Повышение эффективности работы систем водоснабжения и водоотведения загородных обьектов

На правах рукописи

ГРАФОВА Елена Олеговна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ ЗАГОРОДНЫХ ОБЬЕКТОВ 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2008 1

Работа выполнена на кафедре «Водоснабжения, водоотведения и гидравлики» ГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет» и в научно-производственной фирме «Чистая вода» доктор технических наук, профессор

Научный консультант:

Аюкаев Ренат Исхакович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ким Аркадий Николаевич кандидат технических наук, доцент Протасовский Евгений Михайлович ЗАО « ПИ «Ленинградский водоканал Ведущая организация проект»

Защита состоится 01 июля 2008 года в 13-00 на заседании диссертаци онного совета Д.212.223.06 при Санкт-Петербургском архитектурно строительном университете по адресу: 198005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, ауд. Тел./факс: (812) 316 58

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербург ского архитектурно-строительного университета.

Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета» (www.spbgasu.ru) Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью пред приятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного со вета.

Автореферат разослан 30 мая 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета В. В. Дерюгин к.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Переход России к рыночной экономи ке дал толчок частной инициативе – стали создаваться малые и средние предприятия пищевой промышленности, по производ ству продуктов повседневного спроса, базы отдыха, кемпинги, коттеджные застройки на загородных территориях;

вдоль авто мобильных междугородных трасс появились в достаточном ко личестве автозаправочные станции и кафетерии. Загородное раз мещение заметно влияет на обустройство системами водопровода и канализации новых видов производств и объектов придорожно го сервиса, при этом более ощутимы экологические последствия функционирования таких объектов.

Диссертация посвящена изысканию, научному обоснованию и обобщению производственного опыта реализации эффективных технологий и конструктивных решений водоочистных сооруже ний для объектов загородного размещения. Акцент сделан на очист ке и доочистке сточных вод различной природы на медленных фильтрах и скорых фильтрах «сухого» фильтрования.

Водоочистные комплексы загородного размещения, рассмот ренные в диссертации, построены вновь или реконструированы, введены в эксплуатацию и приняты на сервисное обслуживание при непосредственном участии автора. Диссертационные иссле дования проведены по программе научно-исследовательских и внедренческих работ кафедры водоснабжения, водоотведения и гидравлики Петрозаводского государственного университета.

Цель и задачи исследований. Адаптировать известные, раз работать и обосновать новые решения по оптимизации систем водоснабжения и водоотведения с учетом особенностей загород ных объектов.

В соответствии с поставленной целью сформулированы сле дующие задачи исследований:

проанализировать состояние и перспективы оснащения ин женерными системами водоснабжения и водоотведения, сервисного обслуживания загородных объектов;

провести исследование нормативной базы для проектирова ния систем водоснабжения и водоотведения загородных объектов;

исследовать технологию многоступенчатого медленного фильтрования и адаптировать ее применительно к загород ным объектам;

разработать и исследовать технологию многокассетного «су хого» фильтрования применительно к загородным объек там;

обобщить опыт проектирования, строительства и реконст рукции, штатной эксплуатации и сервисного обслуживания загородных систем водоснабжения и водоотведения;

выбрать и обосновать методики оценки экологических по следствий от функционирования загородных объектов.

Научная новизна:

исследованы закономерности, разработаны новые и адапти рованы известные конструктивные решения многоступенча тых медленных фильтров для очистки оборотных вод авто моек, хозяйственно-бытовых и дождевых стоков загородных объектов;

разработана и исследована технология многокассетного «сухого» фильтрования применительно к доочистке оборот ных вод автомоек, дождевых и хозяйственно-бытовых сто ков загородных объектов;

создана математическая модель и на её основе проанализи рованы возможности процесса многокассетного «сухого» фильтрования, созданы блок-схема и программа расчета многокассетных «сухих» фильтров;

предложено использовать метод растительной биоиндикации для оценки экологической ситуации в зоне размещения заго родных объектов.

