Розподільчі камери нового типу в системах водовідведення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 628.218

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗПОДІЛЬЧІ КАМЕРИ НОВОГО ТИПУ В СИСТЕМАХ ВОДОВІДВЕДЕННЯ

Спеціальність 05.23.04 - водопостачання, каналізація

Бабченко Ігор Васильович

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному

університеті будівництва та архітектури.

Науковий керівник: Кандидат технічних наук, доцент

Чупіс Вадим Петрович.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор

Хоружий Петро Данилович,

начальник відділу водопостачання і водовідведення Інституту гідротехніки та меліорації Української академії аграрних наук.

Кандидат технічних наук., професор

Василенко Олексій Анатольович,

професор кафедри гідравліки і водовідведення Київського національного університету будівництва і архітектури “КНУБА” Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа: Харківська національна академія міського господарства Міністерства освіти і науки України, кафедра водопостачання, водовідведення та очистки вод.

Захист відбудеться “23” червня 2004 року об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури,

61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

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

Автореферат розісланий “20” травня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Колотило М.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

дощовий піщаний розподільчий колектора

Актуальність роботи. Концентрація населення, промисловості та автотранспорту в сучасних містах за останні десятиліття призвела до значного підвищення вмісту домішок у поверхневому стоці з цих територій, які негативно впливають на навколишнє середовище. Особливо помітний негативний вплив дощових стічних вод на невеликі водойми і водотоки, які розташовані в крупних промислових і населених центрах.

Скид неочищених дощових стічних вод у поверхневі водойми і водотоки приводить до замулення водних об'єктів, забруднення їх нафтопродуктами та іншими домішками, погіршення гідравлічних характеристик русел, зниження санітарно-екологічних показників даних водних об'єктів у результаті розпаду органічних часток донних відкладень.

Для попередження забруднення поверхневих водойм дощовими стічними водами з територій міст і промислових підприємств найбільш доцільним є застосування напівроздільної системи водовідведення. Економічність і надійність напівроздільної системи водовідведення в значній мірі залежить від техніко-економічних показників розподільчих камер, які є одними з основних споруд напівроздільної системи водовідведення і призначені для відведення на очистку найбільш забрудненої частини річного об'єму дощового стоку.

Існуючі конструкції розподільчих камер не знайшли широкого застосування, оскільки вони складні в проектуванні, передбачають лише кількісне розділення річного об'єму дощового стоку і не враховують зміну концентрації забруднюючих речовин у дощовому колекторі по висоті потоку. У зв'язку з цим виникла необхідність у розробці та дослідженні нових, більш прогресивних конструкцій розподільчих камер з більш досконалою методикою розрахунку, а також підвищенні як економічних, так і санітарно-гігієнічних показників існуючих конструкцій розподільчих камер.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури на кафедрі водопостачання, каналізації та гідравліки в ході виконання держбюджетної теми: “Інтенсифікація методів водопідготовки підприємств теплоенергетики та процесів очищення води у водних об'єктах, які дозволяють скоротити терміни і витрати на будівництво” (держ. реєстр. № 0101 U 001208).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - знизити забруднення водних об'єктів у межах міст дощовими стічними водами за рахунок впровадження розподільчих камер, які дозволяють відводити на очистку найбільш забруднену частину потоку дощових стічних вод.

Для досягнення цієї мети необхідно вирішити такі задачі:

Визначити гранулометричний склад піщаних відкладень у місцях випусків дощових стічних вод у русла річок.

Отримати залежність концентрації забруднюючих речовин дощового стоку по висоті потоку в дощових колекторах.

Розробити нові конструкції розподільчих камер і методику теоретичних та експериментальних досліджень, спрямованих на отримання розрахункових залежностей для видачі рекомендацій на проектування розподільчих камер.

Об'єкт дослідження - мережі дощової каналізації.

Предмет дослідження - конструкції розподільчих камер нового типу на дощових мережах систем водовідведення.

Методи дослідження. При дослідженні питання кількісного розподілення забруднюючих речовин по висоті потоку в дощових колекторах проведені дослідження в натурних умовах. При проведенні експериментальних досліджень розподільчих камер застосовані методи моделювання гідравлічних процесів, математичної обробки результатів експериментів, планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна роботи

Отримані залежності зміни концентрації завислих речовин по висоті потоку в дощових колекторах в абсолютних і відносних величинах.

