автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация работы дренажно-распределительных систем скорых фильтров

КИЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ '

1 ■' і О Iі ! І -

1 7 ФЕВ 1997

• На правах рукопису УЛН 628.16.06

ЗЛОБІН Ілля Олександрович

1НТЕНС'/Л!ІКАЦІЯ РОБОТИ ЛРЕНАІ’ИО-РОЗПОДІЛЬЧІ« СйСТЕ'і ШВИДКИХ ФІЛЬТРІВ

”гсцірлькісгь 05.ЯЗ.04 - г.о'спосіЕ.иагпіл, какзгізааія

А В Т 0 ? Е ї Е Р А 7 лисестваіі на здобуття наукового стугєня кандидата технічних наук

Київ - 1997

Дисертаційна робота виконана в Київському державному технічному університеті будівництва і архітектури та Полтавському технічному - уніаерситеті. •

■ Наукові керівники: - академік НАН України

Л.А.КульськиЙ '

- кандидат технічних наук,

< доцент С.М.Сребняк

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, протесор _

. М.Г.Пивовар

, - кандидат технічних наук,професор

0.А.Василенко .

Провідна організація - інститут гісротехніки і ■ меліорації УААН

Захист відбудеться * /І? " ¡-Є>Т> О ¿¿> 199 р. о /3 на засі-

данні спеціалізованої ради Д 0І.18.С9 Київського державного техніч -ного університету будівництва і архітектури за адресою: Київ - 37, Позітрдкоііяотський проспект, ЗІ, к. Лбо.

З дисертаціє» мояна ознайомитися в бібліотеці Київського державного технічного університету будівництва і архітектури.

Відгуки на автореферат просимо надсилати у двох примірниках за підписам, завіреним печаткою, на адресу: 252037, :.:.Кпїв~27, Позітрякойястський проспект, ЗІ, КДТУБІА. Вчена рада.

„ Аатсреферат розіслано " /О " 199£ р.

Зчепи',- секретар іетиалізозаної рад-д, кандидат

технгчш: наук, професор ■ **ЛЛтпов

лА---

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дренаж є одним з основних конструктивних елементів швидких Фільтрів. Призначений він для відведення фільтрату та регенерації Фільтруючого завантаження. Вважається, що він мас недостатню надійність, значну металоємкість, велику трудомісткість як при будівництві так і яри експлуатації. Недостатня ефек -тивність роботи споруд, що очищають та доочищають стічні води на -селених пунктів та промислових підприємств, призволить до того, що стічна вода скидається в водойми без очищення, або з недостатнім очищенням. Таким чином вода річок і водоймищ забруднюється завислими та органічними речовинами, наФтопродукгами, амонійним азотом та солями важких металів. Це створює сприятливі умови для виникнення отруйних та інфекційних захворювань.

Все вищесказане обумовлює необхідність пошуку нових технічних рішень, які б інтенсифікували роботу споруд очищення технічної та питної води і особливо на замикаючому ступені, основою якого с різи конструкції, швидких фільтрів. В зв’язку з цим рішення проблеми інтенсифікації роботи Фільтрів безумовно є'актуальнім. Воно моге 5ути досягнуте підвищенням ефективності регенерації завантаження,

?и використанням нових конструкцій дренажів.

Кетог. дисертаційної роботи є підвищення ефективності роботи ¡вкдких фільтрів шляхом розробки і впровадження вдосконалених кон-:трукиій дренажно-розподільчих'систем. . '

Наукова новизна. На основі теоретичних та експериментальних осліджень запропонована конструкція дренажної системи швидких ільтрів з урахуванням особливості її роботи як при зборі Фільтра-у, так і при розподілі промивної води. ■ . ■

Зстенорлена залежність ступеня рівномірності розподілу проккв-ої води від діаметр;/ елементів пористого матеріалу дренажу та еє-ичини втрат напору, який виражено через критерій Ейлера.

Одержано критерії Ейлера, Рейнольдса, Вебера для гідродинамічні характеристики пористого дренажі'. ' .

Запропонована залежність, що визначає оптимальну відстань між !№и окремих розподільчих елементів дренажу е залежності від ін -знсивності промивання та діаметра частинок фільтруючого заванта -їння. .

Встановлено вплив вміст}' поверхнево-активних речовин /ПА.?/ в їді на гідравлічний опір пористого матеріалу та рівномірність зподілу промивно! води.

Розроблень акустична система контролю 'заЕиеяогО шару Ї.Зллі-'', цо дозволяє: безпосередньо контролювати ступінь розширення фільтруючого шару при його промиванні. ■

. Запропоновано метод визначення гідравлічного опору дренажу при будь-якому гідравлічному навантаженні.

Практична цінність і реалізація результатів роботи

полягає в .істотній інтенсифікації роботи швидких фільтрів ; '

знженні капітальних та експлуатаційних витрат як при реконструкції діючих очисних споруд, так і в новому будівництві; змеинен -ні металоємкості та трудомісткості монтажу; в можливості розра -хунків конструктивних параметрів дренажу з будь-яким наперед запеним ступенем рівномірності розподілу рідини; встановленні залежності вмісту ПАР в воді на гідравлічний опір пористого ма -теріалу; розробці акустичної системи контролю ступеня роззирен -нк фільтруючого шару при промиванні.

