Тонкошаровий відстійник-фільтр

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ТАРАУНЕХ Ахмад Хасан

УДК 628.33.+628.353.16

Тонкошаровий відстійник - фільтр

Спеціальність 05.23.04 - Водопостачання, каналізація

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури

Науковий керівник: доктор технічних наук, зав. кафедри “Безпека життєдіяльності та екологфї в будівництві” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

ОФІЦІЙНІ ОПОНЕНТИ:

ПАНТЕЛЯТ Гаррі Семенович, доктор технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація, професор кафедри “Водопостачання, каналізація і гідравліка” Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури

ТКАЧОВ Вячеслав Олександрович, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, доцент кафедри “Водопостачання, каналізація та очистка води” Харківської державної академії міського господарства

Провідна установа

Київський національний технічний університет будівництва та архітектури, (Міністерство освіти України, м. Київ)

Захист відбудеться 22 жовтня 1999 р. о 11 год

На засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 310002 м. Харків, вул.Сумська, 40

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці університету

Автореферат розісланий “ 20 ” вересня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат історичних наук, професор Колотило М.І..

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема забезпечення населення земної кулі водою питної якості є не лише санітарно-гігієнічною і соціально-економічною, але й проблемою національної безпеки держави. Свідоцтвом цьому є увага, що приділяється цій проблемі на державному рівні. В Україні прийнята та реалізується національна програма “Чиста питна вода”. В Іорданії здійснюється ряд великих проектів щодо забезпечення водою населення та промисловості.

Роль водопідготовки та водоочищення у вирішенні проблем питного водопостачання набуває зараз вирішального значення. В умовах дефіциту прісної води особливо актуальною є задача підготовки води питної якості з поверхневих джерел, в яких вода має звичайно підвищену мутність. Розв'язання задачі освітлення мутних вод дуже важливе як для умов України, так і для Іорданії. Особливо важливим є розв'язання цієї задачі для невеликих об'єктів комунального водопостачання, для яких відсутні централізовані системи водопостачання зі станціями водопідготовки.

Вилучення завислих речовин під впливом сил гравітації (методом відстоювання) є однією з найбільш простих технологій, що відрізняється високою ефективністю та вимагає мінімальних енергетичних витрат.

Проте при відстоюванні відбувається вилучення з води лише порівняно великих часток завислих речовин. Мілкодисперсні та колоїдні частки простим відстоюванням усунути неможливо. Тут необхідне застосування методів коагуляції, флокуляції та фільтрування.

У вирішенні питань підвищення ефективності очистки природних вод економічним шляхом перспективним напрямком є розробка комбінованого апарата - тонкошарового відстійника, суміщеного з напірним фільтром. Розробка такого апарата є вельми актуальним завданням у першу чергу для водопостачання порівняно невеликих об'єктів (котеджи, лікарні, санаторії, вілли, окремі житлові будинки та ін.). Такі установки будуть служити одним з елементів інженерного та технологічного забезпечення вирішення проблеми чистої питної води і стануть у пригоді для розвитку і вдосконалення систем водопідготовки в Україні та на батьківщині автора - в Іорданії.

Робота виконана в рамках державної програми “Розробка теорії екологічної безпеки та надійності життєдіяльності для об'єктів будівництва, промисловості та впровадження екологічних систем водопостачання. Розробка та впровадження замкнутих систем зворотнього водопостачання машинобудівних та металургійних підприємств, які виключають скид стічних вод у водойми України”.

Метою дисертаційної роботи є розробка методу та апарата для інтенсифікації очистки природної води для питного вживання шляхом суміщення процесу тонкошарового відстоювання і фільтрування.

Наукова новизна роботи:

Науково обгрунтована можливість інтенсифікації та підвищення ефективності очистки природної води до питної якості шляхом суміщення в одному апараті процесів відстоювання у тонкому шарі та фільтрування.

Розроблена і досліджена нова конструкція апарата для очистки води, який складається із тонкошарового відстійника з фільтрувальним елементом.

Запропоновано метод розрахунку швидкостей та визначено режим руху рідини у тонкошаровому відстійникуві з фільтрувальним елементом.

Запропоновано метод розрахунку швидкостей руху шару осаду у елементі горизонтального відстійника і визначені умови стійкості руху осаду.

Практичне значення роботи:

Розроблена нова конструкція апарата для очистки води, що складається з тонкошарового відстійника і фільтруючого елемента.

Визначена область застосування тонкошарового відстійника-фільтра. Рекомендується його використання для очистки природної води до питної якості в системах водопостачання порівняно невеликих об'єктів (котеджи, лікарні, санаторії, вілли, окремі житлові будинки та ін.) як в Україні, так і в Іорданії.

Розроблені рекомендації щодо застосування отриманих закономірностей і розроблених методів розрахунку для використання при проектуванні інших модифікацій тонкошарових відстійників-фільтрів (ТВФ), призначених для очистки природних вод.

Особистий вклад автора:

Розроблено ескізний проект та здійснено монтаж лабораторної установки для досліджень однієї секції ТВФ.

Розроблено ескізний проект укрупненої установки (шість секцій ТВФ) для очистки природної води до питної якості в умовах Іорданії.

Виконані технологічні дослідження лабораторної моделі ТВФ як з застосуванням, так і без застосування коагуляції та флокуляції.

Розроблено наближений метод розрахунку ламінарного потоку в тупіковому каналі з фільтрувальною стінкою, виходячи з рівняння кількості руху та пропозицій щодо встановлення критерія стійкості руху осаду.

Розроблено метод розрахунку ТВФ з урахуванням затухаючої течії в тупіковому каналі.

Апробація результатів досліджень. Основні результати і головні положення дисертаційної роботи доповідалися автором на 51, 52, 53 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА) та на 29 науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 5 статей, у тому числі 2 без співавторів, подана заявка на отримання патенту України на розроблену конструкцію ТВФ.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літератури з 123 найменувань, трьох додатків (схеми тонкошарових відстійників, таблиць та рекомендацій з проектування) та містить 156 стор. основного тексту, 4 таблиці, 58 малюнків, загальним обсягом 182 сторінки.

ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформульована мета дисертаційного дослідження, наукова новизна, практична значимість, особистий внесок автора роботи, відомості про апробацію результатів досліджень та публікації.

У розділі I виконано аналітичний огляд стану питання і вибір напрямку досліджень. Розглянуті процеси відстоювання та фільтрування у підготовці питної води, відзначена роль вчених України та інших країн та зазначені фундаментальні монографії.

Виконано аналіз розвитку і практичного втілення ідеї тонкошарового відстоювання, починаючи з робіт Хазена, Кемпа, Фінірстрома та інш.

Розглянута суть процесу тонкошарового відстоювання, фізичні основи та принципи влаштування тонкошарових відстійників, відзначені відомі з літературних джерел очевидні їх переваги, вказано деякі недоліки, пов'язані з тим, що при малому часі процесу відстоювання знижується можливість природної агрегації завислих часток та ущільнення осаду, а також погіршення роботи при можливому біологічному обростанні пластин.

Запропонована класифікація і систематизація тонкошарових відстійників (ТВ) за рядом ознак: тонкошарові відстійні апарати і тонкошарові модулі або блоки, вмонтовані в традиційні відстійники; ТВ для розділення суспензій і для розділення емульсій; тонкошарові відстійники для осаждення часток більш важких, ніж рідина; ТВ для більш легких, ніж рідина, вспливаючих часток; ТВ з безперервним процесом відстоювання та періодичним процесом; ТВ з прямоточним рухом освітляємої рідини та сповзаючого осаду, з протиточним рухом освітляємої рідини та осаду, з перехресним рухом рідини та сповзаючого осаду; ТВ з похилими пластинами (пластинчаті) і похилими трубами малого діаметру (трубчаті); ТВ з системою розподілу суспензії між шарами з допомогою трубчатих колекторів і ТВ з влаштуванням перед пластинами каналу, що подає суспензію, перемінної ширини; ТВ для природних вод, для технологічних вод з завислими частками, для стічних вод, що не містять великих часток, які забивають тонкошарові канали; вторинні тонкошарові відстійники для біологічно очищених стічних вод, тонкошарові нафто- та жироуловлювачі, тонкошарові ущільнювачі активного мулу та інш.

Наведено найбільш характерні конструкції та схеми тонкошарових відстійників, які знайшли застосування в зарубіжній та вітчизняній практиці. Для очистки природних вод розглянуті відстійники Ламелла, відстійники УНО, фірми Пассаван, відстійники, розроблені М. Б. Демура.

Розглянуті тонкошарові відстійники з вмонтованою камерою флокуляції.

Розглянуті конструкції тонкошарових модулів для підвищення ефективності роботи традиційних відстійників, шляхи їх реконструкції та наведені найбільш характерні приклади таких рішень, які свідчать про суттєве підвищення ефективності за рахунок тонкошарового відстоювання. Це ж положення справедливо і для первинної очистки стічних вод.

Наведені схеми і конструктивні рішення тонкошарового відстоювання стічних вод - застосування тонкошарових відстійників та тонкошарових модулей для очистки стічних вод від завислих речовин, тонкошарові нафтоуловлювачі, тонкошарові ущільнювачі активного мулу.

Відзначені дослідження тонкошарового відстоювання, виконані у ВНДІ ВОДГЕО А. А. Бондарєвим, Ю. З. Кєдровим, В. С. Ліберманом, В. Г. Пономарьовим, у УкрНДІВОДГЕО, у МІБІ, у академії Комунального господарства, а також розробки фірми Passavant (Швеція), CTB Process (Великобританія), R. D. Shell (Нідерланди), Vinitex (Нідерланди), Gen. Electr. Co. (США) та ін.

Надана оцінка існуючого науково-технічного рівня в галузі тонкошарового відстоювання, що дозволило сформулювати напрямок дисертаційного дослідження.

У розділі II наведено подальше обгрунтування напрямку досліджень, сформульована робоча гіпотеза, запропонована конструкція ТВФ, опрацьована методика дисертаційних досліджень.

Вибір технологій, водопідготовки і очистки води від завислих речовин залежить від фазово-дисперсного складу домішок, їхніх концентрацій та витрат води, що обробляється.

У роботі запропонований графік можливих областей застосування технологій очистки води у координатах “розмір часток домішок - витрата води, що обробляється, - функція розподілу завислих часток за їх розмірами”, необхідність фільтрування води після відстоювання. Відзначається, що принципи тонкошарового відстоювання та основні положення конструювання ТВ достатньо повно розроблені.

Висунута робоча гіпотеза:

-підвищити ефективність очистки води від завислих речовин з допомогою тонкошарового відстоювання можна при поєднанні у тонкошаровому відстійнику ТВ двох процесів: тонкошарового відстоювання та фільтрування крізь фільтруючу перегородку, що є верхньою границею тонкошарового каналу. При цьому суттєво підвищується ефективність власне тонкошарового відстоювання у результаті того, що подовжні швидкості у тупіковому тонкошаровому каналі зменшуються до нуля, завдяки чьому випадають частки з меншою гідравлічною крупністю. Схема такого суміщення показана на рис. 1, а на рис. 2 представлена схема тонкошарового відстійника-фільтра з 6 секцій (заявка на отримання патенту знаходиться в стадії розгляду).

Представлена загальна методика дисертаційного дослідження за етапами “аналіз існуючого становища формулювання робочої гіпотези розробка конструктивної схеми тонкошарового відстійника-фільтра та його фрагменту для експериментального дослідження седиментаційні дослідження при тонкошаровому відстоюванні досліди з тонкошаровим відстоюванням-фільтруванням теоретичний аналіз і зіставлення з дослідом розробка методу розрахунку та рекомендацій щодо впровадження”.

На підставі аналітичного огляду основних положень седиментаційного аналізу- фундаментальної монографії І.А. Фігуровського показано, що крива Э(t) кінетики випадіння завислих речовин у спокої у вигляді залежності ефективності осадження від часу відстоювання t містить інформацію про дисперсний склад завислих часток, функції розподілу часток за часом їхнього випадіння Е(t) і щіль-

Цей аналіз ускладнений, бо грунтується на графічному диференціюванні дослідних кривих Э(t). У роботі В.В. Найденко використовується аналітична апроксимація кривої кінетики осадження у вигляді рівняння

, (1)

де Э₀, t₀, а= t₀/Э₀,=1/Э₀ -параметри, визначені з досліду. Це рівняння в нових перемінних =t/Э, t переходить у лінійне рівняння

, (2)

з допомогою якого легко визначити і функцію розподілу і щільність розподілу завислих речовин за часом осадження, гідравлічною крупністю, розмірам часток.

Автором пропонується узагальнене представлення кінетики осадження шляхом введення параметру t_пр - граничного (найменшого) часу для повного осадження завислих часток даного дисперсного складу, що відповідає умовам.

Одержане рівняння кінетики осадження у вигляді

, (3)

де.

Перевагою представлення кінетики осадження у безрозмірних координатах Э,є те, що лише один параметр Э₀ чи характеризує усі криві осадження, які мають вигляд сімейства прямих, що відрізняються параметром. У дисертації наведені дослідні графіки кривих кінетики осадження, потім у аналітичному вигляді та в безрозмірних кривих.

В розділі III представлені методика та результати експериментальних досліджень тонкошарового відстоювання-фільтрування. Завданням експериментальних досліджень є перевірка робочої гіпотези та визначення ефективності відділення завислих часток.

Виходячи з поставленого завдання та особливостей запропонованої конструкції тонкошарового відстійника-фільтра, експерименти були виконані у такій послідовності:

-досліди з відстоювання в потоці для одержання седиментаційної кривої суспензії природної води та характеристик тривкості суспензії.

-досліди з освітлення суспензії в тонкошаровому відстійнику-фільтрі при відстоюванні у тонкому шарі без фільтрації крізь фільтруючу перегородку та при тих же умовах при спільному відстоюванні у тонкому шарі та фільтрації.

-досліди з встановлення ефекту коагуляції та флокуляції при тонкошаровому відстоюванні з фільтруванням завислих.

У роботі наведена методика і техніка експерименту. Визначення концентрації завислих речовин здійснювалось традиційним способом на мембранних фільтрах зважуванням твердої фази. Седиментаційні характеристики при тонкошаровому відстоюванні і тонкошаровому відстоюванні з фільтруванням та ефективність тонкошарового відстоювання-фільтрування були отримані у дослідах на лабораторній установці з одиничною секцією тонкошарового відстійника-фільтра завширшки В=0,2 м, довжиною L=0,5 м та 1.0 м і висотою h=0,05 м, 0,075 та 0,01 м. Значення L та h відповідали реальним розмірам.

У дослідах, крім розмірів секції ТВФ, варіювалися витрати суспензії та відповідно час перебування рідини у тонкошаровому каналі. Досліди проводилися з крейдовою суспензією, суспензією з глиною та природною водою з додаванням донного мулу.

При розрахунку відстійників вхідною характеристикою води, що обробляється, крім витрати, є седиментаційна характеристика завислих речовин, тобто крива кінетики осадження, що визначається при відстоюванні в спокої. Для дослідження нетривкості суспеній у результаті агломерації завислих часток була виконана серія дослідів і встановлено коефіцієнт агломерації за відомою формулою А. І. Мінца.

З урахуванням результатів експериментів були розглянуті три підходи технологічного моделювання реальних відстійників:

а) встановлення характеристик завислих часток і розподіл їх дисперсності у дослідах з малою початковою концентрацією C₀50 мг/л, коли завислі речовини залишаються стійкими. Це підтверджується у дисертації тим, що криві кінетики осадження при C₀=20, 40, 50 мг/л практично співпадають;

б) при встановленні кривих кінетики осадження у спокої при тих же h і С₀, що і в реальних спорудах;

в) використання в якості критерія сімплекса (C₀h)_нат=(C₀h)_мод, запропонованого проф. Г.С. Пантелятом з співробітниками.

