3912

Рис.4. Потери напора в трубе с щелевым покрытием в зависимости от числа Рейнольдса и скважности для режимов: а - фильтрования, б - промывки

23

Если матрицу - столбец значений функционального признака (коэффициент расширения керамзита) обозначить через Y, а матрицу значений влияющих факторов через X

то коэффициенты для линейной множественной регрессионной зависимости можно

XТ - транспорированная матрица X. Коэффициент множественной корреляции R равен:

(11)

где bТ, YТ - транспорированные матрицы b и Y;

п - число испытаний, n=360;

Y- среднее значение функционального признака.

Расчет числовых значений коэффициентов корреляции и регрессии производился с помощью стандартных научных программ из пакета Института математики АН БССР (г. Минск).

С помощью программы "CORRE" были рассчитаны средние значения для функционального признака и влияющих факторов.

24

Проверка нормальности закона распределения функционального признака производилась с помощью чисел Вестергарда.

Окончательная эмпирическая формула зависимости коэффициента потока, диаметра зерен, удельного веса и после исключения пористости, как слабо коррелирующую с коэффициентом расширения и сильно коррелирующую с удельным весом, примет вид:

Аналогично была определена зависимость коэффициента расширения от диаметра зерен d, интенсивности подачи промывной воды u0 и общей насыпной массы гранулированного керамзита

По результатам проведенных ранее исследований [9] была предложена формула для инженерных расчетов по определению интенсивности подачи промывной воды uo для заданного коэффициента расширения k

и0 = [(11,0d + 17,5). k -5,0d -10,0] • γ0д.к. + (7,5d - 9,5} . k-4,5d + 5,25 (14) где d - средний диаметр зерен фракции дробленого керамзита или

керамзитового песка "кипящего слоя", мм

γд.к. - объемная масса дробленого керамзита или керамзитового песка в сухом состоянии для данной фракции, г/см3.

Формулы (12), (13) и (14) представляют собой три математических модели процесса работы псевдосжиженного слоя зернистой загрузки из дробленого керамзита и керамзитового песка, полученного в "кипящем слое". Выбор формулы для инженерных расчетов возможен при сравнении расчетных значений с опытными. Наиболее наглядно это видно при графическом сравнении, которые графики представлены в диссертации.

Наиболее точно опытные данные в диапазоне зерен от 0,5 до 3,0 мм отражает математическая модель процесса расширения псевдоожиженных слоев имеющая

25 формулу (14), при увеличении крупности зерен более 3,0 мм для инженерных

расчетов по определению коэффициента расширения рекомендуется формула (13). Кроме определения свойств фильтрующих материалов в первоначальный период, то есть до начала их эксплуатации, представляют практический интерес изучения этих свойств в процессе длительной эксплуатации. Наряду с изучением изменения свойств дробленого керамзита и керамзитового песка нами, для сопоставления и анализа, проведены параллельно подобные исследования и

кварцевого песка.

Для исследований был взят керамзит легкий, объемный вес в гранулах 0,250 и тяжелый, объемный вес 0,550 трех фракций: 0,63-1,0; 1,0-1,6 и 1,6-2,0; три фракции керамзитового песка: 0,63-1,0; 1,0-1,6 и 1,6-2,0 и кварцевый песок диаметром 0,63-1,0. Исследования проводились на специальной экспериментальной установке, состоящей из следующих основных элементов: четырех стеклянных колонок диаметром 58 мм и высотой 700 мм, загружающихся фильтрующим материалом, и необходимых трубопроводов.

На изменение свойств фильтрующего материала в основном будет влиять регенерация фильтрующих материалов водной промывкой. На экспериментальной установке моделировалось время эксплуатации загрузки: 0,5 года соответствовало 24 час. промывки; 1,0 год - 48 час.; 1,25 год - 60 час.; 2,0 года - 96 час.; 3,0 года - 144 час.

По известным методикам до и после эксплуатации определялись технологические параметры: гидравлическая крупность Q; объемный вес γод.к.; процент износа П%; эквивалентный диаметр dЭKB; коэффициент расширения Кр; гидравлический уклон i0.