Практическая значимость работы:

откорректированы расчетные параметры систем водоснаб жения и водоотведения ряда категорий загородных объек тов;

предложены конструктивные и расчетные параметры мно гоступенчатых медленных фильтров для очистки оборот ных вод автомоек, доочистке хозяйственно-бытовых и дож девых стоков загородных объектов;

предложены конструктивные и расчетные параметры «су хих» многокассетных фильтров по очистке оборотных вод автомоек, доочистке хозяйственно-бытовых и дождевых стоков загородных объектов;

предложено и обосновано использование в качестве загруз ки «сухих» многокассетных фильтров местного сорбцион ного материала органического происхождения модифи цированного торфа;

на примере более 15 построенных или реконструированных с участием диссертанта загородных водохозяйственных объектов проработаны и обобщены инженерно-техниче ские, организационно-правовые, финансово-экономические аспекты их проектирования, строительства, эксплуатации и сервисного обслуживания.

Реализация результатов работ. По материалам диссертаци онных разработок запроектированы, построены, реконструирова ны, приняты на сервисное обслуживание более 15 водоочистных комплексов загородных объектов на территории Республики Ка релия, в том числе на автозаправочных станциях (АЗС) в Питкя рантском, Кондопожском, Сортавальском, Прионежском рай онах, базах отдыха под городами Петрозаводск, Сортавала, вбли зи поселка Вяртсиля, конфетной фабрике под г. Обнинском Калужской области и масложировом заводе под Петрозаводском.

Рекомендации для проектирования систем водоснабжения и водоотведения загородных объектов переданы в проектные ор ганизации Петрозаводска, включены в учебные программы для 4–5 курсов специальности 2908 – Водоснабжение и водоотведе ние Петрозаводского госуниверситета.

Личный вклад автора состоит:

в постановке цели и задач диссертационных исследований, выборе и обосновании методик и оборудования для прове дения экспериментов и методов контроля эффективности работы водоочистных сооружений;

в разработке технологии, обосновании и конструктивном оформлении сооружений многоступенчатого медленного и многокассетного «сухого» фильтрования и их комплексного использования с учетом загородного размещения объектов водоотведения;

в постановке прикладной задачи, построении и анализе ма тематической модели многокассетного «сухого» фильтрова ния, разработке блок-схемы и программы расчета фильтра;

в организации, проведении и обобщении опыта работ по строительству и реконструкции водохозяйственных ком плексов загородных объектов с использованием результатов диссертационных разработок;

в организации, проведении и обобщении опыта сервисного обслуживания построенных или реконструированных заго родных водохозяйственных объектов;

в выборе и обосновании методик и проведении эксперимен тальной оценки экологических последствий от обустройства загородных объектов системами водоснабжения и водоотве дения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомен даций подтверждается сходимостью результатов лабораторных исследований с результатами работы производственных соору жений, применения аккредитованных методик определения па раметров изучаемых процессов, аттестованных приборов, экс пертных заключений государственных санитарных и природо охранных служб. Математическое моделирование процесса многокассетного «сухого» фильтрования выполнено с использо ванием классической теории массообменных и тепловых процес сов в гетерогенных системах. Состоятельность отработанных диссертантом организационных, производственных и финансовых инструментов сервисного обслуживания загородных водохозяй ственных объектов проверена многолетней практикой работы без рекламаций и банкротств.

На защиту выносятся:

результаты корректировки расчетных параметров хозяйст венно-питьевого водоснабжения, хозяйственно-бытовой и дождевой канализации объектов загородного размещения;

аналитический обзор опыта применения процессов медлен ного и «сухого» фильтрования при очистке природных и сточных вод;

результаты экспериментальных исследований и производст венного опыта применения многоступенчатого медленного фильтрования при очистке оборотных вод автомоек, дожде вых и смеси производственных и хозяйственно-бытовых стоков масложирового завода загородного размещения;

результаты экспериментальных исследований и производст венного опыта применения многокассетного «сухого» фильтрования при очистке оборотных вод автомоек, дожде вых и смеси производственных и хозяйственно-бытовых стоков масложирового завода загородного размещения;

анализ и обобщение производственного опыта сервисного обслуживания большой группы построенных и реконструи рованных водохозяйственных сооружений загородного раз мещения;

предложения по организации биомониторинга экологиче ских последствий от обустройства системами водопровода и канализации объектов загородного размещения.

Апробация работы и публикации. Основные положения дис сертационной работы доложены на научно-практических конфе ренциях преподавателей, аспирантов, студентов Петрозаводска, Санкт-Петербурга, Пензы, Вологды (2005-2008 гг.). По материа лам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, приложений, изложена на 149 стра ницах текста, содержит 28 рисунков и 19 таблиц. Библиографиче ский список содержит 141 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 приведен анализ состояния и условий эксплуатации сооружений водопровода и водоотведения объектов загородного размещения. Дана оценка экологической ситуации вдоль авто трасс вблизи АЗС и кафетериев в зависимости от степени их ин женерного обустройства, организации служб сервисного обслу живания водохозяйственных систем.

