Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6256| Назва: | РОЗРОБКА ТА СТВОРЕННЯ УСТАНОВКИ МЕХАНІЧНОЇ АКТИВАЦІЇ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСІВ ВОДООЧИЩЕННЯ |
| Автори: | СТОЛЯРЕНКО, Геннадій СУМЛЕННИЙ, Ярослав |
| Ключові слова: | ВОДООЧИЩЕННЯ |
| Дата публікації: | гру-2023 |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6256 |
| Розташовується у зібраннях: | 161 Хімічні технології та інженерія (Хімічні технології та інженерія) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Сумленний Я. МГХТ 202.pdf Restricted Access | 1.36 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
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 ТА СТВОРЕННЯ УСТАНОВКИ МЕХАНІЧНОЇ АКТИВАЦІЇ
ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСІВ ВОДООЧИЩЕННЯ
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія»
Науковий керівник Виконавець роботи
д.т.н., професор магістрант
__________ Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Ярослав СУМЛЕННИЙ
Нормоконтроль Наталія ФОМІНА
Черкаси 2023
ВСТУП
Актуальність теми. Серед реагентів неорганічної природи, які широко
використовують для здійснення процесів очищення рідинних викидів від
шкідливих компонентів кислої природи найбільший практичний інтерес
представляє кальцію гідроксид завдяки доступності, низькій вартості та здатності
утворювати з багатьма речовинами нерозчинні сполуки. Водночас, низька
розчинність у воді (близько 1,5 г/дм3) зумовлює необхідність застосовувати його у
стані суспензії, що призводить до низьких інтенсивності та швидкості процесів,
які відбуваються як типові гетерогенні з малим ступенем його використання.
Зазначені й інші недоліки кальцію гідроксиду зумовлюють актуальність й
важливість виконання досліджень, спрямованих на розроблення ефективної,
економічно обґрунтованої технології його активування як реагенту, а відтак й
інтенсифікації технологічних процесів, де його застосовують.
Мета роботи полягала в вивченні оптимальних умов очистки стоків і
розробка технології активації кальцію гідроксиду як реагенту у полі дії
акустичних випромінювань, що супроводжуються кавітаційними явищами.
Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання:
– обґрунтувати вибір та оптимізувати конструкцію гідродинамічного
кавітатора;
– дослідити вплив кавітаційних явищ на фізико-хімічні властивості
дисперсійного середовища – води – у кавітаційному пристрої;
– дослідити процес взаємодії активованого реаґенту з імітатами стічних вод,
що містять основні індивідуальні компоненти-забруднювачі стічних вод;
–очищення стічних вод хімічного підприємства за допомогою реаґентів,
активованих в гідродинамічному кавітаторі;
3
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
– дослідити процес кавітаційного оброблення попередньо очищених в
аеробному біореакторі стічних вод з метою інтенсифікації седиментації
надлишкового аеробного мулу;
– розробити технологічні схеми реаґентного очищення стічних вод;
– виконати матеріальні, енергетичні та узагальнені техніко-економічні
розрахунки процесів очищення стічних вод.
Об`єкт дослідження – процес активування кальцію гідроксиду як реаґенту
в технологіях очищення стічних вод у кавітаційних полях.
Предмет дослідження – фізико-хімічні закономірності процесів, що
відбуваються під час оброблення водної суспензії кальцію гідроксиду, та його
взаємодії з речовинами-забруднювачами
Методи дослідження. Вплив кавітаційних полів на дисперсійне
середовище – воду – вивчали методами віскозиметрії та потенціометрії (редокс-
та рН-метрії). Седиментаційну стійкість обробленої в кавітаційних полях
суспензії кальцію гідроксиду досліджували нефелометричним, гравіметричним та
седиментаційним методами. Морфологію активованих у кавітаційних полях,
збуджених різними пристроями, частинок суспензії кальцію гідроксиду
досліджували методом електронної мікроскопії, їх хімічну активність – методом
об`ємного аналізу. Утворення водню під час кавітаційного оброблення водних
середовищ фіксували хроматографічно. Продукти взаємодії активованого кальцію
гідроксиду з речовинами-забруднювачами ідентифікували методами ІЧ-
спектроскопії та об`ємного аналізу, а їх вихід визначали гравіметрично; ступінь
очищення стічних вод визначали на підставі даних стандартного об`ємного
аналізу визначення величини хімічного споживання кисню (ХСК). Величину
електрокінетичного потенціалу активованих частинок Са(ОН)2 визначали
методом зонального електрофорезу. Визначення коефіцієнта корисної дії
гідродинамічного кавітатора різних типів здійснювали калориметрично за
відомими методиками. Для оброблення результатів досліджень використовували
персональний комп’ютер з використанням відповідного стандартного
4
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
програмного забезпечення.
Наукова новизна одержаних результатів. У роботі наукову новизну
мають такі результати: вперше запропоновано і обґрунтовано застосування
кавітаційних технологій для активації малорозчинного реагенту кальцію
гідроксиду;
– закономірності та кількісні залежності фізико-хімічних параметрів
водного дисперсійного середовища та суспензії кальцію гідроксиду (в’язкості,
провідності, рН, окисно-відновного потенціалу (ОВП) тощо) від часу та питомої
потужності, внесеної в систему, під час їх оброблення в гідродинамічному
кавітаторі;
– закономірності та кількісні залежності утворення колоїдних частинок,
зокрема величини електрокінетичного потенціалу, від питомої енергії, внесеної в
систему, внаслідок оброблення суспензії кальцію гідроксиду в кавітаційних
полях, вперше запропоновано гіпотетичну будову міцели Са(ОН)2;
– вперше виявлено вплив способу збудження кавітаційних полів
(гідродинамічним кавітатором) на морфологію поверхонь та розміри частинок
Са(ОН)2;
– вперше виявлено ефект флотації продуктів взаємодії кальцію гідроксиду з
речовинами-забруднювачами стічних вод після оброблення реакційного
середовища в гідродинамічному кавітаторі внаслідок дегазації водного
середовища та утворення водню під час сонолізу води ;
– технологічні засади стадії реаґентного очищення в технологіях
кондиціювання хімічного підприємства, активованої в кавітаційних полях
суспензії кальцію гідроксиду.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробленні
нового ефективного технологічного процесу активації кальцію гідроксиду у
кавітаційних полях як реагенту для кондиціювання стічних вод, а також
безпосередньої кавітаційної інтенсифікації технологічних процесів очищення
стічних вод зазначеним реагентом. Розроблено конструкцію гідродинамічного
5
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
кавітатора, яку можна застосувати не тільки для очищення стічних вод, але й
інших технологічних процесів, зокрема очищення газових викидів. Виконані
узагальнені матеріально-енергетичні та техніко-економічні розрахунки свідчать
про більшу технологічну ефективність та економічну доцільність розроблених
технологічних процесів очищення стічних вод реаґентним методом у кавітаційних
полях, порівняно із класичними біологічними. Запропонований метод
інтенсифікації малорозчинних неорганічних реагентів, зокрема кальцію
гідроксиду, також може бути застосований в технологіях підготовлення
природних вод.
Висока ефективність процесу очищення стічних вод за допомогою
гідродинамічного кавітатора з приводом потужністю 1,1 кВт суспензії кальцію
гідроксиду підтверджена результатами випробувань.
Особистий внесок здобувача полягає в самостійному проведенні
критичного аналізу джерел інформації, підборі, апробації методик аналізів,
розробленні та апробації конструкцій гідродинамічного кавітатора і методик
досліджень, обробленні одержаних результатів, виконанні експериментальних
досліджень в лабораторних та напівпромислових умовах.
Особистий внесок здобувача в роботи:
- підбір і критичний аналіз джерел інформації, виконання попередніх
пошукових експериментів;
- результати дослідження ефективності роботи гідродинамічного кавітатора
з різними кавітуючими елементами;
- результати дослідження впливу оброблення дисперсійного середовища в
кавітаційних полях на його фізико-хімічні властивості;
- результати дослідження впливу оброблення в кавітаційних полях кальцію
гідроксиду на його фізико-хімічні властивості;
- результати дослідження взаємодії кальцію гідроксиду з імітатами стічних
вод у кавітаційних полях;
6
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
- ймовірний механізм процесу активації кальцію гідроксиду та його
взаємодії з речовинами-забрудниками як компонентами стічних вод в
кавітаційних полях;
7
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
1 ОГЛЯД НАУКОВИХ ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ
Кальцію гідроксид, переважно у вигляді суспензії, належить до дешевих,
доступних реаґентів 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 реаґентів, підбору
8
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
оптимальної дози, комбінації реаґентів, 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 реаґентів 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,
9
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.
