ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________           «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
    _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2021р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ  ПРОЦЕСІВ 
ОЧИЩЕННЯ СТІЧНОЇ ВОДИ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ 
КАВІТАЦІЇ. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
__________ Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Валерія ШЕВЧЕНКО 
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
Черкаси 2021 
 
ВСТУП 
Мета роботи полягала в вивченні оптимальних умов очистки стоків і 
розробка технології активації Са(ОН)2 у яуості реагента, який знаходиться 
у полі дії акустичних випромінювань, які проходять з кавітаційними 
явищами.  
Завдання, якіпотрібно було зробити для здобуття мети: 
– аргументувати обраний метод та покращити гідродинамічний 
кавітатор;  
– дізнатися який є вплив фізико-хімічних властивостей на кавітаційні 
явища дисперсійного середовища, води та у кавітаційному пристрої;  
– дослідити взаємодію реагенту з імітуючими стічнними водами, що 
мають індивідуальні та основні компоненти-забруднювачі стічних вод; 
–очищення стічних вод хімічного підприємства за допомогою 
реагентів, активованих в гідродинамічному кавітаторі; 
– дослідити процес обробки кавітацією спершу очищеної в 
кисневому біореакторі СВ з метою посилення осідання мулу; 
– створити технологічні схеми реагентного очищення СВ; 
– підрахувати матеріальні, узагальнені та енергетичні техніко-
економічні розрахунки процесів очищення СВ. 
Об`єкт досліду –активувація Са(ОН)2 як реагенту в технологіях 
очищення СВ у кавітаційному поляхі. 
Предмет досліду – фізико-хімічнийх процес, який відбувається під 
час обробки водної суспензії Са(ОН)2, та взаємодії з речовинами-
забруднювачами 
Метод досліду. Вплив кавітаційного поля на дисперсійне 
середовище, а саме воду,  визначали за допомогою методу віскозиметрії і 
потенціометрії (редокс- та рН-метрії). Седиментаційна стійкість оброблена 
у кавітаційних полях суспензії кальцію гідроксиду вивчали 
гравіметричним, нефелометричним та седиментаційним методами. Форму 
частинок суспензії Са(ОН)2 активовану у кавітаційному полі та 
збудженому різними пристроями, знайшли електронною мікроскопією, а 
хімічну активність – методом об`ємного аналізу. Хроматографічно 
фіксували утворення водню, коли кавітаційно оброблювали водне 
середовище. Методом ІЧ-спектроскопії та об`ємного аналізу дізнавалися 
продукти взаємодії активованого Са(ОН)2, а гравіметрично - вихід. На 
основі даних стандартного об`ємного аналізу визначення величини 
хімічного споживання кисню (ХСК) визначали ступінь очищення стічних 
вод. Величина в електрокінетичному потенціалі активованих частинок 
Са(ОН)2 дізнались методом зонального електрофорезу. Калориметричними 
методами знайшли коефіцієнт корисної дії. Для отримання результатів 
досліджень слугував комп’ютер з потрібними програмами. 
У роботі є нові науковуі результати:  
– обгрунтовано та запропоновано використання кавітаційних 
технологій для активації Са(ОН)2; 
– кількісні залежності та закономірності хімічних і фізичних 
характеристик дисперсійного водного середовища та суспензії кальцію 
гідроксиду (в’язкості, рН, окисно-відновного потенціалу (ОВП) 
провідності)  з часом і питомою потужностю, внесення в систему, у 
процесі їх обробки у гідродинамічному кавітаторі;  
–залежності створення колоїдних частинок (величина 
електрокінетичного потенціалу), внаслідок обробки суспензії кальцію 
гідроксиду в кавітаційному полі, запропонувалио можливу будову міцели 
Са(ОН)2; 
–вплив способу збудження кавітаційних полів було знайдено на 
Са(ОН)2 та формою поверхонь і розмірами частинок;  
–флотація продуктів взаємодії кальцію гідроксиду з речовинами-
забруднювачами стічних вод після обробки реакційного середовища в 
гідродинамічному кавітаторі через  дегазаціїю водного середовища таз 
утворенням водню у процесі сонолізу води ; 
– стадії реагентної очистки в технологіях кондиціювання хімічного 
підприємства, що була активована ву кавітаційному полі суспензії 
Са(ОН)2. 
 Створення ефективного і нового процесу активації Са(ОН)2у 
кавітаційному полі, як реагенту, для кондиціювання СВ і кавітаційної 
інтенсифікації технологічних процесів очищення СВ цим реагентом. 
Створення конструкції гідродинамічного кавітатора, яку можна 
використовувати не лише для очищення СВ, а й інших технологічних 
процесів, зокрема очищення газових викидів. Виконані узагальнені 
матеріально-енергетичні та техніко-економічні розрахунки свідчать про 
більшу ефективність та доцільність економічну створених процесів 
очистки СВ реагентним методом у кавітаційному полі, у порівнянні з 
біологічними. Зазначений метод інтенсифікації Са(ОН)2 зможе бути 
застосованим в технології підготовки природних вод. 
Підтверджено результатами випробувань суспензії Са(ОН)2 високу 
ефективність процесу очистки СВ завдяки гідродинамічному кавітатору з 
приводом потужністю 1,1 кВт. 
Великий вклад є у самостійно проведенні критичного вивченні 
інформаційних джерел, знаходженні методик аналізів, розробленні та 
апробації конструкцій гідродинамічного кавітатору та обробкі отриманих 
результатів, проведенні експериментальних дослідів у лабораторії та 
промислових умовах. 
Особистий внесок здобувача в роботи: 
- знаходження джерел інформації, аналіз минулих пошукових 
експериментів; 
- результати дослідження ефективності роботи гідродинамічного 
кавітатора із різноманітними кавітуючими елементами; 
- результати дослідження впливу обробки дисперсійного середовища 
в кавітаційному полі на його фізико-хімічні властивості; 
- результати дослідження впливу оброблення в кавітаційних полях 
Са(ОН)2 на його фізико-хімічні властивості; 
- результати дослідження взаємодії Са(ОН)2 з імітуючими СВ у 
кавітаційному полі; 
- можливий процес активації Са(ОН) і його взаємодія із речовинами-
забрудниками, які є компонентами СВ в кавітаційних полях. 
 
1 ОГЛЯД НАУКОВИХ ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ 
Кальцію гідроксид, переважно у вигляді суспензії, належить до 
дешевих, доступних реагентів неорганічної природи, який використовують 
у типових технологіях очищення рідинних і газових викидів. Внаслідок 
взаємодії кальцію гідроксиду із речовинами-забруднювачами утворюються 
малорозчинні сполуки, завдяки чому їх вилучають із середовищ, які 
очищують. Проте переважна кількість рідинних викидів у вигляді стічних 
вод, є складними, багатокомпонентними, містять забруднюючі речовини, 
що відрізняються за походженням, належать до різних класів. 
До одних із найбільших споживачів питної води й одночасно – одних 
із найпотужніших забруднювачів природних водойм через утворення 
складних за складом стічних вод, належать підприємства хімічної 
промисловості, зокрема, виробництво капролактаму. При очищенні стоків 
цього виробництва с ХПК: 20000 – 3000 запропонована технологія 
спалювання стічних вод, що призводить до великих витрат. 
Стічні води капролактаму мають склад органічного і неорганічного 
походження 
 
1.1 Фізико–хімічні методи очищення стічних вод 
 
До фізико-хімічних методів належать: коагуляція, флокуляція, 
флотація, сорбція, гіперфільтрація, діаліз, випарювання, 
електрокоагуляція, електрофлотація, евапорація тощо. 
Для очищення стічних вод з високим вмістом забруднювачів 
(суспендованих речовин, загального фосфору та азоту, органічних сполук, 
що зумовлюють високі значення ХСК (хімічне споживання кисню), 
пропонують використовувати коагулянти на основі сполук Феруму та 
Алюмінію. Значну увагу, в цьому випадку, приділяють особливостям 
застосування мінеральних реагентів, підбору оптимальної дози, комбінації 
реагентів, а також оптимальним значенням рН та температури. 
З метою підвищення ефективності видалення колоїдних частинок і 
скорочення часу відстоювання в стічні води додають органічні 
флокулянти, активований кремній, алюмінію оксид, порошкове активоване 
вугілля, аніонний поліакриламід тощо. Так, застосування суміші 
феруму(ІІ) хлориду та сульфату з алюмінію оксидом, який вводять у стічну 
воду перед відстоюванням, різко підвищує видалення колоїдів, при тому 
спостерігається зниження ХСК та загального фосфору. За дози алюмінію 
оксиду 750 мг/ дм3 вміст загального фосфору зменшився на 45%, а за доза 
1000 мг/дм3 – на 98%. Очищення стічних у процесі коагуляції–флокуляції 
із застосуванням аніонного поліакриламіду і коагулянтів – алюмінію 
сульфату, феруму(ІІ) сульфату і поліалюмінійхлориду дало змогу значно 
знизити ХСК й БСК5, видалити завислі речовини на 99% за менших доз 
мінеральних коагулянтів. Як флокулянт пропонують використовувати 
продукт взаємодії поліакриламіду та натрієвої солі акрилової кислоти у 
кількості 3–5 мг/дм3, а для пришвидшення утворення флокул та їх 
осадження додавати аніонний поліакриламід. Запропонована 
трьохстадійна схема оброблення стічних вод, що містять 
високомолекулярні сполуки та завислі речовини понад 5000 мг/дм3, з 
використанням на першій стадії натрію алюмінату як 
комплексоутворювача, на другій – флокулянту з групи синтетичних 
полімерів (поліакриламід, полікарбоксилати, полівініловий спирт, 
поліакрилова кислота тощо); на третій – осадження. Для стічних вод з ХСК 
8800 мг/дм3 та вмістом завислих речовини – 2500 мг застосування цього 
процесу дало змогу зменшити ХСК до 1500 мг/дм3, а вміст завислих 
речовин – до 45 мг/дм3. Для спрощення процесу приготування реагентів та 
зниження їх вартості послідовно додавали лужний коагулянт (до рН 10 – 
11,5), а потім стічні води підкислювали суспензією кальцію сульфату з 
ортофосфатною кислотою. 
Останнім часом розширюють застосування флокулянтів біологічної 
природи, які в багатьох випадках дають змогу знизити показник ХСК у 9, 
мутність – 21, залізо – 5 разів порівняно з початковим значенням (мг/дм3) 
1484, 4,4, 3,43 відповідно. Біофлокулянти синтезують спеціальні культури 
мікроорганізмів, зокрема Streptomyces chromogenes s.g. 0832, Bacillus sp. 
селекції К1 та К2. 
Для очищення стічних вод застосовують також методи 
електрокоагуляції з використанням розчинних анодів, виготовлених із 
сталі та алюмінію. Встановлено, що природа металу не надто впливає на 
ефективність видалення окремих компонентів. Хімічне споживання кисню 
зменшувалось на 93% за  використання анодів з алюмінію та 98% - за 
використання стальних. Ефективність очищення СВ зростала із 
збільшенням густини струму електролізу, концентрації електроліту та 
введенням в анодний простір поліалюмінію хлориду. Величина ХСК 
зменшувалась з 4200 до 237 мг/дм3.  
У коагуляційних методах не виділяються гази, які погано пахнуть, що 
особливо важливо, якщо очисні споруди розташовані поблизу населених 
пунктів. Осади після коагуляційного очищення мають меншу вологість, 
ніж після флотації. За своїм складом осади, що утворюються внаслідок 
очищення стічних вод хімічних підприємств, це – переважно, органічні 
речовини, які можна переробляти у високоякісні добрива. Цей метод дає 
змогу очищати воду, вміст забруднювачів у якій перебуває в широких 
межах, з використанням недорогих реагентів, навіть, відходів інших 
виробництв, що робить його економічно виправданим і привабливим для 
застосування. Однак він не забезпечує видалення водорозчинних сполук, 
тому його можна використовувати лише для попереднього очищення 
стічних вод. 
Метод флотації забезпечує достатньо повне видалення дисперсних і 
частково розчинних забруднювачів стічних вод. Тонкодисперсні часточки 
розміром, менш як 5 – 10 мкм, флотуються дуже важко і погіршують 
вилучення великих часточок. Для того, щоб покращити флотацію дрібних 
часточок, їх потрібно попередньо укрупнити, наприклад, коагуляцією або 
флокуляцією. Висока ефективність вилучення твердої фази досягається у 
разі застосування періодичної флотації. Флотаційне очищення пропонують 
інтенсифікувати, додаючи до очищуваної води торф. 
Різновидом флотаційного очищення води є електрофлотація, яку 
здійснюють шляхом розміщення у нижній частині флотатора електродної 
системи. Електроди можуть бути виготовлені з графіту, нержавіючої сталі 
або інших корозійностійких матеріалів. Внаслідок електрохімічного 
розкладу води виділяється кисень, який забезпечує спливання завислих 
речовини у стані аерофлокул на поверхню води з утворенням стабільної 
піни вологістю 75 – 80 %. Зі збільшенням вмісту зависей у вихідній воді  
вологість піни знижується. За мінералізації очищуваної води 1,5 г/дм3, 
вмісту завислих речовин 2 г/дм3 і густини струму 100 – 300 А/м2 витрати 
електроенергії становлять 0,1 – 0,6 кВт∙год/м3. Електрофлотаційному 
очищенню доцільно піддавати мінералізовані води, які мають невеликий 
електричний опір, за можливо мінімальної густини струму. Тривалість 
електрофлотаційного очищення води значно нижча порівняно з 
відстоюванням (5 – 10 хвилин проти декількох годин). 
Позитивною властивістю електрофлотації, порівняно з напірною 
флотацією, є відсутність в апараті рухомих частин і високих тисків у 
системі, а негативними – значні енергетичні затрати і менший ступінь 
очищення від завислих речовин. Високий ефект очищення у поєднанні з 
простотою виготовлення і можливістю регулювання ступеня очищення 
рідини, залежно від фазово дисперсного стану забрудників, шляхом зміни 
тільки одного параметру технологічного процесу – густини струму, дає 
змогу рекомендувати цей метод для очищення стічних вод харчової, в тому 
числі й м’ясної, промисловості [60]. Так, після електрофлотації з 
подальшою фільтрацією на природному цеоліті ступінь очищення стічних 
вод сягав 98 %, а вміст мікроорганізмів знизився у 5000 раз.  
Перевагами флотаційних способів є покращення санітарно-
гігієнічного стану очисних споруд, утворення меншої кількості осадів ніж 
при коагуляції. Для створення сприятливих умов флотації в очищувану 
водну суспензію вводять різні реагенти (піноутворювачі, колектори, 
пригнічувачі, активатори). Однак введення останніх спричиняє додаткове 
забруднення води. Ще одним недоліком є висока вологість піни, особливо 
в тих випадках, коли стічні води містять розчинні поверхнево активні 
речовини. Великий об’єм води у піні зумовлює створення додаткових 
установок для її оброблення, а це додаткові затрати. У випадку 
застосовання флотації з подачею повітря через пористі матеріали 
(фільтросні пластини, труби, насадки, які розташовані на дні камери), 
можливе заростання і засмічення пор, а також труднощі під час підбору 
дрібнопористих матеріалів, що забезпечують вихід дрібних, близьких за 
розмірами, бульбашок. 
Сорбційні методи для очищення стічних вод хімічних підприємств 
застосовують для доочищення або у комбінації з іншими методами. Як 
самостійний цей метод очищення використовують рідко. У практиці 
очищення стічних вод від розчинених органічних речовин адсорбційні 
методи використовують для: а) глибокого доочищення стічних вод та 
отримання технічної води після біологічного очищення; б) локального 
очищення стічних вод, які утворилися в окремих цехах або здійснення 
будь-яких технологічних операцій; в) централізованого фізико-хімічного 
очищення стічних вод, які не піддаються біологічному очищенню. 
Загалом, фізико-хімічні методи, як правило, застосовують лише для 
попереднього очищення стічних вод. 
 
1.2 Біохімічні методи  очищення стічних вод 
 
Біологічне очищення стічних вод підприємств дуже розповсюджене. В 
основному користуються багатостадійним очищення з різними 
комбінаціями способів. Якщо використовують лише біологічний спосіб, то 
анаеробне очищення (метанування) є першою стадією. Наступною стадією 
слугує аеробне очищення, перед яким можна проводити перемішування і 
барботаж у пневмоаераторі з мішалкою. Передусім прилаштовують 
аеротенки, а біомаса, що утворилася, відділяється у відстійнику і потім 
направляється у метантенк. Доочищення здійснюють в аеротенках або із 
застосуванням фізико-хімічних способів (коагуляції/флокуляції, адсорбції) 
чи фільтрування через кварцовий пісок, цеоліт тощо 
Аеробне очищення здійснюють з використанням аеротенків різних 
конструкцій, реакторів типу SBR, біоставків. Інформація про ефективне 
очищення СВ з застосуванням реакторів типу SBR розбіжні: у – це 10 % по 
ХСК і 50 % по амонійному Нітрогену; фірма АТВ  Umvelttechnologien 
GmbH радить установку Aguamax Gastro, що гарантує концентрацію ХСК 
150 мг/дм3, а вміст амонійного Нітрогену – <1 мг/дм3. У лабораторних 
умовах розроблено метод очищення стічних вод з використанням реактора 
SBR і доочищення з використанням коагулянтів. Вихідне ХСК 16000  
мг/дм3; ефективність зменшення ХСК в середньому 75%. На другій стадії 
як коагулянт використовували феруму(ІІІ) хлорид. Фінальний ефект 
очищення за ХСК - більше 91%. В іншому випадку відпрацьовано 
анаеробний режим роботи SBR. Цикл включав стадії заповнення, 
зброджування, відстоювання, декантації. 
Біологічне очищення ефективно функціонує лише за строгого 
дотримування технологічного процесу: підтримування оптимальної 
температури, рН середовища, рівня живлення, певного співвідношення між 
елементами-нутрієнтами (С:N:P), відсутності у стічних водах токсичних 
речовин тощо. Данний метод вимагає велику площу під очисні споруди 
(вторинні відстійники, мулові майданчики тощо). Все це обмежує 
використання біологічних способів у населених пунктах. У випадку, якщо 
підприємство не володіє територією для облаштування санітарно-захисної 
зони, то використання біологічного очищення стічних вод чинними 
нормативними документами заборонено. 
 
1.3 Кавітаційний метод очищення стічних вод 
 
Метод кавітації є одним із найефективніших фізико – хімічних 
методів очищення стоків. На основі аналізу методів очищення СВ зробили 
підсумок, що застосування реаґентних методів з використанням дешевих, 
проте малорозчинних реаґентів, зокрема, кальцію гідроксиду, дасть змогу 
забезпечити високу швидкість процесу очищення складних стічних вод 
навіть за суттєвих коливань їх складу та обсягів, який можна реалізувати 
на незначних площах; відповідні процеси можна легко автоматизувати, 
вони не потребують громіздкого обладнання. Проте застосування цих 
методів й зокрема із застосуванням доступних, дешевих неорганічних 
реагентів, (Ca(OH)₂) ліміується незвеликою розчинністю у водному 
середовищі. Можливість блокувати поверхню їх частинок, якщо 
користуються суспензіями з продуктів взаємодії із речовинами-
забруднювачами. Для застосування у промисловості ці реагенти потрібно 
активувати спочатку використання в технологічному процесі, так і під час 
його дії. 
Модерними методами інтенсифікації є використання фізично-
хімічних ефектів концентрованих енергетичних впливів, для цього 
потрібно використити джерело енергії з зовні.  
Зазвичай котистуються трьома компонентами технології – зміни тиску 
і температури, каталіз, хімічне чи механічне диспергування. Водночас, 
оптимальні інтервали змін температури і тисків тощо є обмеженими. 
Найефективнішим за таких умов може бути підведення зовнішньої 
нетеплової енергії у вигляді механічного перемішування, акустичних чи 
імпульсних коливань. Незалежно від обраного способу введення енергії, 
може відбутися мимовільній рух фаз, деформування з подрібненням 
твердих частинок, рівномірний розподіл дисперсних фаз, збільшення часу 
перебування дисперсної частинки у активному об’ємі тощо. 
 
