Помощь студентам в учебе
Разработка конструкций водоприемных оголовков водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников на основе спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ»
|
Введение 3
Глава 1 Анализ типов и конструкций водозаборно-очистных сооружений 8
1.1 Классификация водозаборно-очистных сооружений с фильтрующими водоприемными оголовками 8
1.2 Основные типы конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников 15
Глава 2 Исследование возможности применения фильтрующих элементов «ТЭКО-СЛОТ» в водосборно-очистных сооружениях 30
2.1 Особенности качественных характеристик воды в поверхностных источниках водоснабжения 30
2.2 Анализ возможности применения спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» для водозаборно-очистных сооружений 35
2.3 Исследование пропускной способности фильтрующего элемента «ТЭКО-СЛОТ» в условиях открытого водоема 41
2.4 Результаты эксперимента и их анализ 48
Глава 3 Конструктивные решения водозаборно-очистных сооружений на основе «ТЭКО-СЛОТ» 51
3.1 Особенности конструирования фильтрующих элементов на основе «ТЭКО-СЛОТ» для водозабора 51
3.2 Разработка конструкции фильтрующего элемента открытого типа 58
3.3 Разработка конструкции фильтрующего элемента для поверхностного водозабора с использованием фильтрующей загрузки (щебень) 63
3.4 Разработка конструкции инфильтрационно-фильтрующего элемента для поверхностного водозабора с использованием фильтрующей загрузки (щебень и песок) 66
3.5 Рекомендации по увеличению срока службы фильтрующих водоприемников на этапе проектирования, производства и эксплуатации 70
Заключение 74
Список использованных источников 75
Приложение А 83
Результаты химического анализа воды 83
Глава 1 Анализ типов и конструкций водозаборно-очистных сооружений 8
1.1 Классификация водозаборно-очистных сооружений с фильтрующими водоприемными оголовками 8
1.2 Основные типы конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников 15
Глава 2 Исследование возможности применения фильтрующих элементов «ТЭКО-СЛОТ» в водосборно-очистных сооружениях 30
2.1 Особенности качественных характеристик воды в поверхностных источниках водоснабжения 30
2.2 Анализ возможности применения спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» для водозаборно-очистных сооружений 35
2.3 Исследование пропускной способности фильтрующего элемента «ТЭКО-СЛОТ» в условиях открытого водоема 41
2.4 Результаты эксперимента и их анализ 48
Глава 3 Конструктивные решения водозаборно-очистных сооружений на основе «ТЭКО-СЛОТ» 51
3.1 Особенности конструирования фильтрующих элементов на основе «ТЭКО-СЛОТ» для водозабора 51
3.2 Разработка конструкции фильтрующего элемента открытого типа 58
3.3 Разработка конструкции фильтрующего элемента для поверхностного водозабора с использованием фильтрующей загрузки (щебень) 63
3.4 Разработка конструкции инфильтрационно-фильтрующего элемента для поверхностного водозабора с использованием фильтрующей загрузки (щебень и песок) 66
3.5 Рекомендации по увеличению срока службы фильтрующих водоприемников на этапе проектирования, производства и эксплуатации 70
Заключение 74
Список использованных источников 75
Приложение А 83
Результаты химического анализа воды 83
Актуальность работы. Состояние водоемов, используемых в настоящее время в качестве поверхностных источников питьевого водоснабжения, а также для других различных нужд хозяйственной деятельности человека, с каждым годом ухудшается [15]. Это связано в первую очередь с изменением гидрологического режима водоемов, ухудшением кислородного обмена, увеличением объемов сточных вод, попадающих в водоемы, а также большой концентрацией в них загрязняющих веществ. Большое количество построенных электростанций на реке Волга, а вместе с ними - плотин, фактически разделило реку на отдельные водохранилища, изменив не в лучшую сторону режим водоема, характер течения, сократив видовое разнообразие растительности и ихтиофауны, что привело к заиливанию и оказало в дальнейшем негативное влияние на качество воды [6]. С постройкой водохранилищ почти в 10 раз уменьшился водообмен в бассейне реки Волга [58].
Рисунок 1 - Схема расположения ГЭС на р. Волга [34]
В этих условиях многие города, расположенные в бассейне реки Волга, продолжают снабжаться водой из реки и ее притоков. Проблема качества воды, особенно на начальных этапах ее забора из поверхностного источника для водоснабжения городов, промышленных предприятий, дачных товариществ и т.д., очень актуальна.
Водоприемные части водозаборно-очистных сооружений, построенных в середине-конце XX века, в большинстве случаев не удовлетворяют современным требованиям по качеству подаваемой на дальнейшую обработку воды. Это связано с износом конструкций водоприемной части, а также с изменением параметров движения воды в водоеме. Как правило, после прохождения водоприемной части водоприемника, вода подается на водоочистные сетки, которые имеют тонкость фильтрации от 300 мкм и выше. Таким образом, частицы размером более 300 мкм проходят через водоприемную часть, затем водовод и отсекаются только на этапе прохождения воды через водоочистные сетки. При этом имеется необходимость периодически промывать сетки и удалять загрязнения, что ведет к дополнительным затратам.
Если подъем воды из водоема осуществляется в теплый период года, когда в малоподвижных водоемах может наблюдаться обильное размножение сине-зеленых водорослей, то, как правило, вращающиеся или барабанные сетки не могут их полностью уловить и пропускают далее в систему очистки. В дальнейшем это ведет к выходу из строя насосного оборудования и другим неприятным последствиям [56]. Кроме того, прошедшие по водоводу частицы водорослей, разлагаясь, представляют собой отличные условия для размножения цианобактерий, которые кроме неприятного запаха представляют угрозу для жизни живых организмов, в том числе человека [4].
Механические загрязнения (песок, ил, остатки высшей водной растительности), попадающие через водоприемную часть в водовод, частично уносятся далее в систему очистки, частично накапливаются в нижней части водоприемника и водовода, затрудняя прохождение по ним воды, сужая поперечное сечение и меняя режим прохождения воды через них. Механические частицы, все-таки прошедшие через водоочистные сетки, особенно негативно воздействуют на насосное оборудование, существенно уменьшая срок его службы и увеличивая расходы эксплуатирующей оборудование организации.
Кроме сине-зеленых водорослей и механических частиц на водоприемные сетки часто попадает большое количество молоди рыб, которые не могут пройти через сетки и погибают. Таким образом в водоеме искусственным путем уменьшается количество молоди и сокращается численность взрослого поголовья рыб, что снова негативно сказывается на состоянии водоема.
Таким образом, качество воды, подаваемой для из поверхностных источников для водоснабжения городов и промышленных предприятий зачастую не удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Чтобы улучшить качество воды и минимизировать затраты на ее дальнейшую очистку предлагается использовать вместо барабанных сеток фильтрующие элементы на основе спирально-навитых конструкций «ТЭКО-СЛОТ» производства «ТЭКО-ФИЛЬТР», г. Тольятти [56].
Объект исследования: водоприемная часть водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников.
Предмет исследования: фильтрация воды от механических загрязнений на водозаборно-очистных сооружениях из поверхностных источников.
Цель работы - разработать конструкции водоприемной части водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников на основе спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» и дать рекомендации по их применению.
Для реализации цели поставлены следующие научно-технические задачи:
1. Провести анализ существующих типов и конструкций водозаборноочистных сооружений из поверхностных источников.
2. Провести экспериментальное исследование разработанной конструкции на примере фильтрующего элемента.
3. Разработать конструкции водоприемной части водозаборно-очистных сооружений на основе спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ»;
4. Дать рекомендации по конструированию и производству водоприемных оголовков для продления срока их службы.
Методологической основой работы является комплексный подход. Для решения поставленных задач применялись следующие методы:
• теоретические (анализ научно-методической литературы);
• практические методы (наблюдение, измерение, сравнение).
Научная новизна заключается в разработке конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений с использованием спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ».
Практическая значимость работы заключается в разработке таблиц подбора оптимального диаметра фильтрующего элемента в зависимости от производительности; разработке конструкций фильтрующих элементов; даны рекомендации по конструированию и производству водоприемных оголовков для продления срока их службы в различных условиях.
Апробация работы. Основные положения опубликованы в четырех работах автора:
1. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Перспективы применения спирально- навитых конструкций «ТЭКО-СЛОТ» на водозаборно-очистных сооружениях // Молодежь. Наука. Общество: материалы Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции. Тольятти. 2020 https://dspace.tltsu.ru/handle/123456789/20735
2. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Рекомендации по уменьшению коррозии оборудования водозаборно-очистных сооружений на этапе проектирования, производства и эксплуатации // Дни науки ТГУ: материалы научно-практической конференции. Тольятти. 2021.
3. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Исследование пропускной способности фильтрующих элементов на основе спирально-навитой конструкции «ТЭКО-СЛОТ» для поверхностного водозабора // Молодежь. Наука. Общество: материалы Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции. Тольятти. 2021.
4. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Особенности конструирования фильтрующих элементов для поверхностного водозабора на основе «ТЭКО- СЛОТ» // Дни науки ТГУ: материалы научно-практической конференции, Тольятти. 2022.
Личный вклад автора состоит в обобщении материала о спирально- навитых элементах «ТЭКО-СЛОТ», разработке графиков подбора оптимального диаметра фильтрующих элементов, проведении эксперимента в условиях открытого водоема, разработке конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений, разработке практических рекомендаций по увеличению срока службы водоприемных оголовков из поверхностных источников.
Структура и объем диссертации.
Диссертация содержит введение, 3 главы, заключение и библиография из 74 наименований. Объем работы включает в себя 81 страниц машинописного текста, а также 55 рисунков и 5 таблиц.
Рисунок 1 - Схема расположения ГЭС на р. Волга [34]
В этих условиях многие города, расположенные в бассейне реки Волга, продолжают снабжаться водой из реки и ее притоков. Проблема качества воды, особенно на начальных этапах ее забора из поверхностного источника для водоснабжения городов, промышленных предприятий, дачных товариществ и т.д., очень актуальна.
Водоприемные части водозаборно-очистных сооружений, построенных в середине-конце XX века, в большинстве случаев не удовлетворяют современным требованиям по качеству подаваемой на дальнейшую обработку воды. Это связано с износом конструкций водоприемной части, а также с изменением параметров движения воды в водоеме. Как правило, после прохождения водоприемной части водоприемника, вода подается на водоочистные сетки, которые имеют тонкость фильтрации от 300 мкм и выше. Таким образом, частицы размером более 300 мкм проходят через водоприемную часть, затем водовод и отсекаются только на этапе прохождения воды через водоочистные сетки. При этом имеется необходимость периодически промывать сетки и удалять загрязнения, что ведет к дополнительным затратам.
Если подъем воды из водоема осуществляется в теплый период года, когда в малоподвижных водоемах может наблюдаться обильное размножение сине-зеленых водорослей, то, как правило, вращающиеся или барабанные сетки не могут их полностью уловить и пропускают далее в систему очистки. В дальнейшем это ведет к выходу из строя насосного оборудования и другим неприятным последствиям [56]. Кроме того, прошедшие по водоводу частицы водорослей, разлагаясь, представляют собой отличные условия для размножения цианобактерий, которые кроме неприятного запаха представляют угрозу для жизни живых организмов, в том числе человека [4].
Механические загрязнения (песок, ил, остатки высшей водной растительности), попадающие через водоприемную часть в водовод, частично уносятся далее в систему очистки, частично накапливаются в нижней части водоприемника и водовода, затрудняя прохождение по ним воды, сужая поперечное сечение и меняя режим прохождения воды через них. Механические частицы, все-таки прошедшие через водоочистные сетки, особенно негативно воздействуют на насосное оборудование, существенно уменьшая срок его службы и увеличивая расходы эксплуатирующей оборудование организации.
Кроме сине-зеленых водорослей и механических частиц на водоприемные сетки часто попадает большое количество молоди рыб, которые не могут пройти через сетки и погибают. Таким образом в водоеме искусственным путем уменьшается количество молоди и сокращается численность взрослого поголовья рыб, что снова негативно сказывается на состоянии водоема.
Таким образом, качество воды, подаваемой для из поверхностных источников для водоснабжения городов и промышленных предприятий зачастую не удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Чтобы улучшить качество воды и минимизировать затраты на ее дальнейшую очистку предлагается использовать вместо барабанных сеток фильтрующие элементы на основе спирально-навитых конструкций «ТЭКО-СЛОТ» производства «ТЭКО-ФИЛЬТР», г. Тольятти [56].
Объект исследования: водоприемная часть водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников.
Предмет исследования: фильтрация воды от механических загрязнений на водозаборно-очистных сооружениях из поверхностных источников.
Цель работы - разработать конструкции водоприемной части водозаборно-очистных сооружений из поверхностных источников на основе спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» и дать рекомендации по их применению.
Для реализации цели поставлены следующие научно-технические задачи:
1. Провести анализ существующих типов и конструкций водозаборноочистных сооружений из поверхностных источников.
2. Провести экспериментальное исследование разработанной конструкции на примере фильтрующего элемента.
3. Разработать конструкции водоприемной части водозаборно-очистных сооружений на основе спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ»;
4. Дать рекомендации по конструированию и производству водоприемных оголовков для продления срока их службы.
Методологической основой работы является комплексный подход. Для решения поставленных задач применялись следующие методы:
• теоретические (анализ научно-методической литературы);
• практические методы (наблюдение, измерение, сравнение).
