Размещено на http://www.allbest.ru/

РІВНЕНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 628.16.06

ТОНКОШАРОВІ ВІДСТІЙНИКИ З ГВИНТОВИМИ ПОЛИЦЯМИ

05.23.04 - водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КРАВЧЕНКО НАТАЛІЯ ВІТАЛІЇВНА

Рівне-2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Рівненському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Гіроль Микола Миколайович, Рівненський державний технічний університет, завідувач кафедри охорони праці і екології в будівництві.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Хоружий Петро Данилович, Інститут гідротехніки і меліорації УААН (м. Київ), завідувач відділу водопостачання і каналізації;

кандидат технічних наук, доцент Сівак ВікторМихайлович, Рівненський державний технічний університет, доцент кафедри водопостачання і бурової справи.

Провідна установа - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури (кафедра водопостачання, каналізації і гідравліки) Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться 15 червня 2001 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д47.104.01 у Рівненському державному технічному університеті за адресою: 33000, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Рівненського державного технічного університету (33000, м. Рівне, вул. Приходька, 75).

Автореферат розісланий 5 травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент В.П. Востріков

АНОТАЦІЇ

Кравченко Н.В. Тонкошарові відстійники з гвинтовими полицями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Рівненський державний технічний університет, Рівне, 2001.

У дисертації науково обґрунтовується використання нових рішень компактних установок з тонкошаровими відстійниками з гвинтовими полицями, які дозволяють зменшити площу і об'єм очисних споруд при забезпеченні ефективності їх роботи, що особливо важливо для малих водоспоживачів України.

Розроблено і досліджено нову конструкцію тонкошарового відстійника з гвинтовими полицями, призначеного для очищення забруднених вод від полідисперсних домішок на станціях невеликої продуктивності; розроблено методику визначення ефективності очищення води, яка враховує конструктивні та технологічні параметри відстійника з гвинтовими полицями і параметри забрудненої води; визначені емпіричні константи залежностей, що характеризують процес очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями; на основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблено рекомендації щодо розрахунку і експлуатації відстійників з гвинтовими полицями як самостійних споруд, так і в поєднанні з фільтрами з плаваючим завантаженням.

Результати дисертаційної роботи використані при проектуванні очисних споруд стічних вод галтовки роликів ВАТ “Луцький підшипниковий завод” в складі корпорації SKF та впроваджені в навчальний процес (навчальний посібник В.О. Орлова, В.С. Кравченка “Сільськогосподарське водопостачання. Курсове і дипломне проектування”, затверджений Міністерством освіти України).

Ключові слова: тонкошарові відстійники, гвинтові полиці, продуктивність, ефективність очищення.

Кравченко Н.В. Тонкослойные отстойники с винтовыми полками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Ривнэнский государственный технический университет, Ривнэ, 2001.

В диссертации научно обосновано использование новых решений компактных установок с тонкослойными отстойниками с винтовыми полками, которые позволяют сократить площадь и объем очистных сооружений при обеспечении эффективности их работы, что особенно важно для малых водопотребителей Украины.

В процессе проведенных исследований доказана возможность и целесообразность использования отстойников с винтовыми полками, в которых за счет вращательного движения в тонком слое воды достигается необходимая эффективность очистки и возможно уменьшение габаритов сооружений. Разработана и исследована в лабораторных и полупроизводственных условиях новая технология очистки воды в отстойниках с винтовыми полками, предложены конструкции таких отстойников как самостоятельных сооружений и объединенных с фильтрами с плавающей загрузкой.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлены основные закономерности и режимы движения воды в междувитковом (междуполочном) пространстве отстойников с винтовыми полками; разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров отстойников с винтовыми полками; проведен анализ чувствительности переменных, которые входят в зависимость для определения гидравлической крупности частиц, что могут быть задержаны в отстойниках с винтовыми полками, и определен ряд факторов в порядке уменьшения их влияния на эффективность очистки воды; получено уравнение для определения эффективности очистки воды в отстойниках с винтовыми полками с учитыванием коэффициента разбежности между расчетными и экспериментальными данными; определены эмпирические константы зависимостей, которые характеризуют процесс очистки в отстойниках с винтовыми полками; исследовано влияние конструктивных и технологических параметров отстойников с винтовыми полками на эффективность очистки воды; исследован процесс накопления осадка на винтовых полках и условия его сползания с них; разработана методика расчета приведенных затрат для установок с винтовыми полками; предложены рекомендации насчет эксплуатации и использования таких установок в схемах очистки воды.

Внедрение новой технологии позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воды; сократить габариты установок с тонкослойными отстойниками и интенсифицировать процесс удаления осадка; уменьшить металлоемкость установок. Использование разработанного технического решения в диапазоне производительности 100 - 800 м³/сутки позволит достичь повышения годового экономического эффекта на 138 - 2000 грн. в ценах 2000 года и снизить металлоемкость установки в 1,1 - 3,5 раза в сравнении с технологической схемой “тонкослойный отстойник - скорый фильтр” (“Струя”).

Результаты диссертационной работы использованы при проектировании очистных сооружений сточных вод галтовки роликов ВАТ “Луцкий подшипниковый завод” в составе корпорации SKF и внедрены в учебный процесс (учебное пособие В.О. Орлова, В.С. Кравченка “Сельскохозяйственное водоснабжение. Курсовое и дипломное проектирование”, утвержденный Министерством образования Украины).

Ключевые слова: тонкослойные отстойники, винтовые полки, производительность, эффективность очистки.

Kravchenko N.V. Thin layer settlers with helical shelves. - Manuscript.

Thesis for academic degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.23.04 - water supply, sewerage. - Rivne State Technical University, Rivne, 2001.

The thesis gives scientific substantiation for using new designs of compact plants having thin layer settlers with helical shelves which allow to decrease the area and volume of treatment plants guaranteeing their work efficiency that especially important for small water consumers in Ukraine.

A new construction of a thin layer settler with helical shelves has been developed and studied designed for purifying contaminated waters from multidispersive impurities at water-treatment plants of small productivity. The procedure has been developed for determining the efficiency of water purification which takes into decount constructive and technological parameters of a settler with helical shelves and parameters of water contamination. The empirical constants have been determined for relationships characterizing the water purification process in settlers with helical shelves. On the basis of implemented theoretical and experimental research recommendations have been elaborated for designing and operating settlers with helical shelves both as independent units and as combined with filters with floating loading.

Results of the thesis have been used in designing wastewater treatment plants for tumbled rollers of VAT “Lutsk bearings plant”, a constituent component of the SKF corporation, and have been implemented into the academic process (textbook by V.O. Orlov, V.S. Kravchenko “Agricultural water supply. Course and diploma projects”, approved by the Ministry of Education of Ukraine).

Key words: thin layer settler, helical shelves, productivity, efficiency of water purification.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сьогоднішній день в Україні лише 28 відсотків сільського населення користуються послугами централізованого водопостачання, решта - для питних потреб змушена використовувати привізну воду або неякісну воду з місцевих джерел. Загальний аналіз стану водопостачання невеликих населених пунктів засвідчив, що існуючі водоочисні споруди здебільшого матеріалоємні та переважно малоефективні, а традиційні технології очищення поверхневих вод не відповідають сучасним вимогам забезпечення необхідної якості води.

Відповідно до “Комплексної програми першочергового забезпечення сільських населених пунктів, що користуються привізною водою, централізованим водопостачанням у 2001-2005 роках і прогнозу до 2010 року”, схваленої Постановою Кабінету Міністрів України від 23.11.00 № 1735, для вирішення проблеми забезпечення невеликих споживачів водою необхідної якості передбачається ряд заходів, серед яких інтенсифікація роботи діючих водоочисних станцій за рахунок більш широкого використання економічних та ефективних технологій; переобладнання окремих малоефективних споруд водоочисних станцій шляхом впровадження сучасних технічних рішень; створення локальних систем водопостачання із застосуванням компактних водоочисних установок.

Одним з найбільш відповідальних і поширених елементів водоочисних станцій є відстійники, і особливо такі їх різновиди як відстійники, обладнані тонкошаровими елементами. Успішно виконуючи покладені на них функції на станціях великої продуктивності, такі відстійники на станціях малої продуктивності потребують значних розмірів приміщень для їхнього розташування, крім того, постійний контакт відстояної води з осадом, що сповзає, негативно відбивається на ефективності їх роботи. В зв'язку з цим для невеликих очисних станцій розробка і використання малогабаритних установок, обладнаних компактними тонкошаровими відстійниками, що спроможні очищати воду для питних цілей від полідисперсних домішок за умови усунення вказаних недоліків, відповідає вимогам часу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі охорони праці і екології в будівництві Рівненського державного технічного університету відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України від 17.11.97 № 1269 “Про програму розвитку водопровідно-каналізаційного господарства”, Постанови Верховної Ради України від 27.02.97 “Екологічне оздоровлення р. Дніпро та покращання якості питної води” в рамках програми “Дослідження та удосконалення станцій доочистки біохімічно очищених вод на прикладі екологічно небезпечних об'єктів Полісся”, в якій автор взяв участь як виконавець, та Постанови Верховної Ради України від 14.01.00 № 1390 - XIV “Про концепцію розвитку водного господарства України”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є інтенсифікація роботи малогабаритних установок невеликої продуктивності для очищення забруднених вод від полідисперсних домішок за рахунок використання тонкошарових відстійників з обертовим рухом води. Поставлена мета передбачає вирішення наступних задач:

