Удосконалення зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

харківський державний технічний університет

будівництва та архітектури

УДК 628.33

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення зневоднення осадів міських стічних вод

на мулових майданчиках

Спеціальність 05.23.04 - Водопостачання, каналізація

Орлова олена миколаївна

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Епоян Степан Михайлович

завідувач кафедри водопостачання, каналізації і гідравліки Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

душкін станіслав станіславович

завідувач кафедри водопостачання, водовідведення та очистки вод Харківської національної академії міського господарства

кандидат технічних наук, доцент

Нездоймінов віктор іванович

завідувач кафедри водопостачання, водовідведення і охорони водних ресурсів Донбаської національної академії будівництва та архітектури

Захист відбудеться "15" червня 2011 р. об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий "10" травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., доцент О.В. Гвоздецький

ВСТУП

Актуальність роботи. В процесах механічної та біологічної очистки міських стічних вод на очисних спорудах каналізації утворюються різні категорії осадів, обробка яких є одною з найбільш складних задач. Ці осади відносяться до мулових суспензій і погано фільтруються. Великі об'єми, висока вологість, неоднорідність складу, наявність великої кількості органічних сполук, що швидко розкладаються і загнивають з утворенням колоїдних систем і неприємного запаху, а також присутності в їх масі бактеріальної мікрофлори та яєць гельмінтів ускладнюють їх обробку.

Технологія обробки осадів міських стічних вод - це багатостадійний коштовний процес. Основним елементом цієї технології є зневоднення осадів.

В наш час для зневоднення осадів, незважаючи на розвиток споруд механічного зневоднення, в основному застосовують мулові майданчики. Окрім того, діючими нормами проектування при будь-якому методі механічного зневоднення осадів мулові майданчики слід передбачати як резервні споруди для сушки 20% річної кількості осаду. При цьому робота мулових майданчиків залежить від кліматичних факторів і потребує виділення великих земельних площ. Дренажна система мулових майданчиків швидко кольматується і ефективність водовідбору знижується.

Таким чином, розробка технічних рішень щодо технології зневоднення осадів на мулових майданчиках, спрямованих на зростання їх продуктивності, актуальна, сприяє підвищенню ефективності роботи очисних споруд каналізації в цілому і поліпшує екологічний стан регіону.

Одним з таких напрямків є розробка технології зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, застосуванням флокулянтів і вакуумування.

Існуючі методи розрахунку мулових майданчиків частково обмежені, вони не враховують застосування флокулянтів і вплив їх дози на водовіддачу, крупність і щільність часток.

Таким чином, розробка методики розрахунку зневоднення осадів на мулових майданчиках, що враховує разом з кліматичними факторами і технічними засобами інтенсифікації водовідбору попередню обробку осадів флокулянтами, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до регіональної програми «Екологічне оздоровлення басейну річки «Сіверський Донець», а також плану кафедри водопостачання, каналізації і гідравліки Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, держбюджетної науково-дослідної роботи «Удосконалення технології обробки осадів міських стічних вод» (№ держреєстрації 0109U008966).

Мета і задачі роботи. Метою дисертаційної роботи є розробка и наукове обґрунтування технології інтенсифікації зневоднення осадів на мулових майданчиках і методики їх розрахунку, що враховує разом з кліматичними факторами і технічними засобами інтенсифікації водовідбору попередню обробку осадів флокулянтами.

Для досягнення поставленої мети були вирішені такі задачі:

- аналіз процесу зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках, виявлення напрямків підвищення їх ефективної роботи;

- аналіз методів і моделей розрахунку процесів зневоднення і фільтрації осадів на мулових майданчиках;

- дослідження складу і фізико-хімічних властивостей суміші осадів міських стічних вод;

- наукове обґрунтування і визначення основних параметрів роботи мулового майданчика при застосуванні флокулянтів і вакуумування;

- побудова математичної моделі зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, системою вакуумування і врахуванням дії флокулянтів;

- розробка методики розрахунку процесу зневоднення осадів, що оброблені флокулянтами, на мулових майданчиках, з горизонтальним дренажем і системою вакуумування;

- аналіз достовірності розрахункових залежностей;

- розробка вдосконаленої технології зневоднення осадів на мулових майданчиках та інтенсифікації їх роботи.

Об'єкт дослідження - процес зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках.

Предмет дослідження - методи і споруди для інтенсифікації зневоднення осадів на мулових майданчиках.

