ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________ На правах рукопису 
УДК _____________ 
 
«Допущено до захисту» 
Завідувач  кафедри ХТВ ЧДТУ 
___________________________ 
                                                       «___»   ______________2021р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА БАКАЛАВРА 
на тему 
Дослідження та розробка технології інтенсифікації очистки стічних вод з 
використанням кавітаційних процесів 
 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
 
Науковий керівник:  Виконав здобувач вищої освіти: 
д.т.н., професор 4 курсу 
Геннадій СТОЛЯРЕНКО Олександр КАРПОВИЧ 
_________________________________ 
_____________________________ 
 
 
 
 
2021 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми. Промислові стічні води хімічних підприємств в 
переважній більшості випадків характеризуються значною різноманітністю і 
високим вмістом органічних забруднювачів. Перед скиданням стічних вод у 
міську каналізацію і подачею їх на біологічні очисні споруди необхідно 
провести очищення від токсичних речовин для досягнення вимог, що 
пред'являються до води, що скидається в каналізацію. Альтернативою процесу 
очищення є багаторазове розведення питною водою до необхідних норм, що 
економічно недоцільно. Якщо в складі забруднень містяться важко 
розкладаються органічні сполуки - поверхнево-активні речовини, барвники, 
нітросполуки, пестициди та ін., - класичні методи очищення (коагуляція, 
флокуляція, окислювальні методи з подальшим відстоюванням) не дають 
належного ефекту - мають низькі показники за ступенем очищення або ж 
високі виробничі витрати. Недосконалість існуючих технологій очищення 
стічних вод призводить до неповного знешкодження токсичних інгредієнтів, 
що містяться в промислових стоках, придушення життєдіяльності 
мікроорганізмів на міських очисних спорудах, а значить до зниження 
ефективності очищення перед скиданням води в поверхневий водойму. Аналіз 
літературних даних по інтенсифікації класичних методів очищення показує, 
що для вирішення екологічних та технологічних задач все частіше в 
промислових умовах використовується енергія, яка вивільняється в процесах 
кавітації. Причому інтенсифікація процесів очищення з використанням 
кавітації доцільно використовувати, як на локальних установках, так і для 
загальних стоків, а також при переробці мулових відходів. Тому пошук і 
розробка нових економічно раціональних і ресурсозберігаючих методів 
представляє підвищений інтерес. Актуальність застосування інтенсифікують 
хіміко-технічних методів і апаратів полягає ще і в тому, що їх використання 
на стадіях локальної очистки дає технологічну можливість повернути очищені 
стоки назад у виробництво, тобто створити оборотні цикли водопостачання 
підприємства, а також мінімізувати витрати і збільшити ступінь очищення 
води на біологічних очисних спорудах. 
Мета роботи. Створення теоретичної концепції інтенсифікації очищення 
стічних вод, що містять важко розкладаються органічні сполуки; дослідження 
методів очищення стічних вод; розробка і створення на базі 
турботермогенераторів кавітаційних реакторів; розробка технологічних схем 
з частковою утилізацією органічних забруднюючих речовин з використанням 
гідродинамічного кавітації.  
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:  
- теоретично обґрунтувати вибір методу інтенсифікації ефективного 
очищення стічних вод, що містять важко розкладаються органічні сполуки; 
- вивчити вплив подвійний гідродинамічної кавітації на механізми 
коагуляційного і флокуляційного очищення стічних вод фарбувального 
виробництва; 
- вивчити вплив гідродинамічної кавітації на процеси флотації при 
очищенні стічних вод фарбувального виробництва; 
- розробити технологічну схему очищення стічних вод з водооборотних 
циклом, забруднених барвниками і поверхнево-активними речовинами;  
- розробити метод знешкодження токсичних компонентів мулового 
осаду водоочищення з використанням пристрою для генерування 
гідродинамічної кавітації.  
Об'єкт дослідження - кавітаційні апарати гідродинамічної кавітації; 
реальні зразки стічних вод,; води біологічних очисних споруд; мулові опади 
біологічної очистки стічних вод.  
Предмет дослідження - вихрові процеси в гідродинамічної кавітації для 
інтенсифікації механічних і фізико-хімічних методів очищення стічних вод і 
обробки мулових відходів. 
1 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ОБРАНОГО СПОСОБУ 
ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОЛОГІЇ 
 
1.1 Основні джерела забруднення водойм 
 
Під забрудненням природних водних ресурсів розуміють будь-які зміни 
фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймищах у зв'язку зі 
скиданням у них рідких, твердих і газоподібних цієї токсичної речовини, 
роблячи воду даних водоймищ небезпечною для використання, завдаючи 
збитку народному господарству, здоров'ю та безпеці населення [1]. 
 Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є недостатньо 
очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, великих 
тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних 
копалин; води шахт, рудників, обробки і сплаву деревини; викиди водного і 
залізничного транспорту; стічні води і відходи сільськогосподарських 
виробництв, пестициди і т.д. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні 
водойми, призводять до якісних змін води, які в основному виявляються в 
зміні її фізичних властивостей, зокрема, поява неприємних запахів, присмаків 
і т.д.); в зміні хімічного складу води, зокрема, поява в ній шкідливих речовин, 
в наявності плаваючих речовин на поверхні води і відкладанні їх на дні водойм.  
Протягом тривалого періоду скиди стічних вод промислових 
підприємств були найістотнішою причиною забруднення водних об'єктів. В 
даний час природоохоронна політика в країні спрямована на обмеження 
скидання промислових стічних вод у водні об'єкти. Більш істотну роль у 
забрудненні міських водних об'єктів придбав забруднений поверхневий стік з 
урбанізованих територій і територій промислових майданчиків. Разом з тим 
вплив промислових стічних вод на якість води водних об'єктів як і раніше 
досить великий. Кількість, склад і вміст забруднюючих речовин у 
промислових стічних водах надзвичайно різноманітний і визначається 
характером технологічних процесів, складом очисних споруд і рядом інших 
факторів. Забруднюючі речовини в них можуть міститися в грубо-
дисперсному стані (розміром частинок більше 0,1 мм), у вигляді емульсії або 
суспензії (розміром частинок від 0,1 мкм до 0,1 мм), в колоїдному стані (частки 
розміром від 0,001 до 0,1 мкм) або в розчиненому вигляді. Узагальнена 
характеристика промислових стічних вод для основних галузей промисловості 
наведена в таблиці 1.1 [2]. 
 
Таблиця 1.1 - Орієнтовний склад стічних вод для основних галузей 
промисловості. 
Галузь Показник Концентрація,  мг/м 3 
1 2 3 
Зважені речовини 200-500 
Окалина 3000-20000 
Залізо 300-500 
Чорна металургія Феноли 700-1000 
Смоли і масла 700-1000 
Залізний купорос до 700 
Сірчана кислота до 300 
Кольорова Зважені речовини 100-8000 
металургія Кольорові метали 1,5-170 
Галузь Показник Концентрація,  мг/м 3 
1 2 3 
Нафтопереробні Зважені речовини до 300 
заводи і  Нафтопродукти 150-11000 
виробництва БПК5 150-11000 
 
Кінець таблиці 1.1 
1 2 3 
Зважені речовини 150-11000 
Хлориди 500-180000 
Нафтопромисли Нафтопродукти 100-5000 
Залізо 10-150 
Сірководень 25-400 
Зважені речовини 250-40000 
Текстильне Жир тварин 800-12000 
виробництво БПК  
20 600-20000 
ПАР 50-120 
Зважені речовини 300-500 
БПК  
5 800-3000 
Аміак 200-3000 
Коксохімічні заводи 
Феноли 400-1800 
Смоли и  масла 300-500 
Ціаніди і тіоціанати 100-400 
Целюлозо-паперові Зважені речовини 400-2000 
заводи БПК5 100-2000 
Зважені речовини 100-200 
Машино-
Ціаніди 70-120 
автомобільне 
Кислоти 70-100 
виробництво 
Нафтопродукти і масла 25-40 
 
Виробничі стічні води забруднені в основному відходами і викидами 
виробництва. Кількісний та якісний склад їх різноманітний і залежить від 
галузі промисловості, її технологічних процесів; їх ділять на дві основні групи: 
що містять неорганічні домішки, в т.ч. і токсичні, і містять органічні домішки, 
в т.ч, отрути. До першої групи належать стічні води содових, сульфатних, 
азотно-тукових заводів, збагачувальних фабрик свинцевих, цинкових, 
нікелевих руд, в яких містяться кислоти, луги, іони важких металів та інші. 
Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води [1]. 
 Основними неорганічними (мінеральними) забруднювачами прісних і 
морських вод є різноманітні хімічні сполуки, токсичні для мешканців водного 
середовища. Це сполуки миш'яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. 
Більшість з них потрапляє у воду в результаті людської діяльності. Важкі 
метали поглинаються фітопланктоном, а потім передаються по харчовому 
ланцюзі більше високоорганізованим організмам. Токсичний ефект деяких 
найбільш поширених забруднювачів гідросфери представлений у таблиці 1.2. 
 
Таблиця 1.2 - Токсичний ефект забруднювачів гідросфери. 
 