Розроблені три нові конструктивні схеми розподільчих камер (з горизонтальною розподільчою пластиною, з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком, з рухомим розподільчим лотком) і отримані розрахункові залежності, які дозволяють проектувати ці камери для систем водовідведення.

Отримана нова емпірична залежність висоти розташування тонкої розподільчої пластини, встановленої на кінці трубопроводу круглого поперечного перерізу, від співвідношення витрат, що надходять у камеру і відводяться на очистку.

Отримані нові емпіричні залежності, які дозволяють визначити мінімальні розміри прямокутного лотка з донним отвором і, відповідно, розміри розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком.

Отримана залежність глибини потоку на кінці трубопроводу круглого поперечного перерізу від висоти розташування ріжучої кромки днища рухомого розподільчого лотка і відносної витрати.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані залежності дозволяють здійснити повний розрахунок запропонованих конструкцій розподільчих камер при проектуванні систем водовідведення. Результати досліджень використані при вирішенні питання реконструкції мереж водовідведення м. Харкова і у робочому проекті дощової каналізації житлового масиву “Митниця” м. Черкаси.

Особистий внесок автора полягає у визначенні гранулометричного складу піщаних відкладень у місцях випуску дощових стічних вод у русла річок, розробленні конструкції багатоярусного батометру для відбору проб стічних вод по висоті потоку, проведенні досліджень і отриманні залежності зміни концентрації завислих речовин по висоті потоку в дощових колекторах, проектуванні та виготовленні експериментальної моделі розподільчої камери та розробленні методики проведення експериментів, розробленні та дослідженні трьох конструкцій розподільчих камер, отриманні емпіричних залежностей для розрахунку цих камер.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідались автором на науково-технічних конференціях ХДТУБА №48...58 у 1993...2003 р.р., на Всесоюзній науково-технічній конференції “Основные направления развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных и сточных вод и обработки осадков” у 1986 р., на науково-технічній конференції “Основные направления интенсивного использования водных ресурсов в черной металлургии” (м.Челябінськ) у 1987 р.

Публікації. Основний зміст дисертації подано у 9 друкованих роботах, в тому числі: 4 - у науково-технічних збірниках, що входять до переліку ВАК, 3 - за підсумками науково-технічних конференцій, отримано 2 авторських свідоцтва СРСР на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 81 найменування, 13 додатків і вміщує 146 сторінок основного тексту, 16 таблиць, 43 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми, сформульована її наукова новизна і практична цінність, визначені мета і задачі дисертаційного дослідження, об'єкт і предмет роботи, а також методи дослідження, показано зв'язок дисертаційної роботи з науковими програмами і планами.

У першому розділі зроблений огляд літератури стосовно питання зміни концентрації завислих речовин по висоті у потоках, що несуть завислі частинки, а також здійснений аналіз існуючих конструкцій розподільчих камер у системах водовідведення з точки зору відповідності їх основним нормативним вимогам, а саме: простоті конструкції, надійності в експлуатації, низькій вартості, виключенню надходження промислових і побутових стічних вод у поверхневі водойми і водотоки, постійності витрат, що відводяться на очистку, забезпеченню відведення на очистку найбільш забрудненої частини річного об'єму дощових стічних вод та відведенню на очистку найбільш забрудненої часини потоку дощового колектора.

Відповідно до результатів досліджень, проведених ЛНДІ АКГ на дощовій і загальносплавній каналізаційних системах м. Ленінграду і Риги, концентрація завислих речовин по глибині потоку в трубах суттєво змінюється. При сильних зливах концентрація завислих речовин у дощових колекторах ближче до дна труби сягає 22,0…26,2 г/л і зменшується до поверхні потоку до 1...5,9 г/л. У відповідному співвідношенні змінюється по глибині також окислюваність і показник БПК₅.

Концентрація завислих речовин у суміші стічних вод у загальносплавному колекторі сильно коливається в залежності від інтенсивності дощу і глибини відбору проб з потоку і становить 0,5…111 г/л, що перевищує концентрацію цих речовин у стічних водах під час періоду “сухої погоди”, яка, за звичай, становить 0,2...0,4 г/л.