Методи досліджень. Дослідження виконані в лабораторних і виробничих умовах на експериментально-виробничій установці. При цьому лабораторні та виробничі дослідження виконували з використанням сучасних методів і обладнання Російської Федерації, Германії, Угорщини та США. Склад і властивості суміші осадів міських стічних вод досліджували з використанням сучасного обладнання. Дослідження мікроструктури, фізико-хімічних властивостей, визначення фізичних розмірів флокул, що утворювалися, дисперсного складу, мікроструктури осадів здійснювали петрографічним методом з використанням оптичного мікроскопа «NU-2E» і «МИН-8». Рентгеноструктурний аналіз осадів проводили на установці «ДРОН-4». Термогравіметричні дослідження осадів виконували методом диференціального термічного аналізу на дериватографі фірми «МОМ». Швидкість осадження завислих речовин і флокул осадів визначали методом рідинної седиментації на седиментаційних терезах моделі 4600 фірми «САРТОРИУС». Науковий аналіз і експериментальні дослідження проведені у виробничих умовах з використанням осадів міських стічних вод, оброблених флокулянтами, на експериментальній установці з застосуванням вакуумування. Для отримання розрахункових залежностей використані відомі гіпотези і теоретичні положення, для визначення ефективності і достовірності запропонованої технології інтенсифікації роботи мулових майданчиків використані методи математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів:

- науково обґрунтована і розроблена вдосконалена технологія зневоднення осадів на мулових майданчиках та інтенсифікації їх роботи;

- вивчені склад і фізико-хімічні властивості суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування, що було покладено в основу вдосконалення метода їх зневоднення на мулових майданчиках;

- розроблена математична модель зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, системою вакуумування і врахуванням дії флокулянтів;

- визначені раціональні параметри процесу зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем при застосуванні флокулянтів і вакуумування.

Практичне значення отриманих результатів.

На основі наукового аналізу, теоретичних і експериментальних досліджень розроблена технологія інтенсифікації водовідбору з мулових майданчиків, що включає попередню обробку осаду флокулянтами перед подачею його на зневоднення і подальше вакуумування за допомогою установки всмоктувально-нагнітаючої дії.

Отримані параметри процесу зневоднення осадів на мулових майданчиках із застосуванням флокулянтів і вакуумування, розроблена методика їх розрахунку.

Розроблені рішення дозволяють суттєво підвищити продуктивність мулових майданчиків і сприяють поліпшенню екологічного стану цих територій.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова і використовуються в розробках інституту ВАТ «Харківський Водоканалпроект».

Особистий внесок автора. Наукові результати, що викладені в дисертації, отримані на основі виконаного аналізу процесу зневоднення осадів міських стічних вод, а також методів підвищення ефективності роботи і моделей розрахунку мулових майданчиків. Автору належить розробка методики, організація і проведення експериментальних досліджень з інтенсифікації процесу зневоднення осадів на експериментальній установці мулового майданчика.

Автором вивчені склад і фізико-хімічні властивості суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування, що покладено в основу вдосконалення метода їх зневоднення на мулових майданчиках. Отримана емпірична залежність водовіддачі суміші осадів міських стічних вод від дози флокулянтів. Розроблена математична модель зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, системою вакуумування і урахуванням дії флокулянтів. На основі отриманої математичної моделі розроблена методика розрахунку процесу зневоднення осадів на мулових майданчиках із застосуванням флокулянтів і вакуумування. Виконана оцінка впливу кліматичних факторів, технічних засобів і реагентів на процес зневоднення осадів на мулових майданчиках.

Автором також розроблена технологія інтенсифікації роботи і підвищення продуктивності мулових майданчиків з горизонтальним дренажем, системою вакуумування і урахуванням дії флокулянтів.

Апробація роботи. Основні результати і головні положення дисертації доповідалися на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2008-2011 р.р.); міжнародних науково-практичних конференціях: «Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод» (м. Миргород, 2009 р.), «Сучасні проблеми охорони довкілля та раціонального використання ресурсів у водному господарстві» (м. Миргород, 2010 р.), «Вода, екологія, суспільство» (м. Харків, 2010 р.); міжнародній науковій конференції «Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд» (м. Харків, 2009 р.) і міжнародному науковому семінарі «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» (м. Харків, 2010 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 друкованих робіт у різних виданнях України, в тому числі 8 у спеціалізованих виданнях, регламентованих ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 168 найменувань, 3 додатків і вміщує 27 рисунків та 11 таблиць по тексту, усього 131 сторінка.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, об'єкт та предмет дослідження, наведено методи дослідження, наукову новизну та практичну цінність.

У першому розділі приведений аналіз стану питання зневоднення осадів міських стічних вод. Розглянуто умови утворення і якісні показники осадів стічних вод. Показано, що незважаючи на інтенсивний розвиток споруд механічного зневоднення, в основному застосовуються мулові майданчики, робота яких залежить від кліматичних умов і потребує виділення великих земельних площ. Окрім того, згідно діючих норм проектування, при будь-якому методі механічного зневоднення мулові майданчики слід передбачати як резервні споруди для сушки 20% річної кількості осаду.

Напрямки підвищення ефективності роботи мулових майданчиків показали, що необхідно застосовувати майданчики на штучній основі з розвинутою системою дренажу, технології його регенерації, використовувати вакуумування за допомогою установки всмоктувально-нагнітаючої дії, а також попередню обробку осадів флокулянтами перед їх подачею на зневоднення. Окрім того, існуючі методи розрахунку мулових майданчиків не враховують впливу реагентів на інтенсифікацію їх роботи.

Питаннями зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках та методами вдосконалення їх роботи займалися видатні вчені, спеціалісти та інженери: Туровський І.С., Яковлев С.В., Олійник О.Я., Веригін М.М., Болотських М.С., Корінько І.В., Епоян С.М., Агранонік Р.Я., Двінських Є.В., Терещук А.І., Євілевич А.З., Басова Т.О., Сорокіна В.Ю. та ін. Але існуючі методи підвищення продуктивності мулових майданчиків не завжди прийнятні, оскільки вони відрізняються складністю, високою вартістю і енергоємністю.

Показана актуальність та необхідність розробки і наукового обґрунтування способу інтенсифікації зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках і методу їх розрахунку, який би враховував разом з кліматичними факторами та технічними засобами інтенсифікації водовідбору попередню обробку осадів флокулянтами.

У другому розділі виконано комплексне дослідження дисперсного, фазового складу та фізико-хімічних властивостей суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування.

Мікроструктура осадів, що були досліджені, наведена на рис.1 і 2. Як видно з мікрофотографій, осади, оброблені флокулянтом, є крупнодисперсною системою з низьким вмістом вологи. Це сприяє інтенсифікації процесу зневоднення осадів.

Рис. 1 Оптична мікрофотографія суміші сирого осаду та надлишкового активного мулу, обробленої флокулянтом

Рис. 2 Оптична мікрофотографія вихідної суміші сирого осаду та надлишкового активного мулу

Виконані диференційний термічний та рентгеноструктурний аналізи і седиментаційні дослідження також показали, що суміш осадів міських стічних вод, оброблена флокулянтом, має кращу водовіддачу та седиментаційні властивості.

Отримані дані про склад і фізико-хімічні властивості суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування, покладено в основу удосконалення метода їх зневоднення на мулових майданчиках.

Також були проведені лабораторні дослідження з обробки суміші осадів флокулянтами. В якості реагентів були відібрані флокулянти фірми Ashland торгової марки Praestol.

Лабораторні дослідження показали, що при мінімальних дозах флокулянта (1,5-2 кг на 1 т а.с.р.) відбувається інтенсифікація процесу фільтрації суміші осадів та підвищується продуктивність мулових майданчиків.

Виробничі дослідження по зневодненню осадів флокулянтами проводили на експериментальній установці мулового майданчика з горизонтальним дренажем.

Експеримент складався з трьох серій. У першій серії проводили зневоднення необробленого флокулянтом осаду, в другій серії перед зневодненням осад оброблявся дозою флокулянта 1,5 кг на 1 т а.с.р., а в третій серії експериментів осад оброблявся флокулянтом дозою 1,5 кг на 1 т а.с.р. і в дренажній трубі створювався вакуум величиною 1,3 м.

В табл. 1 приведені результати експериментальних досліджень зневоднення осадів, оброблених флокулянтом, на муловому майданчику з горизонтальним дренажем та системою вакуумування.

Таблиця 1 Результати експериментальних досліджень

Час, хв	Об'єм мулової води V, м3
	1	2	3
Зневоднення осаду, необробленого флокулянтом
15	46	40	37
30	55	59	64
60	85	91	96
90	114	110	102
120	129	124	120
180	150	154	140
360	204	198	190
Зневоднення осаду, обробленого флокулянтом дозою 1,5 кг на 1 т а.с.р.
15	80	72	72
30	114	120	112
60	148	155	156
90	190	198	191
120	210	208	218
Зневоднення осаду, обробленого флокулянтом дозою 1,5 кг на 1 т а.с.р., при hвак=1,3 м
5	75	76	69
10	110	118	108
15	150	156	160
30	208	216	215
45	265	266	275

З табл. 1 видно, що обробка осаду навіть невеликою дозою флокулянта приводить до прискорення процесу зневоднення. При створенні в горизонтальних дренах вакуумметричного тиску процес зневоднення осадів інтенсифікується ще більше.

Таким чином, технологія зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем та застосуванням флокулянтів і вакуумування є ефективною.

