close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

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

код для вставкиСкачать
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
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2014
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования
«Ростовский
государственный строительный университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Серпокрылов Николай Сергеевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Стрелков Александр Кузьмич
ФГБОУ ВПО «Самарский
государственный архитектурностроительный университет»,
заведующий кафедрой
«Водоснабжение и водоотведение»
кандидат технических наук, доцент
Доскина Эльвира Павловна
ФГБОУ ВПО «Волгоградский
государственный архитектурностроительный университет»,
профессор кафедры «Водоснабжение
и водоотведение»
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Южно-Российский
государственный политехнический
университет (НПИ) имени М.И.
Платова»
Защита состоится 19 мая 2014г. в 10-00 часов на заседании диссертационного
совета ДМ212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный
архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул.
Академическая, 1 (корп. Б, ауд. 203).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».
Автореферат разослан «2» апреля 2014г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Юрьев Юрий Юрьевич
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время лишь 20% городов и
сельских населенных пунктов Республики Армения канализованы, однако из
19 имеющихся в стране очистных станций
ни одна не работает. Это
следствие Спитакского землетрясения в 1988г., а также энергетического
кризиса в начале 90-х годов прошлого столетия. В силу отсутствия более
20 лет системы мониторинга в стране данные об уровне загрязненности
вод
поверхностных
общепризнанно,
что
водоемов
основной
Армении
причиной
весьма
их
относительны,
загрязнения
но
являются
неочищенные или недостаточно очищенные сточные воды. С остояние водных
объектов Республики не усугубляется только вследствие возникшего в
постсоветский
период
кризиса
промышленной
и
сельскохозяйственной
экономики, а также значительного сокращения объемов потребления воды на
хозяйственно-бытовые нужды.
Республики Армения обладает богатыми месторождениями туфа: здесь
сосредоточено 85% запасов бывшего СССР, среди которых значительную долю
составляет туф Артикского месторождения. В последние 10 - 15 лет благодаря
водостойкости и пористости туфы начали использовать в очистке природных
вод (бытовые фильтры на базе фильтровальных элементов из туфа). Известен
также положительный опыт применения данных фильтров в пищевой
промышленности, в производстве алкогольных и безалкогольных напитков и т.
д. Имеется также 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 и т. п.
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.
Изложенное определяет актуальность работы и требует проведения как
теоретических, так и экспериментальных исследований.
4
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.
Основная идея работы состоит в получении массообменных параметров
для нового в водоочистной практике аэратора из армянского туфа Артикского
типа с целью его внедрения на очистных сооружениях Республики Армения, 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.
5
Достоверность
обоснована
применением
классических
положений
теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием
необходимого
объема
экспериментов;
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
Артикского типа.
Практическое значение полученных результатов:
–
лабораторные
и
производственные
экспериментальные
характеризуют высокую массообменную способность
данные
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
6
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;
–
внедрены
государственный
в
учебном
процессе
строительный
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».
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;
7
– 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-на-Дону, 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 в 11 печатных работ,
в том числе 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 – патенте 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.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность темы, сформулированы цель и
задачи исследований, приведены положения научной новизны и практической
значимости полученных результатов. Представлены основные положения,
выносимые на защиту.
В первой главе диссертации отмечено, что около 50% территории
Республики Армения являются высокогорными и расположены на высоте более
2000 метров, что влияет на концентрацию кислорода в атмосфере, а это, в свою
очередь, требует учета в определении и расчетах массообменных характеристик
кислорода в процессах аэрации.
8
В силу природных, политических и экономических аспектов в настоящее
время ни одна из 19 имеющихся в Республики Армения очистных станций не
работает. На реконструкцию или строительство очистных сооружений
требуются неподъемные для страны экономические затраты, и выход из кризиса
в системе водного хозяйства должен быть поэтапный с разработкой и
последовательных внедрением различных методов очистки вод (механических,
физико-химических, биологических).
В связи с этим возникает необходимость рассмотреть свойства армянского
туфа Артикского типа, как перспективного материала для применения в
качестве аэрационных систем, а также сравнения с существующими аэраторы
«REHAU Raubioxon Fortex», «Бакор».
