Очистка сточных вод: проектирование воздуходувок

Воздуходувки в основном используются на вторичном этапе обработки для создания пузырьков воздуха, которые облегчают два основных процесса: аэрацию и перемешивание.

Очистка сточных вод необходима в различных отраслях промышленности, от производства продуктов питания и напитков до текстильной промышленности. Она предоставляет пользователям средства для смягчения ущерба одному из наших самых ценных природных ресурсов. Вода, являясь важнейшим элементом, обеспечивает эффективный канал для отходов как в муниципальных, так и в промышленных условиях благодаря своим уникальным свойствам.

Целью очистки сточных вод является усиление естественных процессов и восстановление чистоты воды до желаемого уровня. В муниципальных условиях очищенные сточные воды сбрасываются обратно в естественные водоемы. Для промышленного применения после очистки вода может быть повторно использована на предприятии, подана в муниципальную систему сточных вод для дополнительной обработки или сброшена в естественные водоемы.

Очистка сточных вод обычно включает в себя два основных этапа: первичный и вторичный. Первичный этап функционирует как осветлитель, позволяя сточным водам разделяться, при этом жиры и масла поднимаются наверх, а твердые частицы оседают на дне. Затем вода поступает в аэротенк, чтобы начать вторичный этап. На этом этапе используются биологические процессы для дальнейшей очистки сточных вод. В некоторых случаях реализуется третичный этап, включающий дополнительную химическую очистку.

ИЗОБРАЖЕНИЕ 1: Использование пузырьков воздуха для аэрации и перемешивания

В ходе первой реакции кислород (O2) соединяется с азотом, образуя углекислый газ (CO2), аммиак и энергию, необходимую для размножения микроорганизмов. В ходе последующей реакции аммиак, микроорганизмы и кислород (O2) преобразуются в закись азота, воду и дополнительные микроорганизмы.

Отбирая образцы и применяя инженерный расчет на основе биологической потребности в кислороде, уровня аммиака и эффективности переноса кислорода, можно определить потребность системы в стандартных кубических футах в минуту (SCFM).

При рассмотрении SCFM помните, что это массовый расход, который будет меняться в зависимости от изменений температуры и давления окружающей среды. Например, горячий воздух содержит меньше кислорода на кубический фут, чем более холодный воздух. Это означает, что для расчета фактических расходов для продукта и применения эти расчеты должны, по крайней мере, учитывать высоту участка, а также самую высокую и самую низкую температуру окружающей среды.

Вторым фактором, который следует учитывать при выборе размера воздуходувки, является предполагаемое давление в системе. Если воздуходувка имеет номинал 17 фунтов на квадратный дюйм (psi), это указывает на максимальное противодавление в системе, которое может преодолеть воздуходувка. Эта способность зависит от мощности двигателя воздуходувки; как правило, чем мощнее двигатель, тем выше давление, которое можно подать в трубу.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ: Воздуходувка на самом деле не создает системное давление. В отличие от компрессора, который создает системное давление, воздуходувки создают поток. Давление возникает из-за противодавления в системе, на которое влияет статическое давление, связанное с глубиной резервуара, а также потери давления или трение от трубопроводов или диффузорных подушек.

Другим важным фактором является диапазон регулирования. Поскольку в очистке сточных вод обычно нет ничего в устойчивом состоянии, полагаться на один вентилятор с фиксированной скоростью для обеспечения постоянного потока воздуха не будет эффективно обслуживать очистные сооружения. В притоке есть пики и спады, и эффективно спроектированная система должна иметь возможность подстраиваться под эти изменения.

Стоимость энергии постоянно составляет наибольшую часть общей стоимости владения воздуходувками для очистки сточных вод. Чтобы добиться экономии энергии, воздуходувка должна регулировать свой поток в соответствии со спросом. Нередко можно увидеть соотношение максимального и минимального потока 10:1 или выше на очистных сооружениях сточных вод.

Очистные сооружения часто используют датчики растворенного кислорода в своих резервуарах для контроля уровня кислорода, который затем поступает обратно в систему управления. Эта система регулирует поток от воздуходувок для поддержания желаемого диапазона для роста бактерий.

Избыточность имеет важное значение

Уровни аэрации при очистке сточных вод обычно в пять-семь раз выше естественных уровней. Если бы уровень кислорода внезапно упал, микроорганизмы начали бы быстро погибать. Системам очистки сточных вод может потребоваться несколько дней или недель для восстановления баланса, поэтому операторы систем не могут позволить себе такой риск. Следовательно, системы очистки сточных вод обычно включают несколько воздуходувок для обеспечения избыточности, что позволяет процессу продолжаться непрерывно, даже если один воздуходув требует обслуживания или ремонта.

Операторы часто разделяют системы на несколько машин. Например, система «три плюс один» будет состоять из трех блоков, способных обрабатывать 1/3 максимального потока, плюс дополнительный резервный блок. Такая установка позволяет операторам регулировать поток для оптимизации эффективности системы, что приводит к экономии энергии и поддержанию избыточности за счет резервной машины. Такие системы часто требуют меньших инвестиций, чем одна машина, способная обрабатывать 100% потока, плюс резервный блок.

Кроме того, операторы часто используют балансировку нагрузки, когда контроллер или ручной подход используются для чередования ролей машин между основной, вторичной и резервной. Со временем это гарантирует, что все машины наработают одинаковое количество часов, что помогает в обслуживании и продлевает жизненный цикл.

Определение потребностей в оборудовании для очистки сточных вод может включать в себя множество переменных, а выбор подходящей установки может существенно повлиять на эффективность и результативность системы.