ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ЛЕВАШОВА ЮЛІЯ СТАНІСЛАВІВНА

УДК 628.33

ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД МЕХАНІЧНИХ

МІНЕРАЛЬНИХ ДОМІШОК У ПРЯМОТОЧНИХ

ВИХРОВИХ АПАРАТАХ

05.23.04 -водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор,

ШЕРЕНКОВ ІГОР АРКАДІЙОВИЧ

завідувач кафедри безпеки життєдіяльності та інженерної екології Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор,

КОРІНЬКО ІВАН ВАСИЛЬОВИЧ генеральный директор Державного комунального підприємства каналізаційного господарства “Харківкомуночиствод”

кандидат технічних наук,

НІКУЛІН СЕРГІЙ ЮХИМОВИЧ

доцент кафедри водопостачання, водовідведення та очистки вод Національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 26 ” грудня 2007р. 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 ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002,

м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий “ 23 ” листопада 2007р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., професор М.І. Колотило

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Водні ресурси є одним з життєво важливих компонентів гідросфери Землі та необхідною підвалиною для соціально-економічного розвитку в цілому, задоволення особистих потреб людини, діяльності у галузі виробництва, збереження екосистем.

В сучасних умовах пріоритетними напрямками розвитку технології очистки стічних вод є підвищення ефективності очистки, максимально можливе спрощення конструкції устаткування і енергозбереження, тобто зменшення питомих витрат на очистку. Таким вимогам відповідають прямоточні горизонтальні гідроциклони, які фактично можуть бути змонтовані на трубопроводах, практично не потребують додаткових площ для їх розміщення і зменшують витрати енергії внаслідок відсутності протитечії рідини в межах апарату. Тому розробка таких апаратів значно розширює діапазон можливих технічних рішень при проектуванні та реконструкції комплексів очистки стічних вод. З теоретичної точки зору перевагою таких апаратів є можливість визначати і змінювати основний фізичний параметр, який впливає на видалення диспергованих твердих часток, а саме відцентрову силу інерції.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана у відповідності з регіональною програмою “Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець”, а також з планом міністерства освіти і науки України “Розробка теорії екологічної безпеки і надійності життєдіяльності для об’єктів будівництва, промисловості і впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних і металургійних підприємств, що виключають скидання стічних вод у водойми України ”(№ держреєстрації 0194U038207).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування підвищення ефективності очищення стічних вод від механічних мінеральних суспензій за рахунок удосконалення руху потоку і розробки нових схем конструкцій гідроциклонного апарату.

Для досягнення поставленої мети розв’язувались такі задачі:

- проведення теоретичного аналізу на основі існуючих теорій руху рідини в закручених потоках;

- розробка конструктивної схеми експериментальної установки і визначення ефективності очищення стічних вод для прямоточних гідроциклонних апаратів;

- проведення теоретичного та експериментального аналізу розподілу окружних швидкостей у закрученому циліндричному потоці;

- виділення важких домішок з горизонтального закрученого потоку рідини під дією масових сил з урахуванням конструктивних особливостей гідроциклонного апарату;

- розробка математичної моделі зміни концентрацій важких домішок в горизонтальному циліндричному гідроциклоні з щілинним відводом домішок;

- розробка рекомендацій на проектування та експлуатацію запропонованого апарату.

Обєкт дослідження – процеси очистки стічних вод під дією відцентрових масових сил.

Предмет дослідження - прямоточний, горизонтальний гідроциклонний апарат для очистки води від важких суспензій.

Методи дослідження - експериментальні і теоретичні дослідження руху часток у полі відцентрових сил і очистка водних потоків від важких фракцій.