1.4 Основні типи генераторів кавітаційного поля 
 
Важливо зазначити, що залежно від особливостей вибраного методу 
та конструкції пристрою для створення кавітації, який забезпечує введення 
енергії в хімічну систему, інтенсифікація процесу відбувається переважно 
на ділянці введення енергії, а значна її кількість витрачається 
непродуктивно. Тому для вибору методу інтенсифікації та пристрою для 
його здійснення важливими є оцінка розподілу енергії у системі та 
визначення корисної (ефективної) енергії саме для конкретного процесу. 
Для генерування кавітаційних полів у рідких середовищах в 
промисловості використовують різноманітні генератори кавітації, а саме: 
магнітострикційні, п’єзоелектричні, гідро- та електродинамічні, механічні.  
Акустична кавітація виникає під час поширення в рідині акустичних 
коливань ультразвукового діапазону, які збуджують п’єзоелектричними та 
магнітострикційними генераторами кавітації. Ці пристрої належать до 
електроакустичних перетворювачів, принцип дії яких ґрунтується на 
прямому магнітострикційному та п’єзоелектричному ефектах у змінних 
магнітних та електричних полях. Частоти збурених коливань перебувають 
у широкому діапазоні – від 8 до 44 кГц і більше. Ультразвукові коливання 
від генератора передаються оброблюваному середовищу через спеціальні 
пристрої – концентратори, пластини тощо. Для реалізації процесу потрібні 
дорогі, потужні ультразвукові генератори. Кавітація в цьому випадку 
виникає лише безпосередньо біля джерела акустичних випромінювань і 
займає по відношенню до загальної кількості рідини незначний об’єм. 
Виникнення і розвиток кавітації безпосередньо біля джерела звукових 
коливань чинить руйнівну дію на ультразвуковий генератор, спричиняючи 
значну ерозію випромінюючих поверхонь. П’єзокерамічні випромінювачі 
часто піддаються негативному впливу, який чинить акустична кавітація. 
Негативними наслідками можуть бути: зниження коефіцієнту корисної дії 
й величини звукового тиску на осі характеристики спрямованості 
випромінювача. Також зменшується хвильовий опір середовища, 
наслідком якого є порушення узгодження випромінювача з генераторним 
пристроєм, ріст механічних напружень в активному матеріалі 
перетворювача та кавітаційна ерозія.  
 
1.4 Основні типи генераторів кавітаційного поля 
 
У залежності від особливостей обраних конструкцій приладу та 
методу для утворення кавітації, що встановлює введення енергії в систему, 
відбувається інтенсифікація процесу загалом на частині уведення енергії, 
але велика кількість марнується. Тож для правильного  вибору методу та 
пристрою інтенсифікації головним є аналіз розподілу енергії та визначення 
корисної енергії. 
Для формування кавітаційних полів в промисловості використовують 
такі генератори: п’єзоелектричні, механічні, магнітострикційні, , 
гідродинамічні і електродинамічні.  
Акустична кавітація з'являтися коли розповсюдження у рідині 
акустичних коливань ультразвукового діапазону, що стимулюють 
магнітострикційними  та п’єзоелектричними генераторами кавітації. Ці 
пристрої належать до електроакустичних перетворювачів, принцип дії 
яких ґрунтується на прямому магнітострикційному та п’єзоелектричному 
ефектах у змінних магнітних та електричних полях. Частоти збурених 
коливань перебувають у широкому діапазоні – від 8 до 44 кГц і більше. 
Ультразвукові коливання від генератора передаються оброблюваному 
середовищу через спеціальні пристрої – концентратори, пластини тощо. 
Для реалізації процесу потрібні дорогі, потужні ультразвукові генератори. 
Кавітація в цьому випадку виникає лише миттєво неподалік джерела 
акустичних випромінювань і займає по відношенню до загальної кількості 
рідини незначний об’єм. Створення і прогрес кавітації миттєво неподалік 
джерела звукових коливань знищує дію на ультразвуковий генератор, 
зумовлюючи велику ерозію випромінюючих поверхонь. Негативному 
впливу наубільше піддаються п’єзокерамічні випромінювачі, які виробляє 
акустична кавітація. Негативними наслідками можуть бути: зниження 
коефіцієнту корисної дії й величини звукового тиску на осі характеристики 
спрямованості випромінювача.  
Електрогідравлічний ефект використивують у імпульсних 
електоророзрядних випромінювачах, де утворення ударних хвиль 
створюється  в рідині у процесі її пробою. У ході електричного розряду в 
рідині виникають ударнихі хвилі, інтенсивні ультразвукові 
випромінювання тощо. 
До недоліків ультразвукових та електророзрядних пристроїв 
генерування кавітації належить й те, що вони мають відносно незначну 
потужність, а тому їх застосування для очищення значних обсягів СВ є 
недоцільним. 
Щоб створити сильні кавітаційні полівя у чималих об’ємахів рідини у 
промисловості користуються гідродинамічними генераториами. Вона 
утворюється  в потоці рідини у ході обтікання нею перешкод, при значній 
швидкості руху твердих тіл у рідині. Обтікання кавітаторів відбуваєтьс 
спочатку, а потім за ними виникають бульбашкові каверни, у межах яких 
проходить кавітаційна обробка технологічної сировини. Ними слугують 
кавітатори у вигляді циліндрів (труба Вентурі), усічених конусів тощо. У 
роторних імпульсних апаратах гідродинамічна та акустична взаємодія 
відбувається в рідині завдяки створеної турбулентності, сильної кавітації, 
пульсацій тиску та швидкості, ударних хвиль. Розроблені суперкавітаційні 
насоси – пристрої динамічного типу – кавітація в яких виникає позаду 
робочих органів, в основному лопатей, що обертаються з високою 
швидкістю. Найрозповсюдженішими є роторні кавітаційні апарати. 
Для посилення акустичних коливань у резонансних гідродинамічних 
апаратах застосовують коливання резонуючих елементів (мембран, 
пластин, стрижнів), що утворюють акустичне поле.  
 
2 ОПИС УСТАНОВОК, МЕТОДИК ВИКОНАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ 
ТА АНАЛІЗІВ 
 
2.1 Опис установки та методики досліджень впливу гідродинамічних 
явищ на властивості водних середовищ та очищення стічних вод у 
кавітаторі гідродинамічного типу 
 
Схема установки, на якій виконували експеримент впливу кавітації 
та супровідних їй явищ на воду, як дисперсійне середовище, активацію 
кальцію гідроксиду та процес очищення СВ, наведена на рис. 2.1. і рис. 2.2. 
 
1 – вузол герметизації; 2 – скляний корпус; 3 – робочий орган 
(кавітуючий елемент); 4 – манометр: 5 – насос; 6 – байпас; 7 – 
циркуляційна ємність; 8 – мішалка; 9 – контур охолодження; 10 – 
контрольний термометр 
Рисунок 2.1 - Схема лабораторної установки гідродинамічного типу: 
 
Рисунок 2.2 - Установка для активації суспензії кальцію гідроксиду 
гідродинамічного типу (фото) 
 
Ефективність дії кавітатора з різними кавітуючими елементами 
(конус з регулювальним штоком, фторопластова пластинка з конічними 
отворами, профільовані сопла тощо) попередньо встановлювали за 
енергетичним (тепловим) коефіцієнтом корисної дії (ККД). Його 
розраховували за формулою 
m  c  T
W m  c  T
ККД  В 100%   100%  100%  ,      (2.1) 
WН WН WН 
де WВ – теплова потужність, Вт; WН  – потужність насоса, Вт; m – 
маса води в контурі, кг; с – теплоємність води, Дж/(кг·К); ΔТ – різниця 
температур води, К;  
τ – тривалість кавітаційного оброблення, с. 
Дослідження з використанням води, суспензії кальцію гідроксиду, 
стічних вод виконували за таких умов: тиск – 0,2…0,6 МПа; об’єм водного 
середовища, яке циркулювало в контурі, – 10…30 дм3.  
Проби водних середовищ для визначення в’язкості, рН, ОВП, 
провідності, величини ХСК, вмісту біогенних елементів, завислих 
частинок тощо відбирали  через пробовідбірник. 
 
2.2 Методики вивчення впливу кавітаційного оброблення на фізико-
хімічні властивості суспензії кальцію гідроксиду 
 
Тверді частинки кальцію гідроксиду під дією акустичних 
випромінювань та спричинених ними супутніх явищ (кавітація, ударні 
хвилі тощо) можуть руйнуватися (подрібнюватися), набувати певних 
електричних зарядів, на їх поверхні можуть виникати ювенільні ділянки з 
підвищеним запасом енергії тощо. Це, своєю чергою, повинно 
інтенсифікувати гетерогенний процес очищення стічних вод, що й 
зумовило необхідність вивчення впливу кавітаційного оброблення 
суспензії Са(ОН)2 на її фізико-хімічні властивості. 
 
2.2.1 Дослідження швидкості седиментації та визначення 
фракційного складу активованої суспензії кальцію гідроксиду в 
гравітаційному полі 
 
Фракційний склад та дослідження кінетики седиментації суспензії 
кальцію гідроксиду здійснювали методом безперервного зважування 
осаду. Для виконання роботи використовували торсійну вагу ВТ-500 і 
терези, на коромислі яких підвішена спеціальна тарілочка (25 мм), 
виготовлена із корозійнотривкої нікелевої фольги. 
Радіус частинки (r), що осідає під дією сили тяжіння у 
дисперсійному середовищі, визначали за формулою 
9h
r  ,                                                  (2.2) 
2(  0 )g
де η – кінематична в’язкість рідини, мм2/с; h –  шлях, який можуть 
проходити частинки під час осідання, м; ρ – густина частинки, кг/м3; ρ0 – 
густина дисперсійного середовища, кг/м3; g – прискорення сили тяжіння, 
м/с2; τ – час, протягом якого осідає частинка, с. 
 
2.2.2 Визначення седиментаційної стійкості суспензії кальцію 
гідроксиду методом нефелометрії 
 
Суть методу полягає у замірюванні інтенсивності світлового потоку, 
розсіяного завислими частинками Са(ОН)2. Для цього готували 0,5 %-у 
суспензію  Ca(OH)2, яку відстоювали впродовж 10 хв. Заміри проводили, 
користуючись фотоелектричним фотометром КФК-3 в кюветі 20 мм 
товщини за 467 нм довжини хвилі. Результати заміру оптичної густини 
суспензії фіксували раз у 5 хвилин. 
 
2.2.3 Визначення седиментаційної стійкості суспензії кальцію 
гідроксиду методом зонального електрофорезу 
 
 Визначення потенціалу ζ (дзета) - проводили електрофоретичним 
методом рухомої межі за швидкістю руху межі між 0,5 %-ю суспензією 
Са(ОН)2 (для чіткішого визначення межі до неї додавали фенолфталеїн) та 
„бічною рідиною” – 0,1 N розчином натрію хлориду (ГОСТ 4233 - 77 
кваліфікації „ХЧ”) в зовнішньому електричному полі. Схема установки 
(джерело постійного струму  ЛИПС-35 не показане) наведена на рис. 2.3. 
 
Рисунок 2.3 - Схема 
електрофоретичної установки 
1– U-подібна трубка; 
2 – кран одноходовий; 
3, 4  – напірні ємності; 
5 – електроди; 
 
6 – триходовий кран 
 
Положення межі розділу суспензії кальцію гідроксиду та «бічної 
рідини» періодично фіксували фотографічно за допомогою фотоапарата 
„Nikon” Coolpix L25 на фоні шкали за спеціально підібраного освітлення. 
Переміщення цієї межі протягом досліду визначали внаслідок оброблення 
отриманих фотозображень у редакторі „Adobe Photoshop CS 6”.  
 
2.3 Методика визначення в’язкості середовища 
 
В’язкість обробленого в кавітаційних полях дисперсійного 
середовища (води) визначали з використанням скляного капілярного 
віскозиметр ВПЖ-1, з внутрішнім діаметром капіляра 0,34 мм (стала 
віскозиметра - 26,30·10-4 мм2/с). Віскозиметр попередньо термостатували 
за температури, яка дорівнювала температурі середовища на момент 
відбору проби. Для цього періодично коригували температуру в 
ультратермостаті. 
Кінематичну в’язкість води визначали за формулою 
g
  T K  ,                                    (2.3) 
9,807
 де η – кінематична в’язкість рідини, мм2/с; К – стала 
віскозиметра, мм2/с; Т – час витікання рідини, с; g – прискорення 
вільного падіння, м/с2. 
2.4 Методика визначення хімічного споживання кисню (ХСК)  
 
Величину ХСК в досліджуваних середовищах визначали за ДСТУ 
ISO 6060: 2003.  
 
2.5 Методика волюмометричного визначення вмісту кальцію 
карбонату в кальцію гідроксиді 
Кількість кальцію карбонату у кальцію гідроксиді, що виник у ході 
контакту неактивованої та активованої суспензії Са(ОН)2 з СО2, дізналися 
за допомогою  волюмометричного методу. Метод заснований на замірі 
об’єму СО2, що виробився завдяки  взаємодії наважки повітряного сухого 
Са(ОН)2 з 10 %-им розчином HCl при температурі 60 0С.  
 
СО 2-
3  + 2Н+ = СО2↑ + Н2О.                                     (2.4) 
 
Об’єм СО2, що виділився, приводили до нормальних умов і 
перераховували  на масу кальцію карбонату. 
 
2.6 Стендова установка кавітаційного типу 
 
На рисунку 2.4 наведено схему експериментальної установки SВ-1. В 
якості двигуна використано електродвигун. 
Виміри проводилися за допомогою таких приладів і пристосувань: 
 температура вимірювалася стандартною термопарою (тип ХК), 
встановленої в баку; електричний сигнал опрацьовувався за допомогою 
КСП1 (межі 0100°С); 
 тиск вимірювався манометром МТ-1(межі 01,0МПа), найбільш 
характерний тиск складав  0,3 МПа;  
 електрична потужність, що витрачалась  трифазним лічильником  
3/380/220V ГОСТ6570-75; 
час нагрівання  секундомір «Агат» (0,2S). 
Експериментальна установка для дослідження процесів 
тепловиділення складається з теплоізольованого резервуара з водою, у 
верхній частині якого розміщено теплогенератор SB-1.  Вода подається в 
теплогенератор за допомогою насосу, температура води реєструється 
термопарою, показники якої перетворюються та записуються у вигляді 
кривої на діаграмній стрічці самописцю; тиск рідини, що подається на 
теплогенератор фіксується за допомогою манометру. 
 
1 –теплогенератор; 2- емкість; 3 – напірний трубопровід; 4- 
всмоктувальний трубопровід; 5 – насос; 6 – електродвигун; 7-датчик 
контрою температури. 
Рисунок 2.4   Експериментальна установка SB-1 пілотного типу 
 
 
ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 
 
3 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ОБРОБЛЕННЯ ДИСПЕРСІЙНОГО 
СЕРЕДОВИЩА ТА СУСПЕНЗІЇ КАЛЬЦІЮ ГІДРОКСИДУ В 
КАВІТАЦІЙНИХ ПОЛЯХ НА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ 
 
Активація неорганічних реагентів, зокрема, Са(ОН)2 для очищення 
СВ полягає в їх обробленні в кавітаційних (акустичних) полях. Енергія, що 
виділяється під час кавітаційних та супутніх їм явищ, діє не лише на 
реаґенти, але й на саме дисперсійне середовище – воду. Відтак варто 
очікувати, що під час процесу активації реаґентів відбуватимуться зміни 
фізико-хімічних властивостей усіх компонентів суспензії, зокрема, води та 
дисперсних частинок, які можуть сприяти перебігу процесу очищення 
стічних вод. Тому необхідно було виконати комплекс досліджень, 
спрямованих на дослідження впливу кавітаційного оброблення на 
властивості як суспензії Са(ОН)2, так і дисперсійного середовища, й 
спрогнозувати їх поведінку в технологічному процесі очищення СВ. 
 
3.1 Дослідження впливу акустичних коливань на фізико-хімічні 
властивості суспензії кальцію гідроксиду 
 
Досліди проводились на лабораторній установці (рис. 2.1) 
Акустичні випромінювання впливають як на дисперсійне 
середовище (воду), так і на дисперсну фазу (частинки суспензії кальцію 
гідроксиду). Причому, можна стверджувати, що дія акустичних коливань 
на дисперсну фазу відбувається саме через середовище – воду, яка власне, 
й сприймає динамічні навантаження, що створюються випромінювачами 
вказаних типів, й передає їх дисперсній фазі. Можна очікувати, що 
унаслідок цього відбуватиметься подрібнення твердих частинок, що може 
вплинути як на фізико-хімічні параметри суспензії (наприклад, рН, 
седиментаційну стійкість), так і на дисперсність і морфологію поверхні 
дисперсних частинок та їх хімічну активність. У ряді робіт також 
відзначено, що акустичні випромінювання спричиняють електрокінетичні 
явища в середовищі.  
Отже, необхідно було дослідити вплив акустичних випромінювань, 
що генеруються УЗВ та ГДК, на зміну величини рН та провідності 
середовища, седиментаційної стійкості суспензії, вивчити 
електрокінетичні характеристики обробленої суспензії, а також вивчити 
вплив кавітаційних явищ на морфологію частинок кальцію гідроксиду, на 
підставі чого спрогнозувати активність цього реаґенту в технологіях 
очищення стічних вод. 
У кавітаційних полях, зокрема створених у ГДК, відбувається 
інтенсивне диспергування кальцію гідроксиду.  Про це свідчать дані 
седиментаційного аналізу, зокрема, динаміка накопичення осаду на шальці 
торсійних терезів, що наведено на рисунку 3.1. 
70
1
60 2
50
3
40
30
20 5
4
10
0
1
0 10 20 30 40 50 60
Час осідання, хв
 
Маса осаду, мг
Кратність оброблення суспензії: 1- без оброблення (0 хв.); 2- 
одноразове (2,5 хв.); 3- шестиразове (15 хв.); 4- одиннадцятиразове (30 хв.); 
5- двадцятидворазове (60 хв.) 
Рисунок 3.1 - Залежність маси осаду від часу седиментації: 
 
Найбільша сила у суспензії осіду знаков для суспензії без обробки 
(рис. 3.2). На кривих залежності точки екстремумів сили осіду суспензії 
вже обробленої від часу розташовані нижче, у порівнянні з ще 
необробленою. Попре це, на залежностях екстремуми чотири і п 'ять (30 та 
60 хвилин обробки) перенесені вправо, тобто в сторону наростання часу 
процесу осаду. Одинадцяти разова обробка суспензії  надає можливість 
нагнати седиментаційну стійкість до 60 %, а двадцяти двох разове – майже 
в два рази. Наростання часу процесу обробки суспензії допомагає 
підвищити седиментаційну стійкостіь,. Тому посереднє вказує на 
пониження розмірів частинок Са(ОН)2 у результаті обробки у 
кавітаційному полі. 
1
3
2 2
5 3
1
4
0
0 10 20 30 40 50 60
Час осідання, хв
 
Кратність оброблення суспензії: 1- без оброблення (0 хв.); 2- 
одноразове (2,5 хв.); 3- шестиразове (15 хв.); 4- одинадцятиразове (30 хв.); 
Інтенсивність осідання, 
2
мг/(с *см )
5- двадцятидворазове (60 хв.) 
Рисунок 3.2 - Залежність інтенсивності осідання частинок кальцію 
гідроксиду від часу седиментації (мг/с·см2).  
 
Виконана математична обробка результатів седиментаційного 
аналізу надало можливість поважити розподілення частинок по радіусам в 
необробленій та обробленій системі. Очевидно з рисунка 3.3, радіус 
еквівалентний частинок із наростанням часу процесу обробки знижається 
відповідно до частинок 0,397·10-5 м розміром, що є найменшими, які дали 
осад перед установкою седиментаційної стійкості системи.  
100
3
80
1
60
40 2
5
20
4
0
0,35 0,85 1,35 1,85 2,35 2,85
-5
Радіус частинок, 10  м
 
Кратність оброблення суспензії: 1- без оброблення; 2- одноразове 
(2,5 хв.); 3- шестиразове (15 хв.); 4- одинадцятиразове (30 хв.); 5- 
двадцятидворазове (60 хв.) 
Рисунок 3.3 - Залежність відносної маси осаду Са(ОН)2 від часу 
седиментації. 
 