Питаннями вивчення здатності потоку переносити завислі частинки і розподіленням їх концентрації по висоті річкового потоку займалися Караушев А.В., Маккавєєв В.М., Бурлай І.Ф., Єфрємов А.В. та ін.

Наявність розподілу концентрації завислих речовин по висоті потоку призвела до нового підходу щодо розробки і проектування розподільчих камер з урахуванням цієї нерівномірності.

Розробкою та дослідженням різних конструкцій розподільчих камер займалися Г.С. Агасієв, А.Н. Сорокін, Л.І. Стрєльцова, А.М. Курганов, М.І. Алєксєєв, А.В. Кудрявцев, Т.Р. Масаєва та ін.

Усі конструкції розподільчих камер можна поділити на три групи.

До першої групи належать розподільчі камери, принцип дії яких полягає у використанні різного роду водозливів. До них відносяться камери: а - з одностороннім (або двостороннім) боковим прямолінійним водозливом; б - з криволінійним боковим водозливом; в - з криволінійним лобовим водозливом і напірним відгалуженням; г - з кільцевим водозливом; д - з коловим водозливом.

До другої групи належать камери, основані на використанні розподілу потоку пластиною: е - з вертикальною розподільчою стінкою; ж - з вертикальною розподільчою стінкою і водопропускним отвором у ній; з - з вертикальним розподілом потоку.

До третьої групи належать комбіновані камери і камери з використанням різних механічних пристроїв.

Розгляд робіт, присвячених визначенню якісних характеристик потоку в дощових колекторах, руслах річок і трубопроводах, указує на необхідність використання цих характеристик при розробці нових конструкцій розподільчих камер.

Виходячи з проведеного нами аналізу існуючих конструкцій розподільчих камер, можна зробити такі висновки:

1. Жодна з існуючих розподільчих камер не відповідає повністю вимогам, що до них висуваються.

Рис. 1. Схеми існуючих конструкцій розподільчих камер:1 - трубопровід подачі стічних вод; 2 - трубопровід відведення стічних вод; 3 - скидний трубопровід; 4 - гребень водозливу; 5 - вертикальна стінка; 6 - відсікатель.

2. В усіх, без виключення, розподільчих камерах, основаних на використанні різних водозливів, спостерігається підняття рівня води над гребенем водозливу і, відповідно, над вхідним отвором трубопроводу, що відводить стічну воду. Це приводить до збільшення витрат, що відводяться на очистку, від 50% (для камер з криволінійним боковим водозливом) до 145% (для камер з прямолінійним водозливом) і до перевантаження колекторів, насосних станцій і очисних споруд. Тому такі конструкції розподільчих камер не можуть бути використані без відповідного обмеження галузі їх застосування. Виключення становлять камери з S-образним водозливним лотком, а також з кільцевим водозливом, для яких характерно незначне перевищення витрати, яка відводиться на очистку, над граничною. Стабільність витрат, які відводяться на очистку, досягається суттєвим збільшенням розмірів камер і ускладненням їх конструкцій, що обмежує використання цих камер в мережах водовідведення.

3. Для розподільчих камер з вертикальною розподільчою стінкою характерна значна нестабільність витрат, які відводяться на очистку, що негативно відбивається, як на режимі роботи головного колектору, насосної станції та очисних споруд, так і на санітарному стані поверхневих водоймищ і водотоків.

4. Наявність водопропускного отвору у вертикальній розподільчий стінці дещо підвищує стабільність витрат, що відводяться на очистку, але знижує санітарно-гігієнічні показники даної конструкції, оскільки можливе попадання суміші промислово-побутових і дощових стоків у поверхневі водойми при напірному режимі роботи головного колектора.

Виходячи з наведених висновків з аналітичного огляду літератури, були сформульовані мета і задачі дослідження.

У другому розділі приведені графічні залежності абсолютних (С) і відносних (С_і /С_дн) концентрацій завислих речовин по висоті потоку в дощових колекторах (рис. 2 і 3), отримані з використанням розробленого нами багатоярусного батометра. Враховуючи ці залежності, нами розроблені нові конструкції розподільчих камер з розподілом потоку по висоті горизонтальною пластиною, встановленою на кінці трубопроводу круглого поперечного перерізу (рис. 4).

