SU1082776A1

SU1082776A1 - Apparatus for aerating effluents

Info

Publication number: SU1082776A1
Application number: SU823482442A
Authority: SU
Inventors: Валерий Геннадьевич Плаксин; Александр Валерьянович Говорков; Александр Владимирович Путилов; Михаил Абрамович Зайденберг; Игорь Вениаминович Пименов; Вильян Михайлович Кагасов; Николай Васильевич Браун; Анатолий Михайлович Денисов; Виктор Николаевич Пушкарев
Original assignee: Восточный научно-исследовательский углехимический институт
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1984-03-30

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащее емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направл ющие трубы с .барботерако, соединенными с системой подачи воздуха низкого давлени , отличающеес тем, что, с целью повьпоени эффективности аэрации путем увеличени придонных скоростей и обеспечени взаимодействи соседних восход щих газожидкостных потоков, трубы сгруппированы в пакеты от 2 до 6 в каждом и верхние их кромки расположены под уровнем очищаемой жидкости в емкости, при этом вертикальные оси труб раз (П мещены на одной линии или образуют осесимметричные фигуры и рассто ние между ними равно 1-5 диаметрам труб..A DEVICE FOR AERATION OF WASTE WATER, containing a container and vertically installed guide pipes open at both ends with a barbershop connected to a low pressure air supply system, characterized in that in order to improve the efficiency of aeration by increasing the bottom velocities and ensuring the interaction of adjacent ascending gas-liquid flows, the pipes are grouped into packages from 2 to 6 in each, and their upper edges are located below the level of the liquid being cleaned in the tank, while the vertical axes of the pipes p s (n mescheny aligned axisymmetric shape or form and the distance between them is 1-5 pipe diameters ..