У третьому розділі представлена розроблена математична модель процесу зневоднення оброблених реагентами осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем і системою вакуумування, що враховує зміну структури осаду, що відбувається при застосуванні флокулянтів, і, відповідно, зміну параметрів фільтрації мулової води і осадження часток осаду.

В основу даної математичної моделі покладені такі міркування. Загалом на мулових майданчиках відбувається осадження твердих часток на поверхні завантаження або на шарі осаду, що осів раніше, з утворенням зверху зони освітленої мулової води, під нею - зони завислих часток осаду, що не осіли, а знизу - зони часток осаду, що осів. Процеси осадження і зневоднення осаду можна розділити на три стадії: на першій стадії після наливу мулової води на майданчиках відбувається утворення вказаних зон мулової води і часток, що осіли, при цьому товщина цих зон безперервно змінюється; на другій стадії всі частки осаду осідають (зона завислих часток осаду зникає), йде зменшення висоти освітленої зони і деяке зменшення висоти нижньої зони осаду, що осів, за рахунок його ущільнення; на третій стадії рівень мулової води досягає границі шару осаду, що осів, і відбувається безпосереднє зневоднення цього шару.

Вихідними рівняннями для побудови математичної моделі є:

- рівняння швидкості зниження рівня мулової води:

, (1)

де U_ф - швидкість фільтрації через шар осаду, що осів, і через дренажне завантаження, м/доб; ₀ - інтенсивність випаровування з поверхні мулової води, м/доб;

- рівняння швидкості зниження границі шару завислих часток z(t):

, (2)

де u_s - швидкість осадження часток, м/доб.

- рівняння збереження маси твердих часток:

С₀H₀ = l(t) + C₀[z(t) - l(t)], (3)

де С₀ - вихідна масова концентрація твердих часток зависі в момент часу

t = 0, мг/л; - масова концентрація твердих часток зависі в об'ємі осаду, що осів, мг/л; l(t) - товщина шару осаду, що осів, м.

На основі цих рівнянь отримані залежності для визначення динаміки рівня мулової води на першій стадії зневоднення:

(4)

де ; ; k₀ - коефіцієнт фільтрації піску в дренажній траншеї, м/доб; k₁ - коефіцієнт фільтрації осаду, що осів, м/доб; h_вак - вакуумметричний напір, м;

і другій стадії зневоднення:

(5)

де

Рівняння (4) вирішується чисельно.

Умовою завершення першої стадії, з урахуванням того, що при цьому z(t) = l(t), буде вираз:

(6)

Час завершення другої стадії знаходиться із залежності:

. (7)

Для більш універсального аналізу впливу параметрів мулових майданчиків на тривалість зневоднення осадів рівняння (4-7) були приведені до безрозмірного вигляду. При цьому були виключені параметри дренажної траншеї, заповненої піском.

При обробці осадів флокулянтами змінюється їх структура, часточки зависі агломеруються, збільшуються їх розміри. Розмір часток зависі, в свою чергу, впливає на швидкість осадження часток u_s і на значення коефіцієнта фільтрації осаду k₁. Визначити залежність швидкості осадження часток від їх діаметра можна за допомогою формули Стокса:

, (8)

де _т - щільність часточки осаду, кг/м³; - щільність води, кг/м³; d - діаметр часток, м; g - прискорення вільного падіння, м/с²; - динамічна в'язкість, Пас;

Залежність коефіцієнта фільтрації осаду від діаметра часток - за допомогою формули Сліхтера:

, (9)

де А - умовний параметр, А = 2100 при d₁₀ = 0,002-0,05 мм, А = 450 при

d₁₀ = 0,05-0,15 мм; n - пористість осаду, %; d₁₀ - середньозважений діаметр часток осаду, масова доля яких у відібраному зразку складає 10%, мм; Т_t - температурний коефіцієнт, який можна визначити за наступною емпіричною формулою:

T_t = 0,7 + 0,03t, (10)

де t - температура, ⁰С.

На основі отриманих нами експериментальних даних визначена емпірична залежність середнього діаметра часток осаду d (мм) від дози флокулянта Д (кг/т а.с.р.):

. (11)

Залежність (11) дає можливість розрахувати коефіцієнт фільтрації осаду за формулою Сліхтера (9). Дана залежність є важливою складовою розробленої математичної моделі, оскільки вона дозволяє врахувати дію флокулянтів на структуру осаду, що обумовлює значну зміну коефіцієнта фільтрації осаду і, відповідно, інтенсифікацію процесу зневоднення.

У четвертому розділі за допомогою розробленої математичної моделі вивчено вплив технологічних параметрів процесу на ефективність застосування даної технології.

