ПРис. 8. Конструкция модуля воздуходувки по схеме «два в одном»дпись

Воздуходувка — термин больше жаргонный, нежели технический. Правильнее эти машины называть нагнетателями. Однако, учитывая, что настоящая статья рассчитана на широкий круг читателей, будем пользоваться этим термином, как более распространенным. Воздуходувка, как всякая компрессорная машина, характеризуется двумя основными параметрами: производительностью и создаваемым избыточным давлением.

В процессах аэрации, как правило, используются аэротенки глубиной от 1 до 7 м, что и определяет диапазон избыточных давлений, создаваемых воздуходувками: от 10 до 80 кПа. Что же касается производительности воздуходувки, то она зависит от объема перерабатываемой установкой воды: чем больше объем, тем больше нужно воздуха. Например, возможности очистных сооружений небольшого дачного поселка и крупного города могут различаться на несколько порядков.

Соответственно, диапазон требуемых производительностей воздуходувок находится в пределах от двух-трех кубических метров воздуха в час до нескольких десятков тысяч. Разумеется, такому широкому диапазону параметров соответствует и широкий диапазон типоразмеров воздуходувок — как по мощности, так и по габаритам. Однако есть общие требования, обязательные для всех воздуходувок аэрирующих воду. Во-первых, воздуходувка должна быть «сухой», то есть подаваемый воздух не должен содержать продуктов смазки и износа.

Во-вторых, воздуходувка должна быть надежной, простой в эксплуатации и, по возможности, не энергоемкой, учитывая ее практически непрерывную круглосуточную работу. И, в-третьих, воздуходувка должна быть малошумной, т.к. зачастую работает в непосредственной близости к человеческому жилью. Последнее требование сейчас особенно актуально, т.к. строительство очистных сооружений приобрело тенденцию дифференциации. Иными словами, строительство многочисленных дачных поселков, индивидуальных коттеджей, придорожных кафе и т.д. подразумевает и строительство небольших очистных сооружений в непосредственной близости к жилью.

Экономически это обосновано, т.к. резко сокращаются коммуникации, затраты на строительство и эксплуатацию. Указанная тенденция в последнее время определила и спрос на небольшие по производительности воздуходувки. Несмотря на большое разнообразие существующих типов компрессорных машин, выбрать машину, удовлетворяющую всем перечисленным требованиям, сложно. Требование к «сухости» подаваемого воздуха, надежности и бесшумности резко сужает этот выбор. Кроме того, цена таких компрессоров, как правило, импортных, велика.

Номенклатура же предлагаемых отечественной промышленностью компрессоров такого типа крайне ограничена. Например, для малых очистных сооружений необходимы воздуходувки с давлением нагнетания от 20 до 80 кПа и производительностью от 5 до 1000 м3/ч. Требованию к «сухости» подаваемого воздуха в указанном диапазоне параметров отвечают в основном два типа воздуходувок — объемного действия (мембранные, спиральные, роторные воздуходувки) и динамического действия (турбовоздуходувки).

Мембранные воздуходувки рассчитаны на очень небольшую производительность (5-10 м3/ч). На российский рынок их поставляют в основном инофирмы, в частности японские. Машины потребляют мало электроэнергии, компактные, малошумные. Цена таких воздуходувок от 500 до 1300 у.е. Ресурс этих машин определяется качеством основной детали — мембраны. По данным автора, наработка на ресурс у этой техники — 2-3 года. Внимание к этим машинам сильно возросло, т.к. они используются в индивидуальном коттеджном строительстве очистных сооружений.

Спиральные компрессоры можно пока еще отнести к «экзотике» на рынке «сухих» компрессоров. Это сравнительно новая техника, интенсивно осваиваемая и у нас, и за рубежом. Конструкция машины подразумевает использование высоких технологий при изготовлении, поэтому компрессоры пока что очень дороги. Например, шведская фирма «Атлас Копко» предлагает спиральные компрессоры с производительностью от 10 до 24 м3/ч по цене до 6000 у.е. Уровень избыточного давления — до 10 бар (100 м вод. ст.).

Практически, эти машины, как и поршневые компрессоры без смазки, пока не нашли применения в системах аэрации.

Роторные воздуходувки выпускает несколько фирм ближнего и дальнего зарубежья. Диапазон их производительностей — от 30 до 3000 м3/ч. В практике их называют иногда шестеренчатыми, или типа РУТс. Известной отечественной маркой являлись воздуходувки серии АФ Мелитопольского компрессорного завода (Украина). С использованием западных технологий такие воздуходувки выпускает сейчас фирма Venibe (Литва). Несколько европейских фирм поставляют на наш рынок такие воздуходувки.

Особенностью конструкции роторных воздуходувок является наличие двух синхронно вращающихся роторов. Для синхронизации вращения служат зацепляющиеся и поэтому смазываемые шестерни. Наличие узла синхронизирующих шестерен, естественно, снижает надежность машины, увеличивает риск попадания масла в полость сжатия через уплотнение вала.

Справедливости ради нужно отметить, что в силу высокого технологического уровня производства машины европейских фирм высоконадежны, однако и цена их в несколько раз выше тех же мелитопольских. Например, воздуходувка серии АФ Мелитопольского завода на самые «ходовые» параметры (давление 50 кПа и производительность 400 м3/ч) на нашем рынке стоит 3000-4000 у.е., тогда как аналогичная по параметрам воздуходувка европейской фирмы — 8000-10000 у.е. Разница в ресурсе сравниваемой техники — соответственная.

В плане надежности, конечно, более предпочтительны турбовоздуходувки . Рабочим элементом машины является простое колесо с лопатками, вращающееся в корпусе на шарикоподшипниках. За исключением подшипников в машине нет узлов трения, что и определяет ее надежность. К преимуществу турбовоздуходувок следует отнести и сравнительно низкий уровень шума.

Основным источником шума во всех типах рассматриваемых воздуходувок является газодинамический шум, то есть шум, издаваемый воздухом при прохождении через проточную часть машины. В роторных воздуходувках этот шум низкочастотный, т.к. воздух подается «порциями», а в турбовоздуходувках — высокочастотный, т.к. воздух подается непрерывно. Высокочастотный шум легче поддается глушению. Достаточно сказать, что, несмотря на установку глушителей, роторные воздуходувки, как правило, требуют для себя отдельных помещений из-за высокого уровня шума.