Description

Изобретение относитс к системам аэрации сточных вод в емкост х биол гической очистки, а также к переме .шивающим жидкость устройствам в емкост х больших объемов и может быть использовано в коксохимической, химической , нефтехимической, микробиологической и других отрасл х про мьшшенности, а также в коммунальном И рыборазвод щем хоз йствах. Известно устройство дл аэрации сточных вод, содержащее емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направл ющие трубы с барботерами, соединенными с системой подачи воЗДуха низкого дав лени . Нижние концы труб расположены на небольшом рассто нии от дна, верхние - несколько вьше уровн жидкости. Трубы выполнены из полимерного материала. В качестве примера приводитс бассейн объемом 1300 м% в котором установлено 136 труб. Уровень воды в бассейне 4м. Трубы равномерно расположены напло щади 325 м% рассто ние между труба составл ет 1,75 м. Диаметр труб рав 0,25 м, т.е. трубы расположены одна от другой на рассто нии 7 диаметров труб. Расход воздуха на одну трубу составл ет 55,1 нм/ч . Недостатком данного устройства вл етс низка величина скорости жидкости в придонной части емкости, обусловленна равномерным расположе нием труб по площади емкости на зна чительном удалении одна от другой (около 7 диаметров). Указанное расположение труб, как правило, не обеспечивает необходимую величину придонной скорости жидкости в емкости - 0,25-0,3 м/с. Кроме того, больша высота труб, выступающих над уровнем жидкости, нар ду с их значительной, удалённостью друг от друга исключает воз-можность взаимодействи восход вдах газожидкостных потоков от отдельных труб при их подъеме в слое жидкости что снижает эффективность работы устройства. Цель изобретени - повышение эфф тивности аэрации путем увеличени п донных скоростей воды и обеспечени взаимодействи соседних восход щих газожидкостных потоков. Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве, содержащем емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направл ющие трубы с б.арботерами, соединенньо4И с системой подачи воздуха низкого давлени , трубы сгруппированы в пакеты от 2 до 6 в каждом и верхние их кромки расположены под уровнем очищаемой жидкости в емкости , при этом вертикальные оси труб размещены на одной линии или образуют осесимметричные фигуры и рассто ние между ними равно 1-5 диаметрам труб. При высоте труб, меньшей уровн жидкости в емкости, расположение их пакетами (группами) на близком рассто нии друг от друга приводит к тому , что возникает интенсивный приток жидкости к месту установки пакета аэраторов,т.е. увеличиваютс придонные скорости жидкости, при этом взаимодействие (наложение) восход щих от соседних труб газожидкостных потоков обеспечивает высокийуровень турбулентности в объеме жидкости над пакетом , привод щий к дроблению газовых пузырей, благодар чему увеличиваетс эффективность процесса аэрации . Эффективность растворени кислорода тем выше, чем больше поверхность контакта газа с жидкостью. Барботер продуцирует пузыри большого диаметра, обычно 20-30 мм. Уменьшить диаметр газовых пузырей, дл развити поверхности контакта фаз, можно за счет уменьшени диаметра отверстий барботера, но отверсти диаметром менее 5 мм быстро засор ютс при работе аэратора в сточной воде. Кроме того, даже мелкие газовые пузыри,поднима сь к поверхности жидкости,коалесцируют уже на рассто нии 1 м от барботера,что приводит к сокращению поверхности контакта фаз. Более эффективного развити поверхности межфазного контакта мож но добитьс путем дроблени газових пузырей за. счет взаимодействи поднимающихс газожидкостных факелов от соседних труб, вход щих в устройство. Угол расширени газожидкостного факела над трубой составл ет 15-25, отсюда можно одределить рассто ние между трубами, обеспечивающее взаимное перекрывание газожндкостных факелов на 30-70% их высоты в слое жидкости.The invention relates to wastewater aeration systems in biological treatment tanks, as well as to bridging liquid devices in large volume tanks and can be used in coke-chemical, chemical, petrochemical, microbiological and other industries, as well as in municipal And fish farming enterprises. A device for aerating sewage is known, which contains a container and guide pipes open at both ends vertically installed therein with bubblers connected to a low-pressure air supply system. The lower ends of the pipes are located a short distance from the bottom, the upper ones are slightly higher than the liquid level. Pipes are made of polymeric material. As an example, a basin of 1300 m% is given in which 136 pipes are installed. The water level in the pool is 4m. The pipes are evenly distributed with an overlap of 325 m%. The distance between the pipe is 1.75 m. The diameter of the pipes is 0.25 m, i.e. the pipes are spaced from each other at a distance of 7 pipe diameters. The air flow rate per pipe is 55.1 nm / h. The disadvantage of this device is the low value of the velocity of the liquid in the bottom part of the tank, due to the uniform arrangement of the pipes over the tank area at a considerable distance from one another (about 7 diameters). The specified location of the pipes, as a rule, does not provide the necessary value of the bottom velocity of the liquid in the tank - 0.25-0.3 m / s. In addition, the high height of the tubes protruding above the liquid level, along with their considerable distance from each other, excludes the possibility of interaction between the rise in the pressure of the gas-liquid flows from the individual tubes when they rise in the fluid layer, which reduces the efficiency of the device. The purpose of the invention is to increase the aeration efficiency by increasing the p bottom velocities of water and ensuring the interaction of adjacent upward gas-liquid flows. This goal is achieved by the fact that in the device containing the container and the guide tubes open at both ends vertically installed in it with B.Arboths are connected to the low-pressure air supply system, the tubes are grouped into packages from 2 to 6 each and their upper edges They are located below the level of the liquid to be cleaned in the tank, while the vertical axes of the pipes are placed on the same line or form axisymmetric figures and the distance between them is 1–5 diameters of pipes. When the height of the pipes is lower than the level of the liquid in the tank, the arrangement of their packages (groups) at a close distance from each other leads to the fact that there is an intense influx of liquid to the installation site of the package of aerators, i.e. the bottom velocities of the fluid increase, and the interaction (superposition) of gas-liquid flows ascending from adjacent pipes provides a high level of turbulence in the volume of liquid above the package, leading to fragmentation of gas bubbles, thereby increasing the efficiency of the aeration process. The efficiency of oxygen dissolution is higher, the greater the surface contact of the gas with the liquid. The bubbler produces large diameter bubbles, usually 20-30 mm. The diameter of gas bubbles can be reduced, in order to develop a phase contact surface, by reducing the diameter of the bubbler holes, but holes with a diameter of less than 5 mm will quickly become clogged when the aerator is working in the waste water. In addition, even small gas bubbles, rising to the surface of the liquid, coalesce already at a distance of 1 m from the bubbler, which leads to a reduction in the contact surface of the phases. A more efficient development of the interfacial contact surface can be achieved by crushing gas bubbles for. an account of the interaction of the rising gas-liquid plumes from adjacent pipes entering the device. The angle of expansion of the gas-liquid plume above the pipe is 15-25, hence the distance between the pipes can be determined, ensuring the mutual overlapping of the gas-plume plumes at 30-70% of their height in the fluid layer.