вивчення режимів і закономірностей руху потоку води у тонкошарових відстійниках з гвинтовими полицями;

аналіз факторів, що впливають на ефективність очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями;

дослідження технологічних і конструктивних параметрів тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями;

визначення умов накопичення і сповзання осаду з гвинтових полиць;

розробка методики розрахунків тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями і перевірка її адекватності;

техніко-економічна оцінка ефективності застосування тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями;

розробка рекомендацій щодо застосування запропонованих тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями в схемах очищення води.

Об'єкт дослідження - процес очищення води у тонкошарових відстійниках.

Предмет дослідження - ефективність роботи тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використані методи теоретичних та лабораторних досліджень. За допомогою положень теорії відстоювання обґрунтовано методику розрахунку технологічних і конструктивних параметрів відстійників з гвинтовими полицями. Запропонована методика підтверджена експериментальними дослідженнями впливу параметрів відстійників з гвинтовими полицями на процес очищення води. Кінетику процесу очищення визначали шляхом порівняння залишкової каламутності з початковою каламутністю в пробі води. Гранулометричний аналіз складу забруднень визначали за методикою Н.А. Качинського. Статистичну обробку отриманих результатів виконано із застосуванням критерію Фішера.

Наукова новизна одержаних результатів:

теоретично обґрунтована і експериментально підтверджена можливість інтенсифікації процесу очищення забруднених вод від механічних домішок у відстійниках з гвинтовими полицями за рахунок поєднання обертового руху потоку води і тонкошарового відстоювання;

обґрунтовано нову конструкцію тонкошарового відстійника з гвинтовими полицями для очищення забруднених вод на станціях невеликої продуктивності;

встановлено залежності ефективності очищення води від конструктивних і технологічних параметрів відстійників з гвинтовими полицями;

вперше запропонована методика розрахунку ефективності очищення води з врахуванням конструктивних і технологічних параметрів відстійників з гвинтовими полицями та параметрів забрудненої води;

визначені емпіричні константи залежностей, що характеризують процес очищення води від домішок у тонкошарових відстійниках з гвинтовими полицями.

Наукові положення, висновки та рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, теоретично обґрунтовані, їх вірогідність підтверджена результатами досліджень, проведених з використанням сучасних методик проведення експериментів з гідродинаміки і кінетики та методів статистичної обробки експериментальних даних.

Практичне значення одержаних результатів:

на підставі аналізу процесу відстоювання води в тонкому шарі та при її обертовому русі розроблені та обґрунтовані технічні рішення і рекомендації щодо інтенсифікації процесу очищення забруднених вод від полідисперсних домішок за рахунок використання відстійників з гвинтовими полицями, які дозволяють забезпечити високу ефективність роботи очисних споруд при зменшенні їх об'єму;

розроблений тонкошаровий відстійник з гвинтовими полицями для очищення поверхневих і стічних вод, конструкція якого захищена патентом України № 20162;

розроблені рекомендації щодо розрахунку та експлуатації відстійників з гвинтовими полицями і визначено їх техніко-економічну ефективність;

результати роботи включені до навчального посібника В.О. Орлова, В.С. Кравченка “Сільськогосподарське водопостачання. Курсове і дипломне проектування” - розділ “Тонкошарові відстійники”;

результати роботи використані ТзОВ “Проектний інститут “Укрмашпроект” при проектуванні очисних споруд стічних вод галтовки роликів ВАТ “Луцький підшипниковий завод” в складі корпорації SKF.

Особистий внесок здобувача:

теоретично обґрунтована і експериментально перевірена можливість вдосконалення тонкошарових відстійників за рахунок виготовлення тонкошарових елементів у вигляді гвинтових пластин, що обвивають центральний трубопровід;

проведені експериментальні дослідження закономірностей руху потоку води між гвинтовими полицями відстійника та дослідження процесу очищення води від завислих речовин у відстійниках з обертовим рухом води і комбінованих установках, які складаються з відстійника з гвинтовими полицями і фільтра з плаваючим завантаженням;

розроблена методика розрахунку гідравлічної крупності частинок, що можуть бути затримані, з врахуванням параметрів відстійників з гвинтовими полицями та параметрів забрудненої води;

отримані значення емпіричних констант залежностей, що характеризують процес очищення води від домішок у відстійниках з гвинтовими полицями;

проведений аналіз чутливості факторів, які впливають на ефективність очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями;

досліджені умови накопичення і сповзання осаду з гвинтових полиць відстійника;

визначені умови використання тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями і комбінованих установок, які складаються з відстійників із гвинтовими полицями та фільтрів із плаваючим завантаженням, в технологічних схемах очищення води;

визначений раціональний діаметр відстійника з гвинтовими полицями залежно від продуктивності очисних споруд;

розраховані приведені витрати розробленого технологічного рішення залежно від продуктивності очисних споруд.

