Підвищення ефективності зневоднення осадів міських стічних вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

харківський державний технічний університет

будівництва та архітектури

Спеціальність 05.23.04 - Водопостачання, каналізація

УДК 628.33

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Підвищення ефективності зневоднення осадів міських стічних вод

Степанов Олег Вікторович

Харків 2010

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Епоян Степан Михайлович, завідувач кафедри водопостачання, каналізації і гідравліки Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Душкін Станіслав Станіславович завідувач кафедри водопостачання, водовідведення та очистки вод Харківської національної академії міського господарства

кандидат технічних наук, доцент Ковальчук Віктор Анатолійович доцент кафедри водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне)

Захист відбудеться "20" жовтня 2010 р. об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

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

Автореферат розісланий "17" вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент О.В. Гвоздецький

ВСТУП

зневоднення стічний муловий майданчик

Актуальність роботи. На очисних спорудах каналізації в результаті механічної і біологічної очистки міських стічних вод утворюються різні категорії осадів, обробка яких є однією з найбільш складних проблем.

Ці осади відносяться до суспензій колоїдного типу, що важко фільтруються. Більша частина їх вологи знаходиться у зв'язаному стані, що ускладнює водовіддачу. Їх обробка ускладнюється вмістом великої кількості органічних сполук, що розпадаються і загнивають з утворенням колоїдних систем і неприємного запаху. На очисних спорудах кількість осадів, що видаляються з середньою вологістю 96%, складає від 0,5 до 1,0% притоку стічних вод в залежності від концентрації забруднень.

В наш час, незважаючи на інтенсивний розвиток і впровадження споруд механічного зневоднення осаду, мулові майданчики є основними спорудами, що використовуються для зневоднення осадів. Крім того, згідно діючим нормам, навіть на станціях зі спорудами механічного зневоднення осадів, мулові майданчики застосовують як аварійні споруди для сушки 20% річної кількості осадів. Привабливість цих споруд пояснюється простотою інженерного забезпечення і легкістю експлуатації порівняно з вакуум-фільтрами, фільтр-пресами та центрифугами. Однак мулові майданчики в більшому ступені, ніж інші споруди очистки стічних вод і обробки осадку, залежать від кліматичних і природних факторів.

Досвід експлуатації мулових майданчиків показав, що дренажна система їх швидко кольматується і ефективність водовідбору знижується. Існуючі методи інтенсифікації водовідбору ефективні при проектуванні нових мулових майданчиків, що будуються, або існуючих, що реконструюються. Однак, для мулових майданчиків, у яких відсутня або закольматована дренажна система, а самі карти заповнені осадком, що злежався, і заболочені, необхідні інші підходи.

Одним з таких напрямків є розробка нових технічних засобів водовідбору за допомогою вакуумування з мулових майданчиків.

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

Робота виконана відповідно до регіональної програми «Екологічне оздоровлення басейну річки Сіверський Донець», а також за планом кафедри водопостачання, каналізації і гідравліки Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, госпдоговірної науково-дослідної роботи №1478 «Розробка і дослідження модульної установки для підвищення ефективності видалення дренажної води з мулових майданчиків» (№ держреєстрації 0108U004459), і держбюджетної науково-дослідної роботи «Удосконалення технології обробки осадів міських стічних вод» (№ держреєстрації 0109U008966).

Мета і задачі роботи. Метою дисертаційної роботи є розробка і наукове обґрунтування ефективного методу видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків, у яких дренажна система закольматована або відсутня, а також розрахунку основних параметрів технічних засобів інтенсифікації водовідбору.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- виконати аналіз процесу зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках, а також методів інтенсифікації роботи заболочених мулових майданчиків;

- розробити конструкцію і науково обґрунтувати основні параметри модульної установки локального дренажу;

- побудувати математичну модель зневоднення осадів на заболочених мулових майданчиках, яка враховує кольматацію навколофільтрового простору і дію технічних засобів з системою вакуумування;

- виконати верифікацію математичної моделі по експериментальним даним, що отримані при проведенні виробничих досліджень;

- на основі розробленої математичної моделі розрахувати раціональні конструктивні та технологічні параметри модульної установки локального дренажу з системою вакуумування;

- визначити питому енергоємність обладнання, що використовується для інтенсифікації зневоднення осадів на заболочених мулових майданчиках;

- на основі наукового аналізу, теоретичних і експериментальних досліджень розробити технологію інтенсифікації водовідбору з заболочених мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування;

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

Предмет дослідження - методи і споруди для підвищення ефективності зневоднення осадів на заболочених мулових майданчиках.