Методика розрахунку ивидких фільтрів, конструкція дренажу з волокнистим пористим поліетиленом та наведені в роботі рєко-менлппії використані при проектуванні та реконструкції очисних споруд об’єднання "Пслтававодоканал" і районного, водопроводу "Дніпро-Кіровоград". .

Результати дисертаційної роботи впроваджені в учбовому процесі кафедрою водопостачання, еодоеідвєдєння і екології гідросфери Полтавського технічного університету.

Основні положення, по виносяться на захист;

1. Результаті; аналізу руху рідини через систему дренаж -

фїльтруг;тї; сар як при очищенні води на фільтрі, так і ігри його промиванні. , -

2. Узагальнена модель руху рідини з дренажно-розподільчій

системі в критеріальній формі. . .

3. Подель взаємодії дренажно-розподільчої системи та фільтруючого вару при промиванні фільтра. : „

/- Х.Глігл'П’ПгОТі'^О’ /»ИЛЧ»ВІИ* твтігл^л,^« лР.т ттт іг*

'і • **,7 •**->.••» І * V «. ъ/ ШАі'іих

ра з волокнистим пористим поліетиленом, що має високу ступінь рівномірності розподілу води при промиванні фільтра.

5. Економічне обгрунтування : доцільності застосування

конструкції дренажу, що враховує рекомендації дисертації.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідалися і обговорювалися на науково-технічних конференціях Київського Державного технічного університету будівництва і архітектури / І9Є8 р.', Полтавського технічного університету /I960, 1990-ISSo p.p./,. на нараді НТТ з місті Кременчуці /І9Е8 р./. В цілому робота догозіла-лася і обговорювалася на семінарах кафедри "Водопостачання, водо-відведенкя і екології гідросфери" Полтавського технічного ;.-ні’-?ер -ситету і об’єднаному семінарі кафедр гідравліки, вочовігведення і водопостачання Київського Державного технічного університету бу -дівництва і архітектури в 1596 році.

Публікації результатів. По темі дисертації опубліковано 9 друкованих робіт, в тому числі одне авторське свідоцтво на винахід.

Структура та об’єм дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти глав, висновків, списку літератури, що містить 135 назв, та 8 додатків. Об'єм роботи складає 172 сторінки машинописного тексту, в тому числі 12 таблиць і 42 ілюстрації.

Об’єм додатків - 8 сторінок.

. КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ .

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовані ціль і задачі досліджень, дана загальна характеристика, наукова новизна, практична цінність роботи. ’

В першій главі "Огляд відомих дренажно-розподільчих систем і кінематичних моделей їх роботи" проведено аналіз сучасних конструкцій дренажно-розподільчих систем в плані інтенсифікації їх роботи. Відмічається, що існує б'вгзто конструкцій дренажних систем. Причи -нами їх багаточисельності в: прагнення інтенсифікувати роботу швидкого фільтра і дренажно-розподільчої, системи зокрема; наявність суттєвих недоліків в конструкціях, що застосовуються.

Трубчаті дірчаті дренажі улаштовуються з гравійними підтримуючими шарами, які потребують додаткової висоти фільтра. Це призво -дить до зміщення гравійних шарів і виходу фільтра з ладу. Відбува -ється також корозія труб. Дренаж має велику металоємхість.

Щільові трубчаті дренажі трудоемкі в виготовленні. При експлуатації щілини заклинюються зернами засипки фільтра. Щілквання гласт-масових труб знижує їх міцність.

Ковпачкові дренажі мають високу ікгустріальність виготовлс-ккя,

але потребують великих затрат ручно і праці при монтажі.

. Пористобетонні дренажі прості в виготовленні і дешеві, якщо застосовуються цементи, але вони руйнуються при фільтруванні води, обробленої коагулянтами. Якщо застосовуються епоксидні смоли, вартість їх значно підвищується. . "

Дренажі з 'формуванням склепіння рекомендуються для застосу -вання а фільтрах з висхідною фільтрації®. Застосування їх в зви -чайних фільтрах вгачено недостатньо. г

В останні роки намітилася тенденція застосування в швидких фільтрах безгравійних пористих дренажних систем.

В дисертації зазначено, що дослідження по інтенсифікації ро -боти дренажно-розподільчих систем можуть бути направлені на пошук матеріалу, більш технологічного ніж полімербетон, і конструкції дренажу, що має перевагу в порівнянні а голімербетонним дренажем» Детальний аналіз основних вимог, що пред’являються до дренажно-розподільчих систем овадких фільтрів, дозволив стверджувати, що в конструкції дренажу може бути примінено новий матеріал - волокнистий пористий поліетилен. Фільтраційні властивості його в умовах' роботи в швидких фільтрах вивчені недостатньо. .

. В дренажно-розподільчих системах швидких фільтрів відбувається рух води з змінною масою з нерівномірним розподілом /збором/ по довжині. Існуючі математичні моделі нерівномірного руху води змінної маси на враховують зміну коефіцієнта витрат по довжині дренажу, а також вплив на рівномірність розподілу /збору/ зміни поверх -невого натягу при фільтрації.промислових вод з високою концентрацією ПАР. Дренажно-розподільча система фільтра повинна забезпечи-ти‘рівномірніоть як розподілу, так і збору води.