Апробація результатів дисертації. Результати і основні положення роботи доповідалися і були обговорені на Третій науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів академії, присвяченій 75-річчю Української державної академії водного господарства (м. Рівне, 1997 рік); Міжнародному конгресі “ЭТЭВК-99” (м. Ялта, 1999 рік); Міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми водовідведення” (м. Одеса, 1999 рік); “Науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів Рівненського державного технічного університету” (м. Рівне, 1999 рік); “Науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів Рівненського державного технічного університету” (м. Рівне, 2000 рік); Міжнародній науково-практичній конференції “Водне господарство: економіка, екологія, менеджмент” (м. Рівне, 2000 рік).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 10 робіт (з них 6 без співавторів) і отримано 1 патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел (139 назв), додатку і містить 170 сторінок машинописного тексту, в тому числі 135 сторінок основного тексту, 42 рисунка і 29 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність, сформульовано мету, задачі, об'єкт та предмет дисертаційних досліджень, наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів, а також наведено методи досліджень.

У першому розділі міститься огляд і аналіз конструкцій і роботи існуючих тонкошарових відстійників та відкритих гідроциклонів. Використання тонкошарових відстійників дозволяє знизити турбулентне перемішування і вертикальну складову пульсації потоку, зменшити об'єм споруд та підвищити ефективність очищення води за рахунок зменшення висоти відстоювання. У відкритих гідроциклонах обертовий рух води сприяє збільшенню коефіцієнта використання об'єму споруди та агломерації завислих речовин.

У процесі аналізу конструкцій і роботи тонкошарових відстійників та відкритих гідроциклонів встановлено, що в цих спорудах за рахунок конструктивних особливостей в зоні відбору очищеної води відбувається контакт води з осадом, а це негативно впливає на ефективність очищення води. Щоб забезпечити ефективну роботу тонкошарових відстійників, необхідно влаштовувати заспокійливу камеру для формування потоку, надавати особливу увагу рівномірному розподілу потоку між тонкошаровими елементами, ефективності змішування води з реагентами і створенню умов для процесу пластівцеутворення. У відкритих гідроциклонах без використання реагентів або ускладнення конструкції, як правило, не можна досягнути глибокого очищення води. Особливо гостро ці питання постають при очищенні води на станціях невеликої продуктивності, зокрема при їх обмеженій площі.

Таким чином, технічні рішення тонкошарових відстійників та відкритих гідроциклонів все ж вимагають вдосконалення, одним з шляхів якого може бути використання тонкошарових відстійників з гвинтовими полицями, в яких поєднані переваги гравітаційного і відцентрового відстоювання та усунені вказані недоліки. У другому розділі викладено основні теоретичні уявлення щодо процесу очищення води в тонкошарових відстійниках з гвинтовими полицями, які базуються на тому, що при визначенні результуючої швидкості руху частинки враховується сумарний вплив лінійної швидкості потоку, відцентрової швидкості та гідравлічної крупності частинок (рис.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема визначення результуючої швидкості руху частинки забруднень в міжвитковому (міжполичному) просторі

На основі положень теорії відстоювання, з врахуванням конструктивних особливостей відстійників з гвинтовими полицями, нами отримана теоретична залежність для визначення гідравлічної крупності частинок, які можуть бути затримані у таких відстійниках:

, (2)

де - радіус відстійника, на якому спостерігається середня результуюча швидкість руху частинки, м; - висота ярусу відстоювання, м; - прискорення сили тяжіння, м/с²; - кількість витків гвинтової полиці; - кут похилу полиць на відстані , град.

Знаючи гідравлічну крупність частинок забруднень, за формулою Стокса можемо визначити найменший розмір частинок, які можуть бути затримані у відстійниках з гвинтовими полицями:

, (3)

де і - відповідно густина забруднень і води, кг/м³; - динамічна в'язкість води, кг/мс.

На основі аналізу гранулометричного складу забруднень нами запропоновано описувати криві розподілу вмісту частинок за розмірами фракцій степенево-експоненційною функцією:

, (4)

де - коефіцієнти; - розмір частинок забруднень, м.

