Разработка и моделирование работы двухъярусного отстойника для очистки городских сточных вод | Development and simulation of the operation of a two-stage sedimentation for treatment of urban waste water

Русский. Одной из основных причин усиления экологической напряженности водных экосистем остается сброс в водоемы хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащих токсичные вещества и патогенные микроорганизмы. Это связано с несовершенством технологий водоподготовки. Снижение антропогенной нагрузки на водные объекты возможно путем ретехнологизации различных стадий обработки сточных вод. Описана конструкция отстойника с аэрационными элементами для осветления городских сточных вод, обеспечивающая повышение эффективности седиментации взвешенных веществ. Диспергирование мелкодисперсных пузырьков воздуха способствует столкновению и укрупнению агрегатно-неустойчивых элементов без использования коагулянтов и флокулянтов. Объект исследования -городские сточные воды, их компонентный состав и эффективность гравитационного осветления в отстойниках различной конфигурации. В результате анализа работы стандартного отстойника был предложен вариант модернизации с использованием аэрационных элементов, обеспечивающих мелкодисперсное диспергирование пузырьков воздуха. На основе детерминированного и стохастического подходов моделирования предложен алгоритм расчета эффективности гравитационного осветления сточных вод. Основным показателем эффективности работы отстойников выбрана интегральная степень очистки, рассчитываемая как сумма локальных степеней улавливания. В результате имитационного моделирования установлено, что все рассматриваемые отстойники обеспечивают одинаковую эффективность осветления городских сточных вод на уровне 0,97 при номинальном диаметре частиц дисперсной фазы 425 мкм. Для обеспечения указанной эффективности осветления требуемая поверхность осаждения стандартного отстойника составляет 90,3 м2. При использовании предложенной конструкции с аэрационными элементами и расходом воздуха 2 м3/(м2*ч) поверхность осаждения снижается до 87,14 м2. Увеличение расхода воздуха до 52 м3/(м2*ч) способствует сокращению требуемой поверхности осветления до 83,98 м2.

Английский. One of the main reasons for the increase in the ecological tension of aquatic ecosystems remains the discharge into water bodies of domestic wastewater containing suspended and toxic substances, including pathogenic microorganisms. This is due to the imperfection of water treatment technologies. Reduction in the anthropogenic load on water entities is possible is possible by re-technologization of different stages of treating waste water. There is described is the design of a sedimentation tank with aeration elements for clarifying urban wastewater, providing an increase in the efficiency of sedimentation of suspended solids. Dispersion of finely dispersed air bubbles promotes the collision and enlargement of aggregate-unstable elements without the use of coagulants and flocculants. The object of research is urban wastewater, its component composition and the efficiency of gravity in sedimentation tanks of various configurations. As a result of the analysis of the operation of a standard tank, a modernization option was proposed using aeration elements that ensure fine dispersion of air bubbles. On the basis of deterministic and stochastic modeling approaches, an algorithm for calculating the efficiency of gravitational wastewater clarification is proposed. The main indicator of the efficiency of the sedimentation tanks is the integral degree of purification, calculated as the sum of the local degrees of catching. As a result of simulation modeling, it was found that all considered sedimentation tanks provide the same efficiency of urban wastewater clarification at the level of 0.97 with a nominal particle diameter of the dispersed phase of 425 microns. To achieve the specified clarification efficiency, the required settling surface of a standard clarifier is 90.3 m2. When using the proposed design with aeration elements and an air flow rate of 2 m3/(m2*h), the deposition surface is reduced to 87.14 m2. An increase in air consumption up to 52 m3/(m2*h) reduces the required clarification surface to 83.98 m2.