Наукова новизна одержаних результатів:

- науково обґрунтована доцільність використання прямоточної схеми руху рідини в горизонтальному циклонному апараті, що дозволяє знизити турбулентність потоку, зменшити зношування внутрішніх стінок апарату та енерговитрати;

- розроблено нову, удосконалену, конструкцію апарату – прямоточний циліндричний багатосекційний гідроциклонний апарат для очищення стічних вод;

- за рахунок удосконалення підводу-відводу рідини, досягнуто сталості моменту кількості руху на визначеній довжині апарату;

- запропоновано удосконалений гідродинамічний режим, що дозволив створити математичну модель розподілу концентрації механічних мінеральних домішок на внутрішній циліндричній поверхні апарату у подовжній щілини.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження дозволяють застосовувати їх результати для розрахунку та проектування споруд для механічної очистки стічних вод на станціях очистки малої потужності. Розроблено рекомендації на проектування прямоточних горизонтальних гідроциклонних апаратів. Розроблена схема конструкції апарату для очищення стічних вод, захищена патентом України на винахід. Результати дисертаційної роботи прийняті до використання в проектну практику в ДКП КГ “Харківкомуночиствод”, ВАТ “Харківський Водоканалпроект” та Північно-Східного наукового центру Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України.

Особистий внесок автора. Наукові результати, що викладені в дисертації отримані особисто автором на основі аналізу процесів очистки стічних вод під дією відцентрових масових сил.

Автором розроблено конструкцію і здійснено участь у монтажі експериментальної установки у вигляді чотирьохсекційного горизонтального циліндричного гідроциклона для досліджень стічних вод. Виконано експериментальні дослідження на моделі гідроциклонного апарата з однією, двома, трьома і чотирма секціями; теоретичний аналіз основних положень очищення води в полі відцентрових масових сил.

Автором розроблено рекомендації на проектування прямоточного горизонтального гідроциклонного апарату та проведена їх техніко-економічна оцінка у порівнянні з існуючими конструкціями.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідалися автором на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2003-2007р.р.) і на Всеукраїнській науковій студентській конференції “Екологічні проблеми регіонів України” Одеського гідрометеорологічного інституту (2002-2003р.р.)

Публікації. За результатами роботи опубліковано 7 статей у спеціалізованих виданнях, регламентованих ВАК України у тому числі 3 без співавторів, отримано патент України на винахід .

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 131 найменування, 2 додатків і вміщує 13 таблиць, 46 рисунків по тексту, усього 148 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі Обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, об’єкт та предмет дослідження, наукова новизна та практична цінність.

У першому розділі виконано аналітичний огляд стану питання і вибір напрямку досліджень. Розглянуто використання процесів очистки стічних вод від важких часток.

В роботах відомих вчених, спеціалістів та інженерів Карпинського А.А., Жукова А.І. Монгайта І.П., Родзилера Й.Д., Скірдова І.А, Пономарьова В.Г., Пантелята Г.С., Душкіна С.С., Барського В.Г., Батурова В.І., Лейтбовського Ж.Г., та ін. розглянуті різні питання процесів очищення води в відцентровому полі. Враховувалися також результати відомих вчених по очищенню газопилових потоків від важких домішок Халатова А.А., Авраменко А.А., Щукіна В.К., Шушлякова О.В., Кутателадзе С.С. та ін.

Виконано аналіз існуючих засобів та методів очистки стічних вод від мінеральних домішок. Розглянуто принцип дії гідроциклонів заснований на сепарації часток твердої фази у обертальному потоці рідини, виділені основні переваги гідроциклонів до яких слід віднести: високу питому потужність суспензії, що обробляється; порівняно низькі витрати на будівництво та експлуатація устаткувань; відсутність механізмів, що обертаються для генерації відцентрової сили; відцентрове поле утворюється за рахунок тангенціального підводу стічної води; можливість створення компактних автоматизованих пристроїв. Зроблено порівняння відкритих та напірних гідроциклонів. Найбільш детально розглянуті напірні прямоточні гідроциклони.

Приведено різноманітні конструкції гідроциклонних апаратів за основними технологічними схемами, з характеристикою найбільш відомих і таких, що застосовуються в практиці. Аналіз конструктивних схем гідроциклонів показав, що для прямоточних конструкцій найліпшим варіантом є їх удосконалення за рахунок змін конструктивних параметрів цих апаратів та зменшення гідравлічного опору у середині корпусу.