Під технологічними параметрами розуміємо висоту наливу осаду на муловий майданчик Н₀, величину вакуумметричного напору h_вак, дозу флокулянта Д , кратність наливу n. Також мають значення конструктивні параметри мулового майданчика - площа, яку займають горизонтальні дрени f, і площа самого майданчика F.

Ефективність застосування даної технології визначається приведеною тривалістю, тобто тривалістю зневоднення, приведеною до об'єму осаду, що підлягає обробці.

На рис. 3 і 4 наведені залежності приведеної тривалості процесу зневоднення на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем і системою вакуумування від висоти наливу осаду при вакуумметричному напорі h_вак = 0 м і при h_вак = 2,0 м відповідно при різних дозах флокулянта, що додається до осаду.

Рис. 3 Залежність при h_вак = 0 м 0; 1,5; 3,0; 4,5; 6,0 - доза флокулянта в кг на 1 тону абсолютно сухої речовини

Рис. 4 Залежність при h_вак = 2,0 м 0; 1,5; 3,0; 4,5; 6,0 - доза флокулянта в кг на 1 тону абсолютно сухої речовини

Аналізуючи дані, представлені на рис. 3 і 4 можна зробити висновок, що при обробці осадів флокулянтами приведена тривалість їх зневоднення зменшується із збільшенням висоти наливу. При використанні вакууму даний процес не так ярко виражений. Тому при застосуванні таких засобів інтенсифікації зневоднення осадів, як вакуумування і обробка реагентами, слід максимально використовувати об'єм мулового майданчика і дотримуватися його максимального заповнення.

Якщо відбувається кольматація дренажу, то час роботи всмоктувальнонагнітаючої установки має обмежуватися початком кольматації, і, відповідно, продуктивність мулового майданчика корегується.

На рис. 5 показаний вплив дози флокулянта на тривалість процесу зневоднення на мулових майданчиках при різному вакуумметричному напорі. Згідно даним, наведеним на рис. 5, доза флокулянта має бути

1,5-2,0 кг/т а.с.р. Подальше збільшення дози реагенту не дає суттєвого ефекту, оскільки фільтраційні характеристики осаду стають порівняними з характеристиками самої горизонтальної дрени і засипки в дренажній траншеї.

Вплив величини вакуумметричного напору h_вак на інтенсивність зневоднення осадів, оброблених дозою флокулянта 1,5, 2,0 і 3,0 кг/т а.с.р., на мулових майданчиках з системою вакуумування показаний на рис. 6.

При збільшенні вакуумметричного напору до 1,5 м тривалість зневоднення значно зменшується при різних дозах флокулянта, але при подальшому збільшенні величини h_вак зниження тривалості зневоднення вже не таке інтенсивне. Тому раціональним значенням вакуумметричного напору при зневодненні осадів на мулових майданчиках з системою вакуумування є величина 1,0-1,5 м.

Рис. 5 Залежність при Н₀ = 1,5 м 0; 1,0; 2,0; 3,0 - вакуумметричний напір в м.



Рис. 6 Залежність при Н₀ = 1,5 м 1,5; 2,0; 3,0 - доза флокулянта в кг на 1 тону абсолютно сухої речовини

На рис. 7 представлена залежність загальної приведеної тривалості зневоднення осадів, оброблених флокулянтом дозою 2 кг/т а.с.р., при трьох наливах і різних значеннях висоти наливу і вакуумметричного напору.

З наведених на рис. 7 даних, видно, що, починаючи з величини вакуумметричного напору 1,3-1,5 м, приведена тривалість зневоднення осадів при декількох наливах починає зростати із збільшенням висоти наливу. Тому необхідно дотримуватися значення вакуумметричного напору 1,3-1,5 м. Значення висоти наливу може бути будь-яким, оскільки загальна приведена тривалість зневоднення не залежить від цього параметру.

Рис. 7 Залежність при n = 3 1,0; 2,0; 3,0 - величина вакуумметричного напору в м

На рис. 8 представлена залежність загальної приведеної тривалості зневоднення оброблених флокулянтами осадів при трьох наливах від вакуумметричного напору, що створюється всмоктувально-нагнітаючою установкою в горизонтальній дрені при різних значеннях висоти наливу.