У дослідах з тонкошаровим відстоюванням та фільтруванням було встановлене, що при суміщенні процесів відстоювання і фільтрування сумарний ефект очистки води від завислих речовин може бути представлений у вигляді суми ефективності цих процесів.

. (4)

Тут K_ТВФ-коефіціент, що враховує ефект у ТВФ в результаті того, що у тонкошаровому тупиковому каналі з фільтрувальною перегородкою подовжні швидкості згасають до нуля, і траєкторія завислих часток суттєво коротше, і, відповідно, ефект осадження завислих часток буде більше, ніж Э_ТВ - ефект відстоювання у тонкошаровому відстійнику без фільтра.

Були виконані серії дослідів з тонкошаровим відстоюванням з фільтруванням у діапазоні вхідних даних h=0,050.10 м, C₀=2002000 мг/л, q=0,51.5 л/с на пог. м з плануванням експерименту та отримані криві регресії для тонкошарового відстоювання:

(5)

та для тонкошарового відстоювання з фільтруванням:

, (6)

де безрозмірні X₁, X₂, X₃ (нормовані) перемінні h, C₀, Q (витрата).

Відтворюваність дослідів визначали за критерієм Кохрена, значимість коефіцієнтів за критерієм Стьюдента, а адекватність рівняння за критерієм Фішера.

Наведені рівняння регресії відносяться до глиняної суспензії.

Для інших суспензій та мутних вод рівняння регресії відрізняються від отриманих, але величини ефективності освітлення будуть приблизно такими ж при відповідному діапазоні вхідних характеристик.

У розділі IV виконано дослідження тонкошарового відстоювання-фільтрування та розроблено метод їх розрахунку. Аналіз існуючих теоретичних положень тонкошарового відстоювання показує, що при розділенні потоку суспензії глибиною H на n тонких шарів глибиною h=H/n скорочує час відстоювання часток з гідравлічною крупністю U_Г відповідно у n разів, тоді

, (7)

а розміщення тонкошарових каналів під кутом =45-60 до горизонту створює умови для безупинного сповзання осаду по нижній поверхні тонкошарового каналу в бункер. Знаючи гідравлічну крупність завислих часток U_Г і розподіл подовжніх швидкостей по перетину тонкошарового каналу, можна визначити траєкторію завислих часток і необхідну довжину тонкошарового каналу для осадження всіх завислих часток з гідравлічною крупністю більше заданої U_Г^*: U_Г U_Г*.

Отже, розрахунок розподілу швидкостей у тонкошаровому каналі є необхідною умовою для розрахунку тонкошарового каналу, і в дисертації наведено аналіз існуючих підходів, які базуються на розгляді тонкошарового каналу як ділянки гідродинамічної стабілізації потоку з розвитком і зімкненням пограничних ламінарних шарів.

Ці підходи неприйнятні до розрахунку гідродинаміки ТВФ, бо в ньому відбувається рух у тупиковому каналі з верхньою границею у вигляді фільтрувальної перегородки, вздовж якої формується згасаючий ламінарний пограничний шар з відсмоктуванням (рис.1).

Зважаючи на складність цієї гідродинамічної задачі, були розроблені два методи розрахунку розподілу швидкостей у тупиковому тонкошаровому каналі з фільтрувальною перегородкою: в приближенні потенційного руху методом комплексних перемінних та приблизний метод розрахунку з допущенням згасання подовжних швидкостей за лінійним законом, виходячи з очевидного положення, що поперечні швидкості V₀ на фільтрувальній перегородці будуть однакові.