№ Речовина Планктон  Ракоподібні  Молюски  Риби 
п/п 
1 Мідь +++ +++ +++ +++ 
2 Цинк + ++ ++ ++ 
3 Свинець  –  + + +++ 
4 Ртуть ++++ +++ +++ +++ 
5 Кадмій – ++ ++ ++++ 
6 Хлор – +++ ++ +++ 
7 Тіоціанат – ++ + ++++ 
8 Ціанід – +++ ++ ++++ 
9 Фтор – – + ++ 
10 Сульфід – ++ + +++ 
Міра токсичності (примітка): - - Відсутнє; + - дуже слабка; ++ - слабка; +++ - 
сильна; ++++ - дуже сильна. 
Крім перерахованих в таблиці речовин, до небезпечних забруднювачів 
водного середовища можна віднести неорганічні кислоти і підстави, які 
обумовлюють широкий діапазон рН промислових стоків (1,0 - 11,0) і здатних 
змінювати рН водного середовища до значень 5,0 або вище 8, 5 тоді як риба в 
прісній і морській воді може існувати тільки в інтервалі рН 5,0 - 8,5. Серед 
основних джерел забруднення гідросфери мінеральними речовинами і 
біогенними елементами слід згадати підприємства харчової промисловості і 
сільське господарство.  
З зрошуваних земель щорічно вимивається близько 6 млн. Т солей. До 
2020 року можливе збільшення їх маси до 12 млн. Т. / Рік [3]. Відходи, що 
містять ртуть, свинець, мідь, локалізовані в окремих районах у берегів, однак 
деяка їхня частина виноситься далеко за межі територіальних вод. 
Забруднення ртуттю значно знижує первинну продукцію морських екосистем, 
пригнічуючи розвиток фітопланктону. 
Відходи, що містять ртуть, зазвичай нагромаджуються в донних 
відкладеннях заток або естуаріях рік. Подальша її міграція супроводжується 
накопиченням метилової ртуті і її включенням у трофічні ланцюги водних 
організмів [4] .Так, сумну популярність придбала хвороба Мінамата, вперше 
виявлену японськими вченими в людей, що вживали в їжу рибу, виловлену в 
затоці Мінамата, у яку безконтрольно скидали промислові стоки з 
техногенною ртуттю [1].  
Стічні води другої групи скидають нафтопереробні та нафто хімічні 
заводи, підприємства органічного синтезу, коксохімічні заводи та заводи 
текстильного виробництва, цеху фарбування та інші. Стоки, що містять різні 
нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли, суспензії органічного 
походження або розчинена органічна речовина, згубно впливають на стан 
водойм. Осідаючи, суспензії заливають дно і затримують розвиток або 
повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, що беруть 
участь у процесі самоочищення вод. При гнитті донних опадів можуть 
утворюватися шкідливі сполуки й отруйні речовини, такі як сірководень, які 
призводять до забруднення всієї води в річці. Наявність суспензій утрудняє 
також проникнення світла на глибину води і уповільнює процеси фотосинтезу. 
 Однією з основних санітарних вимог, що пред'являються до якості води, 
є вміст у ній необхідної кількості кисню. Шкідливий вплив роблять всі 
забруднення, які так чи інакше сприяють зниженню вмісту кисню у воді. 
 Поверхнево активні речовини - жири, масла, мастильні матеріали - 
утворюють на поверхні води плівку, яка перешкоджає газообміну між водою і 
атмосферою, знижує ступінь насиченості води киснем. Значний обсяг 
органічних речовин, більшість яких не властива природним водам, скидається 
в річки разом з промисловими і побутовими стоками. Наростання забруднення 
водоймищ і водостоків спостерігається у всіх промислових країнах.  
Негативний вплив стічних вод цієї групи полягає головним чином в 
окисних процесах, внаслідок яких зменшується вміст у воді кисню, 
збільшується біохімічна потреба в ньому, погіршуються органолептичні 
показники води. Нафта і нафтопродукти на сучасному етапі є забруднювачами 
внутрішніх водойм, вод і морів. Потрапляючи в водойми, вони створюють 
різні форми забруднення: плаваючу на воді нафтову плівку, розчинені або 
емульговані у воді нафтопродукти, що осіли на дно важкі фракції і т.д. При 
цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневий натяг, в'язкість води, 
зменшується кількість кисню, з'являються шкідливі органічні речовини, вода 
набуває токсичні властивості і становить загрозу не тільки для людини, але і 
для фауни і флори. 12 г нафти роблять непридатною для вживання тонну води. 
Досить шкідливим забруднювачем промислових вод є фенол. Він міститься в 
стічних водах багатьох нафтохімічних підприємств. При цьому різко 
знижуються біологічні процеси водойм, процес їх самоочищення, вода 
набуває специфічний запах карболки [4] .У життя істот, що живуть у водоймах 
згубно впливають стічні води целюлозно-паперової промисловості. 
Окислення деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості 
кисню, що призводить до загибелі ікри, мальків і дорослих риб. Волокна і інші 
нерозчинні речовини засмічують воду і погіршують її фізико-хімічні 
властивості. На рибах і на їхньому кормі - безхребетних - несприятливо 
відбиваються сплави лісу. З гниючої деревини і кори виділяються в воду різні 
дубильні речовини. Смола і інші екстрактивні продукти розкладаються і 
поглинають багато кисню, викликаючи загибель риб, особливо мальків та 
ікри. Крім того, сплави лісу сильно засмічують річки, а топляк нерідко 
повністю забиває їх дно, не залишаючи для риб нерестовищ і кормових місць 
[5]. Атомні електростанції радіоактивними відходами забруднюють річки. 
Радіоактивні речовини концентруються найдрібнішими планктонними 
мікроорганізмами і рибою, потім по ланцюгу харчування передаються іншим 
тваринам. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців в тисячі 
разів вище, ніж води, в якій вони живуть. Стічні води, які мають підвищену 
радіоактивність (100 кюрі на 1 л і більше), підлягають захороненню в підземні 
безсточні басейни і спеціальні резервуари [6]. Зростання населення, 
розширення старих і виникнення нових міст значно збільшили надходження 
побутових стоків у внутрішні водойми. Ці стоки стали джерелом забруднення 
річок та озер хвороботворними бактеріями і гельмінтами. У ще більшому 
ступені забруднюють водоймища миючі засоби, які широко використовуються 
в побуті. Вони знаходять широке застосування також в промисловості і 
сільському господарстві. Хімічні речовини, що містяться в них, вступаючи зі 
стічними водами в річки і озера, роблять значний вплив на біологічний і 
фізичний режим водоймищ. В результаті знижується здатність вод до 
насичення киснем, паралізується діяльність бактерій, що мінералізують 
органічні речовини [1]. Викликає серйозну турботу забруднення водоймищ 
пестицидами і мінеральними добривами, які потрапляють з полів разом із 
струмками дощової і талої води. Внаслідок досліджень, наприклад, доведено, 
що інсектициди, що містяться у воді у вигляді суспензій розчиняються в 
нафтопродуктах, якими забруднені річки й озера. Ця взаємодія призводить до 
значного ослаблення окислювальних функцій водних рослин. Потрапляючи в 
водойми, пестициди накопичуються в планктоні, бентосі, рибі, а по ланцюгу 
живлення потрапляють в організм людини, діючи негативно як на окремі 
органи, так і на організм в цілому [5-11]. У зв'язку з інтенсифікацією 
тваринництва все більш дають про себе знати стоки підприємств даної галузі 
сільського господарства. Стічні води, що містять рослинні волокна, тваринні 
та рослинні жири, фекальна маса, залишки плодів і овочів, відходи шкіряної і 
целюлозно-паперової промисловості, цукрових заводів і пивоварень, 
підприємств м'ясо-молочної, консервної і кондитерської промисловості, є 
причиною органічних забруднень водойм. У стічних водах міститься близько 
60% речовин органічного походження, до цієї ж категорії органічних відходів 
відносяться біологічні (бактерії, віруси, гриби, водорості) забруднення в 
комунально-побутових, медико-санітарних водах і відходах шкіряних 
підприємств [7]. Нагріті стічні води теплових ЕС та інших виробництв 
здійснюють "потепління", яке загрожує досить серйозними наслідками: в 
нагрітій воді розчинено менше кисню, різко змінюється термічний режим, що 
негативно впливає на флору і фауну водойм, при цьому виникають сприятливі 
умови для масового розвитку у водосховищах синьо-зелених водоростей - так 
званого "цвітіння води". Забруднюються річки і під час сплаву, при 
гідроенергетичному будівництві, а з початком навігаційного періоду 
збільшується забруднення нафтопродуктами з судів річкового флоту [1,9]. 
Проблема очищення виробничих стічних вод та утилізації осадів досить 
гостро стоїть перед світовою спільнотою. Для її вирішення необхідно 
створення і впровадження нових інтенсивних технологічних процесів 
очищення, перехід на замкнуті цикли водопостачання, де очищені стічні води 
не скидаються, а повторно використовуються в технологічних процесах. 
1.2 Основні типи генераторів кавітаційного поля 
 
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. 
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. 
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЙНЯТОГО МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА. 
ХІМІЗМ ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ І ОБҐРУНТУВАННЯ НОРМ 
ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ 
  
 2.1 Гідродинамічна кавітація 
 
Гідродинамічна кавітація - це процес утворення порожнин або 
бульбашок в рідині, які заповнені парами рідини або газів при локальному 
зниженні тиску в рідині до тиску насичених парів [12]. Локальне зниження 
тиску в рідині можливо, наприклад, при обтіканні потоком рідини твердого 
тіла з гострими гранями. Далі під дією підвищеного тиску і сил поверхневого 
натягу порожнина схлопується, а пара конденсується на межі розділу фаз. 
Через стінки порожнини в неї дифундує розчинений у рідині газ, який потім 
піддається сильному адіабатичному стискуванню. У момент схлопування, 
тиск і температура газу досягають значних величин (за деякими даними до 100 
МПа і 10000 ° С). Після схлопування порожнини в оточуючій рідини 
поширюється сферична ударна хвиля, швидко загасаюча в просторі. Щоб в 
рідини утворилася порожнина, необхідно розсунути її сусідні молекули на 
відстань не менше подвоєної довжини проміжку між ними. Рідина може 
витримувати максимальне розтяжне напруження, яке розраховується за 
формулою [13]: 
 
P  2 R ,                                                      (2.1) 
 
 де       – поверхневий натяг рідини;  
 R – радіус бульбашки. 
Для воды при R = 2  10-10 м, Р = 1000 МПа, кавітаційна міцність 
необробленої води не перевищує декількох десятків мегапаскалей. 
Розбіжність між експериментальної і теоретичної міцністю пояснюється 
наявністю в реальних рідинах різних домішок і включень, які є зародками 
кавітації і сильно знижують її міцність. Згідно з теоретичними уявленнями 
маленькі бульбашки повинні розчинятися в рідині, а великі - спливати. Проте, 
в рідини постійно присутні бульбашки різного радіусу. Дуже маленькі 
бульбашки стабілізуються на поверхнях і в тріщинах малих твердих частинок, 
зважених в рідини. 
 У рідини, внаслідок броунівського руху, мають місце флуктуації 
внутрішньої структури - області простору з молекулами низької енергії і 
молекулами високої енергії. В областях з молекулами високої енергії, які 
називають областями підвищеної мікро-температури, звукові хвилі можуть 
забезпечити значення напруг, достатніх для розриву суцільності рідини. 
Стабільне існування парогазових бульбашок пояснюється тим, що на 
поверхні бульбашки є рівномірно розподілені однойменні заряди, обумовлені 
існуючими в рідини іонами. Відштовхування цих зарядів запобігає змиканню 
бульбашки [14]  
У початковий момент часу зростання бульбашок відбувається за рахунок 
зниження тиску в рідині до порогового Ркр, яке менше тиску насичених парів. 
Але в полі періодичної пульсації відбувається збільшення в часі середнього 
радіусу бульбашки і середньої маси газу в бульбашці. При періодичній 
пульсації тиску змінюється радіус бульбашки і концентрація газу в ньому. У 
фазі стиснення із бульбашки в рідину газ виходить, а в фазі розширення 
повертається в бульбашку за рахунок дифузії. Так як кількість 
продифундованого газу пропорційна площі поверхні, то при нелінійних 
пульсаціях газових бульбашок потік газу в бульбашку при її розширенні 
перевищує потік газу із пляшечки при його стисненні. За кожен цикл пульсації 
виникає приріст маси газу в бульбашці, що призводить до середнього в часі 
росту радіусу газової бульбашки. Відбувається як би «випрямлення» 
знакозмінного дифузійного потоку газу через поверхню пульсуючої газової 
бульбашки [15]. Це явище було названо випрямленою газовою дифузією. 
Зростання парових бульбашок при періодичних пульсаціях, 
збуджуваних зовнішнім полем, також обумовлений явищем, яке отримало 
назву випрямленої теплопередачі або випрямленого теплопереносу [15]. Цей 
ефект аналогічний випрямленій газовій дифузії. У фазі розрідження 
акустичного поля при зниженні тиску знижується температура бульбашки і 
тепло йде від рідини в бульбашку через велику площу поверхні бульбашки, а 
в фазі стиснення при підвищенні тиску підвищується температура бульбашки 
і тепло йде з бульбашки в рідину і при цьому площа поверхні бульбашки мала. 
В середньому за цикл проявляється нелінійний ефект спрямованого від рідини 
до бульбашки потоку тепла. Крім того, парова бульбашка при пульсації 
поглинає енергію зовнішнього поля, яка витрачається на випаровування 
рідини і призводить до додаткового зростання бульбашки. 
У звичайних умовах не спостерігається чистих газових або парових 
бульбашок і бульбашка, як правило, заповнена парогазовою сумішшю. 
Зростання бульбашки в зовнішньому акустичному полі відбувається за 
рахунок всіх ефектів, які були описані вище. Зростанню парогазової 
бульбашки перешкоджають приєднана маса рідини, статичний тиск і тиск 
поверхневого натягу. Зростання або зникнення кавітаційної бульбашки 
відбувається при переважанні тих чи інших ефектів. Нелінійність кривої 
фазової рівноваги призводить до того, що в середньому температура парової 
бульбашки знижується по відношенню до температури навколишньої рідини, 
а це викликає потік тепла з рідини в бульбашку, випаровування рідини і 
зростання бульбашки в середньому за період. 
У припущенні, що парогазова суміш в реальній кавітаційній бульбашці 
при адіабатичному стисненні поводиться як ідеальний газ, тиск в бульбашці в 
момент схлопування визначається параметром газонасиченості  [16]: 
P 3
max  P (81 )                                              (2.2) 
 
При розширенні кавітаційної бульбашки в рідину випромінюється 
сферична хвиля. 
У більшості досліджень кавітації, особливо теоретичних, розглядають 
поведінку одиничної бульбашки. В реальних умовах необхідний цілий 
комплекс заходів, щоб домогтися існування одиночної бульбашки. Навіть при 
тиску, що не набагато перевищує поріг кавітації, відразу з'являється безліч 
кавітаційних бульбашок, що займають певну частину простору, яку називають 
кавітаційною областю [17]. При імпульсних розтягуючих напруженнях в 
рідини зародки кавітації починають рости, утворюючи кавітаційний кластер, 
форма і довжина якого визначаються початковим спектром розмірів 
кавітаційних зародків, характером прикладається напруги і граничними 
умовами. Все зародки досягають максимального розміру одночасно, і 
середовище може вважатися практично монодисперсним, що містить 
бульбашки тільки одного розміру [18]. 
При малих відстанях між бульбашками в щільному кавітаційному 
кластері кавітаційні бульбашки взаємодіють одна з одною в процесі пульсації.  
Розглянемо окрему область кавітаційних бульбашок, рівномірно 
розподілених в просторі з постійною щільністю п [13]. Кожне схлопування 
бульбашки виробляє хвилю тиску і робить свій внесок у вторинне тиск Pкав. 
Зробимо деякі спрощення. Приймемо, що всі бульбашки мають 
однаковий розмір і зовнішні умови однакові для всіх бульбашок. Отже, кожна 
з бульбашок кавітаційного кластера схлопується в момент часу tс і випромінює 
хвилю тиску Pкав1, однакову для всіх бульбашок. Загальна вторинне тиск Pкав 
знаходиться як суперпозиція всіх хвиль тиску, взятих у кількості, обмеженому 
часом поширення хвилі. Виділимо в кавітаційному кластері сферу радіусом r, 
що включає безліч кавітаційних бульбашок. У центрі сфери знаходиться 
розглянута бульбашка. 
У розвинутій кавітації області кількість кавітаційних бульбашок 
перевищує кількість зародків приблизно в 105 разів. Це пояснюється тим, що 
процес виникнення кавітаційних бульбашок є ланцюговою реакцією [19]. 
Кавітація, що виникла на одиничному зародку, за час в декілька десятків 
періодів ультразвукових коливань розвивається в стабільну область, що 
складається з безлічі кавітаційних бульбашок.    
Процес розвитку кавітаційної області представляється в такий спосіб. 
При схлопуванні кавітаційна бульбашка може втрачати стійкість і розпадатися 
на частини, а так як тиск і температура в цей момент в бульбашці максимальні, 
то тиск і температура парогазової суміші в утворених «уламках» теж 
підвищені. У фазі розтягування вони легко розширюються і стають новими 
зародками кавітації, менш міцними, ніж постійно наявні в рідині. Кавітаційні 
порожнини, що виникли на цих зародках, породжують нові. Усередині 
кавітаційної області йде безперервний процес розмноження і коагуляції 
кавітаційних бульбашок, причому кавітаційний поріг трохи зменшується, так 
як в сталому режимі роль кавітаційних зародків починають виконувати 
рівноважні бульбашки, об’єм і газонасиченість у яких більше, ніж у зародків [17]. 
В даний час немає задовільної моделі кавітаційної області, що адекватно 
описує її поведінку і поведінку кавітаційної бульбашки, що їй належить. 
Поведінка кавітаційноїй області залежить від багатьох явищ і факторів: 
розмноження і коалесценція бульбашок; їх взаємодія; зміна характеру 
пульсацій бульбашки за рахунок ударних хвиль і звукового випромінювання 
сусідніх бульбашок; зміна середніх акустичних властивостей середовища; 
мікропотоки всередині кавітаційної області та на кордоні бульбашки; розподіл 
зародків кавітації; газовміст і т.д. 
Таким чином, кавітаційна область являє собою своєрідний 
трансформатор потужності, в якому порівняно повільно накопичується 
енергія звільняється протягом дуже короткого часу, в результаті чого миттєва 
потужність у багато разів перевершує середню, що вводиться випромінювачем 
в кавітаційну область [18]. 
На розвиток і інтенсивність кавітації великий вплив мають зовнішні 
умови і властивості рідини. При кавітації в дегазованої рідини в кавітаційні 
бульбашки надходить менша кількості повітря, ніж в відстояній, що 
призводить до зменшення демпфуючого ефекту парогазової суміші в 
бульбашці при її схлопуванні і зростанні тиску в ударній хвилі. Дегазація 
рідини призводить до зменшення області кавітації з одночасним збільшенням 
інтенсивності ударної хвилі, створюваної кавітаційними бульбашками [19]. 
При підвищенні температури тиск усередині бульбашки, визначений тиском 
пари і газу, збільшується, і ударна хвиля послаблюється, але це також 
призводить до зростання кавітаційної області.  
З теоретичних передумов можна зробити висновок, що збільшення 
гідростатичного тиску призводить до зменшення часу схлопування бульбашки 
і збільшення інтенсивності ударних хвиль. Експерименти, проведені з 
дослідження кавітаційної ерозії, сонолюмінісценції і виміру амплітуди тиску 
в момент схлопування кавітаційної бульбашки, показують, що збільшення 
гідростатичного тиску призводить до помітного збільшення цих явищ, а потім 
деякого зменшення з вираженим оптимумом. Всі ці залежності отримали 
численне експериментальне підтвердження в різних дослідженнях [19]. 
 Кавітація в рідинах ініціює різні фізико-хімічні явища; 
сонолюмінесценцію (світіння рідин); хімічні ефекти (звукохімічні реакції); 
ерозію твердого тіла (руйнування поверхні); диспергування (подрібнення 
твердих частинок в рідині) і емульгування (змішування і гомогенізація 
змішуються рідин).  
Сонолюмінесценція і звукові хімічні реакції є генетично пов'язаними 
процесами, можуть надавати взаємний вплив, але також вони можуть  
здійснюватися незалежно один від одного. Ультразвукова люмінесценція і 
світіння, що виникає при гідродинамічної кавітації, є близькими за своєю 
природою процесами. При експериментальному дослідженні кавітації в 
низькочастотних звукових полях була виявлена аналогія за фізико-хімічними 
ефектів між низькочастотної і ультразвукової кавітацією [15].  
Модель фізико-хімічних процесів, що відбуваються в кавітаційній 
бульбашці і прилеглому до неї об'ємі рідини, представляють в наступному 
вигляді. В кавітаційну порожнину можуть проникати пари води, розчинені 
гази, а також речовини з високою пружністю пари і не можуть проникати іони 
або молекули нелетких розчинених речовин. Виділеної в процесі схлопування 
бульбашки енергії достатньо для збудження, іонізації і дисоціації молекул 
води, газів і речовин з високою пружністю пари усередині кавітаційної 
порожнини. На цій стадії будь-який з присутніх газів є активним компонентом, 
беручи участь в передачі енергії збудження, перезарядці та інших процесах. 
Дія звукового поля на речовини, які проникають в порожнину, є 
безпосереднім, прямим, причому дія активних газів О2, Н2 і N2 в кавітаційній 
порожнині двоїсте: 
 -по-перше, О2 і Н2 беруть участь в реакціях трансформування радикалів: 
  
Н О НО
2 2 ,                                               (2.3) 
ОН Н2 Н Н2О,                                       (2.4) 
 
а N2 - в газових звукохімічних реакціях, кінцевим результатом яких є фіксація азоту:  
N2 O2 )))NO 2 ,                                           (2.5) 
N2 H2 )))NH 3 ;                                         (2.6) 
де символом))) позначено хімічну дію звуку. 
-по-друге, хімічно активні гази, проникаючи в кавітаційну порожнину, 
беруть участь, так само як і благородні гази, в передачі енергії електронного 
збудження молекулам води, а також в процесі перезарядки.  
При схлопуванні кавітаційної бульбашки в розчин переходять радикали 
Н, ОН, іони і електрони малої енергії, що утворилися в газовій фазі при 
розщепленні молекули Н2О і речовин з високою пружністю пари, продукти їх 
взаємодії і часткових рекомбінацій, а також метастабільні порушені молекули Н2О.  
Сумарну схему кавітаційного розщеплення молекул води представляють 
в наступному вигляді: 
 
H  
2O)))H , OH , H2, H2O2.                                    (2.7) 
 
 Виникаючі в системі активні частинки після переходу в розчин 
сольватіюються і реагують з розчиненими речовинами. На цій стадії, коли 
здійснюються побічні дії акустичних коливань, на хід процесу можуть 
впливати практично тільки хімічно активні гази - О2 і Н2.  
В кінцевому рахунку, вплив кавітації на водні розчини зводиться до 
єдиного процесу - розщеплення молекул води в кавітаційних бульбашках. 
Незалежно від природи розчинених речовин, звук діє на одну речовину - на 
воду, що призводить до зміни її фізико-хімічних властивостей: збільшення рН, 
електропровідності води, збільшення числа вільних іонів і активних радикалів, 
структуризації і активації молекул.  
Ерозія твердого тіла (руйнування поверхні), очищення поверхонь, 
видалення мікронерівностей, диспергування твердих частинок і емульгування 
здійснюються, в основному, двома характерними проявами кавітації: 
ударними хвилями і кумулятивними струменями, що утворюються при 
схлопуванні кавітаційних бульбашок. 
На поверхнях частинок і твердих тіл є концентратори напружень у 
вигляді мікротріщин, нерівностей поверхні і т.п., на яких утворюються 
зародки кавітації. Під дією звуко-капілярного ефекту і інтенсивних 
мікропотоків рідина проникає в пори і тріщини, де при схлопуванні 
кавітаційних бульбашок виникає потужна ударна хвиля, яка сприяє 
руйнуванню матеріалів. Кумулятивні цівки руйнують поверхню твердого тіла 
за рахунок кінетичної енергії рідини. Дрібні частинки твердого тіла, розміри 
яких порівнянні з поперечним перерізом кумулятивних струменів, 
захоплюються ними і дають додатковий внесок в процес руйнування твердих 
частинок, що знаходяться в рідині. [14-19]. 
 
2.2 Дослідження впливу конструктивних параметрів ТТР-ВУ на 
інтенсивність теплоутворення. 
 
Відповідно до результатів попередніх випробувань вихрового 
прискорювача ТТР-ВУ нової конструкції його запропоновано 
використовувати в якості реактора для активації мулових відкладень при 
інтенсифікації процесу анаеробного зброджування. Однією з переваг апарату 
є можливість змінювати деякі свої конструктивні параметри. До таких 
параметрів відноситься зокрема величина зазору. В осьовій зоні прискорювача 
між дисками, що може змінюватися в залежності від положення 
регулювальних втулок. Зміна зазору між дисками призводить до зміни площі 
живого перетину прохідного каналу прискорювача і відповідної зміни витрати 
і середньої швидкості руху потоку. 
Метою дослідження було встановлення залежності інтенсивності 
теплоутворення від величини зазору між дисками прискорювача. В ході 
експерименту вибиралося конструктивно два фіксованих положення дисків - 
при зазорі в осьової частини 25 мм і 5 мм. Значення мінімального зазору в 5 мм 
визначено розрахунковим шляхом з урахуванням номінального тиску 300 кПа 
на виході з насоса, відповідає середині його робочого діапазону 
характеристики по паспорту. Як гальмівних пристроїв в обох випадках взяті 
вставки випускного патрубка з статичними гальмами. Результати 
експериментів наведені в таблиці 2.1 і на графіках рисунків 2.1 і 2.2. 
 
Таблиця 2.1 - Результати експериментів з вихровими прискорювачами 
при різних зазорах між дисками. 
час Температура води в баку,С. Тиск на виході з насоса, кПа 
 
зазор 25мм зазор 5мм зазор 25мм зазор 5мм 
1 2 3 4 5 
1600 19 20 290 300 
1605 21 21,5 292 299 
1610 22 23 290 294 
1615 24 24 288 294 
1620 25 25,5 287 292 
1625 26,2 26 287 290 
1630 27,8 27 285 290 
1635 28,8 29 285 290 
1640 30 31 284 289 
1645 30,7 32 282 289 
1650 31,6 33 281 288 
1655 32,8 34 280,5 288 
1700 34 35,5 280 287 
1705 35 37 279 287 
1710 36,1 38 278,5 287 
1715 37,5 39 278,5 286 
1720 39 40 278 285 
1725 40 41 278 285 
1730 41 42 278 286 
1735 41,9 43 278 286 
1740 43 44 278 286 
1755 45,6 47 278 286 
 
 
T, C 50 320 P, кПа
 
315
45
 
310
40  
305
 
35 300
 
30 295
 
290
25  
285
 
20
280
 
15 275
 
t, мин.
 