В главі проведено обгрунтування та сформульовано задачі до -слідження, спрямовані на підвищення ефективності роботи швидких фільтрів шляхом розробки удосконалених* конструкцій і методів розрахунку дренажно-розподільчих систем. . . .

У другій главі "Теоретичні дослідження інтенсифікації роботи гренажно-розподільчих систем" проведено аналіз роботи дренажної системи швидкого фільтра при двох режимах: Зворотнього промивання Фільтруючої засипки і іільтруванні /очищенні/ годи. '

Встановлено, ото так як при очищенні вопи відбувається нерівномірна KWTbí/sTacijr фільтруг-чої засипки, то'для забезпечення pie-невірності -розподілу промивної води,- різниця втрат нагору в Фіяьт-ругчій заглгиі або збільшення відновленого наг.ору: повинно бути кой-

геноопано збільшення!.'. втрат нагору в дрє-нахі.

Втрат;' каперу в дсекаясі повинні гмін.с.воткся ріггортгно. - зкону зміни іігчого напору. НаГ.більз грипусткио здійснити з,міну зтрпт капору по ДОВЖИНІ РОЗПОДІЛЬНИКА в ковструзшіях з пористого бСТОНЛ’ або Сг.лси>іо-:;;і.':ьоБому яр-знакі з викот.кста.нням ролокнкгтего і.срнсто-го голіеткгену ,•зиігезючи діаметр елементі? пористого масеріаду е напря;.:::у розділу веди. ■

Втрат:: наперу в зернистій зйсиіші і ь лрекгкі {invrp гадсуагь не ттлек" *-ід кснстрі’кгїіркйх гзраиетгі». а ьі? властиьос”^ «от, а самг,: гугг.'нк, в'язкості, поверхневого натягу/.

"р; єкс'.луотвиії. Фільтрів в комунальному водопостачанні, де поаерхневи": натяг природно ї води пряктичта не змінюється, останній не враховується у розрахунках. Ase з яроктеловоку водопостачанні, . РО .мірі ТОГО ЯК у ВОЛІ збільшується КІЛЬКІСТЬ ПАР, ГІДПйКІ^'гИГ: опір Зуде ззгеудати тід числа Вебера через жалість и;:сла Рєйнодьдса. Змен-tzv.y.y. гідравлічного огору грстведе до зменіеннл рівномірності розг.о-:ілу промивної чи збору Фільтрованої води. . .

_____3_дрєка*ах, виготовлених із пористого матеріалу, питомі втрати

із пору &Н/-£ вкзначавться характерним’діаметрем d /гранул .волокон ш прохізних отворів/, швидкістю фільтрації "б , густиною соди р , ;инамічнон в’язкістю ju , поверхневим натягом <о . .

Зсі перелічені величини можуть бути "пздая} залеглісго:

Рівняння / І / ис багато рішень в залежності від того, еіц-;сно яких кезілошос вони проводяться. Так як при фільтрації нлй-ільи важливою е зміна в’язкості і поверхневого натягу, то ріпен-ш / І / буде рівняння: _

Рівняння / 2 / є критеріальним рІЕнянням гідродинаміки сто -вно рішення задач фільтрації через зёрнистий кар фільтра, а також риетий дрекаж-розподільник. • .

Ефективність роботи швидкого фільтра в значній мірі залежить від взаємодії дренажно-розподільчої системи і фільтруючого тару, тікання промивної еоди через отвори розподільчих трубопроводів пористих матеріалів відбувається з утворенням затоплених стру -іів. Перехід заснпхи в завислий стан при промиванні коже бути ви-

/1 /

значений "через критичну шшіикість зависания та число Архімела. Аналіз цього процесу £0350лиг прийнята, за математичну модель взаємодії засипки і цреттгу йільгра таке рірняння:

¿с=Я<СЖ/іГнр. /з/

де і'с - ширина струкєня кь рівні накладання суміжних струменів;

с( - діаметр частинок фільтруючої засипки; \Х/- інтенсивність проминання фільтра; ТЇкР- кркичка швидкість, его відповідає, іїс -чагку зависання часток гьвхта.:>е.чня; А- - безрозмірний параметр.

Тг-ьтя глава "Експериїхь.тальні дослідження інтенсифікації роботи дренажно-розподільчих сігстгі.: швидких фільтрів" присвячена питанню моделювання руху годи в дренакно-розподільчих системах, опису експериментальних устьнснск та методик дослідження.

На основі теоретичного аналізу доведено, цо при прийнятих умовах збереження гєоакетрІЕ волк / і/, р, Є /на мог елі і р нату -рі, а такок прк <і^с(н - масптаб коделювання як для швидкості, так і для витрат, повинен бути рівним одншщі. Враховуючи де, прийнято фрагментарне моделювання на п’яти коделях.

Гірк дослідженні течії води в пористому матеріалі використані одномірні-. моделі з такими розмірами, при яких -можна знехтувати впливом стінок.