В то же время турбомашины, снабженные глушителями, в таковых помещениях не нуждаются, т.к. уровень их шума близок к санитарным нормам. На рис. 1 представлены сравнительные шумовые характеристики двух воздуходувок — роторного типа серии АФ (кривая 1) и турбовоздуходувки вихревого типа (кривая 2). Отдельно выделена кривая, соответствующая санитарным нормам ПС-80. Из рисунка видно, что в большинстве октавных полос превышение санитарных норм у воздуходувки роторного типа выше, нежели у воздуходувки вихревого типа.

Разумеется, этот и последующие сопоставительные анализы не ставят своей целью раскритиковать одни машины в пользу других. Цель анализа — оттенить характерные особенности каждого типа машин, а уже право выбора предоставляется читателю. В каждом конкретном случае критерии выбора могут отличаться кардинальным образом. Говоря о турбовоздуходувках, следовало бы сразу указать на диапазон их производительностей.

В области сравнительно небольших производительностей (от 10 до 3000 м3/ч) турбомашины известных традиционных типов (центробежные, осевые) получаются хотя и компактными, но очень высокооборотными. Частота вращения, например, бытового пылесоса достигает 16000-20000 мин-1. Коллекторный электродвигатель такого пылесоса не способен работать круглосуточно, как того требуют условия эксплуатации очистных сооружений.

Возможно использование мультипликатора, т.е. передачи с повышающим передаточным отношением, например, зубчатой или клиноременной. Тогда привод возможен от обычного асинхронного электродвигателя. Однако, при этом конструкция существенно усложняется, а значит, снижается надежность. Возможно использование бесконтактных высокооборотных электродвигателей.

В настоящее время отечественной промышленностью созданы и изготавливаются опытные образцы подобных агрегатов. Например, центробежный нагнетатель, используемый в отечественных озонаторных установках, снабжен мультипликатором, быстроходный вал которого с закрепленным на нем рабочим колесом нагнетателя вращается со скоростью свыше 50000 мин-1.

Зубчатый двухступенчатый мультипликатор смазывается маслом. Другой нагнетатель, разработанный и изготовленный для систем пневмотранспорта, выполнен в виде консольно закрепленного на валу высокооборотного электродвигателя рабочего колеса с лопатками. Рабочие обороты — более сотни тысяч. Специальный электродвигатель, специальные лепестковые газодинамические подшипники, прецензионная сборка и изготовление. Нет нужды говорить о стоимости такого агрегата — она достаточно велика. Нет пока данных и о наработке на ресурс.

С учетом сказанного, большой интерес представляет сравнительно новый тип турбомашин — вихревые . В силу специфичности механизма сжатия воздуха в проточной части этих машин диапазон их производительностей и давления схож с диапазоном роторных машин. В то же время, вихревые машины избавлены от недостатков роторных: имеют гораздо более высокую надежность и меньше шумят.

Частота вращения вихревых турбомашин — 3000-5000 мин-1, что упрощает их привод. В МГТУ им. Баумана разработана и в настоящее время серийно выпускается промышленностью целая гамма отечественных турбовоздуходувок вихревого типа. Конструкции оригинальны и защищены патентами России, США и ряда стран Европы .

По своим характеристикам машины не уступают лучшим зарубежным аналогам. Уже накоплен достаточно богатый опыт эксплуатации таких машин, в том числе и на очистных сооружениях. Это в первую очередь машины марки ЭФ-100. Диапазон их производительностей — от 200 до 800 м3/ч и давлений — до 80 кПа. На рис. 2 представлена вихревая воздуходувка из серии ЭФ-100. Машина установлена на одной раме с электродвигателем и связана с ним клиноременной передачей.

Подбором шкивов и мощности электродвигателя практически на одной машине получают целую сеть различных характеристик. На рис. 3 представлены рабочие характеристики турбовоздуходувок марки ЭФ-100, шестнадцати типоразмеров. Заметим, что характеристики представляют собой практически обратно пропорциональную зависимость давления от производительности, что весьма удобно для автоматизации и регулирования.

Также важно, что в отличие от характеристик турбомашин центробежного типа, эти характеристики не имеют помпажных зон, т.е. практически машина устойчиво работает выше номинального давления, потребляя при этом лишь дополнительную мощность. При этом потребляемая мощность падает с ростом производительности. У центробежных турбомашин все наоборот.

Вот почему вихревым турбомашинам не страшны пусковые режимы. Подбор шкивов и электродвигателей, такой как в серии ЭФ-100, — самый простой и дешевый способ получения сети рабочих характеристик на одной вихревой машине. Однако это неудобно с точки зрения регулирования как процесса автоматического изменения параметров. В системах аэрации потребность в воздухе может существенно изменяться, как в течение суток (дневное и ночное время), так и в зависимости от сезона (лето, зима).

В целях экономии электроэнергии, а эта экономия может достигать до 40 %, в последнее время все большее применение находят системы автоматического регулирования подачи воздуха путем изменения частоты вращения турбовоздуходувки. Благодаря появившимся на рынке устройствам преобразования частоты тока, система автоматического регулирования стала простой и доступной.

В вихревой турбовоздуходувке изменение частоты вращения смещает характеристику в ту или иную сторону практически эквидистантно первоначальной. Иными словами, поле характеристик, изображенное на рис. 3, может быть получено практически на одной машине путем изменения частоты вращения с помощью преобразователя частоты. Такая машина была разработана. Вихревой вакуумкомпрессор ВВК-3 (рис. 4) выполнен в виде моноблока, т.е. рабочее колесо установлено непосредственно на валу двигателя.

Номинальные параметры машины: производительность — 700 м3/ч, давление нагнетания — 40 кПа, частота вращения — 3000 мин-1. Понижая частоту вращения с помощью преобразователя частоты, включенного в цепь питания электродвигателя, можно получить практически любую рабочую точку на поле характеристик, изображенном на рис. 3. ВВК-3 — самая крупная машина из серии вихревых воздуходувок ВВК.

Все машины этой серии имеют общую особенность — это моноблоки. Первая машина из этой серии — ВВК-1 (рис. 5) была разработана в МГТУ им. Н.Э. Баумана и серийно выпускалась на НПО «Энергия» с 1991 г. Машина предназначалась для систем пневмотранспорта муки в пекарнях. Ее рабочие параметры:

• производительность — 120 м3/ч;
• давление — 28-30 кПа;
• мощность электродвигателя — 5,5 кВт;
• масса — 80 кг;
• габариты — 500.500.500 мм.