Встановлена перспективність удосконалення прямоточних гідроциклонів, які мають невеликий гідравлічний опір та дуже компактні. Розглянуті шляхи підвищення ефективності стічних вод.

Встановлено, що обладнання для очистки стічних вод має при задовільній ефективності високу вартість та великі енерговитрати. В звязку з цим необхідно розробити апарати які б задовольняли вимогам достатньої ефективності очистки вловлювання та мали б при цьому відносно невеликі енерговитрати.

На основі аналізу літературних даних визначено коло нерозвязаних питань їх актуальність та напрямок проведення досліджень.

У другому розділі наведено подальше обґрунтування напрямку досліджень. Була сформульована робоча гіпотеза, яка полягає в створенні стабільного гідродинамічного режиму при ідентичних граничних умовах на вході і на виході в горизонтальних прямоточних циліндричних гідроциклонних апаратах за допомогою тангенціального підводу і, на відміну від існуючих апаратів, тангенціального відводу рідини. При цьому конструкція гідроциклонного апарату спрощується до мінімуму, тобто апарат складається з циліндричної труби з повздовжньою щілиною, яка з’єднана з бункером для накопичення часток. Апарат може складатися із декількох секцій.

Аналіз конструктивних та гідрородинамічних особливостей прямоточних гідроциклонів та умов видалення важких диспергованих часток в них доводить, що є можливості їх удосконалення. На рис.1,2 приведено схеми запропонованого апарату. Конструктивними елементами пристрою є труба 1, яка підводить багатофазну рідину на очистку, перехідний патрубок 2 до тангенціального впуску 3 в циклонну камеру, короткі циліндричні корпуси 4 розташовані рядом, паралельно один з одним, а тангенціальний підвід-відвід 5 кожного корпусу з’єднаний між собою та наступним циліндричним корпусом. Очищена рідина відводиться через тангенціальний відвід 6 та труби для відводу 7, вздовж утворюючої циліндрів є вузький щільовий отвір 8 з’єднаний з бункером для важких диспергованих часток 9, тверді частки відводяться з бункеру через відвідні труби бункеру з засувками 10. З боку розташовані торцеві кришки циклонів11. Конструкція апарату захищена патентом України.

Особливістю роботи гідроциклона у виді горизонтальної циліндричної труби з тангенціальним підведенням і відводом є те, що при усталеному русі витрата потоку води буде постійною. Тоді при однаковому підведенні і відводі потоку момент кількості руху на вході дорівнює моменту кількості руху на виході по водній фазі, тому при порівняно короткій довжині циклона значення моменту кількості руху можна вважати постійним, . Зменшення моменту кількості руху закрученого потоку є результатом виникнення тангенціальної складової сили тертя на стінці гідро циклону, а також відведенням диспергованих часток. Однак у результаті примусового закручення потоку на виході з гідроциклону забезпечується такий же момент кількості руху і не відбувається зменшення значень тангенціальних швидкостей.

Рис.1. План гідроциклонного апарату для очистки води від важких домішок

Рис.2. Переріз по А-А

У припущенні сталості моменту кількості руху по довжині циклона з урахуванням сталості циліндричних розмірів, з'являється можливість установлення постійного чи автомодельного профілю швидкості води й автомодельного профілю концентрації важкої суспензії.

У третьому розділі наведено методику експериментальних досліджень, описано експериментальну установку і результати досліджень. Метою експериментальних досліджень була оцінка ефективності гідроциклонного апарату для очистки води від механічних мінеральних домішок та зниження гідравлічного опору апарату. Ефективність очистки визначалася за кількістю вхідної та вихідної речовини.

Дослідження експериментальної установки гідроциклонного апарату для очистки води від важких домішок проводилося на Комплексі біологічної очистки “Диканівський” ДКП КГ “Харківкомуночиствод” міста Харкова.