Дисперсійний поділ частинок суспензії обробленої та необробленої 
Відносна маса осаду, %
(рис. 3.1) майже рівними. Це означає, енергія була введена у систему при 
одноразовій обробці, недостатня для подрібнення частинок. 6-разова 
обробка суспензії (рис. 3.2) частка дисперсних частинок ((0,397…1,5)·10-5 
м) значніша, а твердіших ((1,85…3,0)·10-5 м) незначною, порівняно з 
попередніми. Вказані показники говорять, що наростання подрібненності 
частинок реагенту із збільшенням кратності обробки суспензії. 
Деяка неточність у знайденій закономірності залежності 
подрібненності суспензії від часу обробки помічається для 30 і 60 хвилин 
активації. Після 30 хвилин активації відносна маса, (кількість частинок 
радіусом 2,17·10-5 м) майже рівна 0, а після 60 хвилин обробки відносна 
маса частинок стає практично 20 %.  
Виявлені особливості зміни дисперсності в часі пояснюється 
сувмісним існуванням у системі агрегаційних і седиментаціних процесів. 
Вивчення кінетики дисперсійності надали інформацію про питому 
поверхню речовини у часі та мінливість розмірів частинок: спершу розміри 
частинок по мірі дисперсійності знижуються, а зростають - поверхнева 
енергія і питома поверхня. Унаслідок цього по звершенню певної ступенія 
подрібненості розчинається агрегація частинок, а саме вони починають 
зростати. Згодом встановлюють стан рівноваги в системі процесів 
„руйнування-агрегатація”, а питома поверхня та розмір частинок не 
міняються.  
Виявлено, що вплив температури та акустичних випромінювань на 
вказану систему неоднозначний. Як видно із отриманих результатів (рис. 
3.4), інтенсивність седиментації є найменшою у системі, що спочатку 
опрацьована у полі дії УЗ-випромінювань при температуриі 293 К і 313 К.  
100
90 6
80
70 4 5
60
50 2
40 3
3
30 1
20
10
0
0 10 20 30 40
Час осідання, хв 
 
Температура, К: 1, 4 – 293; 2, 5 – 313; 3, 6 – 333; 1, 2, 3 – без дії УЗ-
випромінювань; 4, 5, 6 – після дії УЗ-випромінювань 
Рисунок 3.4 - Залежність маси осаду кальцію гідроксиду від часу 
седиментації. 
Проте за температури 333 К седиментація частинок Са(ОН)2 
проходить практично з однаковою інтенсивністю в обох випадках: як без, 
так і з попереднім озвучуванням суспензії. 
З причини обробки наслідків експериментів призначено 
інтенсивність седиментації частинок розраховано без первинної акустичної 
обробки суспензії та згодом озвучування за різних температур у перші 5 
хв. осідання (табл. 3.1). 
 
Таблиця 3.1 - Значення інтенсивності седиментації в суспензії 
кальцію гідроксиду, необробленої та обробленої УЗ-випромінюваннями за 
різних температур  
Інтенсивність Температура, К 
Маса осаду, мг
седиментації, 
293 313 333 
г/ссм2×102 
Без УЗ 4,46 3,88 5,18 
З УЗ 1,82 1,98 4,77 
 
Отримані результати можна пояснити на підставі аналізу процесів, 
що відбуваються в досліджуваній системі – суспензії кальцію гідроксиду. 
На тверду частинку, що седиментує у ріднинному середовищі, крім 
гравітації сили діють ще сили, направлені у супротивному напрямку, а 
саме опір рідкої фази середовища та сили Архімеда. Далі інтенсивність чи 
швидкість осідання частинок зумовлюватиметься силами цієї дії. 
Загальновідомо, що покладаючись на закон Стокса сила опору (FТ) 
рухові сферичної частинки в рідині описується залежністю 
 
FТ = 6ru = Bu,                                               (3.1) 
 
де Bu = 6r – коефіцієнт тертя;  – в’зкість рідини, м2/с; r – радіус 
частинки, м; u – швидкість руху частинки, м/с. 
Окрім цього, на частинку діє сила Fc, що спричиняє її рух вниз, яка 
дорівнює різниці між вагою частинки (P) та Архімедовою силою (FА) 
 
Fc = Р – F 3
А  = V(–0)g = 4/3r (–0)g,                         (3.2) 
 
де V – об’єм частинки, м3;  – густина частинки, кг/м3; 0 – густина 
дисперсійного середовища, кг/м3; g –  прискорення сили земного тяжіння, 
м/с2. 
 
Із збільшенням температури середовища в діапазоні 293 – 333 К 
зменшуються в’язкість () та густина (0) . Так, наприклад, за температур 
293, 313 і 333 К в’язкість і густина води відповідно порівнюють (мПас і 
г/см3): 1,0050 і 0,9982; 0,6560 і 0,9922; 0,4688 і 0,9832. Відтак інтенсивність 
осідання закономірно зростає, що добре ілюструється кривими 
седиментації (рис. 3.3 і 3.4) для систем, які акустичному обробленню не 
піддавали. 
Збільшення седиментаційної стійкості суспензії кальцію гідроксиду є 
позитивним явищем, оскільки очищення стічних вод з використанням 
малорозчинного Са(ОН)2 відбувається як гетерогенний процес, швидкість 
якого визначається, перш-за-все, величиною площі контактування фаз. 
Окрім того, попереднє припущення, що під час оброблення суспензії в 
кавітаційних полях частинки кальцію гідроксиду набувають заряду, може 
зумовити  їх дію в дисперсному середовищі як коагулянта.  
 
3.2 Механізм процесів в суспензії Са(ОН)2 у кавітаційному полі 
 
Отримані результати, наведені вище,  дали змогу запропонувати 
ймовірний механізм процесу, що відбувається під час дії акустичних 
випромінювань (кавітаційних явищ) на суспензію кальцію гідроксиду. 
Гідродинамічна дія зумовлює механо-хімічну деструкцію частинок 
кальцію гідроксиду з розривом хімічних зв’язків та утворенням нових 
(ювенільних) поверхонь розділу фаз, які володіють підвищеним запасом 
поверхневої енергії. Ця енергія може витрачатися на дисоціацію 
поверхневих ОН–груп важкорозчинного кальцію гідроксиду, яка 
відбувається за схемою 
Са(ОН)2 ↔ Са(ОН)+ + ОН–;                                   (3.1) 
Са(ОН)+ ↔ Са2+ + ОН–,                                        (3.2) 
 
тобто відбувається ступенево, при чому ступінь дисоціації кожної 
наступної стадії, як відомо, менший від попередньої. Оскільки для  
досліджень використовували суспензію кальцію гідроксиду (розчин є 
насиченим щодо Са(ОН)2), то, ймовірно дисоціація поверхневих молекул 
кальцію гідроксиду буде відбуватись переважно за першим ступенем: 
наявність іонів ОН–  внаслідок дисоціації розчиненого кальцію гідроксиду 
спричинить зсування рівноваги  реакції (3.1) ліворуч – в бік утворення 
Са(ОН)2.  
Колапс кавітаційних парогазових бульбашок (каверн) 
супроводжується виділенням теплової енергії. У разі виникнення явища 
кавітації в суспензії ця енергія передається як дисперсійному середовищу 
(водному розчину кальцію гідроксиду), так і дисперсній фазі – у 
конкретному випадку твердим частинкам Са(ОН)2. Причому, є підстави 
вважати, що із збільшенням кількості частинок кальцію гідроксиду в 
системі кількість теплової енергії, яка передається цим частинкам, 
зростатиме. Це зумовлене тим, що парогазові кавітаційні каверни зазвичай 
формуються на межі розділу фаз, зокрема, твердої й рідкої. Тому енергія, 
що виділяється під час колапсу такої каверни, в значній мірі передається 
саме твердій частинці. Окрім того, при змиканні парогазової кавітаційної 
бульбашки, що контактує з твердою частинкою, виникає кумулятивний 
мікрострумінь, спрямований у бік твердої частинки, оскільки саме з її боку 
тиск води є найменшим.  Схему кавітаційно-кумулятивного руйнування 
твердої частинки наведено на рис. 3.5 . Саме цей мікрострумінь переносить 
деяку кількість теплоти, що виділяється під час колапсу, до поверхні 
твердої частинки, а також спричиняє виділенню додаткової кількості 
теплової енергії внаслідок зіткнення з поверхнею твердої частинки – 
кінетична енергія мікроструменя частково перетворюється в теплову 
(частково – в механічну).   
Як відомо, із збільшенням температури у більшості випадків 
константа дисоціації зростає. Тому можна спрогнозувати, що з 
підвищенням температури поверхні частинки рівновага процесу дисоціації 
поверхневих молекул кальцію гідроксиду зростатиме, а відтак 
збільшуватиметься значення ζ–потенціалу.   
Із часом в системі, яку піддають дії УЗ-випромінювань,  
встановлюється динамічна рівновага. Вона зумовлена тим, що на поверхні 
твердого Са(ОН)2 переважно знаходитимуться іони Са(ОН)+ та Са2+, що 
належать як кристалічній гратці, так й адсорбовані з розчину, а іони ОН– 
завдяки значно більшій рухливості дифундуватимуть в об`єм рідкої фази. 
Однак навколо твердої частинки існує межовий ламінарний шар рідини, то 
в ньому відбувається поступове накопичення іонів ОН-. Це спричинятиме 
зміщення рівноваги ліворуч. Відтак у системі виникає динамічна рівновага, 
яка зумовлює формування міцели на основі кальцію гідроксиду. 
а б 
 
 
 
 
 
 
1   2   3         4                             1    5    6      8 
 
 
 
 
 
 
1 – частинка кальцію гідроксиду; 2 – поверхня частинки; 3 – 
кавітаційна каверна; 4 – напрям дії гідростатичних сил; 5 – ювенільна 
поверхня; 6 – часточки кальцію гідроксиду; 7 – кумулятивний струмінь; 8 
– деформована каверна 
Рисунок 3.5 - Схема кавітаційного руйнування твердої частинки 
Аналіз змін властивостей дисперсної системи в часі із збільшенням 
тривалості акустичного оброблення, які наведені вище, дав змогу виділити 
окремі стадії формування міцели на основі Са(ОН)2: 
І – утворення ядра за механізмом подрібнення грубо дисперсних 
частинок в кавітаційному полі; 
ІІ – утворення шару потенціалтвірних іонів внаслідок поверхневої 
дисоціації Са(ОН)2; 
ІІІ – завершення побудови міцели: утворення моношару протиіонів 
та дифузійних іонів. 
Тому в дисперсній системі кальцію гідроксид – вода  виникає на 
межі поділу фаз ПЕШ (подвійний електричний шар). Поява поверхневого 
заряду часточок проходить за рахунок дисоціації поверхневих ОН–груп 
важкорозчинного Са(ОН)2. Ці шари розміщені на поверхні іонів Са(ОН)+, 
що утворюють заряд, створюють внутрішню обкладку ПЕШ. Вони 
покриваються такою самою кількістю протилежно заряджених іонів, що 
встановлюють зовнішню обкладку шару. Зовнішня обкладка ПЕШ 
складається з двох зон: густа частина  з моношару протиіонів ОН–, що 
знаходяться саме на поверхні, та дифузійна, що складається з протиіонів 
ОН–, які не ввійшли у моношар.  
Схематичне зображення міцели на основі кальцію гідроксиду 
наведено на рис. 3.6. 
  
Рисунок 3.6 - Схематичне зображення міцели кальцію гідроксиду та 
розташування ювенільних ділянок на частинці Са(ОН)2 
Вона складається з ядра, утвореного нерозчинним кальцію 
гідроксидом mСа(ОН)2, і зв’язаних з ним  шаром поверхневих 
потенціалтвірних іонів nСа(ОН)+, у результаті чого колоїдна частинка 
набуває позитивного заряду. Іони [(n–x)ОН–], які входять до складу 
частинки, формують щільну частину подвійного електричного шару 
(ПЕШ), тобто адсорбційний шар (шар Штерна), решта гідроксид-іонів 
(xОН–) утворюють дифузійну частину ПЕШ (шар Гуі), а разом з колоїдною 
частинкою – міцелу золю кальцію гідроксиду (3.7). 
                                                                                                                 
ядро (3.7) 
{[m Са(ОН) ].
2 n Са(ОН)+.(n-x) ОН–)}+.x ОН–]  
колоїдна ча стинка   
міцела 
 
 
 
 
 
3.3 Результати експерименту по калориметричному дослідженню 
теплопродуктивності кавітатора 
 
3.3.1 Дослідження процесу нагрівання води 
 
Таблиця 3.1   Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1 
                         (з вібратором 1) 
Час, хв Температура води, що Кількість витраченої 
нагрівається  (об`єм 296 дм3), °С електричної енергії, кВт-год 
0 19 0 
14 20,5 0,9 
25 22 1,6 
34 23,5 2,3 
44 25 2,8 
54 26,5 3,3 
64 27,5 4,0 
74 28,5 4,5 
84 30 5,2 
Примітка:  =1год 44 хв; Т = 13°С; Е =6,3 кВт-год; 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 
71,02%; 
Ефективністьь виробництва тепла з повним урахуванням 
тепловитрат 108,95%; 
Діаметр отворів діафрагми, що розсікає, 8 мм 
 
Таблиця 3.2  Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1 
                       (з вібратором 2) 
Час,хв Температура води, що Кількість витраченої 
нагрівається  (об`єм 296 дм3), електричної енергії, кВт-год 
°С 
0 32 0 
10 33 0,6 
20 34 1,2 
25 34,5 1,4 
40 36 2,3 
45 37 2,7 
Примітка:  = 45 хв; Т = 5°С; Е =2,7 кВт-год; 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 
63,74%; 
Ефективність виробництва тепла с повним урахуванням тепловитрат 
82,3%; 
Без розсікаючої діафрагми. 
 
Таблиця 3.3  Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1 
                           (з вібратором 3) 
Час,хв Температура води, що Кількість витраченої 
нагрівається  (об`єм 296 дм3), °С електричної енергії, кВт-год 
0 23 0 
10 25 0,75 
20 26 1,3 
30 27 1,9 
40 28 2,5 
51 30 3,35 
60 31 3,75 
71 32 4,5 
80 33 4,65 
90 34 5,2 
100 35 5,8 
110 36 6,55 
120 37,5 6,95 
130 39 7,55 
140 40 8,15 
Примітка:  =2год 50 хв.;  Т = 20°С;  Е =9,95 кВт-год; 
Ефективність виробництва тепла  без урахування тепловитрат 
74,40%; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням тепловитрат 
108,53%; 
Діаметр отворів розсікаючої діафрагми 5 мм. 
 
Таблиця 3.4  Дані нагрівння води за допомогою ТеНа  
                           потужністтю 1 кВт. 
Час,хв Температура води, що Кількість витраченої 
нагрівається  (об`єм 296 дм3), °С електричної  енергії, (кВт-год) 
0 21 0 
60 22 1 
120 23,5 1,3 
157 24,5 2,1 
Примітка:  =2год 37 хв; Т = 3,5°С; Е =2,1 кВт-год; 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 
57,36%. 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням тепловитрат 
90,03% 
 
Основний висновок першої серії досліджень –ефективність генерації 
теплової енергії більше 100% витраченої електричної енергії. 
За результатами експериментів енергетична ефективність даної 
установки перевищує  110% (похибка експерименту 3-5%). 
 
3.3.2 Дослідження впливу хімічних добавок та конструктивних елементів 
 
Найбільш характерні дані експериментальних серій та розрахункові 
величини надано у таблицях 3.5  3.9. 
 
Таблиця 3.5  Експериментальні дані з тепловиділення на SB1 
                          (з вібратором 3)  дослід №1. 
Час, Температура води, що нагрівається   Кількість електричної енергії, 
(хв)  (объєм води 250дм3), °С що витрачено, кВт-год 
1 2 3 
0 14 0 
20 16 1,0 
30 18 1,8 
50 20 2,7 
Продовження таблиці 3.5 
1 2 3 
60 22 3,3 
75 24 4,1 
83 25 4,8 
105 28 5,6 
130 30 6,9 
150 32 7,9 
170 34 8,8 
180 36 9,4 
 =3години; Т = 22°С; Е =9,4 кВт-год; m=4,5 дм3; а=0,002 град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахуванням тепловитрат 68,1 %; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням тепловитрат  
99,5%. 
Без діафрагми  
 
Таблиця 3.6  Експериментальні дані з тепловиділення на SB1 
                          (з вибратором 3) досліід 2  
Час  Температура води, що нагрівається  Кількисть електричної енергії, 
(хв.) (объєм води 250дм3),°С що витрачено, кВт-год 
1 2 3 
0 20 0 
16 23 1,0 
30 25 1,65 
45 26 2,4 
60 29,5 3,15 
75 30 4,05 
100 33 5,05 
120 35 6,2 
140 36,5 7,2 
150 37 7,7 
170 39 8,8 
180 40 9,6 
 =3години; Т = 20°С; Е =9,6 кВт-час; m=4,5 дм3; а=0,0018 град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловтрат 60,6%; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням  тепловтрат 
91,3 %. 
 Діафрагма, діаметр отвору 8 мм 
 
Таблица 3.7  Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1 
                          (з вібратором 3) дослід 3 (барботаж повітря) 
Час Температура нагрівання води Кількість електричної енергії, 
(хв) (объєм води 250дм3),°С що витрачено, кВт-час 
0 21 0 
10 23 0,35 
30 25 0,9 
50 28 2,5 
60 30 3,1 
75 31 3,7 
90 32 4,6 
100 33 5,0 
120 35,5 6,1 
150 38,5 7,5 
170 40 8,6 
180 40,5 9,2 
 =3години; Т = 18,5°С; Е =9,2 кВт-час; m=4,5 дм3;а=0,0017 град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахуванням тепловтрат 58,5%; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням  тепловтрат  
 90,6 %;  барботаж повітря; діафрагма, діаметр отвору 8 мм. 
 
Таблица 3.8  Експериментальні дані з тепловиділення на SB1 
     (з вібратором 3) дослід 6 (на виході з теплогенератора;  
      насадка із струн, в середині діафрагма виконана у  
    вигляді комплексу з 21   трубки розташованих  по 
спіралі) 
Час  Температура  води, що нагрівається Кількість витраченої 
(хв.) (объєм води 250дм3), °С електричної енергії, кВт-год 
0 22 0 
20 25 0,9 
30 26,2 1,6 
50 29 2,6 
60 30 3,0 
100 34 4,9 
120 36 6,1 
140 37,5 6,9 
180 41 9,1 
 =3годин; Т = 21,0°С; Е =9,1 кВт-час; m=4,5 дм3; а=0,0019 град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахуванням тепловтрат 67,2 %; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням  теплвтрат  
 99,6 %; барботаж повітря, спеціальна діафрагма 
Таблица 3.9  Експериментальні дані з тепловиділення на SB1 
                     (з вібратором 3) дослід 8 (добавка гідроксиду кальцію 1,5 
кг            
                      на 250 дм3) 
Час  Температура  води, що нагрівається Кількість витраченої 
(хв) (объєм води 250дм3),°С електричної енергії, кВт-год 
1 2 3 
0 20 0 
20 22 1,0 
40 25 2,0 
60 27,5 3,3 
80 30 3,8 
100 32 4,7 
120 34 5,7 
140 36 6,7 
160 38,5 7,7 
180 41 8,4 
 =3години; Т = 21°С; Е =8,4 кВт-час; m=4,5 дм3; а=0,0019 град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловтрат 72,7%; 
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням  тепловтрат  
 107,8 %;  барботаж повітря. 
 