У першому методі використано існуюче рішення Л. М. Мілн-Томсона і Х. Рауза для тупикового каналу і стоком у куту у вигляді формул для комплексного потенціалу W представлено через потенціал швидкості та функцію струму і комплексної швидкості представленої через подовжню і поперечну швидкість в області комплексної перемінної:

; (8)

. (9)

У роботі фільтрувальна перегородка розглядається як лінійний стік з координатами (А,В -граничні точки) утворених шляхом накладання елементарних стоків у точках потужністю dq, що дозволяє використати суперпозицію швидкостей від елементарних стоків і в результаті отримати формули для нормованих (безрозмірних) швидкостей.

; (10)

. (11)

Тут,,-значення координат граничних точок лінійного джерела довжиною.

Розподіл швидкості у тупиковому каналі та між фільтруючою перегородкою і нижньою пластиною зі сповзаючим осадом можна визначити за допомогою розв'язання двумірних рівнянь гідродинаміки ламінарного потоку. В роботі наведено приблизний спосіб, який полягає у тому, що при постійній поперечній швидкості V₀ на фільтрувальній перегородці зміна витрати Q і середньої подовжньої швидкості у поперечному напрямку постійні, тоді

, (12)

в допущенні, що зміна локальної подовжньої швидкості U(x,y) в подовжньому напрямку дорівнює, тобто.

З двомірного рівняння нерозривності одержимо приблизні розрахункові формули:

, (13)

тобто припускається, що розподіл U уздовж осі Y відповідає розподілу U₀, а розподіл V уздовж осі X не змінюється, бо на фільтрувальній перегородці V₀ залишається постійною.

Отримане рівняння траєкторії частинки з гідравлічною крупністю U_Г, спадаючої в ламінарній течії у тупиковому тонкошаровому каналі зі згасаючою течією, за яким визначається місце випадання завислих часток на нижню пластину.

, (14)

де,-середня швидкість течії на початку тупикового каналу, V₀ - поперечна швидкість фільтрації на фільтрувальній перегородці.

Знаючи довжину відстійника L, V₀,, можна визначити граничне значення гідравлічної крупності часток, що встигають випасти в осад у тупіковому тонкошаровому каналі з подовжньою швидкістю, що змінюється від до нуля в кінці каналу.

При проектуванні ТВФ необхідно, щоб розмір щілини для випуску осаду в бункер відповідав товщині шару осаду, бо при меншій величині щілини буде відбуватися накопичення осаду в тупиковому кінці тонкошарового каналу, а при більшій щілині може відбуватися перетікання води з однієї секції до іншої і можливе взмулювання осаду.

В дисертації розроблено метод розрахунку товщини шару осаду на похилій площині, заснований на рівнянні кількості руху елементарного відсіку шару осаду між розчинамита з урахуванням сил тертя та кількості руху випадаючого осаду. Це рівняння має вигляд:

(15)

і може бути представлене в критеріальному вигляді через щільносне число Фруда та число Рейнольдса безрозмірними комплексами .

Рух осаду по похилій площині представляє класичний випадок мутьйових стратифікованих течій, для яких характерно при певних умовах режим нестійкого руху з утворенням внутрішніх хвиль на поверхні розділу та повторне каламутнення завислих, що відзначалося в роботах M. Szalay та М. В. Демура. В цих роботах для відвертання нестійкості встановлюється граничне значення числа Фруда.

Відомо, що тривалість стратифікованих течій зі стрибком щільності визначається щільносним числом Фруда.

,

Грунтуючись на результатах дослідження проф. Нетюхайло А. П., у дисертації пропонується використати критерій тривалості у вигляді:

.

Цей критерій підтверджений експериментами, в тому числі і для мутних течій.

У дисертації запропоновано метод розрахунку та рекомендації щодо проектування ТВФ. У методі розрахунку припускається, що вхідна інформація про завислі речовини (Q, C₀, кінетика осадження та крива розподілу завислих з гідравлічною крупністю і стоксовим розміром часток) відома. При розрахунку необхідно назначити два граничних значення гідравлічної крупністі;-відсікає ту частину більш великої зависі (G₁) що буде осаджуватися у тонкошаровому каналі, - відсікає найбільш дрібні зависі (G₃), що не затримуються фільтром, а зависі (G₂) з будуть затримуватися фільтрувальною перегородкою (рис.3). За значенням обирається довжина тонкошарового каналу та h, за значенням обирається розмір пор фільтра, за видатком визначається ширина секції, значення приймається в межах 45°60°.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Аналіз літературних і патентних матеріалів, а також аналіз досвіду досліджень і проектування показав, що розробка технології і створення малогабаритного апарата, що суміщає тонкошарове відстоювання і фільтрування для очистки природної води до питної якості, є перспективним напрямком і дозволить спростити експлуатацію та знизити витрати на будівництво установок для очистки води.

