Энергосберегающие мелкопузырчатые системы аэрации «Белэкполь»
Очистные сооружения - крупный потребитель электроэнергии. В целом по РБ ее потребление ориентировочно составляет 150 млн кВт•ч в год, при этом 75% энергии расходуется на аэрацию сточных вод. К.п.д. применяемых систем аэрации составляет 5-10%, что и обусловливает высокий удельный вес потребления энергии.
НП ООО "Белэкполь" с целью повышения эффективности систем аэрации, сокращения расхода электроэнергии на аэрацию стоков по аналогии с зарубежными фирмами разработало и освоило изготовление новых типов аэраторов и разводящих систем подачи воздуха к ним, что привело к повышению их к.п.д. с 10-15% до 28%. При 100%-ном внедрении таких систем в РБ экономия электроэнергии составит 50 млн кВт•ч/год, или 40 млрд руб./год.
Новая система аэрации позволяет эксплуатационникам произвести замену воздуходувных агрегатов с уменьшением их мощности и получить за счет этого дополнительную экономию электроэнергии - до 40%.
Применение совместно с аэраторами "Белэкполь" погружных пропеллерных мешалок малой мощности понизит общее энергопотребление до 50-60% от фактического. В результате общая экономия электроэнергии составит более 60% от фактического потребления в настоящее время (более 110 млн кВт•ч/год или 85 млрд руб./год).
Система аэрации "Белэкполь" внедрена на городских очистных сооружениях водоотведения в Несвиже, Барановичах, Марьиной Горке, Бешенковичах, Крупках, Волковыске, Екабпилсе (Латвия) и др., в результате чего достигнута значительная экономия электроэнергии.
Так, в г. Несвиже Минской области на очистных сооружениях с производительностью 4400 м 3/сут после проведения нами реконструкции системы аэрации появилась возможность замены установленной воздуходувки мощностью 100 кВт на два агрегата по 11 кВт. Ежегодная экономия электроэнергии при этом составила 771 000 кВт•ч.
На разработанные системы аэрации "Белэкполь" имеются авторские свидетельства.
В настоящее время ведется работа по внедрению системы на сооружениях Ивье, Волковыска, Лиды, Копыля, Любани, Браслава, Докшиц, Логойска, Витебска, а также в городах России и Чехии.
Системы пневматической аэрации являются неотъемлемой частью очистных сооружений канализации и определяющие надежность и экономичность очистки городских сточных вод.
Существуют различные типы механических и струйных (эжекторных) аэраторов. Однако применение их связано с технологическими проблемами, большими энергетическими эксплуатационными затратами, электроэнергии затрачивается в 2-3 раза больше, чем при пневматической системе аэрации.
Механические аэраторы различных модификаций в климатической зоне Беларуси при работе в зимних условиях существенно выхолаживают стоки, нанося тем самым урон биологическому процессу, к тому же они не выпускаются отечественной промышленностью, изготовляются кустарно и поэтому не отличаются надежностью и долговечностью. Поэтому вышеназванные системы не нашли должного применения.
Пневматическая аэрация заключается в подаче воздуха с помощью компрессора и распределении его в очищаемой жидкости посредством аэраторов, в качестве которых используются фильтросные пластины, дырчатые и мелкопористые трубы, диффузоры, тканевые аэраторы и другие приспособления.
Однако, несмотря на длительный период применения, такие системы имеют ряд серьезных недостатков: низкую экономичность процесса аэрации, недостаточную механическую прочность аэраторов, засоряемость пор и сложность запуска в работу, сложность ремонта (замены аэраторов), значительную энерго- и материалоемкость системы, трудоемкость монтажа и ремонта.
Так, фильтросные пластины имеют относительно большие размеры (350х350х40), поэтому количество их в аэротенке невелико. Кроме того, они, как правило, размещаются вплотную друг к другу как в продольном, так и поперечном направлениях. В результате площадь зоны аэрации по отношению к площади дна аэротенка имеет малую величину, что обусловливает низкую степень использования кислорода воздуха и неэкономичность данной системы.
Фильтросные пластины представляют собой пористую керамику и очень хрупки. Этим объясняются частые случаи поломки пластин в работающих аэротенках, при этом через разлом непроизводительно выбрасывается большая часть воздуха, подаваемого на аварийный участок. Одновременно еще более усугубляются экономические показатели и ухудшается качество очистки стоков.
Данная система весьма материалоемка, т.к. для ее изготовления, кроме фильтросных пластин, требуются железобетонные лотки специальной конструкции, бетонное основание под лотки (для горизонтальной установки), а также специальный цементный раствор для крепления аэраторов к лоткам.