Возможность использования туфов в качестве аэраторов обосновывается
анализом природной пористости туфов различных месторождений Армении,
составляющей 38 - 52%.
Во второй главе диссертации рассмотрены теоретические основы
влияния технологических и конструктивных факторов на процесс аэрации. Для
пористых аэраторов из природных материалов, рассматриваемых впервые,
внесено
дополнение
в
существующую
классификацию
пневматических
зависимости,
описывающие
аэраторов.
Проанализированы
массообменные
критерии
математические
для
аэраторов:
отечественные
(объемный
коэффициент массопередачи kV, к. п. д., окислительная способность ОС,
эффективность Э) и зарубежные (SOTE, α, F–факторы). Установлено, что
зависимости не учитывают влияния высотных отметок расположения объекта
аэрации и, соответственно, содержания кислорода в атмосфере, что является
важным для условий высокогорной Армении, и 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),
(1)
9
и приведения растворимости кислорода для значений окислительной мощности,
определенных на высоте до 100м
КПР = 0.00015 НУМ + 0.97917, (R2 = 0.993).
(2)
Рассмотрены принципы кинетики химических реакций, происходящих в
ферментативной среде активного ила. В частности, получено уравнение
Лайнуивера-Берка,
исходя
из
которого,
данные
полученные
в
ходе
лабораторных опытов, могут быть применены при расчете и конструировании
аэрационных систем из туфа.
В третьей главе приведены описания методик и
установок для
проведения экспериментальных исследований. Массообменные характеристики
аэрационного процесса определяли по методике переменного дефицита
кислорода в лабораторных условиях (рисунок 1) на водопроводной и сточной
воде с использованием аэраторов из туфа различной конструктивной формы и
при изменении расходов воздуха (рисунки 2, 3).
4
5
3
6
8
7
1
2
Рисунок 1 – Технологическая схема экспериментальной установки:
1 – воздуходувка; 2 – газовый счетчик; 3 – аэратор из армянского туфа;
4 – стеклянный резервуар 1500х500х500
(h) мм; 5 – кислородомер;
6 – 7 –вентиль; 8 – распределительный трубопровод
Подача воздуха осуществлялась воздуходувкой с характеристиками:
Qвозд. макс =130л/мин, давлением P=19,6кПа и мощностью N=160Вт.
O2
О2
10
а – «дисковый» (d=0,16м) с одним
штуцером подвода воздуха
б – «высокий» – прямоугольный
(0,18х0,15х0,035м) с тремя штуцерами
О2
в – «низкий» – прямоугольный
(0,18х0,15х0,030м) с одним штуцером
О2
г – «ереванский» – прямоугольный
(0,40х0,30х0,024м) с одним штуцером
Рисунок 2 – Схемы аэраторов из армянского туфа Aртикского типа различной
конструктивной формы
Исследования на реальной сточной воде проводились на пилотной
установке на очистных сооружениях производительностью Q=17000м3/сут в
г. Дилижан и в г. Ереван (Республика Армения). На сегодняшний день из всех
ступеней очистки на ОС работает лишь механическая очистка.
Рисунок 3 – Экспериментальные аэраторы из армянского туфа Aртикского типа
В лабораторных условиях использовали аэраторы с 1 - 3 штуцерами
подвода воздуха (рисунок 2, а,б,в), в опытно-промышленных с 1 штуцером
(рисунок 2,г), что позволяло получать картину и тип выделения пузырьков
(рисунок 3), а также экспериментально определять
потери напора.
Промышленный аэратор устанавливался в проточной емкости V=1м3 со сточной
жидкостью после песколовки. Эксперимент проводился непрерывно в течение 5
суток с ежедневным отбором круглосуточной пробы. Подача воздуха в аэратор
осуществлялась с помощью воздушного компрессора SHIMGE SGDB9233
Q=118л/мин через штуцер, расположенный по центру плиты туфа.