Методи досліджень - теоретичні дослідження процесу зневоднення осадів на заболочених мулових майданчиках з обладнанням для інтенсифікації процесу, основані на рівняннях фільтрації, масопереносу і масопередачі; науковий аналіз і експериментальні дослідження проведені у виробничих умовах з використанням реальних осадів міських стічних вод на заболоченому муловому майданчику з застосуванням модульної установки локального дренажу з системою вакуумування; для отримання розрахункових залежностей, визначення ефективності та достовірності запропонованої технології інтенсифікації роботи заболоченого мулового майданчика використані методи математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів:

- запропонована та досліджена ефективна технологія видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування;

- розроблена математична модель видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування, яка враховує кольматацію навколофільтрового простору, дозволяє розрахувати динаміку продуктивності даної установки в залежності від конструктивних і технологічних параметрів;

- визначені та науково обґрунтовані раціональні конструктивні і технологічні параметри модульної установки локального дренажу з системою вакуумування.

Практичне значення отриманих результатів.

На основі виконаного аналізу, теоретичних і експериментальних досліджень розроблена технологія видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків, розроблена модульна установка локального дренажу з системою вакуумування, обґрунтовано підібрані її конструктивні і технологічні параметри.

Розроблені рішення дозволяють осушити виведені з обороту мулові майданчики для реконструкції або рекультивації землі, а також суттєво поліпшити екологічний стан цих територій.

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

Особистий внесок автора. Наукові результати, що викладені в дисертації, отримані особисто автором на основі виконаного аналізу стану питання зневоднення осадів міських стічних вод, а також процесу видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування. Автору належить розробка конструкції модульної установки локального дренажу, а також розробка методики, організація експериментальних досліджень щодо видалення мулової води за допомогою даної установки.

Автором особисто виконано обґрунтування математичної моделі видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування. Розроблена методика розрахунку динаміки продуктивності установки за часом в залежності від конструктивних і технологічних параметрів. Виконана верифікація математичної моделі по експериментальним даним, отриманим у виробничих умовах. Визначені раціональні конструктивні та технологічні параметри модульної установки локального дренажу.

Автором також розроблена технологія застосування модульної установки локального дренажу з системою вакуумування для видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків із закольматованою або відсутньою дренажною системою.

Апробація роботи. Основні результати і головні положення дисертації доповідалися на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2005-2010 р.р.); Харківської національної академії міського господарства (2008 р.); міжнародному конгресі: «Екологія, технологія, економіка, водопостачання, каналізація» (ЕТЕВК-2007, м. Ялта, 2007 р.); міжнародних науково-практичних конференціях: «Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод» (м. Миргород, 2008, 2009 р.р.), «Сучасні проблеми охорони довкілля та раціонального використання ресурсів у водному господарстві» (м. Миргород, 2010 р.), «Вода, екологія, суспільство» (м. Харьков, 2010 р.); міжнародних науково-технічних конференціях: «Актуальні проблеми водного господарства і природокористування» (м. Рівне, 2009 р.), «Водопідготовка і очистка стічних вод населених місць у XXI столітті: Технологія, Проектні рішення, Експлуатація станцій» (м. Москва, 2010 р.) і міжнародному науковому семінарі «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» (м. Харків, 2008 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 18 друкованих робіт у різних виданнях України і Російської Федерації, в тому числі 8 у спеціалізованих виданнях, регламентованих ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 166 найменувань, 3 додатків і вміщує 33 рисунки та 8 таблиць по тексту, усього 121 сторінка.

Основний зміст роботи

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

У першому розділі приведений аналіз стану питання зневоднення осадів міських стічних вод. Розглянуті склад і властивості осадів стічних вод. Приведені методи і споруди, що застосовуються для зневоднення осадів. Розглянуті процеси та обладнання для механічного зневоднення осадів, а також мулові майданчики та особливості підсушування на них осаду. Показано, що, незважаючи на інтенсивний розвиток і впровадження споруд механічного зневоднення осадів, мулові майданчики є основними спорудами, що використовуються для зневоднення осадів. Крім того, навіть при застосуванні механічних методів зневоднення осадів мулові майданчики відповідно до діючих норм проектуються як резервні та аварійні споруди, розраховані на обробку 20% річного об'єму осаду. Показано, що мулові майданчики у більшому ступені, ніж інші споруди обробки осадів, залежать від кліматичних, природних факторів.

Аналіз методів інтенсифікації водовідбору з мулових майданчиків показав ефективність використання вакуумування при технології зневоднення осадів з використанням установки всмоктувально-нагнітаючої дії.

Питаннями підсушування і зневоднення осадів міських стічних вод на мулових майданчиках займалися видатні вчені, спеціалісти та інженери: Туровський І.С., Яковлєв С.В., Верігин М.М., Олійник О.Я., Болотських М.С., Двінських Є.В., Агранонік Р.Я., Терещук А.І., Алексєєв В.І., Корінько І.В., Євілевич А.З., Епоян С.М. та ін. Однак існуючі методи інтенсифікації роботи мулових майданчиків не прийнятні для водовідбору з заболочених карт осадом, що злежався, у яких відсутня або закольматована дренажна система.

