Пример 2. Расчет системы аэрации сооружения

Исходные данные: аэротенк двухсекционный, двухкоридорный с 50%-ной регенерацией. Рабочая глубина аэротенка Н=3м, ширина коридора В=3м, длина коридора L=36м. Расход очищаемых сточных вод Q_at=370 м³/ч. Среднемесячная температура очищаемых сточных вод за летний период Т_w=18^о. БПК сточных вод, поступающих в аэротенк, L_en =188 мг/л; БПК очищенных сточных вод L_ex =15мг/л. Продолжительность пребывания смеси сточных вод и ила в системе «аэротенк-регенератор» t=3,44ч.

Задание: рассчитать систему аэрации сооружения.

Решение.

1.Определение удельного расхода воздуха для аэрации q_air (м³возд/м³ст.вод) выполняется по п.6.157 СНиП/1/:

q_air = q_o*(L_en–L_ex)/ [k₁*k₂*k_т*k₃*(C_a–C_o)] /24/

В формуле:

- q_o - удельный расход кислорода воздуха, мг на 1 мг снятой БПК; принимается по СНиП/1/ при очистке до БПК=15мг/л q_o=1,1;

- L_en, L_ex – БПК сточных вод до и после очистки в аэротенке соответственно;

- k₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора, принимается в зависимости от соотношения площади аэрируемой зоны (площади, покрытой аэраторами)f_az и площади аэротенка f_at по таблице 42 СНиП/1/. Для предварительного расчета можно принять f_az/f_at=0,2; тогда K₁=1.68;

- К₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэраторов h_a, принимается по таблице 43 СНиП/1/. Аэраторы размещаются примерно на 0,3 м выше дна аэротенка, значит h_a=Н-0,3=3–0,3=2,7м; тогда K₂=1,92;

- К_т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод, определяется по формуле: K_T=1+0.02(T_W-20^о)=1+0.02(18^о-20^о)=0.96, где T_w - среднемесячная температура воды за летний период, равная по заданию 18°С;

- К₃ - коэффициент качества воды, принимаемый для городских сточных вод равным 0,85;

- С_а - растворимость кислорода воздуха в воде, определяемая по формуле: С_а=(1+h_а/20,6)*С_т = (1+2,7/20,6)*9,4 = 10,6 мг/л. В формуле С_т - растворимость кислорода в воде принимается в зависимости от температуры воды и атмосферного давления по таблице 3:

 

Растворимость кислорода воздуха в чистой воде

при атмосферном давлении*:

Таблица 3*

t°воды
СТ, мг/л	12,8	11,3	10,8	10,3	9,8	9,4	9,0	8,7	8,3	8,0

*Таблица приведена по данным книги «Примеры расчетов канализационных сооружений» Ласков Ю. П., Воронов Ю. В., Калицун В. И. – М: Высшая школа, 1981г. с. 96.

- С_о - средняя концентрация кислорода в аэротенке; в предварительном расчете допускается принимать 2 мг/л; при необходимости уточняется

 

q_air=1,1*(188–15)/[1,68*1,92*0,96*0,85*(10,6–2)]=8,42 м³/м³

 

2. Определение интенсивности аэрации J_a (м³/м²*час):

J_a=q_air*H/t, /25/

где:

- Н - рабочая глубина аэротенка, Н=3м,

- t - продолжительность пребывания смеси сточных вод и ила в системе «аэротенк-регенератор», из расчета аэротенка t=3,44ч; (если аэротенк без регенератора, то t равно продолжительности аэрации: t=t_at)

J_a=8,42*3,0/3,44=7,34 м³/м²*час

 

Найденная интенсивность аэрации входит в допустимые пределы, обозначенные в таблицах 42 и 43 СНиП /1/: 5-20 м³/м²*час.

 

 

3. Определение требуемого расхода воздуха Q_air,м³/ч. С целью проверки правильности расчетов Q_air определяется двумя разными способами; результаты должны совпадать.

1) Q_air = J_a*f_at = 7,34*(3*2*36)*2 = 3170,88 м³/ч, /26/

где f_at - общая площадь двух секций аэротенка;

2) Q_air = q_air*Q_at = 8,42*370 = 3115,4 м³/ч, /27/

где Q_at-расход очищаемых сточных вод, по заданию Q_at=370 м³/ч.

Принимаем Q_air=3171 м³/ч.

