Поскольку энергия турбулентных пульсаций (диссипация энергии) имеет минимальное значение в ядре потока, возрастает при удалении от него, и достигает максимального значения в пристеночных областях потока, трубчатые гидродинамические устройства, в которых создаются потоки жидкости, имеющие большие значения окружных скоростей в пристеночных областях, должны позволить получить более тонкодисперсные водовоздушные смеси.

Были изучены два способа создания вращательно-поступательного движения жидкости: 1) закручивание потока за счет тангенциальной подачи жидкости в вихревую камеру через прямоугольную щель; 2) закручивание потока за счет подачи жидкости в камеру входа (соосно устанавливаемую на вихревой камере и имеющую больший диаметр) через тангенциально присоединенный к ней патрубок, имеющий диаметр, равный диаметру вихревой камеры.

отношение площади входного патрубка Fвп к площади тангенциальной щели Fтщ); № 2 с Кг1 = 5; № 3 с Кг1 = 7.

отношение диаметра камеры входа Dкв к диаметру вихревой камеры dвк); № 2 с Кг2 = 5; № 3 с Кг2 = 7.

Изучалось влияние параметров потока во входном патрубке (средняя скорость потока vвх и давление рвх) на параметры потока в вихревой камере: напор в пристеночной Нп и осевой Но областях, угол закрутки потока (.

, в соответствии с рекомендациями профессора С.С. Кутателадзе принимался равным углу, образующемуся на выходе из вихревой камеры линиями распыления с осью потока.

) При увеличении осевой скорости vос с 1 до 3 м/с разряжение в осевой области вихревых камер гидродинамических устройств с щелевым входом увеличивается в 2,1–2,4 раза; а в вихревых камерах гидродинамических устройств с камерой входа в 1,1–1,2 раза. При увеличении осевой скорости vос в вихревых камерах гидродинамических устройств с щелевым тангенциальным входом с 1 до 3 м/с, угол закрутки потока ( увеличивается с 16 до 39(, а в вихревых камерах гидродинамических устройств с камерой входа с 31 до 43(.

Проведенные исследования показали, что гидродинамические устройства с камерой входа позволяют достичь больших значений окружных скоростей vок в пристеночных областях вихревых камер, чем устройства с тангенциальным щелевым входом.

для гидродинамических устройств с камерой входа.

Экспериментальные исследования технологии диспергирования водовоздушной смеси, образующейся после высоконапорного газожидкостного эжектора, проводились с использованием гидродинамических устройств № 2 с тангенциальным щелевым входом и камерой входа. Вихревая камера (ствол электрогидродинамического устройства) (ЭГДУ) в обоих случаях имела общую длину 1 м и была разделена диэлектрическими муфтами на катодные и анодные участки. Диаметр вихревой камеры dвх = 20 мм. Коэффициент газосодержания водовоздушной смеси – отношение объема, занимаемого воздухом Wв, м3, к общему объему смеси Wс, м3, поддерживался на уровне ( = 0,4. Средняя осевая скорость движения водовоздушной смеси по стволу ЭГДУ поддерживалась на уровне vос = 1,4 м/с. К изолированным участкам ствола ЭГДУ от выпрямительного устройства подводился электропотенциал 12 В. Обработанная в ЭГДУ водовоздушная смесь пропускалась через две воздухоотделительные колонны. Из нисходящего потока водовоздушной смеси, проходящего первую воздухоотделительную колонну, имеющую диаметр 50 мм, отделялись пузырьки воздуха, имеющие диаметр более dп = 0,5·10–3 м, на второй воздухоотделительной колонне, имеющей диаметр 300 мм, отделялись пузырьки воздуха, имеющие диаметр более dп = 0,1·10–3 м.

При отсутствии поляризации ствола ЭГДУ в водовоздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым входом суммарный объем пузырьков диаметров менее 0,5?10–3 м составляет около 1%, а в устройстве с камерой входа около 3 % от общего объема водовоздушной смеси. Пузырьки диаметром менее 0,1?10–3 м на ЭГДУ без электрической поляризации ствола получить не удалось. Наложение электрического потенциала 12В на ствол ЭГДУ позволило существенно повысить степень дисперсности водовоздушной смеси. При положительной поляризации двух участков ствола ЭГДУ длиной 400 мм каждый суммарный объем пузырьков диаметром менее 0,1?10–3 м в водовоздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым входом составлял 3 %, а на выходе из устройства с камерой входа 5 % от общего объема водовоздушной смеси.

При отрицательной поляризации двух участков ствола ЭГДУ длиной 400 мм каждый суммарный объем пузырьков диаметром менее 0,1?10–3 м в водовоздушной смеси на выходе из устройства с тангенциальным щелевым входом составлял 5 %, а на выходе из устройства с камерой входа 9 % от общего объема водовоздушной смеси.

