Репозиторій ЧДТУ

 
 
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 
                                                                       «____»  _________________2023р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ 
СТІЧНИХ ВОД  
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
__________ Івана ДЕМЧУК  __________ Артем ГЕВОРГЯН  
  
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
Черкаси 2023 
 
 
Вступ 
Актуальність роботи. Одним із пріоритетних завдань у галузі охорони 
довкілля є зниження надходження токсичних речовин зі стічними водами 
промислових підприємств, зокрема підприємств із виробництва лакофарбової 
продукції, вибухових речовин тощо. Стічні води таких підприємств 
характеризуються високим вмістом фенолів, барвників, нафтопродуктів та їх 
похідних. 
Аналіз літературних даних показує, що очищення стічних вод на 
більшості подібних підприємств здійснюється з використанням традиційних 
технологій і підходів шляхом обробки коагулянтами і флокулянтами з 
подальшим освітленням стоків відстоюванням. Лише в поодиноких випадках 
частково очищені води спрямовують на глибоке доочищення, для чого 
окислення залишкових фенолів здійснюють з використанням АОР (Advanced 
Oxidation Processes) процесів ,(озонування, окислення Н2О2 у присутності 
іонів Fe" , окиснення ультрафіолетом у комбінації з Ое або Н2О2, окиснення 
озоном або пероксидом водню в умовах кавітації, генерованої ультразвуком, 
та ін.). Кожен із зазначених методів поряд із позитивними сторонами 
вирізняється специфічними недоліками, що зумовлює необхідність 
подальшого пошуку економічно раціональних і ресурсозберігаючих методів і 
технологій очищення стічних вод. 
У зв'язку з цим, великий інтерес викликає можливість використання 
для розв'язання технологічних та екологічних завдань під час очищення 
стічних вод енергії, яка вивільняється в об'ємі рідини в результаті 
виникнення так званої гідродинамічної кавітації. 
Мета роботи. Дослідження і розробка методу, технологічних схем і 
пристрою для очищення стічних вод з використанням гідродинамічної 
кавітації. 
Відповідно до поставленої мети було визначено такі завдання: 
 
 
- розробити генератор гідродинамічної кавітації та установку для 
кавітаційної обробки рідких середовищ; 
- вивчити вплив гідродинамічної кавітації на механізми та кінетику 
окислення фенолів; 
- вивчити можливість використання генераторів гідродинамічної кавітації 
вихрового типу для реалізації процесу флотонасичення при очищенні 
сильнозабруднених стічних вод; 
- розробити технологічні схеми очищення стічних вод з використанням 
пристрою для генерування гідродинамічної кавітації. 
Методи дослідження. Для розв'язання поставлених завдань у роботі 
використовували сучасні фізико-хімічні методи дослідження: UV/Vis-
спектрофотометрію, потенціометрію, стандартні методики кінетичних 
вимірювань, статистичні методи обробки результатів на ПЕОМ з 
використанням пакетів прикладних програм Origin v 7.0, Excel 2003. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 
 
Вода, як важливий ресурс для життя, вимагає негайної уваги щодо 
свого ефективного та екологічно чистого використання. Зростання 
промислового та міського виробництва призводить до збільшення обсягів 
стічних вод і, відповідно, до необхідності розробки нових технологій для 
їхнього очищення. Серед інноваційних підходів до цього завдання, кавітація, 
як процес утворення та імплозивного колапсу газових пузирів у рідині, 
здобуває все більше уваги науковців та інженерів. 
Використання кавітації у технологіях очищення стічних вод відкриває 
перед нами широкий спектр можливостей для підвищення ефективності 
процесів очищення та зниження впливу на довкілля. Враховуючи високу 
потужність кавітаційних явищ, їх можливості відокремлення часток та 
руйнування органічних забруднень можуть бути використані для досягнення 
більш ефективного рівня очищення, в порівнянні з традиційними методами. 
Ця робота має на меті дослідження та розробку технологій 
інтенсифікації процесів очищення стічних вод з використанням кавітації. 
Проаналізується фізична природа кавітаційних явищ, їх потенціал в контексті 
очищення стічних вод, а також розробляться концепції нових технологічних 
рішень для покращення якості очищення та зменшення витрат енергії. Це 
дослідження прагне сприяти створенню ефективних та сталих методів 
обробки стічних вод, що відповідають викликам сучасного екологічного 
стану нашого світу. 
 
Відомі способи очищення стічних вод: 
1. Винахід забезпечує новий спосіб очищення та рекультивації 
зворотних вод гідророзриву пласта та стічних вод, що утворюються в буровій 
промисловості. Стічні води надходять до системи EMC/F з резервуара для 
гідророзриву пласта або іншого резервуара. Стічні води закачуються в 
 
 
систему і послідовно очищуються шляхом проходження через механічну 
гідрокавітаційну установку, електромагнітну установку, електрокоагуляційну 
установку та/або гідроциклон і флокуляційно-седиментаційний резервуар. 
Полірування кінцевих стоків здійснюється шляхом пропускання води через 
резервуар зі змішаним середовищем. Вода покриває понад 70% земної 
поверхні. Але лише 2,5% - це прісна вода. Дві третини з них замкнені в 
крижаних шапках і льодовиках. Прісна вода, доступна в озерах, річках і 
струмках, становить лише шість тисячних відсотка від загальної кількості 
води у світі. Зміна клімату, посуха, зростання населення та забруднення 
призводять до дефіциту прісної води на планеті. Це, швидше за все, 
означатиме, що політикам, науковцям і широкій громадськості доведеться 
робити непростий вибір, щоб адаптуватися до світу, в якому вода може 
випередити паливо як найцінніший товар. [19]  
2) Завданням цього винаходу є забезпечення способу очищення стічних 
вод на основі гідрокавітації для ефективного очищення невеликого об'єму 
води, високої концентрації та органічних стічних вод, що важко 
розкладаються. 
Іншим об'єктом винаходу цього винаходу є створення очисного пристрою з 
низьким енергоспоживанням, простотою експлуатації та легкою 
індустріалізацією, придатного для вищезазначеного способу очищення 
стічних вод. 
Спосіб очищення стічних вод на основі гідрокавітації, описаний у 
цьому винаході, полягає в тому, що спочатку до стічних вод додають 
коагулянт для осадження зважених частинок, а потім до стічних вод додають 
окислювач, так що стічні води, до яких додали окислювач, по черзі піддають 
струменевій гідрокавітації, циклонній гідрокавітації та гідрокавітації з 
пористою пластиною.  
Цей винахід розкриває спосіб очищення стічних вод на основі 
гідрокавітації, в якому спочатку до стічних вод додають коагулянт для 
 
 
осадження зважених твердих частинок, а потім стічні води піддають 
циклічній обробці струминної гідрокавітації, циклонної гідрокавітації та 
пористої пластинчастої гідрокавітації послідовно, тоді як до стічних вод 
додають окислювач, і стічні води обробляють у циклі струминної, циклонної 
та пористої пластинчастої гідрокавітації у цьому винаході. Кавітаційний 
ефект, що призводить до миттєвого прямого розкладання органічних речовин 
при високій температурі та високому тиску, завдяки чому звичайні важко 
розкладаються органічні забруднювачі досягають нешкідливого розкладання, 
підходить для будь-якого випадку невеликої кількості води, високої 
концентрації, важко розкладаються органічних стічних вод. [20] 
3) Пристрій для поєднання гідравлічної кавітації з фотолізом для 
руйнування стічних вод антибіотиків, включаючи гідравлічний кавітатор і 
пристрій для фотолізу. Вхідна труба стічної води гідравлічного кавітатора 
з’єднана з вихідним отвором для рідини пристрою для фотолізу; гідравлічний 
кавітатор містить два ротори та статор. , статор є герметичним циліндром, 
два ротори розташовані в статорі та нерухомо з’єднані з відповідними 
обертовими валами, і два ротори обертаються в протилежних напрямках; 
кавітаційні отвори  розподілені на торці ротора, а кавітаційні отвори статора 
розподілені на внутрішній стінці статора. отвори; статор забезпечено 
впускною трубою для стічної води та вихідною трубою для рідини; пристрій 
для фотолізу включає камеру для розкладання імпульсного світла, впускний 
отвір для рідини та вихідний отвір для рідини передбачені з обох сторін 
блоку розкладання імпульсного світла, і імпульсне світло забезпечується в 
блоку розкладання імпульсного світла; обидва кінці імпульсного світла 
проходять через бічні стінки декодера імпульсного світла. Цей пристрій 
використовує гідравлічну кавітацію в поєднанні з пристроєм фотолізу для 
розкладання органічних речовин у відпрацьованій рідині антибіотиків, що 
значно покращує ефективність очищення стічних вод. Він має велику 
потужність обробки, може працювати безперервно. [21] 
 
 
 1.1 Аналіз методів очищення стічних вод 
 
 В багатьох країнах світу спостерігається загальна нестача, поступове 
вичерпання і зростаюче забруднення джерел прісної води. Особливе 
значення це питання має для України, яка за рівнем водозабезпечення посідає 
одне з останніх місць серед країн Європи. Основною причиною забруднення 
поверхневих вод е скидання неочищених та недостатньо очищених 
господарсько-побутових виробничих стічних вод, що призводить до 
виникнення анаеробних процесів, гниття органічних забруднень і, врешті-
решт, до непридатності водойм-приймачів стічних вод для потреб 
водокористування, замору риби, цвітіння і заростання, утруднення 
рекреаційного використання водних обʼєктів. Особливо небезпечні стічні 
води ряду галузей промисловості (легкої, харчової та інших), які містять 
високі концентрації завислих речовин, високомолекулярних органічних 
сполук, а також жирів, СПАР, йонів важких металів та інших забруднюючих 
речовин. 
 Для очищення комунальних і багатьох типів промислових стічних вод 
здебільшого використовують традиційні технології біологічного очищення в 
аеротенках в процесі аеробного окиснення за участю активного мулу. 
 Використання таких технологій для очищення висококонцентрованих 
стічних вод має низку недоліків: вплив на ефективність очищення 
нерівномірності надходження стічних вод за витратами і концентраціями 
забруднень, залежність від температури (низька і швидка зміна температури 
уповільнюють процес), рі, токсичних для активного мулу речовин (СПАР, 
йонів важких металів, барвників тощо), невідповідність якості очищеної води 
встановленим нормам (особливо за сполуками азоту, фосфору), спухання 
мулу внаслідок розвитку нитчастих бактерій і, як результат, погане 
відокремлення його від очищеної води, велика кількість надлишкового мулу, 
який потребує значних витрат на обробку та утилізацію. 
 
 
1.2 Висококонцентровані стічні води та методи їх фізико-хімічної обробки 
перед біологічним очищенням 
 
 На промислових підприємствах чисту воду використовують на 
технологічні потреби: промивні процеси (промивка сировини, 
технологічного обладнання, пеляопераційні промивки продукту), мокрі 
процеси, приготування розчинів хімічних матеріалів; в системі оборотного 
водопостачання, на побутові потреби; прибирання виробничих і допоміжних 
приміщень та інше. 
 Підприємства легкої (.[трикотажні, хутряні фабрики, шкіряні заводи та 
ін.) і харчової (молокозаводи, сирзаводи, маслозаводи, солодові заводи, 
мʼясокомбінати та ін.) промисловостей характеризуються: 
  • водомісткими технологіями (на харчових підприємствах кількість 
води з виробничих цехів досягає 95% у вигляді сильнозабруднених СТОКІв); 
нерівномірністю надходження виробничих стічних вод на очисні споруди 
витратою, показником рН, температурою і концентраціями забруднюючих 
речовин; 
 • високими концентраціями завислих речовин, розчинених органічних 
речовин та специфічних забруднень, наприклад, жирів (молоко-переробні 
підприємства), (на всіх підприємствах), барвників (суконні, трикотажні і 
хутряні фабрики, шкіряні заводи), йонів важких металів (підприємства легкої 
промисловості), сполук азоту, фосфору (солодові заводи) та інших. 
 За фазово-дисперсним станом забруднень на підставі класифікації 
Кульського Л.А. [1] виробничі стічні води промислових підприємств є 
складною гетерогенною системою, KOKHa фаза якої багатокомпонентною. 
Тверда фаза може перебувати в полідиспереному стані у вигляді 
грубодисперених речовин (шерсть, волокно, частинки продукції і т. ін.), 
тонкої суспензії (дисперсні барвники), стійкої емульсії (жир, масло), колоїдів 
(білки, рослинні дубителі за низьких рН). 
 
 
 Агрегативний стан домшок, які надходять у стічні води,може 
змінюватись залежно від складу і співвідношення присутніх забруднень, рН і 
ступеня розбавлення. В стічних водах можуть відбуватись процеси 
самокоагуляції, гетерокоагуляції, часткового випадення деяких речовин у 
осад і, навпаки, розчинення речовин, що раніше перебували у завислому 
стані [2]. 
 На ефективність процесів впливають кількість склад розчинених у воді 
домішок, концентрація колоїдних і мікрогетерогенних домішок, температура, 
перемішування, електричне поле і т. п. [3-6]. 
 Вміст у промислових стічних водах високих концентрацій забруднень 
різної дисперсності, агрегативного стану, фізико-хімічної природи зумовлює 
необхідність їх глибокого очищення з використанням таких технологій і 
процесів: механічного очищення; усереднення за витратою та 
концентраціями забруднень; попереднього фізико-хімічного очищення; 
біологічного очищення окремо чи сумісно зі стічними водами міста для 
доведення показників забруднень до вимог скиду у природну водойму. 
 Стічні води підприємств харчової, легкої та інших галузей 
характеризуються високими концентраціями грубодисперсних домішок 
(жири, земля, псок, частинки сировини: волокна, шерсть, ворсинки, 
шкаралупа, зерно та ін., частинки продукції: сиру, масла та ін.), які 
ускладнюють роботу каналізаційних мереж, насосних станцій і очисних 
споруд через відкладення на поверхнях труб і очисних споруд, забивання 
прорізей решіток, налипання на лопастях насосів, загнивання, яке 
супроводжується утворенням корозійними явищами та інші. 
 Нерівномірним режимом водовідведення, в багатьох випадках різкою 
зміною рН, температури, концентрацій токсичних для активного мулу та 
гідробіонтів водойми забруднень, що повʼязано із технологічним процесом 
виробництва та можливими аварійними скидами технологічних розчинів. 
 
 
Присутність в стічних водах текстильних, шкіряних, хутряних та інших 
виробництв у високих концентраціях емульсованих частинок жиру, 
солюбілізованих, високомолекулярних колоїдно-розчинених органічних 
(білків, полісахаридів, барвників, дубильних речовин) та неорганічних 
(поліфосфатів) речовин обумовлює утворення стійких колоїдних систем.  
 Вилучення диспергованих, колоїдних і розчинених домішок при 
попередньому очищенні стічних вод можна здійснити в результаті їх 
прилипання до бульбашок газу, що утворюється в рідині або вводиться в неї, 
при застосовуванні флотаційних методів [2]; напірної флотації 3 попереднім 
коагулюванням чи без, із біокоагуляцією; електрофлотації; 
електрокоагуляції-флотації. 
 Використання коагулянтів ефективне для попереднього очищения 
стічних вод від поверхнево-активних речовин різних класів в присутності 
барвників [3], дубильних речовин, проте суттєвим недоліком є утворення 
великих обʼємів осадів. 
 Використання біологічного методу для видалення колоїдно-розчинених 
речовин із висококонцентрованих стічних вод потребує великої тривалості 
 
 1.3 К авітаційні технології в очищенні стічних вод 
 
В останні роки розвиток і введення нових технологій, зокрема в галузі 
очищення, пов’язані з кавітаційними процесами. Розглянемо фізику 
кавітаційних процесів. 
  При використанні гідродинамічної та акустичної кавітації в різних 
промислово-технологічних процесах необхідно кількісно оцінити її 
ефективність. Спочатку міркування проведемо з акустичною кавітацією. 
Відомо [8], що частина підведеної до рідини акустичної енергії витрачається 
на утворення кавітації. Очевидно, що коефіцієнт кавітаційного використання 
 
 
акустичної енергії — акустико-кавітаційний коефіцієнт корисної дії (ККД), 
становить 
 
Е
                                            η =  к                                                                      (1.1) 
Е
 
де  ��К — енергія, витрачена на утворення кавітації; E — підведена акустична 
енергія.  
 Енергія, накопичена кавітаційними бульбашками Ек, при їх коливанні 
перетворюється в енергію стиснення парогазової суміші в бульбашках, яка 
при руйнуванні бульбашок перетворюється в ударні хвилі, кавітаційний шум, 
сонолюмінесценцію, мікропотоки, хімічні реакції. Ці процеси, в свою чергу, 
викликають ерозію, очищення, емульгування і т.ін. Ефективність кожного з 
цих процесів можна оцінити окремо.  
 Наприклад, якщо позначити енергію ударних хвиль у E , то відношення 
 
Еу
                                           χ =                                                                         (1.2) 
Ек
 
є мірою переходу потенціальної енергії, яка накопичена кавітаційними 
бульбашками, в енергію ударних хвиль; цей коефіцієнт наближається до 
одиниці. Середню за період потужність, витрачену на утворення кавітації, 
позначають ���� . Тоді з рівняння (1.1) маємо 
 
E η∙E
                                          �� =  ��
�� = = η W                                               (1.3) 
�� ��
 
де W — акустична потужність, що вводиться випромінювачем у рідину; T — 
період коливань бульбашки.  
 Потужність ударних хвиль, яка виділяється кавітаційними 
бульбашками, обчислюється за формулою 
 
 
 
���� �� η⋅χ
                                               ���� = = �� = ��,                                         (1.4) 
τ0 τ0⋅χ τ0
 
де τ0 — час кінцевої стадії руйнування бульбашки. Порівнявши рівняння (1) і 
(2), одержимо коефіцієнт переходу акустичної енергії в енергію ударних 
хвиль: 
 
��у ��
                                                      ηу = = ηχ                                               (1.5) 
�� τ0
 
Значення η і χ завжди менші одиниці, але в деяких випадках вони можуть 
наближатися до одиниці.  
��
Відношення  може коливатися в широких межах. Якщо коливання 
τ0
кавітаційних бульбашок близькі до синусоїдальних, що може мати місце як у 
випадку бульбашок з дуже великим вмістом газу, так і в разі, коли повний 
час їх руйнування mτ наближається до , 2 T то це відношення невелике. Якщо 
�� ��
в бульбашках мало газу і > 1 то відношення     може досягати великих 
τm τ0
значень.  
 Міркування, проведені при виведенні формул (1)—(5), можуть бути 
використані також відносно будь-якого іншого кавітаційного процесу. 
Відомо, що кавітаційна енергія ���� виділяється як у вигляді механічної енергії 
ударних хвиль ��М (ерозія), так і у вигляді люмінесцентної  ��ЛE енергії 
утворення хімічних радикалів ��х і т.ін. Для з’ясування того, яка частина 
кавітаційної енергії ���� перетворюється в той чи інший вид енергії, можна 
ввести коефіцієнти, що характеризують ступінь використання кавітаційної 
Е Е
енергії. Так, величина ε = м = показує ерозійну, а X = ��  — хімічну 
Ек Ек
активність кавітації і т.д. Тоді добуток η на будь-який із вказаних 
коефіцієнтів буде коефіцієнтом корисної дії кавітаційного процесу. Процеси, 
 
 
що базуються на використанні вільних радикалів як окиснювачів, отримали 
назву АОР-процесів. Завданням удосконаленого (розширеного) процесу 
окиснення (АОР) є ініціювання у формуванні гідроксильних радикалів (ОН-
радикалів). Цей процес усуває широкий спектр токсичних сполук і 
мікроскопічних забруднювачів. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 РОЗРАХУНОК І КОНСТРУЮВАННЯ ПРИСТРОЮ ДЛЯ ГЕНЕРУВАННЯ 
КАВІТАЦІЇ  
 
 2.1 Пристрої для генерування кавітації 
 Під час розроблення технології, що використовує гідродинамічну 
кавітацію, велику роль відіграє пристрій для її генерування. Сьогодні для 
створення кавітації існує велика кількість пристроїв, принцип роботи та 
конструкція яких спрямовані на реалізацію конкретних завдань. 
Аналіз наявних пристроїв було проведено для виділення необхідних 
конструктивних елементів. 
Апарати для генерування кавітації можна умовно розділити на струменеві та 
роторні кавітатори. 
 Відомі кілька конструктивних рішень для роторних апаратів генерації 
розвиненої кавітації в рідкому середовищі механічними способами: роторні 
імпульсно-кавітаційні апарати та струменеві кавітатори. До недоліків 
роторних апаратів можна віднести абразивне стирання робочих поверхонь 
ротора і статора за наявності в оброблюваній рідині твердих включень. Це 
безпосередньо пов'язано з конструкцією апарату - розрив суцільності 
середовища створюється безпосередньо в зазорі між ротором і статором. 
 Струменеві кавітатори за умовами виникнення кавітації можна 
розділити на кілька типів: 
- кавітатори, що працюють із різким звуженням потоку (отвори, конфузор - 
дифузор); 
- кавітатори, що працюють завдяки поміщенню в потік рідини нерухомих 
перешкод; 
- кавітатори, що використовують поєднання вищевказаних способів. 
Кавітатори, що використовують різкі звуження, працюють на основі того, 
що при цьому відбувається зниження тиску, що провокує розвиток 
 
 
кавітації. Як звуження можуть використовуватися отвори, які розраховані 
таким чином, щоб швидкість, створювана при виході, була достатньою для 
створення кавітації. На рисунку 2.1 представлено схему зміни тиску під час 
проходження через отвір. 
 
 
 
Рисунок 2.1 - Схема зміни тиску під час проходження потоку через отвір . 
Принципова схема пристрою такого типу представлена на рисунку 2.2 . Цей 
пристрій було використано для прямого окислення 4-ІР у стічних водах . 
. 
 
Рисунок 2.2 - Принципова схема кавітаційного пристрою 
  
 Пристрій працює так: потік рідини, що нагнітається насосом, потрапляє 
в циліндричну камеру з отворами в стінках. Сама камера знаходиться в 
тгрнці. Відстань між огороджувальною тгрнкою і камерою дуже мала. 
Зниження тиску в потоці рідини відбувається на виході з отвору, тому 
кавітуючий потік, вириваючись з отворів, потрапляє в простір із підвищеним 
тиском, що створюється завдяки зниженню швидкості (потік гальмується 
зовнішньою тгрнкою з певною кількістю отворів для відведення води). Такий 
пристрій кавітатора призводить до схлопування бульбашок у певній зоні. 
 
 
 Пристрій із перешкодою в потоці - генератор кавітації, що належить до 
технічної акустики, може бути використаний для диспергування. Генератор 
містить проточну камеру, встановлені в ній у поперечному перерізі 
кавітатора пружні пластини - кавітатори, що виконані у вигляді клинів, 
звернених вістрями до входу в проточну камеру, а пластини, що закріплені на 
клинах, представляють собою продовження бічних поверхонь клинів. Під час 
обтікання рідиною клинів пластини коливаються, що спричиняє генерацію 
коливань тисків і виникнення кавітації. 
 Кавітатор складається з камери, діаметр якої менший за діаметр 
трубопроводу, що підводить, з різким переходом, вихід із камери являє 
собою дифузор, що плавно розширюється. У камеру поміщений елемент 
акустичної кавітації у вигляді двох півкілець, які створюють ультразвукові 
коливання. Потік, входячи в різке звуження, втрачає тиск, далі проходячи 
через камеру, обтікає півкільця, які сприяють зародженню кавітації. Цей 
пристрій забезпечується електронним контролером і  
серією датчиків, які контролюють: тиск, температуру, напругу тощо. Тому 
використання такого кавітатора дасть йому змогу перебудовуватися при 
змінах в рідині, що очищається, без втручання людини. 
Кавітаційні пристрої, з так званими елементами вторинної кавітації (тобто 
роботу пристрою створюють не тільки завдяки підвищенню швидкості течії, 
а й завдяки додатковому зниженню тиску під час обтікання перешкоди), 
дають змогу розширити застосовність цих пристроїв на практиці. Прикладом 
є кавітатор, який використовують для інтенсифікації технологічних процесів 
у нафтовій і хімічних галузях. Пристрій складається з корпусу з 
циліндричними камерами, вхідними і вихідними соплами, кришкою з 
отвором і елементом вторинної кавітації, у вигляді ексцентрично 
встановлених скоб (рисунок 2.4). 
 
 
 
Рисунок 2.3 - Генератор гідродинамічних коливань. 
 Пристрій працює в режимі кавітації при витратах рідини 0,543 5 
- 0.9 м /год і тиску 3-1(Г Па (3.0 атм.). Подібний принцип роботи лежить в 
основі вихрового генератора, який було розроблено для інтенсифікації 
технологічних процесів, що протікають у рідких середовищах. Пристрій 
складається з корпусу із вхідним і вихідним конічними соплами, тороїдальної 
камери та пластин із загостреними до осі камери кромками, що розташовані 
радіально до осі обертання камери з рівним кутовим кроком (риунок. 2.5). 
Основним завданням цього пристрою є забезпечення стабільності 
генерованих акустичних коливань. Цей пристрій забезпечує рівномірність 
проходження процесу кавітації завдяки тороїдальній камері. 
 
Рисунок 2.4 - Схема вихрового кавітатора. 
 
Представлені вище пристрої розроблені для використання у вібраційній 
техніці або для диспергування різних речовин. 
 
 
 
 2.5 Струменевий кавітатор 
 Для проведення процесу, що використовує гідродинамічну кавітацію, 
спільно з реагентами потрібен пристрій, який відповідає таким вимогам: 
- низький тиск на вході в пристрій (кілька атмосфер); 
- можливість подачі реагентів безпосередньо в зону зародження кавітації; 
- створення на виході з пристрою швидкісного напору, здатного 
підтримувати в підвішеному стані завантаження (наприклад, завантаження зі 
сталевої стружки або гальванопари: залізо - кокс); 
- висока продуктивність (при невеликих розмірах); 
- легкість у використанні; 
- довговічність елементів, при роботі з агресивними середовищами. 
 Провівши аналіз наявних пристроїв генерування кавітації (п. 3.1 цієї 
роботи), було зроблено висновок, що для розв'язання поставленої задачі 
необхідне створення кавітатора, який відповідав би перерахованим вимогам. 
 Поставлені завдання досягаються тим, що кавітатор містить корпус із 
вхідним і вихідним конічними соплами та кавітаційною камерою, з 
розташованим у ній елементом вторинної кавітації, останній виконаний у 
вигляді кільця, розміщеного радіально до її осі в проточці. Крім того, у 
запропонованому пристрої вхідне сопло виконано зі зміщенням щодо осі 
кавітаційної камери. 
 Виконання кавітатора в зазначеному вигляді призводить до 
подовження контакту транзитного струменя з вихровими областями, 
збільшує силу тертя, що закручує рідину в порожнині генератора, і, як 
наслідок, призводить до зниження числа кавітації, тим самим 
інтенсифікуючи технологічний процес завдяки збільшенню частки потоку 
робочої рідини, яка бере участь в обертальному русі в кавітаційній камері. 
 Пристрій працює так (рисунок 2.7): потік робочої рідини, що 
нагнітається насосом під тиском, подається в сопло (2). Частина потоку 
потрапляє в тороїдальну кавітаційну камеру (3), частина, що залишилася, 
 
 
виходить через сопло (4). У порожнині, утвореній стінкою кільця (6) і 
стінкою проточки (5), формується ділянка зниженого тиску, в яку через 
отвори (7) всмоктується повітря (газ) або інша рідина, або і те й інше 
одночасно. Кількість рідини, що потрапляє в кавітаційну камеру (3) через 
зміщення осі вхідного сопла (2), призводить до косоструменевості всередині 
камери, що збільшує довжину контакту транзитного струменя з вихровими 
областями, збільшуючи силу тертя, що закручує рідину в порожнині 
кавітатора, і, як наслідок, призводить до зниження числа кавітації. 
На малюнку 21 представлено зовнішній вигляд гідродинамічного кавітатора з 
витратою по воді 0.5 м/год. 
 
Рисунок 2.6 - Струменевий кавітатор із витратою по воді 0.5 м7год 
  
 Пристрій розраховано для установки, на якій можливе як моделювання 
процесів в умовах лабораторії, так і промислові випробування, тому 
продуктивність кавітатора по воді було прийнято (2 = 0.5. Робочим напором 
для установки було прийнято напір 20 м. вод. ст.  
Для виконання пристрою розміри округлялися, вхідний отвір пристрою 
прийнято діаметром 3 мм. 
 Кавітація виникає за швидкостей течії рідини в діапазоні 6-22 м/с . 
Перевірка швидкісного режиму показала (у=17.8 м/с), що умови, створені в 
такому пристрої, сприятливі для створення кавітації. 
 
 
Для підтримки розвитку кавітації було поставлено умову, що швидкість 
виходу з кавітатора має бути не меншою за швидкість входу. Розмір 
вихідного отвору був обчислений з умовою виникнення кавітації, що тягне за 
собою порушення суцільності води, а це значить, що щільність потоку, який 
входить у кавітатор, не дорівнюватиме тому, що виходить. Щільність рідини, 
що входить у кавітатор, дорівнює 1000 кг/м , щільність кавітувального 
потоку умовно прийнята рівною 500 кг/м . У результаті цього витрата, яку 
має пропускати вихідний отвір, збільшується вдвічі - 1 м3/год = 
0.000278м3/с: 
 Завдяки закручуванню рідини в тороїдальній камері швидкості 
зростають, між стінкою камери і кільцем створюється розрядження, яке 
використовується для підсмоктування рідини або газу. Таким чином, 
тороїдальна камера стає не тільки місцем зародження кавітації, але також і 
дозуючим пристроєм для введення реагентів. 
 Розміри камери та елемента вторинної кавітації підбирали 
експериментально. Було виготовлено два варіанти елемента вторинної 
кавітації (кілець), що відрізняються конфігурацією і розміром діаметра 
кільця зверху, кільце №1 - 43 мм, кільце №2 - 33 мм. За відсутності елемента 
вторинної кавітації початок кавітації спостерігається пізніше, що доводить 
його позитивний вплив. Вплив елемента вторинної кавітації ілюструється 
величиною вакууму в тороїдальній камері  
 
 Таблиця 2.1 Характеристики кавітатора за двох режимів роботи 
(початок кавітації і режим розвиненої кавітації). 
Параметр 
Начальное число Число кавитации при робочому Співвіднош
кавитації ан режимі стр ення С7р/ 
<тн 
Значення 3.47 0.62 0.18 
 
 
 
 Співвідношення чисел кавітації розвиненої ар і початкової ан менше 
одиниці показує на збільшення і розвиток кавітації при зростанні тиску в 
лінії подачі.  
 Розраховане значення максимального тиску під час схлопування 
сферичної бульбашки Рmax у рідині становить 1.08 МПа, максимальна 
температура Гmax - 4246 К. 
 За необхідності в зону утворення кавітації можна подавати 
газоподібний або рідкий реагент. Максимально можлива подача рідкого 
реагенту за номінального режиму роботи кавітатора (0.5 м/год і тиску 2-
105Па) становить 20.2 л/год. Подача повітря при повному відкритті 
становить 64.8 л/год  
 Реактор зі зваженим шаром розраховувався на завантаження зі сталі. 
Середня маса частинки приготованої стружки становила 0.14-10" кг, 
приблизний розмір 1x10x2 мм, за густини сталі 7850 кг/м3. Співвідношення 
довжини до ширини частинки становить b/b=5. Швидкість виходу з 
пристрою прийнята рівною входу - 17.8 м/с. Виходячи з цього за формулою 
(38) визначається лобова сила потоку, Н, необхідна для утримання частинок 
такого розміру. Щільність потоку, що виходить із кавітатора, прийнята 500 
кг/м3. 
 Маса завантаження ш, кг, яку може тримати цей потік, становить: 
 Даний реактор має частину, що розширюється (від перерізу 1-1 до 
перерізу 2-2, див. малюнок 23), тому швидкість буде падати в міру 
збільшення діаметра. Попередній розрахунок показав максимальну масу 
завантаження 0.193 кг, з урахуванням зміни швидкісного режиму маса 
завантаження розраховувалася після визначення остаточних розмірів 
реактора. Для подальшого розрахунку параметрів ректора використовується 
формула для визначення швидкості для розкриття струменя: 
 Діаметр вхідного отвору реактора - 2 см (переріз 1-1), діаметр у 
перерізі 2-2 - 8 см . Струмінь, що виходить зі швидкістю 17.8 м/с на відстань 
 
 
15 см від точки виходу знизить свою швидкість до 8.42 м/с. Цього 
швидкісного діапазону (від 17.8 до 8.42 м/с) достатньо, щоб підтримувати в 
зваженому шарі завантаження масою 100 гр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 РОЗРОБКА І ОПИС СТЕНДОВОЇ УСТАНОВКИ 
 3.1 Принцип роботи установки з кавітаційним модулем 
 Для реалізації досліджень щодо впливу кавітації було створено 
дослідну установку рисунок 3.1. Робочий тиск у потоці рідини 2105Па при 
витраті 0.5 м3/год. Об'єм циркулюючого розчину 26 л, час перебування в 
реакційній зоні апарата становить 1.3 хвилини, один цикл становить 3.12 
хвилини. 
 Роботу установки організовано так: насосом (насос - марка КМ32-22-
120) 2 здійснюється подача забрудненої води з бака 1 по лінії подачі 3 в 
кавітатор 4, після чого потік, що кавітує, надходить у реактор із завислим 
шаром завантаження 5. З реактора рідина надходить у робочий об'єм апарата 
6 і скидається трубопроводом 10. Частина води по рециркуляційному 
трубопроводу 7 повертається на повторну обробку (рециркуляційна витрата 
визначається ступенем забруднення води). Під час роботи установки 
можлива подача окислювача (рідкого або газоподібного) безпосередньо в 
кавітатор (позиція 9). 
 
1 - бак із брудною водою; 2 - насос, що подає; 3 - лінія подачі; 4 - 
струменевий кавітатор; 5 - реактор із завислим шаром завантаження 
(каталізатор); 6 - робочий об'єм апарата; 7 - рециркуляційний трубопровід; 8 - 
система охолодження; 9 - подача окислювача; 10 - відведення очищеної води. 
Рисунок 3.1 - Схема експериментальної установки з кавітаційним модулем. 
 
 
 
 Під час проведення експериментів з окислення 4-нітрофенолу в умовах 
барботування повітрям (без кавітації) на даній установці проводили 
демонтаж кавітаційного модуля, на дно опускали фільтр Шотта, під'єднаний 
до компресорної установки. Обсяг циркулюючого розчину зберігався. 
Одним із завдань, поставлених під час розроблення кавітатора, було 
створення швидкісного напору, достатнього для утримання завантаження в 
підвішеному стані. Рішення застосувати завислий шар продиктоване 
необхідністю хорошого контакту потоку і завантаження. У разі 
стаціонарного положення завантаження спостерігається його швидка 
цементація, і ефективність розчинення падає. 
 Потік, пройшовши через реактор, потрапляє в реакційну зону, звідки 
самопливом надходить назад у бак. Оскільки в процесі роботи установки 
відбувається нагрівання рідини (температура в процесі роботи за 10 хв  
підвищується на 2°С), то для підтримання постійної температури в баку 
встановлений теплообмінник 8, по якому протікає охолоджувач - холодна 
вода з водопроводу. Оскільки експериментальна робота проводилася в 
холодну пору року, то температура охолоджувача не перевищувала 9°С, а 
робоча температура розчину становила 20°С. 
До отворів для подачі в кавітатор реагентів (у рідкому і газоподібному 
вигляді) приєднано гнучкі силіконові трубки (поз. 9 рисунок 24). 
Максимально можлива подача рідкого реагенту за номінального режиму 
роботи кавітатора (0.5 м"/год і тиску 2-10 Па) становить 20.2 л/год. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КАВІТАЦІЇ 
 Основним фактором для оцінки впливу кавітаційного потоку на 
оброблюване середовище традиційно вважається вхідний тиск, який визначає 
початкову кількість кавітації і створюється на вході кавітаційного пристрою. 
Проте, відповідно до результатів наукових досліджень гідродинамічної 
кавітації, цей параметр, хоча легко вимірюваний, не є визначальним для 
самого процесу. Різні пристрої дозволяють обробляти потік при тискі від 
декількох атмосфер до 130 та вище. 
 Визначення цих параметрів можливе візуально та, як правило, 
враховується при розробці конструкції кавітаційного генератора та його 
робочого режиму. В даній роботі розробка використовуваного пристрою 
проводилась з урахуванням схлопування окремих бульбашок, без утворення 
великих каверн. 
 Основним визначальним параметром для впливу кавітації на 
оброблюване середовище є кількість утворених бульбашок у водному потоці 
та їхнє схлопування. Ці процеси піддаються впливу різних факторів, таких як 
конструкція пристрою, швидкісний режим потоку та стадія розвитку кавітації 
на момент схлопування – чи то бульбашкова, чи розвинена з утворенням 
каверн. 
 Інтенсивність кавітації, як каталізатора хімічних процесів, визначається 
не лише характеристиками роботи кавітатора, але й станом середовища, в 
якому відбувається кавітація. 
 За результатами дослідження, одним із ключових параметрів є 
присутність твердої фази в потоці. Наявність домішок у системі може як 
зменшити, так і збільшити інтенсивність процесу кавітації. 
 У двофазному середовищі (тверда фаза/рідина) основним регульованим 
параметром стає розмір твердих частинок. При зменшенні розміру частинок 
збільшується площа поверхні контакту і кількість мікроструменів, що 
утворюються під час несиметричного схлопування бульбашки. Ці струмені 
 
 
не лише забезпечують очищення поверхні контакту, але і створюють "ями" та 
активують поверхню, покращуючи змішування фаз і перенесення мас. 
Важливо відзначити, що присутність твердої фази може впливати на систему, 
спричиняючи 
 Домішки можуть представляти собою інертні тверді частинки або 
виявляти каталітичну активність. Відповідно до цього зростає швидкість 
дисоціації окисних частинок, таких як пероксид водню або озон, і 
поглиблюється вплив на "небажані" радикальні частинки та інші. 
Присутність твердих частинок забезпечує додаткові центри для виникнення 
кавітації, сприяючи утворенню кавітаційних бульбашок у реакторі. Це, в 
свою чергу, збільшує кавітаційну активність і запускає мережу хімічних 
ефектів. 
  На швидкість хімічних реакцій, які відбуваються в умовах кавітації у 
розчинах, впливає рН середовища, надаючи цьому процесу свої унікальні 
особливості. Спостереження за окисненням нітрофенолу вказують на те, що 
при низьких значеннях рН феноли знаходяться у молекулярній формі у 
розчині. Під час схлопування бульбашки відбувається розщеплення фенолу 
за допомогою термічного впливу, оскільки навколо схлопуваної бульбашки 
утворюється зона з екстремальними температурними умовами. Цей процес 
схожий на розкладання фенолу вільними радикалами. Частка впливу 
термічного ефекту буде залежати від форми забруднення та рівня рН. 
 З цього можна зробити висновок, що додавання заліза (наприклад, 
щавлевою кислотою) не дозволить зберегти швидкість реакції окиснення 4-
КР пероксидом водню в присутності заліза на тому самому рівні, що й за 
нижчих значень рН. Такий висновок підтримує ідею, що вплив рН на 
характеристики середовища може визначати ефективність хімічних процесів, 
а особливості схлопування бульбашок та термічного впливу стають 
вагомими факторами у кавітаційних умовах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 5 РОЗРОБКА ТА ОПИС ОСНОВНОГО ОБЛАДНЕННЯ 
  
 5.1Експериментальна робота по флотаційній обробці стічних вод 
 Нині широко розповсюджений метод напірної флотації поступово 
витісняється технологіями, у яких реалізується процес насичення рідини 
дрібнодисперсними бульбашками повітря з використанням кавітації - 
аерогідрокавітаційна флотація. 
 Суть методу полягає у створенні спеціальних гідродинамічних умов у 
рідкому середовищі, за яких відбувається схлопування кавітаційних 
бульбашок, виникнення ударної хвилі та, як наслідок, аномальне збільшення 
розчинності повітря в рідині. Таким чином, в умовах гідродинамічної 
кавітації утворення флотокомплексів є результатом взаємодії двох процесів. 
1) зародження і зростання бульбашок із розчиненого повітря на поверхні 
частинок твердої фази; 
2) адсорбції бульбашок повітря, що підсмоктується в зону кавітації, на 
поверхні твердої фази під час зіткнення. 
Аерогідрокавітаційна флотація може бути реалізована з використанням двох 
типів пристроїв - роторних і струменевих кавітаторів. Принципову схему 
роторного генератора гідродинамічних коливань (РГГК - Роторний генератор 
гідродинамічних коливань ), застосовуваного для реалізації флотаційної 
обробки, наведено на рисунку . РГГК містить корпус 1 з контактним між 
дисковим простором, у якому розташований активатор 4. Активатор 
виконаний у вигляді диска зі встановленими по нормалі до його бічних 
поверхонь циліндричними активними кавітаторами 5. На верхньому 3 і 
нижньому 7 пасивних дисках установлено циліндричні нерухомі кавітатори 
6.простором, у якому розташований активатор 4. Активатор виконаний у 
вигляді диска зі встановленими по нормалі до його бічних поверхонь 
циліндричними активними кавітаторами 5. На верхньому 3 і нижньому 7 
 
 
пасивних дисках установлено циліндричні нерухомі кавітатори 6.
 
1- корпус; 2 - приводний вал; 3 - верхній пасивний диск; 4 - активатор; 5 
- активний кавітатор; 6 - нерухомий кавітатор; 7 - нижній пасивний диск; 8 - 
повітропровід; 9 - струмовідбійна лопать 
Рисунок 5.1 - Роторний генератор гідродинамічних коливань (РГГК). 
 За великих швидкостей ротора і малих статичних тисків на поверхні 
кавітаторів відбувається утворення макророзривів суцільності рідини 
(гідродинамічна кавітація) і, як наслідок, зменшення хвильового опору 
середовища і змінного тиску. Схлопування кавітаційних бульбашок поблизу 
поверхні кавітатора часто призводить до руйнування поверхні - кавітаційної 
ерозії. Подача газу в область зниженого тиску дає змогу швидко подолати 
початкову стадію кавітації і сформувати каверну, тобто перейти в режим 
розвиненої кавітації, що дає змогу уникнути схлопування кавітаційних 
бульбашок і ерозії . 
 Одним із найважливіших параметрів флотаційної обробки є питома 
витрата повітря: а - питома аерація, л повздовж./(л - с). Дослідження з 
визначення можливих витрат повітря проводили для роторного та 
струменевого кавітаторів у режимі аерації, що відповідає подачі повітря в 
роторний кавітатор та відкриттю отворів у струменевому кавітаторі з 
підсмоктуванням повітря.  
 
 
Таблиця 5.1 Питома аерація під час роботи РГГК, струменевого кавітатора і 
напірної флотації 
 
Назва приладу  
л возд. / (л • с) 
РГГК 0.021-0.054 
Струйний кавітатор 0-0.022 
Напорная флотація 0.03 - 0.05 
 Отримані значення питомої витрати повітря дають змогу зробити 
висновок про те, що застосування струменевих і роторних кавітаторів у 
режимі диспергаторів повітря може замінити напірну флотацію, крім того 
розмір бульбашок, одержуваних на кавітаційних пристроях, значно менший, 
ніж під час напірної флотації. 
 
5.2 Флотатор на основі роторного і струминного кавітаторів 
 Пропонований флотатор має на першому ступені роторний кавітатор, 
на другому струменевий кавітатор. Схему розробленого кавітатора 
струминного типу наведено на малюнку 20. Так само ці пристрої можуть 
бути використані для підвищення ефективності роботи наявних флотаторів. 
Вони легко вбудовуються у флотаційну камеру наявних споруд без зміни 
конструкції пінозбірних пристроїв. На рисунку 4.2 показано роботу 
пристрою в режимлфлотації. 
 
 
                                                                                                                                                                                                
Рисунок 5.2 Робота пристрою в режимі флотації 
 Флотатор для очищення стічних вод включає в себе два джерела 
бульбашок: роторний кавітатор і струменевий. Утворення бульбашок 
відбувається завдяки двом процесам: підсмоктуванню повітря в ділянку 
розрядження, що формується під час руху води, і за рахунок виділення 
повітря, розчиненого у воді. Кавітаційні модулі флотатора створюють 
бульбашки повітря розміром від 5 до 30 мкм. Утворені бульбашки повітря 
захоплюють частинки забруднень і виносять їх на поверхню. Швидкість 
спливання утворених флотокомплексів 4-6 мм/с. На малюнку 45 
представлена конструкція флотатора. Робота здійснюється так: вода, що 
очищується, трубопроводом 9 подається в камеру флотації 3, насичуючись 
повітрям, яке подають у камеру роторним кавітатором 1. Далі вода надходить 
у камеру відстоювання 4. Проходячи між перегородками, вода після 
відстоювання знову насичується бульбашками повітря, що подається в 
камеру гідродинамічним кавітатором 2, і висхідним потоком надходить у 
камеру відстоювання 5. Очищена вода відводиться трубопроводом 12. Збір 
піни здійснюється піновіддільним пристроєм через кишеню 6. Частина води з 
трубопроводу очищеної води 12 по рециркуляційному трубопроводу 11 
 
 
насосом 14 подається в гідродинамічний кавітатор 2. Утворений у процесі 
флотації осад відводиться трубопроводом 10 на зневоднення. 
- Конструкцію даного флотатора розраховували на продуктивність 10м/год. 
Рециркуляційна витрата становить 20% від витрати, що подається на 
флотатор. На рисунку 5.3 зображено конструкцію флотатора 
 
 
 
 1 - кавітаційний флотатор, 2 - резервуар усереднювач, 3 - насос, 4 - реакційна 
ємність, 5 - кавітатор, 6 - реактор із завислим шаром завантаження, 7 - 
подавання водневого пероксиду, 8 - подавання сірчаної кислоти, 9 - 
підлуговування, 10 - відстійник, 11 - резервуар збирання осаду. 
Рисунок 5.3 - Конструкція флотатора 
 
 У флотаторі прийнято до влаштування три камери: камера установки 
роторного генератора гідродинамічних коливань і дві камери відстоювання. 
Камера установки роторного генератора гідродинамічних коливань 
призначається виходячи з параметрів встановлюваного кавітатора. Для 
оптимальної роботи генератора гідродинамічних коливань (роторний 
 
 
кавітатор) камера має бути круглою або квадратною. Для флотатора 
прийнято квадратну камеру з розміром у плані 0.65x0.65 м.  
- Дослідження флотатора в показали високу ефективність під час очищення 
відпрацьованих лужних мийних розчинів, забруднених нафтопродуктами і 
завислими речовинами. Виявлено основні переваги використання кавітації на 
стадії флотонасичення порівняно з напірними флотаторами: насичення 
рідини бульбашками повітря практично не залежить від наявності в ній 
завислих речовин; 
- можливість флотаційного очищення стічних вод, що мають температуру 
понад 50°С; 
- можливість дозування флокулянтів безпосередньо у флотаційну камеру; 
- відсутність насосів високого тиску; 
- Струменеві кавітатори можуть бути використані при модернізації напірних 
флотаторів.  конструкції. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 ДОСЛІДЖЕННЯ КАВІТАЦІЙНОГО ПРОЦЕСУ ПРОЦЕСУ 
РЕАҐЕНТНОГО ОЧИЩЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ СТІЧНИХ ВОД 
МЯСОПЕРЕРОБНИХ ПІДПРИЄМСТВ 
 
          6.1. Харектеристика стічних вод м’ясопереробних підприємств 
 
Експериментальним дослідженням очищення стічних вод передувало 
дослідження роботи реального м`ясопереробного підприємства, утворення та 
складу стічних вод. Нижче наведено характеристику стічних вод як вихідної 
сировини (табл. 6.1), що підлягає обробленню (очищенню) та проаналізовано 
режим їх утворення в часі залежно від здійснення певних технологічних 
операцій. 
Таблиця 6.1 
Величина рівня забруднення стічних вод м’ясопереробних підприємств 
 
Величина ХСК, Характеристика м’ясопереробного підприємства 
мгО /дм3 
2  
Перероблення готової сировини (напівфабрикатів) 
1100 – 2170 
4400 – 6500* „Раневицькі ковбаси” с. Раневичі Львівської обл. 
Перероблення готової сировини (напівфабрикатів) + 
4000 – 6900 частково власна сировина (є забійний цех) 
„МАСАР-АГРО” м. Копиченці Тернопільської обл. 
Власна сировина (є забійний цех) 
14600 – 21700 
„Снятинська Нова” м. Снятин Івано-Франківської обл. 
* утворюються після миття коптильного устаткування 
 
 Функціонування  в складі м’ясопереробного підприємства забійного 
цеху суттєво впливає на рівень забруднення стічних вод. 
Початкові дослідження виконували із застосуванням стічних вод 
ковбасного цеху, розташованого в с. Раневичі Дрогобицького району 
 
 
Львівської обл. На підприємстві, залежно від виду технологічних операцій, 
утворюються стічні води двох видів, які істотно відрізняються складом, 
показниками та виглядом. Зараз стічні води, що утворюються, без жодного 
очищення скидаються в річку, притоку р. Тисмениця, яка протікає 
безпосередньо біля підприємства.  
Перші (“світлі”) стічні води утворюються протягом робочої зміни (цех 
працює лише в одну зміну) кожного дня в період з понеділка по п`ятницю 
кожного тижня. Формуються стічні води під час періодичного миття 
технологічного обладнання, на якому виготовляють ковбасні вироби. Склад 
зазначених стічних вод протягом робочої зміни коливається, оскільки 
обладнання періодично миють із застосуванням мийних засобів, аналогічних 
до тих, що застосовуються в побуті, а потім промивають зм`якшеною водою. 
Усереднення стічних вод відбувається в септику (збірній ємності), 
розташованій нижче рівня покриття території підприємства. Всього протягом 
робочого дня утворюється близько 5 м3 цих стічних вод. 
Органолепличні показники стічних вод залежать від асортименту 
продукції, що випускається на підприємстві. Зокрема, забарвлення 
змінюється від світло жовтого до інтенсивного темно жовтого.  Стічні води 
містять значну кількість завислих речовин, через що вони мутні – непрозорі. 
Запах цих стічних вод – неприємний, доволі інтенсивний. 
Головною кількісною характеристикою стічних вод є величина 
хімічного споживання кисню (ХСК). Ця величина для стічних вод першого 
виду коливалась (за результатами аналізів чотирьох проб) в межах  
1100…2700 мг О/дм3. Величина рН цих стічних вод коливалось у доволі 
широких межах: від 6,0 до …10,9.   
Стічні води другого виду (“темні”) утворюються після миття 
коптильного устаткування, яке здійснюють лише один раз на тиждень – в 
суботу, водним розчином суміші лугів – кон і naoh. Навіть візуально ці стічні 
води істотно відрізнялись від перших: їх забарвлення було темнокоричневим. 
Темне забарвлення зумовлене наявністю смолистих речовин і дуже 
 
 
дисперсних частинок сажі, які змиваються мийними засобами зі стінок 
коптильної камери та з поверхонь стелажів, на яких розміщають м`ясні та 
ковбасні вироби.  
Обсяг “темних”стічних вод коливається в межах 4…5 м3 на день 
(суботу). 
Величина ХСК “темних” стічних вод змінювалась в межах 4400…6000 мг 
О/дм3; значення рН цих стічних вод дорівнювало 12,3…12,4. 
 
6.2. Дослідження реаґентного очищення стічних вод 
 
Обидва види стічних вод містять речовини жирного ряду, дисперговані в 
рідині завдяки застосуванню мийних засобів. 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 
мгО2/дм3. 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. 
Разом з тим, очевидним є значна перевитрата кальцію гідроксиду в 
процесі очищення стічних вод. Одним із методів  інтенсифікації процесів за 
 
 
участю твердофазних реагентів є, як відомо, є застосування акустичних 
коливань, зокрема, в ультразвуковому діапазоні. Тому подальші дослідження 
були спрямовані на встановлення ефективності застосування ультразвукових 
випромінювань в процесах очищення стічних вод кальцію гідроксидом. 
Результати наведені в табл. 6.2. і 6.3. 
Таблиця 6.2.Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на  
величину ХСК стічних вод при їх очищенні твердим Са(ОН)2 (ХСК0 = 460 
мгО2/дм3) 
Вміст  ВЕЛИЧИНА ХСК, мгО 3
2/дм / СТУПІНЬ ОЧИЩЕННЯ
Са(ОН)2  у Перемішування без Озвучування стічних вод  
стічних озвучування з Са(ОН)2 
водах, % 
2,5 420  /  9 405  /  12 
5,0 360  /  22 320  /  30 
7,5 315  /  31 240  /  48 
10,0 280  /  39 170  /  63 
 
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), тому тверді частинки частіше 
потрапляють в кавітаційну область, де й відбувається їх часткове руйнування 
та активація. 
Унаслідок цього ступінь перетворення Са(ОН)2 в цьому випадку є більшим. 
Це підтверджує висновок про доцільність  активування суспензії Са(ОН)2 
безпосередньо перед подаванням її до стічних вод, сформульований за 
результатами досліджень роботи гідродинамічного кавітатора. 
 
 
 
Таблиця 6.3 Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на величину  
ХСК стічних вод при їх очищенні суспензією кальцію оксиду 
(ХСК0 =  60 мгО2/дм3, тривалість процесу 20 хв) 
ВЕЛИЧИНА ХСК, мгО /дм3 
2 /  СТУПІНЬ ОЧИЩЕННЯ, % 
Вміст 
Перемішування Озвучування Попереднє озвучування 
Са(ОН)2 
суспензії СаО 
у стічних без озвучування стічних вод з 
водах, % 
реагентом 
 10 %-а суспензія  Са(ОН)2 (ультразвукова кавітація)
2,5 395  /  14 375  /  18 180  /  39 
5,0 315  /  31 290  /  37 110  / 72 
7,5 230  /  50 160  /  65 90  /  80 
10,0 215  /  53 140  /  69 70  /  85 
10 %-а суспензія  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 
10,0 215  /  53 115  /  71 55  /  86 
20 %-а суспензія Са(ОН)2 (ультразвукова кавітація) 
2,5 380  /  17 195  /  58 110  /  76 
5,0 210  /  54 170  /  63 90  /  80 
7,5 175  /  62 145  /  68 65  /  86 
10,0 145  /  68 140  /  69 55  /  88 
20 %-а суспензія  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 
 
 
 
Аналогічні дослідження були виконані із використанням стічних вод 
підприємства «Масар-АГРО». Головні результати наведені в табл. 6.4. 
Як видно із табл. 6.4. 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 6.4. 
Порівняння ступенів очищення стічних вод м’ясопереробного 
підприємства різними методами (ХСК0 = 6940 мгО2/дм3) 
Ступінь 
Методи очищення Величина ХСК, 
очищення, 
мгО/дм3 
% 
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 
 
6.3. Дослідження процесу розділення суспензії, що утворюється внаслідок 
додавання до стічних вод реаґентів 
 
Внаслідок додавання реагентів різної природи та призначення 
(феруму(ІІ) сульфат як коагулянт, кальцію оксид чи кальцію гідроксид) 
утворюється гетерофаза – зависі. Швидкості осідання цих зависей, 
незважаючи на їх походження, є незначними – від 3 до 5 мм/хв. Більше того, 
навіть після освітлення верхнього шару рідини утворюється шар осаду, який 
займає від 50 до 70 % від початкового об`єму суспензії. Осад є пухким, 
рухливим. Подальше ущільнення осаду відбувається дуже повільно і може 
тривати 12…24 годин. Навіть при очищенні однакових стічних вод у 
 
 
паралельних дослідах, тобто за однакових умов,  швидкість осідання й 
ущільнення могли відрізнятись на 15…25 %. Зрозуміло, що ці два процеси 
(осадження й ущільнення осаду) потребують тривалого часу, а відповідно й 
застосування апаратів великого об`єму.  
Враховуючи специфіку розташування підприємства та обмеженість 
площі його території вважали за доцільне для розділення суспензії 
використати метод фільтрації. При виборі фільтрувального матеріалу 
керувались такими показниками як прозорість, забарвлення та величина ХСК 
фільтрату. Хоча прозорість і забарвлення є показниками опосередкованими, 
але вони були першими критеріями, які давали змогу якісно оцінити 
ефективність фільтрування, оскільки визначення величини ХСК для кожної 
проби потребувало надто великих витрат реагентів, зокрема, таких як 
сульфатна кислота, аргентуму нітрат та гідраргіруму(ІІ) сульфат.  
Дослідження виконували із застосуванням як площинних, так і насипних 
фільтрувальних матеріалів.  
У випадку високої ефективності фільтрування із застосуванням 
площинних фільтрів для розділення суспензії можна було б використовувати 
апарати безперервної або періодичної дії (наприклад, барабанні чи стрічкові 
фільтри), роботу яких можна легко автоматизувати. Як площинні матеріали 
використовували тканини із природних (льняна, бельтинг) і синтетичних 
(хлоринова тканина, капрон, дакрон) матеріалів. 
Незважаючи на різноманітність та густину переплетення волокон у всіх 
вказаних вище тканинах та відповідно різну швидкість фільтрації, всім їм 
притаманні два однакові недоліки. По-перше, проскакування через 
фільтрувальний матеріал на початкових стадіях процесу значної кількості 
дисперсних частинок, що спричиняло високі значення ХСК фільтрату 
(«очищеної» води). По-друге, різке збільшення опору фільтрації внаслідок 
забивання пор тканин осадом. Якщо ж для збільшення рушійної сили 
фільтрацію здійснювали під розрідженням чи вакуумом, то це призводило до 
 
 
інтенсивного проскакування частинок. Зміна режимів фільтрації, зокрема, 
значення розрідження (рушійної сили процесу) в межах від 0,08 до 0,01 МПа 
очевидного ефекту не дала: фільтрат залишався мутним. Відповідно 
величина ХСК зменшувалась всього на 30…50 % від початкового значення. 
Отже, на підставі виконаних досліджень дійшли висновку, що 
застосування тканинних фільтрів для розділення суспензій не забезпечує 
ефективної фільтрації. 
Як матеріал для насипних фільтрів використовували пісок (традиційний 
матеріал у насипних фільтрах) і суміш піску з деревною мукою. Застосування 
деревної муки зумовлене тим, що деревина містить лігнінові сполуки, які 
часто застосовують як коагулянти в деяких технологіях водоочищення. Саму 
деревну муку застосовувати не доцільно, бо вона підіймається на поверхню 
рідини, що подається на фільтрацію. 
Під час виконання досліджень встановили, що спочатку у верхньому 
шарі насипного фільтра товщиною всього до 2…3 мм (за умови, що поверхня 
насипного матеріалу попередньо вирівняна) формується намивний шар 
осаду. Надалі саме цей намивний шар відіграє роль фільтрувального 
матеріалу і ріст осаду відбувається на його поверхні. Протягом перших 5…10 
хв. швидкість фільтрації дорівнює  (0,35…0,85)10-3  (м3/м2с). Після 
утворення на поверхні насипного матеріалу осаду товщиною близько 4…5 
мм починається зменшення швидкості фільтрації. Це явище пояснюється 
тим, що осад є дуже дрібнодисперсним, він утворює пастоподібну масу, що 
спричиняє значний опір фільтрації. Застосування вакууму (розрідження) дає 
змогу інтенсифікувати фільтрацію, але через деякий час осад на фільтрі 
ущільнюється, а швидкість процесу зменшується. 
Для зменшення опору осад, що утворюється, періодично знімали з 
поверхні насипного матеріалу широким металевим шпателем так, щоб не 
порушити верхній шар самого насипного матеріалу. Навіть під час знімання 
 
 
осаду, якщо над фільтруючим матеріалом знаходилась суспензія, швидкість 
фільтрації різко зростала.  
Встановлено, що фільтр з насипним шаром фільтрувального матеріалу 
завдяки періодичному зніманню осаду з його поверхні можна застосовувати 
доволі тривалий час – навіть декілька днів поспіль, але за умови, щоб він 
залишався вологим. У цьому випадку намивний шар зберігав свої 
властивості. На підставі виконаних досліджень розроблено конструкцію 
фільтра безперервної дії, схему якого та опис наведено в розд. 5. 
 
6.4. 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. 
Дослідження процесу очищення стічних вод, які за складом, в 
основному, відповідають попередньо очищеним реагентним методом стічних 
вод м’ясопереробних підприємств, виконували з реальними стічними водами 
на ЛМКП «Львівводоканал». Дослідження передбачали порівняння 
ефективності різних методів очищення стічних вод, результати досліджень 
наведені в табл. 5.5. 
 
 
Воду після кавітаційного оброблення протягом 10 хв. (32 л) подали на 
біологічне очищення. Співвідношення між об’ємом активного мулу і 
стічними водами 2:3. Після вимкнення аерування швидкість осідання 
активного мулу була більшою у 1,5-1,7 рази, а утворені конгломерати-
флокули були більшого розміру. Що є важливим показником одного з етапів 
біологічного очищення стічних вод: відділення активно мулу на стадії 
вторинного відстоювання і повернення у аеротенк. Адже в цьому разі 
біоценоз аеробних гідробіонтів менше часу перебуває в безаераційних 
умовах вторинного відстійника. Величина ХСК стічних вод, які попередньо 
оброблені у кавітаторі, на 11-15 % менша і складала 95-130 мгО /дм3
2 . 
 
 Таблиця 6.5. 
Залежність показників промислово-побутових стічних вод, залежно від 
способу їх очищення 
 Показник 
 
ХСК, мгО2/дм3 
рН ОВП, мВ 
(ступінь очищення, %) 
Початкові стічні води 825 7,18 -37 
750 
Кавітаційне оброблення 30 хв. 7,80 -72,6 
(9,1) 
510 
З Аl2(SO4)3 5,33 322,1 
(38,2) 
Кавітаційне оброблення 10 хв. 470 
5,30 70,3 
+ Аl2(SO4)3 (43,0) 
Кавітаційне оброблення 30 хв. 410 
5,36 66,4 
+ Аl2(SO4)3 (50,3) 
 
 Виявлено, що під час кавітаційного оброблення стічних вод окрім 
закономірного зменшення величини БСК стічних вод відбувається 
збільшення концентрації розчиненого кисню (табл. 6.6).  
Збільшення концентрації кисню під час кавітаційного оброблення 
стічних вод за адіабатичних умов відбувається за одночасного зростання 
температури середовища. Тобто, формально концентрація кисню у водному 
 
 
розчині повинна була б зменшуватись. Таке протиріччя пояснюється 
специфікою перебігу кавітаційних явищ. Під час виникнення кавітаційної 
бульбашки (каверни) та її розвитку (збільшення об’єму) тиск у ній є дуже 
низьким., тобто виникає градієнт парціальних тисків води й розчинених у ній 
газів в об’ємі середовища та в об’ємі каверни. 
 
Таблиця 6.6. 
Визначення впливу кавітаційного оброблення на показник БСК 
(біологічне споживання кисню). 
Тривалість оброблення, хв. 
Показник  
0 10 20 30 
БСК5 74,8 83,40 81,80 66,40 
Розчинений кисень, мгО /дм3 
2 2,26 2,45 3,94 4,78* 
Температура, °С 14 17 21 25 
* Вміст О2 за температури 30 0С у дистильованій воді – 7,49 мг/дм3. 
 
Завдяки цьому з внутрішньої поверхні каверни, тобто на межі розділу 
фаз, відбувається випаровування води й десорбція газів та їх дифузія в об’єм 
каверни. Такий процес триватиме, залежно від розмірів каверни до моменту 
встановлення рівноваги в  цій мікросистемі, або ж до початку колапсування 
каверни під дією зовнішнього тиску середовища. Під час змикання каверни 
тиск й температура різко зростають, що двояко діє на розчинність газів. 
Збільшення температури в мікроб`ємі спричиняє зменшення розчинності 
газу, а зростання тиску, навпаки – її збільшення. Очевидно, що від 
особливостей формування каверн, їх ромірів, умов теплопередачі з 
мікроб`єму (точки змикання каверни) в об’єм  середовища тощо ці процеси 
визначають рівновагу в цій мікросистемі.  Отже, можна припустити, що за 
певних умов розчинність газу превалюватиме над його десорбцією.        
 
 
Після кавітаційного оброблення стічних вод інтенсивність седиментації 
аеробного мулу є більшою, ніж у випадку необроблених стічних вод рис. 
(5.11). 
 
5
4 1
3 2
2
1
0
0 5 10 15 20 25 30
t, хв.
 
Рисунок 6.11. Динаміка осідання активного мулу: 1– попередньо 
оброблені стічні води; 2– стічні води без попереднього оброблення; L – 
висота освітленого шару води, см; t – тривалість осідання, хв. 
 
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 (рисунок 6.12). 
 
 
L, см
 
 
330
280
230
180 1
130 2
80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
t, год
 
Рисунок 6.12. Залежність ХСК від часу аерування стічних вод з 
активним мулом (біологічного очищення): 1– без попереднього оброблення; 
2– попередньо оброблені у гідродинамічному кавітаторі; t – тривалість 
аерації, хв. 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ХСК, мгО /дм3
2
 
 
 
7 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
Для виконання дослідів необхідно мати в наявності чотири робочих 
місця. Тобто необхідно розрахувати вентиляційну систему з чотирма 
повітрозабірниками. Так як розміри робочого місця мають розміри 200
100 мм, то вибираю приймальний отвір у вертикальній панелі 350150 мм. 
Відстань між сусідніми робочими місцями складе 3 м (беру до уваги 
ширину робочих столів і проходів між ними). Відстань від дифузора до 
верхньої відсмоктуючої труби приймаю 4 м (з урахуванням висоти 
помешкання). 
Довжину верхньої відсмоктуючої труби приймаю рівною 4 м. 
Довжину вихідної витяжної труби приймаю рівною 5 м (з урахуванням 
того, що вентилятор буде стояти на горищі на пружинних амортизаторах). 
Застосування такого пружинного амортизатора дозволяє зменшити шум і 
вібрацію вентилятора. 
Розраховую необхідну кількість відсмоктуючого повітря і втрати 
тиску у повітроводі. Продуктивність місцевих відсосів визначається фізико 
– хімічними властивостями і параметрами шкідливостей, конструкцією 
відсосу. Обсяг повітря, що витягується з відсосу, дорівнює: 
V 3600a b ;                                         (7.1) 
 
де a b  - площа розрахункового перетину, м2; 
      - середня швидкість повітря в отворі, м/с. 
 
При особливо отруйних шкідливих речовинах (пари свинцю, гарячої 
ртуті, лаки і їхні розчини, дисперсійний пил металів) значення середньої 
швидкості приймається  =3 м/с, тоді: 
 
V  3600 0,30,15 3  486  м3/год. 
 
 
 
Для спрощення розрахунків приймаю V=600 м3/год. 
Вентиляційна система має чотири ділянки, які я розрахую. 
Розрахунок для першої ділянки. 
Вихідні дані для розрахунку: 
- обсяг повітря, що витягується з відсосу – V = 600 м3/год; 
- середня швидкість повітря в отворі –   = 4 м/с; 
- довжина повітропроводу – L = 7 м. 
Беручи до уваги той факт, що швидкість повітря на ділянках повинна 
плавно збільшуватися в міру наближення до вентилятора, вибираю   = 4 
м/с. 
Знаючи втрати повітря і його швидкість з номограми знаходжу 
діаметр трубопроводу, втрати тиску на тертя і динамічний тиск. Отримую: 
Діаметр повітропроводу – d=220 мм; 
Втрати тиску на тертя – Rтр=1 Па/м; 
Динамічний тиск – Нд=11 Па. 
 
Втрати тиску на місцеві опори на ділянці №1 складуть: 
 
Z  Hд ,                                            (7.2) 
Z  (1,21,2 0,222) 10  26,22  Па; 
Загальні втрати тиску складуть: 
 
Н (Rтр LZ) ,                                      (7.3) 
 
Н  (16 26,22)  32,22  Па. 
Аналогічні результати отримую при розрахунку третьої ділянки 
через їх повну ідентичність. 
Розрахунок для другої ділянки. 
 
 
Вихідні дані для розрахунку: 
- обсяг повітря, що витягується з відсосу – V = 600 м3/год; 
- середня швидкість повітря в отворі –   = 4 м/с; 
- довжина повітропроводу – L = 7 м. 
Вибираю швидкість у повітроводі -  = 4 м/с. Згідно номограми 
знаходжу: 
діаметр повітропроводу – d=220 мм; 
втрати тиску на тертя – Rтр=1 Па/м; 
динамічний тиск – Нд=11 Па. 
Місцеві опори на другій ділянці складаються з опорів у місці 
переходу відсосу у повітровід і на одному коліні рівні відповідно: 
 
1  0,222 ;     2 1,2 ;    3 1,3 ; 
 
Втрати тиску на місцеві опори на ділянці №2 складуть: 
 
Z  (1,21,3 0,222) 10  27,22  Па; 
 
Загальні втрати тиску складуть: 
 
Н  (13 26,22)  30,22  Па. 
 
Аналогічні результати отримую при розрахунку четвертої ділянки 
через їх повну ідентичність. 
Перевіримо рівність дотримання тиску в рівнобіжних ділянках 1 і 2. 
Неспівпадання у втратах тиску не повинна перевищувати 10 %. Значення 
розбіжностей тисків на ділянках, рівних 32,22 та 30,22 Па, складає 6,2 %. 
Тобто параметри повітроводів на цих ділянках підібрані правильно. 
Дані всих розрахунків зводжу в таблицю 8.2. 
 
 
 
Таблиця 7.2 – Дані розрахунків вентиляційної системи. 
№ V, L,  , d, R, Нд, Ζ, H, 
Σζ 
діл. м3/год м м/с мм кг·с/м2 Па Па Па 
1 600 6 4 220 1 2,622 10 26,22 32,22 
2 600 3 4 220 1 2,622 10 26,22 30,22 
3 600 6 4 220 1 2,622 10 26,22 32,22 
4 600 3 4 220 1 2,622 10 26,22 30,22 
 
Сумарне значення втрат тиску складе: 
 
                                                               Н Н                                           (7.4) 
1,2,3,4
 
Н  32,22  Па. 
 
Визначаю параметри V та H для вибору вентилятора. Значення цих 
параметрів рекомендується брати більшими на 10% від розрахованих. 
Тобто для вибору вентилятора буду використовувати параметри подачі 
повітря V =550 м3/год і тиску H=32 Па. При виборі типу і номера 
вентилятора буду керуватись тим, що вентилятор повинен мати найбільш 
високий ККД і невелику швидкість обертання. 
Використовуючи параметри подачі повітря V і тиску Н згідно 
графіків вибираю вентилятор Ц4 – 70 №3, ККД вентилятора 0,7. 
Установлену потужність електродвигуна вентилятора визначаю за 
формулою: 
V H K
                                         N  , (кВт)                          
уст.
3600 102 в р.п.
(7.5) 
де V – продуктивність вентилятора, м3/год; 
 
 
 Н – повний тиск вентилятора, кг/м2; 
 К – коефіцієнт запасу (приймається рівним 1,1   1,5); 
 в  - ККД вентилятора (визначається з графіка); 
   - ККД ремінної передачі (для плоских пасів 0,85 0,90, а для 
р.п.
клиновидних 0,90 0,95). 
 
550 32 1,3
N уст.   0,1 кВт. 
3600 102 0,7 0,9
 
Для вентилятора Ц4 – 70 №3 підбираю електродвигун типу А0Л12 – 
4 (n=1400 об./хв., Nv=0,18 кВт). 
 
7.2 Розробка заходів з охорони праці та планування заходів з 
цивільного захисту для робочого приміщення 
 
Проведу аналіз найбільш ймовірних небезпек, які можуть мати місце 
у лабораторії.  
Відповідно до Правил пожежної безпеки в Україні (затверджених 
Наказом МНС України 19.10.2004 №126 у будівлях і спорудах, які мають 
два поверхи і більше, при одноразовому знаходженні на поверсі більше 25 
осіб мають бути розроблені і на видних місцях вивішені плани (схеми) 
евакуації людей на випадок пожежі. Необхідність забезпечення планами 
(схемами) евакуації одноповерхових будівель та споруд визначається 
місцевими органами державного пожежного нагляду, виходячи з їх 
пожежної небезпеки, кількості людей, площі і т. д. 
План евакуаціїї при пожежі це документ, в якому заздалегідь 
розроблені схеми і зазначені евакуаційні шляхи і виходи, встановлені 
правила поведінки людей, а також порядок і послідовність дій 
 
 
обслуговуючого персоналу на об’єкті при виникненні пожежі або в умовах 
надзвичайної ситуації. 
Забезпечення захисту населення та територій у разі загрози й 
виникнення НС, як одне із найважливіших завдань держави, здійснюється 
згідно із законами України. 
Комплекс підготовчих захисних заходів однаковий як для мирного, 
так і для воєнного часу, оскільки враховує поєднання впливу уражальних 
факторів НС і можливого застосування агресором сучасних засобів 
ураження. 
Захист населення та територій від НС здійснюється за відповідними 
принципами, що забезпечують максимально ефективне розв’язання 
проблеми, а саме:  
– пріоритетність завдань, спрямованих на захист людей, збереження 
їхнього здоров’я, а також на захист довкілля; 
– обов’язковість завчасного планування та реалізації заходів щодо 
захисту населення та територій з урахуванням економічних, природних та 
інших особливостей регіону, а також імовірності виникнення НС; 
– комплексне використання способів і засобів захисту та вибір 
найбільш раціональних; 
– вільний доступ населення до інформації про захист від НС; 
– особиста відповідальність керівників органів ЦЗ та піклування 
громадян про власну безпеку, неухильне дотримання ними правил 
поведінки та дій у НС. 
Основні способи захисту населення від уражальної дії факторів, що 
виникають у НС мирного та воєнного часу, такі:  
- використання засобів індивідуального захисту,  
- укриття людей у захисних спорудах,  
- здійснення заходів з евакуації населення. 
 
 
 
 
7.3Розрахунки фонду зарплати робітників. 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв 
та допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з 
Розрахунок вартості основних фондів 
 
Далі проводимо розрахунок вартості основних фондів, до яких 
належать вартість будівель та вартість обладнання. Розрахунок вартості 
будівель наведено у таблиці 7.3, а розрахунок вартості обладнання в 
таблиці 7.4. 
 
Таблиця 7.3 - Розрахунок вартості будівель 
Амор
Кі Початкова Сума 
ти-
Найменування ль вартість, аморти-
зація, 
к. грн зації, грн 
% 
Будівлі: 
Насосна станція  1 35026,00 5 1751,30 
Виробниче 1 125002,00 5 6250,10 
приміщення 
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 7.4 - 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 1510,00 226,50 
17 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 
470,27 
4 681,55 102,23 3135,13 15 
 
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 
Кавітатор 
2 1604,63 481,39 4172,03 15 625,80 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 7.5 - Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового персоналу 
Разом 
Категор Чи- Посадовий Річний Додатко-
річний 
ія сель оклад за фонд ва 
№ п/п Посада фонд 
праців- ніс- місяць, зарплати, зарплата, 
зарплати, 
ників ть грн. грн. грн. 
грн. 
  Керівники:             
1 начальник 
ІТП 1 1500,00 18000,00 7200,00 25200,00 
виробництва 
2 Головний інженер ІТП 1 1250,00 15000,00 5250,00 20250,00 
3 Енергетик ІТП 1 1000,00 12000,00 4200,00 16200,00 
4 Економіст ІТП 1 1100,00 13200,00 3300,00 16500,00 
5 Головний бухгалтер ІТП 1 1250,00 15000,00 3000,00 18000,00 
 Спеціалісти:       
6 Технолог ІТП 1 1000,00 12000,00 2050,00 14050,00 
7 Лаборант ІТП 1 900,00 10800,00 1836,00 12636,00 
8 Електрик ІТП 1 1100,00 13200,00 1980,00 15180,00 
9 Охоронець ІТП 1 850,00 10200,00 1530,00 11730,00 
10 Слюсар ІТП 1 1150,00 13800,00 2070,00 15870,00 
Разом   10    165616,00 
 
 
 
 
7.4 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                                              (7.9) 
де   В - обсяг реалізованої продукції, грн; 
      Фср - середньорічна вартість основних фондів, грн. 
 
- фондоємкість: 
 
                                  Фє = Фср /В                                              (7.10) 
 
- коефіцієнт оборотності оборотних засобів: 
 
B
K  ,                                               (7.11) 
об
                                            Qср
 
де Qср  - середньорічні залишки оборотних засобів; 
- тривалість обороту: 
Д Оср  Д
                                          Тоб   ,                                     (7.12) 
Коб В
 
 
 
де Д – кількість днів роботи за рік. 
2. Cобівартість продукції: 
             С              (7.13) 
пр Смн  Пе Озп  Д зп Н зп  Внв  Вем Цв  Зв Нев ,
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,                                        (7.14) 
 де Нр – норма рентабельності; 
      Пр – прибуток. 
4. Прибуток і рентабельність: 
                                       Пр=Рпр-Спр,                                                (7.15) 
П
                                            р
Рп  ,                                                  (7.16) 
Спр
П р
                                           Ра  ,                                                  (7.17) 
А
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 = ,                             (7.18) 
oi
Загальні активи
2. Окупність власного капіталу: 
Чистий прибуток
          K =             (7.19) 
oв
Загальні зобов,язання перед власниками
3. Коефіцієнт ліквідності: 
Загальні поточні активи
                           K =                             (7.20) 
л
Загальні поточні пасиви
4. Коефіцієнт загальної заборгованості: 
Загальні поточні пасиви
                            Kзб =                            (7.21) 
Загальні активи
5. Коефіцієнт автономії: 
Сумарний власний капітал
                      K =                   (7.22) 
авт
Сума авансових коштів (балансу)
Отримані в результаті розрахунків параметри використовують при 
визначенні точки беззбитковості, яка розраховується аналітичним 
методом: 
 
Загальні умовно-постійні витрати
     T =    (7.23) 
б
Ціна реалізованої одиниці продукції - питомі змінні витрати
 
або графічним: 
 
 
 
 
 
 Рисунок 7.1 – Графік визначення точки беззбитковості 
 
За традиційними методами економічний ефект визначається: 
 
                Ер  (С1  Еф К1) (С 
2  Еф К2 ) ,                                 (7.24) 
де С1, С2 - собівартість продукції проекту до і після впровадження;  
     К1, К2 - інвестиції відповідно до і після впровадження;  
     Еф - коефіцієнт економічної ефективності. 
1 Пр
                                        Еф = = ,                                        (7.25) 
Тоі Кз
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 7.6. – 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 39 
3 
Тривалість періоду днів 365 
4 
Собівартість періоду грн/рік 84677,5 
5 
Ціна продукції грн/м3 1,66 
 
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 
 
Розроблено пристрій для генерування гідродинамічної кавітації - 
струменевий кавітатор вихрового типу, який має низку переваг перед 
наявними аналогами: - низький напір на вході (2-103 Па за витрати 0,5 
м3/год); - можливість подавання реагентів безпосередньо до зони зародження 
кавітації; - швидкісний напір на виході з пристрою, що здатен підтримувати в 
підвішеному стані завантаження зі сталевої стружки; - відсутність рухомих 
частин. 
.Проведено порівняльну оцінку ефективності пропонованого методу 
очищення стічних вод шляхом розрахунку інтегрального параметра, що 
характеризує кількість окисленого фенолу на одиницю витраченої енергії. 
Показано, що енергетичні витрати порівняно, наприклад, з озонуванням 
знижуються більш ні удвічі Розроблено технологічну схему очищення 
сильнозабруднених стічних вод з використанням струминного генератора 
кавітації вихрового типу на другому ступені флотації.  
  Вивчено вплив сольового складу та рН середовища на процеси 
окислення нітрофенолу в умовах гідродинамічної кавітації. Виявлено 
зниження ефективності впливу кавітації за відсутності солей у водному 
розчині. Так само визначено, що активація процесу окислення реагентом 
Фентона кавітацією не дає змоги збільшити верхню межу рН, вона 
залишається рівною 3.5. 
 Розроблено і запатентовано генератор гідродинамічної кавітації, 
необхідний для реалізації кавітаційної обробки стічних вод; 
 Обґрунтовано й експериментально підтверджено умови та механізм 
каталітичного окиснення 4-нітрофенолу пероксидом водню при одночасному 
розчиненні сталевого завантаження в умовах гідродинамічної кавітації; - 
розроблено спосіб і технологічну схему глибокого очищення стічних вод з 
використанням гідродинамічної кавітації для ініціювання реакцій окислення 
важкоокислюваних домішок на прикладі 4- нітрофенолу; 
 
 
Запропоновано нові технічні рішення щодо використання гідродинамічної 
кавітації в технологіях флотаційного очищення стічних вод. 
Практична значущість роботи полягає в тому, що автором отримано 
вихідні дані для розроблення та проектування промислових апаратів, у яких 
генератор гідродинамічної кавітації використано для інтенсифікації процесів 
окиснення домішок у стічних водах. Розроблено установку флотаційного 
очищення стічних вод, у якій на стадії флотонасичення використано 
генератор гідродинамічної кавітації 
 Результати з окиснення розчинів нітрофенолу реагентом Фентона в 
умовах гідродинамічної кавітації. 
 Технологічні схеми очищення сильнозабруднених стічних вод з 
використанням генератора кавітації вихрового типу на стадіях 
флотонасичення.