Експериментальне випробування гідроциклону проводилося наступним чином. Осад із пісколовки відкачувався до чистих скребків. Стічна вода із пісколовки за допомогою гідроелеватору подавалася в гідроциклонний апарат. Фугат скидавався назад в пісколовку, а осад накопичувався в бункері. Друга серія опитів проводилася при накопиченні осаду в пісколовці за добу, а після цього за допомогою гідроелеватору суміш подавалася в гідроциклон.

В лабораторії КБО “Диканівській” визначали середню щільність, вологість, зольність осаду, концентрацію мінеральної фракції в стічній та очищеній воді; видалення піску із осаду та визначення його фракційного складу.

Окремо виконувалися порівняльні дослідження осаду із пісколовки та гідро циклону (табл. 1).

Таблиця 1

Порівняльна характеристика осаду з пісколовки та експериментального гідроциклонного апарату

Назва споруд | Об’ємна маса, г/дм3 | Суха речовина,

г | Вологість,

% | Вага відмитого піску, г | Склад піску,

% | Зольність,

%

Піско-

ловка | 1308,5 | 45,99 | 54,01 | 19,2 | 64,7 | 81

Гідроцик-

лонний апарат | 1578,6 | 66,45 | 33,55 | 56,98 | 89,2 | 95

Під час експериментів та їх плануванні використовувався повний факторний експеримент за трьома факторами, суть якого полягала в знаходженні оптимальних значень дослідних параметрів та отримання рівняння регресії для ефективності очистки води від важких домішок.

Аналіз літературних джерел та результатів попередніх досліджень дозволив обрати три основні фактори, що впливають на ступінь очистки:

·

·

·

Було здійснено перехід від фізичних змінних до безрозмірних кодованих змінних , нормованих так, щоб вони приймали значення “+1” для верхнього рівня і “-1” для нижнього рівня:

(1)

Рівняння було спрощено за рахунок зневаги маленькими та незначними коефіцієнтами регресії за допомогою критерію Ст’юдента, а саме рівняння регресії перевірялося на адекватність за допомогою критерію Фішера. Відповідно плану експерименту було отримано рівняння регресії у вигляді:

(2)

Аналіз відсоткового складу різних фракцій піску, що уловлює гідроциклон із стічних вод (рис.4) виконувався ситовим методом, результати наведні у табл. 2.

Рис.3. Добуткова крива ситового аналізу:1 – акумулятивний вихід у %;

2 – вихід по класам у %

Таблиця 2

Відсотковий вміст різних фракцій піску в осаді гідро циклону

№ | Сита для розсіювання,мм | Бункер

Гидроциклону, %

1 | 2,1 | 3,16

2 | 1,6 | 1,76

3 | 1,0 | 3,72

4 | 0,63 | 3,3

5 | 0,45 | 6,4

6 | 0,315 | 4,8

7 | 0,2 | 47,53

8 | 0,16 | 17,8

9 | 0,063 | 8,78

10 | 0,05 | 2,11

11 | 0,025 | 0,64

У процесі експериментальних досліджень була виконана серія опитів по седиментації суспензії води з пісколовки в циліндрах при висоті відстоювання H=0,2м при різній початковій концентрації; та друга серія досліджень по седиментації суспензії води, що пройшла гідроциклон. Метою цього аналізу було встановлення розміру часток, що не затримувалися в гідроциклонному апараті, що мало велике значення для рекомендації по його застосуванню. Початкова концентрація відповідала верхньому, основному і нижньому рівням варіювання при проведенні експериментів по очищенню стічних вод у горизонтальному прямоточному циліндричному гідроциклоні. На основі проведених досліджень можна зробити висновок, що частки з діаметром 0,2мм та більше повністю затримуються гідроциклоном, бо в суспензії, що пройшла очистку, на цьому апараті даний гранулометричний склад не був знайдений. Частки діаметром 0,025-0,1мм затримуються не в повному обсязі: 0,1-0,05мм на 60% від початкового складу; 0,025мм – затримуються тільки на 25%.