¡ІЛп вивчення розподілу промивної воки використано розподільник з еквівалентним діаметром піддонного каналу і довжиною, характерними для швидких фільтрів очисних споруд. Для елвчєння взаємодії дренажно-розподільчої системи і засипки фільтра та затрк.іуючої дії дренагу 3 утворешіяз.і СКЛЄПІШІЯ використані ■ ДЕОУІрнІ /плоскі/ моделі. Ширина їх дозволяє досліджувати ефективність промивання фільтра при відстані між розподільниками еід 0,2 до 1,2 м.

Всі дослідження проведено на воді питної якості. Установки . працювали по замкнутій'циркуляційній схемі.

- Дослідження затримуючої здатності дренажу з утворенням проведено' на моделі з діаметром дірчатої розподільчої труби 75 мм. Ефективність утворення склепіння під ковпаком оцінювалася по кількості твердої фази у фільтраті шляхом і І зважування на терезах з точністю до 0,1 мг. Вивчалася робота дренагу як’в статичних умовах, так і при вібрації. Збудження коливання відбувалося при допомозі вібро - ■ столу ВС-І з частотою вібрапії 20-30 Гц і амплітудою 0,0X5-им. Нк фільтруючий матеріал використано кварцевий пісок з мінімальним ді-. амегром 0,5 мм, активоване вугілля сі .=0,5 мм, іоніт АН-17 с/.=0,3им.

' ММ . \ пш

Іосліди лро*еяено при швидкостях фільтрації 0-40 м/год. Витрати всій ка установці визначалися вагозкм способом.

Вивчення закономірності фільтрації води, ідо має різкий говерх-іевий натяг, проведено на стенді з колонов діаметром 100 мм, вяго -■овленої з органічного скла. Досліди гроз едено при швидкості фільт->ації 0-75 м/год і еквівалентному діаметрі частинок засипки 0,75;

,5; 3,5; 8,5 ?,?/. Поверхневий натяг змінювався від 0,073 НА.» до ',035 Н/м. Зміна поверхневого натягу досягалася дозуванням в коду ¡оверхнево-актщно І речовини СП-І0. Поверхневий натяг визнавався іетодом капілярного підняття.

Для проведення дослідження рівномірності розподілу промивно; оди була створена налівпиробнича установка довжиною 4,3 м та зквх-алентнкм діаметром піддонного каналу,0,15 м, з нерухомим пористим аром з гравійної засипки. Як водомір бун еккопистакл’?. траг/ям і дальня водозлив. Витрати води становили від 2,6 л/с до 54 л/с.

Дослідження фільтраційних характеристик волокнистого пористого оліотилена проведено я скляні? колонці діаметром 36 мм гри свид -ості фільтрації 0-120 м/год і товтцкні зразка 22, 55, 82, 145 і 50 мм. Діаметр елементарних волокон поліетилену становив 0,3 мм.

Взаємодія дренажу і фільтруичо ї засипки дослідязна ъ іцільогочу этку 705x535x105 міг, в якому передня стінка для контроля дссліду а можливості фотографування, виготовлена з вітринного скла. Дослі-х проведено з двома Фракціями піску: мілкозернкстого =0,45 мм крупнозернистого ciQ =1,3 Моделювалася промивка фільтра з най-аншою інтенсивністю 1,25 л/с -*/ і найбільшою - 16 п/с-м^.

З роботі застосована акустична система контролю закислого шару їиС£/, що дозволяє контролювати якісні параметри промивання / є »рчеакня, розширення завантаження чи ні/. До її складу »ходить tmn-:алічний п’рзодятчик, широкополосний підсилював звукової частоти

і осцилограф і вольтметр. Чутлігвість розробленої систем:' достатня m виявлення верхнього кордон;/ завислого шару засипки.

З ,ч.зто!' одержання достатньої кількості необхідних даних гри

і довільному контролі та мінімальних затратах часу на проведення ■слілії?, відповідні розрахунки і статистичну обробку рззуяьтстіг, •ог'.'.дено послідовне планування експериментальних досліджень. Ге -вірка адекватності прийнятих математичних моделей проводилася г.с птеріп Зіиера. Статистична оцінка одержаних даних, регресії»«»:!* аліз наближення фунхиі ї методом ка Менших квадоагіз яот велені за помогою ЕОМ. Для забезпечення 9ї$-ї імовірності кількість доелі-

дів в кожній серії прийнята не'меншою 19.

В четвертій главі "Аналіз гідродинамічних характеристик дре -нзлно-розподільчих систем" проведено аналіз гідродинамічних характеристик дренажно-розподільчих систем, одержаних в'результаті експериментальних досліджень. .

Експериментальні дослідження ефективності дренажної системи з утворенням склепіння дозволили одержати залежність кількості твер -лої фази у фільтраті від швидкості фільтрування . Аналіз '

одержаної залежності дозволяє стверджувати, що при звичайних швид,-костях фільтрації на пісчаних фільтрах / до 10-12 м/год/ кількість твердої фази, що викоситься, пропорційна швидкості фільтрації. При більшій швидкості винесення піску різко збільшується. Теж саме спостерігається при засипці йільтра іонітом чи активованим вугіллям. Різнити тільки в тому, що густина цих матеріалів в порівнянні з піском макса і винесення-частинок, відбувається при меншій швидкості.

При засипці з кварцевого піску, дренаж з утворенням склепіння може бути, застосовано в фільтрах з малою швидкістю фільтрування , а саме до 4 м/год.

Вібрація фільтра / що має місце в пересувних установках/ значно збільшує винесення фільтруючого матеріалу з фільтратом. При швидкості 10 м/год і вібрації кількість винесеної твердої фази в 2,2 рази більоіа ніж без вібрації, а при швидкості 12 м/год - в 2,4 рази. При завантаженні швидкого фільтра іонітом чи активованим вугіллям за - . стосовувати цей дренаж не має сенсу.

Одержані експериментальні дані'узгоджуються з розрахунками, що проведені по залежності О.Ы.Тодеса. •

Отже при високій шввдхості • фільтрування потрібно прий-

мати пористу конструкцію дренажу, яка запобігає винесенню зерен фільтруючого матеріалу. Саме це рішення закладено в конструкцію щільо -вого дренажу з заповнення« щілин волокнистим пористим поліетиленом. Проведені дослідження показують, що винесення частинок фільтруючої засипки через нього відсутнє. Якщо витримуються вимоги до діаметру елементарних волокон та товщини шару поліегилена, що сформульовані раніше О.І.Кривоногом, то не відбувається і кольматація цього матеріалу. Крім того в умовах промивання фільтра, еодою, що рухається знизу вверх, відсутній тиск засипки на пористий поліетилен і вплив тиску на гідродинамічні характеристика поліетилену можна не враховувати . Втрата напору в ньому при фільтрації і при промиванні такі, . я і в дренажі ЕЄЛИНОГО опору. •

. .' Для визначення-залежності втрат нагору в волокнистому пористому поліетилені від конструктивних і гідродинамічних параметрів проведено оозгоонені дослідження. Встановлено, ідо градієнт напору може бути виражений двочленною залежністю:

¿ = 0.0і4 ЇЇ* О.Q001S 1Іг ■

ЗасТОСОВУ^ЧИ МеТОД, розроблений (5 .I.KOTHXQBW. і Г.'З.Трг.біким, встановлено, по при Re0 =1,5 має місце ламінарна оільтрс.иія.

На оис. І

подана

залежність числа ЕПлега і кснс

ко-

го параметра nil числа РеЗноль-т.са гри фільтрації погерек волокон пористого поліетилеігу: , ■

Г d<2A, _ 44' ■ tr /

Еи н - Re0---1 ’ • /и '

Підставнрпн значення критеріїв Ейлера і Ре?нольдса в рігнянн.' /5/, одетжуємо рівняння для визначення втрат напору з волокнисто?.?’,1

15

і

-4 -

л

•

І6ЙЄ

РИС.1. ЗЯ/КЖНІСТЬ Єиі£/Н<яе> АЛЯ ПОРИСТОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ

РМС.2. ИЗЯГЯЛЬИЕНИЯ ГРАФІК ЗЯЛЕЯНОСП Eu<RSi»e>

поліетилені:

-гри Фільтрації поперек волокон: а Н =ЗЗКе'д,Нсі'^ 11У (2$ *г); /б/

-пои йільтсації повздовж волокон:

^-ті^іїС^/а/7/

При визначенні значення коефіцієнта в рівнянні /7/ враховано результат дослідження М.Г.ГіиЕОвара та ОЛ.Кривонога,д:о .коефіцієнт Фільтрації вздовж волокон в 1,5 -

2 рази більший за коефіцієнт по-пзрзчтїоX фільтрації. -

Намп виявлено, що число ЕЯле-ро залежить від числа Зебера при Фільтрації води,що містить ПАР.Величина впливу залежить від числа . Рейкольлса. З зростанням його спостерігається автомодєльн'ість числа Ейлера відносно числа Вебера /рис .2/. Це спостерігається гри Яе =ЄС і ^=0,015 - ІТРИ Фільтрації через пісчану та гравійну засипку числа Ейлера Екзтачаеться по ооруулг:

Eu =i,W-îû6-Rka- № W?m). / 8 /

• Для пористого поліетилену, з урахуванням конструктивного параметру, число Ейлера дорівнює: -

Eu ¡¿ey=sû^w^M''(m^~ wf"). і « /

При фільтрації рідини, що має поверхневий натяг / Є' / рівний поверхневому натягу чистої води / &а /, вираз в дужках дорівнює кулеві так як число SX/e-'We0 і рівняння /8,9/ приймають вигляд-зви -гаяної залежності Eu(Re). Алз при фільтрації еоли, поверхневий натяг якої відрізняється від поверхневого натягу чистої води, змєн -сг;шя числа Ейлера приймає досить відчутне значення /до 30% /. Такі змін;: числа Ейлера, і відповідно втрат напору, призводять до зни -твннп показника ступеня рівномірності розподілу /збору/ води.

Результатом дослідження розподільника з статичною гравійною . засипкою є залежність показника рівномірності розподілу води від конструктивного параметра та числа Ейлера /рис.З/:

. т-]/і-3-і/(Eu-Q-r1 ) ', /ю/

де 2)е, L -еквівалентний діаметр і довжина розподільника.

