будівництва і архітектури

Нечипор оксана михайлівна

УДК 628.334.5

Відстійник для малих витрат стічних вод

Спеціальність 05.23.04 - Водопостачання, каналізація

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: Таварткіладзе Іусуф Мухамедович,

доктор технічних наук, професор кафедри гідравліки

та водовідведення Київського національного

університету будівництва і архітектури.

Офіційні опоненти: Гіроль Микола Миколайович,

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

водовідведення, теплогазопостачання та вентиляції

Національного університету водного господарства

та природокористування;

Давиденко Олександр Іванович,

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник,

завідувач відділу Науково-дослідного і конструкторсько -

технологічного інституту міського господарства.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут гідротехніки

і меліорації Української академії аграрних наук (м. Київ).

Захист дисертації відбудеться „14” червня 2006 р. о 13 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.07 при Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680,

м. Київ, Повітрофлотський просп., 31, ауд. 319.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31.

Відгуки на автореферат просимо надсилати у двох примірниках за підписом, завіреним печаткою організації, на адресу: 03680, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31, КНУБА, Вчена рада.

Автореферат розісланий „11” травня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., професор Василенко О. А.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Стічні води будь-яких категорій (промислові, комунальні, дощові) обов’язково забруднені завислими речовинами. Такі стічні води надходять у водойми, порушуючи екологічний стан навколишнього середовища і баланс чистої води в природі. Близько семидесяти відсотків об’єму забруднених стічних вод надходять у навколишнє середовище України від малопотужних об’єктів. Специфіка об’єктів „малої” каналізації щодо розв’язання питання очистки стічних вод пов’язана з такими чинниками, як: - висока концентрація завислих речовин у стічній воді через низьке питоме водовідведення; - високе значення коефіцієнту нерівномірності водовідведення і т. і.

Найбільш ефективним методом вилучення завислих речовин є відстоювання. Відстійники як основна споруда вузла механічної очистки повинні забезпечити нормативні концентрації завислих речовин в освітлених водах. Для відстоювання малих витрат стічних вод (Q 200 м3/доб.) найбільш прийнятними спорудами є вертикальні відстійники.

Недосконалість їх конструкції знижує ефективність відстоювання насамперед через вторинне забруднення спливаючими і флотуючими речовинами, які потрапляють у освітлені води.

Створення, дослідження і впровадження удосконаленого вертикального відстійника з перегородкою для вилучення завислих речовин, який усуне вторинне забруднення, значно поліпшить умови експлуатації очисних споруд, суттєво підвищить якість очистки стічних вод і забезпечить високий рівень охорони водних ресурсів, є перспективним і актуальним завданням.

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

Робота виконувалась в рамках державної програми „ Про концепцію розвитку водного господарства України” і тісно пов’язана з планами держбюджетної тематики Київського національного університету будівництва і архітектури на замовлення Міністерства освіти і науки України (№ держреєстрації 0198U007911).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування та розробка конструкції і методики розрахунку вертикального відстійника з перегородкою для малих витрат стічних вод з більшою ефективністю затримки завислих речовин і запобіганням їх виносу з осадової частини та вторинному забрудненню освітленої води.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- на основі аналізу роботи існуючих вертикальних відстійників розробити нову більш ефективну конструкцію модифікованого вертикального відстійника з перегородкою;

- вивчити механізми і особливості процесів відстоювання в проточному вертикальному відстійнику з розділяючою перегородкою;

- отримати функціональні залежності ефекту відстоювання стічних вод від головних технологічних характеристик процесу, оцінити вплив окремих факторів і вихідних параметрів на режим роботи відстійника;

- на основі теоретичних та експериментальних досліджень розробити інженерну методику розрахунку основних конструктивних розмірів відстійника та технологічних параметрів процесу відстоювання;

- провести наукове обґрунтування технологічного процесу відстоювання у вертикальному відстійнику з перегородкою з подальшим отриманням інженерних рекомендацій для його розрахунку.

- провести апробацію запропонованої конструкції відстійника і отриманих результатів, за рахунок широкого впровадження в реальних умовах;

Об’єкт дослідження вертикальний відстійник модифікованої конструкції з перегородкою.

Предмет дослідження технологічні показники процесу освітлення стічних вод.