Рис. 8 Залежність при n = 3 0,25; 0,5; 1,0 - величина висоти наливу в м

Дані, представлені рис. 8, показують, що збільшення величини вакуумметричного напору понад 1,3 м так само, як і при однократному наливі, не суттєво впливають на тривалість процесу зневоднення при багатократних наливах.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що технологія зневоднення оброблених флокулянтами осадів на мулових майданчиках з системою вакуумування в декілька наливів буде ефективною, якщо дотримуватися наступних параметрів:

- величина вакуумметричного напору має бути 1,3 м, при цьому висота наливу може бути будь-якою; при меншому вакуумметричному напорі висота наливу має бути максимальною, при більшому - мінімальною;

- загальна кількість наливів може бути будь-якою і обмежується лише технологічним режимом; але при достатньо великій висоті шару осаду можливе його ущільнення і кольматація, при цьому змінюються фільтраційні характеристики, що може привести до різкого підвищення тривалості зневоднення при наступних наливах.

Виконане порівняння експериментальних і розрахункових даних підтвердило достовірність розробленої математичної моделі.

У п'ятому розділі наведені отримані на основі виконаних досліджень технічні рішення щодо інтенсифікації роботи і підвищення продуктивності мулових майданчиків з горизонтальним дренажем, системою вакуумування та урахуванням дії флокулянтів.

Економічний ефект від впровадження удосконаленої технології зневоднення осадів на мулових майданчиках Комплексу біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова складає 639 тис. грн. за рік. муловий майданчик фільтрація стічний

ЗАГАЛЬНІ вИсновки

1. Виконаний аналіз процесу зневоднення осадів міських стічних вод показав, що незважаючи на розвиток споруд механічного зневоднення, в основному застосовуються мулові майданчики, робота яких залежить від кліматичних факторів і потребує виділення великих земельних площ.

2. Одним з ефективних методів інтенсифікації зневоднення осадів на мулових майданчиках є застосування флокулянтів і вакуумування.

3. Виконані комплексні дослідження складу і фізико-хімічних властивостей суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування. Дослідження дозволили вивчити: дисперсний склад і мікроструктуру осадів, процеси дегідратації та термічного розпаду осадів, динаміку процесу седиментації їх твердої фази. Нові дані про склад і властивості суміші осадів міських стічних вод покладені в основу вдосконалення методу їх зневоднення на мулових майданчиках.

4. Визначена залежність водовіддачі суміші осадів міських стічних вод від дози флокулянтів. Установлено, що при мінімальних дозах флокулянта відбувається інтенсифікація процесу фільтрації осаду і підвищується продуктивність мулових майданчиків.

5. Розроблена математична модель процесу зневоднення оброблених реагентами осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем і системою вакуумування, що враховує зміну структури осаду при застосуванні флокулянтів і, відповідно, параметрів фільтрації мулової води та осадження часток осаду.

6. Розроблена математична модель зневоднення оброблених реагентами осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем і системою вакуумування враховує вплив таких важливих технологічних параметрів, як висота шару наливу осаду, кількість наливів, величина вакууму в горизонтальних дренах, доза флокулянта, що дозволяє обґрунтовано підібрати раціональні значення цих величин.

7. В результаті математичної обробки отриманих експериментальних даних визначена емпірична залежність середнього діаметру часток осаду від дози флокулянта, яка дозволяє врахувати вплив дози реагенту на параметри фільтрації та, відповідно, час зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем і системою вакуумування.

8. За допомогою розробленої математичної моделі вивчено вплив параметрів процесу зневоднення оброблених реагентами осадів на ефективність видалення води на мулових майданчиках і визначені їх раціональні значення, які забезпечують максимальну продуктивність мулових майданчиків при мінімальних експлуатаційних витратах, пов'язаних з витратою флокулянта і витратами електроенергії, що споживається всмоктувально-нагнітаючою установкою.

9. Ефективним технологічним заходом, що дозволяє скоротити час простою мулових майданчиків, пов'язаного з видаленням зневодненого осаду, є зневоднення осаду в декілька наливів. Проведені за допомогою розробленої математичної моделі дослідження показали, що при багатократному наливі та вакуумметричному напорі 1,3 м, приведена тривалість зневоднення осаду не залежить від висоти наливу.

10. Проведені експериментальні дослідження підтвердили достовірність розробленої математичної моделі процесу зневоднення осаду на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, системою вакуумування і урахуванням дії флокулянтів, а також ефективність запропонованої технології.

11. Результати дисертаційної роботи впроваджені на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова і використовуються в розробках інституту ВАТ «Харківський Водоканалпроект». Економічний ефект від впровадження розробленої технології зневоднення осадів на мулових майданчиках Комплекса біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова складає 639 тис. грн. за рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Эпоян С.М. Направления повышения эффективности обезвоживания осадков городских сточных вод / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2009. - Вип. 51. - С. 197-200.

Особистий внесок автора: виконано аналіз складу осадів міських стічних вод та методів їх зневоднення, показана ефективність застосування флокулянтів та вакуумування на мулових майданчиків.