11
Для оценки поведения массообменных характеристик, выбора точки
установки и проверки конструктивных решений в реальных условиях очистки
сточных вод на очистных сооружениях г. Ростова н/Д были установлены
аэраторы из туфа в первом и втором каналах, в регенераторе и в канале
возвратного ила аэротенка. Каждые 2 - 3 месяца аэраторы извлекали из
сооружений и по методике переменного дефицита кислорода определяли их
массообменные показатели в течение 12 месяцев эксплуатации.
В
четвертой
главе
приведены
и
обсуждены
результаты
экспериментального определения технологических параметров аэрационного
процесса
в
лабораторных
и
производственных
условиях:
объемный
коэффициент массопередачи, окислительная способность, эффективность
аэрации, КПД аэраторов из армянского туфа Артикского типа (таблица 1).
Таблица 1 – Массообменные характеристики керамических аэраторов из
aрмянского туфa Артикского месторождения
Параметрические показатели аэраторов при
Аэратор
Расход, расходах воздуха м3/ч и высоте слоя воды 0,45м
л/мин kVT, ч-1
КПД, окислительная эффективнос
%
способность,
ть аэрации,
3
кг/ч·м
кгО2/(кВт·ч)
"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
Исследования потерь напора при аэрации по разности сил (подъемной
выходящего из аэратора воздуха и тяжести оседающего образца известных
массы и площади) показали, что величина их составляет 0.04 – 0.05м.
Массообменный
процесс
для
аэраторов
оценен
через
SOTE,
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 для разных
аэраторов (таблица 2). Следует отметить, что показатели получены на высотной
отметке
около
характеристики
60м
с
над
уровнем
учетом
моря.
высотных
Полученные
поправочных
массообменные
коэффициентов
12
рекомендуются к использованию в практике проектирования и эксплуатации, а
также при сравнительном выборе систем аэрации.
Таблица
2
–
Массообменные
показатели
исследуемых
аэраторов
в
водопроводной воде по международным критериям оценки
Аэратор
SOTE
Ja, м 3/(м 2 ч)
α–фактор
"Низкий" (S=0,027м2)
0,22
125,51
"Высокий"
0,11
50,0
2
(S=0,027м )
"Дисковый"
0,09
51,92
2
(S=0,02м )
Rehau L=0,75м
0,01
20 – 60
2
(S=0,15м )
Бакор, 750 (S=0,14м2)
0,028
7 – 132
Исходя из результатов исследований физико-химических и
0,460
0,328
0,379
0,486
0,273
прочностных
свойств установлено, что по химической стойкости аэраторы из туфа могут
применяться для обработки вод в слабокислых и нейтральных условиях.
Механическая прочность материала туфа, составляет, %: измельчаемость – 3.2;
истираемость – 0.3, что соответствует нормативным требованиям по прочности
материалов для водных операций.
Сравнивая время насыщения обескислороженной воды (рисунок 4) 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.
13
Рисунок 4 – Зависимость времени насыщения обескислороженной воды при
расходе воздуха 2,7м3/ч до концентрации кислорода 8мг/л
А по
отсутствию поступления
жидкости
вовнутрь аэратора при
отключении подачи воздуха в систему аэрации вместе с аэраторами Рехау
являются лучшими (таблица 3).
Таблица 3 – Время насыщения кислородом (с) и поступления воды вовнутрь
аэратора при расходе воздуха 2,7м3/ч
Аэратор
Время, с
Поступление
жидкости в систему
аэрации
+
1.Перфорированная
1192
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.
В лабораторных условиях с целью получения расчетных параметров
биологической очистки сточных вод с аэраторами из армянского туфа
определены удельные нагрузки на активный ил (таблица 4). В качестве
органического питания использовался этилацетат (CH3COOC2H5), имеющий
соотношение БПК/ХПК (1,5/1,88) – 0.8, тогда как для метанола БПК/ХПК =
0,98/1,5 = 0,653. Биогенное питание вводили в виде диаммонийфосфата, исходя
из соотношения БПКП:N:Р=100:5:1. Контролируемые параметры: концентрации
органических веществ (по ХПК и БПК), растворенного кислорода, окислительно
— восстановительный потенциал (ОВП).
