В связи с ростом жилищного фонда возникает необходимость в увеличении мощности этих сооружений. Мощность может быть повышена за счет увеличения либо объема аэротенков, либо скорости биохимического окисления. Однако во втором случае возникает ряд проблем. Жизнедеятельность микроорганизмов, которые отвечают за переработку органических загрязнений, возможна только при строго определенных условиях. К одному из таких условий относится их концентрация, которая не должна превышать определенного значения. Тогда решением повышения мощности очистного сооружения может служить увеличение объема аэротенка. Увеличение объема аэротенка может происходить либо с увеличением его занимаемой площади, либо с увеличением его глубины, либо с увеличением обоих параметров. Очистные сооружения желательно располагать в непосредственной близости от населенного пункта, чтобы минимизировать затраты, связанные с транспортировкой сточных вод к месту их очистки. В связи с этим на них накладываются ограничения по занимаемой ими площади. Компактные аэротенки не могут быть большой мощности. Однако именно в городских условиях необходимы большие мощности. Можно увеличить объем аэротенка за счет увеличения его глубины. Это является одним из самых подходящих решений. Очистные сооружения применяются для очистки воды не только вблизи больших городов и населенных пунктов, но и вблизи коттеджных поселков, где застройщики также пытаются минимизировать занимаемую ими площадь. Биохимическое окисление основной массы органических загрязнений осуществляют микроорганизмы, жизнедеятельность которых невозможна без воздуха. В связи с этим необходим постоянный барботаж в аэротенках. Глубина аэротенка очистных сооружений составляет около 3,5 м. Для преодоления этого водяного столба широкое применение нашли машины динамического действия, в частности, вихревого типа — вихревые компрессоры. Они относительно дешевы, просты в эксплуатации, процесс сжатия воздуха в них происходит без загрязнения его маслами. Это особенно важно, т.к.к подаваемому воздуху в аэротенк предъявляются жесткие санитарные нормы, согласно которым воздух должен быть свободным от масла. Однако, несмотря на ряд достоинств, вихревые компрессоры обладают недостатками, главные из которых — сравнительно низкая степень повышения давления и сравнительно невысокий КПД. Степень повышения давления воздуха в компрессоре прямо пропорциональна глубине аэротенка. Поэтому мы ограничены в глубине аэротенка. Замена вихревого компрессора на другой тип не всегда целесообразна. Выход можно найти в двухступенчатом сжатии, при этом глубина аэротенка может достигать 8 м.Чтобы сжатие в ступенях вихревого компрессора было эффективным, необходимо межступенчатое охлаждение. Вследствие сравнительно невысокого КПД вихревого компрессора, на степень повышения давления около π= 1,4 приходится изменение температуры нагнетания по сравнению с температурой на всасывании ∆T = 100. При таких параметрах на выходе из первой ступени сжатие газа во второй ступени будет неэффективным. Поэтому для снижения температуры необходим теплообменник. Требования, которые обычно предъявляются к теплообменнику, относятся к его цене, а также эффективности теплообмена. Понятно, что цена должна быть наименьшей, а эффективность наибольшей. Необходимо найти оптимальное соотношение цены и качества. Теплообменник обладает гидравлическим сопротивлением, как правило оно тем больше, чем эффективнее происходит охлаждение. В погоне за компактностью, а следовательно за низкой стоимостью, можно получить некачественное охлаждение. Следует также отметить, что для теплообменника необходимы коммуникации и источник холодной воды для охлаждения, что значительно удорожает всю установку аэрации. Очистное сооружение состоит, главным образом, из аэротенка,в котором происходит биохимическое окисление,и компрессорной станции, которая располагается непосредственно рядом с аэротенком, служащей для подачи воздуха в аэротенк. Возможно ли использовать воду, находящуюся в аэротенке, для охлаждения воздуха после первой ступени? Как известно, после грубой фильтрации воды, она поступает в аэротенк, где происходит биохимическое окисление основной массы органических загрязнений. Температура воды там— около 15–20°С.Этого вполне достаточно для охлаждения воздуха температурой 120°С до температуры 20–25°С.Остается определить тип теплообменника. Оптимальным является погружение теплообменника в аэротенк с водой. В этом случае отпадает необходимость в коммуникациях и дополнительном насосном оборудовании. В роли теплообменника может служить обычная труба — самый дешевый и доступный материал. Остается только выбрать ее диаметр и длину. Расчет проводился для десяти труб с различными диаметрами: наименьший из них — 10 мм, наибольший — 100 мм. При этом технические характеристики компрессора: производительность Ve=2м3/мин, степенью повышения давления в одной ступени — p = 1,4, температура всасывания— 20°С, температура нагнетания — 120°С.Необходимо было для каждого диаметра трубы получить длину, которая обеспечивала бы заданное охлаждение. При окончательном выборе диаметра важную роль играло гидравлическое сопротивление. Для диаметра трубы 10 мм было получено минимальное значение длины. Однако характер течения в трубе (определяется по числу Рейнольдса) показал, что гидравлические потери сведут на «нет» всю степень повышения давления первой ступени. Для самого большого диаметра 100 мм гидравлические сопротивления были минимальным, однако длина составляла примерно 35 м.В итоге, учитывая гидравлические сопротивления трубы, ее стоимость (которая пропорциональна металлоемкости и, как следствие, размерам трубы) был получен диаметр 50 мм. При внутреннем диаметре 50 мм длина трубы, для охлаждения температуры воздуха со 120°С до 20°С, учитывая при этом 25% запас по площади теплообмена, получилась равной 20 м. При расчете теплообмена был принят ряд допущений. Они касались того, что свойства жидкости в аэротенке отличаются от свойств воды. Это связано, прежде всего, с наличием большого числа примесей в воде, которые уменьшают коэффициент теплоотдачи со стороны жидкости. Располагать трубу предполагается по периметру аэротенка на глубине примерно 1,5 м. Глубина погружения обуславливается лучшим качеством теплообмена, т.к. на поверхности будет преобладать более теплая вода, нагретая вследствие теплообмена. Таким образом, выполненные расчеты позволяют использовать многоступенчатое сжатие в вихревых компрессорах при минимальных затратах на межступенчатое охлаждение. В свою очередь, многоступенчатое сжатие позволяет повысить уровень давлений, а значит, и глубину, и компактность аэротенков, использовать более эффективные методы аэрации например, мелкопузырчатую. В целом все это повышает производительность очистных сооружений без увеличения их габаритов и занимаемой площади.