У результаті проведених теоретичних досліджень запропоновано визначати ефективність очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями за формулою:

, (5)

де - загальний вміст всіх частинок в пробі забрудненої води; - кількість частинок забруднень, які виносяться разом з пробою очищеної води; - максимальний розмір частинок забруднень, які знаходяться в суспензії, м.

Гідравлічна крупність частинок забруднень є показником ефективності очищення води, тому можна сказати, що у відстійниках з гвинтовими полицями на ефективність очищення впливають лінійна швидкість руху потоку води, висота ярусу відстоювання, середній радіус відстійника, кут похилу полиць та кількість витків. За допомогою аналізу чутливості виявлено, що найбільший вплив на гідравлічну крупність частинки має лінійна швидкість руху потоку в міжвитковому (міжполичному) просторі, а найменший - кількість витків гвинтової полиці. Результати аналізу чутливості враховані при проведенні експериментальних досліджень відстійників з гвинтовими полицями.

Щоб підтвердити ефективність роботи відстійників з гвинтовими полицями, а також перевірити методику їх розрахунку, проведені дослідження в лабораторних умовах. На першому етапі досліджень до складу лабораторної установки входили блок вхідної води та відстійник з однією або декількома гвинтовими полицями (рис.2). На другому етапі досліджень до установки приєднували фільтр з плаваючим завантаженням.

Забруднена вода з блоку вхідної води 1 надходила у відстійник 2 з гвинтовою полицею 5. За умови реагентного очищення в патрубок подачі вхідної води 3 подавали коагулянт Al₂(SO₄)₃. Патрубок подачі вхідної води був встановлений тангенційно по відношенню до корпуса відстійника, завдяки чому забруднена вода набувала обертово-поступального руху вже на вході у полицю. Далі потік води рухався в міжвитковому просторі вниз по гвинтовій полиці. Під час руху води частинки забруднень осідали на поверхню гвинтової полиці, направлялися з потоком води вздовж неї, одночасно рухаючись від центру до периферії гвинтової полиці, та сповзали вниз як по полиці, так і по стінках корпусу відстійника. Очищена вода через отвір відбору очищеної води 7, центральну трубу 6 і патрубок відводу очищеної води 4 відводилася за межі відстійника. Нами запропоновано влаштовувати вузол відбору очищеної води в центрі відстійника, тоді як внаслідок конструктивних особливостей осад буде накопичуватись на периферії полиць. Таке технічне рішення дозволяє мінімізувати контакт відстояної води і осаду, що позитивно впливає на ефективність очищення води.

Методика проведення досліджень базувалася на загальноприйнятих методиках визначення режимів руху води, ефективності очищення води, гранулометричного складу, дози реагентів. При статистичній обробці результатів використовувався критерій Фішера.

В третьому розділі наведені результати лабораторних досліджень відстійників з гвинтовими полицями.

В результаті досліджень закономірностей і режимів руху потоку води у відстійниках з гвинтовими полицями встановлено, що для забезпечення стабільного ламінарного режиму в міжвитковому просторі значення критерію Рейнольдса не повинно перевищувати 500.

При порівнянні моделей тонкошарових відстійників з трубчастою і гвинтовою полицями виявлено, що внаслідок агломерації забруднень за рахунок обертового руху, а також того, що у зоні відбору води відбувається мінімальний контакт осаду і очищеної води, ефективність очищення води у відстійнику з гвинтовою полицею порівняно з трубчастим тонкошаровим відстійником підвищується в 1,09 1,22 рази. Крім того, при однакових еквівалентних розмірах осаджувального елементу, відстійник з гвинтовою полицею займає менше площі, ніж відстійник з трубчастим елементом і має менший об'єм - відповідно в 4,94 рази і в 21,70 рази.

Для визначення впливу показників якості води на процес очищення у відстійниках з гвинтовими полицями використовували модельні розчини, які відрізнялись за гранулометричним складом, фізико-хімічними властивостями і початковою концентрацією забруднень. Модельні розчини № 3 і № 4 містили переважно гідрофільні частинки забруднень, які дуже повільно осідали, навіть, у стані спокою, тоді як розчини № 1, № 2 і № 5 містили переважно гідрофобні частинки, які були важкими і досить швидко осідали. Гранулометричний склад забруднень модельних розчинів був подібний до гранулометричного складу забруднень, які зустрічаються в природних водах.

При визначенні ефективності очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями встановлювали вплив таких параметрів на величину гідравлічної крупності частинок: лінійної швидкості руху потоку води (=1ч5 мм/с), висоти ярусу відстоювання (=15ч140 мм), середньої довжини гвинтової полиці (=0,25ч1,91 м) (кількості витків =1ч10), кута похилу полиць (=6ч53°), співвідношення діаметрів центральної труби і корпуса відстійника (=0,2ч0,7).