В 1999 г. эти машины начали применяться в системах аэрации. В настоящее время создана и выпускается серийно отечественным предприятием ООО «ЭНГА» новая версия — ВВК-2 (рис. 6). В отличие от предшественника (ВВК-1) в ВВК-2 внесено много конструктивных изменений, повышающих надежность при круглосуточной эксплуатации. ВВК-2 — машина универсальная, т.к. позволяет с помощью несложной трансформации получить два исполнения и, соответственно, две разных характеристики со следующими рабочими точками (табл. 1).

С учетом тенденции расширения строительства небольших очистных сооружений, о которой говорилось в начале статьи, в МГТУ им. Н.Э. Баумана в настоящее время разработаны и созданы опытные образцы микровоздуходувок вихревого типа производительностью 5 и 20 м3/ч с мощностью электродвигателей соответственно 0,5 и 1,5 кВт.

Говоря о турбовоздуходувках вихревого типа, было бы несправедливо умолчать об их основном недостатке — сравнительно низком КПД. Его величина не превышает обычно 35-40 %. Фактически, энергоемкость вихревых турбовоздуходувок в 1,5-2 раза выше, чем у роторных. Поэтому, выбирая тип машины, особенно в случае ее круглосуточной работы, необходимо учитывать и этот факт.

Однако когда речь идет о микромашинах небольшой мощности, энергопотребление не самый главный параметр. Куда важнее надежность, простота обслуживания, низкий уровень шума, учитывая, что очистное сооружение загородного коттеджа должно работать практически без обслуживания и рядом с жильем. Для более мощных машин, как, например, ВВК-3, экономия возможна с помощью регулирования, о чем говорилось выше.

Несколько слов о зарубежных аналогах. Одним из основных производителей воздуходувок вихревого типа в Европе является фирма Siemens . Фирма выпускает целую гамму машин серии ELMO-G (рис. 7). Отечественные вихревые воздуходувки уступают им разве только в дизайне. По техническим же параметрам не уступают ни в чем. Что касается цен, естественно, разница велика.

Например, отечественная воздуходувка ВВК-2 стоит около 1900 у.е., аналогичный по параметрам агрегат фирмы Siemens 92Н стоит около 4800 у.е. Если говорить о диапазоне производительностей от трех до нескольких десятков тысяч кубических метров в час, то тут вне конкуренции турбовоздуходувки традиционных типов, в частности, центробежные.

Специалистам давно известны центробежные воздуходувки серии ТВ, выпускавшиеся Чирчиским заводом (Узбекистан). Мощные стационарные агрегаты с хорошим КПД и высокой надежностью. В настоящее время их производство освоило украинское предприятие— Луганский машиностроительный завод (воздуходувки серии ВЦ).

Как и всякий стационарный агрегат с большой массой (вес воздуходувок достигает несколько тонн), воздуходувка ВЦ нуждается в хорошем фундаменте. Однако опыт эксплуатации показывает, что обеспечить такой фундамент не всегда возможно. Грунты, на которых располагаются очистные сооружения, иногда весьма нестабильны в зависимости от сезона.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана была предпринята попытка создания альтернативы воздуходувкам серии ТВ и ВЦ. Разработчики пошли по пути создания целого спектра машин с использованием таких методов унификации, как секционирование и компаундирование, когда производные агрегаты получают набором одинаковых секций (модулей).

Соединение этих модули последовательно или параллельно определяет либо суммарное давление, либо суммарную производительность. Этот прием позволил при минимуме технологических затрат получить широкий спектр агрегатов с различными техническими параметрами. Каждая секция (модуль) может быть выполнена в двух вариантах: либо это ступень центробежной машины, установленная на одной раме с электродвигателем и кинематически связанная с ним ременной передачей, либо это две ступени центробежной машины, рабочие колеса которых соответственно закреплены на двух концах вала электродвигателя (схема «два в одном»).

Конструкция модуля по схеме «два в одном» изображена на рис. 8. Рабочие колеса и корпуса машин выполнены сварными, из тонколистовой стали по оригинальной технологии. Диффузоры осевого типа сокращают габариты модуля и обладают хорошими антипомпажными характеристиками. Компонуя модули можно получать широкий спектр машин.

В табл. 2 и 3 приведены основные параметры модулей и их возможные комбинации. Указанные варианты являются лишь примером и не ограничивают количество возможных комбинаций модулей. Кроме унификации модульная конструкция имеет ряд преимуществ. Во-первых, небольшая масса модуля (350-600 кг) не требует мощных фундаментов.

Во-вторых, по той же причине модули можно размещать произвольно на имеющихся площадях, соединив их лишь трубопроводом, что дает больше вариантов компоновок агрегата. В-третьих, в модуле в качестве опор вала использованы обычные шарикоподшипники с консистентной смазкой, что упрощает эксплуатацию (нет маслостанций, применяемых в опорах скольжения, используемых, например, в некоторых модификациях воздуходувок ТВ).

В-четвертых, при равном с агрегатами ТВ энергопотреблении модульный агрегат не создает таких мощных пусковых нагрузок на электросеть, т.к. модули-ступени могут включаться последовательно и не иметь обычного для агрегатов ТВ запаса по установленной мощности. Для иллюстрации приведем пример. В воздуходувке ВЦ 1-50/1,6 при параметрах: V = 3000 м3/ч; .р = 60 кПа использован электродвигатель с номинальной мощностью 160 кВт .

В то же время, те же параметры можно получить тремя последовательно соединенными модулями I (табл. 2) с суммарной мощностью электродвигателей: 30 . 3 = 90 кВт. И, наконец, в-пятых, это цена. Она также в пользу модульного варианта. Например, та же воздуходувка ВЦ 1-50/1,6 стоит около 17000 у.е. , тогда как стоимость трех модулей I— около 11 000 у.е.

В настоящее время в МГТУ им. Н.Э. Баумана продолжаются разработки новой техники. Ее заказчиками являются ряд отечественных фирм, в частности, занимающихся устройством компактных очистных сооружений. Быстро развивающаяся отрасль охраны окружающей среды и обеспечения жизнедеятельности человека стимулирует и новые технические разработки в компрессоростроении.