На изменение свойств исследуемых материалов влияет множество различных факторов. Чтобы установить влияние каждого фактора на свойства исследуемого материала потребуется очень много времени. Поэтому для проведения исследований изменения свойств дробленого керамзита в процессе водной промывки был использован метод планирования эксперимента. Были определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на изменение свойств дробленого

26

керамзита. К ним относятся: крупность керамзита (d); время эксплуатации (T); интенсивность подачи воды (UB) и объемный вес керамзита в гранулах (γ0).

В результате математической обработки были получены формулы, описывающие изменения параметров загрузки из дробленого керамзита в процессе ее длительной эксплуатации.

Для подтверждения корректности полученных формул представлена таблица сравнения расчетных и экспериментальных данных для 4-х факторного эксперимента (таблица 3),

С целью изучения изменения поверхности зерен фильтрующих материалов в процессе моделирования эксплуатации были сфотографированы при 50-кратном увеличении: зерна керамзитового песка до и после 3-х летней эксплуатации; зерна кварцевого песка до и после 3-х летней эксплуатации. Для сравнения структуры поверхности зерен представлены до эксплуатации керамзитовый песок и дробленый керамзит. Анализ микрофотографий до и после 3-х летней эксплуатации керамзитового песка показал, что существенных изменений в поверхности зерен не происходит, это подтверждается также данными по износу материала. Износ дробленого керамзита не превышает допустимых значений. Нормативный ежегодный износ составляет 4,5% и за 3 года он может достигнуть 13,5%. Для керамзитового песка различной крупности износ за год колеблется от 4,55 до 5,33%.

Кварцевый песок в процессе эксплуатации также существенно не изменяет своей поверхности и формы, что следовало из сравнения микрофотографий.

Примечание: в числителе - расчетное значение соответственно по формулам 15-20

в знаменателе - экспериментальное значение.

28

Анализируя вид поверхности зерен фильтрующих материалов до эксплуатации следует отметить, что дробленый керамзит имеет сильно развитую удельную поверхность по сравнению с керамзитовым и в особенности с кварцевым песком. Керамзитовый песок имеет на своей поверхности мелкую микроструктуру и недалеко проникающие вглубь поры. Пористость керамзитового песка, вследствие этого, имеет меньшие значения, чем у дробленого керамзита, но выше кварцевого песка.

Впятой главе приводятся результаты практической реализации разработанной схемы двухступенной доочистки биологически очищенных сточных вод, экологическая и экономическая эффективность ее применения и автоматизация работы фильтров первой и второй ступеней.

ВСамарском регионе уделяется большое внимание защите водоемов от загрязнений, поступающих со сточными водами. Поэтому, разработанная схема двухступенной доочистки сточных вод из-за высокой эффективности работы, повышенной, по сравнению с одноступенчатой, степенью санитарной надежности нашла здесь широкое применение.

Внастоящее время практически все вновь проектируемые или реконструируемые канализационные сооружения городов и населенных мест, расположенных по обеим берегам р. Волги Самарского региона дополняются схемой глубокой очистки стоков фильтрованием с загрузкой фильтров из высокопористых материалов.

Так, разработанная схема внедрена в проектную практику институтов "Оргэнергострой", "Самарагражданпроект", "ГазНИИпроект", научнопроизводственной фирмой "ЭКОС", созданной на кафедре водоснабжения и водоотведения Самарской Государственной архитектурно-строительной академии.

При проектировании второй очереди канализационных очистных сооружений

г.Жигулевска институтом "Оргэнергострой" по нашим рекомендациям была разработана станция двухступенной доочистки биологически очищенных сточных вод общей производительностью 30,0 тыс. м3/сут. (1984 г.). Этот проект реализован и в настоящее время двухступенная станция доочистки находится в стадии

29 строительства. Предотвращаемый ущерб от снижения БПК20 и взвешенных веществ

составил 207,6 тыс. руб. в год (цены 2000 г.).

