автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и исследование структур аэраторов, формируемых на базе мотальных паковок специального назначения

На правах рукописи

БОЯРКИНА МАРИНА АНДРЕЕВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР АЭРАТОРОВ, ФОРМИРУЕМЫХ НА БАЗЕ МОТАЛЬНЫХ ПАКОВОК СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.19.02 — Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2009 ] ? Г')ГР о <* г)

003461648

Работа выполнена в Димитровградском филиале Ульяновского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Панин Иван Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Юхин Сергей Семёнович

кандидат технических наук, доцент Назарова Маргарита Владимировна

Ведущая организация: ОАО «Ковротекс» г. Димитровграда

Ульяновской области

Защита состоится «5 » марта 2009 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу 119071, г. Москва, ул. Малая Калужская, д. 1.

• С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина.

Автореферат разослан «» февраля 2009г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Ю.С. Шустов

Аннотация

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой изложены научно-обоснованные технические и технологические решения по разработке и исследованию структур аэраторов, применяемых при биологической очистке сточных вод, формируемых на базе мотальных паковок специального назначения.

В работе проанализированы свойства существующих структур аэраторов, изготавливаемых из текстильных материалов. Обоснован выбор структуры диспергирующего слоя аэраторов, формируемых на базе мотальных паковок специального назначения из полипропиленовых мульти-филаментных нитей.

Определены оптимальные параметры структуры диспергирующего слоя аэратора на базе текстильных материалов, которые обеспечивают повышенный барботаж и максимальное насыщение стоков кислородом воздуха.

Разработана конструкция мотального механизма, позволяющая формировать аэраторы заданной структуры из полипропиленовых мультифи-ламентных нитей, стойких к агрессивным средам.

Проведены теоретические исследования процесса образования и движения пузырьков воздуха в воде, выходящих из диспергирующего слоя аэраторов.

Разработана технология извлечения синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) из сточных вод с помощью аэраторов, сформированных на базе мотальных паковок специального назначения.

Разработана математическая модель расчёта движения пузырьков воздуха в сточных водах.

Разработана конструкция барботажного аэратора с оптимальной структурой намотки диспергирующего слоя, которые запатентованы и внедрены на муниципальном унитарном предприятии водопроводно-канализационного хозяйства (МУП ВКХ) «Димитровградводоканап».

Автор защищает:

1. Результаты аналитических исследований по установлению оптимальной структуры аэраторов на основе текстильных материалов.

2. Конструкцию мотального механизма для формирования аэраторов из нитевидных текстильных материалов.

3. Математические модели процесса образования и движения пузырьков воздуха в воде, выходящих из пор текстильных материалов.

4. Методику расчёта объёмной плотности намотки паковок, замкнутой структуры.

5. Алгоритм расчёта пористости и воздухопроницаемости структуры мотальных паковок специального назначения, применяемых в качестве аэраторов.

6. Результаты экспериментальных исследований структуры и свойств аэраторов на основе текстильных материалов.

7. Технологию извлечения СПАВ из сточных вод при помощи текстильных аэраторов и фильтров.

8. Результаты внедрения работы в промышленности.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширение зон антропогенного загрязнения окружающей среды вызвало нарастающую потребность в производстве новых текстильных материалов технического назначения, в том числе и аэраторов на базе мотальных паковок специального назначения, используемых при биологической очистке сточных вод. Аэраторы предназначены для подачи микроорганизмам активного ила кислорода в виде мелкопузырчатой массы воздуха в сточные воды очистных сооружений.

Основными критериями выбора структуры того, или иного текстильного материала используемого для биологической очистки сточных вод, в качестве аэраторов являются:

возможность длительной работы в агрессивной среде;

способность обеспечивать заданное направление выхода пузырьков воздуха требуемых размеров из диспергирующего слоя аэратора;

обладать заданной пористостью и воздухопроницаемостью, т.е. обеспечивать мелкопузырчатую аэрацию стоков;

исключать явление «пробоя» - разрушения структуры аэратора при внешнем механическом воздействии;

обеспечивать лёгкость сборки и обслуживания, а также возможность очистки поверхности аэраторов от осадка;

обладать низкой стоимостью и технологичностью изготовления по сравнению с аналогами.

Структурой, обладающей всеми вышеперечисленными свойствами, является спиралевидная намотка полипропиленовых нитей на многоканальный трубчатый профильный каркас, а однопроцессный способ формирования аэраторов обеспечивает низкую стоимость их изготовления.

Целью работы является разработка и исследование структур диспергирующего слоя трубчатых текстильных аэраторов, формируемых на базе мотальных паковок специального назначения.

Задачи исследования:

- проведение сравнительного анализа использования различных текстильных материалов в существующих системах пневматических аэраторов;

- исследование различных структур диспергирующего слоя трубчатых текстильных аэраторов;

- исследование аэродинамических показателей мотальных паковок различных структур;

- совершенствование мотального оборудования, конструкция которого обеспечивает требуемые параметры намотки мотальных паковок специального назначения;

- проведение теоретических исследований процесса формирования мотальных паковок специального назначения;

- разработка алгоритма расчёта параметров технологического процесса аэрации сточных вод для объектов различной мощности и соответствующей математической модели;

- разработка методики оценки эффективности проведения работ по внедрению в производство энерго- и ресурсосберегающих технологий и определение экономической эффективности внедрения новых трубчатых аэраторов в систему биологической очистки сточных вод г. Димитровгра-да.

