Вертикальные мешалки российского производства для процессов очистки сточных вод

Проектировщики очистных сооружений и предприятия по очистке сточных вод находятся перед выбором оптимальных конструктивно-технологических решений для преодоления проблемы использования неаэрируемых зон, иловая смесь в которых должна перемешиваться. В статье обобщены основные преимущества и недостатки различных типов перемешивающих устройств, дан сравнительный анализ стоимости жизненного цикла перемешивающих устройств различных производителей. Публикация адресована тем, кто хочет разобраться в вопросе, какие электромеханические мешалки следует использовать в целях наибольшей эффективности.

В настоящее время предприятия, связанные с очисткой сточных вод, применяют в основном погружные горизонтальные мешалки. Методика их подбора и расстановки в аэротенках хорошо изучена и стандартизирована. Погружные мешалки, в отличие от вертикальных, не требуют устройства дополнительных строительных конструкций (мостиков) для их установки. Однако при их использовании необходимо устройство дорогостоящей системы КИП для мониторинга работы мешалки (датчики наличия воды в двигателе и т. д.), визуальная диагностика работы устройства затруднена, существенны затраты на обслуживание (требуется периодическая замена торцевых уплотнений).
Гиперболические мешалки известны за рубежом с 90-х годов прошлого столетия, подобными устройствами оснащены очистные сооружения Берлина, Токио, НьюЙорка, Вашингтона и др. крупнейших мировых предприятий по очистке сточных вод.

В России, к сожалению, данный тип оборудования пока не нашел большого распространения, в то время как в отличие от лопастных мешалок гиперболические имеют следующие преимущества:

• Двигатель перемешивающего устройства расположен над поверхностью жидкости. Таким образом, эксплуатация мешалки упрощается отсутствием необходимости замены уплотнений, мониторинга сложной системы датчиков наличия воды внутри корпуса в отличие от погружных мешалок. Визуальная диагностика работы устройства простая, затраты по обслуживание минимальны.
• По сравнению с вертикальными лопастными мешалками гиперболическая мешалка – самоцентрирующаяся, не требуется установка дополнительных опор на дне емкости при длине вала до 6 м. При работе миксера радиальные силы, действующие на лопасти, делятся на количество лопаток. У гиперболического типа миксеров их 8, поэтому нагрузка на вал и подшипники меньше.
• Отсутствие «мертвых зон» и образования залежей активного ила при соблюдении условия размещения одной гиперболической мешалки в резервуаре, в котором соотношение длины к ширине не превышает 2 к 1.
• Высокая коррозионная стойкость.
• • Бережное и эффективное перемешивание, гомогенный поток без пульсации. Несколько лет назад компания «Астерион» разработала новое перемешивающее устройство [1] для эффективного суспендирования в системе жидкость–твердое, особенно в резервуарах больших объемов. Перемешивающие устройства производятся из композитного материала, рабочие лопасти и вал изготавливаются в Российской Федерации. Данный материал имеет высокую удельную прочность, твердость, износостойкость при малом весе (по сравнению с металлом). Коррозия мешалки при контакте со сточными водами исключена. К настоящему времени освоен серийный выпуск оборудования, основные технические характеристики стандартных моделей представлены в табл. 1 (следует отметить, что частота вращения, мощность двигателя, длина вала подбирается индивидуально исходя из геометрических размеров емкостей для перемешивания):

Опытно-промышленная эксплуатация мешалки серии GMS проводилась на канализационных очистных сооружениях г. Кронштадт с целью оценки эффективности и стабильности работы при различных режимах работы (подбор частоты вращения вала для эффективного перемешивания при оптимальном энергопотреблении) для поддержания активного ила во взвешенном состоянии по рабочей глубине зон денитрификации или зон дефосфатации в аэротенке. В процессе проведения испытаний проводилась сравнительная оценка работы гиперболической мешалки серии Микс GMS с работой импортной мешалки в аналогичной зоне секции No 2 аэротенка, определялась возможность применения гиперболической мешалки для нужд ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», как оборудования отечественного производства;

В программе испытаний были установлены следующие критерии успешной оценки опытно-промышленной эксплуатации:

• 1. Поддержание требуемых технологических параметров (доза ила по всей глубине зоны, отсутствие растворенного кислорода в иловой смеси, отсутствие отложений ила на дне зоны).
• 2. Срок эксплуатации оборудования – стабильная работа гиперболической мешалки серии Микс GMS без поломок и сбоев.
• 3. Объём технического обслуживания, необходимый для безаварийной эксплуатации, количество и качество расходных средств и трудозатрат в период проведения регламентных работ при эксплуатации оборудования.
• 4. Затраты электроэнергии.
• 5. Преимуществопереданалогичнымоборудованием других фирм-производителей. Еженедельно в течение трех месяцев (июль–сентябрь 2017 г.) проводились заборы проб батометром в различных точках аэротенка на глубине 1, 3 и 5 м. Концентрация твердых включений определялась средствами анализа содержания сухого остатка. По окончанию эксплуатации в течение года контрольное опорожнение аэротенка показало отсутствие залежей на дне.

