ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОХВАТЫВАЮЩЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ КРУПНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

АННОТАЦИЯ

Данная работа посвящена исследованию гидродинамического метода очистки сточных вод дробильного цеха по производству строительных материалов (щебень и клинец), а также определению охватывающей гидравлической крупности производственных сточных вод, которая является одним их основных факторов, влияющих на параметры гидроциклона.

ABSTRACT

This work is devoted to the study of the hydrodynamic method of wastewater treatment of a crushing plant for the production of building materials (crushed stone and clinets) as well as determining the encompassing hydraulic size of industrial wastewater, which is one of their main factors affecting the parameters of the hydrocyclone.

Ключевые слова: механическая очистка, гидродинамика, гидроциклон, сточная вода, осаждение, гидравлическая крупность, взвешенные вещества.

Keywords: mechanical cleaning, hydrodynamics, hydrocyclone, waste water, precipitation, hydraulic fineness, suspended solids.

В различных отраслях промышленности и сельского хозяйства при очистке природных и сточных вод к числу рабочих процессов, протекающих в системах твердое тело-жидкость, относятся разделение и осаждение.

Одним из наиболее распространенных способов механической очистки сточных вод по удалению более мелких твердых частиц является гидродинамический метод, в частности применение гидроциклонов. 

Эффективность работы гидроциклона в основном зависит от его геометрических и технологических параметров. В статье приведены некоторые теоретические предпосылки для определения охватывающую гидравлическую крупность, которая является основным показателем очистки сточных вод.

В дальнейших наших исследованиях для расчета параметров гидроциклона использовали данные зависимости количества осажденных взвешенных частиц от времени осаждения (кривая кинетики отстаивания) приведена на рис. 1, которая построена на основании таблицы 1 [1, с. 285].

Таблица 1.

Значения

Рисунок 1. Кривая кинетики отстаивания

Для использования аналитического решения аппроксимируем эту кривую параболой по методу наименьших квадратов. Итак, считается, что аппроксимирующая функция представлена в виде y = ax²+bx+c.

Задача: определить коэффициенты этой функции по данным таблицы 1.

Где: n - количество точек.

Для того, чтобы аппроксимирующая кривая давала наименьшее отклонение от фактических данных, необходимо подобрать значение коэффициентов a, b, c так, чтобы значение выражения S (отклонение) было наименьшим [2, с. 10].  С этой целью найдем производные от S по параметрам a, b, c и приравняем их нулю.

Окончательно система уравнений приобретает вид:

;

Подсчитав суммы значений, получим следующую систему линейных уравнений:

1421875a + 55125b + 2275c = 206275

55125a + 2275b + 105c = 9295                         2275a + 105b +7c = 502

Решив эту систему линейных уравнений, получим следующие значения коэффициентов: a = -0,187, b = 8,136, c = 10,5, т.е. имеем уравнение параболы

y = - 0,187x²+8,136x+10,5     

Дальнейшие исследования по расчету гидроциклона для очистки и повторного использования вод, представлены на примере дробильного цеха для производства щебня и клинца, сточные воды которого в основном представлены мелкими частицами песка и глины.

Расход сточных вод в среднем составляет 120 м³/ч. Концентрация взвешенных веществ изменяется в пределах 1500-3000 мг/л. Кривая кинетики отстаивания приведена на рис. 1.

По требованиям производства эту воду необходимо очистить до 10 мг/л, т. е. 99,7 %. Подобные жесткие требования диктуются условиями предохранения плунжерных насосов от абразивного износа. Этими насосами очищенная сточная вода будет подаваться в технологический процесс.

Температура воды 20°С;  pН = 6 - 7.

Удельный вес механических загрязнений в среднем равен: ρ_г = 2,6 г/см³.

Расход воды следует считать постоянным в течение суток.

По кривой кинетике отстаивания (см. рис. 2) по заданному эффекту

Э = 80 % определяем охватывающую гидравлическую крупность

U₀ = h/t = 200/(10×60) = 0,33 мм/с.

Где: h – высота осаждения взвешенных частиц.

Рисунок 2. Кривая кинетики отстаивания для определения U₀

Затем из точки на оси ординат, соответствующей заданному эффекту очистки (80 %), проводим касательную к кривой рис. 2. Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и по найденному времени t_гр = 16,5 мин рассчитываем граничную гидравлическую крупность, с использованием уравнения параболы. Проведение касательной на чертеже довольно грубый метод, и с учетом небольшой точности вычислений поступим так как изложено далее.

Т.к. мы вычислили параметры параболы, аппроксимирующей кривую кинетики, то воспользуемся этой формулой.

Как видно из рисунка такого масштаба найти точку касания довольно проблематично. Поэтому для нахождения координат точки касания воспользуемся уравнением параболы.

Обозначим точку касания A(x₀, y₀), а значение заданной степени очистки  как y*, т.е. точка В имеет координаты (x₀, y*). Тогда тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс имеет вид:

.

Известно, что тангенс угла наклона касательной в точке с координатами x₀, y₀  равен производной функции

y = ax² + bx + c, т.е.

y`( x₀ ) = 2a x₀+b

Таким образом, имеем равенство

Решим это уравнение относительно x₀. Так как  y₀ = ax²₀ + bx₀ + c, получим

;

Учитывая наши обозначения и значения, входящих в последнюю формулу величин, получаем уравнение

.

Отсюда получаем для граничной гидравлической крупности при t_гр = 19,278 мин

U_гр = h/t_гр =200/(19, 278 х 60) ≈ 0,2 мм/с.

Рассчитанная граничная гидравлическая крупность послужит в дальнейшем для расчёта граничного диаметра задерживаемых при заданном эффекте частиц, которая является основным фактором при определении основных геометрических и технологических параметров гидроциклона.

Данные расчеты способствуют наиболее эффективному подбору оптимального гидроциклона для использования в дробильном цехе.

Применение гидродинамического метода очистки воды при очистке производственных сточных вод, в частности применение гидроциклонов позволит уменьшить безвозвратные потери воды, рациональное и целенаправленное использование водных ресурсов, уменьшить затраты на обслуживание комплекса в целом [3, с. 17]. А также применение данных технологий способствует улучшению экологической обстановки региона в целом.

Список литературы:

1. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. Ч.1,2. -С.-Пб.: НПО «Профессионал», 2004г.-848 с., ил.
2. А.Н. Гайдадин, С.А. Ефремова, Н.Н.Печурина. Моделирование технологических процессов с помощью метода наименьших квадратов. Методические указания. ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – 16 с.
3. Тургунова О.Б., Сафаев М.А., Тургунов А.А.. «Гидродинамический способ водоподготовки для капельного орошения сельскохозяйственных культур в интенсивном растениеводстве». Экологический вестник Узбекистана. – 2021.-№4. – С. 15-17.