Воздуходувки или компрессора низкого давления широко используются в химической, металлургической, пищевой и добывающей промышленности а также в аэрации сточных вод, производстве строительных материалов и на железной дороге.
Компания «Спецстроймашина» производит воздуходувки серии ВР (воздуходувки роторные), на базе нагнетателей лучших мировых производителей, таких, как компании Tuthill
Vacuum & Blower Systems (США); Dresser Roots (CША, Англия), Aerzener Maschinenfabrik GmbH (Германия). Все используемые нагнетатели имеют сертификат ISO 9001. Воздуходувки серии ВР производства компании «Спецстроймашина» имеют высокий КПД, надежны и безотказны в работе на протяжении длительного срока эксплуатации.

При работе с Заказчиком инженеры нашей компании тщательно и скрупулезно изучают и анализируют полученную техническую информацию и предлагают оборудование высокого качество по оптимальной цене.

Применение качественных импортных нагнетателей с низкими шумовыми характеристиками позволяют использовать воздуходувки серии ВР непосредственно в производственных помещениях. Для дополнительной защиты от воздействия шумового излучения компания «Спецстроймашина» производит и поставляет в комплекте с воздуходувками серии ВР, шумозащитные кожухи двух модификащий ШК ССМ и ШК «Стрибог» ССМ с интегрированным шкафом управления воздуходувкой ШУВ ССМ.

Шумкожух ШК ССМ спроектирован таким образом, чтобы открытие минимального числа панелей позволяло обеспечить наилучшее обслуживание узлов и механизмов воздуходувки.

Конструкция воздуходувок ВР позволяет осуществлять легкий и беспрепятственный доступ к основным узлам, подлежащим периодической замене или обслуживанию: ремням, заливным пробкам нагнетателя, коммутационной коробки электродвигателя, съемной крышки воздушного фильтра и т. д.

Воздуходувки серии ВР оснащены виброопорами. Существует возможность простого и быстрого монтажа виброопор на бетонный фундамент производственного помещения.

Для автоматизации работы оборудования компания Спецстроймашина производит различные шкафы управления воздуходувками ШУВ ЗТ ССМ (звезда-треугольник), ШУВ ПлП ССМ (шкаф управления воздуходувкой с плавным пуском), ШУВ ЧП ССМ (шкаф управления воздуходувкой с частотным приводом) и др. используя для этого комплектующие таких известных мировых производителей как Siemens, Danfos, Mitsubishi и др.

Усилиями конструкторов компании «Спецстроймашина» удалось спроектировать воздуходувки серии ВР, гармонично сочетающие в себе качество, компактность и возможностью установки приводных электродвигателей разных фирм на одну базу.

Массо-габаритные характеристики воздуходувок серии ВР соизмеримы с зарубежными аналогами. При установке воздуходувок серии ВР экономяться значительные производственные площади и повышается удобство технического обслуживания оборудования.

В случае отсутствия у Заказчика помещений для установки оборудования компания «Спецстроймашина» изготавливает и устанавливает воздуходувки в блок контейнеры типа «Север» с различной степенью автоматизации а так же проводит сервисные и пуско-налодочные работы.

Воздуходувки производства компании «Спецстроймашина» проходят строгий контроль качества и обязательную сертификацию, что позволяет нашей продукции конкурировать со многими мировыми производителями компрессоров низкого давления, таких как GE Roots , Vienybe, LUTOS, Robuschi, Kaeser Compressors, Hibon, Atlas Copco, Aerzener.

Air Blowers for Aeration in Wastewater Treatment

Keywords: biological treatment, air blowers, aeration

Biological treatment today is one of the most environment-friendly methods of treatment of industrial and municipal wastewater. Saturation of the treated water with oxygen is a mandatory condition for an efficient aerobic biological treatment process. This is achieved with air blowers designed for compression and delivery of air, and for creation of vacuum.

Описание:

Воздуходувки для аэрации при очистке сточных вод

Биологическая очистка в настоящее время является одним из наиболее экологичных методов водоочистки как промышленных, так и бытовых сточных вод. Для эффективного протекания процесса аэробной биологической очистки обязательным условием является насыщение очищаемых вод кислородом. Для этого используются воздуходувки, предназначенные для сжатия и нагнетания воздуха, а также для создания вакуума.

При выборе оборудования для очистных сооружений воздуходувкам уделяют особое внимание. Расход воздуха, требуемый для очистки сточных вод, зависит от потребности процесса в кислороде, необходимой эффективности удаления загрязняющих веществ, а также от используемой технологии очистки. Необходимое количество подаваемого воздуха при проведении очистки в аэротенках зависит от состава и температуры сточных вод, геометрических характеристик аэротенков, типа используемых аэраторов.

Расчетное рабочее давление, которое должны создавать воздуходувки, следует принимать исходя из глубины расположения аэраторов в аэротенках и потерь напора в воздухоподающей сети и самих аэраторах.

Диапазон требуемой производительности воздуходувки, в зависимости от заданных условий, может значительно отличаться и составлять от нескольких кубических метров воздуха до десятков тысяч. В то же время, независимо от типоразмера, воздуходувки, применяемые для аэрации сточных вод, должны соответствовать следующим требованиям.

1. Аэрация является одним из наиболее энергозатратных процессов. До 70 % энергии на очистных сооружениях расходуется системами аэрации. Соответственно, одним из важнейших требований является высокая энергоэффективность используемых воздуходувок. Согласно требованиям нормативных документов необходимо рассматривать возможность утилизации тепла сжатого воздуха для нужд станции очистки сточных вод. Рекомендуется использовать воздуходувное оборудование, позволяющее осуществлять регулирование расхода подаваемого воздуха. Это связано с суточной и сезонной неравномерностью притока сточных вод, а также с изменением как температуры сточных вод, так и температуры воздуха, поступающей к воздуходувкам. При использовании технологий биологического удаления азота и фосфора рекомендуется предусматривать гибкое либо ступенчатое управление системой подачи воздуха в аэротенки с применением средств автоматизации.

2. Воздуходувки должны оказывать минимальное воздействие на экологию окружающей среды. Класс чистоты сжатого воздуха регламентируется согласно ГОСТ Р ИСО 8573–1–2016 «Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты», который идентичен международному стандарту ИСО 8573–1:2010* «Сжатый воздух. Часть 1. Загрязнения и классы чистоты» (ISO 8573–1:2010). В настоящее время рекомендуются к использованию безмасляные воздуходувки. Отсутствие масла благотворно влияет на поддержание жизнедеятельности бактерий и микроорганизмов при обработке осадка сточных вод, воздух которых не содержит частиц масла. Особенно неприемлемо содержание воздуха в том случае, если вода после очистки должна быть повторно использована.

