Процессы осветления природных и сточных вод в вертикальном отстойнике со спирально-навитой насадкой

Актуальность работы. Одной из важных экологических проблем в населенных пунктах является загрязнение водных объектов и рельефов местности загрязняющими веществами, поступающими со сточными водами.

Причинами сложившегося положения являются физический износ оборудования очистных сооружений и недостаточное финансирование, приводящее к невозможности поддержания имеющихся очистных сооружений в исправном состоянии, с тем, чтобы они обеспечивали очистку сбрасываемых сточных вод до нормативного качества.

В последние годы в России и за рубежом применяются различные методы очистки воды. При очистке сточных вод отстаивание является одним из основных методов выделения из очищаемой воды взвешенных веществ, а к наиболее распространенному методу водоподготовки относится осветление, которое осуществляется путем отстаивания воды в отстойниках.

В практике водоподготовки природных и очистке сточных вод получили распространение вертикальные отстойники. Преимущество этих отстойников в простоте устройства и эксплуатации. Недостатком их является большая глубина, что значительно удорожает их строительную стоимость, и низкий эффект осветления. Обычно он не превышает 30%, в то время как в горизонтальных и радиальных отстойниках эффективность очистки достигает 50−60%.

В связи с этим особую значимость приобретает проблема интенсификации работы сооружений для отстаивания воды и минимизации занимаемых ими площадей.

Одним из вариантов решения этих задач является создание отстойника со спирально-навитой насадкой, применение которого позволит повысить эффект очистки воды и уменьшения глубины отстойника. Однако, конструкция и методика расчета подобного отстойника до настоящего времени не разработана.

Указанное состояние вопроса подтверждает теоретическую и практическую актуальность темы диссертации, направленной на разработку и исследование новой конструкции вертикального отстойника со спирально-навитой насадкой, применение которого позволит уменьшить конструктивные размеры отстойника, затраты на строительство и эксплуатацию.

Целью диссертационной работы является разработка принципиально новой конструкции вертикального отстойника со спирально-навитой насадкой и исследование процесса осветления природных и сточных вод при его применении в водоподготовке и водоотведении.

Объект исследования — вертикальный отстойник со спирально-навитой насадкой.

Методика исследований основана на сочетании теоретических и экспериментальных исследованиях по изучению осаждения взвешенных веществ в покое и в отстойнике со спирально-навитой насадкой. Указанные исследования выполнены на основе положений теории кинетики отстаивания в резервуарах периодического и непрерывного действия, а также на основе общей теории седиментации.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие основные задачи исследования:

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие основные задачи исследования:

— осуществить анализ известных типов и конструкций отстойников, а также изучить механизм осветления сточных вод в вертикальных отстойниках;

— разработать конструкцию вертикального отстойника со спирально-навитой насадкой и выполнить экспериментальные исследования его работы в лабораторных условиях;

— разработать физико-математическую модель процесса отстаивания частиц суспензии в разработанном отстойнике новой конструкции;

— разработать методику его расчета и дать рекомендации по его проектированию.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— в предложенном на основе теоретических и экспериментальных исследований механизме осветления очищаемой жидкости в отстойнике со спирально-навитой насадкой;

— в разработке физико-математической модели процесса осаждения взвеси в предлагаемом отстойнике;

— в получении зависимостей и в создании методики технологического расчета разработанного отстойника, базирующейся на кинематической модели и результатах экспериментальных исследований.

Достоверность результатов работы подтверждается:

— адекватностью полученных экспериментальных данных по работе отстойника со спирально-навитой насадкой с теоретической моделью процесса осаждения взвеси в отстойнике непрерывного действия;

— апробацией методики технологического расчета отстойника со спирально-навитой насадкой при проектировании станций очистки бытовых сточных вод ФГУП 53 ЦПИ МО РФ и ХОЗУ МО РФ в 2007 г. и станции водоподготовки ООО НТЦ «Стройнаука — ВИТУ» в 2007 г.

Практическая ценность работы. Создана новая конструкция вертикального отстойника — вертикальный отстойник со спирально-навитой насадкой. Разработаны методика, алгоритм и программа для расчета вертикального отстойника со спирально-навитой насадкой. Применение которого позволила снизить капитальные вложения в 1,8 раза при проектировании станции очистки бытовых сточных вод для военного городка № 14 г. Каменск-Шахтинский Ростовской обл. производительностью о.

500 м /сут. Внедрение отстойника со спирально-навитой насадкой в проект станции очистки бытовых сточных вод для в/ч 83 240 Раменского р-на Л.

Московской обл. производительностью 1500 м /сут., позволило снизить сметную стоимость на 6% и сократить продолжительность строительства в 1,5 раза.

Результаты работы использованы:

— при разработке проекта станции очистки бытовых сточных вод для военного городка № 14 г. Каменск-Шахтинский Ростовской обл. о производительностью 500 м /сут.;

— при разработке проекта станций очистки бытовых сточных вод для в/ч 83 240 Раменского р-на, Московской обл. производительностью 1500 м /сут.;

— при разработке проекта станции водоподготовки для линейного отделения «Нагурское» в/ч 9794 расположенной на острове Александра архипелага «Земля Франца-Иосифа» производительностью 1м3/ч.

Апробация работы и публикации. Основные положёния и результаты работы докладывались и обсуждались на 55, 56 и 57 ежегодных научно-технических конференциях молодых ученых СПбГАСУ «Актуальные проблемы современного строительства» (1997;1999г.), а так же на VI Международной научно-практической конференции «Технологии очистки воды „ТЕХНОВОД — 2011“» (Чебоксары, 2011).

По материалам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в список ВАК, получены 2 патента на изобретения.

На защиту выносятся:

— новая конструкция и устройство вертикального отстойника со спирально-навитой насадкой;

— результаты экспериментальных и теоретических исследований работы данного отстойника;

— физико-математическая модель процесса осаждения взвеси в разработанном отстойнике;

— методика технологического расчета предложенного отстойника.