Проведені експериментальні дослідження підтвердили результати аналізу чутливості змінних, що впливають на ефективність очищення води, а саме: відстійник вода тонкошаровий гвинтовий

вплив лінійної швидкості на величину гідравлічної крупності частинок є постійним незалежно від зміни інших параметрів;

із збільшенням висоти ярусу відстоювання зростає прямолінійний вплив цього параметру на кінцевий результат (рис.3);

суттєвий вплив довжини полиці на величину гідравлічної крупності частинок спостерігається при =1-3 (=0,16-0,48 м) (рис.4).

Встановлено, що найдоцільнішим є використання відстійників зі співвідношенням діаметрів центральної труби і корпуса =0,40,6. Це дозволяє передбачати влаштування в центральній трубі фільтра чи резервуара чистої води.

Виявлено, що при сталій висоті гвинтового блоку влаштування декількох полиць дозволяє ефективніше очищати воду за рахунок зменшення висоти ярусу відстоювання (рис.5).

Закономірності, отримані під час експериментальних досліджень, справедливі для всіх досліджуваних модельних розчинів незалежно від виду забруднювача.

Необхідно відмітити, що для ефективної роботи відстійника важливе значення має процес видалення осаду.

Процес накопичення осаду на гвинтових полицях досліджували на лабораторних установках з різним кутом похилу полиць (зі щілиною між корпусом відстійника і гвинтовим блоком та без щілини). Виявлено, що у випадку відсутності щілини між корпусом і гвинтовим блоком осад накопичується переважно на периферії полиці (рис.6а). Нами встановлено, що незалежно від виду забруднювача спостерігається такий розподіл осаду по довжині полиці на її периферії: чиста зона (А); зона (Б), де випадають частинки з найбільшою гідравлічною крупністю; зона максимального (В) та зона мінімального (Г) накопичення осаду (рис.6б).

Встановлено, що розподіл осаду по ширині полиці залежить від кута похилу полиць біля центральної труби. При значеннях кута похилу полиць близько 10 спостерігається практично рівномірне накопичення осаду по ширині полиці. Із збільшенням значення кута похилу полиць (30 40) збільшується шар осаду на периферії полиці і зменшується шар осаду біля центральної труби. За рахунок цього при влаштуванні щілини між корпусом відстійника і гвинтовим блоком частина осаду буде сповзати під дією власної ваги у щілину, що дозволить збільшити тривалість роботи відстійника між промиваннями.

У результаті аналізу відповідності даних теоретичних розрахунків (за формулою 5) і експериментальних досліджень виявлено, що за умови використання схеми безреагентного очищення між ними існує закономірна розбіжність (рис.7). Тому для визначення фактичної ефективності очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями при розрахунках повинен враховуватись коефіцієнт розбіжності :

. (6)

У результаті статистичної обробки нами запропоновано визначати коефіцієнт розбіжності за формулою:

, (7)

де - початкова концентрація забруднень, г/м³; - густина забруднень, г/м³; - емпірична константа, яка залежать від виду забруднювача.

За умови використання схеми реагентного очищення води коефіцієнт розбіжності близький до 1, тому вважаємо, що за таких умов

. (8)

Згідно з критерієм Фішера отримані рівняння для визначення ефективності очищення води (формули 6 і 8) адекватно описують експеримент.

У четвертому розділі наведено результати лабораторних досліджень установки “відстійник з гвинтовою полицею - фільтр з плаваючим завантаженням” і результати напіввиробничих досліджень відстійника з гвинтовою полицею на станції очищення технічної води Рівненського водоканалу. Встановлено, що при використанні відстійника з гвинтовими полицями в якості попереднього ступеня обробки води можна зменшити навантаження на фільтр в 1,3 ч 1,5 разів за умови використання схеми безреагентного очищення та в 4,7 ч 11,5 разів за умови використання схеми реагентного очищення в залежності від конструктивних і технологічних параметрів відстійника.

Отримані результати лабораторних та напіввиробничих досліджень підтвердили закономірності процесу очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями та показали задовільне співпадання між експериментальними і розрахунковими значеннями ефективності очищення води, що підтверджує адекватність методики розрахунку параметрів відстійників з гвинтовими полицями.

У п'ятому розділі наведені рекомендації щодо застосування розробленого технічного рішення у технологічних схемах очищення води, приведені результати визначення раціонального діаметру відстійника з гвинтовими полицями залежно від продуктивності очисних споруд, визначена техніко-економічна оцінка застосування відстійників з гвинтовими полицями в поєднанні з фільтрами з плаваючим завантаженням.