Таким образом, при работе устройства образуетс зона взаимодействи газожидкостных факелов, где высокий ,уровень турбулентности приводит к интенсивному дроблению газовьпс пузырей вследствие высоких скоростей движени газожидкостной смеси, достигающих 2-2,5 м/с. В работе пакет подсасывает большое количество жидкости из придонной части емкости, обеспечива контакт этой жедкости с воздухом.Thus, during the operation of the device, a zone of interaction of gas-liquid flames is formed, where a high level of turbulence leads to intense fragmentation of gas bubbles due to high velocities of the gas-liquid mixture, reaching 2-2.5 m / s. In operation, the bag draws a large amount of liquid from the bottom of the tank, ensuring that this sting is in contact with air.

Скорость жидкости в придонном слое определ етс интенсивностью подсоса ее в аэрирующие трубы, т.е. производительностью последних по циркулирующей жидкости, и уменьшаетс по мере удалени от оси труб.The velocity of the fluid in the bottom layer is determined by the intensity of its suction into the aeration tubes, i.e. the capacity of the latter to the circulating fluid, and decreases with increasing distance from the pipe axis.

Например, дл трубы диаметром 500 мм и высотой 700 мм при расходе воздуха в нее около 100 HMV4 придонна скорость жидкости уже на рассто нии 1,5 м от центра трубы менее 0,3 м/с, т.е. недостаточна дл поддержани активного ила ьо взвешенном состо нии. Залегание активного ила снижает эффективность процесса окислени загр знений в сточных водах.For example, for a pipe with a diameter of 500 mm and a height of 700 mm with an air flow rate of about 100 HMV4 into it, the bottom velocity of the fluid is already at a distance of 1.5 m from the center of the pipe less than 0.3 m / s, i.e. insufficient to maintain active sludge suspended state. The deposition of activated sludge reduces the efficiency of the process of oxidizing soils in the wastewater.

При группировке эрлифтных труб в пакеты пол придонных скоростей жидкости , создаваемые отдельными эрлифтиь ш трубами, накладываютс , по вл ютс зоны повышенных скоростей, в результате чего исключаетс залегаиие активного ила и на значительном рассто нии от эрлифтной трубы. В частности, при компоновке указанных аэраторов в пакет из трех труб придонна скорость жидкости достаточна дл поддержани активного ила во взвшенном состо нии на рассто нии более 3 м от центра каждой из труб, вход щих в пакет, т.е. практически в зоне действи соседнего пакета. В результате повышаетс производительность емкости по окисл емым загр знени м и эффективность очистки сточных водWhen the airlift pipes are grouped into the floor packages of the bottom velocity of the fluid, created by separate air-lift pipes, superimposed, high velocity zones appear, resulting in the occurrence of active sludge and a considerable distance from the air-lift pipe. In particular, when arranging said aerators in a package of three tubes, the bottom velocity of the liquid is sufficient to maintain the activated sludge in a raised state at a distance of more than 3 m from the center of each of the tubes included in the bag, i.e. practically within the range of the neighboring packet. As a result, the capacity of an oxidizable soil and the efficiency of wastewater treatment are improved.