Аналогичная работа была проведена кафедрой водоснабжения и водоотведения СамГАСА совместно с институтом "Самарагражданпроект", при участии диссертанта, по переработке типового проекта станции доочистки сточных вод с одноступенного фильтрования на двухступенное для КОС г. Октябрьска. Производительность станции - 10,0 тыс. м3/сутки. Достигнут экологический и социальный эффект (1992 г.).

Врамках выполнения обязательств, взятых на себя Германией, сопряженных

свыводом Российских войск из Западной Европы, в п. Черноречье был построен городок в связи с чем резко выросло количество сточных вод, требующих эффективной глубокой очистки. Совместно с фирмой "OTTO Тек ГмбХ & KoKГ" (Германия) была разработана технологическая часть проекта двухступенной станции доочистки биологически очищенных сточных вод фильтрованием с использованием в качестве загрузки дробленого керамзита. Производительность - 12,0 тыс. м3/сутки (1994 г.). Строительство закончено. В течение 4-х лет станция доочистки успешно эксплуатируется с высокими технологическими показателями:

БПКПОЛН- 1,5 мг Оа/л; взвешенные вещества- 1,5 мг/л.

При непосредственном участии автора был переработан ТП 902-2-412.86 с целью перевода технологии одноступенчатой доочистки с загрузкой из кварцевого песка на двухступенную с загрузкой из дробленого керамзита для института "ГазНИИпроект". Производительность станции составляет 200 м3/сутки, скорость фильтрования - 10м/ч. Данная работа реализована при проектировании институтом канализационных очистных сооружений нефтебазы в п. Красноармейское.

НПФ "ЭКОС" при участии автора разработан комплекс канализационных очистных сооружений (КС "ЭКОС"), предназначенный для глубокой биологической очистки бытовых и близких к ним по составу сточных вод промышленных и сельскохозяйственных объектов. КС "ЭКОС" рассчитан на пропускную способность от 50 до 1400 м3/сутки при качестве исходной воды по взвешенным веществам и БПКполн в пределах 300-350 мг/л. Разработанный комплекс обеспечивает концентрации в очищенной воде: по взвешенным

30 веществам и БПКполн - до 3 мг/л; азоту аммонийному - 2-3 мг/л; фосфору - 1,5-

2,0мг/л.

В этой технологической схеме двухступенная доочистка фильтрованием с загрузкой из дробленого керамзита является конечной стадией обработки биологически очищенных сточных вод на дисковых биофильтрах. По данной схеме разработан рабочий проект КОС производительностью 550 мэ/сутки для пос. Солнечная Поляна. В настоящее время очистные сооружения успешно эксплуатируются более года (март 1999 г.) с фактической производительностью 700 м3/сут.

Для удаления из очищенных сточных вод биогенных элементов - соединений азота и фосфора, для условий районного центра Клявлино Самарской области разработана технологическая схема очистки бытовых сточных вод с очисткой от биогенных элементов и доочистки по двухступенной схеме фильтрованием. Выполнен рабочий проект по которому в настоящее время ведется строительство. Производительность - 1400 мэ/сут.

Также была разработана технологическая схема очистки смешанного хозяйственно-бытового и молочного стоков Шигонского маслосырзавода. Общий объем стоков составляет 600м3/сутки, из которого 150 м3/сутки - хозяйственнобытовой. После прохождения сточной воды через комплекс биологической очистки с качеством 15 мг/л по БПКполн, и 15 мг/л по взвешенным веществам она подается на фильтр первой ступени, который работает в режиме фильтрования снизу вверх, и далее самотеком поступает на фильтр второй ступени, работающий в режиме сверху-вниз.

Экономический эффект от внедрения дробленого керамзита и дренажа большого сопротивления на станции БХО КНПЗ составил 571,77 тыс. руб. (цены 1981 г.) по капитальным затратам за счет увеличения производительности станции в 2,5 раза, создав тем самым условия для перевода станции на двуступенную доочистку за счет высвободившихся площадей фильтров без дополнительного их строительства.

Кроме экономической эффективности применения двухступенной доочистки была произведена ее экологическая оценка в сравнении с одноступенчатой с