Таблица 4 – Удельные скорости окисления органических загрязнений в аэротенке
с аэраторами из туфов
14
Нагрузка, г БПК/ м3 х сут
ХПК (мг/г б.в.* ч)
БПК (мг/г б.в.* ч)
250
– 300
сутсут
350 – 500
7,02
5,62
16,4
13,1
600 – 750
32,74
26,19
800 – 1000
79,53
63,62
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).
Установлена
возможность
применения
данных
аэраторов,
как
в
классическом, так и в режиме работы SBR–реактора (рисунок 5): уровень ОВП
в режиме непрерывной и прерывистой аэрации колеблется в пределах с
Rx=200–300mV, что свидетельствует о стабильной окислительной способности
Продолжительность аэрации,
мин
биомассы.
14
Выкл. режим
12
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 5 – Время потребления и растворения кислорода в режиме
прерывистой аэрации
Экспериментальные
зависимости,
аппроксимирующие
процесс
растворения и потребления кислорода (рисунок 6 а, б) в режиме непрерывной и
прерывистой аэрации, рекомендуются к проектированию, мг/лхмин
скорость потребления: V = - 0,63 τ + 8,04, (R2 = 0,997),
(3)
скорость растворения: V = 0,76 τ - 0,033, (R2 = 0,996).
(4)
х
г б. в:
15
Растворение кислорода в аэротенке при аэрации
Концентрация кислорода
С О2, мг/л
8
y = -0,6304x + 8,0394
R2 = 0,9965
7
6
5
Ряд1
4
Линейный (Ряд1)
3
2
1
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
12
10
8,
4
5
6,
8
0
0
Концентрация кислорода, С
О2, мг/л
Потребление кислорода активным илом без
аэрации
Время, мин
Время, мин
а
б
Рисунок 6, а, б – Потребление без аэрации (а) и растворение (б) кислорода
активным илом в биореакторе с аэратором из туфа
В опытно–промышленных условиях на сточных водах Ереванской станции
аэрации были проведены пилотные испытания, выборочные результаты
свидетельствуют о довольно высокой эффективности работы аэраторов
(таблица 5) в режиме аэрационной очистки сточных вод.
Таблица 5 – Показатели состава сточных вод до и после аэрации на ОСК
г. Еревана
№
п/
п
Показатели
1
ХПК (мг/дм3)
2
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
БПК5 (мг/дм3)
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
Взвещенные
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
Прокаленной
остаток
(мг/дм3)
423,0
332,0
354,0
340,0
332,0
324,0
310,0
8,0
5,38
8,0
8,0
4,0
3,65
3,24
8
N-NH4+
(мг/дм3)
NO2- (мг/дм3)
0,2
0,106
0,15
0,08
0,09
0,10
0,11
9
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
5
6
7
10
11
3
H2S (мг/дм )
3
O2 (мг/дм )
16
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.
Аналогичные
данные
исследованиях очистки
получены
при
опытно–промышленных
сточных вод до и после аэрации на ОСК (отметка
1345м над у. м.) г. Дилижан, Р. Армения, в 2013г., (рисунок 7, а, б). Полученные
результаты свидетельствуют о существенном снижении концентраций по
основным
показателям
загрязнений
сточных
вод
и
указывают
на
целесообразность применения аэраторов из туфа в практике очистки вод
аэрацией.
а
б
700
600
500
400
До аэрации
300
16.08.2013г.
200
17.08.2013г.
100
18.08.2013г.
0
19.08.2013г.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
До аэрации
16.08.2013г.
17.08.2013г.
18.08.2013г.
19.08.2013г.
20.08.2013г.
20.08.2013г.
Рисунок 7, а, б – Концентрации по основным показателям загрязнений сточных
вод до и после аэрации, (ОСК г. Дилижан, Р. Армения)
На данный способ очистки сточных вод аэрацией подана заявка на патент РФ №
2012150898/05.
Кроме
того,
установлено,
что
количество
кислорода,
необходимое для окисления загрязнений, возросло по отношению к расчетному
по массообменным характеристикам
в 1,2 – 1,3 раза, что можно объяснить
меньшим содержанием кислорода в воздухе ввиду высотных отметок
расположения сооружений.