Значительная часть объектов придорожного сервиса (АЗС, кемпинги, рестораны, кафетерии, гостиницы) построены заново в последние 5-12 лет. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев системы водоотведения вновь построенных загородных объектов работают в проектном режиме только первые несколь ких лет (иногда месяцев) эксплуатации. Среди множества причин такой удручающей ситуации можно выделить основные:

неприспособленность к условиям загородного размещения, невысокая надежность, сложность эксплуатации, малая сте пень автоматизации водоочистных установок заводской го товности, запроектированных и построенных по технологи ям возведения крупных сооружений;

отсутствие должного контроля со стороны местных сани тарных и природоохранных служб за соблюдением проект ных режимов эксплуатации природоохранных комплексов, обеспечением нормативного качества очистки стоков;

отсутствие службы сервисного обслуживания водохозяйст венных сооружений специализированными предприятиями.

В диссертации анализируется каждое из указанных положений на примере работы более 15 загородных водохозяйственных объ ектов на территории Карелии. В обзоре рассмотрены вероятные причины расхождения нормативных и фактических расходов во ды на нужды хозяйственно-питьевого водоснабжения объектов загородного размещения, отличий в составе и качестве загрязне ний поверхностных вод с территорий загородных объектов.

Практика сервисного обслуживания множества водохозяйст венных систем загородных объектов, располагаемых иногда в сотнях километров от городов, показала перспективность при менения технологий и оборудования, относящихся к так назы ваемым «редко- и легкообслуживаемым». В этой связи проведен анализ перспектив применения сооружений, основанных на тех нологии медленного и «сухого» фильтрования. Рассмотрены ме тодики интегральной оценки воздействия загородных производ ственных объектов на экологическую ситуацию в прилегающей местности.

По материалам первой главы сформулированы цели и задачи диссертационных исследований, определены методы и средства их решения.

Во второй главе представлены результаты исследований и корректировки норм проектирования систем водоснабжения и водоотведения загородных объектов в условиях Северо-запада России.

Кафедра Водоснабжения, водоотведения и гидравлики ПетрГУ в рамках хозяйственной деятельности НПФ «Чистая вода» прове ли реконструкцию или обустроили вновь системами водоснабже ния и водоотведения более полутора десятков загородных объек тов (рис. 1).

Рис. 1. Размещение на территории Карелии водохозяйственных объектов загородного размещения:

– объекты НПФ «Чистая вода»;

– объекты диссертанта В подавляющем большинстве случаев фактические расходы воды оказывались существенно меньше нормативных.

С целью выяснения причин такого расхождения проведен хронометраж работы ряда загородных кафе. Фиксировались по казатели, обозначенные в качестве расчетных в СНиП 2.04.01- «Внутренний водопровод и канализация зданий». Результаты на блюдений подтверждают общую тенденцию снижения фактиче ских расходов против рассчитанных по нормативам для город ских условий. Так, хронометраж на одном из кафе при АЗС на автомагистрали «Кола» показал, что фактические расходы воды оказались в 10 раз меньше расчетных.

Не менее значимы отличия в условиях работы и систем водо отведения объектов загородного размещения. Загородные шоссе (автострады) менее загрязнены нефтепродуктами, поскольку тех ническое состояние автомобилей и автобусов для междугород ных и международных перевозок выглядит безупречным по срав нению с городскими грузовиками. Легковые автомобили на меж дугородные трассы также выходят в «подтянутом» состоянии.

Существенно меньше вероятность внесения нефтепродуктов на территорию АЗС на колесах въезжающих автомобилей.

Концентрации взвешенных веществ в дождевых и талых сто ках также существенно ниже, поскольку нет строительных пло щадок, разрытых участков дорог, нет россыпей песка, цемента.

Концентрации органических загрязнений (оцениваемых по БПК) существенно меньше на загородных АЗС по сравнению с город скими, поскольку нет разливов из аварийных колодцев городской канализации, нет разбросанного по дорогам пищевого мусора, задавленных домашних животных, собачьих и кошачьих экскре ментов, рассыпанных перевозимых продуктов.

Проведен сравнительный анализ качества дождевых стоков с территорий городской и загородной АЗС: концентрации загряз нений с АЗС загородного размещения на 35–45 % ниже. В дис сертации представлены также результаты наблюдений за качест вом дождевых и талых вод с территорий 4 городских и 3 загород ных АЗС, выполненных в разное время в процессе сервисного обслуживания.

В ходе диссертационных работ канализованы (проектирова ние, строительство, пусконаладка) два предприятия пищевого профиля загородного размещения: конфетная фабрика в Калуж ской области с подключением к действующим поселковым кана лизационным очистным сооружениям после локальной предочи стки стоков и масложировой завод в Карелии со строительством собственных локальных очистных сооружений на полную очист ку перед сбросом в рыбохозяйственный водоем. К особенностям канализования такого рода промпредприятий следует отнести:

высокие концентрации загрязнений при большой неравно мерности поступления стоков;

сложные условия взаимодействия основного производства и локальных очистных сооружений из-за залповых сбросов стоков (так, залповый сброс промстоков загородного пред приятия может достигать 40–70% его среднесуточного сброса);

изменчивость и неустойчивость физико-химических показа телей сточных вод на протяжении времени их аккумулиро вания и обработки на локальных очистных сооружениях (гниение, деструкция, изменения фазового состояния загряз нений);

частное владение предприятиями пищевого профиля, в большинстве случаев привносящее определенный диссо нанс во взаимоотношения с контролирующими службами, со службами городских очистных сооружений.

В диссертации приводятся анализ и обобщение технологиче ских, инженерно-технических и организационно-финансовых решений, потребовавшихся при проектировании, строительстве, пусконаладке и сервисном обслуживании очистных сооружений двух предприятий пищевого профиля.

Глава 3 посвящена результатам лабораторных и производст венных испытаний медленных фильтров в системе физико химической и биологической очистки и доочистки хозяйственно бытовых сточных вод малых загородных объектов.

На отечественном рынке природоохранного оборудования широко представлены установки заводской готовности для очи стки малых объемов хозяйственно-бытовых сточных вод биоло гическим методом. В диссертации представлено обобщение пас портных данных такой продукции.

Высокая неравномерность поступления стоков, их низкая тем пература из-за малой доли горячей воды в общем водоотведении, периодические отравления активного ила и трудности восстанов ления его работоспособности делают такие установки практиче ски неработоспособными.

На ряде загородных водохозяйственных объектов были полу чены обнадеживающие результаты при эксплуатации смонтиро ванных нами установок физико-химической очистки и биологи ческой доочистки на медленных фильтрах. В целях оптимизации конструкций и условий эксплуатации таких установок проведены экспериментальные исследования, в которых варьировались:

состав, место и режимы введения реагентов;

методы смешивания реагентов со стоками;

материал зернистой загрузки медленных фильтров (кварцевый песок, дробленые шунгизит, габбро-диабаз, шунгит);

крупность загрузки (рекомендованные СНиП 2.04.02- для условий водоснабжения от 0.3 до 1.0 мм;

более мелкие – от 0.1 до 0.3 и более крупные – от 0.6 до 1.5 мм) с коэффициентами неравномерности от 1.5 до 1.8;

двухслойные загрузки (более крупный и легкий дробленый шунгизит в верхнем слое и более мелкий кварцевый песок в нижнем);

скорость фильтрования (на однослойных от 0.1 до 0.2 и на двухслойных загрузках от 0.2 до 0.6 м/ч);

в целях снижения трудозатрат на регенерацию фильтров испытывалось применение пористого синтетического полотна поверх загрузки;

виды реагентов, места и режимы их введения;

режимы сбора и стабилизации осадка.

В экспериментах с медленными фильтрами при очистке и до очистке сточных вод показано (так же как и ранее при очистке поверхностных вод – Р. Р. Аюкаев), что уменьшение крупности зерен против нормативной (0.3–1.0 мм) существенно не повыша ет эффект очистки. Укрупнение же загрузки до 0.6–1.8 мм сни жает этот показатель незначительно, удлиняется время образова ния на поверхности загрузки биологической пленки, загрязнения глубже проникают в толщу загрузки.

Применение вместо кварца высокопористых дробленого шун гизита, габбро-диабаза сокращает кратно время образования био логически активной пленки. Примерно в 2 раза может быть по вышена скорость фильтрования при использовании двухслойных загрузок при сохранении качества очистки. Исследован механизм распределения загрязнений в двухслойной загрузке, показано, что на поверхности каждого из слоев образуется биологически ак тивная пленка, что позволяет продлевать фильтроциклы. Однако усложняется технология регенерации.