Методи дослідження фізичне і математичне моделювання процесу відстоювання завислих речовин; фізичний експеримент; сучасні математичні методи обробки отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- наукове обґрунтування вдосконаленої технології вилучення завислих речовин у низхідно-висхідному потоці рідини в розробленій конструкції модифікованого вертикального відстійника з перегородкою для малих витрат стічних вод.

- розроблено залежності для розрахунку параметрів вертикального відстійника з перегородкою на основі реалізації запропонованих математичних моделей і результатів проведених експериментальних досліджень.

- визначено основні технологічні параметри процесу відстоювання завислих речовин і коефіцієнт об’ємного використання модифікованого відстійника з перегородкою.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено модифіковану конструкцію вертикального відстійника з

перегородкою для малих витрат стічних вод, яка підвищує ефективність відстоювання та усуває вторинне забруднення.

Запропоновано рекомендації для інженерного розрахунку основних технологічних параметрів процесу відстоювання та розмірів вертикального відстійника з перегородкою на підставі експериментального та практичного випробування розробленої конструкції. Отримані закономірності процесу відстоювання у низхідно-висхідному потоці рідини в модифікованій конструкції вертикального відстійника дозволяють використати їх для розрахунку та проектування запропонованої конструкції відстійника у нових схемах очистки стічних вод.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на оздоровчо-лікувальних об’єктах та населених пунктах в Закарпатській та Одеській областях, Кримській АР. Застосування науково-технічної розробки полягає у скиданні до водойм в достатній мірі очищених стічних вод при значному ефекті очистки.

Особистий внесок здобувача.

Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто здобувачем на основі виконаного аналізу роботи існуючих конструкцій вертикальних відстійників. Розроблено конструкцію модифікованого вертикального відстійника з перегородкою. Приведено наукове обґрунтування процесу відстоювання завислих речовин у вертикальному відстійнику з перегородкою і низхідно-висхідним рухом води та запропоновано математичну модель на основі рівнянь матеріального балансу. Запропоновано методику інженерного розрахунку вертикального відстійника з перегородкою для малих витрат стічних вод. Автору належить розробка методики проведення та організація експерименту і обробка отриманих результатів. Розроблено компактну установку для очищення стічних вод з вбудованим вертикальним відстійником з перегородкою.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати та положення дисертації доповідались на 62 – 66-й науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури “Наукові дослідження і розробки інтенсифікації роботи систем водопостачання та водовідведення” (м. Київ, 2001 – 2005 рр.), на 56, 57, 60-й науково-практичних конференціях Харківського державного університету будівництва та архітектури “Проблеми і перспективи очищення та повторного використання води” (м. Харків, 2001, 2002, 2005 рр.), 5-й міжнародній науково-практичній конференції “Вода и здоровье - 2002” (м. Одеса, 2002 р.), інтернаціональному симпозіумі “Екологічні проблеми Чорного моря” (м. Одеса, 2002 р.).

Публікації.

За матеріалами дисертації опубліковано 13 друкованих робіт у різних

виданнях України, в тому числі 7 у фахових виданнях, регламентованих ВАК, 1 патент України.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури із 131 найменування і 4 додатків. Робота викладена на 150 сторінках, містить 46 рисунків, 13 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначено мету та задачі досліджень, відмічено наукову новизну та практичне значення, особистий внесок автора роботи, відомості про апробацію досліджень та публікації.

У першому розділі виконано аналітичний огляд стану проблеми, викладено загальні принципи і існуючі підходи механічної очистки господарчо-побутових стічних вод у вертикальних відстійниках. Приводяться їх відомі конструкції, особливості роботи та розрахунку. На даний час можна виділити два типи вертикальних відстійників, які придатні для освітлення малих витрат стічних вод та набули широкого розповсюдження: вертикальний відстійник з центральною трубою і вертикальний відстійник з низхідно-висхідним рухом води, що в свій час досліджувався Єршовим А. В.

Акцентується увага на основних недоліках роботи існуючих вертикальних відстійників (невдалому гідравлічному режимі та відсутності конструкційного перешкоджання вторинному забрудненню освітлених стічних вод).

Наведено оціночний аналіз існуючих методик розрахунку процесу відстоювання (Ньютон, Рітингер, Аллен, Озеєн, Стокс, Ейнштейн, Смолуховський, Гудзон, Олійник О. Я., Криль С. І., Єршов А. В. і ін.). Зроблено висновок, що переважна більшість практично використаних в сучасних умовах методик розрахунку відстійників спирається на різноманітні емпіричні рівняння, графіки, умови, залежності та безліч уточнень і рекомендацій, що надзвичайно ускладнює процес розрахунку і не дає можливості надійно визначити конструктивні розміри відстійника та гідродинамічні умови освітлення стічної рідини.

Приведені етапи розвитку теорії відстоювання на основі експериментальних досліджень, проведених Штейернагелем, П. С. Бєловим, А. І. Жуковим, І. В. Скирдовим, В. А. Бараш, Н. М. Поповою, А. А. Карпинським, С.М. Шифрином, Е. В. Юрковим, Dupont R., Otterpohl R., Krebs P., А. В. Єршовим, Б. Н. Репиним, О. В. Мойжес, С. І. Крилем, О. Я. Олійником і ін.

Зокрема останнім часом О. Я. Олійником розроблено і реалізовано найбільш досконалу в порівнянні з існуючими гідродинамічну модель осадження для системи „аеротенк-відстійник-регенератор”, яка може застосовуватись при розрахунках проточних вертикальних вторинних відстійників.

На основі виконаного аналізу роботи існуючих вертикальних відстійників, результатів їх теоретичних і експериментальних досліджень зроблено висновок про необхідність розробки більш ефективної і надійної в роботі конструкції вертикального відстійника, особливо для малих витрат стічних вод, в якій будуть усунуті основні технологічні недоліки попередніх, а також методики її розрахунку.

В розділі на основі аналізу літературних джерел проведено обґрунтування та сформульовані цілі і задачі досліджень.

У другому розділі на основі сучасних даних про фізичну сутність процесу освітлення стічних вод та вимог до відстійників для малих витрат стічних вод розроблено, обґрунтовано та описано конструкцію вертикального відстійника з перегородкою, розроблену пошукачем (патент України на винахід № 61225 А).

На рис. 1 наведена його схема та особливості руху потоку рідини в ньому.

Рис. 1. Схема вертикального відстійника з перегородкою,

де С0; Сtн; Сt – концентрація завислих речовин в стічних водах, відповідно, на вході у відстійник, у кінці зони низхідного потоку та на виході із відстійника, мг/л. V швидкість руху стічної рідини у відстійнику, м/год; U0 – гідравлічна крупність, м/год; l1, l2 - конструктивні горизонтальні розміри, відповідно, зони низхідного та висхідного потоків.

Розіб’ємо, умовно, відстійник на шість зон і проаналізуємо кожну з них окремо.

В зоні один (1) відбувається вільне осідання в потоці. Ця зона розроблена більшою чим інші, оскільки тут найбільш сприятливі умови для осідання.

В зоні два (2), де вже настає більш стиснене осідання, є поступове розширення, за рахунок нахиленої частини перегородки і відповідно відбувається: - збільшення об’єму, що послаблює дію стисненості і створює умови для більш вільного осідання; - зниження швидкості потоку, що створює сприятливий гідравлічний режим, необхідний для процесу вилучення зависів.

В зоні три (3), де відбувається поворот потоку, поперечний переріз різко збільшується, йде зниження швидкості потоку і його стабілізація, що запобігає скаламучуванню осаду в придонній області шість (6).

В зоні чотири (4) після різкого збільшення швидкості потоку йде його поступове зменшення. Різке збільшення швидкості і вихор, що утворюється при проходженні потоку під перегородкою, створюють умови для збільшення розмірів частинок завислих речовин за рахунок їх зіткнення і наступного молекулярного притяжіння, в результаті чого в зоні п’ять (5) відбувається їх осідання на нахилену частину розділюючої перегородки і сповзання через щілину в осадову частину відстійника.

Зона шість (6) - це осадова частина відстійника, де накопичується осад, в процесі осідання. Спостерігається, що при будь-якому ухилі дна осадової частини відстійника і навіть при регулярному видаленні осівшого осаду, на внутрішній поверхнею дна утворюється прикріплена біоплівка. При проходженні анаеробного біологічного окислення, з часом, сили зціплення біоплівки з внутрішньою поверхнею стінок осадової частини стають менше чим сили відриву і відірваний осад, за допомогою анаеробних газів флотується на поверхню води у відстійнику. Між іншим це явище може спостерігатися в усіх відомих відстійниках, в тому числі і в конструкції вертикального відстійника з низхідне-висхідним рухом води. В запропонованій конструкції ВВП (вертикального відстійника з перегородкою) передбачено конструктивну перешкоду на шляху спливаючого осаду, (нахилена частина перегородки), який попаде в зону низхідного потоку, звідки по класичній схемі плаваючі речовини будуть відводитись на обробку.