Анализ данных эксплуатации аэраторов из туфа в разных технологических
точках ОСК показал разрушение материала аэраторов в точках крепления
штуцеров центрального и бокового подвода воздуха в процессе эксплуатации.
Поэтому предложено конструктивное решение (подана заявка на патент на
17
полезную модель РФ № 2013145997/05) аэратора из армянского туфа
Артикского типа для непосредственного использования в сооружениях
биологической очистки (рисунок 8).
Рисунок 8 – 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
Анализ массообменных показателей в течение 12 месяцев эксплуатации
опытных аэраторов из туфа на Ростовской станции аэрации показал отсутствие
кольматации пор и сохранения первоначальных характеристик (отклонения +/10%). Также установлено, что в случае извлечения аэраторов из аэрируемых
жидкостей, их надо хранить в «мокрых» условиях.
По результатам сравнительной оценки технологического ранга аэраторов
(Смоляниченко, 2010г.) из туфа среди 8 современных типов установлено, что
он имеет 3 место после аэраторов "Водные энергии" и "Рехау", как по балльной
шкале, так и эквипроцентированию.
В пятой главе произведен расчет аэрационной системы с аэраторами из
армянского туфа Артикского типа при реконструкции очистных сооружений в
г. Дилижан Q=17000м3/сут (Р. Армения). Согласно расчетам при исходных
данных (по опросному листу): 1. Размеры коридора аэротенка LxBxHраб =
20х6х4, м; 2. Количество коридоров Nкор=3; 3. Количество секций Nсекций=2;
4. БПК5 на входе 244мг/л; 5. БПКп на входе 244*1,43=348,92мг/л;
6. СNH4=8,5мг/л, для проведения процесса нитрификации в аэротенке
потребуется 177 аэраторов, по 15 аэраторов в каждый коридор. Раскладка
18
аэраторов осуществляется равномерно по площади дна сооружения, в 2 ряда по
8шт.
При стоимости аэраторов из туфа 400 рублей за единицу, суммарная
стоимость замены аэрационных элементов составит 885000 драммов (70800
рублей).
Для сравнения для очистных сооружений г. Дилижан рассчитан проект
реконструкции аэротенков с применением керамических аэраторов «Бакор».
При стоимости аэраторов «Бакор» 1100 рублей за единицу продукции,
суммарная стоимость замены аэрационных элементов составит 1223750
драммов (97900 рублей). Тогда экономия от применения аэраторов из туфа
составит 338750 драммов (27100 рублей) (в ценах 2013г.).
Затраты на электроэнергию для аэраторов из армянского туфа Артикского
типа и для аэраторов «Бакор» в сутки составили 57,41х38=2181,58 драммов
(174,53 рублей), за месяц – 67628,98 драммов (5410,32 рублей), за год
соответственно – 811547,76 драммов (64923,82 рублей).
Таким образом, по технико-экономическим показателям аэраторы из туфа
являются перспективными и конкурентными для использования в системах
аэрации в водных технологиях.
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 Р51641 – 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.
19
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.
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:
Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и изданиях
Петросян, Г. Г. 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
Петросян, Г. Г. 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
Петросян, Г. Г. 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
Петросян, Г. Г. Сравнительная оценка массообменных характеристик
аэраторов из армянского туфа на очистных сооружениях в республике Армения
[Текст] / Н. С. Серпокрылов, А. С. Смоляниченко, Г. Г. Петросян // Научное
обозрение. - 2013. - № 12. - С. 116-120
Патент РФ на изобретение
Петросян, Г. Г. 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
Отраслевые издания и материалы конференций
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
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
20
Петросян, Г. Г. Сравнительная оценка технологических и экономических
показателей природных и искусственных аэраторов [Текст] / Г. Г. Петросян, А.
С. Смоляниченко // Строительство-2013: материалы междунар. науч. – практич.
конф. – Ростов н/Д.: РГСУ, 2013. - С. 84-86
Петросян, Г. Г. 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
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
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
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
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 17.03.2014г. Тираж 100 экз. Уч. -изд.л. 1,0
Формат 60х84 1/16. Заказ № 42/14
Бумага писчая. Ризограф.
Редакционно-издательский центр
Ростовского государственного строительного университета
344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа