CC BY
28
Таблица 2
Результаты определения никеля в производственных сточных водах (п =4, (0,95:3 = 3,18)
№ Найдено никеля, мг/дм3 S"r S"r F
п/п Исполнитель 1 Исполнитель 2
1 0,13 +0,04 0,11 +0,03 0,057 0,053 1,91
2 0,024 +0,007 0,027 +0,005 0,074 0,071 2,72
3 0,059 4+ 0,007 0,059 +0,004 0,064 0,061 2,14
носительно концентрации никеля был построен гра-дуировочный график (рис. 2).
Для этого в мерные колбы емкостью 50 мл вводили по 10 мл концентрированного раствора МИ3. В каждую колбу прибавляли 1 мл 1 %-й раствор ДМГ и али-квотную часть стандартного раствора, содержащего от 5 до 50 мкг никеля. В последнюю очередь прибавляли 3 мл раствора 12 0,01 н и доводили объем раствора до 50 мл дистиллированной водой. Оптическую плотность контролировали в течение 30 мин через каждые 5 мин при длине волны Атах= 460 нм на фоне холостого раствора. Время процессов регистрировали секундомером, температуру поддерживали в изотермическом варианте при 23±1 оС. Окраска растворов, через 5-7 мин достигнув определенной величины, в дальнейшем почти не изменяется. Градуировочный график линеен в интервале концентрации никеля от 5 до 50 мкг/50мл. Важно соблюдать указанный порядок прибавления реактивов для получения воспроизводимых результатов (табл.1). Математически градуировочный график описывается уравнением: С № = 77,5 А. Относительное стандартное отклонение не превышает 0,05.
Библиографический список
На основании полученных данных разработана методика определения никеля в растворах с диме-тилглиоксимом в присутствии йода. Проведено определение содержания никеля в образцах производственных сточных вод локомотивного депо (табл. 2, исполнитель 1).
Методика. В мерные колбы емк. 50 мл вводят по 2 мл 20 %-й винной кислоты, 10 мл концентрированного раствора ЫИ3, 1 мл 1 %-го раствора ДМГ. Затем прибавляют аликвотную часть подготовленного анализируемого раствора никеля, содержащего не более 50 мкг никеля. В последнюю очередь добавляют 3 мл 0,01 н раствор 12 и доводят объем раствора до 50 мл дистиллированной водой. Оптическую плотность измеряют через 10 мин при длине волны Атах= 460 нм на фоне холостого раствора.
Таким образом, предложенная методика характеризуются простотой, достаточно высокой чувствительностью, правильностью, хорошей воспроизводимостью, а также экспрессностью и точностью, поэтому может быть с успехом использована при анализе природных и производственных сточных вод.
1. Гурьева Р.Ф., Саввин С. Б. Спектрофотометрические методы определения благородных металлов // Журн. ана-лит. химии. 2002. т. 57. С. 1158.
2. Влияние различных химических веществ, содержащихся в воде, на живые организмы и человека. Режим доступа: http://asdemo.iatp.by/ecologie_6.html.
3. ПНД Ф 14.1.46-96. Методика выполнения изменений массовой концентрации никеля в сточных водах фотометрическим методом с диметилглиоксимом. М, 1996. 11 с.
4. Бабко А. К. О реакции иона никеля с диметилглиоксимом в присутствии окислителей // Журн. аналит. химии. 1948. т. 3. С. 284.
5. Пешкова В. М, Савостина.В. М. Аналитическая химия никеля. М.: Наука, 1966. 204 с.
6. Степин В. В., Силаева. Е. В., Курбатова В. И., Федорова Н. Д., Поносов В. И. Анализ цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1977. С. 79.
7. Пешкова В. М., Савостина В. М., Иванова Е. К. Оксимы. М.: Наука, 1977. 127 с.
УДК 628.356
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ И СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ПОВЕРХНОСТИ АЭРОТЕНКА
В.Д. Казаков1, Н.Д. Пельменёва2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты экспериментальных исследований гидродинамики потоков жидкости на поверхности аэ-ротенка-вытеснителя. Ил. 4. Библиогр. 1 назв.
1 Казаков Вячеслав Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, проректор по экономике, тел. (3952) 405030, e-mail: kazakov@istu.edu
Kazakov Vyacheslav Dmitrievich, Candidate of Physical and Mathematical sciences, Pro- Rector on Economics, tel.: (3952) 405030, e-mail: kazakov@istu.edu
2Пельменёва Наталья Дмитриевна, доцент, декан факультета среднего профессионального образования, тел. (3952) 405852, e-mail: pel@istu.edu
Pelmeneva Natalia Dmitrievna, associate professor, Dean of the Faculty of Secondary Vocational Education, tel.: (3952) 405852, email: pel@istu.edu
Ключевые слова: аэротенк; аэрация; очистка сточной воды; системы аэрации.
EXPERIMENTAL STUDY OF LIQUID FLOW TRAJECTORIES AND SPEEDS ON THE SURFACE OF AN AEROTANK V.D. Kazakov, N.D. Pelmeneva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors present the results of experimental studies of fluid flows hydrodynamics on the surface of the aerotank-displacer.
4 figures. 1 source.
Key words: aerotank; aeration; wastewater treatment; aeration systems.
В аэротенках-вытеснителях смесь сточных вод с активным илом проходит последовательную очистку без полного смешения со всем объемом жидкости, а глубина очистки сточных вод - функция расстояния. Особенностью процесса биохимической очистки в сооружениях такого типа является его «ступенчатость» по условиям метаболизма микрофлоры активного ила. При этом концентрация активного ила практически постоянна по всей длине сооружения, в то время как нагрузка на активный ил высока только в начале сооружения и быстро падает уже в первой трети аэро-тенка. На входе в аэротенк дефицит кислорода почти в 3 раза выше, чем на выходе из сооружения при одинаковой интенсивности аэрации. Концентрация загрязнений по БПКполн высока в начале сооружения, но интенсивно снижается по мере приближения к выпуску из него. То есть технологический процесс в таких аэ-ротенках не позволяет достаточно полно использовать весь рабочий объем сооружения.
Существующие системы аэрации, применяемые в аэротенках-вытеснителях, по своим конструктивным особенностям таковы, что воздух и аэрируемая жидкость контактируют лишь в отдельных относительно малых областях объема сооружения. Это не позволяет эффективно обеспечивать равномерное распределение субстрата сточных вод и активного ила во всем объеме аэротенка. Кроме того, наличие свободных от перемешивания зон в объеме сооружения способствует постоянному оседанию активного ила на дно аэ-ротенка.
Поэтому при моделировании биохимических процессов окисления и расчете технологических режимов работы аэротенка очень важным является исследование гидродинамики потоков, возникающих в продольном и поперечном направлениях объема аэротенка под действием аэрирующих систем. То есть необходимо оценить возможности применяемой системы аэрации и эффективности ее размещения в объеме аэротенка.
Довольно часто такие вопросы возникают в процессе реконструкции систем аэрации в действующих очистных сооружениях, когда происходит замена устаревших аэрирующих устройств на новые, более совершенные, имеющие лучшие технические и эксплуатационные параметры.
На первом этапе исследования обычно производится расчет возможных скоростей движения жидкости, возникающего под действием аэрирующих уст-
ройств. Затем на гидродинамической модели определяется наиболее оптимальная схема размещения систем аэрации, обеспечивающая эффективную циркуляцию потоков жидкости и перемешивания сточных вод с активным илом. Полученные результаты теоретических расчетов сверяются с экспериментальными данными, которые определяются на уже действующих реальных сооружениях или на полупромышленных моделях, адекватных по гидродинамическим параметрам реальным аэротенкам. В отдельных случаях, в том числе в процессе реконструкции сооружений, можно сначала проводить экспериментальные исследования, а затем на основании полученных данных производить теоретический расчет и выбор схемы размещения аэрирующих устройств в аэротенке. Поэтому задачей данного исследования являлось изучение гидродинамики потоков жидкости на поверхности аэротенка-вытеснителя (после замены старой системы аэрации на новую, более современную) с целью определения эффективности новых аэрирующих устройств и схемы их размещения в сооружении.
Исследования траекторий движения поверхностных потоков жидкости и скоростей этих потоков вдоль траектории движения производились в продольном направлении движения (от начала коридора до конца коридора аэротенка) и в поперечном направлении движения (от стенки аэротенка, где расположены аэраторы, к противоположной стенке, где аэраторы отсутствуют). Замеры параметров движения жидкости проводились по всей длине коридора с обеих сторон аэротенка в точках на расстоянии 2+3 м друг от друга. Результаты заносились в таблицы, по которым строились эпюры скоростей и траектории движения поверхностного слоя жидкости (рис.1).
Анализ полученных результатов показал, что вдоль стенки, где размещены аэраторы, образуется 5 устойчивых зон движения жидкости. Каждая зона (рис. 1, а) характеризуется определенным набором траекторий, по которым происходит основное движение жидкости - области I и сопутствующее движение -области II. Кроме того, около стенки, где отсутствуют аэраторы, на расстояниях 1+3 м от нее, также наблюдается движение жидкости, но уже по случайным траекториям - 4, не имеющим ярко выраженного направления движения. Наряду с участками, где движение жидкости имеет случайный характер, четко наблюдаются области - III, где движение жидкости практически отсутствует.