Виконано наукове обгрунтування можливості інтенсифікації і підвищення ефективності очистки природної води шляхом суміщення в одному апараті процесів відстоювання в тонкому шарі і фильтрування.

Розроблена і досліджена нова конструкція апарата для очистки води, який складається з тонкошарового відстійника і фільтрувального елементу.

Запропоновано метод розрахунку швидкостей та визначено режим руху рідини в тонкошаровому відстійнику з фільтрувальним елементом.

Запропоновано метод розрахунку швидкості руху шару осаду в елементі горизонтального відстійника і визначені умови руху осаду.

Встановлено, що поле швидкостей у тонкошаровому відстійнику-фільтрі суттєво відрізняється від поля швидкостей у традиційних тонкошарових відстійниках і являє собою ламінарну течію у тупиковому каналі з відсмоктуванням рідини по верхній пористій стінці каналу і сповзаючим осадом по нижній стінці каналу.

Розроблено метод розрахунку розподілу швидкостей у тонкошаровому тупиковому каналі з відсмоктуванням рідини крізь пористу стінку на основі використання теорії потенційного руху.

Для практичних розрахунків прийнято допущення про лінійність профіля поперечних швидкостей, і на основі рівняння руху і нерозривності розроблено приблизний метод розрахунку розподілу швидкостей і траєкторій руху завислих частинок. Це дозволяє визначити ті їх фракції, які безпосередньо випадуть у осад під впливом сили тяжіння.

Встановлено, що при русі по похилій пластині шару осаду з щільністю, відмінною від щільності води, утворюється стратифікована мутьйова течія, що при певних параметрах стає нестійкою, утворюються внутрішні хвилі та відбувається повторне взмулювання суспензії. Для розрахунку швидкості руху осаду та товщини його шару розроблено метод розрахунку, в основу якого покладено рівняння кількості руху.

Встановлено, що використання коагуляції і флокуляції суттєво (в 1,5-2 рази) підвищує ефективність очистки або при незмінній ефективності відповідно дозволяє збільшити питоме гідравлічне навантаження.

Визначена область застосування тонкошарового відстійника-фільтра. Рекомендується його використання для очистки природної води до питної якості в системах водопостачання порівняно невеликих споживачів (котеджи, вілли, лікарні, санаторії, окремі житлові будинки та інш.) як в Іорданіі, так і в Україні.

Розроблено рекомендації з застосування отриманих закономірностей і розроблених методів розрахунку для використання при проектуванні інших модифікацій тонкошарових відстійників-фільтрів (ТВФ), призначених для очистки природних вод.

Розроблено ескізний проект укрупненої установки (шість секцій ТВФ) для очистки природної води до питної якості в умовах Іорданіі.

Застосування ТВФ дозволить зменшити (в 1.5-2 рази) габарити установок для очистки води, що обумовлює досягнення суттєвого економічного ефекту.

Список опублікованих праць за темою дисертації

відстійник фільтр осад очистка

Тараунех А.Х. Тонкослойный отстойник-фильтр. Науковий вістник будівництва. Вип. 2, 1998, Харків, ХДТУБА-ХОТВ АБУ, 214-218с.

Шеренков И.А., Тараунех А.Х. Метод расчета скоростей в тонкослойном отстойнике-фильтре на основе теории потенциального течения жидкости. В вип. 2, 1998, Харків, ХДТУБА-ХОТВ АБУ, 210-212с.