Дослідження роботи розподільчої камери з горизонтальною розподільчої пластиною (див. рис. 4 а) із застосуванням методів математичної обробки експериментальних даних дозволило установити, що:

1. З точки зору виявлення мінімального опору потоку найкращим є розташування розподільчої пластини паралельно осі трубопроводу подачі стічних вод. Оскільки ухили дощових колекторів, як правило, незначні, то за умовами будівництва розподільчих камер розподільчі пластини можна установлювати горизонтально.

Рис. 2. Розподіл концентрації завислих речовин по висоті потоку в дощових колекторах: 1, 2, 3, 4 - номер дощу, hi - глибина в і-тій точці потоку, hп - глибина потоку.	Рис.3. Розподіл концентрації окремих фракцій завислих речовин по висоті потоку у дощових колекторах: 1 - часточки діаметром d>1 мм; 2 - часточки діаметром d=0,25 … 1 мм; 3 - часточки діаметром d<0,25 мм.



а) б) в)

Рис. 4. Конструктивні схеми розподільчих камер:

а - з горизонтальною розподільчою пластиною, б - з горизонтальною розподільчою пластиною і донним лотком, в - з рухомим розподільчим лотком. 1 - трубопровід подачі стічних вод; 2 - головний колектор; 3 - скидний трубопровід; 4 -розподільча пластина; 5 - донний лоток з отвором; 6 - рухомий розподільчий лоток; 7 - пружина; 8 - упори.

2. Довжина розподільчої пластини у межах (1…2)d₀ , де d₀ - діаметр трубопроводу подачі стічних вод, і ширина у межах (1…2)d₀ не впливає на характер розподілу потоку.

3. Висота розташування розподільчої пластини h_пл не залежить від ухилу трубопроводу подачі стічних вод, а залежить від відносної витрати  = Q₁/Q₀ (де Q₁ і Q₀ - відповідно витрати стічних вод, що надходять на очисні споруди, і загальні, h_кр - критична глибина):

. (1)

Окрім того, був досліджений вплив товщини і кута заточування ріжучої грані розподільчої пластини на процес розподілу потоку (рис. 5).



Рис. 5. Графік розташування границі зони впливу товщини і кута заточування ріжучої грані розподільчої пластини на величину витрати, що відводиться на очистку:1 - зона, де товщина і кут заточування ріжучої грані розподільчої пластини не впливають на величину витрати, що відводиться на очистку; 2 - зона, де товщина і кут заточування ріжучої грані розподільчої пластини впливають на величину витрати, що відводиться на очистку.

При урахуванні впливу товщини і кута заточування ріжучої грані розподільчої пластини висоту розташування розподільчої пластини і величину витрати, що відводиться на очистку, можна визначити із залежності (2), яка отримана у кодовій формі за методикою планування багатофакторного експерименту. Рівні факторів та інтервали варіювання наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Границі визначення факторів експерименту

Рівні факторів та інтервал варіювання		б?
Нульовий рівень (xi=0)	0,27	35	0,09	0,41
Інтервал варіювання (Bi)	0,06	15	0,02	0,19
Нижній рівень (xi= -1)	0,21	20	0,07	0,22
Верхній рівень (xi= 1)	0,33	50	0,11	0,60
Кодове позначення	z1	z2	z3	z4

 = 0,36 + 0,136x₁ - 0,066x₂ - 0,024x₃ - 0,151x₄ + 0,014x₁² +

+ 0,023x₂² + 0,071x₄² - 0,008x₁x₂ - 0,008x₁x₃ - 0,042x₁ x₄ -

- 0,012х₂х₃ + 0,026x₂x₄ + 0,01х₃х₄, (2)

де ; ;

; .

При коефіцієнтах розподілу К₁ = 0,3…0,5 перевищення витрати, що відводиться на очистку, над граничною, для розподільчої камери з горизонтальною розподільчої пластиною становить 30-50%.

При роботі дощових колекторів у напірному режимі з перевищенням розрахункової витрати, що надходить у камеру, на 50% витрата, що відводиться на очистку, збільшується лише на 5...17% в залежності від граничної витрати (Q_пр). Така властивість розподільчої камери дозволяє уникнути значного перевантаження в роботі загальносплавних колекторів, насосних станцій і очисних споруд при напірному режимі у дощових колекторах.

У третьому розділі наведені результати дослідження розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком (див. рис. 4 б), де внаслідок подвійного (розподільчою пластиною і на водозливі донного лотка) розподілу витрати, що надходить у камеру, досягнута стабільність витрати, що відводиться на очистку.

Подано аналіз основних закономірностей, режимів і параметрів, які впливають на процеси розподілу потоків рідини у такій камері.

Дослідження роботи розподільчої камери з горизонтальною розподільчої пластиною і прямокутним донним лотком із застосуванням методів математичної обробки експериментальних даних дозволило установити, що:

1. Відстань М між віддаленою торцевої стінкою донного лотка і торцем трубопроводу подачі стічної води, при якій може бути досягнута близька до горизонтальної поверхня води у донному лотку, забезпечує найкращі умови роботи водозливних стінок лотка і витікання рідини з донного отвору.

М = L - 0,5а,

де L - горизонтальна координата точки траєкторії зовнішньої твірної струменя на рівні днища донного лотка, а - товщина струменя на рівні днища лотка.

2. Мінімально допустима відстань між віддаленою і найближчою торцевими стінками лотка до донного отвору, при яких вплив вільно падаючого струменя на витікання з отвору донного лотка буде мінімальним і не приведе до зниження вільної поверхні води у лотку становлять:

l₁ = 0,5d₁ і l₂ = 0,2 d₁.

3. Розподільчі камери з розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком забезпечують високу стабільність витрати, що відводиться на очистку (Q₁ = Q_пр) і повністю виключають її підвищення, що дає можливість використовувати такі камери у всіх системах водовідведення, де відстань між нижньою твірною дощового колектору і верхньою твірною загальносплавного колектору в місці їх перетину становить не менше d₀., що необхідне для устрою донного лотка.

Результати дослідження питання витікання рідини з отвору донного лотка наведені на рис. 6, де h_в - глибина води у донному лотку.



Рис. 6. Графік залежності глибини води у донному лотку від величини граничної витрати, що надходить у донний лоток.

Для визначення діаметру отвору донного лотка d₁ при заданій граничній витраті і прийнятій висоті донного лотка h_л = h_в, може бути використана емпірична залежність (3),

Y = 0,254+5,408 X₁- 0,728 X₁²- 0,451 X₂+ 0,399 X₂² - 3,642 X₁ X₂ (3)

де , , .

або застосована номограма рис. 7.



Рис.7. Номограма для визначення висоти донного лотка.

У четвертому розділі наведені результати дослідження розподільчої камери з рухомим розподільчим лотком (рис. 4 в).

На відміну від горизонтальної розподільчої пластини, розподільчий лоток при витратах у трубопроводі подачі стічних вод, менших за розрахункові, розташований під кутом до осі трубопроводу. Зростання загальної витрати понад граничне значення Q_пр приводить до зниження ріжучої кромки розподільчого лотка і зменшенню кута , а також витрати Q₁.

Для забезпечення сталості витрати, що відводиться на очистку (Q₁ = Q_пр) необхідно, щоб закономірність зміни жорсткості пружини співпадала з закономірністю зміни сумарної ваги розподільчого лотка разом з водою, що проходить крізь лоток. Оскільки досягти цього в реальних умовах експлуатації досить важко, при підборі пружин були розглянуті лише граничні положення ріжучої грані розподільчого лотка.

Дослідження роботи розподільчої камери з рухомим розподільчим прямокутним лотком із застосуванням методів математичної обробки експериментальних даних дозволило установити, що:

1. Характер розподілу потоку розподільчим лотком такий само, як і в камері з розподільчою пластиною, тому при розрахунках даної конструкції можна використовувати рівняння (1).

2. Довжина розподільчого лотка у межах (0,5…1,5)d₀ не впливає на процес розподілу потоку прямокутним розподільчим лотком.

3. Нахил розподільчого лотка до 12є не суттєво впливає на величину витрати, що відводиться на очистку, і таким нахилом розподільчого лотка можна знехтувати.

4. Глибина потоку на кінці трубопроводу подачі води, необхідна для визначення висоти розподільчого лотка, може бути визначена з емпіричної залежності:

Розподільча камера з рухомим розподільчим лотком забезпечує високу стабільність витрати, що відводиться на очистку (Q₁  Q_пр), має невеликі габаритні розміри, відповідає всім санітарним вимогам і може бути використана в усіх системах водовідведення.

У п'ятому розділі наведений розрахунок економічної ефективності від впровадження розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком.

Економічна ефективність від впровадження розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком замість відомої розподільчої камери з коловим водозливним лотком і тангенціальним підведенням рідини для житлового масиву “Митниця” м. Черкаси у перерахунку на одну камеру складає 12827 грн.

Використання розподільчої камери запропонованої конструкції дозволяє зменшити кількість забруднюючих речовин, які надходять у поверхневі водойми і водотоки і, внаслідок цього, зменшити екологічне навантаження на дані водні об'єкти. Економія за рахунок зниження платежів за забруднення навколишнього природного середовища при впровадженні однієї розподільчої камери запропонованої конструкції складає 4750 грн.

Загальна економічна ефективність від впровадження розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком для житлового масиву “Митниця” м. Черкаси становить 17577 грн.

Економічний ефект від запобігання забруднення р. Лопань дощовими стічними водами житлового масиву “Олексіївка” м. Харкова при впровадженні запропонованих розподільчих камер відповідно до плану реконструкції систем водовідведення м. Харкова до 2026 р. становитиме 34261 грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене нове вирішення проблеми забруднення поверхневих водоймищ дощовими стічними водами за рахунок встановлення на дощових колекторах розподільчих камер з розподілом потоку по висоті за допомогою горизонтальної площини, що дозволяє відводити на очистку нижній, найбільш забруднений шар дощового стоку. Це суттєво зменшує забруднення поверхневих водоймищ завислими частинками і сорбованими на них нафтопродуктами.

Виходячи з проведених досліджень місць випуску дощових стічних вод в р. Харків і Лопань, визначений гранулометричний склад піщаних відкладень, які вносяться дощовим стоком, і встановлено, що діаметр часток, які створюють ці відкладення складає 0,25...2 мм.

Побудовані графічні залежності зміни концентрації завислих речовин по висоті потоку в дощових колекторах при пікових дощах і встановлене підвищення концентрації завислих речовин у нижніх шарах потоку на прямолінійних ділянках мережі. Відведення на очистку нижньої частини потоку в межах 0,3...0,4 його глибини приведе до суттєвого зниження кількості забруднюючих речовин, що вносяться до поверхневих водоймищ і водотоків дощовими стічними водами.

Розроблені три конструктивні схеми розподільчих камер, які, на відміну від існуючих, дозволяють відводити з дощових колекторів на очисні споруди нижні, найбільш забруднені, шари дощового стоку.

Для отримання основних розрахункових залежностей застосований метод гідравлічного моделювання і виготовлена модель розподільчої камери з урахуванням законів гідравлічного моделювання.

Отримана емпірична залежність висоти розташування тонкої горизонтальної розподільчої пластини від відносної витрати при проходженні граничної витрати стічних вод під розподільчою пластиною.

За допомогою методу планування багатофакторного експерименту отримане рівняння регресії, яке дозволяє враховувати товщину і кут заточування ріжучої грані розподільчої пластини при проектуванні розподільчих камер, що необхідно в разі використання стандартних конструктивних елементів.

Виходячи з експериментальних досліджень розподільчої камери з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком, отримані емпіричні залежності, які дозволяють визначити мінімальні розміри донного лотка і розподільчої камери. Висота донного лотка не перевищує величину діаметра трубопроводу подачі води.

Для визначення висоти розподільчого лотка в камері з рухомим розподільчим лотком отримана емпірична залежність висоти потоку на кінці трубопроводу круглого поперечного перерізу при розподілі потоку днищем розподільчого лотка від відносної витрати стічних вод.

Розбіжності між експериментальними даними і значеннями, які були визначені, виходячи з отриманих залежностей, знаходяться в межах довірчих інтервалів, які враховують випадкові похибки вимірювань, що дозволяє зробити висновок про обґрунтованість обраних методів дослідження і надійність отриманих результатів.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в проект реконструкції дощової мережі житлового масиву “Митниця” м. Черкаси (економічний ефект від впровадження однієї розподільчої камери складає 17577 грн. на рік) і в проект реконструкції мереж водовідведення м. Харкова (передбачений економічний ефект для житлового масиву “Олексіївка” - 34261 грн. на рік).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Бабченко И.В. Исследование разделительной камеры с делением потока по высоте на конце трубопровода круглого поперечного сечения // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2001. - № 12. - С. 74-77.

Бабченко И.В. Исследование разделительной камеры с горизонтальной делительной плоскостью и лотком в основании // Науковий вісник будівництва. - Харків:ХДТУБА ХОТВ АБУ.- 2001. - № 14. - С. 163-166.

Бабченко И.В. Влияние параметров горизонтальной плоскости на процесс деления потока по высоте на конце трубопровода круглого поперечного сечения // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2001. - № 15. - С. 171-174.

Чупис В.П., Бабченко И.В. Деление потока по высоте на конце трубопровода круглого поперечного сечения // Строительство и архитектура. - 1988. - № 1. - С. 97-100.

Чупис В.П., Бабченко И.В. Использование разделительной камеры с делительной плоскостью в полураздельной системе канализации // Труды Всесоюзной научно-техн. конф. “Основные направления развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных и сточных вод и обработки осадков”.- Ч.1. - Харьков. - 1986. - С.242-245.

Бабченко И.В. Снижение загрязнения водоемов поверхностным стоком // Основные направления интенсивного использования водных ресурсов в черной металлургии: Тезисы докладов.-Челябинск:БНТП,1987.-С. 29-30.

Бабченко И.В., Чупис В.П. Исследование постоянства отводимого на очистку расхода в разделительных камерах полураздельной системы канализации // Труды 48-й научно-техн. конф. ХИСИ. - Харьков. - 1993.- С. 188.

Разделительная камера: А.с. 1294937 СССР, МКИ 3Е 03 5/00. / В.П. Чупис, И.В. Бабченко (СССР). - № 3858994; Заявлено 14.02.85; Опубл.08.11.86, Бюл. № 9. - 2 с.

Разделительная камера: А.с. 1441032 СССР, МКИ 3Е 03 5/00 / И.В. Бабченко, В.П. Чупис (СССР). - № 4135939; Заявлено 09.09.86, Опубл. 01.08.88, Бюл. № 44. - 2 с.

АНОТАЦІЯ

Бабченко І.В. Розподільчі камери нового типу в системах водовідведення. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 водопостачання, каналізація. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2004.

Дисертація присвячена актуальній проблемі зниження забруднення поверхневих водойм і водотоків дощовими стічними водами, що відводяться з території міста.

Під час проведення досліджень визначений середній гранулометричний склад піщаних відкладень у місцях випуску дощових стічних вод у поверхневі водойми та висотне розташування концентрації завислих речовин у дощових колекторах. Розроблена нова конструкція розподільчої камери, в якій розподіл потоку здійснюється горизонтальною розподільчою пластиною, що дозволяє відводити на очистку нижчі, найбільш забруднені шари дощового стоку. Для стабілізації величини витрати стічних вод, що відводяться на очистку, запропоноване застосування розподільчих камер з горизонтальною розподільчою пластиною і прямокутним донним лотком та розподільчих камер з рухомим розподільчим лотком. Досліджені умови роботи запропонованих розподільчих камер і отримані залежності для їх розрахунку.

Запропоновані конструкції розподільчих камер впроваджені у робочий проект дощової каналізації житлового масиву “Митниця” м. Черкаси і в проект реконструкції системи водовідведення м. Харкова.

Ключові слова: стічна вода, дощовий колектор, глибина потоку, розподільча камера, витрата рідини, розподільча пластина, розподільчий лоток.

АННОТАЦИЯ

Бабченко И.В. Разделительные камеры нового типа в системах водоотведения. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 водоснабжение, канализация. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена актуальной проблеме снижения загрязнения поверхностных водоемов и водотоков дождевыми сточными водами, отводимыми с территории города.

Определены гранулометрический состав песчаных отложений в местах выпуска дождевых сточных вод в поверхностные водоемы и распределение концентрации взвешенных веществ по высоте потока в дождевых коллекторах, что позволило сформулировать основные направления при разработке новых конструкций разделительных камер.

Разработаны и исследованы три конструкции разделительных камер, принцип работы которых состоит в деления потока горизонтальной делительной пластиной, расположенной на конце трубопровода круглого поперечного сечения.

Определены зоны влияния угла заточки режущей грани делительной пластины и ее толщины на процесс деления потока. Исследован процесс деления потока тонкой горизонтальной делительной пластиной и получена расчетная зависимость высоты ее расположения от соотношения расходов, поступающего в камеру и отводимого на очистные сооружения (относительного расхода).

По методу планирования многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии для определения зависимости между относительным расходом и высотой расположения делительной пластины, учитывающее ее толщину и угол заточки режущей грани, что необходимо при использовании стандартных конструктивных элементов.

Применение в разделительной камере с горизонтальной делительной пластиной донного прямоугольного лотка позволило устранить пятидесятипроцентное превышение отводимого на очистку расхода, имевшее место в камерах с горизонтальной делительной пластиной. Стабильность отводимого на очистку расхода достигается двойным делением потока, сначала делительной пластиной, а затем на водосливе донного лотка.

Для определения диаметра отверстия донного лотка получено уравнение регрессии, на основании которого построена номограмма, позволяющая существенно упростить расчет данной разделительной камеры.

Разработана и исследована конструкция разделительной камеры с прямоугольным подвижным делительным лотком, не требующая перепада между низом подводящего трубопровода и верхом главного коллектора в месте устройства разделительных камер (как для камеры с горизонтальной делительной пластиной и донным лотком). Один конец подвижного делительного лотка опирается на шарнир, а другой подвешен на пружине с возможным перемещением в вертикальной плоскости вдоль торца подводящего трубопровода при изменении глубины потока в лотке, чем и обеспечивается относительно высокая стабильность отводимого на очистку расхода.

Для определения высоты делительного лотка получена экспериментальная зависимость высоты потока на конце трубопровода круглого поперечного сечения от величины соотношения отводимого на очистку и поступающего в камеру расходов, а также от высоты расположения режущей грани днища делительного лотка.

Результаты диссертационной работы внедрены в рабочий проект дождевой канализации жилого массива “Мытница” г. Черкассы. Годовой экономический эффект от внедрения одной разделительной камеры составил 17577 грн.

Экономический эффект от внедрения предлагаемых разделительных камер в соответствии с планом реконструкции систем водоотведения г. Харькова до 2026 г. для жилого массива “Алексеевка” составит 34261 грн.

Ключевые слова: сточная вода, дождевой коллектор, глубина потока, разделительная камера, расход жидкости, делительная пластина, делительный лоток.

ABSTRACT

Babchenko I.V. New designed separating chambers for drainage systems. Manuscript.

The thesis for candidate's of technical sciences degree by speciality 05.23.04-water supply, sewerage systems. - Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2004.

The thesis deals with actual task of decreasing of surface water pollution with rain waste waters from urban area.

The average granulometric composition of sand-washes at rain waste water outlets into rivers and arrangement on height of concentration of suspended particles in rain headers has been investigated. The new construction of separating chamber has been designed based on dividing of flow by the horizontal dividing plate in order to lead to refinement the most polluted lower layer of rain waste waters. To stabilize consumption of water directed to refinement the application of the separating chamber with the horizontal dividing plate and the rectangular trough on basement and separating chamber with the mobile separating trough has been proposed. The working conditions of supplied separating chambers have been studied and parameters needed to their calculation have been investigated.

Supplied constructions of separating chambers were applied in the working project of rain sewerage system of residential area „Mytnitsa” in Cherkassy and in the project of reconstruction of drainage systems of Kharkiv.

Key words: waste water, rain header, depth of flow, separating chamber, consumption of liquid, dividing plate, separating trough.

Размещено на Allbest.ru

...