1.Додавання гідроксиду кальцію збільшує величину 
енергоефективності більше ніж 100%, що погоджується з теоретичнимит 
положеннями попереднього звіту з даної теми. 
2.Для виключення впливу випаровування необхідно зробити схему 
герметичною і підняти робочий тиск до 0,6 Мпа; 
3.Вібратор повинен мати спеціальну «гнучку» конструкцію для того, 
щоб забезпечити надійний резонанс. 
 
Таблиця 3.10  Експериментальні дані  тепловиділення на SB1. 
                      (Вібратортрезубець, добавка гідроксиду кальцію  
5,1кг, 
                     діафрагмаплоска пластина з 30ти отворами та гострими 
краями.  
Час Температура води, що нагрівається, °С Кількість витраченої 
(хв) (об`єм води 250 дм3) електричної енергії, кВт-год. 
1 2 3 
0 22 0 
20 24 1,0 
Продовження таблиці 3.10 
1 2 3 
40 27,5 2,1 
60 30 3,0 
80 33 3,9 
100 35 4,8 
120 38 5,8 
 =2год; Т = 16°С; Е =5,8 кВт-год; m=4,5 дм3; а= 0,0022град/с. 
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 80,3 %. 
Ефективність виробництва тепла с повним урахуванням тепловитрат 
111,1%. 
 
Додавання гідроксиду кальцію викликає збільшення 
енергоефективності, що можна пояснити процесом формування лінійної 
структури води під дією полімерної структури рідкого скла.  
Вуглекислий газ менш ефективний ніж повітря. Парамагнітна 
молекула кисню сильніше впливає на ентропічні процеси в рідині і, 
аналогічно парамагнітний іон двовалентного заліза, що підтверджують 
експериментальні дані підрозділу. 
Для виключення складного характеру впливу випаровування систему 
необхідно зробити герметичною і підняти робочий тиск до 0,6 МПа. 
Встановлено, що конструкція вібратора, устрою гальмування і 
діафрагми складним чином впливають на процес кавітації 
 
3.4 Дослідження процесу реаґентного очищення промислових стічних 
вод 
 
3.4.1 Дослідження реаґентного очищення стічних вод 
 
Стічні води містять речовини жирного ряду, дисперговані в рідині. 
Тому логічно передбачити, що їх вилучення з розчиненого стану може 
бути досягнуте внаслідок утворення нерозчинних солей, зокрема 
кальцієвих. Ці сполуки повинні б утворювати осад, який можна було б 
відносно легко виділити із стічних вод. Тому досліджували вплив сполук 
кальцію на утворення осаду та величину ХСК після додавання реаґентів. 
Як кальцієвмісні сполуки використовували кальцію гідроксид, 
кальцію оксид та кальцію хлорид.  
Кальцію гідроксид і кальцію оксид після додавання до стічних вод 
утворюють гетерогенну систему, оскільки у рідкій фазі вони утворюють 
суспензією гідратованого кальцію оксиду СаОnН2О. Перевагою 
застосування цих реагентів є те, що тверді частинки можуть відігравати 
роль центрів коагуляції при використанні коагулянтів та флокулянтів. 
Головним недоліком застосування цих двох реаґентів є порівняно 
невисокий ступінь використання кальцію оксиду, тому що він 
характеризується низькою розчинністю – 1,5 г/дм3. 
Кальцію хлорид є добре розчинною сполукою, тому ступінь його 
використання повинен бути максимальним. Внаслідок утворення 
малорозчинних солей кальцію варто очікувати утворення дисперсної фази, 
яка і повинна надалі відігравати роль центрів коагуляції. 
Встановлено, що застосування кальцію хлориду практично не 
зменшує величини ХСК – його значення практично дорівнює початковому 
(в межах похибки аналізу). 
Встановлено, що додавання кальцію оксиду у вигляді твердої 
речовини безпосередньо до стічних вод є менш ефективним, ніж 
застосування розчину кальцію гідроксиду – вапняного молока. Так, 
введення до 200 см3 “світлих” стічних вод з початковим рН 10,2 2 г 
Са(ОН)2 та еквівалентну йому кількістю розчину (10 см3 20 %-ого розчину) 
за однакових умов (інтенсивного перемішування протягом 15 хв., 
тривалості пластівцеутворення 60 хв., відділення осаду фільтрацією через 
фільтрувальний папір “синя стрічка”) забезпечують зменшення величини 
ХСК відповідно від 1450 до 800 і 680 мгО /дм3
2 . Це можна пояснити тим, 
що після введення твердого Са(ОН)2  одночасно відбувається його 
гідратація та хемосорбція на ньому розчинених органічних сполук. 
Внаслідок гідратації утворюється деяка кількість розчиненого кальцію 
гідроксиду, яка перебуває в рівновазі з твердим Са(ОН)2 . Оскільки надалі 
спостерігається утворення грубих зависів, то це означає, що швидкість 
гідратації є більшою, ніж хемосорбції. У випадку застосування суспензії 
кальцію гідроксиду до стічних вод вводять гідратований кальцію оксид та 
деяка кількість розчинного кальцію гідроксиду, яка утворилась під час 
розчинення Са(ОН)2  у воді. Це й забезпечує більший ступінь зв`язування 
розчинних органічних сполук у вигляді малорозчинних сполук кальцію.  
На підставі отриманих результатів дійшли висновку, що в подальших 
дослідженнях серед кальцію оксиду та кальцію гідроксиду доцільніше 
використовувати другий реаґент. 
Встановлено, що попереднє акустичне оброблення суспензії Са(ОН)2  
дає більший ефект, ніж озвучування реакційного середовища, отриманого 
додаванням реаґенту до стічної води. Це можна пояснити тим, що в 
першому випадку концентрація Са(ОН)2  є значно більшою, ніж у 
реакційному середовищі (після додавання до реаґентів), через це тверді 
частинки частіше опиняються у кавітаційній області, де й відбувається їх 
часткове руйнуваннята активація. 
У результаті ступіньів перетворень Са(ОН)2 стає значнішим. Це 
підтверджує висновок про доцільність  активування суспензії Са(ОН)2 
практично до подаванням її до СВ, сформульований за результатами 
досліджень роботи гідродинамічного кавітатора. 
 
Таблиця 3.11 Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на 
величину 
                   ХСК стічних вод при їх очищенні суспензією кальцію 
оксиду 
                  (ХСК 3
0=60 мгО2/дм , тривалість процесу 20 хв) 
Вміст ВЕЛИЧИНА ХСК, мгО2/дм3 /  СТУПІНЬ ОЧИЩЕННЯ, % 
Са(ОН)2 Перемішування Озвучування Попереднє 
у стічних стічних вод з озвучування 
водах, % без озвучування реагентом суспензії СаО  
1 проба  Са(ОН)2 (гідродинамічна кавітація)  
2,5 395  /  14 250  /  37 155  /  61 
 
5,0 315  /  31 230  /  42 95  / 76 
 
7,5 230  /  50 125  /  68 70  /  85 
Пр
10,0 215  /  53 115  /  71 55  /  86 
2 проба  Са(ОН)2 (гідродинамічна кавітація) 
2,5 380  /  17 190  /  59 90  /  77 
5,0 210  /  54 155  /  66 75  /  81 
7,5 175  /  62 130  /  72 50  /  87 
10,0 145  /  68 115  /  75 35  /  91 
одовження таблиці 3.10 
 
 
 
Як видно із табл. 3.12. за вищих початкових значень ХСК стічних 
вод ефективність кавітаційного оброблення реакційної системи із 
використанням кальцію гідроксиду зростає. Це можна пояснити, 
опираючись на попередні висновки про дію активованого в кавітаційному 
полі кальцію гідроксиду як коагулянта. 
 
Таблиця 3.12.Порівняння ступенів очищення стічних вод хімічного 
підприємства різними методами (ХСК0 = 6940 мгО2/дм3) 
Методи очищення Величина ХСК, Ступінь 
мгО/дм3 очищення, 
% 
Реагентне із застосуванням Са(ОН)2 1505 78,31 
Реагентне із застосуванням Са(ОН)2 та 540 93,23 
кавітаційного активування 
Механічне (піщаний фільтр) 2975 57,13 
Флотаційне 1960 71,76 
Комбіноване (флотація + фільтрування) 1780 74,35 
 
3.4.2 Дослідження впливу кавітації на інтенсивність коагуляції 
аеробного мулу 
 
Застосування реаґентного методу очищення стічних вод 
м’ясопереробного підприємства та його інтенсифікація в кавітаційних 
полях дає змогу істотно покращити показники технологічного процесу. 
Однак за дуже великих (понад 10 тис.) початкових значень ХСК стічних 
вод реагентним методом забезпечити очищення стічних вод до 
нормативних показників практично неможливо. У такому разі необхідна 
організації стадії біологічного аеробного доочищення стічних вод. Окрім 
стадії власне біологічного окиснення органічних забруднювачів важливою 
є стадія відділення аеробного мулу. Швидкість осадження мулу визначає 
об’єми технологічного обладнання, що відповідно впливає на собівартість 
очищення. 
Після кавітаційного оброблення стічних вод інтенсивність 
седиментації аеробного мулу є більшою, ніж у випадку необроблених 
стічних вод рис. (3.8). 
 
5
4 1
3 2
2
1
0
0 5 10 15 20 25 30
t, хв.
 
1– попередньо оброблені стічні води; 2– стічні води без 
попереднього оброблення; L – висота освітленого шару води, см; t – 
тривалість осідання, хв. 
Рисунок 3.8 - Динаміка осідання активного мулу 
 
Установлено також, що під час аерування побутових стічних вод з 
активним мулом зміна ХСК стічних вод у разі їх попереднього оброблення 
в гідродинамічному кавітаторі є більшою. Так через 1,0 год. аерування 
(біологічного очищення) значення ХСК попередньо оброблених стічних 
вод дорівнює 130, а необроблених – 175 мгО2/дм3 (рис. 3.9). 
 
330
280
230
180 1
130 2
80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
t, год
 
ХСК, мгО /дм32 L, см
1– без попереднього оброблення; 2– попередньо оброблені у 
гідродинамічному кавітаторі; t – тривалість аерації, хв. 
Рисунок 3.9 - Залежність ХСК від часу аерування стічних вод з 
активним мулом (біологічного очищення) 
 
Надалі зміна ХСК в обох випадках відбувається практично однаково. 
Найімовірніше це пояснюється тим, що внаслідок кавітаційного 
оброблення частина органічних забруднювачів руйнується й стає легше 
асвоюваною мікроорганізмами біоценозу біореактора. Після їх 
використання швидкість біологічного окиснення органічних сполук, які в 
кавітаційному полі не зазнали змін, в обох випадках вирівнюється. 
4 ВИБІР КОНСТРУКЦІЇ АПАРАТА 
 
4.1 Теоретичні положення теплотехнічних розрахунків 
 
Ефективність виробництва теплової енергії визначається формулою: 
 
SE = (QT/EЭ) 100%,      (4.1) 
 
де, SE – ефективність виробництва теплової енергії, % ; 
      QT – кількість теплової енергії, що виробляється, Дж; 
      EЭ – кількість електричної енергії, що використовується, Дж. 
 
Кількість теплової енергії, що виробляється визначається за 
наступною формулою: 
QT = Qн.в. +  Qтепл.витр.,      (4.2) 
 
де,Qн.в. – теплота нагрівння води, Дж; 
     Qтепл.витр. – теплові витрати (конвекція, випаровування, Дж. 
 
Теплота нагрівання води визначається за формулою: 
 
Qн.в.  =Своди Т M,      (4.3) 
 
де, Своди – теплоемність води, Дж/градкг; 
     Т – різниця температур, град; 
     M – маса води, що нагрівається, кг. 
 
Тепловитрати визначаються двома компонентами: тепловими 
витратами на випаровування та конвективні теплові витрати. 
Теплові  витрати на випаровування визначаються за формулою:  
Qвип.. =   Н параутв.m     (4.4) 
де, Qвип.. – теплота випаровування води, Дж; 
      Нпараутв.   питома теплота параутворення води, Дж/кг; 
     m  кількість води, що випарувалася, кг. 
Конвективні теплові витрати визначаються за формулою: 
 
Qкон.= К S T  ,     (4.5) 
де, Qкон  конвективні теплові витрати, Дж; 
       S  площа,що охолоджується, м2; 
     T  різниця температур, град; 
        год., с; 
     К  коефіцієнт теплопередачі. Дж/м2 с град. 
У випадку зміни температури під час процесу теплопередачі 
(температура змінюється лінійним чином від температури формула (4.5) 
перетворюється у  формулу: 
Qкон.= 2К S a  ,                                                (4.6) 
 
де, а – коефіцієнт пропорційності, що вимірюється експериментально, 
град/с.  
У випадку теплопередачі “стінка-повітря” коефіцієнт К чисельно 
дорівнює 30 Дж/м2сград. Тоді: 
1 кВт-год =3,6106 Дж;  
S= 7,1м2; 
 Н пароб=2355 кДж/кг; Своды =4186,8 Дж/кг.град. 
 
 
 
 
 
4.2 Скляна модель кавітатора 
 
Було виготовлено скляну модель і на ній проведені дослідження 
шляхом введення барвників з  отримання характеру  руху рідини  
всередині теплогенератора  (див. рисунки 4.1  4.2). 
Було встановлено, що рідина має два спіральних напрямки, які 
обертаються в різні сторони: центральноосіве та периферичне. Важливо 
відмітити, що дане структурування руху рідини спостерігається при 
значних швидкостях руху рідини. При малих швидкостях структурування 
не спостерігається. 
 
Рисунок 4.1  Дослідження теплогенератору скляного типу 
 
 
Рисунок 4.2  Дослідження розмірів вхідної улітки теплогенераторі  
                          скляного типу 
 
Оцінка результатів обробки отриманих експериментальних даних 
Результати проведених досліджень дають підстави стверджувати 
наявність протікання теплотворних процесів різної інтенсивності в 
вихровому потоці рідини за певних умов, що значно полегшує оцінку 
конструктивних рішень при проектуванні чи виборі ТТР конкретного типу. 
Крім того, отримані теоретичні узагальнення в області аналізу і синтезу 
вихрових гідросистем можуть бути використані для уточнення розрахунків 
робочих параметрів діючих установок. 
Визначено коло факторів, що впливають на фізичні процеси 
теплоутворення в ТТР. До таких факторів належать зокрема:  
- швидкість руху потоку рідини в момент вихроутворення; 
- величина тиску в напірній лінії гідросистеми; 
- наявність вихорів різної форми та направленості; 
- інтенсифікація гідродинамічної кавітації в момент гальмування 
потоку; 
- неоднорідність структури вихрового потоку в зоні прискорення; 
- радіальна стратифікація вихрового потоку рідини по осі 
завихрення; 
- регульоване коливання тиску на вході в зону вихроутворення. 
Вагомість зазначених факторів має різне значення для інтенсивності 
теплоутворення вдосконаленої конструкції ТТР на сталих номінальних 
режимах роботи насосної установки. 
Прискорення руху рідини в процесі вихроутворення збільшує 
ступінь дисипації гідродинамічної енергії потоку. Позитивний вплив 
прискорення на вказаний процес спостерігався як при аксіальному 
вихроутворенні в прискорювачі, так і при модуляції торовидних вихорів в 
його канавках. 
Вплив статичного тиску в гідросистемі позначається на роботі ТТР 
тільки через залежність від величини витрати та відповідної швидкості. Як 
відомо, дана залежність характерна для відцентрових насосних установок і 
виражена в паспортній характеристиці насосу. 
Коливання гідродинамічного тиску досліджуваної інтенсивності не 
призводить до суттєвої зміни характеру нагріву води в установці через, 
очевидно, надто низьку амплітудно-частотну характеристику вимушених 
коливань. 
Направленість закручування аксіального вихору вздовж 
горизонтальної осі прискорювача за досліджуваних умов не позначається 
на величині теплоутворення в воді. 
Інтенсифікація гідродинамічної паро-газової кавітації у вихідних 
каналах ТТР з застосуванням в найбільш активних зонах вихроутворення 
статичних гальм пластинчатої форми є найбільш вагомим фактором для 
процесу дисипації енергії потоку в його теплову енергію. 
Примусове барботування потоку води повітрям призводить до 
нівелювання впливу кавітаційних явищ, а, відповідно, до зниження 
інтенсивності теплоутворення при роботі дослідної установки описаної 
конструкції. 
При створенні діючої моделі дослідної установки з ТТР нової 
конструкції виконано опрацювання на технологічність її окремих деталей 
та вузлів для умов дрібносерійного типу виробництва із застосуванням 
найбільш доступних конструкційних і інструментальних матеріалів. 
Виконана оцінка енергетичної ефективності теплоутворення в ТТР 
нової конструкції та визначено коефіцієнти перетворення енергії. 
Калориметричні дослідження ТТР вихрового типу нової конструкції не 
виявили аномального виділення теплової енергії в процесі її роботи.  
При проведенні порівняльних експериментів процесів 
теплоутворення в ТТР нової конструкції та нагріву електричними 
нагрівачами типу ТЕНу встановлено, що загальний коефіцієнт 
перетворення енергії останніх  склав в залежності від способу визначення 
кількості використаної електроенергії 0,95 та 0,99. Тоді як вказані 
коефіцієнти для ТТР визначені на рівні 0,84 та 0,9.  
Отримані показники роботи ТТР нової конструкції хоч і значно 
перевищують показники дослідної установки на базі трубки Ранке-Хільша, 
та за порівняльними дослідженнями поки що поступаються за своїми 
значеннями показникам енергетичної ефективності при застосуванні ТЕНу 
у якості джерела теплової енергії. 
Основні результати випробовувань запропонованих пристроїв 
наступні.  
Енергоефективність генерації теплової енергії більше 100% від 
електричної енергії, що використовується. 
Запропоновано три найбільш доцільних джерела додаткової енергії: 
енергія гальмування, яка виникає за рахунок ефекта Коріоліса; енергія 
взаємодії магнітного поля з рідиною (водою), що обертається та енергія, 
яка виникає за рахунок деструкції і синтезу гідратних кластерів при 
супутніх кавітаційних явищах; енергія «термоядерного синтезу», що 
виникаї під дією складного комплексу факторів, пов`язаних з процесами 
кавітації та руху обертання. 
Як показали оціночні підрахунки, вплив Коріолісових сил на 
енергетику процесів досліджуваних масштабів малі і не перевищують 
0,01%, що дозволяє на фоні експериментальних похибок (510%) 
генерацію додаткового тепла за рахунок обертання Землі у теплогенераторі  
відкинути. 
Вірогідність протікання «холодного термоядерного синтезу» 
(існуюча теорія) при даних умовах не можлива: процес підвищення 
радіоактивності води при дослідженнях не спостерігається. 
Найбільш вірогідним джерелом додаткової енергії є енергія взаємодії 
магнітних полів з водою та енергія, що виникає за рахунок деструкції і 
синтезу гідратних кластерів при супутніх кавітаційних явищах. 
Вода і деякі інші воденьвміщуючі сполуки утворюють водневі 
зв`язки. Величина енергії  зв`язків змінюється в межах від 0,10,35 еВ 
(9,628,8 КДж/моль). 
Можна зробити припущення, що для води величина енергії водневих 
зв`язків також міняється в деяких межах. Якщо вода достатньо спокійно 
рухається (або не рухається), то утворюєтьс велика полімерна структура, 
яка складається з ланцюжків та асоціатів молекул води. При цьому 
характер упорядкованості даної просторової структури може 
обумовлюватися складною взаємодією ядер елементів, які мають спин та 
електрони із магнітними полями. Відомо, що величини енергетичної 
взаємодії (особливо ядерних спинів) дуже малі. Спини електронів, що 
знаходяться на одній атомній або молекулярній орбіталі сумуються і 
взаємно компенсуються. 
Тому валентнонасичені частки не мають момента, обумовленого 
спин елекронами. Все ж вони взаємодіють з магнітним полем за рахунок 
часткової магнітної полярізації електронних хмарин молекул. Особлива 
роль взаємодії з магнітним полем може бути з парамагнітними частками 
іонами, радикалами та іншими анологічними утвореннями. При утворенні 
полімерної структури води під дією магнітного поля відбувається ії 
упорядкування. Ентропія системи зменшується і тим самим в системі 
відбувається збільшення вільної енергії Гіббса. Коли вода надходить в 
зону сильного пермішування, окрім великою турбулентності створюються 
умови для кавітаційних процесів. В результаті цього просторова 
упорядкована структура води руйнується і вільна енергія Гіббса, 
накопичена водою у спокійній зоні, виділяється у вигляді тепла. Крім того, 
при протіканні кавітації у кавітаційному пухирці в момент коли пухирець 
лопається  розвиваються великий тиск та високі температури, а це в свою 
чергу приводить до генерації парамагнітних часток (радикалів, іонів тощо), 
які можуть впливати на процес магнітної взаємодії структур водних 
асоціатів на спокійному участку руху води в системі. 
Наведені положення дозволяють зробити висновок, що пристрій з 
енергоефективністю більше 100% є тепловим насосом, а теплогенератор 
Потапова його специфічною формою. 
Прийнято два варіанти схем для гарячого водозабезпечення та 
опалення.  
На рисунках 4.3 та 4.4 наведено монтажні креслення пілотної 
установки  SB-1. 
 