Маючи на увазі, isp Ea=ÿ ¿її "ЇЇ г, формула /10/ приймає вигляд:

tn =-~\li- ¿,2LS)J 1)глНл(*$* \ /Н/

Тобто, показник рівномірності розподілу води залежить від конструктивного параметра L2>ff і відношення швидкістного напору до втрат напору в дренажі.. Збільшенню рівномірності розподілу води в дре -палко-розподільчій-системі швидкого фільтра буде сприяти: збіль -шення втрат напору при витіканні в фільтруючу засипку /в пористому матеріалі несправжнього дна фільтра/; зменшення діаметра пористого матеріалу дренажа; збільшення товщини пористого матеріалу дренажа; збільшення еквівалентного діаметра укоєного каналу, по якому рухається промивна вода в півдонкі фільтра /або в розподільнику',/; зменшення доеяини розподільника /або сторони фільтра, що перпендикулярна боковому та центральному каналові/; зменшення швидкості ру-' xv води. .

В'дисертаційній роботі встановлено також, що відстань іа, іл:«., скр'лгами елементами, що розподіляють воду, залежить від діаметра фільтруючої засипки d та числа псевдозрідаення — :

т

¿.СУ

ШШ1

. «ЕЯМИЯ

рвшмпьїьт

6.5,

/к/

де УС' -інтенсивність проминання фільтра,л/с.і/; І^-крцтична пвкд-кісгь пеевдозріджєння, що визнала -сться рівнянням 0.'-!.Тодеса. Рівняння

¿к?о Еи

ПіС.Т, ЕЯ/ЕЙНІСТЬ РІЕКгпІРНССТІ

рогпзділа есиш від числя емлїрп

справедливе для піску з еквівалентнії?: діа’.:єтрок від 0,42 до 1,5 !«.

Для спэлученкя ПІДД0!!у З бсггс-іг-: центральна каналом молзіа не влаг-товувати патрубки великого оперу,ггг.' опір нєснравяїього два більхз д?ох метрів еод.ст. При цьоігу забезпечу -ється необхідний ступінь рівномірності розподілу промивної ВОДИ /літ-0,95/.

В п’ятій главі "Рекомендації та застосування результатів дослідів" приведено опис конструкції балочно-щільового дренагу з волокнистим пориста! поліетиленом, методика розрахунку та економічна доцільність його впровадження.

Основою дрекагу /рисЛ/ с за -зізобетокні водонепроникні плети чп балки І, на які ж розмітається фільтруюча засипка 2. І'ія плитами встановляються Еодогроніжкі встгтч« 8, котрі запобігають винвсеннв. засипки фільтра в підяоння і слухать для забору фільтрату і розподілу промивної води..Залізобетонні плити рпп-мідені на опорах 5 з анкерами 9.

Пористі вставки мають двотавровий профіль. Це запобігав межлт' -гості відшву вставки висхідним потоком еоди. Товщина полиці рста? -кк в 2 см сприяє утворенню горизонтальних потоків р засипці і запо -бігає•утворенню ділянок, що не промиваються. Для забезпечення рівномірності розподілу води вставки виконуються у вигляді секцій, на -приклад, 6,7,8, з рівноп пористістю чи діаметром елементарні« волокон, цо зменшуються в напрямі руху промивної води.

Виготовлення вставок проводиться з волокнистого пористого поліетилену згідно ТУ 33 УССР 174-86 та ТУ 33 УССР 179-68.

Дренаж з пористими поліетиленовими вставками може бути використаний- як при новому будівництві, так і при реконструкції ДІЕЧКХ фІЛЬ-

РИС.4. КОНСТРУКЦІЯ ДРЕНЙЖУ З ВО-

лагнметт пористим поліетиленом

-pib. .

Гір.: розрахунку ^ренака гі-:з начаться: ■

Відстань ї.:ігг; ~ш:кгл.и несправжнього дна фільтра влгікачггть-ся і.о сср:.:\г.ї '12 "

Кр::т;;чна шел я, кість зависання засипки. к^с, якзначаеться по

. .'ІЗ'

Число Гбі.іісльдса, оо хграктер/зуг- ре.к;іи заьисрння, порівнг-с /ew= мг/( 1<tOO - 5, гг VIT} /І ; /

Д-J ^Apr-fÿ(^) - ^;-:сло Архікеда; д- =9,81 к'с^;

friP ~ густина піску та боги. кг/>.;3.

Гідравлічний опір дрекагу з голокшгтого гористого полієтк-‘с.пу, .