Научная новизна заключается в разработке конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений с использованием спирально-навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ».
Практическая значимость работы заключается в разработке таблиц подбора оптимального диаметра фильтрующего элемента в зависимости от производительности; разработке конструкций фильтрующих элементов; даны рекомендации по конструированию и производству водоприемных оголовков для продления срока их службы в различных условиях.
Апробация работы. Основные положения опубликованы в четырех работах автора:
1. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Перспективы применения спирально- навитых конструкций «ТЭКО-СЛОТ» на водозаборно-очистных сооружениях // Молодежь. Наука. Общество: материалы Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции. Тольятти. 2020 https://dspace.tltsu.ru/handle/123456789/20735
2. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Рекомендации по уменьшению коррозии оборудования водозаборно-очистных сооружений на этапе проектирования, производства и эксплуатации // Дни науки ТГУ: материалы научно-практической конференции. Тольятти. 2021.
3. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Исследование пропускной способности фильтрующих элементов на основе спирально-навитой конструкции «ТЭКО-СЛОТ» для поверхностного водозабора // Молодежь. Наука. Общество: материалы Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции. Тольятти. 2021.
4. Гошкодеря Л.В., Лушкин И.А. Особенности конструирования фильтрующих элементов для поверхностного водозабора на основе «ТЭКО- СЛОТ» // Дни науки ТГУ: материалы научно-практической конференции, Тольятти. 2022.
Личный вклад автора состоит в обобщении материала о спирально- навитых элементах «ТЭКО-СЛОТ», разработке графиков подбора оптимального диаметра фильтрующих элементов, проведении эксперимента в условиях открытого водоема, разработке конструкций водоприемной части водозаборно-очистных сооружений, разработке практических рекомендаций по увеличению срока службы водоприемных оголовков из поверхностных источников.
Структура и объем диссертации.
Диссертация содержит введение, 3 главы, заключение и библиография из 74 наименований. Объем работы включает в себя 81 страниц машинописного текста, а также 55 рисунков и 5 таблиц.
В работе рассмотрены основные конструкции водоприемных оголовков, применяемые в настоящий момент на водозаборно-очистных сооружениях в качестве фильтрующих водоприемников.
Обозначены основные особенности и характеристики спирально- навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» и принципы конструирования изделий из них.
Проведен эксперимент с прототипом фильтрующего элемента в условиях открытого водоема. В результате определена его характеристика и позволяют сделать вывод о перспективности применения подобных фильтрующих элементов в качестве фильтрующего водозаборного оголовка.
Разработаны конструкции фильтрующих элементов открытого типа, с засыпкой и подруслового. По результатам наблюдений, а также при сравнении достоинств и недостатков различных типов конструкций наиболее перспективным типом является именно подрусловый инфильтрационно- фильтрующий элемент, поскольку он позволяет в полном объеме выполнить задачи, стоящие перед ним: предварительная очистка воды, уменьшение затрат на эксплуатацию водозаборно-очистного сооружения, защита насосного оборудования от механических примесей, защита оголовка от шуги и льда, уменьшение влияния на водоисточник, рыбозащитная функция.
При применении подобных инфильтрационно-фильтрующих элементов с засыпкой наблюдается практически полное отсутствие биообрастания, что важно для поддержания стабильных эксплуатационных характеристик фильтрующего оголовка, таких, как размер щели, скорость, производительность.
Обозначены основные особенности и характеристики спирально- навитых элементов «ТЭКО-СЛОТ» и принципы конструирования изделий из них.
Проведен эксперимент с прототипом фильтрующего элемента в условиях открытого водоема. В результате определена его характеристика и позволяют сделать вывод о перспективности применения подобных фильтрующих элементов в качестве фильтрующего водозаборного оголовка.
Разработаны конструкции фильтрующих элементов открытого типа, с засыпкой и подруслового. По результатам наблюдений, а также при сравнении достоинств и недостатков различных типов конструкций наиболее перспективным типом является именно подрусловый инфильтрационно- фильтрующий элемент, поскольку он позволяет в полном объеме выполнить задачи, стоящие перед ним: предварительная очистка воды, уменьшение затрат на эксплуатацию водозаборно-очистного сооружения, защита насосного оборудования от механических примесей, защита оголовка от шуги и льда, уменьшение влияния на водоисточник, рыбозащитная функция.
При применении подобных инфильтрационно-фильтрующих элементов с засыпкой наблюдается практически полное отсутствие биообрастания, что важно для поддержания стабильных эксплуатационных характеристик фильтрующего оголовка, таких, как размер щели, скорость, производительность.