Рисунок 4.3  монтажне креслення пілотної установки  SВ-1 
 
Рисунок 4.4  монтажне креслення пілотної установки  SВ-1 
 
4.3 Визначення коефіцієнту перетворення електричної енергії в 
теплову енергію при роботі ТТР нової конструкції 
 
Використавши отримані експериментальні дані, попередньо 
визначено тепловий енергетичний баланс експерименту та коефіцієнти 
перетворення електричної енергії, що споживалася насосною установкою з 
електромережі, в теплову. 
Потужність W, що споживалася електродвигуном насосної установки, 
визначалася за середніми арифметичними за час експерименту значеннями 
струму Іф та напруги  Uф для однієї фази трифазного асинхронного двигуна 
за формулою, Вт: 
 
W=3Uф ІфCos=3227,66,070,9=3,73103,    (4.7) 
 
де Uф = 227,6 – середнє арифметичне значення напруги в 
контрольованій фазі, В; 
Іф =6,07 – середнє арифметичне значення сили струму в 
контрольованій фазі, А; 
Cos =0,9 – за паспортом електродвигуна. 
Спожиту за час експерименту кількість електричної енергії Qе 
визначено із співвідношення, Дж: 
 
Qе=Wt=373014400=53,71106,     (4.8) 
де t =14400– час експерименту, с. 
 
Перетворення електричної енергії в теплову протягом експерименту 
відображено в наступному балансі, Дж: 
 
Qе=Qв+Qб+Qтр+Qнас+Qдв+Qпл+Qпов+Qінш, ,   (4.9) 
де Qв – теплова енергія води; 
Qб – теплова енергія баку; 
Qтр – теплова енергія трубопровідних елементів; 
Qнас - теплова енергія відцентрового насосу; 
Qдв - теплова енергія електродвигуна; 
Qпл - теплова енергія плити основи насосної установки; 
Qпов – теплова енергія потоку повітря, що віднесена вентилятором 
електродвигуна; 
Qінш – тепловтрати в навколишнє середовище. 
 
Кількість виробленої теплової енергії, що акумульована в нагрітій 
воді Qв знайдено за формулою, Дж: 
Q 6
в=mвCв(T2-T1)=167 4190(73-25)=33,5910 ,   (4.10) 
де mв=167 – маса нагрітої води, кг; 
Cв =4190 – питома теплоємність води, Дж/кгград; 
T2=73 – кінцева температура води, С; 
T1=25 – початкова температура води, С. 
 
Теплова енергія баку Qб, Дж: 
 
Qб=mбСст(Т2-Т1)=32460(73-25)=0,71106,   (4.11) 
 де mб=32 – маса баку, кг; 
Cв =460 – питома теплоємність сталі, Дж/кгград; 
T2=73 – кінцева температура баку, С; 
T1=25 – початкова температура баку, С. 
 
Теплова енергія трубопровідних елементів Qтр, Дж: 
 
Qтр= mтрСст(Т2-Т1)=40460(73-25)=0,88106,   (4.12) 
де mтр=40 – маса трубопроводів, кг. 
 
Теплова енергія відцентрового насосу Qнас, Дж: 
 
Qнас=m 6
насСст(Т2-Т1)=43460(73-25)=0,9510 ,   (4.13) 
де mнас=43 – маса насосу (за паспортом), кг. 
 
Теплова енергія електродвигуна Qдв, Дж: 
Qдв=mдвСст(Т2-Т1)=32460(90-25)=0,96106,  (4.14) 
де mдв=32 – маса електродвигуна, кг; 
T2=90 – кінцева температура електродвигуна, С; 
T1=25 – початкова температура електродвигуна, С. 
Теплова енергія плити основи насосної установки Qпл, Дж: 
 
Qдв=mплСст(Т2-Т1)=150460(32-25)=0,48106,  (4.15) 
де mдв=150 – маса плити, кг; 
T2=32 – кінцева температура плити, С; 
T1=25 – початкова температура плити, С. 
Теплова енергія потоку повітря Qпов, що віднесена вентилятором 
електродвигуна, визначалася за формулою, Дж: 
 
Qпов=VCпов(Твих-Твх).     (4.16) 
За умови визначення об’єму повітря V, що продувався вентилятором 
електродвигуна за час експерименту через діаметр всмоктувального 
патрубку D, та середню швидкість потоку v, формула набуває виду: 
 
Qпов=D2vtCпов(Твих-Твх)/4=     (4.17) 
=3.14*0.1723.2514400*1300(34-26)/4=11,04106, 
де D=0,17 – діаметр всмоктувального патрубку, м; 
Твих= 34 - температура вихідного потоку повітря С; 
Твх =26 – температура вхідного потоку повітря, С; 
v=3,25 - середню швидкість потоку повітря, м/с; 
Cпов = 1300 - питома теплоємність повітря, Дж/кгград. 
 
Таким чином величина контрольованих витрат теплової енергії Qт 
визначена із співвідношення, МДж: 
Qт= Qв+Qб+Qтр+Qнас+Qдв+Qпл+Qпов=   (4.18) 
=33,59+0,71+0,88+0,95+0,96+0,48+11,04=48,61. 
Коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову енергію води 
Кв знаходимо за відношенням: 
Кв=Qв/ Qе=33,59/53,71=0,63.    (4.19) 
Загальний коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову 
енергію установки Кт знаходимо за відношенням: 
Кт=Qт/ Qе=48,61/53,71=0,9.    (4.20) 
За умови використання трифазного лічильника кількість спожитої 
електричної енергії Qе складала, Дж: 
 
Qе=Wt=1000Еt/t1=100016,114400/4=57,96106,   (4.21) 
де Е=16,1 – покази лічильника, кВтгод; 
t1=4 – час роботи електродвигуна, год. 
 
Таблиця 4.3 – Розподіл енергії  в тепловому балансі експерименту 
Співвідношен
Позначення в Величина, ня в балансі 
  
розрахунках МДж (округлено), 
% 
Кількість електроенергії, 53,71 
Qе 100 
взятої з мережі (57,96) 
Кількість теплової енергії, в 
Q  33,59 62 (57) 
в
воді 
Кількість теплової енергії, 
Q  0,71 1 (1) 
б
витрачена на нагрів баку 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів Q  0,88 2 (2) 
тр
трубопроводів 
Кількість теплової енергії, 
Q  0,95 2 (2) 
нас
витрачена на нагрів насосу 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів Q  0,96 2 (2) 
дв
електродвигуна 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів плити Q 0,48 1 (1) 
пл 
основи 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на повітряне Q 11,04 21 (19) 
пов 
охолодження установки 
Кількість теплової енергії в 
Q  5,1 (9,35) 9 (16) 
інш
неконтрольованих витратах 
Коефіцієнт перетворення 0,63 (0,58) 
К  (К  )  
енергії для води в в
Коефіцієнт перетворення 0,9 (0,84) 
К  (К )  
енергії для установки т т
 
Коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову енергію води 
Кв для випадку використання лічильника склав: 
Кв=Qв/ Qе=33,59/57,96=0,58.    (4.22) 
Загальний коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову 
енергію установки Кт у цьому випадку знаходимо за відношенням: 
 
Кт=Qт/ Qе=48,61/57,96=0,84.    (4.23) 
 
Як видно з результатів  обчислень розбіжність між коефіцієнтами 
перетворення електричної енергії в теплову енергію установки лежить у 
межах 6,7 %, що обумовлено, на наш погляд, недостатньою точністю 
показань приладів. 
Проведений аналіз розподілу теплової енергії при роботі ТТР нової 
конструкції показує, що до 63% тепла акумульовано в воді. Значна частина 
теплової енергії (до 21%) розсіювалася в просторі приміщення 
безпосередньо від насосної установки шляхом її примусового повітряного 
охолодження. Неконтрольовані втрати  електричної енергії (до 16%) мають 
різну фізичну природу і мають бути досліджені окремо. 
5  ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ 
 
Розроблена технологічна схема для очищення стічних вод, зображена 
на рис. 5.1. Вона призначена для забезпечення показників очищених 
промислових стічних вод до нормативних значень, за яких дозволяється 
скидання стічних вод у систему комунальних очисних споруд. 
Стічні води подають у пісковлавлювач 1, який одночасно відіграє 
роль збірної ємності, жировловлювача та, до певної міри, усереднювача, 
оскільки склад стічних вод, що утворюються навіть протягом однієї 
робочої зміни, коливається в дуже широких межах. Насосом 2 освітлені 
усереднені стічні води подають на фільтр попереднього очищення 3 для 
відділення зависей. Фільтр 3 належить до насипних, в якому фільтруючий 
шар сформований грубодисперсними частинками, наприклад, піском, або 
його сумішшю з деревними ошурками. Під час фільтрації на поверхні 
насипного шару формується намивний шар із дисперсних частинок, що 
перебували в стічній воді, а надалі фільтрація відбувається саме через 
намивний шар. 
Для забезпечення тривалої та безперервної роботи фільтра 3 без 
заміни фільтрувального матеріалу, поверхню насипного шару періодично 
або постійно (залежно від швидкості накопичення осаду) очищують 
механічним скребком. Осад накопичується та ущільнюється в зовнішньому 
корпусі фільтра 3; періодично його вивантажують з конусної частини 
зовнішнього корпуса.  
Очищену від завислих частинок стічну воду насосом 4 подають в 
ємність 5, де стічні води остаточно усереднюються. Тут стічні води 
перебувають до закінчення реаґентного оброблення стічних вод, що 
утворились напередодні. Оскільки малопотужні підприємства працюють в 
одну зміну, а здійснювати очищення денних стічних вод у другу, а тим 
паче, третю зміну є невигідно з економічної точки зору, то цю операцію 
найдоцільніше здійснювати наступного дня (в першу зміну). Протягом 
цього ж часу стічні води накопичують у ємності 5. 
З ємності 5 насосом 4 завдяки системі засувок усереднені стічні води 
подають у реактор 6, в якому суміщено власне реактор, кавітатор та 
флотатор, що необхідно для підвищення ефективності роботи реактора та 
зменшення капітальних витрат на спорудження очисних споруд для 
малопотужних підприємств. Відтак у реакторі 6 одночасно здійснюють 
декілька технологічних операцій, зокрема, реаґентне очищення стічних вод 
та флотацію.  
Реагент у вигляді 10…20 %-ої суспензії Са(ОН)2 (“вапняне молоко”) 
подають із ємності 7. Суспензію готують безпосередньо в ємності з 
мішалкою 7 змішуванням сухих кальцію оксиду або кальцію гідроксиду з 
очищеною в попередньому циклі стічною водою (використання 
нормативно очищених стічних вод для приготування реагентів дає змогу 
зменшити витрату свіжої води на 10…15 %).  
Перемішування реакційного середовища в реакторі 6 здійснюють за 
рахунок циркуляції розчину за допомогою циркуляційного насоса 9 та 
пневматичного перемішування внаслідок виділення бульбашок газу після 
проходження рідини через гідродинамічний кавітатор 10. Кратність 
циркуляції реакційного середовища (стічна вода-реаґент) через 
гідродинамічний кавітатор 10 дорівнює 4-6. Під час проходження 
середовища, що містить частинки кальцію гідроксиду, через 
гідродинамічний кавітатор 10 відбувається низка взаємозв`язаних 
позитивних з точки зору очищення стічних вод процесів: по-перше, 
диспергування частинок з виникненням ювенільних активних поверхонь; 
по-друге, зростає швидкість гетерогенного процесу взаємодії органічних 
сполук з кальцію гідроксидом з утворенням малорозчинних кальцієвих 
солей жирних кислот у вигляді осаду; по-третє, розблокування поверхні 
частинок кальцію гідроксиду від продуктів взаємодії поверхневих молекул 
кальцію гідроксиду з водорозчинними солями жирних кислот, що 
зумовлює зростання ступеня використання кальцієвмісного реаґенту; по-
четверте, активація частинок кальцію гідроксиду, які набувають заряду й 
відповідно проявляють властивості коагулянту; по-п`яте, утворення 
бульбашок газу – завдяки цьому в реакторі відбувається флотація 
малорозчинних частинок, які утворюють на поверхні рідини стійку піну.  
Для інтенсифікації коагуляції утворених в реакторі 3 частинок та 
нейтралізації середовища в реактор 6 дозують розчин феруму(ІІ) сульфату. 
20 %-ий розчин феруму(ІІ) сульфату готують у ємності з мішалкою 8 
розчиненням кристалогідрату феруму(ІІ) сульфату, який утворюється як 
додатковий продукт у низці технологічних процесів, в очищеній, як і у 
випадку приготування суспензії кальцію гідроксиду, стічній воді.   
Під час контактування з повітрям феруму(ІІ) сульфат частково 
окиснюється до феруму(ІІІ) сульфату. Унаслідок цього у водній фазі 
утворюється змішаний коагулянт (FeSO4-Fe2(SO4)3), який, як відомо, 
характеризується кращою здатністю коагулювати зависі, чим індивідуальні 
зазначені вище реаґенти-коагулянти. Завдяки гідролізу солей феруму(ІІ) та 
феруму(ІІІ) відбувається нейтралізація лужного середовища, що 
створюється внаслідок додавання реаґенту – вапняного молока. 
Утворена в реакторі 6 піна самоплином перетікає у фільтр 
періодичної дії 11, конструкція якого є аналогічною до фільтра 3. 
Фільтрування також здійснюють через піщаний або піщано-ошурковий 
фільтрувальний матеріал із попереднім створенням намивного шару. 
Головною відмінністю в роботі фільтра 11, порівняно із фільтром 3, є 
формування значно щільнішого (за рахунок наявності дисперсніших 
частинок, що утворюються під час аерації) намивного шару. Тому 
очищення поверхні намивного шару фільтра 11 необхідно здійснювати 
частіше, ніж у фільтрі 3, внаслідок збільшення частоти обертання 
скребкового механізму.  
Надалі фільтрат насосом 12 подають в біореактор 13, де 
відбуваються мікробіологічні процеси перетворення водорозчинних 
органічних сполук, внаслідок чого значення ХСК зменшується до 
нормативних показників. Аерацію середовища здійснюють за допомогою 
компресора (вентилятора середнього тиску) 14. Із сепараційної зони 
біореактора 13 надлишкову кількість активного мулу подають у відстійник 
17 двома потоками: незначну частину надлишкового мулу насосом 16 
подають у відстійник через гідродинамічний кавітатор 15, а основна 
кількість рухається прямим потоком. Оброблений у кавітаторі 15 
надлишковий мул руйнується й набуває властивостей коагулянту, тому у 
відстійнику 17 він відіграє роль біокоагулянта – швидкість й повнота 
осадження дисперсних частинок у відстійнику при цьому різко зростає.  
Очищена стічна вода із відстійника 17 самоплином надходить у 
збірну ємність 21, яка одночасно відіграє роль контактної, де відбувається 
знезаражування стічної води за рахунок введення до очищених стічних вод 
дозатором 18 робочого розчину натрію гіпохлориту із ємності 19. Розчин 
натрію гіпохлориту дає змогу додатково зменшити величину ХСК стічних 
вод завдяки окисненню частини органічних сполук, що залишились після 
біологічного оброблення стічної води. Робочий розчин натрію гіпохлориту 
готують в ємності 19 розведенням очищеною водою концентрованого 
розчину натрію гіпохлориту, який надходить із ємності 20. 
Очищену до нормативних показників й знезаражену стічну воду 
скидають у довкілля, а деяку її частину використовують для приготування 
робочих розчинів кальцію гідроксиду, феруму(ІІ) сульфату та натрію 
гіпохлориту. Чинними СНіПами допускається використання очищених й 
знезаражених стічних вод для побутово - технічних потреб (використання 
в санвузлах, миття автотранспорту тощо). 
Надлишковий мул разом з осадом, який утворюється в процесі 
очищення стічних вод, можна використовувати як органо-мінеральне 
добриво. Завдяки підвищеній лужності воно придатне для хімічної 
меліорації (часткової нейтралізації) кислих ґрунтів, частка яких в Україні 
постійно зростає. 
Осад, що утворюється в септику 1, флотаторі 6, а також на фільтрах 3 
і 11, містить жири й солі вищих жирних кислот, тому його можна також 
використовувати як додатки, які сприяють спучуванню, до шихти у 
виробництві будівельних матеріалів, наприклад, керамзиту, у кількості 5… 
15 % мас. 
Якщо стічні води після реаґентного очищення передбачається 
скидати в мережу комунальних очисних споруд, то організація стадій 
біологічного очищення та знезаражування стічних вод не потрібна. 
 
 FeSO47H2O 
Cа(ОН)2 
 
Стоки 7 8 
 
 
2   
5 
1 3 
 
6 Осад 
Осад Осад 4 9 
 
 Натрію 10 
гіпохлорит 
 
19 18 20  
11 
 
12 
Осад 
22    21 17 15        16  13 14 Повітря 
Надлишковий мул  
 
 
1 – пісковлавлювач; 2, 4, 12, 16, 22 – насос; 3, 11 – фільтр; 5 – 
усереднювач; 6 – реактор комбінований; 7, 8 – ємність з мішалкою; 9 – 
циркуляційний насос; 10, 15 – гідродинамічний кавітатор;  13 – біореактор; 
14 – компресор; 18 – насос-дозатор; 19, 20 – ємності з розчином натрію 
гіпохлориту; 21 – контактна ємність 
Рисунок 5.1 - Технологічна схема очищення стічних вод 
6 ВИБІР ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБЛАДНАННЯ 
 
6.1 Розрахунок тангенціального пісколовловлювача 
 
На пісковловлювач надходить 3000 м3/добу води.  
Тоді: 
Q K
                                     ср н
q 3
max  , м /сек                                          
24 3600
(6.1) 
 
де Qср – кількість води, що надходить на пісковловлювач, м3/добу; 
     Кн – коефіцієнт нерівномірностей = 1,5. 
Приймаю Кн=1,5 [17, с.70]. 
 
Підставивши значення до формули (6.1), отримую: 
 
3000 1,15
qmax   0,04 м3/сек. 
24 3600
 
Приймаю чотири робочих відділення пісковловлювачів. 
 
Площа живого перерізу кожного відділення визначається за 
формулою: 
 
q
                                                  W  max , м2                                            
 n
(6.2) 
 
де ν – середня швидкість руху потоку, приймаю 0,3 м/с; 
     n – кількість відділень, шт. 
Приймаю: n=4 шт;  
                   ν =0,3 м/с. 
 
Підставивши значення до формули (6.2), отримую: 
 
0,04
W   0,03  м2. 
0,34
Довжину пісковловлювачів визначають по середній лінії кругового 
лотка: 
 
R h 
                                                      L  , м                                                 
U0
(6.3) 
де R – коефіцієнт, що враховує вплив турбулентності та інших 
факторів; 
    h – глибина проточної частини пісковловлювача; 
    U0 – гідравлічна крупність піску. 
 
Приймаю: R=1,3; 
                  H=1 м; 
                  U0=18,7 мм/с. 
 
Підставивши значення до формули (6.3), отримую: 
 
1,310,31000
L   21м 
18,7
 
Діаметр по осі проточної частини визначається за формулою: 
 
L
                                                  D  , м                                                  

(6.4) 
 
Підставивши значення до формули (6.4), отримую: 
 
21
D   6,7м. 
3,14
 
Необхідна площа поверхні пісковловлювача визначається за 
формулою: 
 
q
                                                  F1 
max , м2                                          (6.5) 
U0
 
Підставивши значення до формули (6.5), отримую: 
 
0,04 1000
F1   2,14  м2. 
18,7
 
Загальна ширина пісковловлювачів визначається за формулою: 
 
F
                                                          B  1                                                
L
(6.6) 
 
Підставивши значення до формули (6.6), отримую: 
 
2,14
B   0,10  м. 
21
 
При цьому наповнення в пісковловлювачі при максимальній витраті 
води буде складати: 
 
W
                                                     h1  , м                                               
B
(6.7) 
 
Підставивши значення до формули (6.7), отримую: 
 
0,058
h1   0,58  м. 
0,10
 
Час обробки води в пісковловлювачах визначається за формулою: 
 
L
                                                    t  , с                                                 

(6.8) 
 
Підставивши значення до формули (6.8), отримую: 
 
21
t   70 с. 
0,3
 
Загальна площа пісковловлювачів у плані становить: 
 
                                                  F  n B L , м2                                          
(6.9) 
 
Підставивши значення до формули (6.9), отримую: 
 
F  4 0,10 21 8,4  м2. 
 
При розвантаженні осаду 1 раз на місяць максимальна висота шару 
піску буде дорівнювати: 
K V
                                                   h  нп n , м                                       
0
F
(6.10) 
 
де Кнп – коефіцієнт, що враховує нерівномірності розподілення піску; 
 
Приймаю Кнп=3. 
Підставивши значення до формули (6.10), отримую: 
 
34
h0  1,43  м. 
8,4
Вибираю одну пару пісковловлювачів пропускною здатністю 3000 
м3/добу або 0,03 м3/сек., це підтверджується тим, що максимальна витрата 
стоків = 0,04 м3/сек. 
Тобто: 
q
                                             N  max
n , шт                                             
qn
(6.11) 
 
Підставивши значення до формули (6.11), отримую: 
 
0,04
Nn  1,3  пари. 
0,03
 
Діаметр пісковловлювача 7м, глибина – 7 м, середня швидкість руху 
води – 0,3 м/с. 
 
6.2 Розрахунок біофільтра з пластмасовою загрузкою. 
 
Визначаю необхідний ефект очистки за формулою: 
L  L
                                                        E  a T 100 ,                                         
La
(6.12) 
 
 де La – БПКпов вихідної води, мг/дм3; 
               LT – БПКпов очищеної води, мг/ дм3; 
 
Приймаю: La = 246 мг/ дм3; 
                             L 3
T = 15 мг/ дм . 
 
Підставивши значення до формули (6.12), отримаю: 
24615
E  100  94% . 
246
Приймаю робочу висоту біофільтра Н = 4м .  
 
Визначаю гідравлічне навантаження на біофільтр з пластмасовою 
загрузкою при середній зимовій температурі річкової води t = 20С; q0 = 10 
м3/м2∙добу. 
 
Площу біофільтрів визначаю за формулою: 
Q
                                                          F  ,                                            
q0
(6.13) 
де Q – продуктивність станції, м3/добу; 
               q  - гідравлічне навантаження, м3/м2
0 ∙добу. 
 
Підставивши значення до формули (6.13). отримую: 
 
3000
F   300  м2. 
10
В якості завантаження можна приймати блоки з полівінілхлориду, 
полістиролу, поліаміду, поліетилену, поліпропілену. 
 
Об’єм загрузки визначаю за формулою: 
                                                       W  F H ,                                          
(6.14) 
 
Підставивши значення до формули (6.14), отримую: 
 
W 30041200  м3. 
 
 Приймаю 5 секцій біофільтрів з розмірами секцій 10х10 і 
висотою загрузки 4 метри. 
 Біофільтри розміщуються в отоплюваному приміщенні. 
Передбачається природна аерація. 
 
6.3 Розрахунок біохімічного реактора 
 
Витрати води за хвилину, виходячи з даної продуктивності станції 
становлять 2,1 м3/хв. 
Об’єм біохімічного реактора визначаю за формулою: 
 
                                                         Vехр   , м3                                        
(6.15) 
де ω – витрати води, м3/хв; 
     τ – час біохімічної активації, хв. 
 
Приймаю ω=2,1 м3/хв; 
                  τ =20 хв. 
 
Підставивши значення до формули, отримую: 
 
Vехр  2,120  42  м3. 
 
Виходячи з даного об’єму апарата вибираю необхідні розміри: 
висота 1,5м, ширина 6м, довжина 8м.  
Питомі витрати електроенергії визначаю за формулою: 
 
I T U
                                               W  заг , Вт/год                                     
Q
(6.16)  
 
де -    I – сила струму, А;  
         T – тривалість електроактивації, год; 
        Uзаг – напруга на електрохімічному реакторі, В; 
        Q – об'єм води, що обробляється за час. 
 
Приймаю: I =5 A; 
                  Т=0,3 год; 
                  Uзаг=10 В. 
 
Підставивши значення до формули 6.16, отримую: 
 
5 0,310
W   50,0Вт/год. 
41,6
Тоді питомі витрати електроенергії становитимуть 50,0 Вт/год. 
 
6.4 Розрахунок прес – фільтра. 
 
Необхідна робоча площа прес – фільтрів визначається за формулою: 
 
W (100 P ) 1000
                                              F  ос 1 ,                                 
100qT
(6.17) 
 
де Wос – витрати суміші, що надходить на зневоднення, м3/добу; 
           P - вологість зневодненого осаду ,%; 
               q - пропускна можливість фільтра, кг/м2∙год; 
               T – час роботи прес – фільтра за добу, год. 
 
Приймаю: 
P = 96,4 %; 
q = 15 кг/м2∙год; 
T = 24 год. 
 
Підставляю значення до формули (6.17), отримую: 
 
1850(10096,4) 1000
F  185 м2. 
100 15 24
 
 Приймаю до встановлення чотири робочих і два резервних фільтр 
– преса марки ФПАКМ – 50У з площею фільтруючої поверхні 50м2 
кожний. 
 Об’єм кеку, що утвориться при вологості 50% визначаю за 
формулою: 
 
Wос (100 P1)
                                                          Wк                                       
100C
(6.18) 
де С – вологість кеку,%. 
 
Підставивши значення до формули (6.18), отримую: 
 
Wос (10096,4)
W 3
к  133,2 м . 
10050
 
Витрати фільтрату розраховую за формулою: 
 
                                                    Qф Wос Wк  м3/добу,                                   
(6.19) 
 
Підставляю значення до формули (6.19), отримую: 
Qф 1850133,2 1716,8 м3/добу. 
 
Фільтрат відправляють на первинні відстійники. 
Площа площадки для складання кека розраховується за формулою: 
 
W 4,5 30
                                                       F  к , м2                                      
2
(6.20) 
Підставивши значення до формули (6.20), отримую: 
133,2 4,5 30
F   8991м2. 
2
Резервні мулові майданчики, приймаються майданчики з природною 
основою. 
 
6.5 Розрахунок прояснювача 
 
Мутність води М=9,2 мг/дм3, найменша мутність М=7,6 мг/дм3, 
кольоровість К= 40о, лужність 0,4 мг∙екв/л. 
Потрібна доза сірчанокислого алюмінію Дк = 35 мг/дм3. 
Потрібна доза вапна для підлужування води 16 мг/л. 
 
Концентрацію завислих речовин в воді, яка надходить в прояснювач, 
визначаю за формулою: 
 
                                        Cср  M  KДк  0,25Ц И , мг/л                        
(6.21) 
 
де М – кількість завислих речовин у вихідній воді, г/дм3; 
     К – перевідний коефіцієнт; 
    Дк – доза коагулянта в перерахунку на безводний продукт, г/дм3; 
    Ц – кольоровість води, град; 
    И – кількість нерозчинених речовин, які вводяться з вапном для 
підлужування води, мг/дм3. 
 
Приймаю: к=0,55; 
          И = 0,6 мг/дм3. 
 Підставивши значення до формули (6.21), отримую: 
Смін  9,20,55 350,25 400,6 16  48,05  мг/дм3; 
 
Смін  7,60,55350,25 400,6 16  46,45 мг/дм3. 
 Кількість води, яка втрачається при продувці прояснювала 
визначаю за формулою: 
K (C 10)
                                                    p мак
qoc  100 %                                 
ср
(6.22) 
де δср – ущільнення осаду, г/м3; 
    Кр – коефіцієнт розведення осаду при його видаленні.  
 
Приймаю: δ =2500 г/м3
ср ; 
          Кр=1,2. 
 
 Підставивши значення до формули (6.22), отримую: 
 
1,2(48,0510)
qoc  100  0,18% . 
25000
 
 Таким чином, втрати води при продувці всіх прояснювачів 
становить: 
 
(208∙0,18)/100 = 0,37 м3. 
 
 Приймаю кількість прояснювачів N = 2, тоді витрати води, які 
припадають на один прояснювач становлять: 
 
208
Q 3 3 3 . 
прояс  104 м / год або 29 дм / с  0,028 м / с
2
 
 Підвідний стальний трубопровід приймаю діаметром d = 125 мм, 
що забезпечує швидкість руху води ύ = 0,98 м/с. 
 Прояснена вода повинна бути звільнена від пухирців повітря 
шляхом пропускання її через повітровідділювач.  
 Діаметр повітровідділювача визначаю за формулою: 
q 4
                                                      прояс
D  , м                                         
в
 в
(6.23) 
 
де ύв – швидкість низхідного руху води в повітровідділювачі, м/с. 
 
Приймаю: ύв=0,03 м/с. 
 
Підставивши значення до формули (6.23), отримую: 
 
0,028 4
Dв  1,09 м. 
3,14 0,03
 
Приймаю Dв = 1000мм ( відрізок стальної труби за ГОСТ 10704 – 63). 
Площа поперечного перетину циліндричної частини 
повітровідділювача становить fц = 0,503 м2 [17, с. 117]. 
Мінімальний об’єм циліндричної частини повітровідділювача 
визначаю за формулою: 
 
                                                     Wц  qпроясt , м3                                       
(6.24) 
 
де t – час перебування води в циліндричній частині 
повітровідділювача. 
Приймаю: t = 55 с. 
Підставивши значення до формули (6.24), отримую: 
 
Wц  0,028 55 1,54 м3 . 
 
Тоді висоту циліндричної частини визначаю за формулою: 
 
                                                     hц Wц : fц , м                                        
(6.25) 
Підставивши значення до формули (6.25), отримую: 
 
hц 1,54 : 0,503  3,06 м. 
 
Площа перетину конічної частини повітровідділювача в рамках якої 
швидкість опускання води не перевищує 0,05 м/с, визначаю за формулою: 
 
                                                    fкон  qпрояс :ц , м2                                  
(6.26) 
 
Підставивши значення до формули (6.26), отримую: 
 
fкон  0,028: 0,05  0,56 м2. 
 
Діаметр перетину конічної частини повітровідділювача визначаю за 
формулою: 
4 f
                                                             d  кон
кон , м                                    

(6.27) 
 
Підставивши значення до формули (6.27), отримую: 
 
4 0,56
dкон   0,845 м. 
3,14
 Діаметр вертикальної труби при qпрояс = 0,028 м3/сек приймається 
150 мм, що відповідає допустимій швидкості 0,7 м/с. 
 
 Висота всієї конічної частини повітровідділювача при куті 
нахилу стінки до вертикалі 40о становить: 
 D  d 
                                                    H в o
кон   ctg40 , м                                
 2 
(6.28) 
Підставивши значення до формули (6.28), отримую: 
 
1,090,15 
Hкон    1,19  0,559  м. 
 2 
 
 Висота конічної частини повітровідділювача, в межах якої 
швидкість опускання води менша ніж 0,05 м/с, становить: 
 
 d  d 
                                                h кон
кон  Hкон  ctg40o , м                           
 2 
(6.29) 
 
Підставивши значення до формули (6.29), отримую: 
 
 0,8450,15 
hкон  0,559  1,19  0,252  м. 
 2 
 
Об’єм конічної частини визначаю за формулою: 
 
1
                                                W  h  ( f  f  f  f ) , м3                  
кон кон ц ц кон кон
3
(6.30) 
 
Підставивши значення до формули (6.30), отримую: 
 
1
W  0,252  (0,503 0,503 0,56  0,56) 1,02  м3. 
кон
3
 
Повний об’єм повітровідділювача визначаю за формулою: 
 
                                                            Wв Wц Wкон , м3                                   
(6.31) 
 
 
Підставивши значення до формули (6.31), отримую: 
 
Wв 1,541,02  2,56  м3. 
 
Фактичну тривалість перебування води в повітровідділювачі 
визначаю за формулою: 
 
                                                           t1 Wв : qпрояс , с                                        
(6.32) 
 
Підставивши значення до формули (6.32), отримую: 
 
t1  2,56 : 0,028  90 с. 
 
 Площу кільцевого зазору між опускною трубою та внутрішньою 
поверхнею наклонних стінок конічного днища прояснювача визначаю за 
формулою: 
 
                                                        f 2
к.з  qпрояс :к.з , м                                      
(6.33) 
 
де ύк.з – швидкість в кільцевому зазорі, яка повинна становити не 
більше 0,6 – 0,7 м/с. 
Приймаю: ύк.з = 0,7 м/с. 
Підставивши значення до формули (6.33), отримую: 
 
fк.з  0,028: 0,7  0,04 м2. 
 
Зовнішній діаметр кільцевого зазору визначаю за формулою: 
 
4  f d 2
                                                 Dк.з 
к.з н , м                                     

(6.34) 
де dн – зовнішній діаметр опускної труби, мм. 
Приймаю: dн = 166 мм. 
Підставивши значення до формули (6.34), отримую: 
 
4 0,043,14 0,1662
D   0,28 м. 
к.з
3,14
 
 Висота зазору від вершини конуса прояснювала до зрізу спускної 
труби при куті нахилу конічної стінки до горизонталі, що дорівнює 55о, 
становить: 
 
D
                                                      h к.з
к.з  м                                    
2tg(90o 55o )
(6.35) 
 
Підставивши значення до формули (6.35), отримую: 
 
0,28
hк.з   0,2  м. 
2 0,7
 
 Надлишковий осад безперервно надходить в осадоущільнювач по 
вертикальним осадовідвідним трубам. Найбільші сумарні витрати води, що 
надходить в осадоущільнювач по чотирьом осадоприйомним трубам 
визначаю за формулою: 
 
                                                   Qос  (1K ) Q 3
прояс , м /год                               
(6.36) 
 
де К – коефіцієнт розподілення води між зоною освітлення і 
осадоущільнювачем; 
Приймаю: для періоду з максимальним вмістом завислих речовин в 
воді К= 0,68 
Підставивши значення до формули (6.36), отримую: 
Qос  (10,68) 104  33,28  м3/год. 
 Швидкість руху осаду в осадовідвідних трубах повинна бути 40 – 
60 мм/с або 144 – 196 м/год.  
Тому площа поперечного перерізу чотирьох труб становить: 
 
                                                         f 2
ос Qос :ос , м                                         
(6.37) 
 
Підставивши значення до формули (6.37), отримую: 
 
fос  33,28:144  0,23 м2. 
 
Площу прояснювача, яка потрібна для періоду поступання води з 
мінімальним вмістом завислих речовин визначаю за формулою: 
 
K Q
                                           прояс
F  F  f   f , м2                          
прояс з.о ос ос
3,6 вис
(6.38) 
 
Підставивши значення до формули (6.38), отримую: 
0,7 104
Fпрояс   0,23  20,45 м2. 
3,6 1
 
Діаметр прояснювача визначаю за формулою: 
4 F
                                                         прояс
Dпрояс  , м                                  

(6.39) 
4 20, 45
Dпрояс  5,1м. 
3,14
 
 Осадовідвідні труби розміщую так, щоб кожна труба знаходилася 
в центрі площі прояснювала, яку вона обслуговує. 
 
 Діаметр окружності, що розділяє робочу площу прояснювала на 
дві рівні частини, визначаю за формулою: 
D 2  d 2
                                                   прояс оп
d  , м                                     
ок
2
(6.40) 
 
де dоп – діаметр опускної труби, що йде від повітровідділювача. 
Приймаю: dоп=0,15 м. 
Підставивши значення до формули (6.40), отримую: 
 
5,12  0,152
dок   3,6 м. 
2
 
 При визначенні висоти прояснювала потрібно мати на увазі, що 
центральний кут, що утворюється нахиленими прямими від кромок 
жолобів до зрізу опускної труби, повинен становити не більше 30о. 
 Тоді: 
D 2(b  )
                                               прояс ж ст
hпрояс  , м                                
2tg15o
(6.41) 
 
де bж – ширина жолоба. 
Приймаю: bж=0,12 м [17, с. 145]. 
Підставивши значення до формули (6.41), отримую: 
5,1 2 (0,120,06)
hпрояс   8,8 м. 
2 0,268
 Висота конічної частини прояснювала при прийнятому куті 
нахилу 55о до горизонталі становить: 
D
                                                         прояс
hкон  , м                                        
2tg35o
(6.42) 
 
 
Підставивши значення до формули (6.42), отримую: 
5,1
hкон   3,6 м. 
2 0,7
 
Товщину захисного шару над шаром завислих речовин приймаю 
1,5м. Тоді верхня кромка осадовідвідних труб буде вище переходу 
нахилених стінок на величину: 
 
                                       hвер  hпрояс  (hкон  hк.з ) hзах  0,2 , м                     
(6.43) 
 
де 0,2 м – висота шару завислих речовин над верхньою кромкою 
осадовідвідних труб. 
Підставивши значення до формули (6.43), отримую: 
 
hвер  8,8 (3,6 0,2) 0,5 0,2  6,1м. 
 
Висоту шару завислих речовин потрібно визначати від верхньої 
кромки осадовідвідних труб до горизонтального перетину конічної частини 
прояснювала, в площині якого швидкість вихідного потоку води не 
перевищує 2 мм/с. 
 
 
Площа та діаметр такого перетину становить: 
                                            f 2
гор  qпрояс :висх , м                                         
(6.44) 
4  f
                                              гор
dгор  , м                                          

(6.45) 
Підставивши значення до формули (6.44) та (6.45), отримую: 
 
fгор  0,028 : 0,002 14  м2; 
4 14
dгор   4,2 м. 
3,14
 
Отже, відстань від цього горизонтального перетину до площі 
переходу нахильних стінок в вертикальні становить: 
 
d
                                                   h ' гор
к  hкон  , м                                   
2tg
(6.46) 
При α = 35о: 
' 4,2
hк  3,6  0,6м. 
2 0,7
 
 Таким чином, повна розрахункова висота шару завислого осаду 
становить: 
 
                                                      h '
з.ос  hверт hк , м                                         
(6.47) 
 
Підставивши значення до формули (6.47), отримую: 
 
hз.ос  6,10,6  6,7 м. 
 
Прояснена вода збирається в верхній частині прояснювача 
периферійними жолобами з затопленими отворами. 
 
Витрати води, які припадають на півокружність жолоба визначаю за 
формулою: 
                                               qж  q 3
прояс : 2 , м /сек                                   
(6.48) 
Підставивши значення до формули (6.48), отримую: 
 
qж  0,028: 2  0,014м3/с. 
 
Переріз жолоба відповідно початковий та кінцевий: 
hпоч = 1,5х та hкін = 2,5х, 
де х = 0,45∙q 0,4
ж  = 0,45∙0,0140,4 = 0,06 м. 
Ширина жолоба bж = 2х=0,12м, товщина стінок δст = 0,06м. 
Отвори в стінці жолоба розміщуються в один ряд на 7 см нижче 
кромки жолоба.  
Тоді висота жолоба:  
- початкова hпоч = 7+1,5∙0,06= 16 см; 
- кінцева hкін = 7+2,5∙0,06 = 22см. 
 