Проведенные исследования показали, что ЭГДУ с камерой входа и отрицательной поляризацией участков ствола, имеющих большую длину, является эффективным устройством, позволяющим получить тонкодисперсную водовоздушную смесь для флотационной очистки сточных вод.

В четвертой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований комбинированной системы аэрации аэротенков с перемешиванием аэрационного объема вихревым эрлифтным устройством. Рассматриваются теоретические основы процесса перемешивания жидкости эрлифтными устройствами. Анализируются характеристики эрлифтных устройств работающих в статическом режиме, при котором пузырьки воздуха всплывают в неподвижном слое жидкости и динамическом режиме, предусматривающим всплывание пузырьков в движущемся слое жидкости.

– отношение объемного расхода, проходящего через эрлифт газа Qг (м3/с), к расходу перекачиваемой через эрлифт жидкости Qж, м3/с.

В четвертой главе приводится вывод замкнутых систем уравнений, описывающих работу эрлифтного устройства в статическом и динамическом режимах. В результате экспериментальных исследований процесса работы перемешивающего эрлифтного устройства было установлено, что приведенная скорость движения жидкости vж и коэффициент газосодержания водовоздушной смеси ( могут быть определены по эмпирическим уравнениям:

Экспериментальные исследования процессов перемешивания и аэрации воды с использованием вихревого эрлифтного устройства проводились на установке, включающей в себя: компрессор, ротаметр, запорную арматуру, трубчатый аэратор «Аква-лайн», вихревое эрлифтное устройство, бак с водой.

Тангенциально присоединенные к стволу вихревого эрлифтного устройства (ВЭУ) выпускные патрубки обеспечивали создание вращательного движения жидкости. Окружные скорости потока жидкости в придонных слоях при приведенной скорости подачи газовой фазы в ствол эрлифта Jэ = 0,16 м/с имели значения vод = 0,05–0,11 м/с, скорость нисходящего потока жидкости в пристеночных областях достигала величины vнп = 0,14 м/с.

Определение зависимости величины объемного коэффициента массопередачи кислорода КLa от интенсивности аэрации производилось по стандартному методу переменного дефицита кислорода в воде.

Результаты экспериментальных исследований процесса массопередачи кислорода воздуха, представлены в виде графиков, изображенных на рис. 2.

 = 0,1. При подаче 10 % от общего расхода сжатого воздуха на ВЭУ и до 90% от общего расхода – на мелкопузырчатый аэратор, эффективность системы аэрации увеличивается в 1,6 раза.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям технологии предварительной обработки городских сточных вод в вихревых гидродинамических устройствах (ВГДУ). Приводится теоретическое обоснование метода предварительной обработки сточных вод в ВГДУ с целью интенсификации работы городских очистных сооружений.

Предложенная технология предусматривает утилизацию избыточной энергии потока сточных вод, перекачиваемых на городские очистные сооружения путем подачи их под остаточным напором в ВГДУ, устанавливаемое над камерой гашения напора. Технология предварительной обработки сточных вод позволяет реализовать следующие методы воздействия на дисперсные системы сточных вод:

1. Воздействие на сточные воды повышенной турбулентности, приводящее к ортокинетической коагуляции мелкодисперсных частиц и отмывке мелких минеральных частиц от налипших на них органических загрязнений.

2. Насыщение сточных вод кислородом воздуха и повышение их Еh-потенциала.

3. Биокоагуляционная обработка сточных вод с использованием избыточного активного ила.

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

?l?0???$?

ъцпцйцаЫцаЫцйцъУъЙъє®ЙъУъцйцйцЁ›”‰ЂЁwЁpЁц›”‰

?яет интенсифицировать работу песколовок, существенно повысить эффективность задержания мелких фракций песка, снизить зольность осадка песколовок, устранить его загнивание.

Снижение концентрации взвешенных частиц минерального состава в сточных водах, поступающих в аэротенк, приводит к существенному сокращению прироста ила, так как минеральные частицы практически полностью переходят в массу избыточного ила. Сокращение прироста активного ила позволяет не только снизить затраты, связанные с его утилизацией, но и увеличить возраст активного ила. Увеличение возраста активного ила до определенного значения (как правило более 5–7 суток) обусловливает существенное интенсифицирование процессов биохимического окисления аммонийного азота.

На основе анализа соотношения удельной массы нитрифицирующего активного ила, прирастающей в единице объема аэрационного сооружения за единицу времени, к удельной массе нитрифицирующего ила, выносимого из этого объема в единицу времени, был выведен технологический критериальный комплекс, характеризующий возможность протекания процесса биологической нитрификации.

Исследования проводились на опытной установке, смонтированной на территории КОС г. Сердобска Пензенской области, в состав которой входили вихревое гидродинамическое устройство (ВГДУ) с диаметром вихревой камеры dвк = 50 мм, бак-делитель потока, модель песколовки и модель отстойника. Схема ВГДУ представлена на рис. 3.