Показана актуальність і необхідність розробки і наукового обґрунтування технічних засобів інтенсифікації водовідбору з заболочених карт, у яких дренажна система закольматована або відсутня, а також методики їх розрахунку.

У другому розділі досліджена розроблена конструкція локального дренажу модульного типу для інтенсифікації водовідбору з мулових майданчиків при використанні установки всмоктувально-нагнітаючої дії.

Модульна установка локального дренажу (рис. 1) має чотири дренажні елементи з вертикально розташованих стеклопластикових труб, що заглушені з одного боку і з'єднані з іншого боку в загальну збірну систему сталевими трубами. За допомогою гумово-тканинного рукава модульна установка злокального дренажу з'єднується з всмоктувально-нагнітаючої установкою, або з системою вакуумування. За допомогою автокрану конструкція локального дренажу модульного типу опускається у муловий майданчик.

З метою інтенсифікації видалення мулової води в модульній установці локального дренажу передбачений резервуар (приймач) для збору дренажної відфільтрованої води, в якому встановлений занурений насос типу «Гном». Робочий вакуумний тиск складає 0,05-0,5 атм. Після подачі вакуумного тиску через 2 хв включається насос відкачки дренажної води, по завершенні відкачування насос вимикається. Далі всмоктувально-нагнітаюча установка переходить в режим нагнітання і відбувається процес регенерації фільтруючого елементу, що триває 2 хв. Після цього відбувається подача вакуумного тиску і відфільтровується мулова вода.

Рис. 1 Схема модульної установки локального дренажу

На рис. 2 представлені дані експериментальних досліджень по визначенню ефективності роботи установки при різних значеннях вакуумметричного тиску.

, , , - експериментальні дані;

- значення, розраховані за формулою (1)

Рис. 2 Інтенсивність водовідбору V(t) при різних значеннях вакуумметричного тиску

Залежність об'єму відфільтрованої води, л, від часу і вакуумметричного тиску для даної вдосконаленої конструкції модульної установки локального дренажу можна представити у вигляді такої емпіричної формули:

, (1)

де t - час, хв; р_вак - вакуумметричний тиск, атм; с₁, с₂, с₃, с₄, с₅ - емпіричні коефіцієнти, що визначені за допомогою метода найменших квадратів.

Знаючи залежність V(t), можна визначити продуктивність пристрою Q(t) (рис. 2) і час ефективної роботи:

. (2)

За результатами статистичної обробки даних, що представлені на рис. 2, формули (1) і (2) будуть мати вигляд

Границі застосування цих залежностей обмежуються наступними параметрами: час t = 0-20 хв, вакуметричний тиск р_вак = 0,1-0,2 атм. Одиниці виміру: час - в хвилинах, вакуметричний тиск - в атм.

Таким чином, проведені виробничі дослідження показали ефективність розробленої конструкції модульної установки локального дренажу для інтенсифікації водовідбору з заболочених мулових майданчиків очисних споруд каналізації.

У третьому розділі представлена розроблена математична модель видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування, що дозволяє розрахувати динаміку продуктивності даної установки, визначити час її ефективної роботи, обґрунтовано підібрати раціональні конструктивні та технологічні параметри.

Зміна продуктивності модульної установки під час її роботи обумовлена процесом кольматажів навколо фільтрового простору, що зв'язане з дрібнодисперсністю часток, що складають осад, який зневоднюється на мулових майданчиках.

Процеси фільтрації мулової води і кольматації навколофільтрового простору, що впливають на продуктивність модульної установки локального дренажу, опишемо за допомогою наступних рівнянь:

- рівняння фільтрації в пористому середовищі:

, (3)

, , (4)

де h - рівень мулової води (рис. 3.1); r - радіальна координата; t - час; v - швидкість фільтрації; Q - продуктивність (дебіт) установки; k - коефіцієнт фільтрації, що змінюється в часі внаслідок кольматації навколофільтрового простору; - коефіцієнт п'єзопровідності; - коефіцієнт водовіддачі;

Рис. 3 Схема видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування

- рівняння переносу завислих речовин потоком рідини, що фільтрується:

, (5)

де С - концентрація частинок у рідини, що фільтрується; b - концентрація частинок в об'ємі твердої фази осаду; n₀ - початкова пористість осаду;

- рівняння масообміну між рідкою і твердою фазою осаду:

, (6)

де b₀ - гранична концентрація частинок в об'ємі твердої фази осаду (брудоємність); - коефіцієнт кольматації.

Для вирішення системи рівнянь (3) - (6) задамося такими граничними і початковими умовами:

- початкова умова: при t = 0 h = h(r) при k = k₀ = const; С = C₀; b = 0;

де h₀ - рівень мулової води на границі області фільтрації;

k₀ - коефіцієнт фільтрації без урахування кольматації;

- граничні умови:

при r = R h = h₀; ; ; при r = r₀ h = h_с - h_вак,

де R - радіус впливу; r₀ - радіус фільтруючого елементу; h_с - рівень мулової води в фільтруючому елементі; h_вак - вакуумметричний напір.