2. Эпоян С.М. Совершенствование реагентной обработки осадков городских сточных вод /С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2009. -Вип. 55. - С. 314-316.

Особистий внесок автора: розглянуто методи реагентної обробки осадів міських стічних вод та показано їх удосконалення.

3. Эпоян С.М. Рентгеноструктурные исследования смеси осадков городских сточных вод / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова, О.В. Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. -2010. - Вип. 56. -С. 157-161.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження в лабораторних умовах з вивчення фазового складу суміші осадів міських стічних вод та впливу флокулянтів на водовіддачу.

4. Эпоян С.М. Определение эффективности флокулянтов для повышения производительности иловых площадок / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова, И.В. Коринько, О.В. Степанов, В.Н. Кривонос, Т.С. Айрапетян // Коммунальное хозяйство городов. Научн. техн. сб. ХНАГХ. -К.: Техніка, 2010. -Вып. 93. -С. 129-132.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах та показана ефективність застосування флокулянтів.

5. Эпоян С.М. Термогравиметрические исследования смеси осадков городских сточных вод / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова, А.Б. Ефремов, О.В. Степанов // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. Наук.-техн. зб. -К.: КНУБА, 2010. -Вип. 14. -С. 103-108.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах з вивчення термічного складу суміші осадів міських стічних вод та впливу флокулянтів на водовіддачу.

6. Эпоян С.М. Исследование зависимости водоотдачи смеси осадков городских сточных вод / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. -2010. - Вип. 58. -С. 228-231.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах та визначено залежність водовіддачі суміші осадів міських стічних вод.

7. Эпоян С.М. Совершенствование методов и моделей расчета процессов обезвоживания и фильтрации осадков городских сточных вод на иловых площадках / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова, В.Е. Сорокина, А.С. Карагяур // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2010. -Вип. 60. - С. 324-334.

Особистий внесок автора: виконано аналіз методів розрахунку мулових майданчиків та показано напрямки їх удосконалення.

8. Орлова Е.Н. Моделирование процесса обезвоживания осадков, обработанных реагентами на иловых площадках / Е.Н. Орлова // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2011. - Вип. 62. - С. 221-226.

9. Эпоян С.М. Производственные исследования по интенсификации водоотбора с иловых площадок очистных сооружений канализации // С.М.Эпоян, А.С.Карагяур, В.Е.Сорокина, Е.Н.Орлова, И.В.Коринько, О.В.Степанов // Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод: міжнар. наук. практ. конф., 6-10 квітня 2009 р., м. Миргород: матер. конф. - К.: Товариство «Знання» України. - 2009, Т.1. - С. 71-74.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження та обробку отриманих даних.

10. Эпоян С.М. Исследования физико-химических свойств смеси осадков городских сточных вод // С.М.Эпоян, Е.Н. Орлова, О.В.Степанов, Т.С. Айрапетян // Сучасні проблеми охорони довкілля та раціонального використання ресурсів у водному господарстві: міжнар. наук. практ. конф., 13-17 квітня 2010 р., м. Миргород: матер. конф. - К.: Товариство «Знання» України. - 2010. - С. 54-58.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах з вивчення мікроструктури і седиментаційних властивостей суміші осадів міських стічних вод та впливу флокулянтів на водовіддачу.

11. Эпоян С.М. Определение эффективности флокулянтов для повышения производительности иловых площадок / С.М. Эпоян, Е.Н. Орлова, И.В. Коринько, О.В. Степанов, В.Н. Кривонос, Т.С. Айрапетян // Вода, экология, общество: III междунар. науч. - практ. конф., 9-11 февраля 2010 г.: матер. конф. - Харьков: ХНАГХ, 2010. - С. 131-133.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах та показано ефективність застосування флокулянтів.

Анотація

Орлова О.М. Удосконалення зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2011.

У роботі отримані такі результати: розроблено удосконалену технологію зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках та інтенсифікацію їх роботи; вивчено склад і фізично-хімічні властивості суміші осадів міських стічних вод, як при обробці їх флокулянтами, так і без їх застосування, що покладено в основу удосконалення метода їх зневоднення на мулових майданчиках; розроблено математичну модель зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем, системою вакуумування та з урахуванням дії флокулянтів; визначені раціональні параметри процесу зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем із застосуванням флокулянтів і вакуумування; отримано емпіричну залежність середнього діаметру часток осаду від дози флокулянту, що дозволяє врахувати вплив дози реагенту на параметри фільтрації та, відповідно, на час зневоднення осадів на мулових майданчиках з горизонтальним дренажем та системою вакуумування. Результати роботи впроваджені на «Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова.