3. Воздуходувка должна работать максимально бесшумно, так как повышенный уровень шума негативно влияет на персонал, занимающийся эксплуатацией оборудования очистных сооружений.

4. Воздуходувка должна быть рассчитана на условия эксплуатации, то есть быть устойчивой к коррозии, перепадам температур и воздействию атмосферных осадков.

5. Воздуходувки должны отличаться простотой в эксплуатации.

Регулирование подачи воздуха в аэротеках на очистных сооружениях – это возможность эффективно экономить электрическую энергию.

Объектом управления является технологический процесс очистки сточных вод с использованием бактерий, содержащихся в активном иле. Сточные воды подаются в секции аэротек, где находится активный ил с бактериями. Для активации бактерий и перемешивания иловой смеси в секции подается воздух от турбовоздуходувок. Контроль за содержанием растворенного кислорода в аэротеках производится лабораторным анализом, на основании которого осуществляется регулирование подачи воздуха в аэротеки системой запорной арматуры в ручном режиме.

Данная система является сложной с точки зрения требований к алгоритмам управления по причине влияния большого числа факторов:

Количество подаваемого кислорода;

Неоднозначности поведения биологической системы активного ила;

Температуры окружающей среды;

Степени концентрации в сточной воде загрязняющих веществ и других сооружениях.

В общем, описание подобных систем не укладывается в традиционные модели теории автоматического регулирования из-за факторов, учет влияния которых прогнозировать почти невозможно. Например, плотность воздуха и сжимаемость воздуха существенно зависят от температуры, а поэтому и контуры регулирования подачи воздуха необходимо перестраивать в зависимости от условий окружающей среды.

Непрерывный контроль концентрации растворенного кислорода в аэротеках – залог качественной очистки и снижения расхода электроэнергии на воздуходувках. Имевшееся оборудование на предприятии (турбовоздуходувки ТВ-175) и метод лабораторного измерения концентрации растворенного кислорода морально устарели и создают проблему высокой нестабильности и перерасхода электрической энергии

На сегодняшний день наиболее совершенным является автоматический регулятор в комплексе с аэроционным нагнетателем для биологической обработки стоков и системой непрерывного измерения кислорода. Регулирование производительности таких установок осуществляется по средствам диффузорного направляющего аппарата с регулируемыми лопатками или входного направляющего аппарата с предварительной закруткой потока, а возможна также комбинация двух названных систем. Система непрерывного измерения кислорода, включающая в себя первичный преобразователь с датчиком, погружающимся в воду, а также вторичного преобразователя, использующего современную технологию микропроцессорной обработки сигнала, формирует сигнал в соответствие с концентрацией растворенного кислорода, который поступает в установку по нагнетанию воздуха и далее автоматически происходит изменение количества воздуха, поступающего в аэротеки.

В соответствие с методикой расчета удельного расхода воздуха на объем поступающих стоков, определено количество воздуха, подаваемого в аэротеки – 18030 м 3 /ч.

Произведем расчет удельного расхода воздуха на объем поступающих стоков 28000 м 3 /сут.

Удельный расход воздуха

где: q 0 – удельный расход кислорода воздуха, на 1мг снятой БПК- полной.

Для полной очистки БПК20 принимается 1,1.

К 1 – коэффициент, учитывающий тип аэротека, принимаем 2,0 для первой очереди, 1,95 – второй очереди;

К 2 – коэффициент зависящий от глубины погружения аэратора:

2,08 = первая очередь;

2,92 – вторая очередь

К т - коэффициент, учитывающий температуру сточных вод

К т = 1+0,02·(T w -20), где: T w средняя температура воды за летний период;

К 3 – коэффициент качества воды, принимается для городских сточных вод 0,85.

С а – растворимость кислорода воздуха в воде, мг/л;

Таблицам растворенности кислорода воздуха в воде Lex – БПК 20 очищенной сточной воде с учетом снижения БПК при первичном отстаивании. Данные по БПК 20получены из информации о качественном составе нормативно-очищенных сточных вод, испытательной лабораторией КЖУП «Уником»: БПК пол.пост. 53,9 мг/л, БПКпол.очищ. 5,1 мг/л.

К т = 1+0,02 · (22,1-20)=1,042

С а = 1+· С т, где: Н – глубина погружения аэраторов, м;

С т – растворимость кислорода в воде. (Принимаем по таблице 27, Василенко. Водоотведение. Курсовое проектирование).

Саl = 1+· 8,83 = 10,12

q airl = 1,1· = 18,75

q airll = 1,1· = 12,16

Суточный расход воздуха по удельному расходу,определим по формуле:

Q = q air + q ср.сут. , м 3 /сут,

где: q air -удельный расход воздуха;

q ср.сут - среднесуточный расход сточных вод, поступающих на очистку, м 3 /сут (28000 м 3 /сут).

Q I = 18,75·14000 = 262500 м 3 /сут

Q II = 12,16 · 14000 = 170240 м 3 /сут

Определим часовой расход воздуха

Q 4 I = =10938 м 3 /ч

Q 4 II = =7093 м 3 /ч

Общий расход равен

О р = Q 4 I + Q 4 II = 10938 + 7093 = 18031 м 3 /ч

Таким образом, необходимое количество воздуха, подаваемое на аэротеки составит 18031 м 3 /ч.

В настоящий момент установлено следующее нагнетательное оборудование:

1. турбовоздуходувка ТВ-175 производительностью 10000 м 3 /ч – 2 шт.

2. турбовоздуходувка ТВ-80 производительностью 6000 м 3 /ч – 2 шт.

3. турбовоздуходувка ТВ-80 производительностью 4000 м 3 /ч – 2 шт.

Для получения расчетного удельного расхода воздуха необходимо включать минимум две воздуходувки: одну воздуходувку ТВ-175 с установленной электрической мощностью 250 кВт и одну воздуходувку ТВ-80 с установленной электрической мощностью 160 кВт при номинальной нагрузке.