Высокорентабельным оказалось совмещение в корпусе мед ленного фильтра функций песколовки, нефтеотделителя, отстой ника, собственно медленного фильтра, уплотнителя осадка и на сосной 2-го подъема. Упрощает высотную схему очистных со оружений, снижает затраты на общестроительные работы использование недорогих погружных насосов для откачки фильт рата вместо устройства самотечного движения стоков по соору жениям.

Регенерация медленного фильтра производится по методу «водного пылесоса». Такие установки выпускаются для сбора осадка со дна плавательных бассейнов. Объем осадка при влаж ности 97–98 %, собираемого ежедневно в конце второй смены, составляет от 53 до 123 литров. Для сбора такого количества осадка в помещении мойки устанавливаются от одной до трех пластиковых емкостей по 50 л с перфорированным дном, по ко торому укладывается фильтрующая ткань. За 24 часа осадок обезвоживается до 70–75 % влажности и подлежит захоронению.

Фугат сливается в резервуар грязной воды.

В таблице 1 представлены результаты анализов оборотных вод до и после очистки на автомойке при загородной АЗС в при городе Медвежьегорска.

Таблица Концентрация загрязнений, мг/л Дата наблю- взвеш. в-ва нефтепродукты БПК дений до после до после до после Май 550-710 2,5-4,2 63-90 0,6-1,9 67-80 5,5-16, 2006г.

Июнь 380-500 2,0-3,5 48-87 0,5-1,4 42-88 4,0-9, 2006г.

Сентябрь 290-310 2,3-4.0 39-97 0,8-2,9 33-67 3,0-7. 2006г.

Октябрь 170-450 3,2-4,1 18-96 1.1-2,5 30-45 5,5-8, 2006г.

Отработаны режимы регенерации медленных фильтров мето дом сканирования (рис. 2).

Рис. 2. Технология регенерации медленного фильтра методом скани рования:

1 – медленный фильтр;

2 – минипонтон;

3 – самовсасывающий на сос;

4 – выпуск биопленки;

5 – операторы;

6 – площадка для приема и подсушки биопленки;

7 – погружной насос Для глубокой регенерации используется технология «штыко вания», когда загрузка сканируется трубопроводом с промывной водой. После осаждения вымытой грязи производится её «отсос».

В случае с очисткой смеси производственных и хозяйственно бытовых стоков масложирового завода регенерация медленных фильтров гидропылесосом оказалась трудоемкой из-за вязкого характера осадка и проводилась вручную при периодических опорожнениях фильтров.

В главе 4 представлены результаты исследований установок, работающих по технологии «сухого» фильтрования. Преимуще ства этой технологии показаны ранее Г. Ю. Ассом при обезжеле зивании подземных вод и Н. А. Залетовой при доочистке сточных вод от аммония солевого. В обоих случаях показано увеличение фильтроциклов до 30 раз против обычного скорого фильтрова ния. Исследования закономерностей «сухого» сорбционного фильтрования проведены в несколько этапов: 1) разработка и экспериментальное обоснование технологии и конструкции «су хого» многокассетного фильтра;

2) подбор сорбционных мате риалов;

3) построение и исследование математической модели;

4) производственные испытания.

Сервисное обслуживание большого количества систем водо снабжения и канализации загородных АЗС и объектов придорож ного сервиса позволило выявить преимущества технологий и ус тановок, когда межрегенерационный период рабочих элементов велик и вместо регенерации на месте можно перейти на простую замену отработавших элементов на резервные, а регенерацию отработавших производить в стационарных условиях на произ водственной базе. Так родилась конструкция «сухого» фильтра с выдвижными кассетами (рис. 3).

Для загрузки «сухого» фильтра опробованы торф, полистирол, древесная стружка, сипрон, бусофит, сорбционные материалы на основе пенополиуретана, модифицированные азотсодержащие угли. Выбор остановлен на модифицированном торфосорбенте, производимом в промышленном масштабе на базе карельских торфяников.

Рис. 3. Схема многосекционного «сухого» фильтра:

1 – исходный сток;

2 – распылитель;

3 – выдвижная секция с перфориро ванным дном;

4 – сорбент;

5 – выпуск очищенного (доочищенного) стока В диссертации представлена разработанная диссертантом при консультативной помощи профессора Е. В. Веницианова матема тическая модель многокассетного «сухого» фильтра (рис. 4).

