Інтенсифікація процесів очищення стічних вод методами кавітації

1.

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВЕЛЬНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ
Кваліфікаційна робота магістра на тему:
ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ
ВОД МЕТОДАМИ КАВІТАЦІЇ
Навчальний рівень: магістр
Студент групи ЗМГХТ-904
Науковий керівник:

2.

Актуальність теми
Проблема зберігання навколишнього середовища в теперішній час
концентрує на себе увагу досліджувачів всього світу. Розвиток виробництва,
а також урбанізація та індустріалізація призвели до небувалого
використання водних ресурсів. Наряду з цим в зв'язку з розвитком нових
галузей промисловості зросла небезпека забруднення водоймищ стічними
водами, в яких містяться токсичні речовини. Для охорони водоймищ від
забруднення шкідливими речовинами, які знаходяться у промислових
стічних водах, важливе значення мають впровадження в виробництво нової
ефективної технології, а також зменшення кількості стічних вод та
застосування водообігу, локальна та загальнозаводська очистка цих вод,
встановлення для них межі вмісту шкідливих речовин, нормування
гранично-допустимої концентрації у водоймах (ГДК).

3.

• 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 турбо
термогенераторов кавітаційних реакторів; розробка технологічних схем з
частковою утилізацією органічних забруднюючих речовин з
використанням гідродинамічного кавітації.

4.

• Основні типи генераторів кавітаційного поля:
• магнітострикційні, п’єзоелектричні, гідро- та електродинамічні, механічні.
• Акустична кавітація виникає під час поширення в рідині акустичних коливань ультразвукового діапазону(від 8 до 44
кГц і більше),
• 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.
• 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.
• 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.

5.

Стендова кавітаційна установка з конфузором-диффузором
1 – насос; 2 – прискорювач завитка; 3 – центральна труба;
4 – звужена ділянка з отвором та вібраційною пластиною; 5 – байпасна труба.

6.

7.

Дослідження процесу нагрівання води
Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1 (з
вібратором 1)
Час, хв
Температура води, що
нагрівається (об`єм 296 дм3), °С
Кількість витраченої
електричної енергії, кВт-год
0
14
25
34
44
54
64
74
84
19
20,5
22
23,5
25
26,5
27,5
28,5
30
0
0,9
1,6
2,3
2,8
3,3
4,0
4,5
5,2
Примітка: =1год 44 хв; Т = 13°С; Е =6,3 кВт-год;
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 71,02%;
Ефективністьь виробництва тепла з повним урахуванням тепловитрат
108,95%;
Діаметр отворів діафрагми, що розсікає, 8 мм

8.

Дослідження процесу нагрівання води
Експериментальні дані з тепловиділення на SB-1
(з вібратором 3)
Час,хв
0
10
20
30
40
51
60
71
80
90
100
110
120
130
140
Температура води, що нагрівається
(об`єм 296 дм3), °С
23
25
26
27
28
30
31
32
33
34
35
36
37,5
39
40
Кількість витраченої електричної
енергії, кВт-год
0
0,75
1,3
1,9
2,5
3,35
3,75
4,5
4,65
5,2
5,8
6,55
6,95
7,55
8,15
Примітка: =2год 50 хв.; Т = 20°С; Е =9,95 кВт-год;
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловитрат 74,40%;
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням тепловитрат 108,53%;

9.

Дослідження процесу нагрівання води
Експериментальні дані з тепловиділення на SB 1 (з вібратором 3) дослід 8 (добавка гідроксиду кальцію 0,5 кг
на 250 дм3)
Час
(хв)
1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Температура води, що нагрівається
(объєм води 250дм3),°С
2
20
22
25
27,5
30
32
34
36
38,5
41
Кількість витраченої
електричної енергії, кВт-год
3
0
1,0
2,0
3,3
3,8
4,7
5,7
6,7
7,7
8,4
=3години; Т = 21°С; Е =8,4 кВт-час; m=4,5 дм3; а=0,0019 град/с.
Ефективність виробництва тепла без урахування тепловтрат 72,7%;
Ефективність виробництва тепла з повним урахуванням тепловтрат 107,8 %; барботаж повітря.

10.

ВЕЛИЧИНА ХСК, мгО2/дм3 / СТУПІНЬ ОЧИЩЕННЯ, %
Вміст Са(ОН)2 у стічних
водах, %
Перемішування без
озвучування
Озвучування стічних вод
з реагентом
Попереднє озвучування
суспензії СаО
1 проба Са(ОН)2 (гідродинамічна кавітація)
2,5
5,0
7,5
10,0
395 / 14
250 / 37
155 / 61
315 / 31
230 / 42
95 / 76
230 / 50
125 / 68
70 / 85
215 / 53
115 / 71
55 / 86

11.

Кавітатор промисловий РДН-10/20
МАРКА ДИСПЕРГАТОРА
Производительность на воде,
литров/час ±10%
РДН-10/20
25000 ... 40000
Мощность электродвигателя, кВт
22,0
Номинальный напор, МПа
Число оборотов, об/мин
Диаметр патрубков
(всасывающего / нагнетательного),
мм (ДУ)
Тип соединения - молочная муфта
DIN 11 851 с ответными частями
Уплотнение вала диспергатора,
торцевое сильфонного типа:
1 - одинарное, 2 - двойное
0,2...0,5
3000
Габаритные размеры, мм
Масса, кг
80/50
2
925 х 330 х 475
260

12.