А Н=[50ЙІ°’9-ЗВ0с(срНЬх^*-т ,г})]НсІс^ІГп^ЩҐ >'і5/

ге £а~7Іе/Ср(п-))'1 - число Рейно.-ьлса прк русі води з вв;іг-хіст£> £Г с сїбЕїді з пористістю /і , та середнім по довжині діаметром штеріалу d вставки, який'визначається по ^орьіулі:

/*, ' w

хе // - ч::сдо секпій по-довжині пілккк ррзкажу з діаметром еле-л.-сптар.члх ї-СЛО-СОН <4^. -

Покс ай;:?, ступиш рівномірності розг.очі;;у пробивної водк:

tn. *V/-5,і ¿гйН&е) \ /П/

-jf, jL- сторона йільтра, перпендикулярна боковому чи пентрьль-кгі.;у капелу, г.; £>е - еквівалентний-діаметр умовного каналу під: ' . ' ' '

’ В роботі проведено розрахунок економічної доцільності йьеїосування- нової конструкції дренажу в.'порівнянні з гради -uifiHCtv трубчато:-: дірчатою о гравійними-підтрилуючими'Шарами і визначено, що будівництво нового дренажу буде на 20-25% дешевше існуючого. ' ■ . .- .

ОСНОВНІ ВИСНОШ

1. Аналіз сучасних конструкцій дренажно-розподільчих систем швидких фільтрів дозволив виявити тенденцію застосування пористих дренажних систем великого опору. Підвищення ефективності регенерації завантаженая» чи використання нових конструкцій лренажів є перспективний напрямок інтенсифікації роботи швидких, іільтріа.

2. Розподіл вопи в дренажних системах стидких фільтрів роз -глядається як рухіз змінною масою. -Задача роз поділу розв’язується рівняннями руху змінної маси і витікання із отвору. Вільгість рішень цих,рівнянь приведено з умовою, цо коефіцієнт витрати є по -стійним. Трудноаі- викликає також необхідність досягнення рівномірності як розподілу промивної, так і збору фільтрованої ропи.

Проведені в роботі дослідження доказують зміну коефіцієнта • витрат по,довжині дренажу і вплив його на рівномірність розподілу води. . . '

3. На основі експериментальних даних одержана формула визна-

чення показника рівномірності розподілу води пористим дренажем -розподільником в залежності від конструктивного параметру і числа Ейлера.. . .

Доведено, що зменшення діаметра елементів пористого матеріалу аренаку в напрямі руху води призводить до збільшення показника рівномірності розподілу води при менших значеннях втрат напору.

4. Порівняльні експериментальні дослідження дренажу з утво -ренням склепіння з волокнистим пористим поліетиленом показали, що леєная з утворенням склепіння може бути застосований в швидких йільтрах при швидкості фільтрування не більше від

4 м/год, так як овидкість висхідного потоку пі Ст«Є ЧІКЬ-

іьоя за швидкість зависання кварцевого піску. Застосування цього претажу в фільтрах, завантажених активованім вугіллям чи іонообмінною СХ’ОЛОУІ, не ефективне.

Дреная з волокнистим пористим поліетиленом запобігав винесення засипки Фільтратом, не кольматується, має великий термін експлуатації, а «трати напору відповідають тям, '¡¡о рекомендуються для ярена.т.у великого опору.

3. Досліяуєннякя встановлена наявність впливу тс?есхнево-актиз- ' них речовин на гідравлічний опір пористого (їільтоуччего кару. Цей вплив спостерігається при значенні чиста Рейкогьдса до £0 і числа Забега до 0,015. Одержано крятеріальне рівняння, чо враховує вплив

. 16 . сил поверхневого натягу води. Це має велике значення при розрахунках фільтрів промислового водопостачання.

6. Доведено, що гідродинамі чн і характеристики волокнистого пористого поліетилену можуть бути виражені конструктивним параметром та критеріями Ейлера, Рейнольдса, Вебера. Запропонована залежність, яка дозволяє визначати втрати напору в волокнистому пористому поліетилені. Встановлено, що при швидкості, яка відповідає промиванню . швидкого фільтра, спостерігається турбулентний режим руху води.

7. При забезпеченні втрат, напору в пористому дренажі не менше

2 м може бути застосовано сполучення між піддоном і боковим чи центральним каналом фільтра без патрубків додаткового опору. При цьому забезпечується потрібна рівномірність розподілу промивної

ВОДЯ. .

S. Запропонована конструкція дренажно-розподільчої системи швидкого фільтра з волокнистим пористим поліетиленом / на яку одержано авторське свідоцтво/, що враховує одержані на основі проведених досліджень рекомендації з інтенсифікації роботи дренажного обладнання фільтра. Розроблена методика інженерного розрахунку запропонованого дренажу. .

9. Техніко-економічне порівняння нового дренажу і трубчатого дірчатого з підтримуючими гравійними шарами показало ефективність застосування дренажу з волокнистим пористим поліетиленом.

Впровадження нової конструкції зменшує капітальні витрати в І,2-Г,3 рази. .

Результати дисертаційної роботи відображені в методичних вказівках до курсового і дипломного проектування для студентів спеціальності "Водопостачання, водовідведення, раціональне використання і охорона водних ресурсів" /7.092602/ і неодноразово запроваджені в дипломному проектуванні в Полтавському технічному університеті.

Одержані в дисертаційній роботі результати можуть бути використані в комунальному та промисловому водопостачанні. .

