CC BY
9
скоплений осколков (рисунок 1г) с гладкими поверхностями, граничащие с зонами вязкого разрушения.
Для сплава А1 + 6%Mgс примесями цинка, олова, свинца, никеля, марганца (введенными порознь) в целом характерен вязкий излом (рисунок 1 д,е).
Особенность поверхности разрушения сплавов с примесями олова свинца заключается в наличии частиц этих элементов на гребнях деформированной матрицы.
В сплаве с примесью цинка, в следствии того, что уменьшается растворимость магния, объемная доля р-фазы увеличиваются. Соответственно, на поверхности разрушения четко видны фасетки скола, содержащие включения этой хрупкой фазы. Структура излома характеризуется наличием сетки из ямок, образованных в результате слияния микропор.
Поверхность разрушения сплава с примесью никеля показывает, что ямочному разрушению в них предшествовала значительная пластическая деформация матрицы. Зона мягких ямок, по всей видимости, соответствует разрушению по включениям фазы №А13. Аналогичный излом имеют сплавы с примесями марганца (рисунок 1 е). Растворимость марганца в алюминии (так же как цинка и в отличии от никеля), вероятно, обеспечивает на структуре излома участки мелких ямок, образованных в результате слияния микропор.
Изучение поверхности разрушения сплава А1 + 6%Mgс примесями, введенными совместно на различных уровнях (рисунок 2), показало, что многокомпонентные сплавы имеют более гладкую поверхность излома. Такой вид излома образуется, вероятно, в результате развития трещин по частицам фаз, образованных примесными элементами.
Аналогичный вид разрушения наблюдается у силуминов, задачей изучения которых является повышение их пластичности путем выяснения факторов, определяющих их хрупкость. Изучены особенности строения излома модельных двойных сплавов с 3, 8 и 11% кремния, легированных силуминов и промышленного поршневого вторичного силумина.
Структура излома силуминов тесно связана с морфологией кристаллов кремния (хрупкое разрушение) и эв-
тектической колонии аА1 + Si(вязкое разрушения в области твердого раствора). Дополнительное легирование не меняет характер разрушения силуминов. Увеличения количества легирующих элементов и примесей делает их структуру весьма гетерогенной за счет образования при кристаллизации разнообразных фаз и структурных составляющих. Так, например, в промышленном сплаве АК5М2 обнаружено 10 различных фаз. Это приводит к снижению механических свойств. Поверхность разрушения литых образцов имеет грубый рельеф.
а б в
Рисунок 3. Типичные микроструктуры и поверхности излома поршневых силуминов. а) микроструктура, СЭМ; б, в) фрактограммы (б- литое, в- т/о состояние).
Основная доля излома принадлежит областям скола по кристаллам кремния, и частицам избыточных фаз, интерметаллидов, образованных основными легирующими элементами и примесями. Таким образом, для повышения пластичности силуминов, алюминиевых сплавов из вторичного сырья необходимо каким-то способом уменьшить количество избыточных фаз кристаллизационного происхождения или изменить морфологию их выделений - сделать более компактным. Второе направление повышения пластичности силуминов - изменение внутренней структуры кристаллов алюминиевого твердого раствора, то есть его легированности, морфологии и фазового состава продуктов распада пересыщенного твердого раствора при старении. Оба решения, при их различии между собой, приводят к другому способу облагоражива-
ния структуры алюминиевых сплавов, а именно: изменению их химического состава, а значит к оптимизации химического состава существующих и применяемых сплавов или разработки составов новых сплавов из утилизированного сырья.[4]
Список литературы
1. Ботвина Л.Р.Кинетика разрушения конструкционных материалов. М.: Наука, 1989. - 230 с.
2. Клевцов Л.Р., Ботвина Н.А., Клевцова Л.В.Разру-шения металлических материалов и конструк-ций.М.: Наука, 2007. - 251с.
3. ВладимировВ.И. Физическая природа разрушения материалов.М.: Металлургия, 1984. - 280 с.