; На основании экспериментально установленных зависимостей предлагаетс использовать следующие соотношени дл определени :; Based on the experimentally established dependencies, it is proposed to use the following relationships to determine:

числа пакетов аэраторов в емкостиthe number of packages aerators in the tank

УУ Woo

пk-3600pk-3600

Т иаметра труб d 6,5. T pipe diameter d 6.5.

высоты труб с целью обеспечени наиболее высокой степени использовани кислорода воздухаpipe heights to ensure the highest degree of oxygen utilization

h 0,33 + 0,17 Н,h 0.33 + 0.17 N,

дл обеспечени заданной кратности циркул ции жидкости в емкостиto provide a predetermined frequency of fluid circulation in the tank

KU,.VKU .V

ь s

«.k .-8т.б ".K.-8t.b

где п - число пакетов аэраторов в емкости, шт.;where p is the number of packages of aerators in the tank, pieces;

k - число труб в пакете, шт.;k - the number of tubes in the package, pieces;

V - объем жидкости в емкости, мV is the volume of liquid in the tank, m

tf - необходимый процент растворени кислорода воздуха в жидкости при аэрации (КПД устройства,его эффективность ), %;tf is the required percentage of air oxygen dissolution in the liquid during aeration (efficiency of the device, its efficiency),%;

d - диаметр труб, вход щих в пакет, м;d is the diameter of the pipes included in the package, m;

q - расход воздуха, подаваемого в одну трубу, нмУч;q is the flow rate of air supplied to one pipe, nmUch;

h - высота труб, м;h - pipe height, m;

Н - высота сло жидкости в емкости , м;H - the height of the liquid layer in the tank, m;

kU,- кратность циркул ции объем жидкости в емкости, проход щей через трубы, ч.kU, is the circulation ratio, the volume of liquid in the tank passing through the pipes, h.

На фиг. 1 изображен элемент устройства (пакет) из двух труб, вид в аксонометрии; на фиГ. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - элемент устройства (пакет) из трех труб продольньй разрез; на фиг. 4 - то же, вид в плане; на фиг. 5 - то же, вид в аксонометрии; на фиг. 6 - то же, вид в плане, на фиг. 7 - то же, фронтальный вид; на фиг. 8 - устрой ство с трем пакетами труб, каждый из которых состоит из трех труб, вид в планер на фиг. 9 - устройство с четырьм пакетами труб, каждый из которых состоит из четырех труб, вид в плане; на фиг. 10 - устройство с четьфьм пакетами труб, каждый из которых сгруппирован из п ти труб, вид в плане; на фиг. 11 - устройство с четырьм пакетами, из шести труб калщый, вид в плане.FIG. 1 shows an element of the device (package) of two pipes, a perspective view; on fig 2 - the same, longitudinal section; in fig. 3 - an element of the device (package) of three pipes longitudinal section; in fig. 4 - the same plan view; in fig. 5 - the same, perspective view; in fig. 6 - the same, plan view, in FIG. 7 - the same, frontal view; in fig. 8 shows a device with three packages of pipes, each of which consists of three pipes, the type in a glider of FIG. 9 is a device with four packages of pipes, each of which consists of four pipes, is a plan view; in fig. 10 is a device with four packs of tubes, each of which is grouped of five tubes, a plan view; in fig. 11 - the device with four packages, out of six tubes, is a plan view.