Залежність коефіцієнта фільтрації від ступеня закольматованості навколофільтрового простору можна представити у вигляді наступної емпіричної формули, що була запропонована проф. Олійником О.Я. і проф. Тугаєм А.М.:

, (7)

Аналізуючи відомі залежності для розрахунку радіусу впливу R фільтруючого елементу, можемо записати R ~ . Тому кольматація навколофільтрового простору впливає не тільки на зміну коефіцієнта фільтрації k і, відповідно, коефіцієнта п'єзопровідності , але й на величину радіуса впливу. Таким чином, зміну величини R в часі знайдемо за допомогою наступної залежності

, (8)

де R₀ - значення радіуса впливу фільтруючого елемента без урахування кольматації.

Рішення системи рівнянь (3) - (8) отримуємо чисельно за допомогою методу кінцевих різниць.

При роботі установки, що складається з декількох фільтруючих елементів, слід скористатися принципом суперпозиції (накладання течій). Згідно цьому принципу зміну рівня мулової води у будь-якій точці мулової карти можна визначити як алгебраїчну суму незалежних впливів усіх фільтрів групи, що розглядається, на дану точку мулового майданчика (тобто кожний фільтруючий елемент розглядається незалежно від роботи фільтруючих елементів, що його оточують).

Таким чином, робота фільтруючих елементів з продуктивністю Q в зоні впливу один одного обумовлює додаткове зниження рівня мулової води прямо у фільтруючого елемента

де - зниження рівня мулової води при r = r₀ (рис. 4), що обумовлене роботою 1-го елемента; - зниження рівня мулової води при r = r₀ (рис. 4), що обумовлене роботою 2, 3 і 4-го елементів.

Проте для забезпечення виконання на границі r = r₀ умови

h = h_c - h_вак = const

при роботі всіх елементів, необхідно зниження продуктивності кожного елемента Q на величину Q. Величину Q визначаємо чисельно.

Рис. 4 Взаємодія фільтруючих елементів

Для спрощення моделі визначення зниження продуктивності фільтруючих елементів у результаті їх взаємодії, можна провести за допомогою коефіцієнта зниження продуктивності

. (9)

Проведене порівняння показує, що значення коефіцієнта зниження продуктивності, що розраховане чисельно і за допомогою залежності (9) практично не відрізняються одне від одного, що дозволяє враховувати взаємодію фільтруючих елементів за допомогою залежності (9).

Виконана верифікація математичної моделі по експериментальним даним, що були отримані на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова при вакуумметричному тиску р_вак = 0,2 атм., в результаті чого визначені значения коефіцієнта фільтрації без урахування кольматації k₀, радіуса впливу без урахування кольматації R₀ і коефіцієнт кольматації , необхідні для розрахунку динаміки продуктивності модульної установки локального дренажу.

Достовірність розробленої математичної моделі була перевірена шляхом співставлення з даними експериментальних досліджень (рис. 4), проведених на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова при значеннях вакуумметричного тиску р_вак = 0,3 атм. і р_вак = 0,4 атм.

Середньоквадратичне відхилення експериментальних і теоретичних результатів по динаміці продуктивності модульної установки локального дренажу з системою вакуумування при р_вак = 0,3 атм. дорівнює = 0,54 л/хв, а при р_вак = 0,4 атм. дорівнює = 0,58 л/хв. Задовільний збіг розрахункових і експериментальних даних підтверджує достовірність розробленої математичної моделі.

Рис. 5 Залежність зміни продуктивності модульної установки локального дренажу в часі.

В четвертому розділі за допомогою розробленої математичної моделі був вивчений вплив конструктивних і технологічних параметрів модульної установки локального дренажу на ефективність її застосування.

Під конструктивними параметрами розуміємо радіус фільтруючого елемента r₀, його висоту h_c, відстань між фільтруючими елементами а. Під технологічними - значення вакуумметричного тиску р_вак або напору h_вак. Також важливими факторами є кількість фільтруючих елементів і схема їх розташування. Ефективність роботи модульної установки локального дренажу визначається об'ємом води V, що відкачується протягом часу t.

Із збільшенням радіуса фільтруючого елемента приріст об'єму води, що відкачується, зменшується (рис. 6), що дозволяє зробити висновок про те, що збільшення радіуса фільтруючого елемента доцільне до визначеного значення. При даних конструктивних і технологічних параметрах раціональне значення радіуса фільтруючого елемента складає 0,10 - 0,15 м.