Проведений седиментаційний аналіз із суспензією води, що подається на очистку, та що пройшла гідроциклон дозволяє рекомендувати прямоточний гідроциклонний апарат як засіб механічної очистки стічних вод в схемі очистки замість пісколовок. Фракція яка вловлюється в повному об’ємі 0,2мм-0,1мм гарантує безпечну роботу наступних очисних споруд. Застосування гідроциклону замість пісколовок збільшить ефективність затримання піску на 25-30%, та збільшить його зольність до 95%.

У четвертому розділі наведено теоретичний аналіз гідродинамічного потоку та руху диспергованих часток в прямоточному гідроциклоні і на цій основі установлено автомодельний профіль швидкості та автомодельний профіль концентрації важкої суспензії.

Розглянута кінематична структура течії рідини в прямоточному гідроциклоні на основі загальних рівнянь руху течії в осесиметричних координатах, при переході до безрозмірних змінних і з урахуванням кінематичної структури. Виконано аналіз експериментальних даних розподілу тангенціальних, осьових і радіальних швидкостей, наведених в багатьох роботах (Х.О. Нурсте, Л.А. Вуліса, Б.П. Устименко, К.В. Гришаніна, Гофмана, Джоберта, Жульєна, Титьєнса та ін. ), а також власних експериментів пошукувача (рис.5).

Для плоского вихру в'язкої рідини, розподіл окружних швидкостей може бути отриманий шляхом рішення рівняння Нав’є-Стокса при деяких спрощеннях у вигляді залежності:

, (3)

де - окружна швидкість на границі ядра, що є максимальною в плоскому вихрі;

r0 – радіус границі ядра, м;

r – радіус гідроциклону, м.

Отримане рівняння розподілу окружних швидкостей за межами ядра закрученого потоку rст ? r ? r0 у виді:

(4)

Значення r0 і rст варто визначати по конструктивним даним гідроциклона. Значення Wст варто визначати по формулі І.Г.Терновського.

Рух завислої важкої частки в закрученому потоці в горизонтальній трубі буде відбуватися під дією масових сил: сили ваги з фіксованим напрямком вниз і відцентрової сили інерції спрямованої по радіусу. Дію сил інерції, викликаних турбулентними пульсаціями можна враховувати у виді виправлень стохастичного характеру.

Рис. 4. Розподіл окружних швидкостей у турбулентному вихрі:

1– крива за формулою (4) при =1; 2 - крива по формулою (4) при =0,8 ; - експерименти Ватістаса; - експерименти Ричарда; експерименти Ранкена.

Приймаємо в горизонтальній трубі (рис.5) вісь спрямовану вгору, кутову координату закрученого потоку , радіальну координату в осесиметричній системі координат . Тоді відцентрова сила інерції спрямована по радіусі, а сила ваги завжди вертикально вниз, і сила опору, що рухається в радіальному напрямку частки буде спрямована по радіусу в кожній точці закрученого потоку в горизонтальній трубі рівнодіюча цих сил буде визначатися додаванням векторів , і , а по радіальному напрямку рівнодіюча цих сил буде дорівнює .

Рис. 5. Дія масових сил у горизонтальному закрученому потоці

Рівняння руху частки в горизонтальному циліндричному закрученому потоці після підстановки значення сил запишеться у вигляді:

(5)

Після деяких перетворень та введення лінійних масштабів для переходу до безрозмірних змінних , , , отримаємо:

(6)

Це рівняння не має рішення в квадратурах, його необхідно вирішувати чисельно.