Учитывая физический и моральный износ нагнетательного оборудования, работающего с 1983 года, предлагается установить одноступенчатый центробежный компрессор с многолопастным открытым рабочим колесом турбинного типа в комплексе с системой регулирования подачи воздуха при помощи линейных сервомоторов с ниже перечисленными требованиями и показателями технологического оборудования:

Исходные данные

Для обеспечения подачи воздуха в количестве 12000 м 3 /ч необходимо включать две воздуходувки ТВ-80 суммарной мощностью 320 кВт.

Установленная электрическая мощность действующего технологического оборудования – 320 кВт - при 12000 м 3 /ч

Установленная электрическая мощность нового технологического оборудования – 315 кВт - при 16000 м 3 /ч, а при 12000 м 3 /ч - 249 кВт.

Определяем годовую экономию электрической энергии при установке новогооборудования:

Э э = (320 - 249) ·0,75 · 24 · 365 · 10 -3 = 466 тыс.кВт·ч или 130,5 т у.т

Стоимость сэкономленного топлива при цене 1 т у.т.=210$ (по данным департамента по энергоэффективности):

С = 130,5 · 210 = 27405 $ = 232942,5 тыс. р.

Срок окупаемости мероприятия:

где К – капиталовложения в мероприятие, 2000000 тыс. р.;

C – экономия от внедрения мероприятия, тыс. р.;

Т = == 8,6 года.

Примечание: Уточнение всех сумм капиталовложений по внедрению предложенных мероприятий и сроков окупаемости производится после разработки проектно сметной документации

Аэрация - это процесс принудительного насыщения воды воздухом, или кислородом. Для обеспечения этого процесса используются низконапорный компрессор или воздуходувки для аэрации, а его целью является:

• Окисление соединений железа(обезжелезивание воды) и марганца , которое заключается в окислении соединений железа и марганца кислородом. В результате эти соединения выпадают осадком в виде хлопьев, который задерживается специальным засыпным осадочным фильтром.
• Удаление растворенных газов, в том числе и токсичных, например, сероводорода и метана.
• Обеззараживание воды в результате разрушения органических веществ, содержащихся в ней, под действием кислорода.
• Удаление биозагрязнений: при насыщении воды кислородом растет численность полезных аэробных бактерий, которые перерабатывают биомассу в двуокись углерода и метан - биогаз. Сейчас процесс биоочистки применяется на всех крупных очистных сооружениях в России. Образовавшийся биогаз также можно откачивать из цистерн очистных сооружений при помощи воздуходувок для дальнейшего использования, например, для производства электроэнергии или топлива для транспорта. Однако в России это практика пока не распространена.
• Поддержание экосистемы пруда за счет насыщения воды кислородом. В стоячей воде под действием солнечных лучей начинают активно размножаться анаэробные бактерии. В результате чего водоем превращается в мутное болото с неприятным запахом. Также из-за недостаточной концентрации в воде кислорода происходит мор рыбы и других полезных организмов.

Выделяют 2 основных типа насыщения жидкости кислородом: напорный и безнапорный.

Напорная аэрация

Воздуходувка или компрессор подает сжатый воздух через трубу, которая доходит приблизительно до половины высоты аэрационной колонны, или окислительного бака. Поток пузырьков воздуха окисляет растворенные в воде посторонние вещества, а также удаляет растворенные в воде газы (сероводород, метан, углекислый газ и прочие). Эти газы удаляются через воздушный клапан, расположенный наверху колонны.

Из колонны вода поступает в засыпной фильтр, где нейтрализуются примеси, окисленный воздухом.

В результате исчезает неприятный вкус и запах воды.

Рис. 1. Система напорной аэрации (аэрационная колонна).

Преимущества:

• Компактный размер установки.
• Нет необходимости в насосной установке для подачи воды потребителю.
• Эффективное удаление растворенных в воде газов.

Безнапорная, или открытая, аэрация

Для безнапорной аэрации используется окислительный бак с системой разрыва струи. Уровень воды в емкости регулируется датчиком уровня, который подает сигнал на электромагнитный клапан. Этот клапан закрывает, или открывает, трубу, через которую вода подается в емкость.

Воздух в толщу воды подается компрессором низкого давления или воздуходувкой через трубу, заканчивающуюся мелкопузырчатым аэратором. Проходя через него, воздух образует множество мелких пузырьков, которые насыщают воду кислородом, окисляют примеси железа и марганца.

Окислы, как и в предыдущем случае, удаляются в фильтре, в который вода подается насосной установкой из окислительной емкости.

Рис. 2. Система безнапорной аэрации

Преимущества:

• За счет продолжительного взаимодействия воды с потоком воздуха в баке окисляется больше загрязнений.
• Позволяет создать запас воды на случай ее отключения, что особенно актуально для частных домов, где возможны перебои водоснабжения.
• Подходит для домов с низким давлением воды.

Основной недостаток - процесс занимает много времени.

Воздуходувки для аэрации воды: требования и цена

Воздуходувка должна иметь сочетание следующих свойств, чтобы аэрация была эффективной:

• обеспечивать высокую производительность при небольшом перепаде давления;
• не загрязнять подаваемый воздух масляным паром;
• длительное время работать без остановки;
• воздуходувка для аэрации должна потреблять как можно меньше энергии, так как иначе цена процесса будет очень высока.

Всем этим требованиям наилучшим образом соответствуют вихревые воздуходувки для аэрации - машины динамического действия, которые способны обеспечивать чистый поток воздуха без пульсаций давления с производительностью до 2200 м3/ч и избыточное давление до 1040 мБар. Также они могут называть вихревыми вентиляторами, или вихревыми вакуумными насосами, благодаря своей многофункциональности.

Если нужно аэрировать большие объемы, например, водоемы для промышленного разведения рыбы, или крупные очистные станции, то могут понадобиться нагнетатели большей производительности. Эту нишу занимают роторные воздуходувки для аэрации типа Рутс, которые создают поток воздуха до 9771 м 3 /ч.

Для систем малого объема, например, аэрационных колонн, вместо вихревой газодувки можно использовать сухой пластинчато-роторный компрессор для аэрации воды, например Becker или VARP Rigel . Их производительность ограничена 500 м 3 /ч, зато избыточное давление составляет до 2200 мБар.

Воздуходувка для аэрации воды выбирается, исходя из требований технологического процесса, но если цена критична, то в первую очередь обратите внимание на вихревые газодувки VARP Alpha . В целом, самая доступная цена у вихревых нагнетателей, далее идут пластинчато роторные, а самим дорогими, но и самыми мощными, являются ротационные воздуходувки.

