуется для окисления серы.
В воде реактора растворено 0,16г кислорода, что недостаточно для
полного окисления серы (+4) даже при стехиометрическом соотношении 2:1.
Поэтому часть кислорода, поступающего от аэратора, будет использована на
окисление серы. Поэтому начало отсчета по времени насыщения
необходимо
принимать, когда концентрация кислорода в воде реактора, измеренная
кислородомером, будет не выше 0,1мг/л.
131
Примем стехиометрический коэффициент, равный 2. Тогда для окисления
0,91г серы потребуется 0,91г кислорода. С учетом имеющихся 0,12г О2 в
реакторе из поданных 30,4г О2 на растворение останется [12,8 – (0,91 –
0,16)]=11,73г О2.
Поскольку «полезно» израсходовано на растворение кислорода в воде
только 0,91г, остальная часть его выделилась в атмосферу.
Для данных
условий аэрации к.п.д. составляет (0,91•100 /12,8) =7,1%.
Объемный коэффициент массопередачи определим по выражению:
C p  Co
1
kvt  * ln
,
t
C p  Ct
где
(2.1)
Сo – начальная концентрация кислорода в воде, мг/л = 0,0;
Сt – концентрация кислорода в воде, 6мг/л, в момент времени
t, = 229с/3600 =0,064ч;
Сp – равновесная концентрация кислорода, определяемая в зависимости
от температуры по таблицам, с учетом поправок на температуру и
барометрическое давление Tbar= 745мм рт.ст. при t°C=15,2°C Сs=9,99мг/л:
k30vt = 1/0.064 • ln [(9.99 – 0) / (9.99 – 6.0)] =15.6 • ln 2.5=14.3 ч-1
Объемный коэффициент массопередачи при температуре воды 20oС
n1 = 1+ 0,02*(t – 20)
(2.2)
kv20 = kvt /n1,
где t –температура исследуемой воды
n1 = 1+ 0,02• (15,2 – 20)
kv20 = 14,3 /0,904=15,8,
Коэффициент использования кислорода воздуха:
КИ=Δm/mКВ,
(2.3)
где Δm – масса кислорода воздуха, растворенного в воде, г;
mКВ – масса кислорода в воздухе, подаваемого в систему аэрации, г.
К30И=0,12/12,8=0,0094
Окислительная способность:
ОС= КИСКВQВ, кг/ч,
(2.4)
132
где КИ – коэффициент использования кислорода воздуха;
СКВ – концентрация кислорода в воздухе, кг/м3, СKB=1,29кг/м3;
QВ – расход воздуха подаваемого в систему аэрации, м3/ч.
ОС=0,0094•1,29•1,8=0,022кг/ч на W=0,02м3,
в пересчете на кг/ч•м3= 0,022/0,02(1,4/60) =47,8 кг/ч•м3
Эффективность аэрации в О2кг/(кВт∙ч). Приведение к размерности
кгО2/кВт•ч: мощность воздуходувки – 0,16кВт.
Е= 0,022 /[(1,4/60) •0,16] =6,0 О2кг/кВт•ч
Обобщенные сведения об эффективности массообмена сведены в таблице
4.5.
133
Приложение 2
Лабораторные модели для круглых и плоских аэраторов
134
Приложение 3
К методике определения потерь напора в аэраторах из туфа
135
Приложение 4
Аэратор из туфа после 12 месяцев эксплуатации в регенераторе аэротенка
136
Приложение 5
Конструктивная схема аэратора из армянского туфа Артикского типа
137
Приложение 6
138
Приложение 6
139
Приложение 7
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа