Ефективні дренажні системи фільтрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 628.543.563:681

05.23.04-водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

ДИСЕРТАЦІЇ НА ЗДОБУТТЯ ВЧЕНОГО СТУПЕНЯ КАНДИДАТА ТЕХНІЧНИХ НАУК

ЕФЕКТИВНІ ДРЕНАЖНІ СИСТЕМИ ФІЛЬТРІВ

ЗУБКО ОЛЕКСІЙ ЛЕОНІДОВИЧ

ХАРКІВ-1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор кафедри «Водопостачання, каналізації і гідравліки» Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Пантелят Гаррі Семенович

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою «Охорони праці та екології у будівництві» Рівненського державного технічного університету Гіроль Микола Миколайович

Кандидат технічних наук, доцент кафедри «Водопостачання, водовідведення та очистки води» Харківської державної академії міського господарства Ткачьов В'ячеслав Олександрович

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва та архітектури (м. Макіївка)

Захист відбудеться 2 листопада 1999 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 310002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.

Автореферат розісланий 18 вересня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М.І.Колотило

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Удосконалення апаратів, споруд та іншого технологічного обладнання для очистки та доочистки природних вод для питних потреб, а також стічних вод різноманітних категорій являється одним з головних напрямків в створеннi ефективних екологічних систем водопостачання та водовідведення міст, населених пунктів та промислових підприємств. Для очистки води від механічних домішок (зваженi речовини, нерозчиненi масла та нафтопродукти), помягчення та знесолювання води частіше за все використовують фільтри різноманітних конструкцій.

Надійніcть експлуатації фільтрів та забезпечення стабільності в отриманнi високої якостi очищеної води тісно пов`язанi з технологією регенерацiї (промивки) фільтруючого завантаження, яка забезпечує повноту її відмивки від забруднень з одночасною економією витрат води на промивку. На цей час одним з найбільш актуальних запитань є поліпшення якостi питної води та доочистка стічних вод, якi скидають у водойми чи використовують в замкнутих системах водопостачання. Рішення цих задач залежить насамперед від конструктивних та технологічних особливостей дренажних систем для фільтрів, якi призначенi для очистки води.

Роботу виконано в межах державної програми «Розробка теорiї екологiчної безпеки та надiйностi життєдiяльностi для об`єктiв будiвництва, промисловостi та впровадження екологiчних систем оборотного водопостачання машинобудiвних та металургiйних пiдриємств, якi виключають скид стічних вод у водоймища України» та міжрегіональної програми «Екологічне оздоровлення басейна річки Сіверський Донець».

Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності, забезпечення надійності експлуатації, удосконалення конструкції та інтенсифікація роботи дренажно-розподільчих систем фільтрів різноманітного призначення.

Наукова новизна роботи :

1. Досліджено роботу дренажно-розподільчоі системи (ДРС) з трубчастих полімерних елементів нових конструкцій, розроблених науково-виробничими фірмами «Екотон» та «Екополімер» у фільтрах різноманітного призначення.

2. Розроблено новi конструкцiї полімерних трубофільтрів, якi складаються з поліетиленової труби (каркасу), диспергуючого шару з пористого поліетилену та повітряного прошарку.

3. Визначено напірно-витрачальні характеристики нових конструкцій трубофільтрів та дренажних ковпачків.

4. Виконано співвідносний аналіз методів розрахунку інтенсивності промивки фільтруючого матеріалу, в залежності від його забруднення.

Практичне значення роботи :

1. На підставі аналізу особливостей експлуатацiї дренажних систем різноманітних конструкцій в відкритих та напірних фільтрах розроблено науково обґрунтовані технічні рішення та рекомендації по підвищенню ефективності та надійності їх роботи.

2. Розроблено технологію виготовлення трубчастих полімерних елементів ДРС конструкції "Екотон" для фільтрів, призначених для очистки природних та стічних вод, а також технічні умови на виготовлення полімерних фільтруючих елементів серії ЕФ (ТУ 7774-002-41901146-96).

3. Розроблені технічні рішення впроваджено на 20 обєктах водопровідного та каналізаційного господарства міст для очистки природних і стічних вод.

4. Розроблено нові конструкції ДРС та їх елементів, які базуються на використанні трубофільтрів для очистки питної води та доочистки міських і промислових вод, а також ковпачкового дренажу для очистки і доочистки промислових стічних вод.

Особистий внесок автора :

1. Виконано аналіз особливостей експлуатації дренажних систем різноманітних конструкцій у відкритих та напірних фільтрах, призначених для очистки природних і стічних вод.

2. Досліджено роботу дренажних систем, виготовлених з полімерних пластикових матеріалів.

3. Визначено напірно-витрачальні характеристики нових конструкцій трубофільтрів та дренажних ковпачків.

4. Здійснено втілення дренажів різноманітних конструкцій на 20 обєктах водопостачання та каналізації міст.

Апробація роботи. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідались на 53 і 54 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА), на 28 науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ) та на міжнародних конгресах «Екологія, технологія, економіка водопостачання та каналізації» 15 -19 квітня 1997р. і 18 - 21 травня 1999 р. в м. Ялті.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, пяти розділів, загальних висновків, списку літератури із 106 найменувань, додатків і вміщує 122 сторінки основного тексту, 32 таблиці, 46 рисунків, усього 134 сторінки.

Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі дисертаційного дослідження, наукову новизну, практичну цінність.

В першому розділі дисертації наведено аналіз стану питання розробки, досліджень та експлуатації дренажних систем зернистих фільтрів. Виконаний аналіз показав, що однією з основних причин, які перешкоджають отриманню очищеної (профільтрованої) води стабільної якості, являється недосконалість дренажно-розподільчих систем (ДРС) зернистих фільтрів. В удосконалення дренажно-розподільчих систем фільтрів великий внесок зробили відомі вчені, фахівці та інженери: Малішевський Н.Г., Папін В.М., Мінц Д.М., Шуберт С. А., Шехтман Ю.М., Егоров А.І., Нікіфоров Г.Н., Рудський Г.Г., Кім А.М.та інші. Але практика свідчить, що існуючі конструкції ДРС фільтрів не забезпечують рівномірний розподіл промивної води при регенерації фільтруючого завантаження, виготовлення їх із рядових марок сталі приводить до корозійного виснаження, використання щілинних труб із нержавіючої сталі та поліетилену не виключають забруднення механічними домішками та винос дрібних фракцій фільтруючого завантаження (наприклад, піску), використання полімербетону в деяких випадках пов`язано зі складностями, які обумовлені корозійним руйнуванням (вилужуванням), а в інших - з заростанням щільними сольовими (здебільш карбонатними) відкладненнями.

Перспективним напрямком є виготовлення ДРС з полімерних матеріалів (зовнішній шар) на базовій дірчастій поліетиленовій трубі. Ці дренажі прості у виготовленні, монтажі, надійні в експлуатації, порівняно недорогі, відрізняються малим гідравлічним опором та ін.

Вперше роботи в цьому напрямку здійснені у науково - виробничій фірмі (НВФ) «Екополімер» під керівництвом к.т.н. Мешенгиссера Ю. М. В подальші роки і в цей час НВФ «Екотон» (директор Трунов П.В.) за участю автора дисертації створено низку оригінальних авторських конструкцій та технологій виготовлення трубофільтрів, маючих самостійне значення.

У другому розділі надані результати досліджень ДРС, виготовлених із полімерних матеріалів. Дослідження проводили на двох стендах для гідравлічних випробувань елементів ДРС різних конструкцій: трубофільтрів з полімерних матеріалів та ковпачкового дренажу з нержавіючих марок сталі. На одному із стендів проводили гідравлічні випробування трубофільтрів та їх елементів конструкції «Екотон». Саме тут випробували перфоровані (дірчасті) поліетиленові труби (каркаси трубофільтрів), трубофільтри з диспергуючим шаром, покритим безпосередньо на перфоровану трубу без повітряного прошарку, трубофільтри з повітряним прошарком та інші. Усі експерименти проводили з трубофільтрами та їх елементами, які були виготовлені з реальних матеріалів. Розміри зразків також реальні.

Головні задачі досліджень полягали у визначенні та порівнянні напірно-витрачальних характеристик трубофільтрів різних конструкцій, визначенні коефіцієнту витрати трубофільтрів та елементів ДРС різних конструкцій. Показано, що до останнього часу при розрахунку розподілу і збору води дірчастими трубами коефіцієнт витрати приймали постійним, рівним 0,62, що, строго говорячи, відповідає лише умові витоку струменя із отвору круглої форми в тонкій стінці. Експериментальним шляхом визначені величини коефіцієнтів витрати для ДРС конструкції «Екотон» різних модифікацій. Встановлено, що максимальні значення характерні для ДРС з полімербетону, = 0,82-0,87 , для трубофільтрів з диспергуючим шаром та повітряним прошарком = 0,72-0,81, для трубофільтрів з диспергуючим шаром без повітряного прошарку = 0,48-0,75, для перфорованих трубчастих дренажів = 0,49-0,73. При цьому витрати напору складають відповідно 3,5-4,0 м, 4,0-5,0 м, 5,8-7,4 м та 7,1-8,4м (табл.1).

Таблиця 1 - Визначення величини коефіцієнту витрат для ДРС різноманітних конструкцій.

Різноманітність ДРС	Vc, м/с	Vотв, м/с	труби, м	отвор., м	Число Re	h, м
Перфорована поліетиленова труба.	1,38 1,56 1,59 1,64	9,29 3,91 5,96 3,94	0,11 0,11 0,11 0,11	0,006 0,008 0,008 0,010	13,4 3,75 3,82 2,15	8,40 7,90 7,95 7,10	0,49 0,66 0,65 0,73
Перфорована поліетиленова труба з диспергуючим шаром без повітряного прошарку (скважність 0,4 %)	0,97 1,37 1,14 1,37	6,56 3,43 4,33 3,28	0,11 0,11 0,11 0,11	0,006 0,008 0,008 0,010	11,20 4,62 4,79 3,62	7,40 6,75 6,66 4,93	0,48 0,56 0,62 0,68
Перфорована поліетиленова труба з диспергуючим шаром без повітряного прошарку (скважність 0,8 %)	0,92 1,21 1,15 1,22	4,9 4,3 4,1 3,1	0,11 0,11 0,11 0,11	0,006 0,008 0,008 0,010	9,15 3,90 3,96 3,20	8,1 6,3 6,4 5,8	0,50 0,65 0,71 0,75
Перфорована поліетиленова труба з диспергуючим шаром та повітряним прошарком	1,47 1,88 1,47 1,47	6,80 5,99 6,80 6,80	0,11 0,11 0,11 0,11	0,006 0,008 0,008 0,010	10,1 4,4 4,2 3,1	5,0 4,6 4,4 4,1	0,72 0,75 0,76 0,81
ДРС з полімербетону						4,5 4,2 4,15 4,00	0,82 0,84 0,85 0,87

де Vc - швидкість води у каркасі трубофільтру, Vотв - швидкість води у отворі трубофільтру, труби - діаметр каркасу трубофільтру, отвор. - діаметр отворів на каркасі трубофільтрів, h - втрати напору трубофільтрів.

В основу досліджень покладена будова п`єзометричних ліній трубофільтрів конструкції «Екотон» та традиційних розподілів води (рис.1). При цьому враховували, що виконання закону збереження енергії обумовлює збільшення величини швидкісного напору на початку розподілу над величиною прирісту п`єзометричного тиску.

²_макс./ 2g h _L ; h _L = ( Р_К - Р_Н) / , (1)

де _макс. - середня швидкість руху води у початковому перетині розподільника, м/с ;

(Р_К -Р_Н) / = h _L - різниця п`єзометричних тисків у початковому та кінцевому перетинах дірчастої дільниці розподільника, м ;

L - довжина дірчастої дільниці розподільника, м ;

g - прискорення сили тяжіння, м²/ с;

- коректив швидкості.

При цьому Н = Н ₀ + Н _Д ;

Н - Н ₀ = Н _Д .(2)

Рис. 1. а - Зміни п`єзометричного тиску в дірчастому розподільнику

Рис. 1.б- Зміни п`єзометричного тиску в ДРС "Екотон"

_вх - коефіцієнт опору при вході в трубу; Н-Н₀ - наявний напір; h_н - втрати напору в початковому отворі; h_к - втрати напору в кінцевому отворі; h_тр - втрати напору на тертя та завихрення по довжині труби; h_дс - втрати напору в диспергуючому шарі.

Н _Д = h _ВХ + h ₁ + h ₂ + h _L + h _{L 1+} h_дс , (3)

де Н ₀ - висота стовпа води у фільтрі при його промивці, м;

Н _Д - напір води, втрачений у розподільнику води, м;

Інколи Н_Д називають наявним напором, м.

h_ВХ -втрати напору при вході у трубу, м ;

h₁ ,h ₂ - втрати напору при вході струменів з першого та останнього отвору в розподільнику води;

h _L - прирощення напору по довжині труби, м ;

h _{L 1} - втрати напору по довжині труби, м;

h_дс - втрати напору в диспергуючому шарі, м.

Аналіз даних рис.1 та табл.1 показує, що мінімальні втрати напору мають місце у ДРС із полімербетону - 4,0-4,5 м, схожі з ними трубофільтри, які складаються з перфорованої поліетиленової труби (каркасу) та диспергуючого шару поліетилену з повітряним прошарком, - 4,1-5,0 м, потім йдуть трубофільтри без повітряного прошарку - 4,93 - 8,1 м та звичайна перфорована поліетиленова труба - 7,0-8,4 м.

Виконані досліди дозволили з`ясувати, що найбільш перспективною конструкцією є трубофільтр, який складається з перфорованої поліетиленової труби (каркасу) та диспергуючого шару поліетилену з повітряним прошарком (рис.2). Виявлено, що втрати напору в трубофільтрах зазначеної конструкції найменші, ніж у трубофільтрах без повітряного прошарку, та їх можливо ще зменшити до величини втрат у ДРС із полімербетону шляхом збільшення перфорації каркасу.

Третій розділ присвячений дослідженню роботи ковпачкових дренажів, призначених для фільтрів, які очищують стічні води промислових підприємств, забруднених зваженими речовинами, маслами, жирами та нафтопродуктами.

При очистці та доочистці таких стічних вод виникають суттєві ускладнення, пов`язані з регенерацією фільтруючого завантаження, забрудненого нафтопродуктами. В цих умовах доцільність використання ДРС із полімербетону та полімерів визивають сумнів. В таких випадках доцільно застосовувати ковпачковий дренаж, пристосований для одночасної чи послідовної подачі води та повітря для промивки фільтрів. Основополагаючі досліди в цьому напрямку раніш проведені в інституті НВО «Енергосталь» А.В. Єрохіним, Г.С. Пантелятом та ін.

У ході виконання даної роботи проведені досліди, направлені на визначення напірно-витрачальної характеристики дренажних ковпачків, удосконалена їх конструкція. Виявлено, що коефіцієнт витрат ковпачків знаходиться у межах 0,4-0,6, втрати напору складають 5,0-6,0 м.

Рис. 2 - Трубчастий дренажний елемент "Екотон"

дренаж фільтр стічний очистка

1-муфта із внутрішнім різьбленням (пряма); 2-муфта із зовнішнім різьбленням (зворотня);

3-перфорована труба; 4-захисний шар; 5-повітряний прошарок; 6-отвір перфорації; 7-отвір для штифту; 8-ребра жорсткості; 9-зварний шов; 10-різьблене з`єднання.

Четвертий розділ присвячений дослідженню методів, які забезпечують рівномірність промивки фільтруючого матеріалу. Відомі закономірності процесу промивки фільтруючого матеріалу базуються на даних, які характеризують «зважування» чистого піску у висхідному потоці води. Використання цих даних для розрахунку промивки фільтрів, зернисте навантаження яких забруднено у процесі роботи, потребує відомої корекції. Суть цього питання полягає в тому, що в процесі забруднення зернистого завантаження внаслідок прилипання зважених часток до його зерен змінюються основні розрахункові параметри : діаметр зерен d, їх щільність ₂, пористість фільтруючого матеріалу m. Діаметр зерен збільшується, а розрахункова щільність та пористість зменшуються.

Зі сказаного витікає, що розрахунок промивки зернистого завантаження фільтрів повинен враховувати інтенсивність та тривалість попередньої очистки води. Вказана коректировка, яка враховує ці фактори і являє собою додаток до методу Д.М. Мінца, запропонована автором.

До основи запропонованих розрахунків покладений матеріальний баланс зважених речовин в шарі фільтруючого завантаження. Якщо в якійсь шар потрапляє вода з концентрацією зважених часток р_0, а з нього виходить фільтрат з концентрацією р, то очевидно, що за одиницю часу буде затримано:

q = р₀ -р(х,t) . (4)

Тоді за відрізок часу dt диференціал брудозмісту q дорівнює:

dq = p₀ -p( х, t)]dt. (5)

Ваговий брудозміст до кінця фільтроциклу складає:

(6)

Інтегрування виразу (6), рахуючи залежність Ю.М. Шехтмана (7) для апроксимації досліджених даних, які характеризують розподіл концентрації зважених часток у фільтраті, дає вираз для визначення вагового брудозмісту:

; (7)

(8)

Тоді градієнт вагового брудозмісту по х, необхідний для обліку зміни параметрів фільтруючого завантаження, буде дорівнювати:

.(9)

Маючи градієнт об`ємного брудозмісту q(x,t<sub>ф</sub>)/<sub>ос</sub>, неважко знайти нові коефіцієнти пористості m<sub>1</sub>, діаметр зерен, збільшених за рахунок прилиплених часток забруднень d<sub>1</sub>, та зміни об`ємної ваги зерен р₂. Дійсно, внаслідок накопичення бруду об`єм пор в одиниці об`єму зернистого завантаження зменшується на величину градієнту об`ємного брудозмісту, та коефіцієнт пористости визначаємо виразом:

, (10)

де m₀ - пористість чистого завантаження.

_ос = 1,05-об`ємна вага забруднень, які знаходяться у зернистому завантаженні.

Приймаючи число зерен n в одиниці об`єму навантаження до забруднення та після забруднення незмінним та виконуючи необхідні перетворення, визначаємо співвідношення об`ємної ваги бруду і піску:

. (11)

Причому:

. (12)

Таким чином, маючи характеристики вихідної води р₀, фільтруючого завантаження d, , с, Н, швидкість фільтрування під час очистки і тривалість фільтроцикла t_ф, можна знайти необхідні розрахункові параметри (р₂, d ₁, m₁) для визначення швидкості промивки реального зернистого завантаження фільтрів. Вплив змін параметрів зернистого завантаження на величину швидкості промивки наглядніше за все проаналізувати на прикладі залежності для визначення величини критичної швидкості промивки по Д.М. Мінцу:

. (13)

Для випадку забрудненого завантаження, підставивши у (13) вирази (10),(11), отримаємо:

(14)

Тоді:

. (15)

Внаслідок того, що m₁ m ₀, завжди ¹_{0 0}. Наприклад, для m₁ = 0,3 та m ₀ = 0,5 при р₂ = 2,64 и р₁ = 1,0 відношення ₀¹/ ₀ = 0,71.

Прийнято рахувати, що дренажі високого опору дозволяють забезпечити рівномірний розподіл промивної води по довжині розподільника. Однак, на практиці це не так. Багато вчених, починаючи з Делірі (США) та Н.Г. Малішевського, вказували на нерівномірність розподілу промивної води. Це пов`язано з тим, що не вдається забезпечити рівні інтенсивності промивки і постійність п`єзометричних тисків (рис.3). Для конструктивного рішення цієї задачі доцільно використовувати запропонований В. М. Папіним приклад ДРС із зустрічними потоками води у сміжних трубофільтрах.

Рис.3-Схема дослідів проф. Н.Г.Малішевського

У п`ятому розділі надаються результати розробки, виготовлення, впровадження та експлуатації ДРС з трубофільтрами конструкції «Екотон» при очистці та доочистці природних та стічних вод.

Організовано виробництво елементів фільтруючих серії ЕФ, на основі яких виготовляють трубофільтри (ЕФТ), які призначені для влаштування ДРС фільтрів. Їх застосовують у складі станції для очистки питної води, доочистки міських і промислових стічних вод, натрій- катіонітових фільтрів, які призначені для пом`якшення води, та ін.

Технологія виробництва трубофільтрів серії ЭФ розроблена науково-виробничою фірмою (НВФ) «Екотон» за участю автора. Виробництво зазначених виробів здійснюється шляхом аеродинамічного напилення розплаву полімеру на стандартну полімерну трубу або формотворчий елемент заданого діаметру. Суть методу полягає в тому, що розплавлений гранульований поліетилен під тиском гарячого повітряного струменя напиляється на поверхню, яка обертається із зворотньо-поступовим переміщенням трубчастої оправки- формотворця. Волокна, що спікаються та сплітаються між собою, створюють під час охолодження волокнисто - пористий трубчастий елемент вироба зі внутрішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру формотворця. Товщина напиленого шару регулюється часом його формування та щільністю утвореного виробу. Щільність задається технологічними параметрами процесу. НВФ «Екотон» розроблені технологічний регламент на виробництво і технічні умови на елементи фільтруючі серії ЕФ (ТУ ТП4-002-41901146-96, ТУУ 24125887.002 - 96).

У ході виконання дисертаційного дослідження зіставили досвід експлуатації дренажних систем різних конструкцій, влаштованих в зернистих фільтрах, призначених для очистки природних вод до питної якості, а також очистки і доочистки міських і промислових стічних вод. Виявлені їх позитивні та негативні якості, визначені основні параметри їх роботи. Вивчена робота 10 станцій очистки води для питних цілей, 5 систем для доочистки міських і промислових стічних вод, 3 станцій знезалізування води. Ці станції обладнані зернистими фільтрами з дренажно-розподільчими системами різних конструкцій.

Узагальнення та аналіз досвіду експлуатації сучасних конструкцій ДРС показали, що для забезпечення необхідного ступеня очистки води та ефективної регенерації фільтруючого завантаження більш перспективними є системи, виготовлені із полімербетону, а також із дірчастих поліетиленових труб з диспергуючим шаром із поліетилену. Конструкції ДРС, які виготовлені з поліетилену, розроблені НВФ «Екополімер» і «Екотон» та впроваджені на багатьох водоочисних станціях.

Дренажна система фільтрів із трубчастих элементів «Екотон» має суттєві відмінності від інших дренажних систем: не вимагаються підтримуючі шари, забезпечується рівномірний збір фільтрату та розподіл промивної води, характеризується стійкостю до корозійних і абразивних взаємодій, має порівняно низький гідравличний напір, має стійкість до гідравлічних та аеродінамічних ударів, притаманна простота монтажу і демонтажу елементів розподільчої системи дозволяють проводити профілактичні та ремонтні роботи без повної вигрузки фільтруючих матеріалів, забезпечують довгий строк експлуатації без зміни.

ДРС конструкції «Екотон» впроваджені на 20 станціях очистки природних і стічних вод в Росії та Україні.

Економія електроенергії при використанні ДРС конструкції «Екотон» у розрахунку на одну станцію очистки питної води складає 11,4 тис.грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Аналіз досвіду випробувань, проектування і експлуатації дренажно-розподільчих систем (ДРС) зернистих фільтрів, призначених для очистки води для питних и технічних цілей, показав, що однією з головних причин, які перешкоджують отриманню очищеної (профільтрованої) води стабільної якості, є недосконалість ДРС.

2. Існуючі конструкції ДРС фільтрів не забезпечують рівномірний розподіл промивної води при регенерації (промивці) фільтруючого завантаження, виготовлення їх з рядових марок сталі приводить до корозійного виснаження, застосування щілинних труб з нержавіючих сталей і поліетилену не виключає забиття отворів механічними сумішами і винос дрібних фракцій фільтруючого завантаження (наприклад, піску), використання полімербетону в деяких випадках пов`язано зі складностями, які обумовлені корозійним руйнуванням (вилужуванням), а в інших - з заростанням щільними сольовими (здебільш карбонатними) відкладненнями.

3. Зіставлено досвід експлуатації ДРС різноманітних конструкцій, застосованих в зернистих фільтрах, призначених для очистки природних вод до питної якості, а також очистки і доочистки міських і промислових стічних вод. Виявлені їх позитивні та негативні якості, визначені параметри их роботи. Вивчена робота 10 станцій очистки води для питних цілей, 5 систем для доочистки міських і промислових стічних вод, 3 станцій знезалізування води.

4. Дан аналіз існуючих методів розрахунку ДРС різних конструкцій, включаючи ДРС із пористого бетону та полімербетону. Показано, що до останнього часу при розрахунку розподілу і збору води дірчастими трубами коефіцієнт витрати приймали постійним, рівним 0,62, що, строго говорячи, відповідає лише умові витоку струменя із отвору круглої форми в тонкій стінці. Експериментальним шляхом визначені величини коефіцієнтів витрати для ДРС конструкції «Екотон» різних модифікацій. Виявлені величини коефіцієнта витрати для різних модифікацій трубофильтрів. Максимальні значення цього коефіцієнту характерні для ДРС із полімербетону, величина хитається в межах 0,82-0,86, для трубофільтрів з диспергуючим шаром і повітряним прошарком = 0,72-0,81, для трубофільтрів з диспергуючим шаром без повітряного прошарку = 0,48-0,75, для перфорованих трубчастих дренажів = 0,49-0,73 . При цьому втрати напору в трубофільтрах складають відповідно 3,5 - 4,0 м, 4,1 - 5,0 м, 4,94 - 8,1 м та 7,0 - 8,4 м.

5. Дослідження трубофільтрів різних модифікацій конструкції «Екотон» показало, що найбільш ефективним є трубофільтр, який складається із перфорованої поліетиленової труби (каркасу) з диспергуючим поліетиленовим покриттям. При цьому між каркасом і покриттям є повітряний прошарок.

6. Трубофільтри конструкції «Екотон» з повітряним прошарком відповідають вимогам, які пред`являють до сучасних ДРС фільтрів для очистки питної води, очистки і доочистки стічних вод, так як дозволяють забезпечити рівномірний розподіл води як при фільтруванні, так і при промивці (регенерації) фільтруючого завантаження.

7. Для очистки і доочистки промислових стічних вод, забруднених зваженими речовинами, маслами, жирами та нафтопродуктами, доцільно застосовувати фільтри з ДРС із щілинних ковпачків, виготовлених із нержавіючих марок сталі.

8. Виявлена напірно-витрачальна характеристика дренажного ковпачка: втрати напору 5,0-6,0 м, коефіцієнт витрати знаходиться у межах 0,4-0,6.

9. Виконано співвідносний аналіз методів розрахунку інтенсивності промивки фільтруючого матеріалу в залежності від ступеню його забруднення. Виявлена структура втрат напору в ДРС конструкції «Екотон».

10. Трубофільтри з повітряним прошарком конструкції "Екотон" дозволяють знизити втрати напору в ДРС, а також покращити основні технологічні параметри роботи фільтрів: збільшити повноту відмивки фільтруючого матеріалу, збільшити довготу фільтроциклу та ін.

11. Розроблені технологічний регламент та технічні умови на виробництво полімерних фільтруючих елементів серії ЕФ (ТУ 7774-002-41901146-96, ТУУ 24125887.002 - 96).

12 ДРС конструкції «Екотон» впроваджені на 20 станціях очистки природних і стічних вод в Росії та в Україні.

13. Використання трубофільтрів "Екотон" дозволяє знизити энергетичні затрати на експлуатацію фільтрів. Економічний ефект від впровадження трубофільтрів "Екотон" порівняно з ДРС із перфорованих стальних труб складає 21844,93 руб.(станція у м.Железногорську), порівняно з ДРС з ковпачковим дренажем - 131159,97 грн.(станція у м.Чернівці).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.Зубко А.Л. Дренажные системы зернистых фильтров для очистки природных и сточных вод // Науковий вісник будівництва.--Харків: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, ХОТВ АБУ. - 1999.- Вип.5.- с.111-115.

2.Зубко А.Л. Опыт эксплуатации дренажно-распределительных систем фильтров для очистки природных вод // Коммунальное хозяйство городов.-Киев. Техника. 1999.-Вып.18.-с. 117-120.

3.Пантелят Г.С., Зубко А.Л. Исследование дренажно-распределительных систем фильтров, изготовленных из полимерных материалов // Науковий вісник будівництва.- Харків: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, ХОТВ АБУ. - 1999.- Вып. 6 .- с. 101-104.

4.Зубко О.Л. Особливості гідродинаміки і розрахунок дренажних систем конструкції «Екотон» // Вісник «Інженерні системи і техногенна безпека в будівництві». - Макіївка: Донбаська державна академія будівництва і архітектури. - 1999. - Вип. 3 (17). С.23 - 24.

5.Зубко А.Л. Опыт эксплуатации дренажно-распределительных систем конструкции «Экотон» в фильтрах для очистки природных вод // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьковский государственный политехнический университет. - 1999.-Вып.49.-с.7 - 10

АНОТАЦІЇ

Зубко А.Л. Ефективні дренажні системи фільтрів.- Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 1999.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі - підвищенню ефективності очистки природних і стічних вод та забезпеченню надійності роботи фільтрів за рахунок вдосконалення конструкції та інтенсифікаціі роботи дренажно - розподільчих систем. У роботі отримані такі результати: визначені величини коефіціентів витрати для різних модифікацій трубофільтрів, а також для ковпачкового дренажу, досліджено роботу трубофільтрів різних конструкцій, доведено, що найбільш ефективним є трубофільтр, який складається з перфорованої поліетиленової труби (каркаса), повітряного прошарка та диспергуючого поліетиленового шару, визначено напірно- витрачальні характеристики вказаних дренажів, отримані нові математичні залежності, які враховують вплив забруднення фільтруючого матеріалу на інтенсивність промивки, результати роботи впроваджені на 20 станціях очистки питної води.

Ключові слова: дренажно - розподільчі системи, трубофільтр, ковпачковий дренаж, коефіціент витрати, напірно - витрачальна характеристика.

Зубко А.Л.Эффективные дренажные системы фильтров- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 1999.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи - повышению эффективности очистки природных и сточных вод и обеспечению надежной работы фильтров за счет усовершенствования конструкции и интенсификации работы дренажно - распределительных систем (ДРС). В работе выполнены исследования элементов ДРС различных конструкций: трубофильтров из полимерных материалов и колпачкового дренажа из нержавеющих марок стали. Основные задачи исследований состояли в определении и сопоставлении расходно - напорных характеристик трубофильтров, определении коэффициентов расхода трубофильтров и элементов ДРС различных конструкций. Показано, что до последнего времени при расчете распределения и сбора воды дырчатыми трубами коэффициент расхода принимали постоянным, равным 0,62, что, строго говоря, отвечает лишь условию истечения струи из отверстия круглой формы в тонкой стенке. Экспериментальным путем определены величины коэффициентов расхода для ДРС конструкции «Екотон» разных модификаций Установлено, что максимальные значения = 0,82 - 0,87 характерны для ДРС из полимербетона, для трубофильтров с диспергирующим слоем и воздушной прослойкой =0,72-0,81, для трубофильтров с диспергирующим слоем без воздушной прослойки = 0,48 - 0,75, для перфорированных трубчатых дренажей =0,49-0,73. При этом потери напора составляют соответственно 4,0-4,5 м, 4,1-5,0 м, 5,8-7,4 м, 7,1-8,4 м.

В основу исследований положено построение пьезометрических линий трубофильтров конструкции «Экотон» и традиционных распределителей воды. При этом учитывали, что соблюдение закона сохранения энергии обусловливает превышение величины скоростного напора в начале распределителя над величиной прироста пьезометрического давления. Определена структура потерь напора в ДРС конструкции «Экотон ».

Установлено, что потери напора в диспергирующем слое не превышают 0,1 м. Выполненные исследования позволили определить, что наиболее перспективной конструкцией трубофильтра является трубофильтр, состоящий из перфорированной полиэтиленовой трубы (каркаса ) и диспергирующего слоя полиэтилена с воздушной прослойкой. Установлено, что потери напора в трубофильтрах указанной конструкции меньше, чем в трубофильтрах без воздушной прослойки, и их возможно еще уменьшить до величины потерь полимербетона путем увеличения перфорации каркаса.

Исследована работа колпачковых дренажей, предназначенных для фильтров, очищающих сточные воды промышленных предприятий, загрязненных взвешенными веществами, маслами, жирами и нефтепродуктами. Определены напорно-расходные характеристики дренажных колпачков, усовершенствована их конструкция. Установлено, что коэффициент расхода колпачков находится в пределах 0,4 - 0,6, потери напора составляют 5,0 - 6,0 м.

Получены математические зависимости для расчета интенсивности промывки фильтрующего материала в зависимости от степени его загрязненности. Предложены технические решения, обеспечивающие равномерность промывки фильтрующего материала.

Обобщение и анализ опыта эксплуатации современных конструкций ДРС показали, что для обеспечения необходимой степени очистки воды и эффективной регенерации фильтрующей загрузки наиболее перспективными являются системы, изготовленные из полимербетона, а также из дырчатых полиэтиленовых труб с диспергирующим слоем из полиэтилена. Конструкции ДРС, изготовленные из полиэтилена, разработаны научно - производственными фирмами «Экополимер» и «Экотон » и внедрены на многих водоочистных станциях.

Трубофильтры с воздушной прослойкой конструкции «Экотон» позволяют снизить потери напора в ДРС, а также улучшить основные технологические параметры работы фильтров: увеличить полноту отмывки фильтрующего материала, увеличить продолжительность фильтроцикла и т. д.

Разработаны технологический регламент и технические условия на производство полимерных фильтрующих элементов серии ЭФ (ТУ 7774-002-41901146-96, ТУУ 24125887.002 - 96). ДРС конструкции «Экотон » внедрены на 20 станциях очистки природных и сточных вод в Росcии и в Украине. Использование трубофильтров «Экотон» позволяет снизить энергетические затраты на эксплуатацию фильтров. Экономический эффект от внедрения трубофильтров «Экотон» по сравнению с ДРС из перфорированных стальных труб составляет 21844,93 руб. (станция обезжелезивания г.Железногорск), по сравнению с колпачковым дрена-жом - 131159,97 грн. (станция водоподготовки г.Черновцы).

Ключевые слова: дренажно - распределительная система, трубофильтр, колпачковый дренаж, коэффициент расхода, напорно - расходная характеристика.

А.L. Zubko drain -Efficient distribution systems. - Manuscript

Тhesis for a Candidates of Technical Sciences degree by specialty 05.23.04- water supply, sewage.- Kharkov State Technical University of Construction and Arhitekture, Kharkov, 1999.

This work is devoted to the decision of the present-day problem - increasing of stagnant water refine efficiency and filters reliability as a result of drain - distribution systems structure development and operation intensification.

The following results were obtained: different tube filters types and drain flow coefficients values; different tube filters operational characteristics; flow pressure properties of drain; new mathematical dependencies for filter material pollution and cleaning intensively influence.

It was proved that filter with perforated polyethylene frame, air layer and dispergent polyethylene layer is the most effective in comparison with other structures.

Results of work were used at 20 water treatment plants.

Размещено на Allbest.ru