Отже розділювальна перегородка ВВП, що пропонується перешкоджає можливому попаданню завислих речовин із осадової частини у зону освітлення, чим унеможливлює вторинне забруднення освітлених вод. Завдяки саме такій конструкції перегородки, відстійник має досить високий коефіцієнт об’ємного використання відстійника, що дозволяє отримувати максимальний ефект освітлення стічних вод при мінімальних розмірах відстійника.

Розглянуто теоретичні і фізичні передумови до розробки моделі процесу відстоювання. При розробці математичної моделі освітлення стічних вод зроблено наступні припущення:

У зоні низхідного потоку рідини осідають структурно важкі та частково мілкодисперсні завислі речовини, а у зоні висхідного потоку – мілкодисперсні нерозчинені речовини. Таким чином, можна вважати, що у зонах низхідного та висхідного потоків рідини ефект осідання завислих речовин є неоднаковий. Характер відстоювання в них теж суттєво відрізняється. Так у низхідній зоні напрямок руху осідаючих частинок зависі практично співпадає з напрямком руху основного потоку, а у висхідній - носить протилежний характер. При цьому в кожній зоні враховуються зміни в часі середньої, по висоті зон, концентрації завислих речовин.

Вказані обставини безумовно впливають на швидкість видалення забруднень з освітлюваної води і, тим самим, на ефективність очистки в кожній із зон. В зв’язку з цим, для описання динаміки руху речовин у відстійнику, окремо для кожної зони складемо рівняння матеріального балансу, записані відносно концентрації (С) забруднюючих речовин.

Для низхідної зони потоку:

(1)

Для висхідної зони:

(2)

Для зручності подальшого використання запишемо рівняння (1) і (2) у вигляді:

(3)

(4)

де Q витрата стічної води,

м3/год; t тривалість процесу відстоювання, год. Wн, Wв; hн, hв; Тн, Тв; Kн, Kв - відповідно, об’єми, висоти, можливі періоди осідання і коефіцієнти швидкості видалення забруднень в низхідній та висхідній частинах потоку, м3; м; год.; 1/год. , - швидкості осідання завислих речовин, відповідно, у низхідній та висхідній зонах, м/год, які приймаються постійними.

Після розв’язку вихідних рівнянь (1), (2), при Kн = const, Kв = const, С0 = const, Сtн = const і заданих початкових умовах:

- для рівняння (1), при tн = 0, то Сtн = С0;

- для рівняння (2), при tв = 0, то Сt = Сtн отримано зміну концентрацій в часі на виході із низхідної зони у вигляді:

де (5)

На виході із висхідної зони потоку, у вигляді:

де (6)

Розглядаючи рівняння (3) і (4) в умовах стаціонарного режиму для визначення коефіцієнтів Kн, Kв в зазначених умовах, одержимо:

(7)

Де ан, ав - долі неосілих, відповідно, на час Тн, Тв завислих речовин від початкової концентрації зависів на вході у відповідну зону С0 і Сtн;

Проте більш надійне визначення коефіцієнтів Kн, Kв пов’язане з необхідністю знаходження швидкості осідання в даних умовах стисненого осідання, в яких, як відомо, ця швидкість залежить від концентрації завислих речовин С. Для визначення в літературі рекомендуються різні залежності (Ейнштейн, С. І. Криль, О. Я. Олійник і ін.). Зокрема відома залежність Ейнштейна, при використанні якої приймаються осереднені значення концентрації С, має вигляд:

- стиснена швидкість осідання завислих речовин, де

[1-2,6(С/)0,5] - поправка Ейнштейна; С/ - показник об’ємної концентрації

(С - концентрація завислих речовин, мг/л., щільність завислих частинок, мг/дм3).

В третьому розділі описуються планування методика та проведення експериментальних досліджень, конструкція лабораторної установки. Мета досліджень полягала у визначенні ефективності роботи модифікованого вертикального відстійника з перегородкою при зміні її розмірів, об’ємів низхідної та висхідної зон потоків, обґрунтуванні необхідних вихідних параметрів, які входять в запропоновані моделі і апробації розрахункових залежностей.

Зокрема результати проведених досліджень, приведені на рис. 2.

Рис. 2. Залежність ефекту відстоювання (Е) від початкової

концентрації стічних вод (С0).