Тараунех А.Х., Шеренков И.А. Основные параметры слоя осадка, движущегося по наклонной пластине в тонком слое суспензии. Коммунальное хозяйство городов, Рег. межвед. научно-техн. сборник, вип.4. Х. “Техніка”, 1998, с. 123-6-135.

Тараунех А.Х. Расчет тонкослойного отстойника-фильтра. Коммунальное хозяйство городов, Рег. межвед. научно-техн. сборник, вип.4. Х. “Техніка”, 1998, с. 123-6-135.

Тараунех А.Х. Экспериментальные исследования работы тонкослойного отстойника-фильтра. Науковий вісник будівництва. Вип.3, Харків, ХДТУБА-ХОТВ, 1998, с. 160-162.

Анотація

Тараунех А.Х. Тонкошаровий відстійник-фільтр. -Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого степеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.23.04. -водопостачання, каналізація. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 1998.

На підставі аналізу сучасного стану вирішення проблем очистки води від завислих часток з допомогою тонкошарового відстоювання висунута ідея суміщення тонкошарового відстоювання з фільтрацією, для чого в секціях тонкошарового відстійника верхня пластина є фільтруючою перегородкою, а очищена вода відводиться в спеціальний колектор. Розроблена конструктивна схема тонкошарового відстійника-фільтра. Наведені результати експериментальних досліджень, які підтвердили ефективність запропонованого пристрою. Одержані теоретичні залежності для розподілу швидкостей ламінарної течії в тонкошаровому відстійнику-фільтрі, для розрахунку руху осаду по похилій пластині, для визначення траєкторій завислих часток і основних параметрів тонкошарового відстійника-фільтра, розроблені рекомендації щодо проектування.

Результати впроваджуються в проектну практику водопідготовки для малих об'єктів в Україні та в Іорданії.

Ключові слова: тонкошарове відстоювання, завислі частки, фільтрація, ефективність очистки води від завислих часток.

Аннотация

Тараунех А.Х. Тонкослойный отстойник-фильтр. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04. -водоснабжение, канализация. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 1998.

На основе анализа современного состояния решения проблемы очистки воды от взвеси с помощью тонкослойного отстаивания выдвинута идея совмещения тонкослойного отстаивания и фильтрования, для чего в секциях тонкослойного отстойника верхняя пластина представляет собой фильтровальную перегородку, а очищенная вода отводится в специальный коллектор. Разработана конструктивная схема тонкослойного отстойника-фильтра. Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили эффективность предлагаемого устройства. Получены теоретические зависимости для распределения скоростей ламинарного течения в тонкослойном отстойнике-фильтре, для расчета движения осадка по наклонной пластине, для определения траекторий частичек взвеси и основных параметров тонкослойного отстойника-фильтра, разработаны рекомендации для проектирования. Результаты внедряются в проектную практику водоподготовки для малых объектов в Украине и в Иордании.

Ключевые слова. Тонкослойное отстаивание, фильтрация взвешенных частиц, эффективность очистки воды от взвеси.

Annotation

Tarauneh A.H. Thin layer inclined plate settler-filter. -A manuscript.

The thesis for a Doctor's degree of the Candidate of Engineering Sciences on Specialty 05.23.04. -water supply & sewage. -Kharkov State Technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 1998.

On the base of modernity state of dispensed matter pollution water treatment with thin layer inclined plate settler the main conception have been proposed- to combine the thin layer settling with filtration. For the purpose of that water treatment in thin layer plate section the upper plate was a filter partition and cleared water was tacked away with special collector. The construction scheme of thin layer settler-filter have been elaboration. The experimental results was confirmed the effectiveness of the proposed construction. The theoretical formulas have been, for velocity of laminar flow in thin layer settler-filter, for movement of sediment deposit on inclined lower plate, for estimation of trajectories of sediment particles, for estimation of main parameters of thin layer settler-filter. The recommendation for a designing of thin layer settler-filter have been elaborate.

The results are adopted of designing practice for small objects in Ukraine and Iordan.

The key words: thin layer settling, filtration, dispersed particles, effectiveness of dispersed particles water treatment.

Размещено на Allbest.ru

...