Очищення стічних вод від механічних мінеральних домішок у прямоточних вихрових апаратах - Автореферат

Таким вимогам відповідають прямоточні горизонтальні гідроциклони, які фактично можуть бути змонтовані на трубопроводах, практично не потребують додаткових площ для їх розміщення і зменшують витрати енергії внаслідок відсутності протитечії рідини в межах апарату. Тому розробка таких апаратів значно розширює діапазон можливих технічних рішень при проектуванні та реконструкції комплексів очистки стічних вод. З теоретичної точки зору перевагою таких апаратів є можливість визначати і змінювати основний фізичний параметр, який впливає на видалення диспергованих твердих часток, а саме відцентрову силу інерції. Робота виконана у відповідності з регіональною програмою “Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець”, а також з планом міністерства освіти і науки України “Розробка теорії екологічної безпеки і надійності життєдіяльності для обєктів будівництва, промисловості і впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних і металургійних підприємств, що виключають скидання стічних вод у водойми України ”(№ держреєстрації 0194U038207). Наукова новизна одержаних результатів: - науково обґрунтована доцільність використання прямоточної схеми руху рідини в горизонтальному циклонному апараті, що дозволяє знизити турбулентність потоку, зменшити зношування внутрішніх стінок апарату та енерговитрати;Розглянуто принцип дії гідроциклонів заснований на сепарації часток твердої фази у обертальному потоці рідини, виділені основні переваги гідроциклонів до яких слід віднести: високу питому потужність суспензії, що обробляється; порівняно низькі витрати на будівництво та експлуатація устаткувань; відсутність механізмів, що обертаються для генерації відцентрової сили; відцентрове поле утворюється за рахунок тангенціального підводу стічної води; можливість створення компактних автоматизованих пристроїв. Аналіз конструктивних схем гідроциклонів показав, що для прямоточних конструкцій найліпшим варіантом є їх удосконалення за рахунок змін конструктивних параметрів цих апаратів та зменшення гідравлічного опору у середині корпусу. Особливістю роботи гідроциклона у виді горизонтальної циліндричної труби з тангенціальним підведенням і відводом є те, що при усталеному русі витрата потоку води буде постійною. Однак у результаті примусового закручення потоку на виході з гідроциклону забезпечується такий же момент кількості руху і не відбувається зменшення значень тангенціальних швидкостей. У процесі експериментальних досліджень була виконана серія опитів по седиментації суспензії води з пісколовки в циліндрах при висоті відстоювання H=0,2м при різній початковій концентрації; та друга серія досліджень по седиментації суспензії води, що пройшла гідроциклон.Прямоточні циклони, як свідчить аналітичний огляд, мають визначені переваги перед традиційними циклонами, які полягають, насамперед, у зниженні гідравлічного опору за рахунок такої організації руху потоку, в якому відсутні протитоки і поворот потоку, що приводить до утворення додаткових вихрів. Ефективність роботи досліджуваних гідроциклонів зростає зі збільшенням шляху проходження рідини в повздовжньому напрямку, розміру і концентрації твердих часток, що було встановлено експериментально, відповідно до планів повного факторного експерименту; отримано рівняння регресії і визначені стохастичні характеристики. Створена математична модель для аналізу розподілу концентрації домішок в гідроциклоні дозволяє визначати концентрацію суспензії на внутрішній циліндричній поверхні гідроциклону в повздовжній щілині, розташованій в нижній точці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Прямоточні циклони, як свідчить аналітичний огляд, мають визначені переваги перед традиційними циклонами, які полягають, насамперед, у зниженні гідравлічного опору за рахунок такої організації руху потоку, в якому відсутні протитоки і поворот потоку, що приводить до утворення додаткових вихрів.

Запропоновано конструкцію гідроциклонного апарату для очищення стічних вод від важких домішок, яка захищена патентом України на винахід

Ефективність роботи досліджуваних гідроциклонів зростає зі збільшенням шляху проходження рідини в повздовжньому напрямку, розміру і концентрації твердих часток, що було встановлено експериментально, відповідно до планів повного факторного експерименту; отримано рівняння регресії і визначені стохастичні характеристики.

Основна особливість даного гідроциклонного апарату полягає в тому, що при однаковому підведенні і відводі потоку момент кількості руху на вході дорівнює моменту кількості руху на виході.

Для визначення швидкості виділення часток використані формули, засновані на експериментальних даних про зміну окружної швидкості по радіусі й отримані формули швидкості без врахування сили інерції, без врахування сили опору.

Створена математична модель для аналізу розподілу концентрації домішок в гідроциклоні дозволяє визначати концентрацію суспензії на внутрішній циліндричній поверхні гідроциклону в повздовжній щілині, розташованій в нижній точці.

Прямоточний горизонтальний гідроциклон можна розраховувати за допомогою отриманого рівняння регресії та іншим методом для різних значень концентрацій, дисперсного складу стічних вод при використанні отриманих рівнянь швидкості та концентрації суспензії.

В результаті техніко-економічного порівняння визначено, що найменші наведені затрати необхідні при використанні горизонтальних гідроциклонних апаратів при витраті води не більше 10тис.м3/добу .

Економічний ефект від застосовування розробленої технології для витрати стічної води від 3000м3/добу до 10000 м3/добу складе 24тис.грн. на рік.

У результаті виконаних досліджень прямоточних гідроциклонів представляється доцільною розробка нових типів прямоточних гідроциклонів з повздовжнім щілинним відводом часток, що забезпечує зниження гідравлічного опору, зниження металоємкості, тобто експлуатаційних енерговитрат.

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

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

Особистий внесок автора: отримане рівняння траєкторії руху часток.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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