Рис. 6 Залежність роботи модульної установки локального дренажу від величини радіуса фільтруючого елемента

У діапазоні значень висоти фільтра h_с = 0,25 - 1,0 м залежність V(h_c) має практично лінійний характер (рис. 7), а при h_с > 1,0 м із зростанням висоти фільтруючого елемента приріст об'єму води, що відкачується, зменшується. Тому збільшення висоти фільтруючого елемента при даних конструктивних і технологічних параметрах доцільне до величини h_с = 1,0 м.

Рис. 7 Залежність роботи модульної установки локального дренажу від висоти фільтруючого елемента

Збільшення відстані між фільтруючими елементами не суттєво впливає на продуктивність пристрою і, відповідно, на об'єм мулової води, що відбирається (рис. 8). Тому підвищувати ефективність роботи модульної установки локального дренажу з системою вакуумування шляхом збільшення відстані між фільтруючими елементами недоцільне. Збільшення відстані між фільтруючими елементами може дати ефект, якщо ця відстань буде порівняна з радіусом впливу, тобто вплив фільтруючих елементів на роботу один одного буде зведений до мінімуму.

Рис. 8 Залежність роботи модульної установки локального дренажу від відстані між фільтруючими елементами

Як видно з рис. 9, у вказаному діапазоні значень р_вак залежність між ефективністю роботи модульної установки і величиною вакуумметричного тиску має практично лінійний характер. Отже, підвищити продуктивність даної установки і об'єм мулової води, що відкачується, можна, збільшуючи вакуумметричний тиск, але при цьому необхідно враховувати значне збільшення енергетичних витрат в підвищення вірогідності прориву повітря в фільтруючий елемент, що може привести до зриву вакууму, або до зменшення її продуктивності.

Рис. 9 Залежність роботи модульної установки локального дренажу від величини вакуумметричного тиску

Для вивчення впливу схеми розташування і кількості фільтруючих елементів модульної установки локального дренажу з системою вакуумування на ефективність видалення мулової води розглянемо такі варіанти розташування фільтруючих елементів відносно один одного:

1) чотирикутна з п'ятима елементами (рис. 10);

2) шестикутна (рис. 11);

3) лінійна (рис. 12);

4) трикутна, рівнобічний трикутник з довжиною сторони 2 м (рис. 13);

5) чотирикутна з чотирма елементами (рис. 4).

Рис. 10 Чотирикутна схема розташування п'яти фільтруючих елементів

Рис. 11 Шестикутна схема розташування шести фільтруючих елементів

Рис. 12 Лінійна схема розташування чотирьох фільтруючих елементів

Рис. 13 Трикутна схема розташування трьох фільтруючих елементов

Для кожної схеми за розробленою методикою було визначено зміну продуктивності модульної установки локального дренажу в часі та об'ємі води, що відбирається (рис. 14).

При цьому об'єм мулової води, що відбирається даною установкою, такий:

1 - V = 289 л; 2 - V = 249 л; 3 - V = 282 л; 4 - V = 230 л; 5 - V = 281 л.

Аналіз отриманих у теоретичних дослідженнях результатів показує, що найбільш раціональною є схема №5, що відповідає експериментальній установці. Збільшення кількості фільтруючих елементів не дає значного поліпшення ефективності роботи модульної установки локального дренажу.

Рис. 14 Зміна продуктивності модульної установки локального дренажу з системою вакуумування при різних схемах розташування і кількості фільтруючих елементів

1 - чотирикутна з п'ятима елементами; 2 - шестикутна; 3 - лінійна;

4 - трикутна; 5 - чотирикутна з чотирма елементами

У п'ятому розділі наведено нові технологічні рішення щодо інтенсифікації видалення мулової води і підвищення продуктивності заболочених мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування. Визначена питома енергоємність обладнання, що використовується для інтенсифікації видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків.

Економічний ефект від впровадження розробленої технології видалення мулової води з мулових майданчиків Комплекса біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова складає 204,25 тис.грн. за рік.

ЗАГАЛЬНІ вИсновки

1. Виконаний аналіз існуючого положення зневоднення осадів міських стічних вод показав, що, незважаючи на наявність споруд механічного зневоднення основними спорудами з їх обробки є мулові майданчики. Значна частина мулових майданчиків заболочена, оскільки не має дренажної системи або дренажна система закольматована.

2. Розроблена і досліджена конструкція локального дренажу модульного типу, що дозволяє інтенсифікувати водовідбір з заболочених мулових майданчиків при використанні установки всмоктувально-нагнітаючої дії.

3. Проведені виробничі дослідження дозволили вдосконалити модульну установку локального дренажу з системою вакуумування і показали високу ефективність її застосування при видаленні мулової води з заболочених мулових майданчиків.

4. Розроблена математична модель видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування, яка враховує зміну коефіцієнта фільтрації внаслідок кольматації навколофільтрового простору, вплив фільтруючих елементів на роботу один одного, дозволяє розрахувати динаміку продуктивності даної установки, визначити час її ефективної роботи, обґрунтовано підібрати раціональні конструктивні та технологічні параметри.