% ^© 'N f "VS f /*' "N
О
IiiIГи@;Ыг ли Ж
Рис. 1. Результаты натурных исследований траекторий и скоростей движения поверхностных потоков жидкости в аэротенке: а) 1 - первый коридор аэротенка, 2 - стояк подвода воздуха к аэраторам, 3 - траектории движения жидкости от стенки, где расположены аэраторы, 4 - случайные траектории движения жидкости у стенки, где аэраторы отсутствуют; б) 1,2,3,4,5,6 - эпюры скоростей движения поверхностных потоков жидкости с
наиболее характерными значениями
В каждой условной зоне имеется характерно на- небольшой разницей значений скорости потока жид-
правленный поток жидкости с наибольшим для каждой кости. При этом уменьшение максимальных и мини-
зоны значением средней скорости движения. На эпю- мальных значений скоростей потока жидкости объяс-
ре скоростей (рис.1, б), показаны 6 максимальных няется установкой двух ниток аэраторов вдоль внут-
значений средней скорости для каждой зоны (1 - 0,56 м/с; 2 - 0,73 м/с; 3 - 0,66 м/с; 4 - 0,53 м/с; 5 - 0,56 м/с; 6 - 0,5 м/с). Максимальное значение скорости в точке 2 - 0,73 м/с объясняется тем, что в этой зоне находит-
ренней стенки второго коридора аэротенка вместо трех, расположенных в первом коридоре. Распределение средних значений скоростей движения жидкости приведены на рис. 2.
Рис.2. Эпюры скоростей движения поверхностных потоков жидкости во втором коридоре аэротенка
с наиболее характерными значениями
ся первый стояк подвода воздуха к аэраторам всей системы. Постепенное понижение скоростей движения жидкости в точках 1,3,4,5,6 связано, прежде всего, с падением напора в трубопроводах и в стыках соединения аэраторов, уменьшением путевого расхода по длине аэрационной системы и постепенным загрязнением отверстий самих аэраторов.
Интересной особенностью обнаруженных характерных зон можно считать области сопутствующего движения жидкости (рис.1, а) - II, так как в этих зонах скорость движения жидкости значительно меньше основных участков движения, а траектории движения способствуют образованию поверхностных круговых движений жидкости. Такой характер движения на поверхности аэротенка препятствует созданию циркуляционных контуров движения жидкости в поперечном сечении коридора аэротенка.
Экспериментальные исследования, проведенные во втором коридоре аэротенка, показали подобную картину движения поверхностного слоя жидкости с
Характерные точки значений скорости движения жидкости по результатам измерений соответствуют следующим величинам (1 - 0,45 м/с; 2 - 0,56 м/с; 3 -0,48 м/с; 4 - 0,36 м/с; 5 - 0,45 м/с; 6 - 0,4 м/с). По характерным точкам наибольших значений скорости в каждой зоне можно предположить реальное существование циркуляции жидкости в поперечном сечении аэротенка. В то же время наличие «провалов» на эпюрах скоростей (рис.1, б и рис. 2) предполагает наличие циркуляционных контуров в поперечном сечении аэротенка меньших размеров или их полное отсутствие, так как в некоторых областях II (рис. 1, а) отмечено круговое движение жидкости вместо направленного к противоположной стенке аэротенка. Это хорошо видно на реальном аэротенке-вытеснителе канализационных очистных сооружений г. Черехово (рис. 3).
Наличие областей III на расстоянии 1+3 м от противоположной стенки аэротенка вдоль всей длины коридора позволяет предположить, что циркуляция
Рис. 3. Аэротенк-вытеснитель КОС г. Черемхово с выраженным круговым движением на поверхности
жидкости
Рис. 4. Поперечное сечение коридора аэротенка: 1,2,3 - различные циркуляционные контуры движения жидкости при трехрядном размещении аэраторов «ПОЛИПОР»: 4 - расположение
аэраторов
жидкости может возникнуть в поперечном сечении аэротенка на расстояниях 6+7 м от стенки, где размещены аэраторы (рис. 4). То есть циркуляционный контур не будет перекрывать все поперечное сечение коридора аэротенка.
Таким образом, экспериментальные исследования позволили выявить ряд характерных закономерностей динамики жидкости на поверхности зеркала аэротенка. Кроме того, в процессе изучения обнаружены технические недостатки существующих систем аэрации, не учитываемые в технологических регламентах эксплуатации аэрационных сооружений. То есть, выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Неэффективная раздача воздуха при подводе к аэраторам способствует неравномерному расходу воздуха через аэраторы по всей длине коридора аэро-тенка.
2. Обозначенная проблема может быть решена путем перерасчета подающих трубопроводов и увеличения количества стояков, подводящих воздух непосредственно к аэраторам.
3. Экспериментально полученные скорости движения жидкости совпадают с расчетными данными теоретической модели с погрешностью 5-10% без учета технических недостатков систем подачи воздуха [1].
4. Обнаружен ряд специфических зон при формировании потоков жидкости на поверхности аэротенка. Движение жидкости в этих зонах можно условно разбить на три вида:
1) основное движение - строго направленное к противоположной стенке аэротенка;
2) сопутствующее движение, то есть не строго направленное движение жидкости, переходящее в отдельных участках в замкнутое кольцевое движение;
3) случайные движения, не имеющие определенного направления. Кроме того, в этих зонах обнаружены области, где движение жидкости практически отсутствует - «застойные зоны».
5. Существование специфических зон и разных видов движений жидкости на поверхности аэротенка позволяет сделать вывод о существовании нескольких циркуляционных потоков разного размера в поперечном сечении аэротенка. При этом наличие «застойных зон» на расстоянии 1+3 м от стенки аэротенка, где отсутствуют аэраторы, позволяет утверждать о том, что размеры циркуляционных контуров не перекрывают полного поперечного сечения коридора аэротенка, что совпадает с результатами, полученными из теоретической модели исследования [1].
Библиографический список
1. Казаков В.Д., Пельменёва Н.Д. Исследование гид- Иркутского государственного технического университета. родинамики циркуляционных потоков жидкости в аэротенке, Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. Вып. 2. возникающих под действием аэрирующих систем // Вестник
УДК 620.9: 662.92
СОЗДАНИЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Д.С. Калинин1, В.Д. Калинин2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обоснована необходимость комплексного подхода к созданию энерготехнологий, в основе которых закладывается возможность получения из твердых топлив углеродных и строительных материалов, а также выработка тепловой и электрической энергии. Предложено создание энерготехнологических станций с высокими экономическими и экологическими показателями, в первую очередь на Байкальской природной территории на основе принципов устойчивого развития. Для определения степени экономического совершенства технологий введено понятие коэффициента использования потенциала топлива. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: теплоснабжение; энерготехнологические станции; устойчивое развитие; коэффициент использования топлива.
CREATION OF ENERGY TECHNOLOGIES OF SOLID FUEL UTILIZATION IN HEAT SUPPLY SYSTEMS D.S. Kalinin, V.D. Kalinin
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors prove the necessity of an integrated approach to the creation of energy technologies, which are based on the possibility to obtain carbon and construction materials, as well as heat and electricity from solid fuels. They propose to create energotechnological stations with high economic and environmental indicators, first of all in the Baikal area based on the principles of sustainable development. To determine the degree of economic perfection of technologies the authors introduce the concept of fuel potential utilization factor. 5 sources.
Key words: heat supply; energotechnological stations; sustainable development; fuel utilization factor.
В рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» авторы статьи создают новые энерготехнологии использования твердых топ-лив и горючих отходов. Работы были начаты по мероприятиям 1.6 и 2.6. «Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области энергетики и энергосбережения» [1] и продолжаются в настоящее время.
Новые энерготехнологии необходимы для модернизации топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Модернизация ТЭК должна стать одним из базовых элементов технологического перевооружения страны, инструментом повышения эффективности использования энергоресурсов во всех отраслях экономики, включая потребителей энергии, и проводиться на основе стратегии инновационного прорыва с концентра-
цией усилий государства и бизнеса на создание и освоение «прорывных» технологий. Нормативно-правовая база в области ТЭК должна разрабатываться на основе политики стимулирования энергоэффективности и экологичности применяемых технологий. Развитие новых энерготехнологий позволит обеспечить повышение качества жизни населения, рост конкурентоспособности, финансовую устойчивость, энергетическую и экологическую безопасность страны.
Необходимо модернизировать существующий ре-сурсорасточительный ТЭК, охватывающий лишь 30 % территории России, строить новые энергоэффективные топливно-энерготехнологические комплексы (ЭТЭТК). ЭТЭТК должны быть расположены на всей территории России и включать в свой состав всех потребителей энергоресурсов. В состав ЭТЭТК должны войти энерготехнологические электрические станции (ЭТЭС), создаваемые путем модернизации 485 ГРЭС и ТЭЦ, 110 000 котельных и 50 000 дизельных элек-
1Калинин Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник НИЧ ИрГТУ, тел.: 89501447044, e-mail: kalinin@irk.ru
Kalinin Dmitry Sergeevich, Candidate of technical sciences, associate professor, leading research worker of Scientific Research Department, tel.: 89501447044, e-mail: kalinin@irk.ru
Калинин Вадим Дмитриевич, аспирант, тел: 89501447244, e-mail: vkalinin@irk.ru Kalinin, Vadim Dmitrievich, postgraduate student, tel: 89501447244, e-mail: vkalinin@irk.ru