Положення перегородок: 1 –(120; 240); 2 –(180; 180); 3 –(240; 120), де (240 мм.; 120 мм.) – (l1 ; l2), l1, l2 - горизонтальні розміри, відповідно, низхідної та висхідної зон відстійника (див. рис. 1).

В результаті експериментальних досліджень встановлено, що при всіх початкових концентраціях завислих речовин у стічній воді розташування перегородки № 3 забезпечує більшу ефективність роботи досліджуємого відстійника, оскільки створює сприятливу схему руху потоку рідини, в результаті чого затримуються завислі речовини майже всіх фракцій у визначених співвідношеннях. Рекомендовано раціональне співвідношення площ низхідної до висхідної зон як 2:1. Гідродинамічні умови, створені за рахунок саме такого положення перегородки, забезпечують найбільшу ефективність видалення завислих речовин зі стічних вод. Це пояснюється тим, що в низхідному потоці рідини вилучається більша частина зависів, в результаті збільшення її швидкості осідання за рахунок ефективного осідання більш крупних часток зависів (Uосн= U0н+ Vн) (рис. 3).

Рис. 3. Зміна швидкості руху потоку рідини (Vн) та завислих речовин (Uосн)

у низхідній зоні при С0 = 300 мг/л, t = 1,5 год, Q = 0,027 м3/год.

Тоді як у висхідній частині відстійника процес відстоювання відбувається при зменшеній швидкості осідання - (Uосв=U0в-Vв) (рис. 4), а отже і при значному зменшенні можливості випадання в осад завислих частинок з гідравлічною крупністю, яка майже не відрізняється від швидкості потоку рідини у висхідній частині відстійника.

Рис. 4. Зміна швидкості руху потоку рідини (Vв) та завислих речовин (Uосв)

у висхідній зоні при С0 = 300 мг/л, t = 1,5 год, Q = 0,027 м3/год.

Це суттєво впливає на ефективність відстоювання та обмежує затримання завислих речовин менших розмірів, які в зоні розбавлення (зона 3) складають вагому частку від всієї їх кількості (по даним О. Я. Олійника до 30 %) та в кінцевому результаті виносяться із відстійника разом з очищеною водою, що призводить до погіршення роботи споруд біологічної очистки.

За допомогою результатів досліджень модифікованого вертикального відстійника з використанням формул (7) для різних Тн, Тв на рис. 5 побудовано

графіки для визначення коефіцієнтів швидкості видалення завислих речовин.

Рис. 5. Зміна коефіцієнту швидкості видалення завислих речовин (Кн,в)

від початкової концентрації (С0).

Рис. 6. Зміна концентрації завислих речовин (Сtн) з часом (t) у низхідній зоні вертикального відстійника з перегородкою.

Рис. 7. Зміна концентрації завислих речовин (Сt) з часом (t) у висхідній зоні вертикального відстійника з перегородкою.

Отже, з графіків видно, що уже при 30 - хвилинному відстоюванні досягається навіть нижча чим допустима концентрація завислих речовин на виході із відстійника. Це означає, що дана конструкція відстійника може суттєво скоротити час перебування стічної рідини у відстійнику. Це пояснюється саме вдалим положенням перегородки в ньому.

Оскільки час відстоювання завислих речовин для господарсько-побутових стічних вод у відстійниках приймається найчастіше 1,5 годин, то можливість його скорочення хоча б до однієї години призведе до зменшення розмірів відстійника (розміри відстійника повинні бути також достатніми для його обслуговування), а отже і до зниження капітальних затрат на його побудову.

Аналізуючи окремо зміну концентрації завислих речовин по зонах відстійника, можна відмітити що у висхідній частині потоку ефект видалення забруднень не дуже значний десь 10-12 %, але вона запобігає вторинному забрудненню освітлених стічних вод, за рахунок нахиленої частини перегородки, що відділяє її знизу від осадової частини відстійника. В результаті цього виключається можливість попадання спливаючого осаду в очищені стічні води. Тоді як в інших відомих вертикальних відстійниках взагалі відсутнє конструктивне перешкоджання потраплянню спливаючих завислих речовин в освітлені стічні води, що і призводить до часткового вторинного забруднення.

Для підтвердження доцільності і перспективності використання в практиці ВВП, на рис.8 приведено порівняльні дані по оцінці ефективності очистки стічних вод у вертикальних відстійниках різних типів, які найбільш часто використовуються в реальних умовах. При цьому для всіх відстійників використовувались дані, які відповідають однаковим періодам часу і постійній вхідній концентрації забруднень, С0=200 мг/л.

Рис. 8. Залежність ефективності відстоювання (Е) завислих речовин

від часу (t) знаходження стічних вод у відстійнику.

Характер кривої ефективності відстоювання, побудованої з використанням експериментальних даних, подібний до кривих, побудованих для інших конструкцій відстійників, тому вважаємо доцільним застосовування ВВП в практиці очистки малих об’ємів стічних вод в порівнянні з іншими відстійниками. Ефективність відстоювання в модифікованому відстійнику з перегородкою перевищує ефективність відстоювання в інших відомих конструкціях, що пояснюється особливостями гідродинамічної обстановки в ньому та самою його конструкцією.

В розділі також проведено узагальнений аналіз отриманих автором результатів досліджень по вертикальному відстійнику з перегородкою.

У четвертому розділі наведено технологічні схеми очистки стічних вод на впроваджених відстійниках модифікованої конструкції. Показано об’єкти, де побудовані та експлуатуються вертикальні відстійники з перегородкою, а саме

в Закарпатській, Одеській областях та в Кримській АР, з ефективністю відстоювання від 72 до 87 %.

По даним санстанцій Затоки, Іванівського району та Судакського району Кримської АР, при витраті від 50 до 200 м3/добу і вхідній концентрації завислих речовин С0 = 320 – 350 мг/л. вихідна їх концентрація (після відстійників) становить 90-110 мг/л.

Порахований коефіцієнт об’ємного використання на вказаних об’єктах дорівнює десь 0,75. На підставі отриманих результатів досліджень з урахуванням матеріалів впровадження розроблено технологію і методику розрахунку вертикального відстійника з перегородкою.

Алгоритмом для розрахунку вертикальних відстійників з перегородкою може слугувати наступна схема, рис 9:

Рис. 9. Алгоритм інженерного розрахунку конструктивних параметрів вертикального відстійника з перегородкою.

Кут нахилу перегородки, що відділяє осадову частину відстійника від висхідної частини потоку, повинен бути не менше 45є, по відношенню до горизонталі, для забезпечення сповзання, доосідаючих завислих речовин та виключення попадання осівших завислих речовин із осадової частини відстійника в освітлені стічні води. Відстань між стінкою відстійника та нахиленою перегородкою повинна бути визначена після вище приведеного розрахунку з дотриманням всіх рекомендацій, а саме повинна бути забезпечена необхідна рівність: U0=V. При цій теоретично-граничній швидкості випадіння частинок, вони будуть утримуватись відстійником.

Економічна ефективність від запровадження запропонованого відстійника яка одержана за рахунок зниження капітальних витрат в результаті зменшення необхідного об’єму відстійника внаслідок збільшення ефективності відстоювання, зниження експлуатаційних витрат та зниження екологічних витрат досить значна і в цілому залежить від технологічних умов об’єкту та витрати стічних вод.

Так, наприклад, при реконструкції існуючих очисних споруд смт. Іванівка із застосуванням розробленої конструкції ВВП та нової технологічної схеми очистки (проект реконструкції розроблений особисто пошукачем) одержаний економічний ефект складає близько 50 грн. на рік.

На основі техніко-економічного обґрунтування доведено доцільність використання вертикального відстійника з перегородкою у схемах очистки стічних вод. При цьому в дисертації показано особливості і переваги в експлуатації при впровадженні цих відстійників, в порівнянні з існуючими вертикальними відстійниками.

Загальні висновки

1. На основі аналізу літературних джерел щодо сучасних конструкцій вертикальних відстійників встановлено, що їх незадовільна робота полягає у невдалому гідравлічному режимі потоку рідини та у відсутності конструкційного перешкоджання вторинному забрудненню освітлених стічних вод.

2. Розроблено та науково обґрунтовано модифіковану конструкцію вертикального відстійника з перегородкою, який має більшу ефективність затримання завислих речовин у порівнянні з іншими існуючими конструкціями за рахунок покращання гідродинаміки руху рідини в ньому та усунення вторинного забруднення вже освітлених стічних вод.

3. На основі наукових досліджень розроблено математичну модель процесу відстоювання завислих речовин у вертикальному відстійнику з перегородкою, реалізація якої дозволила одержати залежності для його розрахунку, зокрема оцінити якість роботи споруди при різних значеннях початкової концентрації С0 і аналітичним шляхом визначати концентрації завислих речовин на виході із неї.