5. Достовірність розробленої математичної моделі підтверджується задовільним збігом розрахункових і експериментальних даних, що дозволяє її рекомендувати для аналізу процесу видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування.

6. Дослідження, проведені на основі розробленої математичної моделі видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування, дозволили визначити раціональні технологічні та конструктивні параметри установки, що забезпечують найбільшу ефективність її роботи, а також найбільш ефективну схему розташування і кількість фільтруючих елементів.

7. Дослідження впливу конструктивних і технологічних параметрів модульної установки локального дренажу на ефективність її роботи показали, що основним фактором, який може вплинути на її продуктивність, є вакуумметричний тиск, що створюється за допомогою всмоктувально-нагнітаючої установки.

8. Розроблені нові технологічні рішення щодо інтенсифікації видалення мулової води і підвищенню продуктивності мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу з системою вакуумування. На основі цього запропонована нова технологічна схема і математична модель процесу видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків.

9. Визначена питома енергоємність обладнання, що використовується для інтенсифікації видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків.

10. Результати дисертаційної роботи впроваджені на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова і використовуються в розробках інституту ВАТ «Харківський Водоканалпроект». Економічний ефект від впровадження розробленої технології видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків Комплексу біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова складає 204,25 тис.грн. за рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Эпоян С.М. Основные направления развития илового хозяйства на КБО «Безлюдовский» г. Харькова / С.М.Эпоян, Е.Б.Клейн, В.В.Булгаков, О.В.Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2005. - Вип. 34. - С. 183-187.

Особистий внесок автора: виконано аналіз стану питання розвитку мулового господарства на КБО «Безлюдівський» м. Харкова.

2. Пантелят Г.С. Современное оборудование для обезвоживания осадков городских сточных вод / Г.С.Пантелят, С.М.Эпоян, О.В.Степанов, Ю.И.Штонда // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2006. - Вип. 35. - С. 213-216.

Особистий внесок автора: показано ефективність зневоднення осадів міських стічних вод на центрифугах.

3. Эпоян С.М. Экспериментальные исследования интенсификации водоотдачи осадков городских сточных вод / С.М.Эпоян, А.С.Карагяур, Е.Б.Клейн, О.В.Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, - 2007. - Вип. 44. - С. 224-226.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах та показано ефективність вакуумування при зневоднені осадів міських стічних вод.

4. Эпоян С.М. Разработка модульной установки для удаления иловой воды / С.М.Эпоян, А.С.Карагяур, В.Е.Сорокина, Е.Б.Клейн, О.В.Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, - 2008. - Вип. 46. - С. 219-222.

Особистий внесок автора: розроблено конструкцію локального дренажу модульного типу та показано ефективність його застосування для видалення мулової води з заболочених карт.

5. Эпоян С.М. Совершенствование технологии интенсификации водоотбора с иловых площадок / С.М.Эпоян, А.С.Карагяур, В.Е.Сорокина, Е.Б.Клейн, О.В.Степанов / Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур: III міжнар. наук. практ. семін.: матер. // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, - 2008. - Вип. 49. - С. 301-305.

Особистий внесок автора: запропоновано використовувати технічні засоби для інтенсифікації відводу мулової води з фільтруючого модуля, виконано експериментальні дослідження та показано залежність об'єму мулової води, що видаляється від вакуумметричного тиску.

6. Эпоян С.М. Усовершенствование модульной установки для удаления иловой воды / С.М.Эпоян, А.С.Караягур, О.В.Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, - 2009. - Вип. 51. - С. 201-205.

Особистий внесок автора: запропоновано удосконалити конструкцію модульної установки локального дренажу за допомогою збірного резервуару, де встановлено дренажний насос, виконано експериментальні дослідження.

7. Эпоян С.М. Исследование влияния режимов работы модульной установки на удаление иловой воды / С.М.Эпоян, А.С.Караягур, О.В.Степанов // Наук.-техн. зб. «Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки». - К.: КНУБА, - 2009. - Вип. 12. - С. 67-71.

Особистий внесок автора: проведені експериментальні дослідження на модульній установці локального дренажу з одним фільтруючим елементом, отримано емпіричні залежності ефективності роботи установки.

8. Степанов О.В. Исследование метода удаления иловой воды осадков городских сточных вод / О.В.Степанов // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, - 2009. - Вип. 52. - С. 149-152.

9. Эпоян С.М. Модель расчета модульной установки для удаления иловой воды / С.М. Эпоян, А.С. Карагяур, И.В. Коринько, О.В. Степанов // Коммунальное хозяйство городов. Научн. техн. сб. ХНАГХ. - К.: Техніка, 2010. - Вып. 93. - С. 253-258.