Воздуходувки для аэрации вихревые

Вихревые воздуходувки, аэрация для которых является одним из основных применений, представлены широким типоразмерным рядом и имеют большой ценовой диапазон, что позволяет выбрать наиболее эффективную машину именно для вашей задачи.

Воздуходувки для аэрации воды, которые можно купить в нашем каталоге, представлены следующими марками.

VARP

Это новый бренд на Российском рынке, который представлен широким модельным рядом вихревых нагнетателей, соответствующих всем современным требованиям к машинам данного типа. Основные достоинства газодувок VARP:

• демократичная цена при высоком качестве изготовления и сборки;
• долговечность, благодаря использованию оригинальных подшипников SKF и NSK ресурс более 20 тыс. ч. непрерывной работы;
• высокая надежность обеспечивается использованием высокопрочного алюминиевого сплава и простой конструкцией;
• отличные рабочие характеристики, благодаря современным методам проектирования.

Если вам нужна стандартная воздуходувка для аэрирования воды, например, пруда, то обратите внимание на серию Alpha . Они могут обеспечивать большой поток воздуха при небольшом перепаде давления. Их производительность составляет до 2050 м3/ч, а избыточное давление до 670 мБар.

Для глубоких водоемов или емкостей небольшой площади лучше подойдет серия Beta , которая обеспечивает высокий перепад давления до 1040 мБар при небольшой производительности до 170 м 3 /ч.

Для промышленного применения, например очистных сооружений, или крупных рыбных хозяйств, нужна мощная воздуходувка для аэрации воды серии Gamma . Она обеспечивает большой поток воздуха до 750 м 3 /ч при избыточном давлении до 1020 мБар.

Busch Samos

Высокопроизводительные немецкие воздуходувки, которые часто используются для аэрации воды в больших водоемах и на очистных сооружениях. Их производительность составляет до 2640 м 3 /ч, а перепад давления в компрессорном режиме до 500 мБар.

Преимущества нагнетателей Busch:

• Используются энергосберегающие двигатели, что позволяет снизить потребляемую мощность. Это особенно актуально для промышленных очистных сооружений, так как аэрация требует больших энергозатрат.
• Качество немецкого оборудования при невысокой стоимости, так как фирма Busch установила специальные цены для России.
• Могут длительно работать без остановки и не нуждаются в техническом обслуживании.
• Простой монтаж в горизонтальном или вертикальном положении.

SEKO BL

Нагнетатели SEKO эконом класса соответствуют современным требованиям, предъявляемым к вихревым нагнетателям. Доступная цена сочетается с надежностью и высоким качеством устройства. Они также могут аэрировать водоемы, обеспечивая большой воздушный поток с производительностью до 1110 м 3 /ч при перепаде давления до 650 мБар, и имеют ряд достоинств:

• Оснащены двухполюсными электродвигателями, которые позволяют длительное время работать без перерыва.
• Широкий модельный ряд позволяет подобрать воздуходувку и аэраторы с оптимальными параметрами и не переплачивать за более мощные нагнетатели, если в них нет необходимости.
• Минимум шума и вибраций, благодаря встроенным глушителям и отсутствию дисбаланса.

FPZ SCL

Итальянские высоконапорные нагнетатели FPZ SCL создают максимальный перепад давления 650 мБар и представлены моделями с производительностью до 1022 м 3 /ч и мощностью до 22 кВт. Эта воздуходувка отлично подходит как для аэрации небольших прудов для рыбы, так и для крупных очистных сооружений.

Основные преимущества:

• Используются только оригинальные подшипники SKF и NSK, которые обеспечивают не менее 25 тыс. ч. непрерывной работы.
• Низкое энергопотребление, благодаря использованию итальянских электродвигателей Bonora Motori высокой эффективности.
• Еще большую экономию энергию обеспечивает частотное регулирование до 70 Гц, которое позволяет точно настроить производительность в соответствии с заданными параметрами.
• Длительная работа возможно, благодаря встроенной защите двигателя от перегрева.

Becker SV

Еще одна марка вихревых газодувок, которые производят и собирают в Германии. Они создают перепад давления до 865 мБар и обеспечивают непрерывный поток воздуха с производительностью до 1050 м 3 /ч и мощностью до 15 кВт.

Воздуходувки Becker применяются для аэрации - для очистки и насыщения кислородом воды в прудах для разведения рыбы и емкостях очистных сооружений, и хотя цена их выше, чем, например, у VARP или SEKO, они завоевали отличную репутацию и очень популярны в России.

Достоинства:

• Экономное потребление энергии, что наиболее важно для высокопроизводительных машин.
• Полностью безмасляные, благодаря использованию несмазываемых подшипников.
• Производители гарантируют высокий ресурс - не менее трех лет непрерывной работы.
• Использование встроенной системы регулирования частоты вращения ротора повышает КПД, позволяет увеличить срок эксплуатации и позволяет отрегулировать производительность до оптимального значения каждой конкретной задачи.

Воздуходувки ротационные для аэрации

Вихревая воздуходувка не единственный нагнетатель, подходящий для аэрации воды, - для аэротенка большого объема имеет смысл купить высокопроизводительную газодувку Рутса.

В нашем каталоге представлены 2 варианта роторных воздуходувок:

• VARP Altair обеспечивают поток газа с производительностью до 7548 м 3 /ч и избыточным давлением до 980 мБар.
• LUTOS DT работают с производительностью до 9771 м 3 /ч и создает перепад давления до 1000 мБар.

Эти машины выигрывают в производительности у вихревых, однако стоят дороже. Они обладают всеми свойствами, предъявляемыми к устройствам аэрационных установок очистных сооружений:

1. Экологичность: не загрязняют нагнетаемый газ масляным паром, так как проточная часть надежно изолирована от масляного картера динамическим лабиринтным уплотнением.
2. Низкий уровень шума и вибраций.
3. Высокий КПД.
4. Надежность и стабильная работа.
5. Ресурс работы не менее 100 тыс. ч.
6. Роторы тщательно сбалансированы, что позволяет вращаться им с высокой скоростью и обеспечивать высокую производительность при небольших размерах.
7. Может длительное время работать без перерывов.