Технологічна схема очищення стічних вод
FeSO4 7H2O
Cа(ОН)2
Стоки
7
8
2
5
3
1
Осад
Осад
9
4
6
Осад
10
19
18
20
11
12
22
21
17
15
16
13
14
Повітря
Осад
Надлишковий мул
• 1 – пісковлавлювач; 2, 4, 12, 16, 22 – насос; 3, 11 – фільтр; 5 – усереднювач; 6 – реактор
комбінований; 7, 8 – ємність з мішалкою; 9 – циркуляційний насос; 10, 15 – гідродинамічний
кавітатор; 13 – біореактор; 14 – компресор; 18 – насос-дозатор; 19, 20 – ємності з розчином
натрію гіпохлориту; 21 – контактна ємність

13.

Таблиця розрахунку ефективності встановлення шумозахисних екранів
Параметр
Середньогеометричні частоти, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
75
75
-
62
73
-
51
71
-
49
69
-
1,6
1056
3
1980
6
3960
1
1650
1
1650
0.9
1485
0,22
0,25
800,5
0,51
5001
1,3
0,82
0,51
7,0
55
0,41
0,25
800,5
0,51
5001
1,3
0,7
0,51
4,0
47
0,82
0,23
736,46
0,46
4113,8
0,84
0,55
0,54
0,2
48.8
Початкові відомості
Вид приміщення
Lфакт
Lнорм
∆ Lнеобх
Насосна повітродувна станція
99
91
85
79
95
87
82
78
4
4
3
1
Результати розрахунків
V
B1000
Bі
Sобл
αобл
∆А
Sогор
B/Sогор
і
А1і
1
В1
В1 /Sогор
1
∆ Lрозрах
Lрозр = Lфакт –∆ Lрозрах
0,5
330
0,5
330
0,55
363
0,7
462
0,56
924
0,5
825
0.6
990
0,65
1072,5
0,068
0,064
204,93
0,23
1466,1
0,3
1,0
0,77
4,5
94,5
0,068
0,064
204,93
0,21
1303,7
0,27
1,0
0,79
6,0
85
0,075
0,17
544,34
0,32
2256,4
0,46
0,96
0,68
8,0
78
0,095
0,18
576,38
0,33
2461,0
0,51
0,92
0,66
7,0
72
13200
660
1
660
1650
0,84
1386
4852
0,14
0,22
704,44
0,43
3667,4
0,76
0,84
0,58
7,5
71,5

14.

Характеристика шумопоглинаючих панелей
Назва елементу панелі
Характеристика
Місце розташування За будівлею насосної повітродувної станції
Виконана з алюмінієвого або оцинкованого листа товщиною 0,7 – 1 мм, додатково
Передня стінка
обробленого тришаровим захисним покриттям та пофарбованого порошковим
методом з одного боку. Для ефективного поглинання шуму передня стінка є
перфорованою.
Звукоізолюючий
Товщина 50 мм. Даний матеріал захищений з фасадної сторони гідроізоляційною
мінеральний матеріал мембраною, яка не допускає потрапляння вологи в середину, водночас,
випускаючи вологу назовні. Містить прошарок повітря.
Виконана з алюмінієвого або оцинкованого листа товщиною 0,7 – 1 мм.
Задня стінка
Додатково обробленого тришаровим захисним покриттям та пофарбованого
порошковим методом з одного боку.
Торцевий профіль Виконаний з алюмінієвого або оцинкованого листа товщиною 0,7 – 1 мм. За
побажанням замовника може бути оброблений тришаровим захисним покриттям
та пофарбованого порошковим методом з одного боку.
Висота панелей
становить 500 мм.
Довжина панелей
може становити від 2000 до 6000 мм в залежності від зони монтажу та вітрових
навантажень.
Товщина панелей
може становити від 120 до 160 мм.

15.

Графічне зображення встановлення шумозахисних панелей
Аеротенк
Кавітатор
Кавітатор
Аеротенк
Повітродувна насосна станція
Шумозахисні
панелі
Будівля ЦПУ
Вторинні
відстійники

16.

Порівняльна таблиця собівартості очищення стічної води
№
Статті калькуляції
2
Напівфабрикати і сировина
Прототип
Сума, грн.
3
6541300,7
Проектна
Сума, грн.
4
6541300,7
1
1
2
3
4
Природний газ
Електроенергія силова
Електроенергія для освітлення
143488800,0
344191,35
475266,96
143488800,0
679011,97
475266,96
5
6
7
Основна заробітна плата
Додаткова зарплата
Витрати на охорону праці
12354546,48
1228425,84
1235454,65
12354546,48
1228425,84
1235454,65
8
Відрахування на соціальне страхування
494181,86
494181,86
9
Вартість будівель та споруд
9130000,0
9130000,0
10
11
Вартість обладнання
Амортизація будівель та споруд
42922,0
323525
2114442,0
323525
12
Амортизація обладнання
5853,0
258633,0
13
1278852,6
1278852,6
14
Поточний ремонт обладнання та транспортних
засобів
Поза виробничі витрати (спец. одяг та харчування)
3104,8
3104,8
15
Відшкодування зношування , інвентарю, досліди
206074,22
206074,22
Повна собівартість
Собівартість 1м3
177180442,66
4,85
179811620,08
4,92