Особистий внесок автора: досліджено вплив конструктивних та технологічних параметрів модульної установки локального дренажу на ефективність її роботи.

10. Эпоян С.М. Оценка эффективности флокулянтов для работы цеха механического обезвоживания осадков комплекса биологической очистки «Безлюдовский» г. Харькова / С.М.Эпоян, И.В.Коринько, О.В.Степанов, В.Н.Кривонос // Екологія, технологія, економіка, водопостачання, каналізація (ЕТЕВК-2007): міжнар. конгр., 22-26 травня 2007 р.: зб. доп. - Ялта, 2007. - С. 191-193.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження та показано вплив флокулянтів на процес механічного зневоднення осадів міських стічних вод.

11. Эпоян С.М. Повышение эффективности удаления иловой воды с иловых площадок канализационных очистных сооружений / С.М.Эпоян, В.Е.Сорокина, А.С.Карагяур, И.В.Коринько, О.В.Степанов // Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод: міжнар. наук. практ. конф., 14-18 квітня 2008 р., Миргород. - К.: Товариство «Знання» України, - 2008. - С. 26-29.

Особистий внесок автора: розроблено методику та проведені експериментальні дослідження по видаленню мулової води з заболочених мулових майданчиків за допомогою модульної установки локального дренажу.

12. Эпоян С.М. Модульная установка для интенсификации работы иловых площадок очистных сооружений канализации / С.М.Эпоян, О.В.Степанов // Строительство, архитектура, экология: ХХХІV науч. технич. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХНАГХ, 12-14 мая 2008 г.: программа и тезисы докладов. - Харьков: ХНАГХ, - 2008. - Ч. 1. - С. 206-207.

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження на модульній установці локального дренажу з системою вакуумування.

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

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження на удосконаленій модульній установці локального дренажу, отримано емпіричні залежності динаміки об'єму мулової води, що видаляється, та продуктивності пристрою з урахуванням вакуумметричного тиску.

14. Эпоян С.М. Интенсификация водоотбора с иловых площадок очистных сооружений канализации с помощью модульной установки / С.М.Эпоян, А.С.Карагяур, О.В.Степанов // Актуальні проблеми водного господарства та природокористування. Ефективні технологіїї водопостачання та водовідведення: III міжнар. наук.-техн. конф., 22-23 жовтня 2009 р., матер. - Рівне: НУВГП, - 2009. - С. 58-60.

Особистий внесок автора: досліджено зміну продуктивності модульної установки локального дренажу у часі з урахуванням процесів фільтрації та кольматації навколофільтрового простору.

15. Эпоян С.М. Модель расчета модульной установки для удаления иловой воды / С.М. Эпоян, А.С. Карагяур, И.В. Коринько, О.В. Степанов // Вода, экология, общество: III междунар. науч. практ. конф.: матер., 9-11 февраля 2010 г., г. Харьков. - Харьков: ХНАГХ, 2010. - С. 37-40.

Особистий внесок автора: запропоновано модель розрахунку ефективності роботи модульної установки локального дренажу в залежності від її конструктивних та технологічних параметрів.

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

Особистий внесок автора: виконано експериментальні дослідження у лабораторних умовах з виявлення фізико-хімічних властивостей осадів міських стічних вод.

17. Эпоян С.М. Моделирование процесса удаления иловой воды с помощью локальной установки с системой вакуумирования / С.М. Эпоян, А.С. Карагяур, В.Е. Сорокина, И.В. Коринько, О.В. Степанов // Сучасні проблеми охорони довкілля та раціонального використання ресурсів у водному господарстві: міжнар. наук. практ. конф., 13-17 квітня 2010 р., м. Миргород. К.: Товариство „Знання” України. - 2010. - С. 71-74.

Особистий внесок автора: розроблено математичну модель видалення мулової води за допомогою модульної установки локального дренажу, показана її достовірність шляхом порівняння з експериментальними даними.

18. Эпоян С.М. Модульная установка для повышения эффективности водоотбора с иловых площадок / С.М. Эпоян, И.В. Коринько, А.С. Карагяур, О.В. Степанов // Водоподготовка и очистки сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии. Проектные решения. Эксплуатация станций: конф. междунар. водной ассоциации (IWA), 2-4 июня 2010 г., г. Москва: сб. докл. [электронный ресурс]. - М.: ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», 2010.

Особистий внесок автора: виконано дослідження з визначення раціональних параметрів модульної установки локального дренажу та часу її ефективної роботи.

Анотація

Степанов О.В. Підвищення ефективності зневоднення осадів міських стічних вод. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2010.