Воздуходувки для аэрации сточных вод

Воздуходувки для аэрации представлены широким типоразмерным рядом, поэтому чтобы купить подходящую модель, следует помнить, что основная цель аэрации сточных вод - снабжение аэробных микроорганизмов, формирующих ил, необходимым количеством кислорода. А также обеспечения перемешивания, чтобы создать условия для взаимодействия бактерий с органическим веществом.

На аэрацию сточных вод приходится 50..90% от всей мощности, потребляемой канализационными очистными сооружениями. Это очень энергозатратный процесс, поэтому воздуходувки электрические для аэрации выбираются, исходя из условий оптимальной работы.

Как происходит очистки сточных вод?

Существует множество вариантов систем для очистки сточных вод. Воздуходувки используются в системах аэробной очистки, чтобы снабжать кислородом аэробные бактерии, перерабатывающие органические загрязнения. Чтобы понимать, как происходит процесс очистки, рассмотрим систему биоочистки с мембранным блоком.

Рис. 3. Система биологической очистки сточных вод с мембранным блоком

Сначала сточные воды поступают в устройство механической очистки, например, пескоуловители или специальные сетки.

После этого они поступают в усреднитель, в котором активно перемешиваются стоки с разным составом, а затем жидкостными насосами перемещаются в систему биоочистки. Эта система состоит из денитрификатора и аэротенка-нитрификатора.

В денитрификаторе установлен аноксидный режим - в воде нет растворенного кислорода, но есть химически связанный в виде нитритов и нитратов. Органические загрязнения, содержащиеся в сточных водах, окисляются активным илом (АИ) до газообразных оксидов и молекулярного азота. Чтобы ил не оседал на дне, в аноксидной зоне установлена мешалка.

Аэротенк - важная часть очистной системы, в которой и проходит процесс биологической очистки. В большинстве случаев он представляет собой одно- или многокамерный резервуар прямоугольного сечения, выполненный из бетона с гидроизоляционным покрытием, через который проходят сточные воды. Загрязненная жидкость постоянно перемешивается с активным илом (колониями полезных аэробных микроорганизмов, бактерий и простейших), а в емкость нагнетается поток воздух. Он насыщает кислородом воду, обеспечивая жизнедеятельность полезных микроорганизмов, а также поддерживает ил во взвешенном состоянии. Компрессоры или воздуходувки подают сжатый воздух сквозь толщу воды для насыщения ее кислородом через мелкопузырчатые аэраторы, которые расположены на дне аэротенков.

Компрессоры или воздуходувки подают сжатый воздух сквозь толщу воды для насыщения ее кислородом через мелкопузырчатые аэраторы, которые расположены на дне аэротенков.

Для окисления органических веществ и обеспечения нитрификации концентрация растворенного в воде кислорода должна быть порядка 2..3 г/м 3 , а концентрация АИ - порядка 4..10 г/м 3 .

В данном варианте очистной системы вместо вторичного отстойника в аэротенке-нитрификаторе установлен блок мелкопористых мембран, в котором происходит разделение чистой воды и АИ.

Отфильтрованная вода (пермеат) водонасосом подается в емкость с чистой водой, откуда перемещается в систему обеззараживания ультрафиолетом, после чего подается потребителю.

Отделенный активный ил из нитрификатора перекачивается насосом в денитрификатор. Для удаления фосфора в перемещаемый поток АИ подается раствор хлорного железа. Благодаря циркуляции АИ, поддерживается его концентрация в зоне биологической очистки.

Расчет воздуходувки для аэрации (аэротенка). Как определить производительность?

Процесс аэрации происходит аэробной зоне, поэтому фактически мы решаем задачу, как подобрать воздуходувку для аэротенка.

Вода из канализационных стоков поступает в резервуары-аэротенки, где должна насыщаться достаточным количеством кислорода для окисления органических веществ.

Следовательно, можно подобрать воздуходувку по размеру бака, зная габариты системы водоочистки, биохимическое потребление кислорода (БПК) сточных вод и их среднесуточный расход, можно определить необходимый объемный расход и давление воздуха, который будет подаваться в аэротенк.

Удельный расход воздуха, необходимого для аэрации:

q aeration =2L a /kh (м 3 воздуха/м 3 сточных вод),

h , м - рабочая глубина аэротенка - глубина, на которую погружается аэратор;

L a , кг/м 3 - БПК сточных вод, которые подаются в аэротенк (0,002..0,003 кг/м 3 для рассмотренной выше системы);

k , кг/м 4 - коэффициент использования воздуха, который зависит от соотношения площадей аэраторов и аэротенка и от соотношения между глубиной и шириной аэротенка. Например, при нагнетании воздуха через трубы с перфорацией он составляет всего 0,006 кг/м 4 , а при использовании более эффективной системы пористых пластин он в 2 раза больше 0,012 кг/м 4 .

Поток воздуха, который должен подавать в аэротенк нагнетатель, равен:

Q = q aeration Q w (м 3 /ч),

где Q w , м 3 /ч - среднесуточный расход сточных вод. Если этот параметр вам не известен, то в первом приближении его можно оценить, зная рабочий объем аэротенка V раб /t 1час =Q w (м 3 /ч).

Величиной потока Q и будет определяться производительность воздуходувок. Чтобы обеспечить данный поток, могут использоваться несколько воздуходувок с производительностью Q i , работающих параллельно.

Как подобрать воздуходувку для аэротенков по величине давления?

Необходимое давление определяется, исходя из глубины аэротенка:

p=p atm + Δp + Δp g (мБар),

p atm - атмосферное давление, приблизительно равное 1000 мБар;

Δp= Δp t + Δp a (мБар), где Δp t - потери давления при движении потока воздуха от нагнетательного патрубка воздуходувки к выходу из аэратора. Следует выбирать геометрию воздуховодов так, чтобы эта величина не превышала 30..35 мБар. Δp a - потери давления в аэраторах, которые зависят от конкретной модели и даются в прилагаемой технической документации, порядка 15..30 мБар);

p g =ρgh - давление слоя воды в аэротенке, где ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения.

Чаще всего глубина аэротенков от 1 до 7 м, следовательно, необходимое избыточное давление 100..800 мБар, что хорошо укладывается в диапазон давлений, создаваемый вихревыми и ротационными газодувками.

Зная величины производительности Q i и давления p , можно подобрать воздуходувки для аэрации воды по рабочей точке, используя калькулятор на странице