Ключові слова: мулові майданчики, осади міських стічних вод, зневоднення, горизонтальний дренаж, вакуумування, флокулянт, фільтрація, мулова вода, склад і фізико-хімічні властивості суміші осадів.

Аннотация

Орлова Е.Н. Совершенствование обезвоживания осадков городских сточных вод на иловых площадках. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2011.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи повышению эффективности обезвоживания осадков городских сточных вод на иловых площадках. Проведен анализ состояния вопроса обезвоживания осадков городских сточных вод. Показано, что, несмотря на интенсивное развитие сооружений механического обезвоживания, в основном применяются иловые площадки, работа которых зависит от климатических условий и требует выделения больших земельных площадей. Рассмотрены методы и модели расчета процессов обезвоживания и фильтрации осадков городских сточных вод на иловых площадках. Показано, что одним из эффективных методов обезвоживания осадков на иловых площадках является применение флокулянтов и вакуумирования.

На основании данных проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология интенсификации водоотбора с иловых площадок, включающая предварительную обработку осадка флокулянтами перед подачей на обезвоживание и последующее вакуумирование при помощи установки всасывающе-нагнетательного действия. Выполнены комплексные исследования состава и физико-химических свойств смеси осадков городских сточных вод, как при обработке их флокулянтами, так и без их применения, которые положены в основу совершенствования метода их обезвоживания на иловых площадках. Определена зависимость водоотдачи смеси осадков городских сточных вод от дозы флокулянтов. Установлено, что при минимальных дозах флокулянта происходит интенсификация процесса фильтрации и повышается производительность иловых площадок. Разработана математическая модель процесса обезвоживания обработанных реагентами осадков на иловых площадках с горизонтальным дренажем и системой вакуумирования, которая учитывает изменение при применении флокулянтов структуры осадка и, соответственно, параметров фильтрации иловой воды и осаждения частичек осадка. Определены рациональные параметры процесса обезвоживания осадков на иловых площадках с горизонтальным дренажем с использованием флокулянтов и вакуумирования. В результате математической обработки полученных экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость среднего диаметра частичек осадка от дозы флокулянта, которая позволяет учесть влияние дозы реагента на параметры фильтрации и, соответственно, время обезвоживания осадков на иловых площадках с горизонтальным дренажем и системой вакуумирования. Получены параметры процесса обезвоживания осадков на иловых площадках с применением флокулянтов и вакуумирования, разработана методика их расчета

Результаты работы внедрены на Комплексе биологической очистки «Безлюдовский» КП КХ «Харьковкоммуночиствод» г. Харькова и используются в разработках института ОАО «Харьковский Водоканалпроект». Экономический эффект от внедрения разработанной технологии обезвоживания осадков на иловых площадках Комплекса биологической очистки «Безлюдовский» КП КХ «Харьковкоммуночиствод» г. Харькова составляет 639 тыс.грн. в год.

Ключевые слова: иловые площадки, осадки городских сточных вод, обезвоживание, горизонтальный дренаж, вакуумирование, флокулянт, фильтрация, иловая вода, состав и физико-химические свойства смеси осадков.

RESUME

Orlova O.M. Development of dehydration of sludges of municipal waste water on sludge beds. - the Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science degree technical (Ph.D), on speciality 05.23.04 - water supply, sewerage. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2011.

Such results are received in work: the advanced technology of dehydration of sludges of municipal waste water on sludge beds and intensification of their work are developed; structure and physical-chemical properties of mixture of sludges of municipal waste water, both at their treatment by flocculants and without their application are studied, that is fixed in basis of development of method of their dehydration on sludge beds; the mathematical model of dehydration of sludges on sludge beds with horizontal drainage, system of vacuumizing and taking into account the action of flocculants is developed; the rational parameters of process of dehydration of sludges on sludge beds with horizontal drainage, with use of flocculants and vacuumizing are specified; empirical dependence of middle diameter of particles of sludges from dose of flocculant is received. This dependence allows to take into account influence of dose of reagent on the parameters of filtration and, accordingly, time of dehydration of sludges on sludge beds with horizontal drainage and system of vacuumizing. The results of work are incalcated on Complex of biological purification "Bezludovskiy" UP ME “Kharkivkomunochistvod“ Kharkov.

Keywords: sludge beds, sludges of municipal waste water, dehydration, horizontal drainage, vacuumizing, flocculant, filtration, sludge water, structure and physical-chemical properties of mixture of sludges.

Підписано до друку 04.05.2011. Формат 60х84 1/16. Папір офсетний. Обсяг 0,9 друк. арк. Наклад 100 прим. Зам № б/н.

Надруковано СПД ФО Степанов В.В. м. Харків, вул. Ак. Павлова, 311

Размещено на Allbest.ru

...