Площу отворів стінки жолоба визначаю за формулою: 
q
                                            f  , м2                             
0,65  2  g 0,05
(6.49) 
 
де h - різниця рівнів води в прояснювачі та жолобі. 
Приймаю: h=0,05 м [17, с.141]. 
 
Підставивши значення до формули (6.49), отримую:  
0,0065
 f   0,0101м2 101 см2 . 
отв
0,65  2 9,810,05
 
Приймаю отвори діаметром 25мм з площею 4,9 см2. Необхідне число 
отворів становить: 
                                                   n  fот : f , шт                                    
(6.50) 
 
Підставивши значення до формули (6.50), отримую:  
 
n 101: 4,9  21  шт. 
 
Відстані між осями отворів становлять е = (3,14∙3.4):42 = 0,254м. 
 
Площа поперечного перетину зони прояснення осадоущільнювача на 
рівні 0,5 м нижче цієї труби визначається для умов найбільших витрат 
води і відповідно найбільшій мутності води: 
(1 K )Q
                                                 прояс
F 2
о.у  , м                                 
 3,6  роз
(6.51) 
 
Підставивши значення до формули (6.51), отримую:  
 
(10,68) 104
Fо.у   9,3  м2. 
0,9 3,6 1,1
 
Отже, вершина конуса прояснювача може бути опущена до точки, 
що находиться в площині поперечного перерізу діаметром: 
 
4 F
                                                   о.у
d  , м                                        

(6.52) 
 
 
Підставивши значення до формули (6.52), отримую:  
4 9,3
d   3,4 м. 
3,14
Висота конічної частини осадоущільнювача розраховується за 
формулою: 
 
                                              h o
о.у  Dпрояс : 2tg35 , м                                   
(6.53) 
Підставивши значення до формули (6.53), отримую:  
 
hо.у  5,1: 2 0,7  3,6 м. 
 
Висоту, на яку можна опустити вершину конуса розраховую за 
формулою: 
 
D  d
                                                  прояс
h '
кон  , м                                    
2tg35o
(6.54) 
 
Підставивши значення до формули (6.54), отримую:  
 
' 5,13,4
hкон  1,2 м. 
2 0,7
 
Кількість осаду, що надходить в осадоущільнювач визначаю за 
формулою: 
 
                                                 Gос МQпрояс , кг/год                                 
(6.55) 
 
Підставивши значення до формули (6.55), отримую:  
 
Gос  0,57 104  59,28  кг/год. 
 
Об’єм конічної частини осадоущільнення становить: 
 

                                         W   (R 2 h  r 2 h ') , м3                      
о.у прояс кон кон
3
(6.56) 
де r – радіус опущеного конуса в площині переходу циліндричних 
стінок прояснювача в конічні.  
Приймаю: r=2,52. 
 
Підставивши значення до формули (6.56), отримую:  
 
3,14
Wо.у  (2,552 3,6 2,522 0,8) 19 м2. 
3
 
Мінімальний об’єм осадоущільнювача при часі ущільнення Т = 4 год 
і середній концентрації осаду δср = 25 кг/м3 розраховую за формулою: 
 
G T
                                               W ос 3
о.у  , м                                            
ср
(6.57) 
 
Підставивши значення до формули (6.57), отримую:  
 
59,28 4
W 3
о.у   9,5 м . 
25
 
Що менше фактично прийнятого W  =19м3
о.у. . 
 
Прояснена вода із осадоущільнювача відводиться по кільцевій 
дирчастій трубі. Витрати води в трубі розраховую за формулою: 
 
                                            Q  (1K )Q 3
прояс Qпрод , м /год                        
(6.58) 
 
де Qпрод – витрати води на продувку одного прояснювача, м3/год.  
Приймаю: Q 3
прод=1,3 м /год. 
 
Підставивши значення до формули (6.58), отримую:  
 
Q  (10,68) 1041,3  32 м3/год. 
 
Діаметр збірної труби приймаю 100 мм, тоді швидкість руху води 
становить 0,4 м/с. 
Сумарна площа отворів в збірній трубі при швидкості 1,5 м/с 
становить: 
 
 f 2 2
o  0,0038:1,5  0,00253м =25,3 см . 
 
При діаметрі отворів 15 мм їх кількість площею 1,77 см2 буде: 
 
n  25,3:1,77 15 шт. 
 
Довжина кільцевої труби розраховується за формулою: 
 
                                               L   (Dпрояс  2 0,15) , м                             
(6.59) 
 
де 0,15 м – відстань труби від стінки осадоущільнювача. 
 
Підставивши значення до формули (6.59), отримую:  
 
L  3,14  (5,1 2 0,15) 15м. 
 
Крок отворів е = 15: 15 = 1 м. 
 
Для випуску осаду із осадоущільнювача і для звільнення 
прояснювача на дні монтують лунку і викидну трубу. 
 
Об’єм води в прояснювачі розраховую за формулою: 
D2 1
                               W 2 3
прояс  Hцил  R проясhкон , м                                
4 3
(6.60) 
де Нцил = hпрояс - hкон = 4,1 – 1,79 = 2,31 м [11, с.156]. 
Підставивши значення до формули (6.60), отримую:  
 
2
3,14 5,12 1 5,1
Wпрояс  2,31 3,14  3,6  71,7 м3. 
4 3 4
 
Отже, через трубу для викидання осаду буде проходити при повному 
випорожненні прояснювача на протязі 20 хв.  
Приймаю діаметр викидного трубопроводу 200мм. Тоді швидкість в 
кінці труби буде 1,33 м/с. 
Отже, виходячи з вище наведених розрахунків я приймаю дві 
тангенціальні пісковловлювачі з діаметром 7м та глибиною 7м, та з 
середньою швидкістю руху води 0,3 м/с.. Один робочий біофільтр з 
пластмасовою загрузкою площею 2000м3 та площею фільтра 500м2. 
Біохімічний реактор з розмірами: висота 1,5м, ширина 6м, довжина 8м. 
Вибираю прояснювач з діаметром 5,1м та площею 20,45м2.  
7 РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ 
 
В магістерській роботі для побудови графіків було використано 
програму Curve Expert 1.3. Програма дає змогу швидко і зручно знайти 
кращу залежність і наглядно відображати побудову графіка. Графіки були 
побудовані за допомогою інтерполяції Лагранжа. 
Лагранжевою інтерполяцією називається інтерполяційний набір 
даних з поліномом. Порядок полінома визначає число точок у наборі даних 
– поліном повинен мати достатньо ступенів свободи, щоб відповідати 
набору даних в кожній точці. Таким чином, в наборі даних з точки n, 
інтерполяційний многочлен буде мати n – 1 ступеня. 
Поліном Лагранжа особливо добре підходить для наборів даних з 
малим числом точок даних (8 або менше). 
Метод найменших квадратів – метод знаходження наближеного 
розв’язку надлишково – визначеноъ системи. Часто застосовується в 
регресійному аналізі. На практиці найчастіше використовується лінійний 
метод найменших квадратів, що використовується у випадку системи 
лінійних рівнянь. Зокрема важливим застосуванням у цьому випадку є 
оцінка параметрів у лінійній регресії, що широко застосовується у 
математичній статистиці та економетриці. Припустимо, що деяка 
теоретична модель передбачає лінійну залежність однієї з характеристик 
системи від інших: 
 
                                                    y  ki  xi ,                                            
i
(7.1) 
 
де i – число незалежних змінних. 
Завдання полягає в наступному: при фіксованих параметрах х та 
вимірюваних значеннях у розрахувати вектор параметрів k., що 
задовольняє деякому критерію оптимальності. 
У методі найменших квадратів цим критерієм є мінімум сума 
квадратів відхилень розрахованих значень у від експериментальних: 
 
                                                  min (yk ,i  y )2
i ,                                       
i
(7.2) 
 
Щоб знайти мінімум функції цей вираз треба про диференціювати за 
параметрами і прирівняти нулю (умова мінімуму). 
В результаті пошук мінімуму суми квадратів зводиться до простих 
операцій з матрицями. 
Якщо теоретична модель являє собою лінійну залежність від одного 
параметра ( y  a b  x ), то рішення виражається у вигляді простих формул, 
які можна розрахувати навіть на мікрокалькуляторі: 
 
                                              Z  nxi2  (xi)2 ,                                      
(7.3) 
                                          a  ( yixi2  yixixi) / Z ,                         
(7.4) 
                                                  Sa2  Sy2xi2 / Z ,                                     
(7.5) 
                                              b  (n yixi  yixi) / Z ,                            
(7.6) 
                                                     Sb2  Sy2n / Z ,                                         
(7.7) 
                                              Sy2 (ys,i  yi)2 /(n2)                               
(7.8) 
 
де ys,i – розраховане значення; 
    yi – експериментально визначене значення. 
 
При розрахунку похибок передбачається, що точність плану 
експеримента (значень х) значно перевищує точність вимірюваних значень у. 
погрішність вимірювання яких підпорядковується нормальному розподілу. 
9 ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ 
 
9.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції. 
 
Вода є одним із найважливіших благ для існування людей. У 
щоденному користуються нею для втамування жаги, ситості та гігієнічних 
моментів. Вона потрібна, щоб успішно відбувалися технологічні процеси, а 
тажок для сільськогосподарських потреб. 
Неухильний ріст міст, поліпшення санітарно - технічного 
благоустрою будинків, а також зміна згодом якісних показників природних 
вод, вичерпання джерел, використовуваних для водопостачання, 
потребують безупинного росту продуктивності систем водопостачання та 
розроблення нових джерел водопостачання. 
 
9.2 Виробничий план підприємства 
 
9.2.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху. 
 
Об’єктом дослідження є стічні води підприємства. 
Технологічний процес очищення і підготовки води відбувається за 
такою схемою: 
- водозабір води та подача насосною станцією першого підйому на 
очищення; 
- відстоювання води; 
- біоактивація; 
- коагуляція та освітлення; 
- подача насосною станцією другого підйому. 
Продуктивність виробництва 3000 м3/добу питної води. 
У зв`зку з тим, що зупинка обладнання може призвести до значних 
втрат сировини, порушення технологічного режиму вводимо безперервний 
режим роботи станції.  
 
Цех водопідготовки працює по режиму з безперервним робочим 
тижнем в три зміни по 8 годин. Кількість бригад визначається за 
формулою: 
 
                                                П = 24/tзм + 1,                                            
(9.1) 
 
де tзм - тривалість зміни, год. 
Отримую: 
П = 24/8 + 1 = 4 бригади. 
 
Тривалість змінооберту визначаю за формулою: 
 
                                                        Т = Па,                                                      
(9.2) 
 
де а - число робочих днів у зміні протягом тижня. 
 Тоді: 
Т = 42 = 8 днів. 
 
Роботу обслуговуючого персоналу організовую цілодобово по 
чотирьохбригадному графіку з прямим чередуванням змін. 
 Виходячи з отриманих розрахунків складаю графік виходу 
бригад, який наведений у таблиці 9.1. 
 
Таблиця 9.1 – Графік змінності 
 Числа місяця 
Брига 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
ди 
1 А А - В В В В - С С С С - - А 
2 С С С С - - А А А А - В В В В 
3 В В В - С С С С - - А А А А - 
4 - - А А А А - В В В В - С С С 
 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 
1 А А А - В В В В - С С С С - - 
2 - С С С С - - А А А А - В В В 
3 В В В В - С С С С - - А А А А 
4 С - - А А А А - В В В В - С С 
 
 А - робоча зміна з 16-00 до 0-00; 
 B - робоча зміна з 8-00 до 16-00; 
 C - робоча зміна з 0-00 до 8-00. 
 
 За цим графіком змінообіг складає 12 днів, з них 9 робочих та 3 
вихідних, тобто на протязі року працівник відпрацьовує так кількість змін: 
 
Рд=365·9/12= 274 дні; 
 
та має вихідних: 
В= 365·3/12= 91 день. 
 
 Денний персонал працює в одну зміну по п’ятиденному тижню і 
за рік всього відпрацьовує: 
Р=365·5/(7)-10=251 день 
 
та має вихідних: 
В=365·2/7=104 дні. 
 
9.2.2 Фонд часу роботи обладнання 
 
Календарний фонд - це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік. Тобто: 
 
Fк = 36524 = 8760 год. 
 
Номінальний фонд часу роботи обладнання в залежності від 
встановленого режиму виробництва визначається за формулою: 
 
                                                     Fд = 365np,                                             
(9.3) 
 
де np - кількість годин роботи обладнання на добу. 
 
 Для встановленого режиму: 
 
Fд = 36524 = 8760 год. 
 
 Ефективний фонд часу дорівнює дійсному фонду за мінусом 
технологічних зупинок на ремонт, який проводиться у робочий час і 
визначається за формулою: 
                                     Fеф = Fд – Трем – Т0,                                              
(9.4) 
 
де Трем - загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах 
ремонту протягом року, год.;  
                Т0 - тривалість зупинок технологічного характеру за рік, 
год. 
 
Fеф = 8760 – 480 – 24 = 8256 год. 
 
9.2.3 Побудова графіку ППР обладнання 
 
Система планово – попереджувального ремонту обладнання 
підприємства включає поточний, капітальний ремонт та міжремонтне 
обслуговування. 
Згідно з ремонтними нормативами, які регламентують час роботи 
обладнання між ремонтами, розраховується структура міжремонтного 
циклу та будується графік планово - попереджувальних ремонтів, що 
наведений у таблиці 9.2, враховуючи те, що за рік повинен проводитися 
один капітальний ремонт і декілька поточних. 
 
Таблиця 9.2 – Річний графік ППР обладнання цеху  
 Умовні позначення  
Нормативи часу роботи 
Найменування ремонту та їх Річна 
між ремонтами/ час 
обладнання виконання тривалість 
зупинки на ремонт 
по кварталам зупинок, 
Кап.рем, Поточ.рем 1 2 3 4 год 
год. год. 
25920 1440 
Насосна станція Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
34560 2880 
Тангенціальна Пт Пт  Пт 108 
пісколовка 528 36 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
25920 1440 
Біофільтр Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
13140 4380 
Флотатор  Пт  Пт 96 
72 24 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
133140 4380 
Кавітатор Пт   К 96 
72 24 
8760 4380 
Прес-фільтр 48 24 Пт  К  72 
 
Продовження таблиці 9.2 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
34560 2880 
Біореактор Пт  Пт Пт 108 
528 36 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
133140 4380 
Кавітатор Пт   К 96 
72 24 
17280 4380 
Відстійник  К  Пт 72 
48 24 
34560 8640 
Пряснювач  Пт   104 
260 104 
 
9.2.4 Розрахунок виробничої потужності 
 
Виробнича потужність дільниці визначається продуктивністю 
основного апарату чи агрегату. Виробнича потужність цеху - 
продуктивністю основної дільниці.  
Виробничу потужність визначаю за формулою:   
 
                          N Q n Fеф Кв ,                                             (9.5) 
 
де Q - продуктивність підприємства, м3/год; 
     n – кількість агрегатів;  
     Fеф – ефективний фонд часу роботи обладнання, год; 
     Кв – коефіцієнт виходу продукції (вихід готової продукціїї з 
одиниці сировини чи напівфабрикатів). 
 
N 1251825611032000 , м3/рік 
 
 
 
9.2.5 Розрахунок вартості основних фондів 
 
Далі проводимо розрахунок вартості основних фондів, до яких 
належать вартість будівель та вартість обладнання. Розрахунок вартості 
будівель наведено у таблиці 9.3, а розрахунок вартості обладнання в 
таблиці 9.4. 
 
Таблиця 9.3 - Розрахунок вартості будівель 
Амор
Кі Початкова Сума 
ти-
Найменування ль вартість, аморти-зації, 
зація, 
к. грн грн 
% 
Будівлі: 
Насосна станція  1 35026,00 5 1751,30 
Виробниче приміщення 1 125002,00 5 6250,10 
Побутовий блок 1 24926,70 5 1246,34 
Споруди: 
Відкритий майданчик 1 105217,00 5 5260,85 
під обладнання 
Всього  290171,80  14508,59 
 
Таблиця 9.4 - Розрахунок вартості обладнання 
Найменування Кіл Ціна за 15% Вартість з % Сума 
обладнання ькіс одиницю, витрат урахуван- амор амортиза-
ть грн. на ням тиза ції, грн 
монтаж монтажу ції 
1 2 3 4 5 6 7 
Насосна станція 3 15348,2 2302,23 52951,29 15 7942,69 
Насос 17 1510,00 226,50 29520,50 15 4428,08 
Тангенційна 2 1611,90 241,79 3707,37 15 556,11 
пісколовка 
Флотатор 3 2360,80 354,12 8144,76 15 1221,71 
Прес-фільтр 4 681,55 102,23 3135,13 15 470,27 
 
Продовження таблиці 9.4 
1 2 3 4 5 6 7 
Кавітатор 2 1604,63 481,39 4172,03 15 625,80 
Біореактор 1 2859,52 428,93 3288,45 15 493,27 
Прояснювач 1 1250,50 187,58 1438,08 15 215,71 
Дозатори 2 50581,9 1674,57 100512,94 15 22176,94 
Всього    206870,55  38130,58 
 
9.3 Штати і фонд заробітної плати персоналу 
 
9.3.1 Баланс часу роботи 
  
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен 
відпрацювати один середньосписочний робітник за рік в залежності від 
прийнятого у проекті режиму роботи цеху та тривалості робочої зміни. 
 Для безперервних виробництв з 8 - годинною робочою зміною 
баланс роботи часу одного робітника в днях за рік складає: 
- календарний фонд – 365 днів; 
 - вихідні та святкові дні – 91 день; 
- дійсний фонд часу роботи 274 дні; 
- неявки на роботу: 
- відпустка - 24 дні; 
- хвороба - 7 днів; 
- виконання держобов’язків - 1 день; 
 
Разом невиходів - 32 дні; 
Ефективний фонд робочого часу одного робітника - 242 дні. 
 
Змінообіг становить 16 днів, тобто робітник працює 12 днів по 8 
годин і має 4 вихідні. 
 
9.3.2 Визначення кількості працюючих 
 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочними списками. 
Для переходу від явочної до облікової кількості необхідно зіставити 
кількість днів роботи цеху з часом роботи окремого робітника за рік. 
При безперервній роботі цеху кількість днів роботи за рік становить 
365 днів, баланс часу роботи одного робітника - 242 дні, коефіцієнт 
переходу від явочної до облікової кількості робітників становить: 
 
365 : 242 = 1,5 
 
Різниця між обліковою і явочною кількістю робітників становить 
додаткову кількість для підміни в графіку змінності роботи та заміні при 
неявці в зв`язку з хворобою, відпусткою тощо. Порядок розрахунку 
кількості працюючих та фонду їх зарплати наводиться в таблиці 9.5 та 9.6 
[19]. 
 
9.3.3 Розрахунки фонду зарплати робітників. 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв 
та допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з 
нарахуванням) робітників основних виробництв при калькуляції 
собівартості продукції включається в окрему статтю витрат, а 
допоміжних робітників в склад цехових витрат та витрат по утриманню 
та експлуатації обладнання. При цьому допоміжні робітники 
розподіляються на групи: 
- робітники по обслуговуванню технологічного процесу 
(КВПіА, лаборанти) - зарплата цієї групи включається в кошторис 
цехових витрат; 
- робітники по нагляду за технологічним обладнанням (ремонтні 
бригади, чергові слюсарі, електрики, налагоджувальники) - зарплата 
їх включається в кошторис витрат по утриманню та експлуатації 
обладнання; 
- робітники по поточному ремонту технологічного обладнання 
(ремонтні бригади по здійсненню поточних ремонтів самими цехами) – 
зарплата включається в склад витрат по поточному ремонту 
обладнання. 
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на 
основі діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних 
робітників та фонду часу [19]. 
Результати розрахунків наведено в таблиці 9.5 
 
Таблиця 9.5 - Розрахунки чисельності робітників та фонду заробітної плати 
Машиніст 
1 насосних 5 6 350 7000 1750 47250 567000 
станцій 
Апаратник 
2 4 5 340 5440 1360 36720 440640 
біообробки 
Апаратник 
відстоюванн
3 4 4 320 5120 1280 34560 414720 
я та 
фільтрації 
4 Апаратник 4 5 318 5088 1272 34344 412128 
реагентного 
відділення 
Слюсар-
5 1 6 340 1360 340 9180 110160 
ремонтник 
Слюсар-
6 1 6 340 1360 340 9180 110160 
електрик 
Машиніст 
7 компресорни 4 5 310 4960 1240 33480 401760 
х установок 
Слюсар по 
8 1 5 330 1320 330 8910 106920 
КВП і А 
9 Лаборант 1 5 330 1320 330 8910 106920 
хіманалізу 
Прибиральни
10 1 1 310 1240 310 8370 100440 
к 
 
 
 
 
9.3.4 Штат і фонд заробітної плати цехового персоналу 
 
Таблиця 9.6 - Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового 
персоналу 
 
№ Кіль Місячний Річний 
Катего Додатко
поряд Найменування кіс ФОП, 
оклад, ва ЗП, 
ковий рія 
ть грн грн. грн. 
1 Начальник цеху 1 Кер. 30000 12300 507600 
2 Головний бухгалтер 1 Кер. 25000 10250 423000 
3 Механік цеху 1 Спец. 20000 8200 338400 
4 Головний інженер 1 Кер. 19000 7790 321480 
5 Начальник зміни 4 Кер. 18000 29520 1218240 
6 Енергетик 1 Спец. 17000 6970 287640 
7 Лаборант 2 Спец. 12000 9840 406080 
Майстер з ремонту 
8 3 Спец. 11000 13530 558360 
облад 
9 Економіст 1 Слж. 13000 5330 219960 
10 Прибиральник 1 Слж. 6400 2624 108288 
 Усього: 14    4389048 
 
 
9.4 Кошторис витрат 
 
9.4.1 Розрахунок собівартості продукції 
 
Розрахунки собівартості виробництва включають: 
- вивчення річної потреби в сировині, матеріалах, енергії; 
- розрахунки вартості електроенергії, води та пари; 
- розрахунки вартості обладнання та амортизаційних витрат; 
- кошторис цехових витрат основних виробничих цехів; 
- кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання; 
- складання калькуляції собівартості виробництва продукції та 
визначення її ціни. 
Розрахунки проводяться у відповідності з встановленими в 
технологічній частині нормами витрат сировини, матеріалів, палива, 
енергії та у відповідності з прийнятим обсягом виробництва. Закупівельні 
ціни взяті за даними підприємства [19]. 
 
Таблиця 9.7 - Витрати сировини та матеріалів. 
Перелік сировини та Одиниці Ціна за Витрати на одиницю 
матеріалів виміру один., грн продукції 
Кількість Сума, грн 
Сировина :     
Гідроксид кальцію кг 5 0,43 2,15 
Хлорид заліза кг  150 0,055 8,25 
Матеріали:     
Полівінілхлорид кг 50 0,00082 0,041 
Алюмогель кг  100 0,01382 1,382 
Всього :    11,823 
 
Потреби в силовій енергії розраховую за формулою: 
 
                                                             Есил=NTKKф,                                                   
(9.6) 
де  N - потужність використованого обладнання, кВт; 
      Т - час роботи обладнання, год/рік; 
      К - коефіцієнт навантаження обладнання за потужністю, К=0,7; 
     Кф - коефіцієнт, який враховує косинус  , Кф=0,95. 
Витрати електроенергії, що використовується для живлення насосів:  
 
Енас = 11982560,70,95 = 653338,56 кВт∙год/рік. 
 
653338,56 24
Це  0,633  кВт/м3 підготовленої води. 
3000 8256
 
Потреба в електроенергії для освітлення визначаю за формулою: 
 
T S a K 1,02 1,05
Eосв  ,                                            
                                         1000
(9.7) 
 
де T – період штучного освітлення в годинах а залежності від району 
розміщення установки, становить 3000 год; 
     S – площа освітлення, м2; 
     а – потужність світильників на 1 м2 поверхні (8 – 15 Вт); 
     1,02 –  коефіцієнт, який враховує втрати в мережах; 
     1,05 – коефіцієнт чергового освітлення. 
 
3000 116 8 0,8 1,02 1,05
Eосв   2385,33  кВт/рік. 
1000
Загальні потреби в електроенергії визначаю за формулою: 
 
                                Е = Енас + Еосв, кВт/рік                                             
(9.8) 
 
Е = 653338,56+ 2385,33 = 655723,89 кВт/рік. 
9.4.2 Кошторис цехових витрат 
 
Кошторис цехових витрат складаю на основі попередніх розрахунків 
та заношу у таблицю 9.8. 
 
Таблиця 9.8 - Цехові витрати  
№ 
поря
Сума , 
д Статті витрат Примітки 
грн 
кови
й 
1 Зарплата цехових робітників 4469580  
Відрахування на соціальне 37,5 % від 
2 1676092.5 
страхування ЗП 
5-7% їх 
Утримання виробничих 
3 14336640.69375 
будівель і споруд вартості 
Поточний ремонт будівель і 3 % їх 
4 1146931.2555 
споруд вартості 
12% від їх 
Амортизація виробничих 
5 4587725.022 
будівель вартості 
10 % від 
6 Витрати на охорону праці 446958 
ЗП 
 Разом по ст. 1 - 6 28492852,83225  
Зношування малоцінного 10 - 15 % від 
7 284928,5283225 
інвентарю та ін. ст. 1-6 
28777781.36057
 Усього :  
25 
 
 
 
 
 
9.4.3 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання. 
Кошторис складаю на основі попередніх розрахунків та заношу у таблицю 
9.9. 
 
Таблиця 9.9 - Утримання та експлуатація обладнання 
    
№ Статті витрат Сума, грн Примітки 
1.   
 
Утримання і витрати по   
 експлуатації виробничого 
 
обладнання, апаратури і  
 транспорту:  
- зарплата робітників по нагляду  
 і обслуговуванню обладнання 4143960  
 - відрахування на соціальне            
 
страхування 37,5 % від ЗП 
 - допоміжні матеріали 1553985 30% від вартості 
 1322279,22 обладнання 
 Разом по ст.1 7020224,22  
2.  
 
Поточний ремонт обладнання і  
транспортних засобів:  
зарплата робітників по  
 
ремонту  
868320 
- нарахування на зарплату 37,5 % від  ЗП 
325620 
- послуги РМЦ, запасні деталі 5% від варт. 
220379,87 
обладнання 
 Всього по ст.2 1414319,87  
3. Амортизація виробничого 
обладнання, апаратури та 881519,47 з табл. 11.3 
траснпортних засобів 
 Всього по ст.1-3 9316063,56  
Зношування малоцінного 
3% від суми 
інвентарю, інструментів, 
4. 279481,9068 витрат по 
пристроїв, переміщення вантажів 
ст.1-3 
по території, інші витрати 
 Разом по кошторису 9595545,4668  
  
 
 
9.4.4 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції використовуються на 
весь обсяг продукції підприємства за статтями калькуляції. Калькуляція 
собівартості заноситься в таблицю 9.10. 
 
 
Таблиця 9.10 – Калькуляція собівартості продукції 
Ціна Витрати на річну Витрати на одиницю 
Од. 
за продуктивність (1 м3) 
Статті витрат вим
один., 
іру Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн 
грн 
1 2 3 4 5 6 7 
1. Сировина :        
Річкова вода м3  3000    
Гідроксид кг 5 428968,00 2144840 0,43 2,15 
кальцію 
кг 150 54868,00 8230200 0,055 8,25 
Хлорид заліза  
2. Матеріали:       
Полівінілхлор кг 50 818,032 40901,6 0,00082 0,041 
ид 
кг 100 13786,832 1378683,2 0,01382 1,382 
Алюмогель 
Всього :    11794624,8  11,823 
3.       
Енергозатрат
и кВт 0,50 655723,89 327861,9 6,55 3,275 
год 
Електроенерг
ія  
Всього:    327861,9  3,275 
4. 
Експлуатація грн   456718,03  0,4 
обладнання 
5. Вартість грн 
  168739,97  0,16 
обладнання  
6. Цехові 
грн   43,76690  1,2 
витрати 
 
 
Продовження таблиці 9.10 
1 2 3 4 5 6 7 
Разом цехова 
грн   1082,3891  1,8 
собівартість 
8. Витрати 
загальнозаво грн   108,238  1,0 
дські 
Разом 
виробнича грн   2192,080  2,8 
собівартість 
9. 
Позавиробни грн   21,9208  0,02 
чі витрати 
Повна 
грн   2214,001  6,50 
собівартість 
 
Отже, повна собівартість 1 м3 води становить 6,50 грн., а витрати на 
річний випуск при продуктивності 1095000 м3/рік – 2214,001 грн/рік. 
 
Тепер необхідно визначити на скільки збільшиться вартість очистки 
1 м3 води, ввівши стадію попередньої очистки води методом 
електроактивації. 
 
Вартість обладнання з урахуванням монтажу складає: 42895,00 грн. 
(електроактиватор) + 4154,96 грн. (ємність) + 8050,60 грн. (швидкий 
фільтр) = 55100,56 грн. 
Сума амортизації становить: 6434,25 грн. (електроактиватор) + 
623,24 грн. (ємність) + 1207,59 грн. (швидкий фільтр) = 8265,08 грн. 
Загальна вартість обладнання, з урахуванням монтажу складає: 
206870,55 грн. + 55100,56 грн. = 261971,11 грн, а сума амортизації загальна 
становить: 38130,58 грн. + 8265,08 грн. = 46396,66 грн. 
 
Таблиця 9.11 – Утримання та експлуатація обладнання (разом із 
попередньою очисткою) 
№ Статті витрат Сума, грн Примітки 
1. Утримання і витрати по   
експлуатації виробничого 
   
обладнання, апаратури і 
транспорту:   
 
     - зарплата робітників по нагляду   
 і обслуговуванню обладнання 
133098,75 з табл. 9.5 
      - відрахування на соціальне  
  
страхування 
 49912,03 36,3 % від ЗП 
     - допоміжні матеріали 
   
21557,5 10% від вартості 
обладнання 
 Разом по ст.1 204568,28  
2. Поточний ремонт обладнання і   
транспортних засобів: 
  
     - зарплата робітників по ремонту 
143245,98  
     - нарахування на зарплату 
53717,24 36,3 % від ЗП 
     - послуги РМЦ, запасні деталі 
10778,77 5% від вартості 
обладнання 
 Всього по ст.2 207741,99  
3. Амортизація виробничого 46395,66 з табл. 9.4 
обладнання, апаратури та 
транспортних засобів 
 Всього по ст.1 - 3 458705,93  
4. Зношування малоцінного 45870,6 3% від суми витрат по 
інвентарю, інструментів, пристроїв, ст.1 - 3 
переміщення вантажів по території, 
інші витрати 
 Разом по кошторису 504576,53  
Таблиця 9.12 – Калькуляція собівартості продукції разом із 
попередньою очисткою методом кавітації 
Ціна Витрати на річну Витрати на одиницю 
Од. 
за продуктивність (1 м3) 
Статті витрат вим
один., 
іру Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн 
грн 
1 2 3 4 5 6 7 
1. Сировина :        
Річкова вода м3  3000    
Гідроксид кг 0,525 428968,00 225208,20 0,43 0,2252 
кальцію 
кг 2,20 54868,00 120709,60 0,055 0,121 
Хлорид заліза  
2. Матеріали:       
Полівінілхлори кг 5,28 818,032 4319,21 0,00082 0,00433 
д 
кг 3,96 13786,832 54595,85 0,01382 0,05473 
Алюмогель 
Всього :    404832,86  0,4053 
3.       
Енергозатрати 
кВт 0,50 - - 9,29 4,65 
Електроенергія  год 
Всього:      4,65 
4. 
Експлуатація грн   504576,53  0,5 
обладнання 
5. Вартість грн 
обладнання  
  215575,45  0,2 
 
 
                                                                                           Продовження таблиці 9.12 
6. Цехові 
грн   1195727,23  1,2 
витрати 
Разом цехова 
грн   1915879,21  1,9 
собівартість 
8. Витрати 
загальнозаводс грн   997625,12  1,0 
ькі 
Разом 
виробнича грн   2913504,33  2,9 
собівартість 
9. 
Позавиробничі грн   19525  0,02 
витрати 
Повна 
грн   2933029,33  7,98 
собівартість 
 
Щоб знайти вартість очистки 1 м3 води необхідно відняти від 
загальної вартості з попередньою очисткою води вартість без попередньої 
очистки: 7,98 грн. - 6,50 грн. = 1,48 грн. 
 
Отже, повна собівартість попередньої очистки 1 м3 води методом 
електроактивації становить 1,48 грн., а витрати на річний випуск при 
продуктивності 1095000 м3/рік – 94688,5 грн/рік. 
 
 
 
 
 
9.5 Оцінка ефективності проекту 
 
 Крім вже існуючого виробництва і проведення економічних 
розрахунків є альтернативне вирішення питання по будівництву більш 
економічно вигідної станції очистки води. 
Оцінка ефективності визначається в порівнянні з показниками 
діючих підприємств, яякі виготовляють аналогічну продукцію. 
До основних показників ефективності діяльності підприємства 
відносять: 
1. Показники ефективного використання основних засобів: 
- фондовіддача:  
 
                                                        Фв = В/ Фср                                              
(9.9) 
де   В - обсяг реалізованої продукції, грн; 
      Фср - середньорічна вартість основних фондів, грн. 
 
- фондоємкість: 
 
                                                  Фє = Фср /В                                              
(9.10) 
 
- коефіцієнт оборотності оборотних засобів: 
 
B
K  ,                                               об
                                                            Qср
(9.11) 
 
де Qср  - середньорічні залишки оборотних засобів; 
- тривалість обороту: 
Д О  Д
                                                         ср
Тоб   ,                                     
Коб В
(9.12) 
 
де Д – кількість днів роботи за рік. 
2. Cобівартість продукції: 
                        Спр Смн  Пе Озп  Д зп Н зп  Внв  Вем Цв  Зв Нев ,              
(9.13) 
де Смн  - витрати на сировину, матеріали, напівфабрикати; 
     Пе  - витрати на паливо та електроенергію; 
     Озп  - основна заробітна плата робітників; 
     Д зп  - додаткова заробітна плата робітників; 
     Н зп  - нарахування на зарплату; 
     Внв  - витрати на освоєння нових виробів; 
     Вем  - витрати на експлуатацію машин і обладнання; 
     Ц в  - цехові витрати; 
     Зв   - загальнозаводські витрати; 
     Н ев  - невиробниці витрати. 
3. Ціноутворення : 
                                                    Цпр = Спр+НпрПр,                                        
(9.14) 
 де Нр – норма рентабельності; 
      Пр – прибуток. 
4. Прибуток і рентабельність: 
                                                     Пр=Рпр-Спр,                                                
(9.15) 
П
                                                       р
Рп  ,                                                  
Спр
(9.16) 
П
                                                      р
Ра  ,                                                  
А
(9.17) 
де Рп – рентабельність продукції; 
     Ра – рентабельність активів. 
Ефективність проектних рішень може бути визначена двома 
шляхами – або через показники фінансово – економіної діяльності 
підприємств, або за традиційними методами визначення річного 
економічного ефекту, який прийнятий в галузі [19]. 
До основних показників ефективності фінансово – економічної 
діяльності відносяться: 
1. Окупність інвестицій: 
Чистий прибуток
                                                 K = ,                             
oi
Загальні активи
(9.18) 
2. Окупність власного капіталу: 
Чистий прибуток
                        K               
oв =
Загальні зобов,язання перед власниками
(9.19) 
3. Коефіцієнт ліквідності: 
Загальні поточні активи
                                        K =                             
л
Загальні поточні пасиви
(9.20) 
4. Коефіцієнт загальної заборгованості: 
Загальні поточні пасиви
                                       K =                            
зб
Загальні активи
(9.21) 
5. Коефіцієнт автономії: 
Сумарний власний капітал
                                K =                   
авт
Сума авансових коштів (балансу)
(9.22) 
Отримані в результаті розрахунків параметри використовують при 
визначенні точки беззбитковості, яка розраховується аналітичним 
методом: 
 
Загальні умовно-постійні витрати
     T    
б =
Ціна реалізованої одиниці продукції - питомі змінні витрати
(9.23) 
 
або графічним: 
 
 
 
 Рисунок 9.1 – Графік визначення точки беззбитковості 
 
За традиційними методами економічний ефект визначається: 
 
                                Е  р (С1  Е 
ф К1) (С2  Еф К2 ) ,                                 
(9.24) 
де С1, С2 - собівартість продукції проекту до і після впровадження;  
     К1, К2 - інвестиції відповідно до і після впровадження;  
     Еф - коефіцієнт економічної ефективності. 
1 Пр
                                                       Е = = ,                                        ф
Тоі Кз
(9.25) 
де Тоі - термін окупності інвестицій; 
     Пр – прибуток; 
     Кз – сумарні інвестиції для впровадження проекту. 
Ефективність проекту по охороні довкілля розраховується за 
окремою методикою, яка включає всі фактори, що впливають на довкілля, 
а відтак і їх ефективність. 
Заключним етапом проекту є складання таблиці техніко - 
економічних показників проекту [19]. 
 
Таблиця 9.13. – Техніко - економічні показники розробленої 
технології 
Показники 
№ Одиниця 
Перелік показників ефективності 
п/п виміру 
проекту 
1 Річний обсяг випускаємої 
м3/рік 1095000 
продукції 
2 Чисельність працюючих осіб 41 
3 Тривалість періоду днів 365 
4 Собівартість періоду грн/рік 94688,5 
5 Ціна продукції грн/м3 1,48 
 
Проаналізувавши економічні розрахунки розробленої станції 
очистки води, можна зробити висновок, що техніко – економічні 
показники зміняться і проект можна вважати економічно вигідним з точки 
зору показника якості води. Затрати на будівництво станції попередньої 
очистки з часом окупляться і відповідно будуть приносити додаткові 
кошти в місцевий бюджет. 
ВИСНОВКИ 
 
Найважливішими проблемами, які потребують швидкого рішення, є 
забруднення та виснаження водних ресурсів через використання людиною 
для потреб господарства. 
Я вважаю, що застосування нових технологій у виробництві, робота 
у замкнених циклах водопостачання (стічні води використовуються 
повторно). Ці цикли в силах попередити скид стічної води до водоймищ та 
використовувати її повторно. 
Стосовно хімічної промисловості в основному використовують 
безвідходних і маловідходних технологічних процесів, оскільки більш 
екологічні. Підприємства зацікавлені у великій ефективності очистки 
стічних вод.  
Щоб зробити меншим забруднення води, якою користувався завод, 
можна виділивши домішки з них. Проте існує важкість, яка полягає у 
різних процесів технологічних та продуктів, що отримують. Багато води 
використовують на охолодження, якщо  перейти з водяного охолодження 
на повітряне, то це зменшить на 70 – 90 % її витрати. Тому зараз активно 
розроблюють технологію і обладнання для охолодження води, з її 
мінімальним використанням. 
 Гідравлічний кавітатор є один за найкращих методів очистки 
стічних вод, тому що збільшує водообіг. Порівняно з біохімічним 
очищенням не залежить від присутніх доішок. Якщо поєднати ці ва 
методи, то це зможе вирішити проблеми осичтки стічних вод на 
підприємстві. 
У розвинених країнах надають асигнування  2 – 4 %, а у США - 8 %(  
охорона водоймищ - 48,0%, охорона атмосфери - 35,2 %,  зниження шуму - 
0,7%, ліквідація твердих відходів - 15,0%, інші - 1,1%). Щоб знизити 
витрати на коагулянти та флокулянти, можна використовувати осад, який 
створюється при очисткі стічних вод, а також мулу, як біофлокулянт. 
Таким чином, охорона та обмірковане споживання водних ресурсів є 
однєю з головних частин планетної проблеми охорони природи.