Застойные зоны Струйное течение Рис. 4. Схема потока при однофазном течении При построении модели принято: фильтрация происходит в трехфазной среде (твердое тело – жидкость – газ) с образовани ем пленочного (не струйного) течения;

фильтрация происходит в пульсационном режиме;

конструкция фильтра обеспечивает поэтапную замену отработавших секций. Исследованы особенно сти влияния струйного и пленочного течения на кинетику про цесса. При фильтрации сплошным потоком формируются про точные и застойные зоны. Перенос массы осуществляется от про точных к застойным зонам, далее – к поверхности частиц. Первая стадия быстрая, вторая (диффузионный перенос) – значительно более медленная. Массоперенос описывается моделью:

Сзз/t = 1(С – Сзз), a/t = 2(Сзз – f–1(а)). (1) Для второй стадии величина кинетического коэффициента равна:

2 = Dж/2. (2) При капельном орошении в поровом слое имеется трехфазная система: зерна загрузки, воздушные зоны и пленочное течение воды. Толщина диффузионного слоя п зависит от расхода воды.

Если его величина меньше расхода при сплошном течении в N раз, то во столько же раз меньше толщина диффузионного слоя п. Из (2) следует, что диффузионный путь при дождевании в N раз меньше, чем при струйном течении. Следовательно, в N раз возрастает величина коэффициента внешней диффузии 2. Выиг рыш также образуется вследствие того, что исключается первая стадия в модели (1).

При прямоугольной изотерме сорбции модель динамики сорб ции имеет вид:

a/t = (a)С, (3) (a) = {0 при a a0, 0 при a = a0}. (4) Время защитного действия tпр(с) находится из решения систе мы (3) – (4):

tпр = Г/vl – Г/(2,3lgC0/Cн –1). (5) Первое слагаемое в (5) определяется емкостью сорбента. Вто рое слагаемое зависит от кинетики процесса. Чем меньше кине тический коэффициент, тем меньше время защитного действия.

Для пленочной фильтрации величина второго слагаемого в (5) значительно меньше, чем при сплошном течении. Для водо воздушной фильтрации происходит также увеличение tпр за счет первого слагаемого в (5) вследствие уменьшения скорости v.

Таким образом, водовоздушная фильтрация имеет бесспорные преимущества перед традиционной однофазной, вытекающие из значительного улучшения кинетики массопереноса.

В диссертации представлено исследование влияния прерыви стого режима водовоздушного фильтрования на емкость сорбен та. Показано, что чем больше продолжительность паузы, тем меньшее количество воды остается на поверхности сорбента, меньше сопротивление молекул воды расширению пятен нефте продуктов и выше сорбционная емкость. Дополнительная аэра ция увеличивает емкость фильтра за счет высушивания осадка:

da0/dt = a0max – a0(t). (6) Решение уравнение имеет вид:

a0(t) = a0max – (a0max – a0)exp(–t). (7) Аэрация способствует повышению емкости фильтра, и эта за висимость реализуется через увеличение коэффициента Г в урав нении (5).

Найдено решение задачи динамики очистки воды в рамках модели (3) – (4) при условии, что на входе поддерживается по стоянная концентрация C0, а выходная концентрация на должна превышать нормативной величины Cн.

Сделан теоретический вывод о наиболее эффективном числе секций «сухого» фильтра. Наибольший выигрыш по времени за щитного действия будет при большем числе секций n. Ограничи телем выступает конструктивное исполнение фильтра.

Проведены полупромышленные и промышленные испытания «сухого» фильтра. Многокассетные фильтры «сухого» фильтро вания смонтированы по нашим рекомендациям и эксплуатируют ся в пригородах Петрозаводска, Медвежьегорска, Сортавалы, включены в проекты нескольких водоочистных комплексов для объектов Петрозаводска, Сортавалы, Вяртсиля, Питкяранты.

Глава 5 посвящена обобщению опыта проектирования, строи тельства, пусконаладки и сервисного обслуживания водохозяйст венных сооружений загородного размещения в условиях перехо да к рыночной экономике.