Якщо прийняти припущення про сталість у часі швидкості виділення частки на радіальній відстані від до , інакше кажучи, визначати деяку осереднену швидкість , то прискорення часточки і рішенням рівняння при такому припущенні буде:

(7)

Становить визначений інтерес спрощення залежності для радіальної швидкості , якщо у вихідному рівнянні не враховувати силу опору. Це дозволяє інтегрувати його й одержати формули для при залежності для відцентрового прискорення (рис 7), а саме:

, (8)

. (9)

Рис.6. Графік залежності від по рівнянню (8)-1, і (9)-2.

Перевірка приведених теоретичних підходів нами здійснена сумарно по ефективності видалення суспензії в циклоні при часі перебування 4сек, частки суспензії практично досягають корпуса гідроциклону і щілини, що їх відводить, що забезпечує їхнє видалення на 95%, та підтверджується приведеними фактичними замірами.

Створена математична модель, що призначена для аналізу розподілу концентрації домішок в гідроциклоні і визначення концентрацій суспензії на внутрішній циліндричній поверхні гідроциклона біля подовжньої щілини, розташованої в нижній точці з координатою ц=180? за допомогою рівнянь математичної фізики.

В роботі А.Н. Тихонова та А.А. Самарського приведено рівняння параболічного типу:

, (10)

де - дифузійний аналог числа Рейнольдса, чи дифузійний критерій Пекле, при таких же початкових та граничних умовах для циліндричної ділянки методом розділення зміннних, як і в нашому випадку і наведено рішення цього рівняння яким ми скористалися .

У даній задачі про зміну концентрацій в циліндричній симетрії, коли початкова концентрація залежить від радіальної координати , рішення має вигляд :

та

, (12)

де - м-й корінь рівняння ,

- функція Бесселя відповідно нульового та першого порядку.

У нашому випадку, коли :

.

Остаточно отримаємо:

. (13)

Значення функції Бесселя приводиться в таблицях та в програмному забезпеченні. Ряд в формулі(13) сходиться швидко, що дозволяє обмежитися декількома членами.

На рис. 9 наведена крива розподілу концентрацій за наведеним рішенням, яка відповідає реальним умовам при яких потік суспензії, направлений від центральної частини до периферії, де завислі домішки через щільовий отвір відводяться до бункера.

Рис.9 Розподіл концентрації грубодиспергованих домішок в камері гідроиклону

У п’ятому розділі приведені рекомендації на проектування і техніко-економічні показники гідроциклонного апарату. Проведено техніко–економічне порівняння з пісколовками.

Прямоточний горизонтальний гідроциклонний апарат даного типу можна підібрати двома методами .

Перший метод. Рекомендується використовувати для очищення господарсько-побутових стічних вод, що минули ґрати і направляються на пісколовку з концентрацією суспензії в діапазоні 180 мг/л - 50 г/л і фракційному складі в діапазоні 2,5 мм – 25 мкм . Розрахунок слід проводити по рівнянню регресії (2).

Другий метод. Рекомендується при використанні гідроциклонного апарата для інших значень концентрацій, дисперсного складу. Вихідними даними при цьому розрахунку є: витрата стічних вод, гранулометричний фракційний склад дисперсної фази, початкова концентрація завислих речовин. Попереднім етапом розрахунку є встановлення граничних експлуатаційних і конструктивних характеристик прямоточного горизонтального гідроциклона. Потім знаходимо швидкість переміщення важких часточок у радіальному напрямку закрученого потоку в горизонтальній трубі за формулами (8,9). На наступному етапі - час досягнення часткою стінки гідроциклона . Потім визначаємо концентрацію суспензії на стінці прямоточного горизонтального апарата, за формулою (15); ефективність очищення, достатність часу перебування стічної води в межах прямоточного гідроциклона по формулі .

На останньому етапі з прийнятих граничних умов R і Q, а також розрахункових рамкових параметрів Wr , t, CСТ., виходячи з конкретних умов складу стічних вод необхідно вибрати прийнятний варіант.