Сравнительный анализ стоимости жизненного цикла

Методика проведения анализа стоимости жизненного цикла (LCC) проведена по аналогии с насосным оборудованием и подробно изложена в [2]. LCC="Cic" +Cin +Ce +Co +Cm +Cs +Cenv +Cd, где Cic – начальная стоимость, стоимость приобретения, Cinстоимость монтажа и пусконаладочных работ, Ce – стоимость электроэнергии в течение установленного срока службы, Co – эксплуатационные затраты (затраты на обслуживающий персонал при штатной работе оборудования), Cm – стоимость обслуживания и ремонта (расходы на запчасти и человеко-часы), Cs – стоимость потерь от простоя оборудования, Cenv – стоимость природоохранных мероприятий (загрязнение от перекачиваемой среды и вспомогательного оборудования), Cd – стоимость работ по демонтажу и утилизации оборудования. Результаты расчета и сравнения стоимости жизненного цикла перемешивающих устройств представлены в табл. 3. Показатели Сo, Сs, Cenv и Сd не рассчитывались, так как они одинаковы для обоих перемешивающих устройств. Наиболее существенными факторами в стоимости жизненного цикла перемешивающего устройства является стоимость приобретения, а также стоимость электроэнергии. Из приведенного выше анализа видно, что мешалка Микс GMS имеет более выгодную стоимость жизненного цикла даже при работе на более высоких оборотах с увеличенным энергопотреблением. Если сравнивать работу в одинаковых условиях, то стоимость российской мешалки ниже в 2,6 раза. Отметим, что при технико-экономическом анализе принято много допущений и его стоит проводить для каждого конкретного случая. Например, стоимость приобретения мешалки HC указана для одной мешалки, если же будет поставлена партия, наверняка ценовой показатель импортной мешалки также может быть существенно снижен. Однако стоимость приобретения российской мешалки GMS в любом случае ниже, чем импортной по причине отсутствия таможенных пошлин и платежей, транспортировки из Германии, оплаты посреднических услуг по поставке продукции.

В результате проведения производственных испытаний установлено: • Обе мешалки обеспечивают достаточный уровень качества перемешивания, коэффициент вариации концентрации сухого вещества не превышает 10 %. • По энергоэффективности мешалки имеют одинаковые показатели. • Контрольные опорожнения аэротенка показали, что в зоне работы мешалки Микс GMS залежей осадка не обнаружено, что обусловлено наличием лопастей на нижней стороне рабочего колеса. • В ходе испытаний не отмечено каких-либо отрицательных факторов, влияющих на работу оборудования, перемешивающее устройство находилось в непрерывной работе более года, поломок при работе выявлено не было. При установке гиперболической мешалки в коридорном аэротенке она сможет перемешивать зону длиной не более 200 % от ширины коридора (примерно такое же соотношение длины зоны к ширине коридора – до 2,3:1 рекомендовано и для погружных мешалок). В случае квадратных резервуаров вертикальные мешалки, установленные по центру емкости, характеризуются более эффективным суспендированием активного ила. В статье [3] приведено математическое моделирование потоков, создаваемых погружными мешалками (рис. 3). Мешалка расположена в левом нижнем углу, красным цветом обозначены области, где скорость потока максимальна, а синим – где скорость приближается к нулевой отметке. Наглядно видно, что помимо застойных зон в углах аэротенка (что характерно для любого типа перемешивающего оборудования, работающего в аппарате прямоугольной формы) в центре возникает область низких скоростей потока, что может служить причиной образования залежей. Возвращаясь к принципу работы гиперболических мешалок с указанием направления движения жидкости (см. рис. 1), отметим, что рабочее колесо расположенное у дна, создает преимущественно радиальный поток, способствующий поднятию твердых включений снизу вверх. При правильном расчете скорости вращения образование залежей по всей зоне аэротенка исключено. Рис. 3 Математическое моделирование потока, создаваемого погружными мешалками Общепризнанным недостатком вертикальных перемешивающих устройств является наличие в конструкции длинного вала для крепления рабочего колеса мешалки, в случае несбалансированной работы которого вибрации будут передаваться на подшипники мотор редуктора и, в конце концов, приведут к поломке привода. Рассмотрим подробнее силы, действующие на рабочее колесо традиционной лопастной мешалки (рис. 4а) и гиперболической мешалки (рис. 4б).

Круглое рабочее колесо создает постоянный однородный радиальный поток без периодических колебаний. Аксиальные силы по сравнению с лопастной мешалкой действуют не вверх, а вниз [4]. Таким образом, нагрузка на подшипники двигателя и опору мешалки снижаются. Это ведет к снижению вибрации в месте установки мешалки и как следствие – к более продолжительному сроку службы двигателя, отсутствию необходимости установки промежуточных подшипниковых узлов, снижению веса и материалоемкости опорных мостиков для монтажа мешалки. На основании всего вышеизложенного, можно обобщить преимущества и недостатки различных типов перемешивающих устройств (см. табл. 4).

Узнать цены на
☎️ +7 (960) 823-40-80