Преобладание на рынке природоохранных услуг заказов от част ных фирм, компаний и физических лиц привносит существенные коррективы в совершенствование технико-экономических обос нований в рамках подхода «цена – качество». В диссертации обобщен собственный опыт решения таких задач за счет исполь зования конкурентоспособных технологий и оборудования, ин дивидуального проектирования, исполнения контрактов без рек ламаций, работы в контакте с местными санитарными и приро доохранными органами, проектными фирмами, за счет помощи заказчикам в получении согласований и передаче законченных объектов в эксплуатацию, введения удобных для заказчика гра фиков финансирования, обязательного сервисного обслуживания.

Так, при подключении конфетной фабрики загородного размеще ния к ведомственным канализационным сооружениям были вы даны практически невыполнимые технические условия по жирам и БПК. По результатам анализа нами было показано, что факти ческое соотношение БПК5:N:P=102.5:10.15:0.85 в стоках не отве чает оптимальным условиям биологического процесса (100:5:1), что содержание органики (БПК5) и фосфора в стоках по отноше нию к азоту в два с лишним раза меньше оптимального (рис. 5);

добавление к таким стокам «мягких» органических загрязнений и фосфора сделает процесс минерализации загрязнений более полным, позволит снизить остаточные концентрации биогенных элементов (азота и фосфора) в очищенных стоках.

БПК 5, мг/л БПК5 факт БПК5 требуемое БПК5 факт БПК5 требуемое 600 500 400 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 месяцы 2003 года месяцы 2006 года Рис. 5. Усредненные показатели качества стоков, поступавших на КОС ВНИИСХРАЭ в 2003 и 2006гг.

Натурные наблюдения подтвердили наши ожидания: приве денных данных оказалось достаточно для корректировки ТУ в сторону послабления.

В диссертации обобщен опыт использования эффективных на учных и инженерных разработок в решении неординарных задач при проектировании, строительстве и сервисном обслуживании двух пищевых предприятий загородного размещения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 01. Загородное размещение водохозяйственных объектов при вносит множество особенностей в их проектирование, строитель ство, эксплуатацию и сервисное обслуживание. Создание конку рентоспособного водоочистного оборудования для таких объек тов возможно за счет совмещения в одной конструкции несколь ких функций.

02. Многолетний отечественный и зарубежный опыт примене ния медленных фильтров, простота их конструкций и эксплуата ции, длительный межрегенерационный период делают перспек тивным использование этих сооружений на загородных объектах.

Отечественные разработки в области «сухого» фильтрования, собственные наблюдения диссертанта дают основание считать перспективным развитие этого направления исследований при создании сооружений с большим межрегенерационным периодом для объектов загородного размещения.

Практика сервисного обслуживания очистных сооружений загородных объектов, располагаемых иногда в сотнях километров от города, показала перспективность применения технологий и оборудования, относящихся к так называемым «редко- и легкооб служиваемым».

03. Действующие отечественные нормы проектирования сис тем водоснабжения и водоотведения объектов общественного питания завышены для условий загородных объектов придорож ного сервиса. Концентрации загрязнений дождевых вод с терри торий автозаправочных станций загородного размещения на 35– 45 % ниже аналогичных по городским АЗС, что дает возмож ность проектировать «редкопосещаемые» водоочистные установ ки и за счет этого облегчать их эксплуатацию и сервисное обслу живание.

04. Выполненные диссертантом поверочные эксперименты и прак тика эксплуатации производственных сооружений при очистке нефтесодержащих дождевых и оборотных вод автомоек, доочи стке смеси производственных маслосодержащих и хозбытовых стоков пищевого предприятия подтверждают полученные ранее при очистке природных вод зависимости процесса медленного фильтрования от крупности зерен, высоты слоя, вида фильтру ющих материалов, условий предподготовки воды.

5. Использование надзагрузочного объема медленного фильтра в качестве отстойника и аэротенка, а биопленки – на поверхности слоя в качестве уплотнителя осадка повышает технико-эконо мические показатели медленных фильтров и расширяет область их применения в очистке сточных вод. Многоступенчатый мед ленный фильтр с органическим или минеральным сорбентом на завершающем этапе обеспечивает простое в устройстве, эксплуа тации и сервисном обслуживании сооружение для очистки дож девых вод с территорий загородных (и городских) АЗС.

6. Вошедшие в практику ручной мойки автомобилей высоко напорные (90180 бар), с малым расходом (0.40.7 м3/ч) насосы позволяют использовать для безреагентной очистки оборотной воды медленные фильтры. Медленный фильтр, под устройство которого используется межколесная смотровая яма, выполняет одновременно функции песколовки, нефтеотделителя, резервуара грязной воды, сооружения биологической очистки, уплотнителя осадка и собственно фильтра. Обслуживание такого сооружения сводится к вывозу задержанного песка, взвешенных и нефтепро дуктов с периодичностью не чаще одного раза в 20–40 суток.