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
реаґентів, 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.
10
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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
11
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
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 СВ хімічних підприємств, належить до традиційних.
Зазвичай використовують багатостадійне очищення комбінуванням різних
способів. Якщо використовують тільки біологічний спосіб, то першою стадією є
анаеробне очищення (метанування), а далі стадія аеробного очищення, перед яким
можна проводити перемішування і барботаж у пневмоаераторі з мішалкою.
Зазвичай, спочатку встановлюють аеротенки, утворена біомаса відділяється у
відстійнику і потім направляється у метантенк. Доочищення здійснюють в
12
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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. Дані про ефективність очищення
стічних вод з використанням реакторів типу SBR суперечливі: у – це близько 10
% по ХСК і 50 % по амонійному Нітрогену; фірма АТВ Umvelttechnologien GmbH
пропонує установку Aguamax Gastro, яка через три тижні забезпечувала
концентрацію ХСК 150 мг/дм3 (її можна довести до 60 – 80 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. Кінцевий 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. Цей
спосіб потребує порівняно великих площ під очисні споруди (мулові майданчики,
вторинні відстійники тощо), у випадку анаеробних процесів у довкілля
виділяються поганопахнучі гази. 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.
13
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
1.3 Кавітаційний метод очищення стічних вод
Одним із ефективних фізико – хімічних методів очищення стоків є метод
кавітації.
На підставі виконаного критичного аналізу методів очищення стічних вод
дійшли висновку, 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. Однак широке провадження цих методів й зокрема із
застосуванням дешевих, доступних неорганічних реагентів, передусім, кальцію
гідроксиду обмежується незначною розчинністю у водних середовищах, а також
можливістю блокуванням поверхні їх частинок у разі використання суспензій
продуктами взаємодії із речовинами-забруднювачами. Тому для промислового
застосування цих реагентів необхідне їх активування як перед застосуванням в
технологічному процесі, так й безпосередньо під час його перебігу.
До числа сучасних перспективних методів інтенсифікації сукупності
різноманітних процесів належать концентровані енергетичні впливи з
використанням фізичних і хімічних ефектів, для створення яких застосовують
зовнішні джерела енергії. Вибір того чи іншого методу інтенсифікації
технологічного процесу повинен відповідати тому рівню введення енергії, що є
визначальним.
Традиційно використовують, в основному, три компоненти технології –
зміни температури і тиску, механічне чи хімічне диспергування, каталіз.
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. Результатом такого впливу, незалежно від способу введення енергії,
14
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
може бути вимушений відносний рух фаз, деформація і подрібнення твердих
частинок, збільшення часу перебування дисперсної частинки у активному об’ємі,
рівномірний розподіл дисперсних фаз тощо. Крім того, може відбуватися
деформація кристалів, утворення великої кількості дефектів, зсувові напруження,
зміна розмірів мікроблоків, які утворюють кристал, агрегування кристалітів,
локальний підйом температури і тиску, фазові перетворення, формування
поверхонь з підвищеною активністю тощо. Існують технології, що належать до
хімії високих енергій, з використанням іонізаційно–радіаційних, магнітних,
електричних, плазмо- та фотохімічних методів, під впливом яких відбувається
утворення електронно-збуджених станів, сольватованих і захоплених електронів
тощо. Розробляють методи і випробовують технології магнітної, електричної та
комбіновані активації хіміко-технологічних систем. Наприклад, установлено
підвищення пластичності цементного тіста та міцності цементного каменю,
зниження витрат в’яжучих речовин. Це зумовлено інтенсифікацією
структуроутворення, ростом кількості високодисперсних голчастих новоутворень
гідросилікатів Кальцію, диспергування частинок і ростом числа активних центрів.
Під механоактивацією, найчастіше, розуміють активування твердофазних
речовин під час подрібнення. На сьогодні достатньо глибоко досліджена
реакційна здатність твердих неорганічних речовин саме під час їх подрібнення:
сорбція газів, дисоціація рідин на свіжоутворених поверхностях, механохімічні
реакції за участю твердої фази тощо. Зараз найбільше уваги приділено процесам
механоактивування матеріалів для будівельної галузі. У наведено результати
досліджень механічного диспергування цементу разом з дрібним наповнювачем
(піском) під час швидкісного перемішування. Активація різноманітних в’яжучих
відбувається також під час помелу, унаслідок чого пришвидшується гідратація та
тужавіння бетону. Інтенсивне механічне оброблення призводить до акумулювання
надлишкової ентальпії через утворення різного роду дефектів структури.
Кількість дефектів і їх природа залежать від типу млина та часу оброблення.
Сучасні дослідження механохімії свідчать, що під час руйнування матеріалів
15
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
ювенільною і активною є не тільки кожна нова поверхня, але й всі шари
матеріалу, які знаходяться під нею. Крім того, якість нової поверхні залежить від
характеру механічних сил, які її створюють. Дослідження показують зв'язок між
конструкцією дезінтегратора з ефектом набутого матеріалом активування – із
збільшенням числа ударів і зменшенням інтервалу між ними активність кінцевого
продукту зростає. Вибір на користь того чи іншого варіанта інтенсифікації
повинен враховувати допуск у впливах на якісні показники конкретних локальних
і загальних результатів всієї сукупності технологічних процесів.
Показано, що кавітаційне оброблення бетонної суміші дає змогу значно
підвищити міцність бетону. Характер ультразвукової дії на властивості
дисперсних систем залежить від параметрів ультразвукового поля, тривалості
оброблення, складу і співвідношення рідкої і твердої фаз, а також способу
ультразвукового оброблення. Регулюванням параметрів УЗ дії можна забезпечити
переважаючий прояв того чи іншого технологічного ефекту та інтенсифікувати
процес формування дисперсних структур.
У джерелах інформації описано можливі шляхи підвищення ефективності
очищення дифузійного соку у виробництві цукру, зокрема, з використанням явищ
кавітації. Інтенсифікація процесу очищення дифузійного соку та супутніх
процесів (активації водо-вапняної суміші) полягає у прокачуванні соку через
кавітаційний пристрій. Тут відбувається ретельне змішування реаґентів за
рахунок ударно-хвильової дії колапсуючих парогазових бульбашок. Кавітаційне
оброблення суспензії кальцію гідроксиду скорочує її витрати на очищення
дифузійного соку та підвищує технологічні показники стадії його очищення.
Попереднє оброблення дифузійного соку сприяє зменшенню забарвленості; сік
швидше відстоюється і краще фільтрується. Дослідниками порівняно пристрої
пароконденсаційної та гідродинамічної кавітації. Кращі показники процесу були у
гідродинамічному кавітаційному пристрої. Це зумовлено рівномірним розподілом
парогазових бульбашок і вищою турбулентністю потоку у проточній частині
пристрою.
16
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
Запропоновано спосіб одержання вапняного молока для потреб цукрової
промисловості, в якому передбачено гасіння випаленого вапняку водою та
гідродинамічну кавітаційну активацію утвореної суспензії. Процес здійснюють у
роторно-кавітаційному активаторі зі швидкістю циркуляції потоку, не менше 15
м/с. За рахунок сплескування кавітаційних бульбашок у суспензії виникає тиск і
ударні хвилі, що призводить до подрібнення нерозгашених і рекристалізованих
частинок вапна до колоїдних розмірів, підвищення їх розчинності та активності.
Недоліками перелічених способів є низький ступінь механічного
подрібнення та низький загальний ступінь активування вапняного молока.
Необхідно наголосити, що в наявних джерелах інформація щодо активації
малорозчинних неорганічних реаґентів, які застосовують у технологічних
процесах очищення стічних вод, практично відсутня. Однак позитивний ефект від
застосування кавітаційних явищ для активації реаґентів у будівельній та цукровій
галузях дають підстави очікувати, що їх реалізація в процесах кондиціювання
стічних вод дасть змогу різко підвищити їх техніко-економічну ефективність.
Відтак для вибору найдоцільнішого методу активації реаґентів необхідно
проаналізувати роботу різних типів генераторів кавітаційних полів.
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.
17
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
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.
В імпульсних електоророзрядних випромінювачах використовують
електрогідравлічний ефект: генерація ударних хвиль виникає в рідині під час її
пробою. Протікання електричного розряду в рідині спричиняє виникнення
ударних хвиль, інтенсивних ультразвукових випромінювань, кавітаційних полів
тощо.
18
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
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 стічних вод є недоцільним.
Для створення потужних кавітаційних полів у великих об’ємах рідини (кілька
м3) у промисловості використовують гідродинамічні генератори. Гідродинамічна
кавітація виникає в потоці рідини під час обтікання нею перешкод (кавітаторів),
за високої швидкості руху твердих тіл у рідині тощо. Під час обтікання
кавітаторів за ними утворюються бульбашкові каверни, в області яких
відбувається кавітаційне оброблення технологічної сировини. Це можуть бути
кавітатори у вигляді усічених конусів, циліндрів, типу труба Вентурі, конусів,
дисків тощо. У роторних імпульсних апаратах гідродинамічна та акустична
взаємодія відбувається в рідині за рахунок розвиненої турбулентності, інтенсивної
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.
У резонансних гідродинамічних апаратах для збудження акустичних
коливань використовують коливання резонуючих елементів у вигляді пластин,
стрижнів, мембран, які створюють акустичне поле. Це, в основному, різноманітні
модифікації пластинчастих випромінювачів з консольним або двоточковим
кріпленням вібруючої пластини.
19
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
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 дослідження впливу кавітації та
супутніх їй явищ на дисперсійне середовище (воду), активацію кальцію
гідроксиду та процес очищення стічних вод, 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:
20
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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
WВ m c T
ККД 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;
21
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
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
22
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
9h
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 вимірюванні інтенсивності світлового потоку,
розсіяного завислими частинками Са(ОН)2. Для цього готували 0,5 %-у суспензію
Ca(OH)2, яку відстоювали впродовж 10 хв. Вимірювання виконували,
використовуючи фотометр фотоелектричний КФК-3 (у режимі нефелометра) в
кюветі товщиною 20 мм за довжини хвилі 467 нм. Значення оптичної густини
суспензії вимірювали через кожні 5 хв.
2.2.3 Визначення седиментаційної стійкості суспензії кальцію гідроксиду
методом зонального електрофорезу
Визначення ζ (дзета)-потенціалу виконували електрофоретичним
методом рухомої межі за швидкістю руху межі між 0,5 %-ю суспензією Са(ОН)2
(для чіткішого визначення межі до неї додавали індикатор – 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.
23
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.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.
24
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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
Вміст у кальцію гідроксиді кальцію карбонату, який утворювався під час
взаємодії активованої та неактивованої суспензії Са(ОН)2 з СО2, визначали
волюмометричним методом. Він полягав у вимірюванні об’єму СО2, який
виділився внаслідок взаємодії наважки повітряного сухого кальцію гідроксиду з
10 %-им розчином хлоридної кислоти за температури 60 0С
СО 2- + 2Н+
3 = 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 0100°С);
тиск вимірювався манометром МТ-1(межі 01,0МПа), найбільш
характерний тиск складав 0,3 МПа;
25
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
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
26
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3 ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ОБРОБЛЕННЯ ДИСПЕРСІЙНОГО
СЕРЕДОВИЩА ТА СУСПЕНЗІЇ КАЛЬЦІЮ ГІДРОКСИДУ В КАВІТАЦІЙНИХ
ПОЛЯХ НА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ
Активація неорганічних реаґентів, зокрема, кальцію гідроксиду для
очищення стічних вод полягає в їх обробленні в акустичних (кавітаційних) 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 кальцію гідроксиду, так і
дисперсійного середовища, й спрогнозувати їх поведінку в технологічному
процесі очищення стічних вод.
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
27
КРМ 24..МГХТ
Зм. Арк. № докум. А2р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
(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
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:
28
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
Маса осаду, мг
Максимальна інтенсивність осідання суспензії характерна для необробленої
суспензії (рис. 3.2). Точки екстремумів на кривих залежності інтенсивності
осідання обробленої суспензії від часу розташовані значно нижче, ніж для
необробленої. Окрім того, екстремуми на залежностях 4 і 5 (відповідно для 30 та
60 хв. оброблення) зміщені праворуч – у бік збільшення тривалості осадження.
Так, 11-разове оброблення суспензії дає змогу збільшити седиментаційну
стійкість на 60 %, а 22-разове – практично вдвічі. Це означає, що збільшення
тривалості оброблення суспензії сприяє підвищенню її седиментаційної стійкості,
а відтак опосередковано свідчить про зменшення розмірів частинок кальцію
гідроксиду внаслідок оброблення в 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.); 5- двадцятидворазове
(60 хв.)
Рисунок 3.2 - Залежність інтенсивності осідання частинок кальцію
гідроксиду від часу седиментації (мг/с·см2).
Виконане математичне оброблення результатів седиментаційного аналізу
дало змогу оцінити розподіл частинок за радіусами в обробленій та необробленій
системах. Як видно з рисунка 3.3, еквівалентний радіус частинок із збільшенням
29
КРМ 24..МГХТ 2
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
Інтенсивність осідання,
2
мг/(с *см )
тривалості оброблення зменшується по відношенню до частинок з розміром
0,397·10-5 м, як найменших, що осіли до моменту встановлення 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 розподіл частинок суспензії необробленої та обробленої лише
1 раз (рис. 3.1) є практично однаковим. Тобто енергія, внесена в систему за
одноразового оброблення, є недостатньою для диспергування частинок. Після
шестиразового оброблення суспензії (рис. 3.2) частка дисперсних частинок
((0,397…1,5)·10-5 м) є значно більшою, а грубших ((1,85…3,0)·10-5 м) меншою,
ніж для двох попередніх випадків. Ці дані однозначно свідчать про збільшення
дисперсності частинок реаґенту із зростанням кратності оброблення суспензії.
Певне відхилення від виявленої закономірності залежності дисперсності
суспензії від тривалості оброблення спостерігається для 30 і 60 хв. активації. Так,
після 30 хв. активації відносна маса, а значить і кількість частинок радіусом
30
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
Відносна маса осаду, %
2,17·10-5 м, практично дорівнює нулю, а після 60 хв. оброблення відносна маса
цих частинок становить приблизно 20 %.
Виявлені особливості зміни дисперсності в часі можна пояснити
співіснуванням у системі процесів агрегації і седиментації. Дослідження кінетики
подрібнення виявили такий характер зміни розміру частинок і питомої поверхні
речовини у часі: спочатку розмір частинок у міру подрібнення зменшується, а
питома їх поверхня та поверхнева енергія відповідно зростають. Унаслідок цього
після досягнення певного ступеня дисперсності починається агрегація частинок –
їх розміри зростають. Через деякий час встановлюється стан рівноваги в системі
процесів „руйнування-агрегатація” – розмір частинок і питома поверхня не
змінюються.
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, яка була попередньо
оброблена в полі дії УЗ-випромінювань за температури 293 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.
31
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
Маса осаду, мг
Однак за температури 333 К седиментація частинок кальцію гідроксиду
відбувається практично з однаковою інтенсивністю в обох випадках: як без, так і з
попереднім озвучуванням суспензії.
На підставі оброблення результатів експериментів розраховано
інтенсивність седиментації частинок кальцію гідроксиду без попереднього
акустичного оброблення суспензії та після 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
седиментації,
293 313 333
г/ссм2×102
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 в рідкому середовищі, окрім сили гравітації діють сили,
спрямовані в протилежному напрямку – опір рідкофазного середовища та
Архімедова сила. Відтак швидкість або інтенсивність осідання частинок
зумовлюватиметься результатною дії цих сил.
Відомо, що згідно з законом Стокса сила опору (FТ) рухові сферичної
частинки в рідині описується залежністю
FТ = 6ru = Bu, (3.1)
32
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
де Bu = 6r – 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 = 4/3r (–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 (мПас 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
33
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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,
34
КРМ 24..МГХТ
Зм. Арк. № докум. А3р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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
35
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
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 на межі поділу фаз
виникає подвійний електричний шар (ПЕШ). Утворення поверхневого заряду
часточок може відбуватися за рахунок дисоціації поверхневих ОН–груп
важкорозчинного кальцію гідроксиду. Шари локалізованих на поверхні іонів
Са(ОН)+, що створюють заряд, формують внутрішню обкладку ПЕШ. Ці іони
компенсуються такою самою кількістю протилежно заряджених іонів, які
становлять зовнішню обкладку цього шару. Зовнішня обкладка ПЕШ поділяється
на дві зони: щільна частина з моношару протиіонів ОН–, що прилягають
безпосередньо до 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
36
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
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).
(3.7)
ядро
{[m Са(ОН) ].
2 n Са(ОН)+.(n-x) ОН–)}+.x ОН–
колоїдна частинка
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
37
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
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), °С електричної енергії, кВт-год
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
38
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
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 SB1
(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
39
КРМ 24..МГХТ 3
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
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 SB1
(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
40
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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 SB1
(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
41
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
Таблица 3.9 Експериментальні дані з тепловиділення на SB1
(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 SB1.
(Вібратортрезубець, добавка гідроксиду кальцію 5,1кг,
діафрагмаплоска пластина з 30ти 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
42
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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.
43
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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 СаОnН2О. 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 3
2/дм . 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
44
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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), тому тверді частинки частіше потрапляють в кавітаційну
область, де й відбувається їх часткове руйнуваннята 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 3.11 Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на величину
ХСК стічних вод при їх очищенні суспензією кальцію оксиду
(ХСК0=60 мгО /дм3
2 , тривалість процесу 20 хв)
Вміст ВЕЛИЧИНА ХСК, мгО2/дм3 / СТУПІНЬ ОЧИЩЕННЯ, %
Са(ОН)2 Перемішування Озвучування Попереднє
у стічних без озвучування стічних вод з озвучування
водах, % 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
10,0 215 / 53 115 / 71 55 / 86
45
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
Продовження таблиці 3.10
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
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 мгО /дм3
2 )
Ступінь
Методи очищення Величина ХСК,
3 очищення,
мгО/дм
%
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
46
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
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).
47
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
L, см
330
280
230
180 1
130 2
80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
t, год
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.
48
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
ХСК, мгО2/дм3
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/градкг;
Т – різниця температур, град;
M – маса води, що нагрівається, кг.
Тепловитрати визначаються двома компонентами: тепловими витратами на
випаровування та конвективні теплові витрати.
49
КРМ 24..МГХТ 4
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
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
сград. Тоді:
1 кВт-год =3,6 6
10 Дж;
S= 7,1м2;
Н пароб=2355 кДж/кг; Своды =4186,8 Дж/кг.град.
50
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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
51
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
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;
52
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
- 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
53
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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 (510%) генерацію додаткового тепла за
рахунок обертання Землі у теплогенераторі відкинути.
54
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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 0,10,35 еВ (9,628,8
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 валентнонасичені 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
55
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
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
56
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
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:
57
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
W=3Uф ІфCos=3227,66,070,9=3,73103, (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=373014400=53,71106, (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:
58
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
Qв=mвCв(T2-T1)=167 4190(73-25)=33,59106, (4.10)
де mв=167 – маса нагрітої води, кг;
Cв =4190 – питома теплоємність води, Дж/кгград;
T2=73 – кінцева температура води, С;
T1=25 – початкова температура води, С.
Теплова енергія баку Qб, Дж:
Qб=mбСст(Т2-Т1)=32460(73-25)=0,71106, (4.11)
де mб=32 – маса баку, кг;
Cв =460 – питома теплоємність сталі, Дж/кгград;
T2=73 – кінцева температура баку, С;
T1=25 – початкова температура баку, С.
Теплова енергія трубопровідних елементів Qтр, Дж:
Qтр= m 6
трСст(Т2-Т1)=40460(73-25)=0,8810 , (4.12)
де mтр=40 – маса трубопроводів, кг.
Теплова енергія відцентрового насосу Qнас, Дж:
Qнас=mнасСст(Т2-Т1)=43460(73-25)=0,95106, (4.13)
де mнас=43 – маса насосу (за паспортом), кг.
Теплова енергія електродвигуна Qдв, Дж:
Qдв=m 6
двСст(Т2-Т1)=32460(90-25)=0,9610 , (4.14)
де mдв=32 – маса електродвигуна, кг;
T2=90 – кінцева температура електродвигуна, С;
59
КРМ 24..МГХТ 5
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
T1=25 – початкова температура електродвигуна, С.
Теплова енергія плити основи насосної установки Qпл, Дж:
Qдв=mплСст(Т2-Т1)=150460(32-25)=0,48106, (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*0.1723.2514400*1300(34-26)/4=11,04106,
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/кгград.
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.
60
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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 Qе складала, Дж:
Qе=Wt=1000Еt/t1=100016,114400/4=57,96106, (4.21)
де Е=16,1 – покази лічильника, кВтгод;
t1=4 – час роботи електродвигуна, год.
Таблиця 4.3 – Розподіл енергії в тепловому балансі експерименту
Співвідношення в
Позначення в Величина,
балансі
розрахунках МДж
(округлено), %
Кількість електроенергії, взятої з
Qе 53,71 (57,96) 100
мережі
Кількість теплової енергії, в воді Qв 33,59 62 (57)
Кількість теплової енергії, витрачена
Qб 0,71 1 (1)
на нагрів баку
Кількість теплової енергії, витрачена
Qтр 0,88 2 (2)
на нагрів трубопроводів
Кількість теплової енергії, витрачена
Qнас 0,95 2 (2)
на нагрів насосу
Кількість теплової енергії, витрачена
Qдв 0,96 2 (2)
на нагрів електродвигуна
Кількість теплової енергії, витрачена
Qпл 0,48 1 (1)
на нагрів плити основи
Кількість теплової енергії, витрачена
Qпов 11,04 21 (19)
на повітряне охолодження установки
Кількість теплової енергії в
Qінш 5,1 (9,35) 9 (16)
неконтрольованих витратах
Коефіцієнт перетворення енергії для
Кв (Кв ) 0,63 (0,58)
води
Коефіцієнт перетворення енергії для
Кт (Кт) 0,9 (0,84)
установки
61
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
Примітка: в дужках вказані значення параметрів у випадку
застосування трифазного лічильника для вимірювання кількості
спожитої електричної енергії.
Коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову енергію води Кв для
випадку використання лічильника склав:
Кв=Qв/ Qе=33,59/57,96=0,58. (4.22)
Загальний коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову енергію
установки Кт у цьому випадку знаходимо за відношенням:
Кт=Qт/ Qе=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.
62
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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.
63
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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
64
КРМ 24..МГХТ
Зм. Арк. № докум. А6р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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
65
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
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.
66
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
Якщо стічні води після реаґентного очищення передбачається скидати в
мережу комунальних очисних споруд, то організація стадій біологічного
очищення та знезаражування стічних вод не потрібна.
FeSO47H2O
Cа(ОН)2
Стоки 7 8
2
5
1 3
6 Осад
Осад Осад 4 9
10
19 18 20
11
12
Осад
22 21 17 15 16 1 3 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
67
КРМ 24..МГХТ
Зм. Арк. № докум. А6р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
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 (6.1)
24 3600
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 (6.2)
n
де ν – середня швидкість руху потоку, приймаю 0,3 м/с;
n – кількість відділень, шт.
Приймаю: n=4 шт;
ν =0,3 м/с.
68
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
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 (6.3)
U0
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 10,3 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 6,7 м.
3,14
69
КРМ 24..МГХТ 6
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
Необхідна площа поверхні пісковловлювача визначається за формулою:
q
2
F max , м (6.5)
1
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 (6.6)
L
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 (6.7)
B
Підставивши значення до формули (6.7), отримую:
0,058
h1 0,58 м.
0,10
70
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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
0 , м (6.10)
F
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
71
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
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 , шт (6.11)
n
qn
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:
La L
E T 100 , (6.12)
La
де La – БПКпов вихідної води, мг/дм3;
LT – БПК 3
пов очищеної води, мг/ дм ;
Приймаю: La = 246 мг/ дм3;
L = 15 мг/ дм3
T .
Підставивши значення до формули (6.12), отримаю:
24615
E 100 94% .
246
72
КРМ 24..МГХТ
Зм. Арк. № докум. А7р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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 , (6.13)
q0
де Q – продуктивність станції, м3/добу;
q0 - гідравлічне навантаження, м3/м2∙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.
73
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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:
V , м3 (6.15)
ехр
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 2,120 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 (6.16)
Q
де - I – сила струму, А;
T – тривалість електроактивації, год;
Uзаг – напруга на електрохімічному реакторі, В;
Q – об'єм води, що обробляється за час.
74
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
Приймаю: I =5 A;
Т=0,3 год;
Uзаг=10 В.
Підставивши значення до формули 6.16, отримую:
5 0,3 10
W 50,0 Вт/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 , (6.17)
100qT
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:
75
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
1850(10096,4) 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:
W (100 P )
W ос 1
к (6.18)
100C
де С – вологість кеку,%.
Підставивши значення до формули (6.18), отримую:
Wос (10096,4)
Wк 133,2 м3.
10050
Витрати фільтрату розраховую за формулою:
Q 3
ф Wос Wк м /добу, (6.19)
Підставляю значення до формули (6.19), отримую:
Qф 1850133,2 1716,8 м3/добу.
Фільтрат відправляють на первинні відстійники.
Площа площадки для складання кека розраховується за формулою:
W 4,5 30
F к , м2 (6.20)
2
Підставивши значення до формули (6.20), отримую:
133,2 4,5 30
F 8991м2.
2
76
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
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 Д = 35 мг/дм3
к .
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.
77
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
Кількість води, яка втрачається при продувці прояснювала визначаю за
формулою:
K (C 10)
p мак
qoc 100 % (6.22)
ср
де δср – ущільнення осаду, г/м3;
Кр – коефіцієнт розведення осаду при його видаленні.
Приймаю: δср=2500 г/м3;
Кр=1,2.
Підставивши значення до формули (6.22), отримую:
1,2(48,0510)
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
Qпрояс 104 м3 / год або 29 дм3 / с 0,028 м3 / 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:
78
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
q 4
прояс
D , м (6.23)
в
в
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:
W 3
ц qпроясt , м (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)
79
КРМ 24..МГХТ 7
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
Підставивши значення до формули (6.25), отримую:
hц 1,54 : 0,503 3,06м.
Площа перетину конічної частини повітровідділювача в рамках якої
швидкість опускання води не перевищує 0,05 м/с, визначаю за формулою:
f q : , м2 (6.26)
кон прояс ц
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 , м (6.27)
кон
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
кон ctg40o , м (6.28)
2
80
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
Підставивши значення до формули (6.28), отримую:
1,090,15
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
hкон Hкон
кон
ctg40o , м (6.29)
2
Підставивши значення до формули (6.29), отримую:
0,8450,15
h 0,559 1,19 0,252 м.
кон
2
Об’єм конічної частини визначаю за формулою:
1
W 3
кон hкон ( fц fц fкон fкон ) , м (6.30)
3
Підставивши значення до формули (6.30), отримую:
1
W 3
кон 0,252 (0,503 0,503 0,56 0,56) 1,02 м .
3
Повний об’єм повітровідділювача визначаю за формулою:
Wв Wц Wкон , м3 (6.31)
81
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
Підставивши значення до формули (6.31), отримую:
W 1,541,02 2,56 м3.
в
Фактичну тривалість перебування води в повітровідділювачі визначаю за
формулою:
t W : q , с (6.32)
1 в прояс
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:
82
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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 0,043,14 0,1662
Dк.з 0,28 м.
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 (6.35)
2tg(90o 55o )
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 (1K ) Qпрояс , м3/год (6.36)
де К – коефіцієнт розподілення води між зоною освітлення і
осадоущільнювачем;
83
КРМ 24..МГХТ А8
Зм. Арк. № докум. р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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 Q : , м2 (6.37)
ос ос ос
Підставивши значення до формули (6.37), отримую:
f м2.
ос 33,28 :144 0,23
Площу прояснювача, яка потрібна для періоду поступання води з
мінімальним вмістом завислих речовин визначаю за формулою:
K Q
прояс
F F f , м2 (6.38)
прояс з.о ос fос
3,6 вис
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
D , м (6.39)
прояс
4 20,45
Dпрояс 5,1м.
3,14
84
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
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
dок , м (6.40)
2
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
h , м (6.41)
прояс
2tg15o
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:
85
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
D
прояс
h , м (6.42)
кон
2tg35o
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:
h h (h h ) h 0,2 , м (6.43)
вер прояс кон к.з зах
де 0,2 м – висота шару завислих речовин над верхньою кромкою
осадовідвідних труб.
Підставивши значення до формули (6.43), отримую:
hвер 8,8 (3,60,2) 0,50,2 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:
fгор qпрояс :висх , м
2 (6.44)
4 f
гор
dгор , м (6.45)
86
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
Підставивши значення до формули (6.44) та (6.45), отримую:
f 0,028 : 0,002 14 м2;
гор
4 14
dгор 4,2 м.
3,14
Отже, відстань від цього горизонтального перетину до площі переходу
нахильних стінок в вертикальні становить:
d
гор
h ' h , м (6.46)
к кон
2tg
При α = 35о:
' 4,2
hк 3,6 0,6 м.
2 0,7
Таким чином, повна розрахункова висота шару завислого осаду становить:
hз ос hверт h '
к , 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 qпрояс : 2 , м3/сек (6.48)
87
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
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 (6.49)
0,65 2 g 0,05
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 2
отв 0,0101м 101 см2 .
0,65 2 9,810,05
Приймаю отвори діаметром 25мм з площею 4,9 см2. Необхідне число
отворів становить:
n fот : f , шт (6.50)
88
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
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:
(1K )Q
прояс
Fо.у , м2 (6.51)
3,6 роз
Підставивши значення до формули (6.51), отримую:
(1 0,68) 104
F 2
о.у 9,3 м .
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)
89
КРМ 24..МГХТ 8
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
Підставивши значення до формули (6.53), отримую:
h 5,1: 2 0,7 3,6 м.
о.у
Висоту, на яку можна опустити вершину конуса розраховую за формулою:
D d
' прояс
h , м (6.54)
кон
2tg35o
Підставивши значення до формули (6.54), отримую:
' 5,13,4
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 2 '
о.у прояс hкон r hкон ) , м3 (6.56)
3
де r – радіус опущеного конуса в площині переходу циліндричних стінок
прояснювача в конічні.
Приймаю: r=2,52.
90
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
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 , м3 (6.57)
о.у
ср
Підставивши значення до формули (6.57), отримую:
59,28 4
W 3
о.у 9,5 м .
25
Що менше фактично прийнятого Wо.у. =19м3.
Прояснена вода із осадоущільнювача відводиться по кільцевій дирчастій
трубі. Витрати води в трубі розраховую за формулою:
Q (1K )Qпрояс Q , м3
прод /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) 1041,3 32 м3/год.
91
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
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:
fo 0,0038 :1,5 0,00253 м2=25,3 см2.
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 (D 2 0,15) , м (6.59)
прояс
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 (6.60)
4 3
де Нцил = hпрояс - hкон = 4,1 – 1,79 = 2,31 м [11, с.156].
92
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
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.
93
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
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 , (7.1)
i
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.
94
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.4
У методі найменших квадратів цим критерієм є мінімум сума квадратів
відхилень розрахованих значень у від експериментальних:
min (yk ,i y )2
i , (7.2)
i
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.
95
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.5
8 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ
8.1 Аналіз умов праці та оцінка безпеки в надзвичайних ситуаціях робітників
Робота в цеху очистки води характеризується наступними видами
небезпеки :
небезпека виникнення пожеж − визначається наявністю
електронагрівального обладнання та електросилових установок, що забезпечують
кондиціонування повітря та перекачку розчинів в технологічній схемі;
небезпека хімічних уражень та отруєнь − в результаті попадання на тіло
людини і слизові оболонки хімічних речовин, таких як кислоти, луги, пари газів.
враження електричним струмом − за умов наявності пошкоджень
електропроводки та електрообладнання, а також в результаті не виконання правил
електробезпеки;
механічні травми − наявність механізмів, що рухаються та обертаються.
Проектом пропонується у якості засобів захисту − окуляри, резинові
рукавиці, резиновий фартух та резинові чоботи.
В цеху існує потенційна небезпека враження робітників електричним
струмом. В цеху очистки води використовується наступне електричне
обладнання:
- електродвигуни приводів насосів, вентиляторів, компресорів (напруга 380 В);
- озонатори;
- електрохімічні реактори;
- мережа освітлення цеху (220 В).
Головною причиною нещасних випадків спричинених дією електричного
струму є:
- випадкове торкання або наближення на небезпечну відстань до деталей,
що знаходяться під напругою;
96
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.6
- поява напруги на металічних конструктивних частинах обладнання в -
результаті пошкодження ізоляції ;
- поява напруги на відключених струмопровідних частинах обладнання на
яких працюють люди через помилкове їх підключення до мережі;
-виникнення крокової напруги в результаті замикання струмопровідних
елементів на поверхню землі.
За проектом технологічний персонал, що здійснює експлуатацію
технологічного та іншого устаткування, повинен мати 1 кваліфікаційну групу по
електробезпеці. Дана група присвоюється особам, які не мають спеціальної
електротехнічної підготовки, але мають елементарне уяву про небезпеку ураження
електричним струмом і про заходи електробезпеки при роботі на обслуговуваній
дільниці, електроустановці. Кваліфікація привласнюється до початку роботи після
інструктажу і перевірки знань безпечних методів роботи на устаткуванні особою,
відповідальною за електрогосподарство. Результати перевірки оформляються в
журналі реєстрації інструктажів по охороні праці на робочому місці без видачі
свідоцтва.
Перевірка знань і підтвердження кваліфікаційної групи по електробезпеці
технологічного персоналу проводиться щорічно. Технологічний персонал
виробничих цехів повинен бути проінструктованим про небезпеку електричного
струму і заходи безпеки при роботі на ділянці та при обслуговуванні
технологічного електрифікованого устаткування, бути ознайомленим з правилами
надання першої долікарської допомоги при враженні електричним струмом.
На підставі закону України «Про охорону праці», держстандартів по безпеці
праці, нормативних актів повинні бути створені безпечні умови праці.
Це включає такі заходи:
- технічні;
- організаційні;
- індивідуальні.
97
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.7
При оцінці умов праці і рівня техніки безпеки на робочому місці
враховують такі фактори:
- санітарно – гігієнічні умови праці, відповідність загазованості та
запиленості повітряного середовиша, освітленості, шуму, вібрації та інших
шкідливих виробничих факторів вимогам ГОСТ 12.0.003-74;
- психофізичні умови праці на робочому місці (режим праці і відпочинку,
змінність, фізичне навантаження, монотонність, робоча поза);
- забезпеченість робочого місця засобами індивідуального захисту, у тому
числі засобами захисту органів дихання, рук, голови, обличчя, органів слуху,
очей, іншими захисними пристосуваннями, спецодягом, спецвзуттям,
дерматологічними засобами;
- забезпеченість робочого місця засобами колективного захисту, в тому чилі
засобами вентиляції, освітлення, шумоподавлення, попередження вібрації,
поразок електрострумом, впливи на працюючі механічні і фізичні предмети
(наявність огородженої техніки);
- відповідність робочого місця естетичним вимогам (інтер’єр, фарбування
устаткування і т. д.).
Метеорологічні умови виробничих приміщень (мікроклімат) визначаються
діючими на організм людини сполученнями температури, вологості і швидкості
руху повітря, а також температури навколишніх поверхонь. Мікроклімат
виробничих приміщень впливає на протікання життєвих процесів в організмі
людини і є важливою характеристикою гігієнічних умов праці. При змінах
метеорологічних умов у визначених межах людина відчуває себе нормально.
Несприятливі метеорологічні умови ведуть до швидкої стомлюваності,
підвищеної захворюваності і зниженню продуктивності праці.
Площа лабораторії складає 72 м2. В лабораторії працюють 4 особи – 2
студента, 1 викладач та 1 лаборант, тобто на одного працівника припадає 18 м2
площі, що відповідає нормативам.
98
КРМ 24..МГХТ 9
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.8
Нормативні документи, що регламентують параметри повітряного
середовища наступні: ДСН 3.3.6.042-99 та ГОСТ 12.1.005-88.
За ступенем важкості робота в даній лабораторії відноситься для різних
працівників до категорії – легка I а та I б, так як робота виконується сидячи,
стоячи або пов’язана з ходьбою, але не вимагає систематичної фізичної напруги
чи підняття або переносу тягаря. У лабораторії такі параметри мікроклімату:
температура (теплий період року) 22 0С, що відповідає нормативу, так як
оптимальна температура становить 23 – 25 0С, а допустима – 22 – 28 0С, у
холодний період року – 21 0С, що відповідає нормативу, так як допустима – 21 –
25 0С. Відносна вологість повітря становить 50 % і відповідає нормі (оптимальна
40 – 60 %, допустима – 75 %), швидкість руху повітря – 0,1 м/с, що знаходиться в
межах допустимого 0,1 – 0,2 м/с.
Таблиця 8.1 – Нормативні величини температури, відносної вологості і
швидкості руху повітря в робочій зоні
Температура °С Відносна Швидкість руху
Допустима вологість, % повітря, м/с
Вер Ниж
межа межа
Холо 1а 21 22-24 25 21 50 40-60 75 0,1 0,1 <0,1
дний 1б - 21-23 24 20 - 40-60 75 - 0,1 <0,2
Тепли 1а 22 23-25 28 22 50 40-60 75 0,1 0,1 0,1-0,2
й 1б - 22-24 28 21 - 40-60 75 - 0,2 0,1-0,3
Дані умови мікроклімату забезпечуються завдяки централізованому опаленню та
природній вентиляції.
Система кондиціонування в даній лабораторії відсутня.
99
КРМ 24..МГХТ А9
Зм. Арк. № докум. р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.9
Період року
Категорія роботи
Фактична
Оптимальна
Фактична
Оптимальна
Допустима
Фактична
Оптимальна
Допустима
Лабораторія розташована у південній частині будівлі. Робоче місце
обладнано відповідно до ГОСТ 12.2.032-78 «ССБП. Робоче місце при виконанні
робіт
сидячи. Загальні ергономічні вимоги».
Шкідливі речовини, що спичиняють порушення здоров’я відсутні.
Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм
людини в процесі праці, світло займає одне з перших місць. Адже відомо, що
майже 90 % всієї інформації про довкілля людина одержує через органи зору. Під
час здійснення будь – якої трудової дійльності втомлюваність очей, в основному,
залежить від напруженості процесів, що супроводжують зорове сприйняття.
Лабораторія має бічне природне освітлення через чотири вікна загальною
площею 22 м2. Освітлення робочого приміщення забезпечується десятьма
світильниками з люмінесцентними лампами. Рівень природного освітлення
складає 10 – 12 %, що є допустимим, так як нормальне значення – 2 %, штучне
350 лк при допустимому 300 лк згідно ДБН В.2.5-28-2006.
У сучасному світі в умовах науково – технічного прогресу шум став одним
із суттєвих несприятливих чинників, що впливають на людину. Ріст потужностей
сучасного устаткування, машин, побутової техніки, швидкий розвиток усіх видів
транспорту призвели до того, що людина на виробництві та в побуті постійно
знаходиться під впливом шумів досить високої інтенсивності.
Шум у виробничих умовах негативно впливає на працівника: послаблює
увагу, посилює розвиток втоми, сповільнює реакцію на небезпеку. Внаслідок
цього знижується працездатність та підвищується імовірність нещасних випадків.
Тому питання боротьби з шумом на сьогоднішній день є актуальним майже для
всіх галузей виробництва.
Шкідливі та небезпечні наслідки дії шуму проявляються тим більше, чим
вищий рівень сили звуку та триваліша його дія.
Шум до 50 дБА, зазвичай, не викликає шкідливого впливу на людину в
процесі її трудової діяльності. Шум з рівнем 50 - 60 дБА може викликати
100
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
0
психологічний вплив, що проявляється у погіршенні розумової діяльності,
послабленні уваги, швидкості реакції, утрудненні роботи з масивами інформації
тощо. При рівні шуму 65 - 90 дБА можливий його фізіологічний вплив: пульс
учащається, тиск крові підвищуються, судини звужуються, що погіршує
постачання органів кров'ю. Дія шуму з рівнем 90 дБА і вище може призвести до
функціональних порушень в органах та системах організму людини: знижується
слухова чутливість, погіршується діяльність шлунку та кишківника, з'являється
відчуття нудоти, головний біль, шум у вухах. При рівні шуму 120 дБА та вище
здійснюється механічний вплив на орган слуху, що проявляється у порушенні
зв'язків між окремими частинами внутрішнього вуха, можливий навіть розрив
барабанної перетинки. Такі високі рівні шуму впливають не лише на органи
слуху, а й на весь організм.
Джерелом шуму в лабораторії є витяжна шафа та компресор. Шум здійснює
небезпечний вплив на людину,а особливо на нервову систему, викликаючи
виснаження клітин головного мозку, порушує роботу серцево – судинної системи,
викликаючи виснаження клітин головного мозку. Фактичний рівень шуму від
витяжної шафи та компремора становить 80 дБА. Відповідно ДСН 3.3.6.037 – 99
«Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку№ ГДР шуму
становить 60 дБА, а так як витяжна шафа та компресор працюють не весь робочий
день, то ці норми порушуються частково, тому вентиляційна система
облаштована шумопоглиначами, що дозволяють зменшити величину шуму.
Шумопоглиначі призначені для зниження рівня шуму від вентиляторів в каналі
повітропроводу, як на вході, так і на виході.
Шумопоглиначі розділяють на два типи: касетні та канальні.
Степінь пониження шуму залежить від довжини шумопоглинача і від
товщини шумопоглинаючого матеріалу.
Канальний шумопоглинач представляє собою дві труби прямокутного
січення, вставлена одна в одну, з звукопоглинаючим метеріалом між ними.
101
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
1
Шумопоглиначі такого типу використовуються для повітропроводів діаметром до
800мм.
Касетний шумопоглинач, як правило, використовують для великих
повітропроводів. Він собою представляє коробку з тонкого листового металу,
розділену вздовж проходу повітря пластинами, заповненими звукопоглинаючим
матеріалом.
Джерела вібраційного та електромагнітного забруднення відсутні.
У лабораторії відсутні умови, що створюють підвищену небезпеку, тобто за
ступенем ураження електричним струмом відноситься до класу приміщень без
підвищеної небезпеки, згідно ПУЕ [19]. Підлога вкрита лакованим паркетом. Для
зменшення дії пилу регулярно проводиться вологе прибирання. Все
електрообладнання, що знаходиться в лабораторії, заземлене. Для забезпечення
електробезпеки секції батарей централізованого опалення захищені
діелектричним захисним екраном.
Один раз на півроку кожен працівник лабораторії повинен обов’язково
проходити інструктаж по техніці безпеки з електричними приладами і пожежною
безпекою. Один раз на рік обов’язково проходити медичний огляд.
За результатами аналізу умов праці при проведенні дослідницьких робіт в
приміщенні лабораторії, можна зробити висновок, що всі параметри лабораторії
відповідають вимогам законодавчих актів, що регламентуються у галузі безпеки
та охорони праці.
Причинами пожеж та вибухів є порушення правил і норм пожежної безпеки,
невиконання Закону “Про пожежну безпеку”.
Виходячи з властивостей речовин і матеріалів, умов їх застосування і обробки і
у відповідності із ОНТП 24-86 “Визначення категорій приміщень і будівель по
вибухопожежній і пожежній небезпеці” приміщення по вибухопожежній і пожежній
небезпеці діляться на п’ять категорій – А, Б, В, Г, Д.
Приміщення лабораторії відносять до категорії В, згідно ОНТП 86 П- 2а –
ПУЄ, так як в приміщенні знаходяться горючі матеріали в холодному стані. Тому
102
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
2
в лабораторії присутні димові датчики, ПК, вогнегасник ОУ - 5, інструкція з
пожежної безпеки на видному місці, пісок з совком, азбестове покривало.
Вуглекислотні вогнегасники призначені для гасіння займань різноманітних
горючих речовин, горіння яких не може проходити без доступу повітря, на
промислових підприємствах, в електроустановках, розташованих під напругою до
1000 В. Експлуатуються при температурі від – 40 0 до + 50 0С.
8.2 Розрахунок вентиляційної системи
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 10075 мм, то
вибираю приймальний отвір у вертикальній панелі 300150 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 3 м (з урахуванням висоти помешкання).
Довжину верхньої відсмоктуючої труби приймаю рівною 5 м. Довжину
вихідної витяжної труби приймаю рівною 3 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 ; (8.1)
де a b - площа розрахункового перетину, м2;
- середня швидкість повітря в отворі, м/с.
103
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
3
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=500 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 = 500 м3/год;
- середня швидкість повітря в отворі – = 3 м/с;
- довжина повітропроводу – L = 6 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=210 мм;
Втрати тиску на тертя – Rтр=1 Па/м;
Динамічний тиск – Нд=10 Па.
Місцеві опори на першій ділянці складаються з опорів у місці переходу
відсосу у повітровід і на двох колінах рівні відповідно:
1 0,222 ; 2 1,2 ; 3 1,2 ;
Втрати тиску на місцеві опори на ділянці №1 складуть:
Z Hд , (8.2)
Z (1,21,2 0,222) 10 26,22 Па;
104
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
4
Загальні втрати тиску складуть:
Н (R L Z ) , (8.3)
тр
Н (16 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 = 500 м3/год;
- середня швидкість повітря в отворі – = 3 м/с;
- довжина повітропроводу – L = 3 м.
Вибираю швидкість у повітроводі - =4 м/с. Згідно номограми знаходжу:
діаметр повітропроводу – d=210 мм;
втрати тиску на тертя – Rтр=1 Па/м;
динамічний тиск – Нд=10 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 (1,21,3 0,222) 10 27,22 Па;
Загальні втрати тиску складуть:
Н (13 26,22) 30,22 Па.
105
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
5
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 8.2 – 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
1 500 6 4 210 1 2,622 10 26,22 32,22
2 500 3 4 210 1 2,622 10 26,22 30,22
3 500 6 4 210 1 2,622 10 26,22 32,22
4 500 3 4 210 1 2,622 10 26,22 30,22
Сумарне значення втрат тиску складе:
Н Н1,2,3,4 (8.4)
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.
106
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
6
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) (8.5)
уст.
3600 102 в р.п.
де V – продуктивність вентилятора, м3/год;
Н – повний тиск вентилятора, кг/м2;
К – коефіцієнт запасу (приймається рівним 1,1 1,5);
- ККД вентилятора (визначається з графіка);
в
- 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).
8.3 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
107
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
7
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.
108
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
8
9 ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ
9.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції.
Вода - одне з найбільших багатств у житті людини. Вона широко
застосовується в різних галузях життєдіяльності. У повсякденному житті людини
використовується для пиття, приготування їжі, задоволення санітарно -
гігієнічних потреб. Вода необхідна для забезпечення перебігу багатьох
технологічних процесів, вирощування сільськогосподарської продукції та
переробки її на продукти споживання, а також для різних галузей промисловості,
де вона використовується як сировина, реагент, теплоносій, промисловий засіб
тощо.
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;
109
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.0
9
- 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 = Па, (9.2)
де а - число робочих днів у зміні протягом тижня.
Тоді:
Т = 42 = 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.
110
КРМ 24..МГХТ А1
Зм. Арк. № докум. р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
0
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.
111
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
1
9.2.2 Фонд часу роботи обладнання
Календарний фонд - це максимально можливий фонд часу роботи
обладнання на рік. Тобто:
Fк = 36524 = 8760 год.
Номінальний фонд часу роботи обладнання в залежності від встановленого
режиму виробництва визначається за формулою:
Fд = 365np, (9.3)
де np - кількість годин роботи обладнання на добу.
Для встановленого режиму:
Fд = 36524 = 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.
112
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
2
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
Тангенціальна 34560 2880
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
113
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
3
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 18256 11032000 , м3/рік
114
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
4
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
115
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
5
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.
116
КРМ 24..МГХТ А1
Зм. Арк. № докум. р
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
6
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;
117
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
7
- 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.
118
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
8
9.3.4 Штат і фонд заробітної плати цехового персоналу
Таблиця 9.6 - Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового персоналу
Разом
Катего Чи- Посадовий Річний Додатко-
річний
рія сел оклад за фонд ва
№ п/п Посада фонд
праців- ьніс місяць, зарплати, зарплата,
зарплати,
ників -ть грн. грн. грн.
грн.
Керівники:
1
Начальник вир - ва ІТП 1 1500,00 18000,00 7200,00 25200,00
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
119
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.1
9
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 0,525 0,43 0,2258
Хлорид заліза кг 2,20 0,055 0,121
Матеріали:
Полівінілхлорид кг 5,28 0,00082 0,00433
Алюмогель кг 3,96 0,01382 0,05473
Всього : 0,4059
Потреби в силовій енергії розраховую за формулою:
Есил=NTKKф, (9.6)
120
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
0
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 = 11982560,70,95 = 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 , (9.7)
1000
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.
121
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
1
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
Сума,
№ Статті витрат Примітки
грн
1 2 3 4
1 Заробітна плата цехового 726630,8
персоналу
2 Відрахування на страхування та 272486,55 36,3% від фонду
заробітної плати
нарахування на заробітну плату
3 Утримання виробничих будівель 13783,16 5 - 7% від їх вартості
та споруд
4 Поточний ремонт виробничих 3514,44 2 - 3% від їх вартості
будівель
5 Амортизація виробничих будівель 14508,59 10% від ФОП
6 Витрати на охорону праці 56101,49
Разом по ст.1 - 6 1087024,73
7 Зношування малоцінного 10 - 15% від суми
108702,5
інвентарю та ін. витрат по ст.1 - 6
Разом цехових витрат 1195727,23
122
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
2
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: 133098,75 з табл. 9.5
- зарплата робітників по нагляду
і обслуговуванню обладнання 49912,03 36,3% від ЗП
- відрахування на соціальне
страхування 16874,00 10% від вартості
- допоміжні матеріали обладнання
Разом по ст.1 199884,78
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 8436,99 5% від вартості
обладнання
Всього по ст.2 205400,21
3. Амортизація виробничого
обладнання, апаратури та 38130,58 з табл. 9.4
транспортних засобів
Всього по ст.1 - 3 443415,57
4. Зношування малоцінного 13302,47 3% від суми витрат по
інвентарю, інструментів, пристроїв, ст.1 - 3
переміщення вантажів по території,
інші витрати
Разом по кошторису 456718,03
123
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
3
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., Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн
іру
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:
Полівінілхлор кг 5,28 818,032 4319,21 0,0008 0,00433
ид кг 3,96 13786,832 54595,85 2 0,05473
Алюмогель 0,0138
2
Всього : 404832,86 0,4053
3.
Енергозатрат кВт 0,50 655723,89 327861,9 6,55 3,275
и 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 1195727,23 1,2
витрати
124
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
4
Продовження таблиці 9.10
1 2 3 4 5 6 7
Разом цехова
грн 1821185,23 1,8
собівартість
8. Витрати
загальнозаво грн 997625,12 1,0
дські
Разом
виробнича грн 2818815,83 2,8
собівартість
9.
Позавиробни грн 19525 0,02
чі витрати
Повна
грн 2838340,83 6,50
собівартість
Отже, повна собівартість 1 м3 води становить 6,50 грн., а витрати на річний
випуск при продуктивності 1095000 м3/рік – 2838340,83 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.
125
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
5
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 133098,75 з табл. 9.5
і обслуговуванню обладнання
- відрахування на соціальне 49912,03 36,3 % від ЗП
страхування
- 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
126
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
6
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., Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн
іру
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
127
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
7
Продовження таблиці 9.12
6. Цехові
витрати грн 1195727,23 1,2
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.
128
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
8
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 , (9.11)
об
Qср
де Qср - середньорічні залишки оборотних засобів;
- тривалість обороту:
Д О Д
ср
Т , (9.12)
об
Коб В
129
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.2
9
де Д – кількість днів роботи за рік.
2. Cобівартість продукції:
Спр Смн Пе Озп Д зп Н зп В В Ц З Н , (9.13)
нв ем в в ев
де С - витрати на сировину, матеріали, напівфабрикати;
мн
П - витрати на паливо та електроенергію;
е
О - основна заробітна плата робітників;
зп
Д - додаткова заробітна плата робітників;
зп
Н - нарахування на зарплату;
зп
В - витрати на освоєння нових виробів;
нв
В - витрати на експлуатацію машин і обладнання;
ем
Ц - цехові витрати;
в
З - загальнозаводські витрати;
в
Н - невиробниці витрати.
ев
3. Ціноутворення :
Цпр = Спр+НпрПр, (9.14)
де Нр – норма рентабельності;
Пр – прибуток.
4. Прибуток і рентабельність:
Пр=Рпр-Спр, (9.15)
П
р
Рп , (9.16)
Спр
П р
Ра , (9.17)
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
130
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
0
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 , (9.18)
oi =
Загальні активи
2. Окупність власного капіталу:
Чистий прибуток
K = (9.19)
oв
Загальні зобов,язання перед власниками
3. Коефіцієнт ліквідності:
Загальні поточні активи
K = (9.20)
л
Загальні поточні пасиви
4. Коефіцієнт загальної заборгованості:
Загальні поточні пасиви
K = (9.21)
зб
Загальні активи
5. Коефіцієнт автономії:
Сумарний власний капітал
K = (9.22)
авт
Сума авансових коштів (балансу)
Отримані в результаті розрахунків параметри використовують при
визначенні точки беззбитковості, яка розраховується аналітичним методом:
Загальні умовно-постійні витрати
T (9.23)
б =
Ціна реалізованої одиниці продукції - питомі змінні витрати
або графічним:
131
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
1
Рисунок 9.1 – Графік визначення точки беззбитковості
За традиційними методами економічний ефект визначається:
Е р (С1 Еф К1) (С
2 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
Еф = = , (9.25)
Тоі Кз
де Тоі - термін окупності інвестицій;
Пр – прибуток;
Кз – сумарні інвестиції для впровадження проекту.
132
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
2
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.
133
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
3
ВИСНОВКИ
Захист водних ресурсів від виснаження і забруднення, їх раціональне
використання для потреб народного господарства – одна з найбільш важливих
проблем, що вимагають невідкладного рішення.
На мою думку одним з основних напрямів роботи з охорони водних
ресурсів є впровадження нових технологічних процесів виробництва, перехід на
замкнені цикли водопостачання, де очищені стічні води не скидаються, а
повторно використовуються в технологічних процесах. Замкнені цикли
промислового водопостачання дадуть можливість повністю ліквідувати скидання
стічних вод в поверхневі водоймища, а свіжу воду використовувати для
поповнення безповоротних втрат.
У хімічній промисловості намічене більш широке впровадження
маловідходних і безвідходних технологічних процесів, що дають найбільший
екологічний ефект. Велика увага приділяється підвищенню ефективності
очищення виробничих стічних вод.
Значно зменшити забрудненість води, що скидається підприємством, можна
шляхом виділення з стічних вод цінних домішок, складність рішення цих задач на
підприємствах хімічної промисловості полягає в різноманітті технологічних
процесів і продуктів, що отримуються. Потрібно відмітити також, що основна
кількість води в галузі витрачається на охолодження. Перехід від водяного
охолодження до повітряного дозволить скоротити на 70 – 90 % витрати води в
різних галузях промисловості. У зв'язку з цим надто важливими є розробка і
впровадження новітнього обладнання, що використовує мінімальну кількість води
для охолодження.
Істотний вплив на підвищення водообігу може надати впровадження
високоефективних методів очищення стічних вод, зокрема фізико-хімічних,
одним з найбільш ефективних є застосування гідравлічного кавітатора в
комплексі з обробкою реагентами. Використання такого методу очищення
134
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
4
виробничих стічних вод не залежить від токсичності присутніх домішок, що в
порівнянні зі способом біохімічного очищення має істотне значення. Більш
широке впровадження цього методу, як в поєднанні з біохімічним очищенням, так
і окремо, може певною мірою вирішити ряд задач, пов'язаних з очищенням
виробничих стічних вод.
У найближчій перспективі намічається впровадження мембранних методів
для очищення стічних вод.
На реалізацію комплексу заходів з охорони водних ресурсів від забруднення
і виснаження у всіх розвинених країнах виділяються асигнування, що досягають 2
– 4 % національного прибутку орієнтовно, на прикладі США, відносні витрати
складають (8 %): охорона атмосфери - 35,2 %, охорона водоймищ - 48,0%,
ліквідація твердих відходів - 15,0%, зниження шуму - 0,7%, інші - 1,1%. Як видно
з прикладу, велика частина витрат - витрати на охорону водоймищ. Витрати,
пов'язані з отриманням коагулянтів і флокулянтів, частково можуть бути знижені
за рахунок більш широкого використання для цих цілей відходів виробництва
різних галузей промисловості, а також осадів, що утворюються при очищенні
стічних вод, особливо - надмірного активного мулу, який можна використати в
якості біофлокулянта.
Таким чином, охорона і раціональне використання водних ресурсів - це
одна з основних ланок комплексної світової проблеми охорони природи.
135
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
5
136
КРМ 24..МГХТ 1
Зм. Арк. № докум. Ар
Підпис. Дата 202.14.00.000 ПЗ к.3
6