У роботі отримані такі результати: розроблено та досліджено конструкцію локального дренажу модульного типу, яка дозволяє інтенсифікувати водовідбір з заболочених мулових майданчиків при використанні установки всмоктувально-нагнітаючої дії, розроблена математична модель видалення мулової води, яка враховує зміну коефіцієнта фільтрації внаслідок кольматації навколофільтрового простору, вплив фільтруючих елементів на роботу один одного та дозволяє розрахувати динаміку продуктивності модульної установки локального дренажу, визначити час її ефективної роботи; визначені раціональні конструктивні та технологічні параметри даної установки; запропонована нова технологічна схема і математична модель процесу видалення мулової води з заболочених мулових майданчиків; визначена питома енергоємність обладнання, яке використовується для інтенсифікації видалення мулової води з заболочених карт. Результати роботи впроваджені на Комплексі біологічної очистки «Безлюдівський» КП КГ «Харківкомуночиствод» м. Харкова.

Ключові слова: модульна установка локального дренажу, осади міських стічних вод, заболочені мулові майданчики, зневоднення, мулова вода, вакуум, фільтруючий елемент, коефіцієнт фільтрації, кольматація.

Аннотация

Степанов О.В. Повышение эффективности обезвоживания осадков городских сточных вод. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04. - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи повышению эффективности обезвоживания осадков городских сточных вод на заболоченных иловых площадках, у которых дренажная система закольматирована или отсутствует и их работа зависит только от климатических условий. Проведен анализ состояние вопроса обезвоживания осадков городских сточных вод. Показано, что, несмотря на интенсивное развитие и внедрение сооружений механического обезвоживания осадков, иловые площадки являются основными сооружениями для обезвоживания осадков. Выявлено, что для интенсификации водоотбора с иловых площадок эффективно использовать вакуумирование при технологии обезвоживания осадков с использованием установки всасывающе-нагнетательного действия.

На основании данных проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана и исследована конструкция локального дренажа модульного типа, которая позволяет интенсифицировать водоотбор с заболоченных иловых площадок при использовании установки всасывающе-нагнетательного действия. Разработана математическая модель удаления иловой воды с помощью модульной установки локального дренажа с системой вакуумирования, которая учитывает изменение коэффициента фильтрации в следствие кольматации околофильтрового пространства, влияние фильтрующих элементов на работу друг друга, позволяет рассчитать динамику производительности данной установки, определить время ее эффективной работы. Определены рациональные конструктивные и технологические параметры установки, обеспечивающие наибольшую эффективность, а также наиболее эффективную схему расположения и количество фильтрующих элементов. Показано, что основным фактором, влияющим на эффективность работы и производительность модульной установки локального дренажа является создаваемое с помощью всасывающе-нагнетательной установки вакуумметрическое давление. В результате верификации разработанной математической модели удаления иловой воды с помощью модульной установки локального дренажа с системой вакуумирования определены значения коэффициента кольматации, а также коэффициента фильтрации и радиуса влияния до начала кольматации, необходимые для расчета динамики производительности данной установки. Предложена новая технологическая схема и математическая модель процесса удаления иловой воды с заболоченных иловых площадок. Определена удельная энергоемкость оборудования, используемого для интенсификации удаления иловой воды с заболоченных карт.

Результаты работы внедрены на Комплексе биологической очистки «Безлюдовский» КП КХ «Харьковкоммуночиствод» г. Харькова и используются в разработках института ОАО «Харьковский Водоканалпроект». Экономический эффект от внедрения разработанной технологи удаления иловой воды с заболоченных иловых площадок Комплекса биологической очистки «Безлюдовский» КП КХ «Харьковкоммуночиствод» г. Харькова составляет 204,25 тыс.грн. в год.

Ключевые слова: модульная установка локального дренажа, осадки городских сточных вод, заболоченные иловые площадки, обезвоживание, иловая вода, вакуум, фильтрующий элемент, коэффициент фильтрации, кольматация.

RESUME

Stepanov O.V. Increase of efficiency of dehydration of sludge of municipal waste water. - the Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science degree technical (Ph.D), on speciality 05.23.04. - water supply, sewerage. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2010.

Such results are received in work: the design of local drainage of the modular type, allowing to intensify dehydration from waterlogged sludge beds with the help of sucking-force effect plant is developed and investigated, the mathematical model of sludge water removal, considering change of filtration factor as a result of mudding aroundfilter spaces is developed, this model also considers influence of filtering elements on work each other and allows to calculate dynamics of productivity of modular plant of local drainage, to define time of its effective work; rational constructive and technological parametres of the given plant are defined; the new technological scheme and mathematical model of process of removal of sludge water from waterlogged sludge beds is offered; it is defined specific power consumption of the equipment which is used for intensification of removal of sludge water from waterlogged cards. Results of work are are incalcated at Complex of biological purification "Bezludovskiy" UP ME “Kharkivkomunochistvod“ of Kharkov-city.

Keywords: modular plant of local drainage, sludge of municipal waste water, waterlogged sludge beds, dehydration, sludge water, vacuum, filtering element, filtration factor, mudding.

Размещено на Allbest.ru