График изменения температуры теплоносителя
 График изменения давления в системе
Рисунок 2.1 - Залежності зміни температури води і тиску в системі від 
тривалості роботи ТТР-ВУ при зазорі 5 мм в вихровому прискорювачі. 
T, C 50  305 P, кПа
 
45
300
 
40  
295
 
35
290
30
285
25
20 280
0.00 0.00
5.00 5.00
10.00 10.00
15.00 15.00
20.00 20.00
25.00 25.00
30.00 30.00
35.00 35.00
40.00 40.00
45.00 45.00
50.00 50.00
55.00 55.00
60.00 60.00
65.00 65.00
70.00 70.00
75.00 75.00
80.00 80.00
85.00 85.00
90.00 90.00
95.00 95.00
100.00 100.00
105.00 105.00
110.00 110.00
115.00 115.00
120.00 120.00
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 2.2 - Залежності зміни температури води і тиску в системі від 
тривалості роботи ТТР-ВУ при зазорі 25 мм в вихровому прискорювачі. 
З наведених вище експериментальних даних видно, що приріст 
температури за час 120 хвилин склав для першого і другого дослідів 27оС і 
28оС відповідно, що свідчить про незначній зміні ефекту активації вихрових 
процесів рідинного тертя при збільшенні середньої швидкості потоку і 
відповідне збільшення кількості утвореної теплової енергії. 
Проміжні значення тиску в другому досвіді також мають більше 
значення на 7 - 10 кПа, що цілком логічно і свідчить про зростання 
гідравлічного опору всередині прискорювача при зменшенні його площі 
прохідного каналу. Цілком ймовірно, що і наявність кавитационной зони в 
вставках позитивно впливає на інтенсифікацію обох процесів. В обох дослідах 
тиск в гідросистемі поступово знижувався з ростом температури води. Це 
можна пояснити зниженням в'язкості, а відповідно і опору руху води при її 
нагріванні. 
Таким чином, можна відзначити позитивний вплив зменшення площі 
живого перетину прохідного каналу вихрового прискорювача в другому 
досвіді на процес перетворення енергії потоку води в його внутрішню теплову 
енергію.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ 
 
На рис 3.1 зображена схема очистки промислових стічних вод. Вона дає 
змогу привести показники стічної води до прийнятного рівня визначених 
показників. 
 
 
 FeSO47H2O 
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 13 14 Повітря 
 
Надлишковий мул 
 
1 – пісковловлювач; 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 3.1 - Технологічна схема очищення стічних вод 
 
Води для очистки надходять у пісковловлювач 1, разом з тим він також 
є жировловлювачем, ємністю для збору води і вирівнювачем показників, тому 
що показники води можуть коливатися навіть протягом однієї доби. Для 
видалення завислих речовин стічну воду насосом 2 перекачують на фільтр 
попереднього очищення 3. Фільтр 3 класифікують як насипний, фільтруючий 
шар в ньому являє собою крупнодисперсні частинки, такі як пісок. В наслідок 
фільтрації на поверхні насипу утворюється намивний шар із частинок, що були 
у воді, після цього фільтрація проходить через намивний шар. 
Для того щоб фільтр 3 постійно працював без зміни фільтруючого 
матеріалу, його поверхню очищують сркебком. Поступово накопичуючись в 
зовнішньому корпусі фільтра 3, після чого його відвантажують. 
Насосом 4 воду без зависей направляють в ємність 5, де її показники 
остаточно вирівнюються. Тут вода перебуває і накопичується до закінчення 
реагентного оброблення вод які надійшли напередодні. Потім з ємності 5 
насосом 4 стічні води подають в реактор 6, в якому задля економії та 
підвищення ефективності суміщено реактор, кавітатор та флотатор. Тут 
відбувається очистка промислових вод реагентами і флотація. 
Реагент являє собою 10-20% суспензію Са(ОН)2, його подають із ємності 
7, де і готують саму суспензію змішуючи гідроксид кальцію або оксид кальцію 
з попередньо очищеною водою. 
Змішування розчину в реакторі 6 відбувається за рахунок 
циркуляційного насоса 9, а також за рахунок бульбашок газу після 
проходження гідродинамічного кавітатору 10.  
Для підвищення інтенсифікації процесу коагуляції утворених частинок і 
нейтралізації середовища в реактор 6 подають 20%-ий розчин ферум (ІІ) 
сульфату, його готують у ємності з мішалкою 8 розчиняючи залізний купурос. 
Піна, що утворилась в реакторі 6 перетікає у фільтр періодичної дії 11 
який є аналогом фільтра 3. 
Утворений фільтрат насосом 12 перекачують в біореактор 13, ХСК 
зменшується до норми за рахунок перетворення органіки. Компресор 14 
здійснює аерацію середовища. Із сепараційної зони біореактора 13 надлишок 
активного мулу надходить у відстійник 17 двома шляхами: невелику кількість 
насосом 16 подають через гідродинамічний кавітатор 15, основна частина 
рухається напряму. Після обробки у кавітаторі 15 відбувається деструкція 
мулу і він стає коагулянтом у відстійнику 17. 
Із відстійника 17 вода перетікає у збірну ємність 21, де для знезараження 
додають розчин натрій гіпохлориту із ємності 19 дозатором 18, він надає 
можливість знизити ХСК за рахунок окиснення органіки, що залишилась. 
Розчин натрій гіпохлориду готують в ємності 19 змішуванням концентрату із 
ємності 20 і очищеної води. 
Частину очищеної води використовують для розчинів кальцій 
гідроксиду, ферум (ІІ) сульфату та натрій гіпохлориту, а основну кількість 
скидають у довкілля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ 
 
4.1 Теоретичні положення теплотехнічних розрахунків  
 
Основними апаратами для створення умов по інтенсифікації процесів 
утилізації, деструкції органічних сполук, збільшення ступеня очищення 
шляхом флокуляції, коагуляції, флотації, збільшення сенсибілізованих 
властивостей активного і відпрацьованого мулу є кавітаційний апарат. 
Виходячи з широкого спектру вимог, які пред'явлені до конструкціям 
основних апаратів, в вивчення технологічних властивостей були покладені 
теоретичні основи створення ефективних турботермореакторів.  
Основним методом дослідження кавітації обраний прямий 
температурний метод - вимірювання зросту температури рідини за часом при 
постійній витраті і вихідному тиску рідини.  
Установки типу турботермореакторів (ТТР) є теплогенераторами, що 
відносяться до сучасних енергозберігаючих технологій. Основними 
перевагами таких систем є економія енергоресурсів, простота і мобільність, 
екологічна чистота і автономність. В даний час вихрові установки, призначені 
для виділення теплової енергії, діляться за кількома конструктивними 
схемами, кожна з яких має як свої переваги, так і недоліки. Загальним 
фактором теплоутворення у більшості з них є дисипація енергії вихрового 
потоку у внутрішню теплову енергію в процесі складного обертально-
поступального руху. До складу установок, як правило входять: насосна або 
силова установка, система трубопроводів, блоки поздовжнього і вихрового 
прискорення потоку, система гідроопору і гальмівних елементів, апаратура 
контролю та інше.  
Таким чином, робота ТТР найбільш поширених конструкцій полягає в 
поступовому прискоренні поступального руху потоку рідини, прискорення 
його обертального руху, активації вихорів заданої природи і гальмуванні 
вихрових потоків на виході з гідросистеми. Тому ефективність 
теплогенеруючих систем в значній мірі залежить від потужності силового 
приводу і конструктивних параметрів установки.  
В даний час за вказаним напрямком виконано і запатентовано значну 
кількість праць і винаходів. В області виготовлення і дослідження теплових 
генераторів різних типів працюють багато науково-дослідних організацій і 
фірм.  
Ряд гіпотез і теорій, що мають місце в області вихровий 
теплоенергетики, пояснюють в тій чи іншій мірі фізичну природу виділення 
теплової енергії в вихрових теплогенеруючих системах.  
Таким чином, сучасний розвиток науки в області технологій генерації 
теплової енергії за допомогою ТТР вихрового типу поки лежить в площині 
пошуку конструктивних рішень конкретних установок, вироблення методики 
досліджень та узагальненні результатів експериментів.  
З урахуванням того, що одним з прямих методів дослідження кавітації є 
вимірювання тиску в ударній хвилі при схлопуванні кавітаційних бульбашок, 
яке пропорційне зростанню температури, доцільно при вивченні та виборі 
реактора-кавітатора мати можливість скористатися ефектом виробництва 
теплової енергії данням апаратом.  
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 нагрівання води, Дж; 
     Qтепл.витр. – теплові витрати (конвекція, випаровування), Дж. 
 
Теплота нагрівання води визначається за формулою: 
 
Qн.в.  = Своди∙Т∙M,     (4.3) 
 
де, Своди – теплоємність води, Дж/град∙кг; 
     Т – різниця температур, град; 
     M – маса води, що нагрівається, кг. 
Тепловитрати визначаються двома компонентами: тепловими витратами 
на випаровування та конвективні теплові витрати. 
Теплові  витрати на випаровування визначаються за формулою:  
 
Qвип.= Н пароутв.m     (4.4) 
 
де, Qвип.. – теплота випаровування води, Дж; 
      Нпароутв.   питома теплота пароутворення 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) формула (4.5) перетворюється у  
формулу: 
 
Qкон.= 2К∙ S∙ a ∙ ,                                                (4.6) 
 
де, а – коефіцієнт пропорційності, що вимірюється експериментально, 
град/с.  
У випадку теплопередачі “стінка-повітря” коефіцієнт К чисельно 
дорівнює 30 Дж/м2∙с∙град. Тоді: 
1 кВт-год =3,6∙106 Дж;  
S= 7,1м2; 
Н пароутв = 2355 кДж/кг;  
Своды = 4186,8 Дж/кг∙град. 
 
4.2 Визначення коефіцієнту перетворення електричної енергії в теплову 
енергію при роботі ТТР нової конструкції 
 
Використавши отримані експериментальні дані, попередньо визначено 
тепловий енергетичний баланс експерименту та коефіцієнти перетворення 
електричної енергії, що споживалася насосною установкою з електромережі, в 
теплову. 
Потужність W, що споживалася електродвигуном насосної установки, 
визначалася за середніми арифметичними за час експерименту значеннями 
струму Іф та напруги  Uф для однієї фази трифазного асинхронного двигуна за 
формулою, Вт: 
 
W=3Uф ІфCos=3227,66,070,9=3,73103,    (4.7) 
 
де Uф = 227,6 – середнє арифметичне значення напруги в контрольованій 
фазі, В; 
Іф =6,07 – середнє арифметичне значення сили струму в контрольованій 
фазі, А; 
Cos =0,9 – за паспортом електродвигуна. 
Спожиту за час експерименту кількість електричної енергії Qе визначено 
із співвідношення, Дж: 
 
Qе=Wt=373014400=53,71106,     (4.8) 
 
де, t =14400– час експерименту, с. 
 
Перетворення електричної енергії в теплову протягом експерименту 
відображено в наступному балансі, Дж: 
 
Qе=Qв+Qб+Qтр+Qнас+Qдв+Qпл+Qпов+Qінш, ,   (4.9) 
 
де, Qв – теплова енергія води; 
Qб – теплова енергія баку; 
Qтр – теплова енергія трубопровідних елементів; 
Qнас - теплова енергія відцентрового насосу; 
Qдв - теплова енергія електродвигуна; 
Qпл - теплова енергія плити основи насосної установки; 
Qпов – теплова енергія потоку повітря, що віднесена вентилятором 
електродвигуна; 
Qінш – тепловтрати в навколишнє середовище. 
 
Кількість виробленої теплової енергії, що акумульована в нагрітій воді 
Qв знайдено за формулою, Дж: 
 
Qв=mвCв(T2-T1)=167 4190(73-25)=33,59106,   (4.10) 
 
де, mв=167 – маса нагрітої води, кг; 
Cв =4190 – питома теплоємність води, Дж/кгград; 
T2=73 – кінцева температура води, С; 
T1=25 – початкова температура води, С. 
 
Теплова енергія баку Qб, Дж: 
 
Qб=mбСст(Т2-Т1)=32460(73-25)=0,71106,   (4.11) 
 
де, mб=32 – маса баку, кг; 
Cв =460 – питома теплоємність сталі, Дж/кгград; 
T2=73 – кінцева температура баку, С; 
T1=25 – початкова температура баку, С. 
 
Теплова енергія трубопровідних елементів Qтр, Дж: 
 
Qтр= mтрСст(Т2-Т1)=40460(73-25)=0,88106,   (4.12) 
де, mтр=40 – маса трубопроводів, кг. 
 
Теплова енергія відцентрового насосу Qнас, Дж: 
 
Qнас=mнасСст(Т2-Т1)=43460(73-25)=0,95106,   (4.13) 
 
де, mнас=43 – маса насосу (за паспортом), кг. 
 
Теплова енергія електродвигуна Qдв, Дж: 
 
Qдв=mдвСст(Т2-Т1)=32460(90-25)=0,96106,  (4.14) 
 
де, mдв=32 – маса електродвигуна, кг; 
T2=90 – кінцева температура електродвигуна, С; 
T1=25 – початкова температура електродвигуна, С. 
Теплова енергія плити основи насосної установки Qпл, Дж: 
 
Qдв=mплСст(Т2-Т1)=150460(32-25)=0,48106,  (4.15) 
 
де, mдв=150 – маса плити, кг; 
T2=32 – кінцева температура плити, С; 
T1=25 – початкова температура плити, С. 
Теплова енергія потоку повітря Qпов, що віднесена вентилятором 
електродвигуна, визначалася за формулою, Дж: 
 
Qпов=VCпов(Твих-Твх).     (4.16) 
За умови визначення об’єму повітря V, що продувався вентилятором 
електродвигуна за час експерименту через діаметр всмоктувального патрубку 
D, та середню швидкість потоку v, формула набуває виду: 
 
Q =D2
пов vtCпов(Твих-Твх)/4=     (4.17) 
=3.14*0.1723.2514400*1300(34-26)/4=11,04106, 
 
де, D=0,17 – діаметр всмоктувального патрубку, м; 
Твих= 34 - температура вихідного потоку повітря С; 
Твх =26 – температура вхідного потоку повітря, С; 
v=3,25 - середню швидкість потоку повітря, м/с; 
Cпов = 1300 - питома теплоємність повітря, Дж/кгград. 
 
Таким чином величина контрольованих витрат теплової енергії Qт 
визначена із співвідношення, МДж: 
 
Qт= Qв+Qб+Qтр+Qнас+Qдв+Qпл+Qпов=   (4.18) 
=33,59+0,71+0,88+0,95+0,96+0,48+11,04=48,61. 
 
Коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову енергію води Кв 
знаходимо за відношенням: 
 
Кв=Qв/ Qе=33,59/53,71=0,63.    (4.19) 
 
Загальний коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову 
енергію установки Кт знаходимо за відношенням: 
 
Кт=Qт/ Qе=48,61/53,71=0,9.    (4.20) 
За умови використання трифазного лічильника кількість спожитої 
електричної енергії Qе складала, Дж: 
 
Qе=Wt=1000Еt/t1=100016,114400/4=57,96106,   (4.21) 
 
де, Е=16,1 – покази лічильника, кВтгод; 
t1=4 – час роботи електродвигуна, год. 
 
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 
Кв для випадку використання лічильника склав: 
 
Кв=Qв/ Qе=33,59/57,96=0,58.    (4.22) 
 
Загальний коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову 
енергію установки Кт у цьому випадку знаходимо за відношенням: 
 
Кт=Qт/ Qе=48,61/57,96=0,84.    (4.23) 
 
Підсумкові дані щодо розподілу енергії надано в таблиці 4.3 
 
 
 
 
 
Таблиця 4.1 – Розподіл енергії  в тепловому балансі експерименту 
Співвідношен
Позначення в Величина, 
  ня в балансі 
розрахунках МДж 
(округлено), % 
Кількість електроенергії, 53,71 
Qе 100 
взятої з мережі (57,96) 
Кількість теплової енергії, в 
Qв 33,59 62 (57) 
воді 
Кількість теплової енергії, 
Qб 0,71 1 (1) 
витрачена на нагрів баку 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів Qтр 0,88 2 (2) 
трубопроводів 
Кількість теплової енергії, 
Qнас 0,95 2 (2) 
витрачена на нагрів насосу 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів Qдв 0,96 2 (2) 
електродвигуна 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на нагрів плити Qпл 0,48 1 (1) 
основи 
Кількість теплової енергії, 
витрачена на повітряне Qпов 11,04 21 (19) 
охолодження установки 
Кількість теплової енергії в 
Qінш 5,1 (9,35) 9 (16) 
неконтрольованих витратах 
Коефіцієнт перетворення 
Кв (Кв ) 0,63 (0,58)  
енергії для води 
Коефіцієнт перетворення 
Кт (Кт) 0,9 (0,84)  
енергії для установки 
Як видно з результатів  обчислень розбіжність між коефіцієнтами 
перетворення електричної енергії в теплову енергію установки лежить у межах 
6,7 %, що обумовлено, на наш погляд, недостатньою точністю показань 
приладів. 
Проведений аналіз розподілу теплової енергії при роботі ТТР нової 
конструкції показує, що до 63% тепла акумульовано в воді. Значна частина 
теплової енергії (до 21%) розсіювалася в просторі приміщення безпосередньо 
від насосної установки шляхом її примусового повітряного охолодження. 
Неконтрольовані втрати  електричної енергії (до 16%) мають різну фізичну 
природу і мають бути досліджені окремо. 
  
5 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 
 
5.1 Розробка технології очищення виробничих стічних вод, що містять 
барвники. 
 
Представлені результати досліджень з очищення виробничих стічних 
вод, отриманих на дослідній каскадної установки, розташованої на діючих 
очисних спорудах підприємства. 
Метою роботи було одержання результатів очищення стічних вод від 
барвників, які дали можливість розробити технологічну схему очищення з 
використанням пропонованих кавітаційних установок, що дозволяють 
мінімізувати експлуатаційні витрати і вирішити проблему створення системи 
оборотного водопостачання підприємства. 
 
5.1.1 Об'єкт дослідження та постановка задачі.  
 
Промислові стоки фарбувально-оздоблювального виробництва 
характеризуються значною різноманітністю за складом і якістю 
забруднюючих речовин, як за часом доби, так і по днях тижня. Вода надходить 
з кількох труб каналізації в багатокоридорний відстійник-усереднювач, який є 
єдиним очисною спорудою перед скиданням стічних вод у міську каналізацію. 
Подальше розбавлення їх водами міської каналізації - природний захист 
мікроорганізмів на централізованих біологічних очисних спорудах. Для 
досягнення вимог, що пред'являються до води, що скидається в каналізацію, у 
відстійник-усереднювач для перемішування, флотації та часткового окислення 
органічних сполук подається повітря. Крім того, використовується 
багаторазове розбавлення водопровідної питної водою. Таким чином, 
фактична продуктивність відстійника-усереднювача (час усереднення до 24 
годин) становить від 1400 м3 до 3000 м3 на добу, а стічна вода 
характеризувалася значною різноманітністю за складом і якістю 
забруднювачів як за часом доби, так і по днях тижня. Показники якості стічних 
вод фарбувально-оздоблювального виробництва наведені в таблиці 5.1. 
 
Таблиця 5.1 - Характеристика стічних вод фарбувально-
оздоблювального виробництва 
№   
п/п Найменування значення 
1. Інтенсивність забарвлення по порогу розведення 1: 50-1: 100 
2. Зважені речовини, мг / дм3 150-300 
3. Зольний сухий залишок, мг / дм3 50-60 
4. ГПК, мг О2 / дм3 1000-2500 
5. БПК20, мг / дм3 225-650 
6. рН 8-10,5 
7.  Концентрація суміші барвників в стоках  
а) комбінату, мг / дм3 25,0 - 65,5 
б) на очисні споруди, мг / дм3 2,9 -21,4 
8. Залишок в % від обсягу води 0,2-1,5 
 
За даними контролю була досягнута наступна ефективність роботи 
споруд: ГПК знижувалося на 32 ... 44%; БПК - на 26-38,6%, вміст барвників - 
на 65,6-88,4%. Для досягнення вимог до водам, що подається в міську 
каналізацію, необхідний максимальний поріг розведення досягав 52 - 64 рази. 
Контрольовані показники санітарно-хімічного аналізу (ХПК, БПК, 
солевміст, завислі речовини, рН та ін.) Лише побічно характеризують ступінь 
забруднення стічних вод, не розкриваючи їх біолого-хімічної активності, 
токсичного впливу на живі організми і мікрофлору, а також негативного 
впливу на біологічні процеси очищення. Токсичність барвників і допоміжних 
речовин, яка пригнічує життєдіяльність мікроорганізмів активного мулу на 
БОС, залежить від великої кількості факторів: виду барвника, рецептури 
складу в фарбувальній ванні, відсотки незафіксованого барвника, способу 
фарбування, кількості функціонуючих в зміну ванн і т.д. 
Концентрація барвників у воді відпрацьованих фарбувальних ванн може 
коливатися в дуже широкому інтервалі від 45 до 600 мг / л; інтенсивність 
забарвлення по порогу розведення від 1:65 до 1: 10000. Інтенсивність 
забарвлення промивних вод зменшується при кожному наступному 
промиванні (періодичний спосіб фарбування) або від тривалості її при 
безперервної промивки. 
Нерозчинні і малорозчинні дисперсні барвники присутній у воді в мікро 
дисперсному стані. Розмір основної маси часток від 2 мкм до 15 мкм. Сталий 
дисперсний стан забезпечується наявністю диспергаторів і змочувачів. 
Найбільшими перепонами вплив на інтенсивність забарвлення стічних 
вод надають розчинні форми барвників, які у воді дисоціюють на іони. Носієм 
забарвлення може бути як аніон (у прямих, активних, кислотних і кислотно-
протравних барвників), так і катіон (у основних барвників). При цьому 
показник вибираної барвника, що характеризує відсоток невикористання 
барвника, коливається для різних класів в широких межах: прямі -23 ... 50%; 
кислотні - 25 ... 60%; кубові - 5 ... 40%; активні - 10 ... 40%; прямі діазотуємі- 
15 ... 40%. 
Більшість технологічних процесів фарбування пов'язано з хімізацією - 
застосуванням хімічних речовин у водному середовищі, в органічних 
розчинниках або при безпосередньому нанесенні їх на тканину. Вони 
виконують функції змочувачів і миючих речовин, емульгаторів і 
стабілізаторів, вирівнювачів і зміцнювачів забарвлення, згущувачів для фарб, 
пом’якшувачів, оздоблювальних препаратів і складають групу текстильно-
допоміжних речовин. За своїм хімічним складом це переважно органічні 
сполуки природні і синтетичні, низько- і високомолекулярні, що належать до 
різноманітних класів хімічних сполук (ароматичним, нафтенових і 
аліфатичним з граничними і неграничними зв'язками) з різною будовою 
вуглеводневих радикалів і різноманітними функціональними групами, що 
володіють хімічною активністю. 
На етапі якості фарбування нитки основи обробляють шліхтою, що 
складається з крохмалю з приклеїти (3-4% від маси ниток основи), або з 
розчинних синтетичних сполук з приклеїти (2% від маси основи). Шліхта в 
обробному виробництві повністю переходить в стічні води; причому, що 
містить водорозчинні полімери видаляється водою, а що містить крохмаль 
вимагає додаткового введення кислот, окиснювачів, лугів і ферментів. 
Додавши сюди забруднення основного потоку води стічними водами, 
що містять важкі метали і нафтопродукти, від допоміжних цехів можна 
отримати повну картину складових показника токсичності стічної води 
підприємства. Багаторазове розведення, природно, знижує ефект придушення 
життєдіяльності мікроорганізмів на БОС, але не усуває його. 
 
5.1.2 Результати лабораторних досліджень по очищенню стічних вод. 
 
Основні результати випробувань ТТР-3 кавітації на процеси флотації, 
коагуляції, флокуляції, а також інтенсивності явища седиментації проведено 
при зниженні вмісту важко розчинних з'єднань стічних вод барвників. 
Порівняльні експериментальні дані по визначенню ефекту 
інтенсифікації цих процесів в зоні кавітації представлені в даному підрозділі. 
Вони відображають дані зміни показника ГПК після попередньої обробки в 
ТТР-3 і при оптимальних умовах процесу очищення в стандартних звичайних 
(некавітаційних) режимах. 
У лабораторних умовах були проведені дослідження по фільтрації, 
флокуляції, коагуляції і прямому озонуванні стічних вод. Для отримання 
коректних результатів проби стічних вод перед дослідженням піддавалися 5-
кратному розбавленню дистильованою водою. 
 Фільтрація і флотація. З метою підготовки води до наступних стадій 
очищення необхідно позбавитися від зважених колоїдних і агломератних 
систем барвника. У процесі досліджень було встановлено, що процес 
фільтрації на різних фільтруючих матеріалах призводить до швидкого 
наростання плівки барвника на поверхні фільтра, різкого зростання 
гідравлічного опору системи і припинення фільтрації. Як матеріал фільтру 
застосовувалися: бельтинг, сукно, різні мембрани. У разі вільної фільтрації (Р 
= 0,05 ... 0,1 МПа) для висоти стовпа рідини 0,5 час дії фільтра (при початковій 
швидкості фільтрації 1,2 ... 1,1 м /м2∙год) становило 2,1 ... 2,4 години в 
залежності від вмісту завислих колоїдних частинок барвників в стічній воді. 
При напірної фільтрації через ультра фільтраційні мембрани (Р = 0,3 ... 
1,0 МПа) вихідна швидкість фільтрації 0,18 ... 0,2 м3/м2∙год) час дії фільтра 
становило 2,6 ... 3,2 години. Причому спроби відновлення вихідних показників 
по швидкості фільтрації для ультра фільтраційних мембран (зворотного 
промивної водою) не давали позитивного результату. Була потрібна додаткова 
промивка розчинниками. 
На підставі проведених дослідів по фільтрації було вирішено вивчити 
можливість застосування в якості фільтруючого поверхні матеріалу пухкого і 
пористого, що дозволяє і фільтрувати і адсорбувати барвник. 
Вимоги технічних показників до адсорбентів наступні: низька вартість, 
висока питома фільтруюча поверхню, можливість регенерації або утилізації 
після фільтрації або адсорбції барвника, відсутність ефекту вторинного 
забруднення. Всіма цими якостями володіє пил і тирсу листяних порід. 
Застосування тирси хвойних порід призводить до вторинного забруднення 
смолами. Відповідно до попереднього експериментом вирішено 
використовувати середню фракцію тирси фанерного цеху деревообробного 
комбінату. 
Отримані результати по стадії фільтрації на намивному фільтрі показали 
можливість легко відокремити зважені частинки барвника до 19ммк а також 
об'ємні агломерати (до 3-8 см в діаметрі), які виникають в воді усереднювача 
під впливом барботують повітря. 
За час перебування стічної води в усереднювачі під впливом барботують 
повітря частина розчинених і дрібнодисперсних барвників переходять в 
піноподібний стан. Вплив кавітації на зниження ХПК і зростання обсягу піни 
показаний на рисунку 5.1. 
 
вміст о рганічних ХПК
сполук, % мг О2/дм3
5  2000
 1
4 1600
  
3 1200
 2
2 800
 
3
 
1 400
 4
0 0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 час, хв
 
1-ХПК = f (t); 2 -ХПК = f (t) при кавітації; 3 - % вуглецю в піні від всієї 
маси вуглецю при кавітації; 4 - % без кавітації. 
 
Рисунок 5.1 - Залежність маси утвореної піни і величини ХПК від часу 
обробки в гідродинамічному кавітаторі ТТР-2 при флотації 
Спільну утилізацію відпрацьованого матеріалу після фільтрації і 
флотаційних відходів запропоновано здійснювати шляхом спалювання при 
горінні вугілля; альтернативним шляхом є переробка в органічні добрива при 
компостуванні. 
Встановлено також, що під час аерації побутових стічних вод з активним 
мулом зміна ХПК стічних вод в разі їх попередньої обробки в 
гідродинамічному кавітаторі більше, ніж при звичайному аеробному 
зброджуванні. Так через 1,0 год. аерації при біологічному очищенні значення 
ХПК знижується на 8-10%, а при попередньо оброблених стічних вод 
кавітацією значення зниження ХПК зростає до 16-17%. 
 Флокуляція і коагуляція. Проведеними лабораторними дослідженнями 
щодо впливу флокулянтів на ступінь і швидкість агломерації і осадження 
колоїдних частинок барвника було встановлено, що з вивчених флокулянтів 
(ВЕО, ПЕІ, ПАН, ВПК - 101, ВПК - 402) найбільшою ефективністю володіють 
два останніх. Ефективність флокулянтів ВПК - 101 і ВПК - 402 визначалася зі 
зміни кольоровості, прозорості та ХПК. ВПК 101 (полі-2-вініл-N-бензил-3-
метіламмоній хлорид) в порівнянні з ВПК - 402 (полідиметил-діалліламмоній 
хлорид) має показники : по кольоровості - на 90%; по прозорості - на 60%. 
Причому, для вод, забарвлених в чорно-сині тони, доза флокулянта може бути 
незначна і навіть знижена до нуля. Для червоних і червоно-синіх тонів води 
доза флокулянта ВПК-101 становить 0,3 - 0,8 г / дм3, а доза флокулянта ВПК - 
402 (0,025 - 0,1 г / дм3) в залежності від ступеня забруднення. Таким чином, 
флокулянти марки ВПК - 402 добре підходять для досліджуваного типу 
барвників. Однак по ГПК спостерігається незначне зниження від 5 ... 13% (для 
ВПК - 101) до 22% (для ВПК - 402). 
Вивчення впливу дози флокулянта на ступінь очищення показало, що 
максимальне знебарвлення стічної води та зниження вміст органічних речовин 
досягається при величині рН 8,2 - 8,3. Дані щодо зниження кольоровості і ХПК 
наведені в таблиці 5.2.  
Як випливає з експерименту активне зниження кольоровості і ХПК 
відбувається при відносних дозах флокулянта до 1 мг на 500 мг О2 по ХПК або 
до 1 мг на 1700% кольоровості. Це значення прийнято за розрахункове. 
 
Таблиця 5.2 - Вплив дози флокулянта ВПК-402 на ступінь очищення 
стічної води 
доза ступінь очищення рН після 
флокулянта, мг / по по ХПКбіхр., мг О2 / очищення 
дм3 кольоровості,% дм3 
0 1850 500 7,8 
0,1 1800 350 7,8 
0,3 1500 230 7,8 
0,5 1000 120 7,9 
0,8 550 80 8,0 
1,0 140 60 8,2 
1,5 60 40 8,3 
1,8 60 40 8,3 
 
Як випливає з табл.5.2 вода після стадії флокуляції під дією ВПК - 402 
досягає порівняно невисокий ступінь очищення при подальшому підвищенні 
дози флокулянта. При дозі флокулянта ВПК-402 дорівнює 1,0 мг на 1 дм3 
води, що становить в середньому 1 мг на 300 мг О2 по ХПК і 1 мг на 1700% 
кольоровості, при оптимальній величині рН 8,2 ... 8,3 і часу осадження - не 
менше 1 години має місце наступна зміна в показниках води: 
 - максимально можливий ступінь зниження по ХПК - 80%; 
 - максимальне зростання прозорості - в 6 разів; 
 - максимальне знебарвлення - на 90%. 
Кінцеві значення показників: ХПК - 60 ... 80 мг О2/ Дм3; кольоровість - 
75 ... 100%; прозорість - 9 ... 18 см - не можуть забезпечити необхідні норми по 
стічних вод, які направляються на БОС. Крім того, з огляду на те, що питома 
витрата флокулянта вище ніж звичайний на 2 порядки, добові дози його 
складають 1,5 ... 9 кг. Вартість прямого флокуляційного очищення (до 4 млн $ 
США на рік) не дає можливість рекомендувати останню в виробництво. 
У процесі досліджень було встановлено, що при деяких видах барвників 
флокулянт можна з високою ефективністю частково або повністю замінити 
коагулянтом - Al2(SO4)3. Для швидкого реагування на зміну речовини вод 
вирішено провести досліди по флокуляції та коагуляції на дослідній установці. 
Дані щодо впливу кавітації на процес коагуляції наведено в таблиці 5.3. 
 
Таблиця 5.3 Вплив кавітації на процеси коагуляції з Аl2(SO4)3 
 Показник 
 ХПК мг 
3 Час кавітації, Ступінь 
О2/дм  
хв очищення,% 
 
Вихідні стічні води 1850   
Обробка без кавітації. 1090 (30хв)  46 
1120 10 48 
 
Обробка з кавітацією 810 20 54 
 
570 30 63 
 
Після кавітаційної обробки стічних вод інтенсивність осадження мулу 
аеробного зброджування зростає в 1,6-2,2 рази в порівнянні з швидкістю 
осадження мулу з необроблених стічних вод (рисунок 5.2). 
 
  
 
 
 
 
h, м
 
2.5
 
2  
 
1.5
 
1
 
1 2
 
0.5  
 
0
0  10 20 30 40 50 60 70 80 90 час,хв
1 - попередньо оброблені стічні води; 2 - стічні води без попередньої 
обробки; h - висота освітленого шару води, см; t - тривалість осадження, хв. 
 
Рисунок 5.2 Динаміка осадження активного мулу 
 
На рисунку 5.3 показана залежність зміни ХПК від часу в процесі 
коагуляції промислових вод. 
Х ПК, МгО2/дм3
18 00
1600  
1400 2
 
1200
 
1000
 
800 1
 
600
 
400
 
200
 
0
 0 5 10 15 20 25 30 35 час, хв
1 - при активації в кавітаторі; 2 - без кавітаційної обробки. 
 
Рисунок 5.3- зміна ХПК від часу в процесі коагуляції промислових вод 
Озонування. Для отримання коректних результатів проби стічних вод 
перед дослідженням піддавалися 5-кратному розведення дистильованою 
водою. При лабораторних дослідженнях за прямим озонуванню 
висококонцентрованих, попередньо розведених стоків виявлено, що для 
стічних вод, що містять органічні сполуки в підвішеному або агломератному 
стані, процес озонування недоцільний. Окисник взаємодіє не тільки з 
розчиненим барвником, а й адсорбується на твердій фазі, вступає в реакцію з 
останньої. За рахунок хемодеструкції органічних сполук виходять кисневмісні 
розчинні продукти. За рахунок цього в процесі озонування в перші хвилини 
спостерігається не зниження, а навіть зростання ХПК, тобто залежність ХПК 
= f () Проходить через максимум. Час контакту фаз досягає 1 години, доза 
озону - 180 ... 210 г / м3. 
Доза озону при озонування після фільтрування стічних вод склала 20 ... 
25 г / м3; час контакту води з озоно-повітряною сумішшю - 30 ... 45 хвилин. 
Електрохімічна інтенсифікація стадії озонування прискорює процеси 
збільшення прозорості і зниження кольоровості в 5 ... 6 разів; прискорює 
процеси хімічної деструкції органічних сполук в 1,5 ... 2 рази; знижує 
необхідний час контакту фаз з 10 ... 45 до 10 ... 15 хвилин і необхідну дозу 
озону - з 20 ... 25 до 12 ... 16 мг / м3. При тривалій експлуатації електро-
контактного реактора озонування (до 100 годин) спостерігається поступове 
зниження ефекту електрохімічного впливу на процес розкладання органічних 
сполук. 
 Таким чином, безпосереднє озонування високо- концентрованих стоків 
також не може бути рекомендовано для промислового використання - вартість 
очищення 1 м3 перевищує 1 $ США, що на 1,5 порядки вище звичайних 
значень. 
 Таким чином, на підставі раніше проведених досліджень було 
встановлено: 
а) очищення води фільтрацією на традиційних фільтруючих тканинах і 
матеріалах, а також на зворотньоосмосних і ультрафільтраційних стандартних 
установках неможливо - спостерігається «зафарбовування» фільтруючої 
поверхні за 2,4 - 3,2 години; регенерація фільтруючих поверхонь технологічно 
недоцільна; 
б) проведення процесу флокуляції навіть для досягнення показників по 
воді для її подальшого озонування призводить до непродуктивної витраті 
флокулянта до 2,7 тонн в рік; 
в) пряме озонування стічних вод економічно недоцільно через високі 
витрат окисника і тривалого часу контакту фаз; для проведення процесу 
озонування необхідна попередня очистка від зважених і колоїдних частинок 
барвника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
6.1 Аналіз умов праці лаборанта в лабораторії. 
 
Площа лабораторії кавітаційних процесів складає 72 м2. В лабораторії 
працюють 3 особи – 1 студент, 1 викладач та 1 лаборант, тобто на одного 
працівника припадає 24 м2 площі, що відповідає нормативам. Дане 
приміщення, виходячи з норм на окремі робочі місця, відповідає ДНАОП 0.00-
1.31-99. Норма площі на одну людину становить 6 м2. Необхідна мінімальна 
площа приміщення (на 3 людини) становить 18 м2, що при загальній площі 72 
м2 задовольняє вимогам. В даній лабораторії використовується таке 
обладнання: кавітатор, електроплитка закритого типу, витяжна шафа. 
Небезпечні і шкідливі виробничі фактори в лабораторії, за природою 
впливу поділяють на: фізичні, хімічні та психофізіологічні. 
 
6.1.1 Фізичні небезпечні та шкідливі  фактори 
 
Робота в лабораторії характеризується наступними видами фізичних 
небезпек: 
- підвищений рівень шуму і вібрації (насос 90 дБА); 
- машини і механізми, які рухаються (насос, вентиляційні 
пристосування); 
- ураження електричним струмом − за умов наявності пошкоджень 
електропроводки та електрообладнання, а також в результаті не 
виконання правил електробезпеки ( 220 або 380 Вт); 
- підвищена температура навколишнього середовища, яка може 
досягати 35оС біля кавітатора;  
- небезпека виникнення пожеж − визначається наявністю 
електронагрівального обладнання та електросилових установок; 
- небезпека хімічних уражень та отруєнь − в результаті потрапляння 
на тіло людини і слизові оболонки хімічних речовин (розчини 
кислоти та лугу). 
Шум до 50 дБА, зазвичай, не викликає шкідливого впливу на людину в 
процесі її трудової діяльності. Шум з рівнем 50 - 60 дБА може викликати 
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 
6.1.2 Хімічні небезпечні та шкідливі фактори 
 
Робота лаборанта характеризується небезпекою хімічних вражень та 
отруєнь – в результаті попадання на тіло людини речовин: концентрованої 
сірчаної кислоти з масовою часткою 92,5 – 100% та розчинів сірчаної кислоти 
з масовою часткою 2,0 – 4,0%, розчинів лугу з масовою часткою 44 – 46% та 
3,5 – 4,0%, розчинів хлориду натрію з масовою часткою 8 – 12%. 
Сірчана кислота – масляниста безбарвна негорюча рідина. Вона 
відноситься до високо небезпечної речовини 2-го класу небезпеки, ГДК якої у 
повітрі робочої зони становить 1,0 мг/м3 за ГОСТ 12.1.005.88. При попаданні 
на шкіру сірчана кислота викликає важкі опіки. При вдиханні парів сірчаної 
кислоти відбувається роздратування верхніх дихальних шляхів, слизистої 
оболонки носа. При гострому отруєнні з’являється блювота, виділення 
мокротиння з кров’ю. 
Гідроксид натрію та його розчини з масовою часткою 44 – 46% та 3,5 – 
4,0%, речовина 2-го класу небезпеки згідно ГОСТ 12.1.007 – 76, ГДК якого 
становить 0,5 мг/м3 у повітрі робочої зони. Луги, потрапляючи на шкіру, 
викликають опіки. Особливо небезпечні опіки очей. 
Розчини хлориду натрію (8 – 12%) – їдкі речовини і при тривалій дії на 
шкіру осушують її, при попаданні на слизові оболонки викликають гострі 
подразнення та роз’їдання. 
Вказані речовини можуть викликати ураження у випадках не 
дотримання техніки безпеки,  порушення цілісності ємкостей та через 
порушення правил експлуатації обладнання. З метою попередження таких 
ситуацій проводиться плановий ремонт комунікацій та обслуговування 
обладнання. Робочий персонал забезпечується захисними засобами та 
спецодягом. 
Характеристики мікроклімату лабораторії та порівняння основних 
показників з нормативами наведено в таблиці 6.1 
 
Таблиця 6.1 – Фактори середовища 
Фактори середовища і Норма Фактичне ІІІ клас: шкідливі і Небез- При-
трудового процесу -тивне значення небезпечні умови і печний мітка 
значен характер праці (екстре
ня І ІІ ІІІ -
(ГДР, сту- сту- сту- мальни
ГДК) пінь пінь пінь й) 
IV 
Шкідливі хімічні речовини        
: мг/м3 
2 клас небезпеки  1 0,5-0,8 - - - - Доп. 
3
Назва - сірчана кислота мг/м3 мг/м  
2 клас небезпеки 0,5 0,1-0,3 - - - - Доп. 
3
Назва - гідроксид натрію мг/м3 мг/м  
2клас небезпеки 20% 8-12% - - - - Доп. 
.
Назва - хлорид натрію  мас.  мас. 
Вібрація / загальна і 100 95 - -   Доп. 
локальна,  м/с2 
Шум (еквівалентний), дБА 80 75 - - - - Доп. 
Мікроклімат у приміщенні: 22-24   -/- -/- -/- -/- Опт./ 
- температура повітря  (21-28) 23 доп. 
  (теплий/холодний), С 21-23 20 
(20-24) 
- швидкість руху повітря      0,2 0,2/0,3 - - - - Доп. 
   (теплий/холодний), м/с  (0,1-0,3) 
- відносна вологість 40-60 40-60 - - - - Доп. 
повітря  
   (теплий/холодний), % 
Освітлення        
- природне,  % 1,69 1,4 - - - - Доп. 
- штучне, Лк 500 400 - - - - 
 
Підсумовуючи дані таблиці можна зробити висновок, що в даній 
лабораторії рівень шкідливих речовин не перевищує ГДК, а рівень фізичних 
факторів знаходиться в межах норми ГДР. Загалом вплив факторів можна 
відмітити як допустимий. 
 
6.1.3 Психофізіологічні небезпечні та шкідливі фактори 
 
За характером впливу фактори поділяють на: 
- фізичні перенавантаження, які поділяються на: статичні і динамічні; 
- нервово-психічного перенавантаження, які діляться на: розумові 
перенавантаження; емоційні перенавантаження; сенсорні. 
Розглядаючи фізичні перенавантаження, слід зазначити, що всі операції, 
які супроводжують ведення технологічного процесу організовані таким 
чином, щоб максимально виключити людський фактор.  
Умови праці в лабораторії  згідно до «Гігієнічна класифікація праці за 
показниками шкідливості та небезпечності факторів виробничого середовища, 
важкості та напруженості трудового процесу», можна віднести до 2 класу – 
допустимі умови праці. 
 
6.2 Заходи з охорони праці та техніки безпеки в лабораторії 
 
Перед прийомом на роботу в лабораторію, лаборант повинен пройти 
медичний огляд і отримати висновок про можливість роботи в лабораторії. 
Забороняється укладення трудового договору з особою, якій за результатами 
медичного огляду не дозволяється працювати в умовах наявності небезпечних 
і шкідливих виробничих факторів даного робочого місця. 
Перед прийняттям на роботу лаборант проходить вступний інструктаж 
у відділі охорони праці за спеціальною програмою. 
При прийнятті на роботу в лабораторію лаборрант проходить первинний 
інструктаж за переліком питань первинного інструктажу в обсязі обов'язкових 
інструкцій за робочим місцем. 
Не рідше одного разу на квартал працівникові проводиться повторний 
інструктаж згідно з переліком питань первинного інструктажу в обсязі 
обов'язкових інструкцій по робочому місцю лаборанта. 
Для забезпечення безпеки лаборант повинен бути забезпеченим 
наступними захисними засобами та спецодягом (таблиця 6.2). 
 
Таблиця 6.2 – Захисні засоби  
Засоби захисту Стандарт 
Костюм бавовняний ГОСТ 27575-87М 
Костюм бавовняний з ГОСТ 27574-84Ж 
кислототривким просочуванням 
Взуття шкіряне ГОСТ 12.4.137-84 
Рукавиці КР ГОСТ 12.4.010-75 
Рукавиці гумові ГОСТ 12.4.010-75 
Окуляри захисні ГОСТ 12.4-013-85 
 
Засоби захисту працюючих повинні забезпечувати запобігання або 
зменшення дії небезпечних і шкідливих факторів. 
На робочому місці лаборант повинен знаходитися в спецодязі. Для 
захисту від шуму використовувати протишумові навушники або беруші. Для 
захисту рук застосовувати рукавиці. 
 
 
6.3 Пожежна безпека 
 
За проектом пожежна безпека та вибухобезпека в лабораторії 
забезпечується комплексом заходів. Заходи підвищення пожежної безпеки 
лабораторії включають в себе : 
- розробку документів, що регламентують правила безпечної роботи з 
апаратами та установками; 
- систему проведення інструктажів з правил пожежної безпеки, та 
періодичного контролю їх знань представниками Державної служби пожежної 
охорони; 
- розробку планів ліквідації аварій в лабораторії; 
- забезпечення лабораторії первинними засобами пожежогасіння та 
системою автоматичної сигналізації, телефонного та прямого зв’язку з 
пожежною охороною; 
- обладнання території системою пожежних гідрантів. 
 
6.4 Електробезпека 
 
В лабораторії існує потенційна небезпека враження електричним 
струмом. В лабораторії використовується наступне електричне обладнання: 
- електродвигуни  приводів  насосів, вентиляторів, компресорів (напруга 
380 В); 
- мережа освітлення цеху (220 В). 
- електроплитка (220 В) 
Головною причиною нещасних випадків спричинених дією 
електричного струму є: 
- випадкове торкання або наближення на небезпечну відстань до 
деталей, що знаходяться під напругою; 
- 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. 
Технологічний персонал, що здійснює експлуатацію технологічного та 
іншого устаткування, повинен мати I 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. Кваліфікація надається 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 персоналу проводиться щорічно. персонал повинен бути 
проінструктованим про небезпеку електричного струму і заходи безпеки при 
роботі з устаткування, бути ознайомленим з правилами надання першої 
долікарської допомоги при враженні електричним струмом. 
Основними мірами захисту від ураження струмом є: 
- забезпечення недоступності струмоведучих частин, що знаходяться під 
напругою, від випадкового дотику; 
- виключення небезпеки ураження при появі напруги, що досягається 
використанням подвійної ізоляції, захисним заземленням, зануленням та ін; 
- попереджувальні написи; 
- до роботи в цеху не допускаються люди, що не пройшли інструктаж по 
електробезпеці.  
7 ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
7.1 Виробничий план підприємства 
 
7.1.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху. 
 
Об’єктом дослідження є стічні води підприємства. 
Технологічний процес очищення і підготовки води відбувається за 
такою схемою: 
- водозабір води та подача насосною станцією першого підйому на 
очищення; 
- відстоювання води; 
- біоактивація; 
- коагуляція та освітлення; 
- подача насосною станцією другого підйому. 
Продуктивність виробництва 3000 м3/добу питної води. 
У зв`зку з тим, що зупинка обладнання може призвести до значних втрат 
сировини, порушення технологічного режиму вводимо безперервний режим 
роботи станції.  
Цех водопідготовки працює по режиму з безперервним робочим тижнем 
в три зміни по 8 годин. Кількість бригад визначається за формулою: 
 
П = 24/tзм + 1,                                            (7.1) 
 
де tзм - тривалість зміни, год. 
Отримую: 
 
П = 24/8 + 1 = 4 бригади. 
Тривалість змінооберту визначаю за формулою: 
Т = Па,                                                      (7.2) 
 
де а - число робочих днів у зміні протягом тижня. 
 Тоді: 
Т = 42 = 8 днів. 
Роботу обслуговуючого персоналу організовано цілодобово по 
чотирьохбригадному графіку з прямим чередуванням змін. 
Виходячи з отриманих розрахунків складаю графік виходу бригад, який 
наведений у таблиці 7.1. 
 
Таблиця 7.1 – Графік змінності 
 Числа місяця 
Бригади 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
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. 
 
7.1.2 Фонд часу роботи обладнання 
 
Календарний фонд - це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік. Тобто: 
 
Fк = 36524 = 8760 год. 
 
Номінальний фонд часу роботи обладнання в залежності від 
встановленого режиму виробництва визначається за формулою: 
 
Fд = 365np,                                                    (7.3) 
 
де np - кількість годин роботи обладнання на добу. 
Для встановленого режиму: 
 
Fд = 36524 = 8760 год. 
 
Ефективний фонд часу дорівнює дійсному фонду за мінусом 
технологічних зупинок на ремонт, який проводиться у робочий час і 
визначається за формулою: 
 
Fеф = Fд – Трем – Т0,                                              (7.4) 
 
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. 
 
7.1.3 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 7.2, враховуючи те, що за рік повинен проводитися один капітальний 
ремонт і декілька поточних. 
 
 
Таблиця 7.2 – Річний графік ППР обладнання цеху  
 Умовні позначення  
Нормативи часу роботи 
Найменування ремонту та їх Річна 
між ремонтами/ час 
обладнання виконання тривалість 
зупинки на ремонт 
по кварталам зупинок, 
Кап.рем, Поточ.рем 1 2 3 4 год 
год. год. 
25920 1440 
Насосна станція Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
34560 2880 
Пісковловлювач Пт Пт  Пт 108 
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 
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 
 
Виробнича потужність дільниці визначається продуктивністю 
основного апарату чи агрегату, а виробнича потужність цеху - продуктивністю 
основної дільниці.  
Виробничу потужність визначаю за формулою:   
 
                          N Q n Fеф Кв ,                                             (7.5) 
 
де Q - продуктивність підприємства, м3/год; 
     n – кількість агрегатів;  
     Fеф – ефективний фонд часу роботи обладнання, год; 
     Кв – коефіцієнт виходу продукції (вихід готової продукціїї з одиниці 
сировини чи напівфабрикатів). 
 
N 1251825611032000 , м3/рік 
 
7.1.4 Розрахунок вартості основних фондів 
 
Далі проводимо розрахунок вартості основних фондів, до яких належать 
вартість будівель та вартість обладнання. Розрахунок вартості будівель 
наведено у таблиці 7.3, а розрахунок вартості обладнання в таблиці 7.4. 
 
Таблиця 7.3 - Розрахунок вартості будівель 
Початкова Аморти- Сума 
Найменування Кільк. 
вартість, грн зація, % амортизації, 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 7.4 – Розрахунок вартості обладнання 
Кіл Ціна за 15% Вартість з % Сума 
Найменування 
ькіс одиницю, витрат урахуван- амор амортиза-
обладнання 
ть грн. на ням тиза ції, грн 
 
монтаж монтажу ції 
Насосна станція 3 15348,2 2302,23 52951,29 15 7942,69 
Насос 17 1510,00 226,50 29520,50 15 4428,08 
Пісковловлювач 2 1611,90 241,79 3707,37 15 556,11 
Флотатор 3 2360,80 354,12 8144,76 15 1221,71 
Прес-фільтр 4 681,55 102,23 3135,13 15 470,27 
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 
 
7.2 Штати і фонд заробітної плати персоналу 
 
7.2.1 Баланс часу роботи 
  
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен відпрацювати 
один 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; 
- 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. 
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 7.5 та 7.6 [22]. 
       
Таблиця 7.6 - Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового 
персоналу 
Разом 
Кате- Посадовий Річний Додатко-
Чи- річний 
горія оклад за фонд ва 
№ п/п Посада сель- фонд 
праців- місяць, зарплати, зарплата, 
ність зарплати, 
ників грн. грн. грн. 
грн. 
  Керівники:             
1 Начальник вир - ва ІТП 1 15000,00 180000,00 7200,00 187200,00 
2 Головний інженер ІТП 1 12500,00 150000,00 5250,00 155250,00 
3 Енергетик ІТП 1 10000,00 120000,00 4200,00 124200,00 
4 Економіст ІТП 1 11000,00 132000,00 3300,00 135300,00 
5 Головний бухгалтер ІТП 1 12500,00 150000,00 3000,00 153000,00 
 Спеціалісти:       
6 Технолог ІТП 1 10000,00 120000,00 2050,00 122050,00 
7 Лаборант ІТП 1 9000,00 108000,00 1836,00 109836,00 
8 Електрик ІТП 1 11000,00 132000,00 1980,00 133980,00 
9 Охоронець ІТП 1 8500,00 102000,00 1530,00 103530,00 
10 Слюсар ІТП 1 11500,00 138000,00 2070,00 140070,00 
Разом   10    1242616,00 
 
 
 
 
7.2.2 Розрахунки фонду зарплати робітників. 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв та 
допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з 
нарахуванням) робітників основних виробництв при калькуляції 
собівартості продукції включається в окрему статтю витрат, а допоміжних 
робітників в склад цехових витрат та витрат по утриманню та експлуатації 
обладнання. При цьому допоміжні робітники розподіляються на групи: 
- робітники по обслуговуванню технологічного процесу (КВПіА , 
лаборанти) - зарплата цієї групи включається в кошторис цехових витрат; 
- робітники по нагляду за технологічним обладнанням (ремонтні 
бригади, чергові слюсарі, електрики, налагоджувальники) - зарплата їх 
включається в кошторис витрат по утриманню та експлуатації обладнання; 
- робітники по поточному ремонту технологічного обладнання 
(ремонтні бригади по здійсненню поточних ремонтів самими цехами) – 
зарплата включається в склад витрат по поточному ремонту обладнання.  
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на 
основі діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних 
робітників та фонду часу [22]. 
 
7.3 Кошторис витрат 
 
7.3.1 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[22]. Витрати сировини 
і матеріалів наведено в таблиці 7.7 
 
Таблиця 7.7 - Витрати сировини та матеріалів. 
Перелік сировини та Одиниці Ціна за Витрати на одиницю 
матеріалів виміру один., продукції 
грн Кількість Сума, грн 
Сировина :     
Гідроксид кальцію кг 5,25 0,43 2,258 
Хлорид заліза кг  22,00 0,055 1,21 
Матеріали:     
Полівінілхлорид кг 52,80 0,00082 0,0433 
Алюмогель кг  39,60 0,01382 0,5473 
Всього :    4,059 
 
Потреби в силовій енергії розраховую за формулою: 
 
Есил=NTKKф,                                                   (7.6) 
 
де  N - потужність використованого обладнання, кВт; 
      Т - час роботи обладнання, год/рік; 
      К - коефіцієнт навантаження обладнання за потужністю, К=0,7; 
    Кф - коефіцієнт, який враховує косинус  , Кф=0,95. 
Витрати електроенергії, що використовується для живлення насосів:  
 
Енас = 11982560,70,95 = 653338,56 кВт∙год/рік. 
 
653338,56 24
Це  0,633  кВт/м3 підготовленої води. 
3000 8256
 
Потреба в електроенергії для освітлення визначаю за формулою: 
 
T S a K 1,02 1,05
Eосв  ,                                            (7.7) 
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                                             (7.8) 
 
Е = 653338,56+ 2385,33 = 655723,89 кВт/рік. 
 
 
7.3.2 Кошторис цехових витрат 
 
Кошторис цехових витрат складено на основі попередніх розрахунків та 
занесено у таблицю 7.8. 
 
Таблиця 7.8 - Цехові витрати  
Сума, 
№ Статті витрат Примітки 
грн 
1 Заробітна плата цехового 726630,80  
 персоналу   
2 Відрахування на страхування та   
 нарахування на заробітну плату 159858,78 22% від фонду 
заробітної плати 
 
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  974396,23  
7  Зношування малоцінного 10 - 15% від суми 
108702,50 
інвентарю та ін.  витрат по ст.1 - 6 
Разом цехових витрат 1083098,73  
 
 
 
 
7.3.3 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання. 
 
Кошторис складено на основі попередніх розрахунків (таблиця 7.9). 
 
Таблиця 7.9 - Утримання та експлуатація обладнання 
№ Статті витрат Сума, грн Примітки 
1. Утримання і витрати по   
 експлуатації виробничого   
 обладнання, апаратури і   
 транспорту:   
      - зарплата робітників по нагляду 133098,75 з табл. 7.5 
 і обслуговуванню обладнання   
     - відрахування на соціальне  29281,73 22% від ЗП 
страхування   
     - допоміжні матеріали 16874,00 10% від вартості 
обладнання 
 Разом по ст.1 179254,48  
2. Поточний ремонт обладнання і   
транспортних засобів:   
     - зарплата робітників по ремонту 143245,98  
     - нарахування на зарплату 31514,12 22 % від ЗП 
     - послуги РМЦ, запасні деталі 8436,99 5% від вартості 
обладнання 
 Всього по ст.2 183197,09  
3. Амортизація виробничого   
обладнання, апаратури та 38130,58 з табл. 7.4 
транспортних засобів 
 Всього по ст.1 - 3 400582,15  
4. Зношування малоцінного 12017,46 3% від суми витрат по 
інвентарю, інструментів, пристроїв, ст.1 - 3 
переміщення вантажів по території, 
інші витрати 
 Разом по кошторису 412599,61  
7.3.4 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції використовуються на весь 
обсяг продукції підприємства за статтями калькуляції. Калькуляція 
собівартості заноситься в таблицю 7.10. 
  
Таблиця 7.10 – Калькуляція собівартості продукції 
Ціна за Витрати на річну Витрати на одиницю 
Од. 
Статті витрат один., продуктивність (1 м3) 
виміру 
грн Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн 
1 2 3 4 5 6 7 
1. Сировина :        
Річкова вода м3  3000    
Гідроксид кг 5,25 428968,00 225208,20 0,43 2,252 
кальцію       
Хлорид заліза кг 22,00 54868,00 120709,60 0,055 1,21 
2. Матеріали:       
Полівінілхлорид кг 52,80 818,032 4319,21 0,00082 0,0433 
Алюмогель кг 39,60 13786,832 54595,85 0,01382 0,5473 
Всього :    404832,86  4,053 
3. Енергозатрати       
Електроенергія кВт∙год 2,20 655723,89 1442592,59 6,55 14,41 
Всього:    1442592,59  14,41 
4. Експлуатація 
грн   456718,03  0,4 
обладнання 
5. Вартість грн 
  168739,97  0,16 
обладнання 
6. Цехові 
грн   1195727,23  1,2 
витрати 
Кінець таблиці 7.10 
1 2 3 4 5 6 7 
Разом цехова 
грн   1821185,23  1,8 
собівартість 
8. Витрати 
грн   997625,12  1,0 
загальнозаводські 
Разом виробнича 
грн   2818815,83  2,8 
собівартість 
9. Позавиробничі 
грн   19525  0,02 
витрати 
Повна 
грн   2838340,83  23,05 
собівартість 
 
Отже, повна собівартість 1 м3 води становить 23,05 грн., а витрати на 
річний випуск при продуктивності 1095000 м3/рік – 25239750,00 грн/рік. 
  
ВИСНОВКИ 
 
Збереження води від забруднення, доцільне застосування для потреб 
промисловості – одне з дуже важливих завдань сьогодення. 
 Ключовим рішенням для водного запасу розробка нових та 
інтенсифікація існуючих виробництв, впровадження повторних циклів 
використання води, коли стічна вода знову використовується у виробництві. 
Такі цикли відкриють можливості для  відмови від скидання і забруднення 
водоймищ. 
 Хімічне виробництво має найбільший потенціал для застосування 
безвідходних або маловідходних методів виробництва, що може дати 
максимальний ефект. 
 Максимально знизити кількість забруднення  стічної води, можна 
виділивши з них корисні домішки, проте складність цього рішення полягає у 
великій кількості різних речовин, що можуть бути одночасно присутні у 
стоках. 
Завдання будь-яких очисних споруд - безперебійна подача споживачам 
необхідних витрат води необхідного якості. Ефективність роботи очисних 
споруд систем водопостачання в чому залежить від роботи реагентного 
господарства. Підвищення якості змішування води з реагентами є актуальною 
завданням. Застосування кавітаторів дозволить прискорити і оптимізувати 
хімічні реакції 
 Значний вплив на збереження водних ресурсів може відбутися при 
розробці і використанні високоефективних методів очищення стічних вод, 
одним з яких є гідравлічна кавітація. Впровадження цього методу дозволить 
очищати будь-які води незважаючи на токсичність домішок. Загальне 
застосування даного методу, як в комплексі так і окремо, дозволить вирішить 
декілька проблем які постають під час очищення стічних вод.