Значительной эксплуатационной проблемой на объекте является засорение пор пористых фильтросных пластин системы аэрации в аэротенках. Пластины засоряются пылью и грязью из продуваемого воздуха, ржавчиной из воздуховодов, маслом из воздуходувных агрегатов, активным илом и биологическими обрастаниями из обрабатываемых сточных вод. В результате этих процессов растет аэродинамическое сопротивление фильтросов и увеличивается рабочее давление в системе аэрации, что ведет к перерасходу электроэнергии.
Через 4-5 лет работы аэротенка потери напора возрастают в 5-6 раз, а через 10 лет фильтросы необходимо заменять.
Для снижения эксплуатационных затрат необходимо периодически проводить чистку (регенерацию) аэраторов. Так, по данным ЕРА (США), наиболее экономичным является интервал между чистками аэраторов от 5 до 20 месяцев, а минимум затрат приходится на интервал 8 месяцев.
Технология регенерации фильтросных пластин предусматривает их обработку различными кислотами. Вместе с тем сама конструкция системы аэрации с фильтросными каналами, забетонированными в дно аэротенка, меньше всего приспособлена к этой операции, т.к. требует использования только ручного труда в непроветриваемой емкости с применением агрессивных химикатов.
Применение керамических пористых труб, в некоторой степени позволяет избежать затруднений, связанных с монтажом и эксплуатацией.
Однако, как показал опыт применения пористых керамических труб в качестве пневматических аэраторов, процесс монтажа фильтросных труб в некоторой степени сложнее фильтросных пластин. На дне аэротенка пористая труба укладывается в мелкие бетонные желоба, горизонтальность и прямолинейность которых при строительстве выполнить трудно. Это в свою очередь приводит к образованию перекосов в стыках соединений собираемой плети. При уплотнении стыков с резиновыми прокладками, методом затяжки натяжным стержнем перекосы увеличиваются, образуя щели в соединениях, через которые воздух выходит транзитом наружу, минуя фильтросы.
Фильтросные трубы обладают большой хрупкостью, незначительная перетяжка натяжного стержня приводит к образованию микротрещин в стенках труб или к поломке фильтросной трубы. Микротрещины в процессе эксплуатации со временем увеличиваются, и фильтросная труба приходит в негодность.
Из-за перечисленных недостатков, дефицитности, высокой стоимости пористая труба - аэратор - не нашла широкого применения на очистных сооружениях канализации.
Кроме перечисленных традиционных недостатков, присущих фильтросам, имеются и другие, выявившиеся в связи с исследованиями влияния гидродинамической обстановки в аэротенках на эффективность использования кислорода воздуха.
Исследования роли гидродинамики в аэротенках, проведенные отечественными и зарубежными специалистами, доказали возможность повышения эффективности использования воздуха при увеличении ширины полосы аэрации.
Известно, что максимальная эффективность аэрации достигается при расположении аэраторов по всему днищу аэротенка. В отечественной практике фильтросы располагают, как правило, вдоль одной стенки аэротенка, при этом отношение площади аэраторов к площади днища обычно составляет 130%. Увеличение этого отношения требует устройства большого числа подфильтросных каналов.
Относительно новым считается мелкопузырчатое аэрационное устройство из резино-пластикового или волокнисто-пористого полиэтилена в виде труб. Конструктивно оно выполняется в виде узкой донной аэрационной плети (НПФ "Экополимер"), т.е. по аналогии с фильтросными трубами, или подъемных модулей, размещаемых вдоль борта аэротенка ("Ракада", г. Гродно).
Система аэрации данных фирм является усовершенствованным вариантом типовой системы из керамических фильтросных трубчатых аэраторов, ранее широко используемых в аэротенках. Несмотря на некоторые усовершенствования, система все же сохранила и ряд недостатков:
1. Ограничение максимальной величины эффективности использования кислорода воздуха - вследствие низкой степени использования рабочей поверхности трубчатых аэраторов - до 30%.
Как показано на рисунке, при увеличении расхода воздуха начинают работать боковые и нижние стенки трубчатого аэратора, что приводит к объединению выходящих пузырьков воздуха и их струйному движению с высокими скоростями в узких зонах. В результате КПД аэраторов резко уменьшается, а энергопотребление соответственно увеличивается.
2. Значительные ограничения эффективности использования кислорода воздуха. Для крупногабаритных аэраторов, какими являются фильтросные пластины и трубы, увеличение их количества, т.е. фактора f/F, направленное на экономию воздуха, одновременно оборачивается негативной стороной - недостатком воздуха в фильтросных каналах (трубах). В результате происходит частичное подтопление каналов (труб) жидкостью, приводящее к биообрастанию, образованию в них водовоздушных ударов и разрушению хрупких керамических аэраторов. По этой причине увеличение f/F более 0,3 для традиционных керамических аэраторов невозможно. Этот факт подтверждается также тем, что все современные зарубежные экономичные системы аэрации оснащаются малогабаритными аэраторами.
Указанные недостатки отсутствуют в системах с дисковыми пневмоаэраторами из полимерного волокнисто-пористого материала, который имеет высокие технико-экономические показатели, в т.ч. кислородный КПД 28% или гранулированного с КПД 15-20%. Заслуживают внимания зарубежные изготовители аэраторов подобного типа со следующими ориентировочными данными по кислородному КПД:
Система аэрации "Белэкполь" имеет современное конструктивное исполнение и высокие эксплуатационные показатели, что позволяет определить ее как аналог известных зарубежных фирм. Например, системы аэрации в Несвиже, Барановичах, Марьиной Горке (Минская обл.), Екабпилсе (Латвия) вполне можно считать аналогами систем аэрации Nopol в Стокгольме и Мальме (Швеция), а также в Лос-Анжелесе (США).
К основным достоинствам дисковых аэраторов "Белэкполь" можно отнести высокий кислородный КПД - до 28%, экономичность (экономия электроэнергии до 25-40%), возможность варьирования ширины аэрированной зоны, числа и расположения аэраторов.
Аэраторы из волокнисто-пористого полиэтилена (ВВП) работают в Беларуси, России, Украине и в Литве уже более 10 лет. В настоящее время нами произведено значительное усовершенствование этого материала применительно к задачам экономичной аэрации и экологической надежности. В результате создан материал, способный обеспечить высокую пористость и оптимальность размеров пузырьков воздуха, выходящего из аэраторов, что обеспечило достижение технико-экономических показателей систем аэрации "Белэкполь" уровня лучших зарубежных образцов.
Специальная компоновка системы аэрации "Белэкполь" в целом и заданные свойства пневмоаэраторов обеспечивают высокую эффективность и экономичность процесса аэрации (фото 5).
Использование системы на действующих сооружениях позволяет: сократить потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы до 40% за счет увеличения КПД системы, увеличения межрегенерационного периода (т.е. предотвращения засорения аэраторов ржавчиной, окалиной, пылью и т.п.). Обратные клапаны, установленные в аэраторах, предотвращают проникновение ила в систему.
Конструкция аэрационной системы выполняется из труб ПВХ, что обеспечивает ее долговечность и быстроту монтажа. Высота установки аэрационной системы регулируется при помощи различных донных креплений (фото 4).
Для аэрации и перемешивания активного ила в аэротенках, аэробных стабилизаторах осадка, аэрации биологических прудов, доочистки стоков и других целей нами разработаны и изготавливаются гидропневмоаэраторы. Размещаемая внутри аэратора шнековая насадка существенно удлиняет путь всплывающих пузырьков воздуха. Воздух подается сверху вниз через центральную трубу, которая одновременно скрепляет собой конструкцию гидропневмоаэратора. Расход воздуха на один агрегат составляет 50-200 м 3/ч.
По аналогичным принципам работают также гидропневмоаэраторы "Белэкполь" и аэраторы МЭТ, фирма "RAMCO Incorporadet".
Для повышения эффективности систем аэрации "Белэкполь" применяет погружные пропеллерные мешалки.
Известно, что воздух, подаваемый в аэротенк системы аэрации, выполняет двойную функцию: с одной стороны, он используется как источник кислорода для активного ила при окислении органических веществ и азотсодержащих соединений, с другой стороны, он обеспечивает необходимое перемешивание иловой смеси.
В связи с этим при расчете системы аэрации расход воздуха должен определяться исходя из требуемого снижения БПК, азота аммонийного и обеспечения минимальной интенсивности аэрации.
Анализ проектных материалов и эффективности работы существующих аэротенков на объектах РБ показывает, что в большинстве случаев расчет системы аэрации произведен только из условий требуемого снижения БПК 20, необходимого перемешивания иловой смеси.
Так, например, в технических предложениях фирмы "Ракада" по реконструкции системы аэрации в одной секции аэротенков очистных сооружений не учтено требование СНиП 2.04.03-85 (п. 6.157) к величине минимальной интенсивности аэрации (I min). В результате расход воздуха занижен в 3 раза (!). При оборудовании аэротенка такой системой аэрации это привело бы к недостаточному перемешиванию активного ила и нарушению процесса очистки.
Конструктивно данная система выполнена таким образом, что трубчатые аэраторы в опускаемых секциях закрепляются консольно. В процессе эксплуатации вследствие постоянного действия силы всплывания концы трубок изгибаются вверх, что приводит к выходу воздуха преимущественно через них, что ускоряет засорение пор и падение КПД системы аэрации.
Эти же недостатки присущи аэраторам ООО "ГеФЛиС" (Гомель). Изготовление разводящей системы из стальных труб делает эту систему недолговечной, а рекомендуемая высокая концентрация растворенного кислорода (5-7 мг/л) - неэкономичной в эксплуатации.
Расчет системы аэрации без учета необходимого перемешивания иловой смеси (минимальной интенсивности) в аэротенках приводит к неправильному подбору воздуходувок и как следствие к перерасходу средств на инвестиции и эксплуатацию. Так, например, для аэроокислителей очистных сооружений г.Березы запроектирована воздуходувная станция на 3 (2 рабочих) воздуходувки с регулируемым приводом (производство Дании) производительностью каждой из них 13 500 м 3/ч и мощностью 210 кВт. Применение этих дорогостоящих (общей стоимостью около 420 тысяч долларов США) воздуходувок основывалось на том, что в ночные часы, когда резко падает приток сточных вод и уровень их загрязненности, потребность в воздухе также уменьшится и регулируемый привод обеспечит снижение производительности воздуходувок и потребляемой ими мощности.
Проверка минимальной интенсивности показала, что исходя из требуемой ее величины (4,4 м3/м2•ч), постоянная круглосуточная подача воздуха в аэротенки должна составлять 25380 м3/ч, что практически соответствует расчетной величине, установленной исходя из условия снятия БПК 20 (Q air = =24830м 3/ч).
С учетом работы аэрируемых биопрудов общая потребность в воздухе для очистных сооружений г. Березы составит: по снижению БПК- Q air = =26670 м 3/ч,
по минимальной интенсивности - Q air= 27210 м 3/ч.
Таким образом, принятые 2 воздуходувки, обеспечивающие подачу 27 000 м 3/ч воздуха, должны работать постоянно, днем и ночью, без снижения производительности, и, следовательно, применение такого дорогостоящего оборудования для этого объекта нецелесообразно. При этом следует отметить, что стоимость воздуходувок, выпускаемых в СНГ, в десятки раз меньше, чем импортных, при аналогичной их производительности и мощности.
Из вышеизложенного следует, что при разработке системы аэрации аэротенков важно не только правильно выбрать тип аэратора, но и точно определить требуемый расход воздуха и подобрать соответствующее воздуходувное оборудование. Только в этом случае будет обеспечена надежная, эффективная и экономичная работа системы.
Как это ни парадоксально, значительный перерасход электроэнергии на аэрацию стоков закладывается еще на стадии проектирования очистных сооружений, т.к. все проектные решения принимаются с учетом перспективы, в том числе по количеству и мощности воздуходувных агрегатов. Примером могут служить ранее запроектированные проектными институтами очистные сооружения канализации для ряда городов РБ. Так, мощности воздуходувок на очистных сооружениях г. Волковыска были завышены в 2 раза (220 кВт против 110 кВт), а в г.п. Бешенковичи - в 5 раз (110 кВт против 22 кВт). И таких случаев много. Проведенный нами анализ в 18 городах Минской области показал, что только в четырех самых крупных городах мощности воздуходувных установок в основном соответствовали проектным и фактическим нагрузкам (степень превышения составила 1-1,6 раз), а в большинстве остальных они завышены в несколько раз: Вилейка, Клецк - 3, Логойск, Любань, Смолевичи и др. - 4-5, Червень - 10. В результате резервных агрегатов оказалось на 28% больше, чем рабочих. Ожидаемая экономия электроэнергии - 13,8 млн кВт•ч/год.
В Витебской области - упорядочение мощностей воздуходувных станций позволит уменьшить суммарную установленную мощность воздуходувок для 14 объектов, включая Витебск и Оршу, на 414 кВт и получить экономию электроэнергии равную 4,24 млн. кВт•ч/год. При этом за счет модернизации объектов удельные затраты на очистку стоков могут быть снижены на 34%.
Нами накоплен банк данных по наличию на объектах республики воздуходувных агрегатов, подлежащих замене, в результате которой предполагаемая нами экономия электроэнергии может составить около 4 млн долларов США. При этом требуется лишь разрешение и желание городских исполнительных комитетов производить эту работу методом передачи с баланса на баланс воздуходувного оборудования (в отдельных случаях необходимо закупать агрегаты значительно меньшей мощности) и устройства предлагаемой выше системы аэрации.
НП ООО "Белэкполь" с целью повышения эффективности систем аэрации, сокращения расхода электроэнергии на аэрацию стоков по аналогии с зарубежными фирмами разработало и освоило изготовление новых типов аэраторов и разводящих систем подачи воздуха к ним, что привело к повышению их к.п.д. с 10-15% до 28%. При 100%-ном внедрении таких систем в РБ экономия электроэнергии составит 50 млн кВт•ч/год, или 40 млрд руб./год.
Новая система аэрации позволяет эксплуатационникам произвести замену воздуходувных агрегатов с уменьшением их мощности и получить за счет этого дополнительную экономию электроэнергии - до 40%.
Применение совместно с аэраторами "Белэкполь" погружных пропеллерных мешалок малой мощности понизит общее энергопотребление до 50-60% от фактического. В результате общая экономия электроэнергии составит более 60% от фактического потребления в настоящее время (более 110 млн кВт•ч/год или 85 млрд руб./год).
Система аэрации "Белэкполь" внедрена на городских очистных сооружениях водоотведения в Несвиже, Барановичах, Марьиной Горке, Бешенковичах, Крупках, Волковыске, Екабпилсе (Латвия) и др., в результате чего достигнута значительная экономия электроэнергии.
Так, в г. Несвиже Минской области на очистных сооружениях с производительностью 4400 м 3/сут после проведения нами реконструкции системы аэрации появилась возможность замены установленной воздуходувки мощностью 100 кВт на два агрегата по 11 кВт. Ежегодная экономия электроэнергии при этом составила 771 000 кВт•ч.
На разработанные системы аэрации "Белэкполь" имеются авторские свидетельства.
В настоящее время ведется работа по внедрению системы на сооружениях Ивье, Волковыска, Лиды, Копыля, Любани, Браслава, Докшиц, Логойска, Витебска, а также в городах России и Чехии.
Системы пневматической аэрации являются неотъемлемой частью очистных сооружений канализации и определяющие надежность и экономичность очистки городских сточных вод.
Существуют различные типы механических и струйных (эжекторных) аэраторов. Однако применение их связано с технологическими проблемами, большими энергетическими эксплуатационными затратами, электроэнергии затрачивается в 2-3 раза больше, чем при пневматической системе аэрации.
Механические аэраторы различных модификаций в климатической зоне Беларуси при работе в зимних условиях существенно выхолаживают стоки, нанося тем самым урон биологическому процессу, к тому же они не выпускаются отечественной промышленностью, изготовляются кустарно и поэтому не отличаются надежностью и долговечностью. Поэтому вышеназванные системы не нашли должного применения.
Пневматическая аэрация заключается в подаче воздуха с помощью компрессора и распределении его в очищаемой жидкости посредством аэраторов, в качестве которых используются фильтросные пластины, дырчатые и мелкопористые трубы, диффузоры, тканевые аэраторы и другие приспособления.
Однако, несмотря на длительный период применения, такие системы имеют ряд серьезных недостатков: низкую экономичность процесса аэрации, недостаточную механическую прочность аэраторов, засоряемость пор и сложность запуска в работу, сложность ремонта (замены аэраторов), значительную энерго- и материалоемкость системы, трудоемкость монтажа и ремонта.
Так, фильтросные пластины имеют относительно большие размеры (350х350х40), поэтому количество их в аэротенке невелико. Кроме того, они, как правило, размещаются вплотную друг к другу как в продольном, так и поперечном направлениях. В результате площадь зоны аэрации по отношению к площади дна аэротенка имеет малую величину, что обусловливает низкую степень использования кислорода воздуха и неэкономичность данной системы.
Фильтросные пластины представляют собой пористую керамику и очень хрупки. Этим объясняются частые случаи поломки пластин в работающих аэротенках, при этом через разлом непроизводительно выбрасывается большая часть воздуха, подаваемого на аварийный участок. Одновременно еще более усугубляются экономические показатели и ухудшается качество очистки стоков.
Данная система весьма материалоемка, т.к. для ее изготовления, кроме фильтросных пластин, требуются железобетонные лотки специальной конструкции, бетонное основание под лотки (для горизонтальной установки), а также специальный цементный раствор для крепления аэраторов к лоткам.
Значительной эксплуатационной проблемой на объекте является засорение пор пористых фильтросных пластин системы аэрации в аэротенках. Пластины засоряются пылью и грязью из продуваемого воздуха, ржавчиной из воздуховодов, маслом из воздуходувных агрегатов, активным илом и биологическими обрастаниями из обрабатываемых сточных вод. В результате этих процессов растет аэродинамическое сопротивление фильтросов и увеличивается рабочее давление в системе аэрации, что ведет к перерасходу электроэнергии.
Через 4-5 лет работы аэротенка потери напора возрастают в 5-6 раз, а через 10 лет фильтросы необходимо заменять.
Для снижения эксплуатационных затрат необходимо периодически проводить чистку (регенерацию) аэраторов. Так, по данным ЕРА (США), наиболее экономичным является интервал между чистками аэраторов от 5 до 20 месяцев, а минимум затрат приходится на интервал 8 месяцев.
Технология регенерации фильтросных пластин предусматривает их обработку различными кислотами. Вместе с тем сама конструкция системы аэрации с фильтросными каналами, забетонированными в дно аэротенка, меньше всего приспособлена к этой операции, т.к. требует использования только ручного труда в непроветриваемой емкости с применением агрессивных химикатов.
Применение керамических пористых труб, в некоторой степени позволяет избежать затруднений, связанных с монтажом и эксплуатацией.
Однако, как показал опыт применения пористых керамических труб в качестве пневматических аэраторов, процесс монтажа фильтросных труб в некоторой степени сложнее фильтросных пластин. На дне аэротенка пористая труба укладывается в мелкие бетонные желоба, горизонтальность и прямолинейность которых при строительстве выполнить трудно. Это в свою очередь приводит к образованию перекосов в стыках соединений собираемой плети. При уплотнении стыков с резиновыми прокладками, методом затяжки натяжным стержнем перекосы увеличиваются, образуя щели в соединениях, через которые воздух выходит транзитом наружу, минуя фильтросы.
Фильтросные трубы обладают большой хрупкостью, незначительная перетяжка натяжного стержня приводит к образованию микротрещин в стенках труб или к поломке фильтросной трубы. Микротрещины в процессе эксплуатации со временем увеличиваются, и фильтросная труба приходит в негодность.
Из-за перечисленных недостатков, дефицитности, высокой стоимости пористая труба - аэратор - не нашла широкого применения на очистных сооружениях канализации.
Кроме перечисленных традиционных недостатков, присущих фильтросам, имеются и другие, выявившиеся в связи с исследованиями влияния гидродинамической обстановки в аэротенках на эффективность использования кислорода воздуха.
Исследования роли гидродинамики в аэротенках, проведенные отечественными и зарубежными специалистами, доказали возможность повышения эффективности использования воздуха при увеличении ширины полосы аэрации.
Известно, что максимальная эффективность аэрации достигается при расположении аэраторов по всему днищу аэротенка. В отечественной практике фильтросы располагают, как правило, вдоль одной стенки аэротенка, при этом отношение площади аэраторов к площади днища обычно составляет 130%. Увеличение этого отношения требует устройства большого числа подфильтросных каналов.
Относительно новым считается мелкопузырчатое аэрационное устройство из резино-пластикового или волокнисто-пористого полиэтилена в виде труб. Конструктивно оно выполняется в виде узкой донной аэрационной плети (НПФ "Экополимер"), т.е. по аналогии с фильтросными трубами, или подъемных модулей, размещаемых вдоль борта аэротенка ("Ракада", г. Гродно).
Система аэрации данных фирм является усовершенствованным вариантом типовой системы из керамических фильтросных трубчатых аэраторов, ранее широко используемых в аэротенках. Несмотря на некоторые усовершенствования, система все же сохранила и ряд недостатков:
1. Ограничение максимальной величины эффективности использования кислорода воздуха - вследствие низкой степени использования рабочей поверхности трубчатых аэраторов - до 30%.
Как показано на рисунке, при увеличении расхода воздуха начинают работать боковые и нижние стенки трубчатого аэратора, что приводит к объединению выходящих пузырьков воздуха и их струйному движению с высокими скоростями в узких зонах. В результате КПД аэраторов резко уменьшается, а энергопотребление соответственно увеличивается.
2. Значительные ограничения эффективности использования кислорода воздуха. Для крупногабаритных аэраторов, какими являются фильтросные пластины и трубы, увеличение их количества, т.е. фактора f/F, направленное на экономию воздуха, одновременно оборачивается негативной стороной - недостатком воздуха в фильтросных каналах (трубах). В результате происходит частичное подтопление каналов (труб) жидкостью, приводящее к биообрастанию, образованию в них водовоздушных ударов и разрушению хрупких керамических аэраторов. По этой причине увеличение f/F более 0,3 для традиционных керамических аэраторов невозможно. Этот факт подтверждается также тем, что все современные зарубежные экономичные системы аэрации оснащаются малогабаритными аэраторами.
Указанные недостатки отсутствуют в системах с дисковыми пневмоаэраторами из полимерного волокнисто-пористого материала, который имеет высокие технико-экономические показатели, в т.ч. кислородный КПД 28% или гранулированного с КПД 15-20%. Заслуживают внимания зарубежные изготовители аэраторов подобного типа со следующими ориентировочными данными по кислородному КПД:
Система аэрации "Белэкполь" имеет современное конструктивное исполнение и высокие эксплуатационные показатели, что позволяет определить ее как аналог известных зарубежных фирм. Например, системы аэрации в Несвиже, Барановичах, Марьиной Горке (Минская обл.), Екабпилсе (Латвия) вполне можно считать аналогами систем аэрации Nopol в Стокгольме и Мальме (Швеция), а также в Лос-Анжелесе (США).
К основным достоинствам дисковых аэраторов "Белэкполь" можно отнести высокий кислородный КПД - до 28%, экономичность (экономия электроэнергии до 25-40%), возможность варьирования ширины аэрированной зоны, числа и расположения аэраторов.
Аэраторы из волокнисто-пористого полиэтилена (ВВП) работают в Беларуси, России, Украине и в Литве уже более 10 лет. В настоящее время нами произведено значительное усовершенствование этого материала применительно к задачам экономичной аэрации и экологической надежности. В результате создан материал, способный обеспечить высокую пористость и оптимальность размеров пузырьков воздуха, выходящего из аэраторов, что обеспечило достижение технико-экономических показателей систем аэрации "Белэкполь" уровня лучших зарубежных образцов.
Специальная компоновка системы аэрации "Белэкполь" в целом и заданные свойства пневмоаэраторов обеспечивают высокую эффективность и экономичность процесса аэрации (фото 5).
Использование системы на действующих сооружениях позволяет: сократить потребление электроэнергии и эксплуатационные расходы до 40% за счет увеличения КПД системы, увеличения межрегенерационного периода (т.е. предотвращения засорения аэраторов ржавчиной, окалиной, пылью и т.п.). Обратные клапаны, установленные в аэраторах, предотвращают проникновение ила в систему.
Конструкция аэрационной системы выполняется из труб ПВХ, что обеспечивает ее долговечность и быстроту монтажа. Высота установки аэрационной системы регулируется при помощи различных донных креплений (фото 4).
Для аэрации и перемешивания активного ила в аэротенках, аэробных стабилизаторах осадка, аэрации биологических прудов, доочистки стоков и других целей нами разработаны и изготавливаются гидропневмоаэраторы. Размещаемая внутри аэратора шнековая насадка существенно удлиняет путь всплывающих пузырьков воздуха. Воздух подается сверху вниз через центральную трубу, которая одновременно скрепляет собой конструкцию гидропневмоаэратора. Расход воздуха на один агрегат составляет 50-200 м 3/ч.
По аналогичным принципам работают также гидропневмоаэраторы "Белэкполь" и аэраторы МЭТ, фирма "RAMCO Incorporadet".
Для повышения эффективности систем аэрации "Белэкполь" применяет погружные пропеллерные мешалки.
Известно, что воздух, подаваемый в аэротенк системы аэрации, выполняет двойную функцию: с одной стороны, он используется как источник кислорода для активного ила при окислении органических веществ и азотсодержащих соединений, с другой стороны, он обеспечивает необходимое перемешивание иловой смеси.
В связи с этим при расчете системы аэрации расход воздуха должен определяться исходя из требуемого снижения БПК, азота аммонийного и обеспечения минимальной интенсивности аэрации.
Анализ проектных материалов и эффективности работы существующих аэротенков на объектах РБ показывает, что в большинстве случаев расчет системы аэрации произведен только из условий требуемого снижения БПК 20, необходимого перемешивания иловой смеси.
Так, например, в технических предложениях фирмы "Ракада" по реконструкции системы аэрации в одной секции аэротенков очистных сооружений не учтено требование СНиП 2.04.03-85 (п. 6.157) к величине минимальной интенсивности аэрации (I min). В результате расход воздуха занижен в 3 раза (!). При оборудовании аэротенка такой системой аэрации это привело бы к недостаточному перемешиванию активного ила и нарушению процесса очистки.
Конструктивно данная система выполнена таким образом, что трубчатые аэраторы в опускаемых секциях закрепляются консольно. В процессе эксплуатации вследствие постоянного действия силы всплывания концы трубок изгибаются вверх, что приводит к выходу воздуха преимущественно через них, что ускоряет засорение пор и падение КПД системы аэрации.
Эти же недостатки присущи аэраторам ООО "ГеФЛиС" (Гомель). Изготовление разводящей системы из стальных труб делает эту систему недолговечной, а рекомендуемая высокая концентрация растворенного кислорода (5-7 мг/л) - неэкономичной в эксплуатации.
Расчет системы аэрации без учета необходимого перемешивания иловой смеси (минимальной интенсивности) в аэротенках приводит к неправильному подбору воздуходувок и как следствие к перерасходу средств на инвестиции и эксплуатацию. Так, например, для аэроокислителей очистных сооружений г.Березы запроектирована воздуходувная станция на 3 (2 рабочих) воздуходувки с регулируемым приводом (производство Дании) производительностью каждой из них 13 500 м 3/ч и мощностью 210 кВт. Применение этих дорогостоящих (общей стоимостью около 420 тысяч долларов США) воздуходувок основывалось на том, что в ночные часы, когда резко падает приток сточных вод и уровень их загрязненности, потребность в воздухе также уменьшится и регулируемый привод обеспечит снижение производительности воздуходувок и потребляемой ими мощности.
Проверка минимальной интенсивности показала, что исходя из требуемой ее величины (4,4 м3/м2•ч), постоянная круглосуточная подача воздуха в аэротенки должна составлять 25380 м3/ч, что практически соответствует расчетной величине, установленной исходя из условия снятия БПК 20 (Q air = =24830м 3/ч).
С учетом работы аэрируемых биопрудов общая потребность в воздухе для очистных сооружений г. Березы составит: по снижению БПК- Q air = =26670 м 3/ч,
по минимальной интенсивности - Q air= 27210 м 3/ч.
Таким образом, принятые 2 воздуходувки, обеспечивающие подачу 27 000 м 3/ч воздуха, должны работать постоянно, днем и ночью, без снижения производительности, и, следовательно, применение такого дорогостоящего оборудования для этого объекта нецелесообразно. При этом следует отметить, что стоимость воздуходувок, выпускаемых в СНГ, в десятки раз меньше, чем импортных, при аналогичной их производительности и мощности.
Из вышеизложенного следует, что при разработке системы аэрации аэротенков важно не только правильно выбрать тип аэратора, но и точно определить требуемый расход воздуха и подобрать соответствующее воздуходувное оборудование. Только в этом случае будет обеспечена надежная, эффективная и экономичная работа системы.
Как это ни парадоксально, значительный перерасход электроэнергии на аэрацию стоков закладывается еще на стадии проектирования очистных сооружений, т.к. все проектные решения принимаются с учетом перспективы, в том числе по количеству и мощности воздуходувных агрегатов. Примером могут служить ранее запроектированные проектными институтами очистные сооружения канализации для ряда городов РБ. Так, мощности воздуходувок на очистных сооружениях г. Волковыска были завышены в 2 раза (220 кВт против 110 кВт), а в г.п. Бешенковичи - в 5 раз (110 кВт против 22 кВт). И таких случаев много. Проведенный нами анализ в 18 городах Минской области показал, что только в четырех самых крупных городах мощности воздуходувных установок в основном соответствовали проектным и фактическим нагрузкам (степень превышения составила 1-1,6 раз), а в большинстве остальных они завышены в несколько раз: Вилейка, Клецк - 3, Логойск, Любань, Смолевичи и др. - 4-5, Червень - 10. В результате резервных агрегатов оказалось на 28% больше, чем рабочих. Ожидаемая экономия электроэнергии - 13,8 млн кВт•ч/год.
В Витебской области - упорядочение мощностей воздуходувных станций позволит уменьшить суммарную установленную мощность воздуходувок для 14 объектов, включая Витебск и Оршу, на 414 кВт и получить экономию электроэнергии равную 4,24 млн. кВт•ч/год. При этом за счет модернизации объектов удельные затраты на очистку стоков могут быть снижены на 34%.
Нами накоплен банк данных по наличию на объектах республики воздуходувных агрегатов, подлежащих замене, в результате которой предполагаемая нами экономия электроэнергии может составить около 4 млн долларов США. При этом требуется лишь разрешение и желание городских исполнительных комитетов производить эту работу методом передачи с баланса на баланс воздуходувного оборудования (в отдельных случаях необходимо закупать агрегаты значительно меньшей мощности) и устройства предлагаемой выше системы аэрации.
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 03 за 1998 год в рубрике вода
