bbk 000000

УДК 628.356.1

Мешенгиссер Ю. М., Щетинин А. И., Остроущенко Н. Г., Коннов В. Н., Марченко Ю. Г., Михайлов В. К., Михайлов Андрей Владимирович, Минабутдинов А. С.

Системы аэрации большой мощности

Аннотация

Приведены конструктивные характеристики аэраторов большой мощности производства Группы компаний «Экополимер». По сравнению с другими аппаратами аэраторы «Экополимер» имеют наибольшую пропускную способность по расходу воздуха, при этом их массообменные характеристики остаются на высоком уровне. Описан уникальный новаторский торообразный аэратор АКВА-ТОР, который заменяет три стандартных 12-дюймовых мембранных аэратора. Мембранный вариант аэратора АКВА-ТОР разработан компанией «Экополимер» совместно с НПП «Патфил». Аэраторы «Экополимер» различных модификаций – высокоэффективные, надежные, имеют длительный срок эксплуатации, работают в аэротенках любых конструкций и в сточных водах любого состава.

Ключевые слова

аэротенк , аэратор , расход воздуха , массообменные характеристики , полиэтиленовые трубы , диспергирующие элементы

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Разработчики первых конструкций аэраторов, в дальнейшем получивших название «Экополимер», с самого начала стремились создать устройство большой мощности, позволяющее подавать в систему значительные расходы воздуха при высоких массообменных характеристиках.

Первым таким аэратором была модель АКВА-ПРО [1]. В состав аэратора с двухслойным диспергирующим покрытием входит профилированный каркас с резьбой на концах. Внутренний слой диспергирующего покрытия и наружная поверхность ребер и углублений опорной трубы образуют продольные каналы. В каждом продольном канале в полости опорной трубы имеются радиальные отверстия. Каркас изготавливается по технологии, разработанной специалистами компании «Экополимер». Не имеющая аналогов технология гарантирует соблюдение размеров и формы профиля каркаса.

Такая конструкция позволяет изменять гидравлические и массообменные характеристики аэраторов. В последующем основные конструктивные решения остались неизменными, а развитие шло в направлении создания аэраторов, имеющих стабильную характеристику эффективности переноса кислорода в широком диапазоне расходов подаваемого воздуха.

Аэраторы АКВА-ПРО-М (рис. 1) отличаются от базовой модели рядом конструктивных и технических характеристик [2]: изменен профиль поперечного сечения каркаса – воздушные полости калиброваны и имеют больший объем, благодаря чему повышена пылеемкость аэратора, что увеличивает срок его фактической эксплуатации; технология нанесения наружного слоя диспергатора дополнена операцией термомеханического уплотнения, в связи с чем улучшились массообменные характеристики аэраторов. Кроме того внесен ряд усовершенствований, направленных на повышение надежности аэраторов, упрощение монтажа и эксплуатации аэрационных систем. В настоящее время вместо аэраторов одного диаметра производится широкий типоразмерный ряд, позволяющий оптимально подбирать систему аэрации с учетом конкретных параметров очистных сооружений. Массообменные характеристики, соответствующие мировому уровню, подтверждены независимыми испытаниями зарубежных специалистов (Германии, Швеции, Китая, Южной Кореи).

Одним из основных достоинств разработанного устройства является простота реконструкции аэрационных систем из фильтросных каналов. Такими системами были оснащены практически все сооружения биологической очистки в России. Особенность фильтросных каналов заключается в большой пропускной способности по воздуху, которую не могли обеспечить аэраторы других типов при сравнимых затратах на реконструкцию. Именно это обстоятельство позволило аэраторам «Экополимер» быстро завоевать популярность у представителей Водоканалов.

Следующей разработкой стала модель АКВА-ЛАЙН [3]. Фактически это упрощенная модификация аэратора АКВА-ПРО с каркасом из гладкой полиэтиленовой трубы. Первоначально эти аэраторы уступали исходной модели по надежности, но имели более высокие массообменные характеристики. Однако в результате последующих конструктивных усовершенствований эти аэраторы сравнялись по всем основным параметрам. Дополнительным достоинством усовершенствованной модели АКВА-ЛАЙН-М является разборная конструкция, которая позволяет в случае необходимости заменять диспергирующую оболочку (рис. 2). По своей пропускной способности аэраторы обеих моделей практически равнозначны.

Для определения возможных границ применимости аэраторов АКВА-ЛАЙН были проведены исследования гидравлических характеристик аэраторов с диспергирующими элементами разной плотности при нереально больших расходах воздуха – 50 и 100 м³/(ч·м). Аэраторы успешно прошли испытания, при этом для диспергаторов низкой плотности потери напора составляли всего 100–150 мм вод. ст., а для высокой плотности – 2000–3000 мм вод. ст. Возможность управлять пропускной способностью аэраторов за счет регулирования плотности оболочки оказалась необходимым условием при поставке аэраторов в г. Мемфис (США, штат Колумбия) для использования в колонных аппаратах глубиной 12 м при расходе воздуха 43 м³/(ч·м).

В 2000 г. на международной выставке «ЭКВАТЭК» НПФ «Экополимер» анонсировала принципиально новый аэратор АКВА-ТОР из пористого полиэтилена [4]. Аэратор вызвал повышенный интерес у посетителей и участников выставки. Профессионалы сразу оценили большие возможности, заложенные в конструкцию этого устройства. Конструкция аэратора возникла как закономерное следствие результатов многолетних экспериментальных и теоретических исследований «Экополимер» по влиянию различных факторов на массообмен.

АКВА-ТОР представляет собой аэрирующий модуль с кольцеобразным диспергатором, имеющим центральное отверстие для прохода воды. Кольцеобразная конфигурация диспергатора позволяет воде вместе с находящимся на дне аэротенка илом подниматься сквозь центральное отверстие (эрлифтный эффект). При этом предотвращается залегание ила под аэратором: ил попадает в водовоздушный факел над диспергатором, что способствует турбулизации потока на границе «вода – иловый хлопок» и тем самым ускорению процессов очистки воды. Вторым следствием наличия отверстия для прохода воды внутри кольцевого аэратора является изменение структуры водовоздушного факела, который сжимается в значительно меньшей степени, чем у тарельчатых аэраторов [5]. Вследствие этого коалесценция воздушных пузырьков существенно ослабевает, коэффициент массопередачи возрастает. Экспериментально доказано, что при перекрытии центрального отверстия перегородкой коэффициент массопередачи снижается на 15–20%. Такой эффект наблюдался в самых разных конструкциях диспергатора из различных материалов.

Оптимизация конструкции и размеров привела к тому, что аэратор АКВА-ТОР имеет не только высокие массообменные характеристики, но и является эффективным перемешивающим устройством. Это позволяет использовать небольшое количество аэраторов в тех случаях, когда процесс лимитируется минимальной эффективностью аэрации. Первый опыт эксплуатации аэраторов АКВА-ТОР в Харькове подтвердил его достоинства [6]. В то же время был выявлен и недостаток: сложность изготовления из пористого полиэтилена и как следствие этого, высокая себестоимость.

Этих недостатков лишена конструкция мембранного аэратора АКВА-ТОР-М, представляющего собой результат творческого объединения специалистов «Экополимер» и НПП «Патфил». Ранее НПП «Патфил» был разработан мембранный дисковый аэратор [7], принципиальной особенностью которого является использование резиновой перфорированной мембраны с оптимальным сочетанием упругих и прочностных характеристик. Для равномерного распределения воздуха по всей поверхности аэратора мембрана выполняется профильной, с увеличением толщины материала от периферии к центру. Расположение щелей в мембране под углом 5–10 к поверхности обеспечивает плотное схлопывание пор при отключении подачи воздуха, что предотвращает попадание сточной воды в воздуховод и позволяет эксплуатировать аэраторы как в непрерывном, так и в периодическом режиме аэрации.

В результате испытаний, проведенных нпф «Экополимер» на сертифицированной установке [8], выявлена зависимость массообменных характеристик аэраторов АКВА-ПЛАСТ от характера предварительной обработки поверхности их мембраны. Корректировка технологии изготовления по результатам исследований позволила существенно улучшить массообменные характеристики аэраторов и расширить область их внедрения. В дальнейшем конструкция модифицированной модели АКВА-ПЛАСТ-М была еще более усовершенствована.

Опыт, приобретенный при модернизации дискового мембранного аэратора, был использован при создании модели АКВА-ТОР-М (рис. 3).

В 2001–2002 годах на сертифицированной установке «Экополимер» были проведены обширные экспериментальные исследования массообменных характеристик аэраторов АКВА-ТОР-М. В результате испытаний определены оптимальные соотношения внешнего и внутреннего диаметров тора, длины щелей перфорации мембраны, а также материала мембраны. Это позволило повысить величину передачи кислорода еще на 7–9%.

В результате был создан уникальный сверхмощный аэратор [9], который заменяет три стандартных 12-дюймовых мембранных аэратора. Удельные экономические характеристики (перенос кислорода на один агрегат) таковы, что делают этот аэратор особенно выгодным для применения на крупных станциях биологической очистки. Впоследствии конструкция аэратора была усовершенствована с целью улучшения параметров надежности и степени переноса кислорода [10; 11].

В 2004 г. специалистами МГУП «Мосводоканал» были проведены промышленные испытания системы аэрации АКВА-ТОР-М и стандартных дисковых аэраторов зарубежных поставщиков. В этом техническом конкурсе аэраторы АКВА-ТОР-М признаны лучшими, и в 2005 г. компании «Экополимер» были переданы на реконструкцию аэротенки двух московских очистных сооружений – Курьяновских и Люберецких (рис. 4).

В таблице приведена сравнительная характеристика пневматических аэраторов разных типов. Аэраторы «Экополимер» – высокоэффективные, надежные, имеют длительный срок эксплуатации, работают в аэротенках любых конструкций и на сточных водах любого состава.

Группа компаний «Экополимер» разработала ряд уникальных по производительности аэраторов, которые обеспечивают потребности предприятий в оборудовании для насыщения сточных вод кислородом, а также для организации зон перемешивания (пневмоперемешиватели АКВА-МИКС [12]).

Список цитируемой литературы

1. Пат. 1803391, РФ. Трубчатый аэратор / Галич Р. А., Мешенгиссер Ю. М., Коннов В. Н. и др. // Открытия. Изобретения. 1993. № 11.
2. Пат. 2067084, РФ. Аэрирующее устройство / Галич Р. А., Мешенгиссер Ю. М. // Изобретения. Полезные модели. 1995. № 27.
3. Pat. 5868972, US. A device for the saturation of liquids with gases / Galich R. A., Meshengisser J. M., Marchenko J. G., et al. // US Patent Publication. Published on 09-Feb-1999.
4. Пат. 2134662, РФ. Аэрирующее устройство / Мешенгиссер Ю. М., Галич Р. А., Марченко Ю. Г. и др. // Изобретения. Полезные модели. 1999. № 23.
5. Мешенгиссер Ю. М. Теоретическое обоснование и разработка новых полимерных аэраторов для биологической очистки сточных вод: Автореф. дисс. … доктора техн. наук. – М., 2005.
6. Мешенгиссер Ю. М., Марченко Ю. Г., Чернуха В. А. Аэраторы АКВА-ТОР и комбинированные системы аэрации // Водоснабжение и сан. техника. 2000. № 6.
7. Пат. 2211189, РФ. Дисковый аэратор / Михайлов В. К., Минабутдинов А. С., Михайлов А. В. и др. // Изобретения. Полезные модели. 2003. № 24.
8. Мешенгиссер Ю. М., Марченко Ю. Г., Лось В. Ю., Михайлов В. К. Методика испытаний и массообменные характеристики аэраторов АКВА-ПЛАСТ // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 5, ч. 1.
9. Пат. 2220917, РФ. Система аэрации / Мешенгиссер Ю. М., Галич Р. А., Марченко Ю. Г. и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. № 1.
10. Пат. 2334686, РФ. Аэратор / Мешенгиссер Ю. М., Галич Р. А., Илюхин О. В. // Изобретения. Полезные модели. 2008. № 27.
11. Пат. 2334688, РФ. Аэратор / Мешенгиссер Ю. М., Галич Р. А., Илюхин О. В., Шуликов А. С. // Изобретения. Полезные модели. 2008. № 27.
12. Мешенгиссер Ю. М., Щетинин А. И., Галич Р. А. Удаление азота и фосфора при ступенчатой денитрификации и пневматическом перемешивании // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 8.