Розроблене рішення відстійників з гвинтовими полицями рекомендується застосовувати як для інтенсифікації діючих, так і при будівництві нових очисних установок невеликої продуктивності. Розроблена технологія має такі ознаки:

досягається мінімальний контакт води і осаду в зоні відбору очищеної води;

використовується обертовий рух в поєднанні з тонкошаровим відстоюванням;

компактність установки порівняно з традиційними технологічнимирішеннями;

за рахунок високої ефективності очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями забезпечуються низькі навантаження на фільтр за завислими речовинами і збільшується тривалість між промиваннями;

очищення забруднених вод від полідисперсних домішок можливе за двома технологічними схемами роботи: безреагентною і реагентною.

Для раціональної роботи відстійника з гвинтовими полицями рекомендується приймати такі параметри: лінійна швидкість руху потоку - 5 мм/с, значення числа Рейнольдса - 500, діаметр корпуса відстійника - 2 м, концентрація забруднень - 100 мг/л, висота ярусу відстоювання - =0,030,2 м, середня довжина гвинтової полиці - 12 м, співвідношення між діаметрами центральної труби і гвинтового блоку в межах =0,40,6. При 0,1 м і діаметрі відстійника 1 м середню довжину гвинтової полиці рекомендується приймати не менше 0,5 м.

В роботі приведені рекомендації щодо розрахунку конструктивних і технологічних параметрів відстійників з гвинтовими полицями, визначення раціонального діаметру відстійника та приведених витрат залежно від продуктивності установки.

Встановлено, що при використанні розробленого технічного рішення в діапазоні продуктивності 100 ч 800 м³/добу можна досягти підвищення річного економічного ефекту на 138 ч 2000 грн. та знизити металоємність установки в 1,1 ч 3,5 рази.

Техніко-економічна оцінка рекомендованого технологічного рішення для очищення забруднених вод від полідисперсних домішок виконана на прикладі відстійника з гвинтовими полицями, зблокованого з фільтром з плаваючим завантаженням, і комбінованої установки з гвинтовими полицями продуктивністю 100 м³/добу в порівнянні з установкою “Струя” (блок “тонкошаровий відстійник - швидкий фільтр”) такої ж продуктивності за умови використання схеми реагентного очищення води (рис.8). Проведені розрахунки показують, що при використанні рекомендованої технологічної схеми очищення забруднених вод від полідисперсних домішок для станцій продуктивністю 100 м³/добу в порівнянні з установкою “Струя” (блок “тонкошаровий відстійник - швидкий фільтр”) можливо підвищити річний економічний ефект на 41,57 % у випадку застосування блоку “відстійник з гвинтовою полицею - фільтр з плаваючим завантаженням” та на 31,01 % у випадку застосування комбінованої установки з гвинтовими полицями.

ВИСНОВКИ

Основні результати і висновки дисертаційної роботи коротко зводяться до наступного:

В результаті виконаних досліджень доведено можливість та доцільність застосування відстійників з гвинтовими полицями, в яких за рахунок обертового руху в тонкому шарі води досягається необхідна ефективність очищення і можливе зменшення габаритів споруди.

Під час експериментальних досліджень встановлено, що стабільний ламінарний режим руху в міжвитковому (міжполичному) просторі відстійників з гвинтовими полицями спостерігається при значенні критерію Рейнольдса не більше 500.

Розроблено методику розрахунків конструктивних і технологічних параметрів відстійників з гвинтовими полицями, яка враховує обертовий рух в тонкому шарі води і параметри забруднень.

Отримано емпіричні константи, що характеризують процес очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями. Згідно з критерієм Фішера розрахункові формули, враховуючи емпіричні константи, адекватно описують експеримент.

В результаті аналізу чутливості змінних, які входять у залежність для визначення гідравлічної крупності частинок, виявлено, що найбільший вплив на ефективність очищення має лінійна швидкість руху потоку, а найменший - кількість витків гвинтової полиці.

Досліджено процес накопичення і сповзання осаду з гвинтових полиць. Щоб забезпечити ефективну роботу відстійників, рекомендується встановлювати гвинтові полиці під кутом 40 60 та влаштовувати щілину для відводу осаду між корпусом відстійника і гвинтовим блоком.

При блокуванні відстійників з гвинтовими полицями і фільтрів з плаваючим завантаженням виявлено, що при попередньому очищенні води у відстійнику зменшується навантаження на фільтр (в 1,3 1,5 разів - за схемою безреагентного очищення та в 4,7 11,5 разів - за схемою реагентного очищення), залежно від конструктивних і технологічних параметрів відстійника з гвинтовими полицями.