Устройство дл аэрации сточных вод в емкост х (фиг. 6 и 7) состоит из открытых с обоих концов трубA device for aeration of wastewater in tanks (Fig. 6 and 7) consists of open at both ends of the pipes

1, установленных ниже уровн жидкости . В нижней части труб или непосредственно под трубами установены барботеры 2, выполненные, например , в виде двух параллельных 5 горизонтальных труб с отверсти ми верхней части. Барботеры 2 соединены с системой 3 подачи воздуха низкого давлени через распределиель 4 воздуха, выполненньй в виде трубы большего диаметра. Трубы 1 естко соединены между собой ст жками 5.1, set below the fluid level. In the lower part of the pipes or directly under the pipes, bubblers 2 are installed, made, for example, in the form of two parallel 5 horizontal pipes with openings in the upper part. The bubblers 2 are connected to a low pressure air supply system 3 through an air distribution 4, made in the form of a pipe of larger diameter. Pipes 1 are strictly interconnected by clamps 5.

Дл равномерного распределени воздуха по барботерам различных труб барботеры 2 должны располагатьс в одной горизонтальной плоскости. С этой целью устройство снабжено трем perулйруйщимис по высоте сто йками 6, состо щими7 например, из нажимного болта 7 и подвижной стойки 8, установленной в направл ющей 9.In order to evenly distribute the air over the bubblers of the various pipes, the bubblers 2 should be located in the same horizontal plane. For this purpose, the device is provided with three peruvially tall stations 6, 7 consisting, for example, of a pressure bolt 7 and a movable rack 8 installed in guide 9.

Рассто ние между ос ми соседних труб в пакете составл ет от 1 до 5 иаметров труб. Рассто ние между трубами выбираетс в зависимости от высоты уровн жидкости в емкости. л уровн жидкости до 2 м рассто ние между трубами принимаетс рав- 30 ным 2 диaмeтpaм при 4 м - 3 диаметрам , при 6 м - 4 диаметрам и т.д.The distance between the axes of adjacent pipes in the package is from 1 to 5 pipe diameters. The distance between the pipes is selected depending on the height of the liquid level in the tank. l liquid level up to 2 m, the distance between the pipes is 30 m 2 diameters at 4 m - 3 diameters, at 6 m - 4 diameters, etc.

Трубы, вход щие в устройство, могут быть вьшолнены различными по высоте и диаметру. В этом случае 35 рассто ние мелиу трубами выбираетс по среднему диаметру их.Pipes included in the device can be made different in height and diameter. In this case, 35 the distance of the meliu pipes is chosen according to their average diameter.

Устройство легко и точно собираетс на простом приспособлении кондукторе .40The device is easily and precisely assembled on a simple device .40 conductor

Трубы, вход щие в устройство, могут быть изготовлены из различного материала, например стали, бетона , пластмассы, керамики и др.Pipes included in the device can be made of various materials, for example steel, concrete, plastic, ceramics, etc.

Устройство дл аэрации сточных 45 вод в емкости работает следующим образом.A device for aeration of wastewater 45 in the tank works as follows.

Воздух низкого давлени до 1 ати поступает по воздуховоду систек а 3 и распределителю 4 в барботеры 2, вы-50 ходит через отверсти барботеров в виде пузырей, диаметр которых, как правило, в 5-10 раз больше диаметра отверстий, и поднимаетс к поверхности жидкости, образу над 55 трубой расшир ющийс газожидкостный факел.Low pressure air up to 1 bar is supplied through the ductwork of the system 3 and the distributor 4 to the bubblers 2, you go through the holes of the bubblers in the form of bubbles, the diameter of which is usually 5-10 times larger than the diameter of the holes and rises to the surface of the liquid forming an expanding gas-liquid plume over 55 tubes.

За счет разности плотностей жидкости в емкости и газожидкостной смеси в трубе в нижнюю часть трубы подсасываетс жидкость, вовлекаема газом в спутное движение к поверхнЪсти . Во врем этого движени происходит контакт жидкости с газом и растворение кислорода воздуха в водеDue to the difference between the densities of the liquid in the tank and the gas-liquid mixture in the pipe, liquid is sucked into the lower part of the pipe, which is entrained by the gas in a tangled motion to the surface. During this movement, the liquid comes in contact with the gas and air oxygen dissolves in the water.

