Введение к работе
Актуальность работы. Инженерные системы водоотведешія и завершающие их комплексы очистных сооружений являются важнейшими элементами коммунального хозяпства, обеспечивающими нормальные условия жизни населения городов и приемлемое экологическое состояние природной водной среды Основным методом очистки хозяйственно-бытовых и многих промышленных сточных вод является технология биологической очистки Определяющим фактором эффективности такой очистки является растворенный кислород, который поступает в воду из воздуха в процессе искусственном аэрации, то есть насыщения воды пузырьками воздуха Воздух в аэротенки — основную технологическую емкость очистных сооружений — подается от воздуходувной станции по воздуховодам иногда на достаточно большое расстояние
Внутренние поверхности стенок воздухопроводов станций биологической очистки, выполненных из "черного" металла, интенсивно корродируют под воздействием влажности и загрязняющих химических примесей транспортируемого воздуха Продукты коррозии переносятся потоком воздуха к концевым участкам воздухопроводов, где расположены диспергаторы (аэраторы, фильт-росы и им подобные элементы), преобразующие компактную струю в мельчайшие пузырьки воздуха Отверстия диспергаторов забиваются продуктами коррозии, расход воздуха через диспергаторы уменьшается, соответственно уменьшается количество растворенного воздуха в массиве очищаемой воды и снижается интенсивность процесса биологической очистки
Таким образом, состояние системы пор в диспергаторах в итоге определяет качество очистки сточных вод Для обеспечения расчетных значений качества очистки необходимо применить для изготовления воздухопроводов некорроди-рующий материал (нержавеющая сталь, пластмасса) или применить специальные устройства, улавливающие взвеси, связанные с коррозией воздуховодов и исключающие засорение внутренних поверхностей аэратора Замена конструкционной стали на некорродирующие материалы позволит обеспечить экономию затрат на электроэнергию в результате улучшения аэродинамического состояния воздуховодов, добиться надежной и эффективной эксплуатации сооружений биологической очистки, обеспечить нормативное качество очищенных вод на протяжении длительного срока
Наличие сотен крупных сооружений биологической очистки сточных вод, на которых необходима реконструкция систем подачи и распределения воздуха, делает направление настоящей диссертационной работы весьма актуальным
Цель работы. Научное обоснование технических решений, обеспечивающих снижение энергоемкости производства, повышение эксплуатационной надежности и обеспечение качества очистки сточных вод в сооружениях биологической очистки за счет применения совершенных методов расчета и определения условий, при которых целесообразно внедрение дорогих некорродирую-ших материалов для изготовления систем подачи воздуха в аэротенки
Рабочая гипотеза. Энергосберегающие режимы эксплуатации возду-хотранспортирующей системы станций биологической очистки сточных вод должны обеспечиваться на этапе разработки проектов их строительства или реконструкции путем технико-экономической оптимизации элементов системы на основе принципа минимизации суммарных затрат, включающих капитальные вложения и эксплуатационные расходы с учетом экономических тенденций и изменения параметров системы в течение всего расчетного срока
Основные задачи работы:
-
Исследовать основные факторы, влияющие на выбор компоновки, конструкции и параметров аэрационных воздуховодов систем воздухоподачи станций биологической очистки сточных вод
-
Провести анализ взаимосвязи
материала изготовления воздуховода (конструкционной или нержавеющей стали) и его диаметра и эксплуатационных параметров,
процессов коррозии внутренних стенок воздуховода из конструкционной стали и его аэродинамического сопротивления, эксплуатационных параметров и диаметра,
компоновки и конструкции воздуховода (размеров секции и наличия и состава местных сопротивлений) и его диаметра,
фактора времени (изменения во времени тарифов на электроэнергию и затрат на эксплуатационно-ремонтные работы) и выбора эксплуатационных параметров и диаметра воздуховода
3 Выполнить оптимизационные расчеты диаметра воздуховода с учетом перечисленных выше влияющих факторов Научная новизна диссертации
выявлена взаимозависимость основных эксплуатационных и конструктивных параметров системы подачи воздуха в аэротенки и ее экономических показателей,
создана математическая модель системы подачи воздуха в аэротенки, описывающая изменение во времени ее основных параметров и показателей,
на основе созданной математической модели разработана методика оптимизационных расчетов систем подачи воздуха в аэротенки,
с использованием разработанной методики определены условия, при которых целесообразно применение дорогих некорродирующих материалов (нержавеющих сталей, пластмасс и др) вместо дешевой конструкционной стали для изготовления систем подачи воздуха в аэротенки
Новизна подтверждается патентом РФ № 51415 И1 на изобретение «Воздуховод для системы аэрации»
Практическая значимость и ценность работы. Разработаны технические решения и рекомендации по созданию технологически эффективных энергосберегающих систем подачи воздуха в аэротенки, реализованных в практике проектирования, строительства и эксплуатации сооружений биологической очистки сточных вод
Достоверность полученных результатов и разработанных рекомендаций обеспечена применением общепризнанных методов аэрогидродинамического анализа, тщательным учетом стоимостных и экономических показателей и подтверждается практическим опытом реконструкции систем воздухоснабжения аэротенков
Предмет защиты. На защиту выносятся
- полученные автором аналитические зависимости между конструктив
ными (диаметр, толщина стенок воздуховодов и др) и эксплуатацион-
6 воздуха, с учетом экономических показателей, изменяющихся во времени (стоимость электроэнергии, ремонта и обслуживания системы и др),
математическая модель системы подачи воздуха в аэротенки, описывающая изменение во времени ее основных параметров и показателей,
методика оптимизационных расчетов, подтверждающих целесообразность замены воздуховодов из конструкционной стали воздуховодами из нержавеющей стали,
обоснование технической возможности и экономической целесообразности использования в системах подачи и распределения воздуха воздуховодов, изготовленных из дорогостоящих нержавеющих сталей вместо дешевых конструкционных сталей,
результаты оптимизационных расчетов, подтверждающих целесообразность использования воздуховодов из нержавеющей стали, па примере реконструкции станций аэрации
Апробация работы. Результаты научных исследований докладывались на Х-н научно-практической конференции "Проблемы управления качеством городской среды" в 2006 г, на 8-й Международ практ конф -выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки», 11-14 апр 2006, на заседании научно-технического совета ГУП "Мосводокапал" 21 марта 2006 года, на научно-технических семинарах кафедры водоотведения Московского государственного строительного университета в 2006 и 2007 гг ,
Результаты научных исследований опубликованы в технической литературе в статьях, упомянутых в списке литературы к настоящей диссертации под №№9,51,52,53,54,55,88
Внедрение результатов исследований.
Результаты исследований внедрены путем
- создания действующей системы подачи и распределения воздуха в аэро
тенки Ново-Люберецких очистных сооружений в г Москве, на очистных
7 сооружениях ГУП "Водоканал" г Подольска, на очистных сооружениях в поселке Волочасвское Калининградской области,
- разработки методики расчета воздуховодов на прочность и жесткость
Личныи вклад автора заключается в
постановке и формулировании задачи о необходимости выполнения оптимизационных расчетов, подтверждающих целесообразность замены воздуховодов из конструкционной стали в системах подачи и распределения воздуха в аэротенках на воздуховоды из нержавеющей стали,
разработке методики оптимизационных расчетов н методики расчета воздуховодов на прочность и жесткость с учетом специфики очистных сооружений,
выполнении оптимизационных расчетов и разработке технических решений по разработанным методикам,
руководстве и личном участии в реализации разработанных технических решений и рекомендаций на действующих промышленных объектах
Структура к объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 91 наименования и приложения Основное содержание работы изложено па 168 страницах машинописного текста и иллюстрировано 28 рисунками, 6 фотографиями и 21 таблицей