7. Разработана и испытана конструкция многокассетного фильтра «сухого» фильтрования для очистки дождевых стоков, оборотных вод автомоек и доочистки городских сточных вод.

Анализ предлагаемых на рынке сорбционных материалов отече ственного и иностранного производства показал перспективность применения для «сухих» фильтров местного материала – моди фицированного торфа.

8. Разработаны и исследованы математическая модель процес са многокассетного «сухого» фильтрования, блок-схема и про грамма расчета «сухих» фильтров.

9. По рекомендациям и при участии диссертанта запроектиро ваны, построены, переданы в штатную эксплуатацию и находятся на сервисном обслуживании очистные сооружения, в состав ко торых входят фильтры медленного и «сухого» фильтрования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Графова Е. О. Экологические и инженерные проблемы обуст ройства загородных автозаправочных станций системами во допровода и канализации / Е. О. Графова, Р. Р. Аюкаев // Меж вузовский сборник научных трудов. – Самара, 2005. – С. 11 – 16.

2. Графова Е. О. Экологические проблемы инженерного обуст ройства загородных АЗС / Е. О. Графова // Материалы 57 науч ной студенческой конференции ПетрГУ. – Петрозаводск, 2005. – С. 13-15.

3. Графова Е. О. Экологические проблемы загородных автозапра вочных станций и их инженерные решения / Е. О. Графова // Строительство 2006. Материалы международной научно-прак тической конференции. – Ростов-на-Дону, 2006. – С. 161–163.

4. Графова Е. О. Экологические проблемы инженерного обустрой ства загородных АЗС / Е. О. Графова // Города России: Про блемы строительства, инженерного обеспечения, благоустрой ства и экологии. – Пенза, 2006. – С. 13–15.

5. Графова Е. О. К выбору источников водоснабжения и методов подготовки воды хозяйственно-питьевого назначения для заго родных объектов / Е. О. Графова // Вестник Поморского уни верситета. № 4, 2006. – С. 136 – 142 (ВАК).

6. Графова Е. О. Проблемы канализования конфетной фабри ки загородного размещения / Е. О. Графова, Р. И. Аюкаев, А. М. Четокин, Е. А. Соколова, Ю. Н. Гринин, В. С. Мачигин // Водоснабжение и санитарная техника. № 10, 2007. – С. 41–45.

(ВАК) 7. Графова Е. О. О возможности использования нового экологи чески безопасного высокоэффективного реагента ферроксина при доочистке жиросодержащих сточных вод / Е. О. Графова, Р. И. Аюкаев, В. С. Мачигин.,др. // Вестник ВНИИ Жиров. – № 2, 2007. – С. 32–35.

Условные обозначения С(х, t) – концентрация загрязняющих веществ (ЗВ) в проточ ной зоне (г/дм3 воды);

– концентрация ЗВ в застойной зоне (г/дм3 воды), Сзз(х, t) – концентрация ЗВ в сорбенте (г/дм3 слоя фильтра);

а(х, t) f–1(а) – функция, обратная изотерме сорбции ЗВ на сорбенте;

1, 2 – кинетические коэффициенты массопереноса между проточной и застойной зонами и застойной зоной и сорбентом соответственно (с–1).

Dж – коэффициент молекулярной диффузии ЗВ жидкости, см2/с (порядка 10–5);

i – характерный размер застойной зоны, см;

имеет поря док размера зерна;

– численный коэффициент, учитывающий форму зон;

– кинетический коэффициент, определяемый урав (a) нением;

– требуемая (нормативная) концентрация на выходе из Cн фильтра;

– длина фильтрующего слоя (см);

l – емкость фильтра в данный момент фильтрации (при a0(t) фильтрации только водовоздушной смеси без аэрации – величина постоянная);

– максимально достижимая для данной загрузки и на a0max бора НМП емкость фильтра;

– кинетический коэффициент повышения емкости за грузки при аэрации;

– коэффициент распределения, равный отношению ем Г кости фильтра к входной концентрации.

Подписано в печать 26.05.2008. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Изд. № 135.

Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ 185910, Петрозаводск, пр. Ленина,