При размещении труб на небольшом рассто нии друг от друга группами ил пакетами газожидкостные фачелы соседних труб перекрьшаютс , что приводит к интенсивному дроблению газовых пузырей. В работе пакет подсасывает большое количество жидкости из придонной части емкости, чем достигаютс повьш1енные придонные скорости жидкости , достаточные дл поддержани активного ила во взвешенном состо нии на рассто нии более 3 м от центра каждой из труб, т.,е. в зоне действи соседнего пакета. В результате повьш1аетс эффективность очистки сточных вод. .When pipes are placed at a short distance from each other in groups or in batches, the gas-liquid fachels of adjacent pipes overlap, which leads to intensive fragmentation of gas bubbles. In operation, the bag draws a large amount of liquid from the bottom of the tank, which results in higher bottom velocity of the liquid, sufficient to keep the activated sludge suspended from a distance of more than 3 m from the center of each of the pipes, i. E. in the range of the neighboring packet. As a result, the effectiveness of wastewater treatment increases. .

При работе устройства с трубами различной высоты высокие трубы (3 м эффективны с точки зрени перемешива1 и . Они при равном расходе воздуха перекачивают большее количество воды (фиг. 5). Трубы малой высоты (1м) эффективны с точки зрени растворени кислорода (фиг. 4) и менее металлоемки.When the device is operated with pipes of different heights, tall pipes (3 m are effective from the point of view of mixing 1 and. They pump more water with equal air flow (Fig. 5). Pipes of low height (1 m) are effective from the point of view of oxygen dissolution (Fig. 4 ) and less bulky.

Сочетание высоких и низких труб в одном устройстве рекомендуетс использовать в численном отношении 1:1. Это позвол ет обеспечить высокую эффективность работы устройства и большую кратность циркул ции жидкости в емкости.The combination of high and low pipes in one device is recommended to be used in a 1: 1 ratio. This allows to ensure high efficiency of the device operation and greater frequency of fluid circulation in the tank.

Применение предлагаемого устройства позвол ет повысить величины придонных скоростей жидкости в емкости в среднем в 1,5 раза, а эффективность аэрации - в 1,2 - 1,3 раза.The application of the proposed device allows an increase in the values of the bottom velocities of the liquid in the tank by an average of 1.5 times, and the efficiency of aeration - by 1.2 - 1.3 times.

Технико-экономическа эффективность изобретени определ етс как повышением коэффициента использовани кислорода воздуха, что позвол ет уменьшить расход воздуха на аэрацию и, следовательно, расход электроэнергии на его компримирование и траспортировку , так и повьш1ением производительности очистных сооружений по окисл емьо4 загр знени м за счет лучшего перемешивани активного ила.The technical and economic efficiency of the invention is defined as an increase in the utilization rate of oxygen of the air, which allows to reduce the air consumption for aeration and, consequently, the energy consumption for its compression and transportation, as well as an increase in the productivity of the wastewater treatment plants by means of better mixing. active sludge.

(Риг,(Rig,

Фиг,3FIG 3

воздухair

Умвен мидкости $ efnrycmuUmven Mussels $ efnrycmu

((w((w

(Й.(Y.

5five

4/four/

иг. 9ig. 9

Claims

DEVICE FOR WASTE WATER AERATION, containing a tank and guide tubes vertically open at both ends with barboters connected to a low pressure air supply system, characterized in that, in order to increase aeration efficiency by increasing bottom velocities and ensuring the interaction of neighboring ascending gas-liquid flows, pipes are grouped into packages from 2 to 6 in each of their upper edges located below the level of the liquid to be cleaned in the tank, while the vertical axis of the pipes are placed on and axisymmetric figures form one line or the distance between them is equal to 1-5 pipe diameters.

FIG. 1