В залежності від продуктивності установки в діапазоні 100 ч 800 м³/добу за приведеними витратами визначено раціональний діаметр відстійника з гвинтовими полицями.

Запропоновано рекомендації щодо експлуатації та використання відстійників з гвинтовими полицями як самостійних споруд, так і в поєднанні з фільтрами з плаваючим завантаженням.

Застосування нової технології порівняно з блоком “тонкошаровий відстійник - швидкий фільтр” типу “Струя” в діапазоні продуктивності 100 ч 800 м³/добу дозволяє:

скоротити капітальні та експлуатаційні витрати на очищення води в 1,5 ч 2,1 рази;

зменшити габарити установок з тонкошаровими відстійниками (зокрема, площу установки в 1,6 ч 1,2 рази);

зменшити металоємність установок в 1,1 ч 3,5 рази;

інтенсифікувати процес видалення осаду.

На основі проведеної техніко-економічної оцінки передбачається, що річний економічний ефект від впровадження запропонованої технологічної схеми очищення води порівняно з технологічною схемою “тонкошаровий відстійник - швидкий фільтр” типу “Струя” на водоочисних спорудах потужністю 100 м³/добу підвищиться на 41,57 % у випадку застосування блоку “відстійник з гвинтовими полицями - фільтр з плаваючим завантаженням” та на 31,01 % у випадку застосування комбінованої установки з гвинтовими полицями.

Отримані результати досліджень використані при проектуванні очисних споруд стічних вод галтовки роликів ВАТ “Луцький підшипниковий завод” в складі корпорації SKF та впроваджені в навчальний процес (навчальний посібник В.О. Орлова, В.С. Кравченка “Сільськогосподарське водопостачання. Курсове і дипломне проектування”, затверджений Міністерством освіти України).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

- статті у фахових виданнях

Кравченко Н.В. Дослідження розподілу осаду по поверхні гвинтових полиць // Вісник РДТУ. Збірник наукових праць. - Ч.2. - Рівне. - 1999. - С. 56-58.

Кравченко Н.В. Установки з гвинтовими полицями // Вісник РДТУ. Гідромеліорація і гідротехнічне будівництво. Спецвипуск. - Рівне. - 1999. - С. 266 - 270.

Кравченко В.С., Гіроль М.М., Кравченко Н.В. Обґрунтування визначення ефективності очищення води у відстійнику з гвинтовими полицями // Вісник Інженерної академії України. - 1999. - № 2-3.- С. 79-85.

Кравченко Н.В. Вплив висоти ярусу відстоювання на ефективність очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями // Вісник РДТУ. Збірник наукових праць. Випуск 3 (5). - Ч. 1. - Рівне. - 2000. - С. 271-274.

Кравченко Н.В. Вплив лінійної швидкості руху потоку води на ефективність очищення води у відстійниках з гвинтовими полицями // Науковий вісник будівництва. Випуск 10. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2000. - С. 300-303.

- патент:

Відстійник: Пат. 20162 UA, МПК⁶ В 01 D 21/02. / М.М. Гіроль, Н.В. Кравченко. - № 96124573; Заявлено 06.12.96; Опубл. 15.11.00, Бюл. № 6. - 4 с. іл.

- інші статті, тези доповідей:

Кравченко Н.В. Тонкошарові відстійники // Орлов В.О., Кравченко В.С. Сільськогосподарське водопостачання. Курсове і дипломне проектування. - Рівне: Рівненський державний технічний університет, 1999. - С.119-126.

Кравченко Н.В. Поєднання дії відцентрових і гравітаційних сил у тонкошарових відстійниках з гвинтовими полицями // Збірник статей за матеріалами ІІІ науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів академії. - Ч.3. Промислове та цивільне будівництво. - Рівне. - 1997. - С. 126-129.

Гіроль М.М., Кравченко Н.В. Інтенсифікація процесу відстоювання // Сборник докладов Международного конгресса “ЭТЭВК-99”. - Ялта. - 1999. - С. 151-153.

Кравченко Н.В. Інтенсифікація процесу відстоювання води на очисних станціях невеликої продуктивності за рахунок використання установок з гвинтовими полицями // Сборник материалов Международной научно-практической конференции “Актуальные проблемы водоснабжения и водоотведения”. - Одесса. - 1999. - С. 155-158.

Гіроль М.М., Кравченко В.С., Кравченко Н.В. Аналіз впливу параметрів відстійника з гвинтовими полицями на ефективність очищення води // Вісник РДТУ. Збірник наукових праць Міжнародної науково-технічної конференції “Водне господарство: економіка, екологія, менеджмент”. Випуск 4 (6). - Рівне. - 2000. - С. 122-128.

Размещено на Allbest.ru

...