ОСНОВНІ ГОЛОШИЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ:

І. Медведев М.И., Злобин И.А. Исследование работы беэгравийньгх дренажей скорых фильтров // Известия вузов "Строителство и архи -техтура", 1975, 3 7. С.ІІ0-ІІ4. к. Злобин 'АЛ., Медведев М.И. О распределении промывной воды в дре-нахе балочного типа с гранулированной загрузкой щели //Известия , вузов "Строительство и архитектура", 1976, $ І. С.І29-І32. cs. A.c. I525GE4. В 01 Д2.4./2С. Дренажно-распределительное устройство

фильтра для очистки воды /Злобин И.А., Клепиков А.Д. CCCP.I93I.-2c.

4. Злобин И.А. Влияние Поверхностного натяжения воды на гидравлк -ческое сопротивление при движении ее через зернистый слой. Полтавский инженерно-строительный институт. - Полтава,'1969. -6с. Деп. в ВНИШС Госстроя СССР, р- 8911. •

5. Злобін 1.0., Сребнюк С.М. Критеріальне рівняння руху вопи через пористе середовище, в дренажно-розподільчих системах. Полтавсь -

‘ кий технічний університет. -Полтава,1995. - II с. Деп. е ДНТВ України, № 1332-Ук95.

6. Злобін 1.0., Сребнюк С.М. До питання вибору оптимальних конструк-

тивних параметрів розподільчих пристроїв шеидких фільтрів. Псі -тгвський технічний університет. -Полтава,1995.-12 с.Деп. в ДКТь України, № І92І-Ук95. '

7. Злобин И.А. Исследование безграэийного дренажа скорых фильтров

// Информация и хроника 49 НП конф. КИСИ /// Водоснабжение и санитарная техника. № II, 1968. -С.29. '

8. Злобін 1.0.»Сребнюк С.М. Про гідравлічні характеристики безгра-війних дренажіе з зернистою загрузкою // Тези доп. /// 47 наукова конференція професорів, викладачів', наукових працівників.

' аспірантів та студентів університету. Полтавський технічний університет. '-Полтава, 1995. -С.93.

9. Злобін 1.0., Сребнэтк С.М. Фільтраційні характеристики дренажу й

з пористого поліетиленового волокна // Тези доп. /// 48 няуі-~& конференція прої-ессрів, викладачів, наукових'Працівників, гені-рантів та ’студентів університету. Полтавський технічний, університет. Полтава, 1935. -С.ІОІ. .

Злобин И.А. Интенсификация работы ярешяно-ргсітоелелктельн^ систем скорых фильтров. •

Диссертация ка соискание ученой степени канлипета техпкчрскс: наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. Киевский государственный технический 2/ниверситет строительства V. лр::и тектуры, Киев. 1927._______________________ ' ; .

За-ц-таается научная работа, которая содержат теоретические-и гксперимектальнне исследования интенсификация работы дрекязгно-рас-пределктельных систем скорых фильтров. Проанализированы сбор фильтрата и распределение промывкой вода дренажом.

Предложено применять при нисходящей фильтрации со скоростьг до

5 м/ч дренажи' с образованием сводов. При болывей скорости - лоскс-рые конструкции. Исследованы гидродинамические характеристики гол"к-

ннстого пористого полиэтилена. Предложена математическая модель, состоящая из уравнение ? критериальной <?орме, списквзющая шспое-леленпе /сбор/ родь! и взаимодействие дренажа и фильтрующей загрузки, и учитывающая изменение поверхностного натяжения вода.'

С учетом предложенных мероприятий, обеспечивающих высокую степень равномерности распределения еоды, разработана ноЕая конструкция CaiiotiHo-L'exesoro гренажа из волокнистого пористого полиэтилена и методика инженерного расчета. • ■

глючевые слова: скопне фильтры, дренаж, поверхностное натяяе-ние, равномерность распределения, волокнистьтй пористый полиэтилен.

Zlobrn. IA. Intensification of Rapid Filters Drainage Distribution Systems.

Thesis for achievinq scientific degree of ihe candidate of technical sciences in speciality 05.23.04. -Water supply and sewerage. Kyiv state technical university of construction and architecture, Kyiv, 1997.

ft scientific paper is defended, contamine theoretical and experimental • reseaiches of intensification of rapid filters drainage distribution systems. The collecting of the filtrate has been analyzed as well as the distribution of the filtered water with the help of the drainage. •

With downflcw fil'tration at the speed 4 m/hour it is suggested to use drainages formulating vaults. At the higher speed - porc-us constructions. Tht hydrodynamic characteristics of fibrous porous polyethylene have been studied. The mathematical model consisting of the criterion equations is suggested. It describes the distribution oi water and interaction of the drainage and filtrating load, taking into account the change in the surface tension of the water.

All these elaborations provide for a high degree of even water distribution. The new construction of slot drainage from fibrous porous polyethylene has been worked out as well as the methods of engineering calculation.

. The key words: rapid filters, drainage, surface tension, even distribution, fibrous porous polyethylene. . . _ _

Підписано по друку 6. 12.06р. Формат 60x84' 1/16. Папір друкарський. . Друк офсетний. Умоьп. друк. арк. 1. За™сі>лсїї;:л >."580. Ті;р£їк 100 лрим. Безкоштовно . Діяьнияя оперативного друку статистичного управління . Полтавської області. м. Полтава, вул. Пушкіна, 103.