4. МансуровЮ.Н. Инновации в металлургии. Мн.: Ташкент, 2008. - 198 с.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ТРАДИЦИОННЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ ПОДГОТОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Чудновский Семен Матвеевич
канд.техн.наук, доцент, Вологодский государственный университет, г.Вологда,
Лихачева Ольга Ивановна
старший преподаватель, Вологодский государственный университет, г.Вологда,
Одинцов Владимир Васильевич
канд.техн.наук, доцент, Вологодский государственный университет, г.Вологда.
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассматривается новые технологии, позволяющие обеспечить гибкое управление системами осветления и обесцвечивания природных вод в режимах реального времени ABSTRACT
This paper deals with new technologies to provide flexible control systems clarification and discoloration of natural waters in real time
Ключевые слова: очистка природной воды, мутность, цветность, электрофоретическая скорость, гидравлическая крупность.
Keywords: purification of natural water, turbidity, chroma, the electrophoretic speed, hydraulic size.
Требования к качеству воды, предъявляемые потребителями, весьма разнообразны и зависят от ее назначения. Так, например, вода, используемая для питьевых и хозяйственно-бытовых целей, должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, иметь благоприятные органолепти-ческие свойства.
В данной работе под традиционными технологиями подготовки питьевой воды понимаются наборы методов химического и физического воздействия на воду, добываемую из поверхностных источников, реализованные в виде трех технологических схем сооружений, используемых повсеместно в Российской федерации и за рубежом.
Первая схема представлена на рисунке 1.
Г1
2 3
1 1
7
7
Рисунок 1. Схема с камерами хлопьеобразования и отстойниками: 1-подача исходной воды; 2- барабанные сетки; 3-смеситель; 4-камера хлопьеобразования; 5 -отстойник; 6 -резервуар чистой воды; 7- реагентное хозяйство;
8 - хлораторная.
Рисунок 2. Схема с осветлителями со взвешенным осадком: 9 - осветлители со взвешенным осадком
Время пребывания воды на сооружениях первой схемы составляет от 3,5 до 4,5 часов. В течение этого периода осуществляются три технологических процесса: коагуляция, отстаивание и фильтрование.
Вторая схема представлена на рисунке 2.
В осветлителях со взвешенным осадком совмещены процессы коагуляции и отстаивания. Время пребывания воды на сооружениях второй схемы составляет от 2 до 2,5 часов
Третья схема представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема с контактными осветлителями: 10 - контактные осветлители
В контактных осветлителях совмещены процессы коагуляции, отстаивания и фильтрования Время пребывания воды на сооружениях третьей схемы составляет от 1 до 1,5 часов.
Управление данными технологическими схемами в большинстве случаев осуществляется следующим образом: в соответствии с утвержденными графиками отбираются пробы исходной воды и в лабораторных условиях определяются показатели её качества (мутность, цветность и другие). Затем с учетом этих показателей определяются или принимаются необходимые дозы реагентов (коагулянта, флокулянта и других), которые добавляются в исходную воду. Контроль качества очищенной воды осуществляется на выходе ее из основной цепочки сооружений при поступлении в резервуары чистой воды. При этом, во многих случаях, графики отбора проб воды на входе и на выходе не согласованы друг с другом. Поэтому такая система контроля является ненадежной, при этом, чем больше времени вода находится в сооружениях, тем менее надежной является ее очистка.
Регулирование процесса коагуляции воды основано на определении оптимальной дозы коагулянта по методике пробного коагулирования [2, п.2.24]. Эта методика осуществляется преимущественно в лабораторных условиях путем визуального наблюдения за процессами образования хлопьев в стеклянных цилиндрах с исходной водой, в которые добавляются различные дозы коагулянта. При этом фиксируются различные стадии процесса коагуляции (помутнение, образование мелких хлопьев, крупных хлопьев, начало осаждения). Такое определение является продолжительным, трудоемким и неточным, так как не учитываются реальные условия в сооружениях (температура воды, скорости ее движения в объемах сооружений, равномерность распределения раствора коагулянта по объему обрабатываемой воды и другие). Кроме того, при осуществлении этого метода невозможно следить за ходом процесса коагуляции и осаждения коагулированной взвеси в режиме реального времени, следовательно, невозможно обеспечивать гибкое управление процессом коагуляции. Таким образом, данный метод является недостаточно надежным. При этом, последующие процессы отстаивания и фильтрования вообще никак не регулируются. Они планируются на стадиях проектирования сооружений и зависят только от размеров сооружений.
В отдельных случаях определение оптимальной дозы коагулянта осуществляют на основании измерения дзета-потенциала взвешенных в воде частиц. Этот метод является более точным и с теоретической точки зрения наиболее оправданным, так как «величина дзета-потенциала частицы определяет ее способность к коагуляции и во многих случаях является основным критерием полноты
протекания процесса» [1,стр.29]. Однако при осуществлении этого метода также невозможно следить за ходом процесса и управлять им. В частности, при отборе проб исходной воды и определении дозы коагулянта каким - либо из указанных выше методов выяснить, действительно ли оптимальной была доза коагулянта, добавляемая в воду можно только после анализа воды на выходе из сооружений.
Для решения изложенных выше проблем в Вологодском государственном университете разработаны новые технологии, позволяющие обеспечить гибкое управление системами осветления и обесцвечивания природных вод в режимах реального времени [7, с.47-48]. В частности, для управления процессами коагуляции разработан новый способ регулирования этого процесса [3]. При использовании этого способа регулирование агрега-тивной устойчивости частиц взвеси в воде осуществляется на основе экспресс-измерения электрофоретической скорости движения этих частиц взвеси сверху вниз и сравнения ее с величиной электрофоретической скорости, соответствующей нижнему порогу коагуляции. Следует отметить, что именно электрофоретическая скорость является в формулах, по которым вычисляется величина дзета-потенциала, основной составляющей, которая напрямую характеризует электрокинетический заряд частицы. Кроме того, при необходимости, осуществляется регулирование процесса флокуляции на основании седи-ментационных экспресс-анализов путем определения гидравлической крупности взвеси в процессе образования хлопьев. Эту гидравлическую крупность сравнивают с оптимальной гидравлической крупностью хлопьев, которая устанавливается технологическим регламентом. На основании такого сравнения также в режиме реального времени корректируется доза флокулянта.
Для гибкого управления процессами очистки воды в осветлителях со взвешенным осадком и в скорых фильтрах также разработан новый способ [5]. В соответствии с этим способом перед поступлением воды в смеситель при производят в режимах реального времени экспресс-измерения цветности, мутности, щелочности и электрофорети-ческой скорости движения частиц взвеси сверху вниз в исходной воде и на выходе из смесителя, затем перед поступлением ее в осветлитель со взвешенным осадком осуществляют управление процессами очистки воды в коридорах осветлителя на основании седиментационного экспресс-контроля в режиме реального времени гидравлической крупности частиц взвеси. Оптимальная величина гидравлической крупности обеспечивается путем регулирования скорости отведения воды с осадком из осветлителя. В дальнейшем контролируется накопление осадка и обеспечивается периодическое его удаления на основании
седиментационного экспресс-контроля, поступающего в осадкоуплотнитель него количества взвеси.
Кроме того, в скорых фильтрах переключение с режима фильтрования на режим промывки и регулирование времени и интенсивности промывки производят на основании сопоставления результатов седиментационных экспресс-анализов количества взвеси, поступающей на фильтры и на выходе из фильтров. Таким образом, во второй схеме сооружений имеется возможность обеспечить гибкое управление в режиме реального времени всеми технологическими процессами очистки воды от входа до выхода. В результате повышается надежность очистки воды.
Для гибкого управления процессами очистки воды в контактных осветлителях разработан новый способ и устройство для его осуществления [4]. В процессе движения очищаемой воды снизу-вверх через фильтрующую загрузку происходит образование хлопьев взвеси и задержание их в порах этой загрузки. Очищенная вода поступает в переливной желоб, из него - в верхний карман осветлителя, а затем - в трубопровод отвода очищенной воды. Управление процессом коагуляции в стесненных условиях фильтрующей загрузки производится путем регулирования скорости фильтрования на основании экспресс-контроля в режиме реального времени величины остаточного коагулянта в воде и в объеме его фильтрующей загрузки. Переключение с режима фильтрования на режим промывки осуществляют на основе экспресс-контроля цветности, мутности и щелочности исходной воды, а также цветности и мутности воды на выходе из контактного осветлителя. Время и интенсивность промывки регулируют на основе седиментационного экспресс-анализа взвеси на выходе из контактного осветлителя.
Таким образом, имеется возможность обеспечить гибкое управление процессами очистки воды от входа до выхода в трех традиционных наиболее распространенных схемах водоочистных сооружений. Основными параметрами, которые необходимо контролировать в экспресс -режимах для успешной реализации новых технологий являются: мутность, цветность, электрофоретическая скорость движения частиц взвеси, гидравлическая крупность частиц взвеси, величина остаточного коагулянта в воде и другие. Все эти характеристики и показатели можно контролировать в автоматическом режиме с помощью
устройства для анализа воды [2], которое также разработано в Вологодском государственном университете.
Список литературы
1. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами / Е.Д.Ба-бенков. - Москва: Наука, 1977. - 346 с.
2. Патент RU 2415399 Российская Федерация. Устройство для анализа воды/ С.М. Чудновский, А.А. Плеханов, Е.А. Данилова, А.В. Виноградова, А.А. Суконщиков; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. - Опубл. 27.03.2011.-Бюл. №9.
3. Патент 2415814 Российская Федерация, Способ регулирования процесса коагуляции воды / С.М. Чуд-новский, Е.А. Жирихина, Н.Г Жаравина.; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. -Опубл. 10.04.2011. - Бюл.№10
4. Патент 2471719 Российская Федерация. Способ регулирования процессов очистки воды в контактных осветлителях и устройство для его осуществления /С.М. Чудновский, Н.А.Кузнецова; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. -0публ.10.01.2013. - Бюл.№1
5. Патент 2537609 Российская Федерация. Способ регулирования процессов очистки воды в технологических схемах, содержащих осветлители со взвешенным осадком и скорые фильтры / С.М. Чудновский, М.Э.Макушина, К.А. Семенова; заявители и патентообладатели - авторы.- Опубл. 10.01.2015. Бюл. №1
6. Пособие по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения (к СНиП 2.04.02-84). Утв. приказом Союзводоканал НИИ-проекта от 5 марта 1985 г. №4.1. - Москва: Центральный институт типового проектирования, 1985. - 33с.
7. Чудновский, С.М. Перспективы обеспечения гибкого управления системами осветления и обесцвечивания природных вод /С.М. Чудновский, О.И. Лихачева.- Materjals of the X International scientific and practical conference, «Modern European science»,-2014. Volume13, Ecology. Geography and geology/. Chemistry and chemical technology. Sheffield.UK. Science and education LTD- p.45 -48.
ОЦЕНКА ИЗМЕНЧИВОСТИ СВОЙСТВ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Шаров Александр Сергеевич
Студент 6 курса каф. САПР ИТАСУ НИТУ «МИСиС», г.Москва
Ческидов Васили Владимирович
Канд. техн. наук, доцент каф. Геологии Горного института НИТУ «МИСиС», г.Москва
Изменчивость инженерно-геологических свойств массивов пород техногенного происхождения в пространстве и времени отражается в объективно существующих отличиях характеристик отложений в разных точках массива в зафиксированный момент времени. Изменчивость свойств обусловлена неодинаковостью вещественного и зернового (гранулометрического) состава, структурно -текстурных особенностей в зависимости от применяемой технологии складирования, параметров массива, продолжительности «отдыха».
Гидроотвалы и хвостохранилища представляют собой сложные плохо организованные системы, это объясняется процессами их формирования и часто разрозненным укладываемым материалом. Поэтому во многих случаях не удается разграничить влияние конкретных факторов, определяющих свойства отложений. Перечисленные положения обусловливают наиболее широкое применение статистических моделей при оценке изменчивости и проектировании систем точек сбора информации при проведении изысканий на намывных техногенных массивах [2].