4. В результаті проведених досліджень роботи запропонованого відстійника було отримано залежності для визначення ефекту відстоювання стічних вод від головних технологічних характеристик процесу, коефіцієнту швидкості вилучення завислих речовин, та доведено, що максимальний ефект осідання завислих речовин досягається при співвідношенні об’ємів низхідної і висхідної зон у ньому як 2:1.

5. На базі отриманих результатів теоретичних і лабораторних досліджень, а також проведеного аналізу роботи відстійників в натурних умовах було розроблено інженерні рекомендації розрахунку технологічних і конструктивних параметрів ВВП та показано економічні і екологічні показники ефективності від їх впровадження.

6. За допомогою розробленої методики розрахунку і рекомендацій були запроектовані, впроваджені в промислове виробництво та експлуатуються на більш ніж 10-ти об’єктах України вертикальні відстійники з перегородкою для малих витрат. Вони мають, переважно, прямокутну форму в плані, що має суттєві технологічні переваги при будівництві нових та реконструкції існуючих відстійників, а також при їх експлуатації.

7. Запроваджені в промисловому масштабі вертикальні відстійники з перегородкою забезпечують ефективність відстоювання від 60 до 85 %, що створює умови для проведення більш якісної подальшої біологічної очистки стічних вод та в значній мірі усуває можливе забруднення навколишнього середовища.

список опублікованих праць за темою дисертації

1. Таварткіладзе І. М., Нечипор О. М. Відстійник для малих витрат стічних вод // Науковий вісник будівництва. - Харків.: ХДТУБА. ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип. 14. - С. 240-245.

2. Нечипор О. М. Розрахунок відстійників без центральної труби з низхідно-висхідним рухом води //. Науково-технічний збірник „Комунальне господарство міст”, серія: Технічні науки і архітектура. - Харків.: ХДАМГ. - 2003. - Вип. 47. - С. 147-154.

3. Нечипор О. М. Залежність ефекту відстоювання стічної рідини від умовної гідравлічної крупності завислих речовин // Водне господарство України. - Київ.: - 2003. - № 1-2. - С. 41-43.

4. Таварткіладзе І. М., Нечипор О. М. Вертикальні відстійники // Науково-технічний збірник „Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки” – К.: КНУБА. - 2003. - Вип. 2. - С. 64-70.

5. Таварткиладзе И. М., Нечипор О. М. Технология и установка „ИМТЕХ” для очистки сточных вод // Науковий вісник будівництва. - Харків.: ХДТУБА. ХОТВ АБУ. - 2005. - Вип. 30, том 2. - С. 234-241.

6. Нечипор О. М. Лабораторні дослідження вертикальних відстійників з перегородкою. Науково-технічний збірник „Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки” - К.: КНУБА. - 2005. - Вип. 4. – С. 125-133.

7. Таварткиладзе И. М., Кравчук А. М., Нечипор О. М. Математическая модель расчета вертикальных отстойников с перегородкой // ж. Водоснабжение и санитарная техника. - Москва.: Стройиздат. - 2006. - № 1, ч. 2 - С. 39-42.

8. Таварткиладзе И. М., Нечипор О. М. и др. Энергосберегающая технология очистки сточных вод // Сб. научн. ст. „Вода и здоровье-2002”. - Одесса.: ОЦНТЭИ. - 2002. - С. 181-184.

9. Таварткиладзе И. М., Нечипор О. М. и др. Решение проблемы надежности очистных сооружений с помощью энергосберегающей технологии „ИМТЕХ” // Сб. материалов к 4-тому Международному симпозиуму 31 октября - 1 ноября „Экологические проблемы Черного моря”. - Одесса.: ОЦНТЕИ. - 2002 г. - С. 214 - 217.

10. Нечипор О. М. Відстійник для малих витрат стічних вод. / Тези доповіді 56-ї науково-технічної конференції ХДТУБА. - 2001.

11. Нечипор О. М. Конструкція та методика розрахунку вертикальних відстійників. / Тези доповіді 62-ї науково-практичної конференції КНУБА. - 2001. - С. 44-45.

12. Нечипор О. М. Розрахунок відстійників без центральної труби з низхідно-висхідним рухом води. / Тези доповіді 63-ї науково-практичної конференції КНУБА. - 2002. - С. 22-23.