 

 

4. Площадь аэрируемой зоны:

f_az = 0,2*f_at = 0,2*(3*2*36)*2 = 86,4 м².

 

Принимаются аэраторы АР-300М серии «Аква-Пласт». Необходимое количество аэраторов k(шт):

k = f_az/F_air = 86,4/0,07 = 1234(шт)

где F_air - площадь одного аэратора, F_air=π ^. d²/4=3,14*(0,3)²/4=0,07 м²;

 

Расход воздуха через один аэратор составит:

J_air = Q_air/k = 3171/1234 = 2,57 м³/час,

что не входит в допустимый диапазон 3-7 м³/час.

Если J_air не входит в допустимые пределы, то необходимо изменить соотношение f_az/f_at и все пересчитать заново; соотношение f_az/f_at не должно быть меньше 0,1. Принимается f_az/f_at=0,15; тогда K₁=1.58; q_air=8,93 м³/м³; J_a=7,78 м³/м²*час; Q_air=3362 м³/ч, f_az=0,15*f_at=0,15*(3*2*36)*2 = 64,8 м²; k=926(шт); J_air=3,63м³/час, что входит в допустимый диапазон 3-7 м³/час.

В соответствии с требованием СНиП/1/ число аэраторов в регенераторе и на первой половине длины зоны аэрации (в пересчете на единицу длины сооружения) принимается вдвое больше, чем на второй половине длины зоны аэрации.

5. Далее выполняется пневматический расчет системы аэрации и выбираются воздуходувки.

5.1. Сначала вычерчивается план аэротенка с системой воздуховодов и воздушных стояков, а затем - расчетная аксонометрическая схема воздуховодов.

5.2.Выполняется пневматический расчет системы. Система представляет собой напорную тупиковую сеть. Необходимо определить расчетные расходы по участкам, подобрать диаметры участков, определить потери давления при подаче воздуха от воздуходувок до воды в аэротенке. Подробный пример расчета воздуховодов, расчетные таблицы, рекомендуемые параметры работы системы, марки воздуходувок и параметры их работы приводятся в справочнике «Канализация населенных мест и промышленных предприятий» под редакцией В.Н.Самохина, Стройиздат, 1981г.

В курсовом проекте полный пневматический расчет (пункты 5.1 и 5.2) выполнять не требуется, но выбрать воздуходувки необходимо (см. п.5.3).

5.3. Определение требуемого давления воздуходувки Р(мПа) производится по формуле:

P = P_атм + DP + P_at, /28/

где:

· P_атм – величина атмосферного давления, P_атм = 0,1 мПа,

· DP – потери давления в системе:

DP = DP_l + DP_мс+ DP_air /29/

В формуле:

- (DP_l+DP_мс)- сумма потерь давления по длине и в местных сопротивлениях; рекомендуется диаметры воздуховодов подбирать так, чтобы сумма потерь(DP_l+DP_мс) составляла 0,003-0,0035 мПа,

- DP_air – потери в аэраторах, принимаются по таблице №; для аэратора АР-300М серии «Аква-Пласт» DP_air = 0,0015-0,003 мПа;

 

· P_at – давление слоя воды в аэротенке:

P_at=r*g*h_а, /30/

где:

- r – плотность воды, r=1000 кг/м³,

- g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/сек²,

- h_{а –} глубина погружения аэратора, h_а = 2,7 м;

P_at = 1000*9,8*2,7 = 26460 Па = 0,0265 мПа.

 

Тогда требуемое давление воздуходувки Р(мПа), по формуле /28/, составит: P=0,1+0,0035+0,003+0,0265=0,133 МПа.

По требуемому давлению P=0,133 МПа и по расходу воздуха Q_air = 3171 м³/час подбираем турбовоздуходувку ТВ-50-1,6 (один рабочий и один резервный агрегат).

Технические характеристики воздуходувок

Таблица 4

Тип	Производительность, тыс.м3/час	Давление, мПа	Мощность двигателя, кВт
ТВ-42-1,4	2,5	0,14
ТВ-50-1,6	3,6	0,16
ТВ-50-1,9	3,6	0,195
ТВ-80-1,4		0,142
ТВ-80-1,6		0,163
ТВ-80-1,8		0,177
ТВ-175-1,6		0,163
ТВ-200-1,4		0,14
ТВ-300-1,6		0,16