В результаті техніко-економічного порівняння визначено, що найменші капітальні затрати необхідні при використанні горизонтальних гідроциклонних апаратів для невеликих за потужністю стічних вод очисних споруд, при витраті води більше 10 тис. м3/добу збільшення енерговитрат робить їх не рентабельними в порівнянні з пісколовками такої потужності. Очікуваний економічний ефект для витрати стічної води від 3000м3/добу до 10000 м3/добу складе 24тис.грн. на рік.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Левашова Ю.С. Експериментальна модель гідроциклонного апарату для очистки води від важких домішок в полі відцентрових сил закрученого потоку рідини// Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ АБУ. - 2004. – Вип.28. – С. 188– 190.

2. Шеренков И.А, Косенко Н.А., Левашова Ю.С. Траектория движения тяжелых взвешенных частиц в закрученном потоке с горизонтальной осью // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ АБУ.-2005. – Вип.34. – С. 199 – 202

Особистий внесок автора: отримане рівняння траєкторії руху часток.

3. Шеренков И.А, Левашова Ю.С. Теоретический анализ распределения окружных скоростей в закрученном цилиндрическом потоке// Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ АБУ.- 2006. – Вип.37. – С. 168 – 154.

Особистий внесок автора: проведено аналіз та вивчення теорії розподілу окружних швидкостей та отримані рівняння для горизонтальних прямоточних гідроциклонів.

4. Левашова Ю.С. Експериментальне дослідження процесу очистки стічних вод від завислих домішок// Коммунальное хазяйство городов – К:Техніка – Вип. 72. – С 155 – 158.

5. Левашова Ю.С. Анализ факторов влияющих на степень очистки сточных вод в прямоточном цилиндрическом гидроциклоне //Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ АБУ.- 2006. – Вип. 36. – С. 113 –117 .

6. И.А. Шеренков, О.В. Архипов, Ю.С. Левашова, Выделение тяжелой взвеси из горизонтального закрученного потока жидкости под действием массовых сил в гидроциклоне //Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ АБУ. -2006. – Вип. 39. – С. 254-262.

Особистий внесок автора: проаналізовано рух частки під дією відцентрової сили та отриманно рівняння радіальної швидкості для гідросуміші в горизонтальних прямоточних гідроциклонах.

7. И.А. Шеренков, Ю.С. Левашова, Математична модель видалення твердої диспергованої фази в горизонтальному гідроциклоні //Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА,ХОТВ. - АБУ. -2007. – Вип. 41. – С. 254-262.

Особистий внесок автора: проведено аналіз розподілу концентрації завислих речовин в горизонтальних прямоточних гідроциклонах.

8. Пат. України №77476 С2 МПК В04С 7/00, В04С 3/00 Гідроциклонний апарат для очищення води від важких домішок/ Шеренков І.А., Левашова Ю.С. (Україна).- 20040705586: Заявл.16.01.2006; Опубл. 15.12.2006. Бюл. №12. – 4с.

Особистий внесок автора: розроблені робочі креслення, проведені виробничі дослідження та обробку отриманих результатів.

Анотація

Левашова Ю.С. Очистка стічних вод від механічних мінеральних домішок в прямоточних вихрових апаратах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - водопостачання, каналізація.- Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Вивчено проблему забруднення водних ресурсів, розроблено ефективну установку очистки стічних вод від зважених часток. В основу роботи поставлено задачу удосконалення прямоточних гідроциклонів шляхом тангенціального підводу та тангенціального відводу рідини, що забезпечує стабільний гідродинамічний режим потоку та відсутність протитечії. Проведено експериментальні дослідження ефективності очистки стічних вод у прямоточному горизонтальному гідроциклоні в реальних умовах на міських побутових стічних водах, які підтвердили ефективність розроблених апаратів.

Отримано рівняння регресії, де функція відгуку – ефективність очистки, а витрата води, концетрація суміші, шлях проходження потоку в повздовжньому напрямку – фактори. Знайдено рівняння швидкості частки в радіальному напрямку з урахуванням сили опору та без неї. Створена математична модель, що призначена для аналізу розподілу концентрації домішок в гідроциклоні і визначення концентрацій суспензії на внутрішній циліндричній поверхні гідроциклона в повздовжній щілини, розташованої в нижній точці.