13. Патент України № 61225А. Установка для очищення стічних вод/ Таварткіладзе І. М., Нечипор О. М. – 9с.; Опубл. 17.11.2003, Бюл. № 11.

Анотація

Нечипор О. М. Відстійник для малих витрат стічних вод. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - Водопостачання, каналізація. Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2006.

Виконано наукове обґрунтування процесу освітлення стічних вод в низхідно-висхідному потоці рідини в конструкції модифікованого вертикального відстійника з перегородкою для малих витрат стічних вод. Показано в порівнянні з існуючими її надійність, ефективність і зручність експлуатації. Запропоновано математичну модель освітлення стічних вод у вертикальному відстійнику з перегородкою. Проведено дослідження конструкції цього відстійника, в результаті яких отримано коефіцієнти швидкості видалення завислих речовин зі стічної води.

Проведено реалізацію запропонованої математичної моделі, на основі якої, з використанням результатів досліджень, розроблено інженерні методи розрахунку технологічних і конструктивних параметрів очистки, приведено основні положення і рекомендації з реалізації цих методів. Приводяться приклади широкого впровадження цього відстійника в інженерну практику.

Ключові слова: вертикальний відстійник, механічна очистка, стічні води, завислі речовини, освітлення, перегородка, гідравлічна крупність.

Аннотация

Нечипор О. М. Отстойник для малых расходов сточных вод. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - Водоснабжение, канализация. Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2006.

Диссертационная работа состоит из вступления, четырех разделов, общих выводов, списка литературы из 131 наименования и приложения. Общий объем диссертации 150 страниц, в том числе 105 страниц основного текста, 13 таблиц,

46 рисунков.

Диссертация посвящена проблеме осветления сточных вод малых расходов.

В работе выполнен аналитический анализ работы существующих вертикальных отстойников и отмечены их главные недостатки, которые приводят к малой эффективности отстаивания.

Выполнено научное обоснование процесса осветления сточных вод в нисходяще-восходящем потоке жидкости в конструкции модифицированного вертикального отстойника с перегородкой для малых расходов сточных вод.

При создании конструкции вертикального отстойника с перегородкой были устранены главные недостатки предыдущих конструкций (неудачная схема движения жидкости, в результате чего снижается эффективность задержки взвешенных веществ и отсутствие конструктивной преграды на пути всплывающего, под действием анаэробных газов, осадка, что приводит к вторичному загрязнению осветленных вод).

В работе изучены процессы и механизмы удаления взвешенных веществ, которые позволили сформулировать основные положения и предпосылки, необходимые для обоснования математической модели, описывающей материальный баланс в системе.

На основе реализации математической модели разработано инженерную методику расчета технологических и конструктивных параметров очистки, приведено основные положения и рекомендации по реализации этой методики.

На основе проведенных исследований определены коэффициенты скорости удаления загрязнений, необходимые для инженерного расчета вертикальных отстойников с перегородкой. Приводятся примеры широкого внедрения этих установок в инженерную практику.

С использованием результатов лабораторных исследований и производственных наблюдений проведено апробацию предложенных методов расчета, которая позволяет сделать вывод об их достаточной надежности и достоверности.

Сведения, приведенные в диссертации, отражены в печатных работах автора.

Ключевые слова: вертикальный отстойник, механическая очистка, сточные воды, взвешенные вещества, осветление, перегородка, гидравлическая крупность.

RESUME

Nechipor O. M. The settling tank for small discharged of sewage.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.23.04 - Water supply, sewerage. The Kiev national university of construction and architecture, Kiev, 2006.

The dissertation is devoted to a problem of sewage clarification small discharged.

It was proved a process of sedimentation of sewage in descending-ascending flow fluid in construction modification vertical settling tank with septa for small discharged of sewage.

There is developed the mathematical model sedimentation of sewage in vertical settling tank with septa. Analytic regularities for the determination the constructive and technological characteristics of the vertical settling tank with septa. On the basis of experimental data was received the coefficient of speed disposal suspended matters with sewage.

It is developed an engineering methods of analysis technological and structural operation factors of sedimentation, the basic rules and recommendations with realization this method for clearing of sewage from suspended matters.

More than 10 settling tank for small discharged of sewage are put in action in Ukraine.

Key words: vertical settling tank, mechanical cleaning, a sewage, suspended matters, sedimentation, a septa, hydraulic coarseness.