Многолетний опыт применения аэрационных сооружений для биологической очистки сточных вод сопровождался и накоплением данных, необходимых для расчета и проектирования этих сооружений. Все важнейшие положения метода расчета основаны на результатах многочисленных теоретических и экспериментальных исследований и их проверки в конкретных условиях применения. Целью расчета аэрационных сооружений является определение необходимых для достижения требуемой степени очистки, объемов сооружений и количества воздуха, объема образующегося в процессе очистки избыточного активного ила, подлежащего постоянному выведению из системы биологической очистки. Факторами, обусловливающими вместимость аэротенков, являются расход поступающих на очистку сточных вод и длительность их пребывания (ее называют также периодом аэрации) в аэротенках. Поскольку длительность аэрации измеряется часами (по действующим нормативам она не должна быть менее 2 ч), то для расчета вместимости аэротенков пользуются среднечасовым расходом сточной воды за период, по длительности равный периоду аэрации, в течение которого поступает максимальное от суточного притока количество воды. Длительность же аэрации будет зависеть от типа и режима работы аэрационных сооружений, природы загрязнений и их исходной концентрации, требуемой степени очистки, поддерживаемой в сооружениях дозы ила, кислородного режима, температуры воды и др.
Применяемый в настоящее время метод расчета аэротенков основывается на следующих положениях.
1. Выбор типа аэрационного сооружения (аэротенк-вытеснитель, аэротенк-смеситель, аэротенк с рассредоточенным впуском воды) и режим его работы (с регенерацией активного ила или без нее) производится исходя из характеристик подлежащих очистке сточных вод (природы загрязнений, их концентрации и режима поступления, расхода стоков) и требуемой глубины их очистки.
2. Длительность аэрации является функцией одновременного воздействия таких факторов, как исходная и конечная концентрации загрязнений в сточной воде, природа загрязнений, доза ила в аэротенке, скорость окисления загрязнений активным илом, поддерживаемая в сооружении концентрация растворенного кислорода, гидродинамические условия в аэротенках. Поскольку степень влияния этих факторов на характер протекания биологических процессов будет зависеть от типа сооружения, то и методика расчета длительности аэрации будет различной для сооружений разных типов.
3. По расчетной длительности аэрации, т.е. длительности пребывания сточной воды в аэрационном сооружении, определяется расчетный расход сточных вод.
4. Необходимая вместимость аэротенков без регенераторов определяется на основе расчетного расхода и длительности аэрации без учета рециркуляционного расхода активного ила, так как его смешение с поступающей на очистку сточной водой приводит к пропорциональному снижению исходной концентрации сточной воды за счет ее разбавления, практически не изменяя общей нагрузки загрязнений на активный ил.
5. Вместимость аэротенков при наличии регенераторов активного ила, а также самих регенераторов определяется с учетом рециркуляционного расхода активного ила в них. При этом длительность регенераций рассматривается как разница между длительностью, необходимой для окисления загрязнений, и длительностью пребывания сточной воды в аэротенке, где загрязнения уже подверглись изъятию из воды и определенному ферментативному воздействию активного ила.
6. Выбор системы аэрации осуществляется с учетом пропускной способности очистных сооружений, технико-экономической эффективности системы аэрации, наличия и возможностей получения выбираемого аэрационного оборудования, его долговечности и надежности в работе.
7. Расчет системы аэрации предусматривает определение необходимого количества воздуха (кислорода), расчетных параметров его подачи в аэротенки (расход, давление, интенсивнсть подачи), числа воздухораспределительных устройств – аэраторов для обеспечения заданного кислородного режима и гидродинамических условий для перемешивания иловой смеси в аэротенке. Метод расчета СНиП 2.04.03-85.
Иловый индекс, характеризующий седиментационную способность ила, зависит от нагрузки на ил, а следовательно, от нагрузки на ил будет зависеть и доза ила в аэрационном сооружении. Практика показывает, что а, может находиться в пределах 3-5 г/л – при продленной аэрации; 3-4 г/л – при низкой нагрузке; 2,5-3,5 г/л – при средней и 2-3 г/л – при высокой нагрузке.
Интенсивность аэрации не должна быть ниже определенного предела с тем, чтобы обеспечивать надлежащее перемешивание содержимого аэротенка независимо от потребности ила в кислороде. Минимальная интенсивность лежит в пределах 48 м3/(м2’ч) при глубине погружения аэратора ha = 0,5 м и 2,5 м3/(м2*ч) при ha = 6 м. С другой стороны, интенсивность аэрации не должна превышать определенных значений, так как из-за повышенного содержания воздуха в жидкости фактическая эффективность аэрации понизится по сравнению с расчетными ее значениями. Максимальные значения интенсивности зависят от отношения площади аэраторов к площади днища аэротенка, т.е. от fcJfa,, и изменяются от.5 м3/(м2*ч) при/,Д„ = 0,05 до 100 м3/(м2*ч) при fa/fal = 1. Если расчетное значение J„ превышает максимально допустимое для данных условий, то необходимо увеличить площадь аэрируемой зоны, т.е. увеличить число аэраторов. Если Ja меньше минимально допустимого ее значения, то следует увеличить расход воздуха.
Расчет воздуховодов состоит в подборе диаметров трубопроводов и определении потерь напора в них. В целях экономии металла необходимо стремиться к уменьшению диаметров труб, но в то же время потери напора в них не должны быть слишком большими во избежание, излишнего расхода электроэнергии. Суммарное значение местных сопротивлений и сопротивлений на трение в воздуховодах не должно превышать 0,3-0,35 м. Расчет механической системы аэрации заключается в выборе типа аэратора, количества аэраторов как с точки зрения обеспечения требуемой окислительной способности, так и с точки зрения выполнения требований обеспечения эффективного перемешивания иловой смеси в аэрационной зоне.