Запропонований розрахунок гідроциклону при заданій витраті, дисперсному складі часток, ефективності очистки стічних вод.

Ключові слова: зважені частки, прямоточний горизонтальний гідроциклон, очистка стічних вод, вихрові потоки, гідродинамічний режим, потік.

Аннотация

Левашова Ю.С. Очистка сточных вод от механических минеральных примесей в прямоточных вихревых аппаратах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2007.

Изучена проблема загрязнения водных ресурсов, разработана эффективная установка очистки сточных вод от механических минеральных примесей. В основу работи поставлена задача усовершенствования прямоточных гидроциклонов путем тангенциального подвода и тангенциального отвода жидкости, которая обеспечивает стабильный гидродинамический режим потока и отсутствие противотечения. Проведены экспериментальные исследования эффективности очистки сточных вод в прямоточном горизонтальном гидроциклоне в реальных условиях на городских бытовых сточных водах, которые подтвердили эффективность разработанных аппаратов.

Выполненные исследования работы показали высокую эффективность задержание механических минеральных примесей (до 95%) и значительное увеличение зольности осадка.

Получено уравнения регрессии, где функция отклика – эффективность очистки, а расход воды, концентрация, путь прохождения потока в продольном направлении – факторы. Найдены уравнения скорости частицы в радиальном направлении с учетом силы сопротивления и без нее. Создана математическая модель, которая предназначенная для анализа распределения концентрации примесей в гидроциклоне и определение концентраций суспензии на внутренней цилиндрической поверхности гидроциклона у продольной щели, расположенной в нижней точке. Проведен седиментационный анализ со взвесью воды которая подается на анализ и которая прошла гидроциклон, что позволило рекомендовать данный тип аппарата как способ механической очистки сточных вод в системе очистки вместо песколовок.

Предложен расчет гидроциклона при заданном расходе, дисперсном составе частиц, эффективности очистки сточных вод.

Разработаны рекомендации на проектирование и технико-экономические показатели гидроциклонного аппарата. Проведено технико-экономическое сравнение с песколовками, получен экономический эффект от внедрения гидроциклона.

Основные результаты диссертационной работы приняты в проектную практику ОАО “Харьковский Водоканалпроект”, ГКП КХ “Харкоммуночиствод” и Северо-Восточного научного центра Национальной академии наук Украины и Министерства образования и науки Украины.

Ключевые слова: взвешенные частицы, прямоточный горизонтальный гидроциклон, очистка сточных вод, вихревые потоки, гидродинамический режим поток.

SUMMARY

Levashova J. Water treatment from mechanical admixtures in uniflow vortical vehicles . - Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science degree technical(Ph.D), on specialty 05.23.04 – water supply, sewerage.- Kharkiv State technical university of construction and architecture. Kharkov, 2007.

The problem of environmental pollution have been studied, effective device for wastewater treatment from suspended solids have been elaborated. The objective of straight-flow turbulent hydrocyclone improvement by force of tangential admission and tangential export of liquid stands in the basis of the invention and guarantees stable hydrodynamic stream conditions and counterflow absence. The experimental researches of wastewater treatment in straight-flow horizontal hydrocyclone were made in real-life environment and have proved the effectiveness of elaborated devices’.

The regression equalization was received, where the response function is the treatment effectiveness, and the flow quantity, the concentration, the flow passing way in lengthwise direction are the factors. The equalizations of solids speed in radial direction taking and not taking into account resistance force were found. The simulator for analysis of admixtures in hydrocyclone concentration allocation and for determination of suspension on the inner cylindrical surface of hydrocyclone near the lengthwise slot concentration was created.

Hydrocyclone calculation under specified expense, dispersed composition and effectiveness was proposed.

Key words: suspended solids, straight-flow horizontal hydrocyclone, wastewater treatment, turbulent flows, hydrodynamic regime, flows.