Научная новизна полученных автором результатов заключается в том, что:

впервые процесс перематывания нитей в мотальные паковки специального назначения использовался в качестве основного процесса формирования конечного продукта - аэратора;

разработаны методы определения пористости и проницаемости мотальных паковок с переменными плотностями в слоях намотки, т.е. с чередующимися структурами расположения витков по толщине намотки;

разработана методика определения величины передаточного отношения от веретена к нитеводителю, что обеспечивает формирование слоисто-каркасных намоток, замкнутых и спиралевидных структур;

разработан новый метод создания диспергирующих слоёв аэрационных систем на базе формирования слоисто-каркасных спиралевидных намоток мотальных паковок;

определены параметры намотки мотальных паковок специального назначения, обеспечивающие заданные размеры пор и их расположение в структуре диспергирующего слоя, для достижения наилучших условий аэрации сточных вод;

исследованы аэрационные свойства различных структур текстильных материалов, используемых в качестве аэраторов;

разработана конструкция трубчатого текстильного аэратора на базе слоисто-каркасной структуры намотки мотальных паковок со спиралевидным расположением пор, обеспечивающим повышенный барботаж сточных вод;

разработан автоматизированный метод расчета параметров технологического процесса аэрации сточных вод для объектов различной мощности;

разработана методика расчёта экономической эффективности внедрения в производство очистки сточных вод энергосберегающих мероприятий.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

созданы новые аэраторы различных габаритов на базе мотальных паковок специального назначения, которые способствуют значительному повышению эффективности процесса аэрации сточных вод;

разработана слоисто-каркасная структура намотки диспергирующего слоя трубчатых текстильных аэраторов со спиралевидным расположением пор, обеспечивающая дополнительный барботаж сточных вод;

разработана и запатентована структура и конструкция барбо-тажного аэратора на базе мотальных паковок специального назначения;

усовершенствована конструкция мотального оборудования, позволяющего формировать аэраторы в виде мотальных паковок, заданных габаритов;

создана экспериментальная установка для анализа аэрацион-ных свойств различных структур мотальных паковок применяемых в качестве:

разработана программа и математическая модель расчёта параметров технологического процесса аэрации с использованием ПЭВМ, которая позволяет оперативно моделировать и проектировать аэрационные системы объектов очистки стоков различной мощности.

разработанная конструкция мотального оборудования позволяет удешевить процесс изготовления трубчатых текстильных аэраторов на 40% и снизить себестоимость очистки сточных вод на 30%;

Результаты работы внедрены и используются на:

- МУП ВКХ «Димитровградводоканал», Очистные сооружения СПК «Н.К.Крупской»;

в учебном процессе Димитровградского филиала Ульяновского государственного университета в курсе «Механическая технология текстильных материалов».

Апробация результатов работы.

Основные научные результаты были доложены на престижных научных конференциях:

- Техтекстиль-2005, г. Димитровград: ДИТУД, 2005;

- VII научно-практической конференции ((Водоснабжение и водоот-ведение: качество и эффективность», Кемерово, 2005;

- IX Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны», Пенза, 2006;

- IV всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве», Камышин, 2006;

- международной научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ-2006», Москва;

- международной конференции «Профилактика, диагностика и лечение инфекционных болезней, общих для людей и животных», Ульяновск 2006;

- 7-ом международном конгрессе «ЭКВАТЕК-2006», Москва 2006

- 1-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии», Ульяновск 2007;

- научно-технической конференции «Текстиль 2008», г.Москва.

По теме диссертации опубликовано 15 статей, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК, 9 тезисов докладов на научных конференциях, имеется 2 патента на изобретение и полезную модель

Структура и объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 150 страницах, содержит 36 рисунков, 11 таблиц.

Список литературы включает 81 источник.

Приложения на 19 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость результатов.

Первая глава диссертационной работы посвящена обзору и анализу литературных источников по темам тесно связанным с рассматриваемыми в работе проблемами. Рассматривались работы учёных текстильщиков по следующим направлениям:

работы, посвящённые исследованиям использования различных текстильных материалов для аэрации сточных вод;

работы, посвящённые выбору структуры комплексных нитей для формирования аэраторов;

работы, связанные с возможностью создания аэраторов из текстильных материалов различной структуры;

работы, посвящённые перспективам совершенствования пористых перегородок формируемых на базе мотальных паковок специального назначения.

Аналитический обзор литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы диссертационной работы, её научную новизну, значимость и практическую ценность.

Анализ литературных источников показал также, что, несмотря на большое многообразие текстильных материалов, которые могли бы использоваться для изготовления диспергирующего слоя аэратора (технические ткани, нетканые материалы, перегородки, формируемые пневмоэкс-трузией волокон из расплава, намоток и т.д.), с требуемыми свойствами и качественными показателями, предъявляемыми к аэраторам, в большей мере, чем другие, обладают мотальные паковки специального назначения.

Проведённый анализ имеющейся литературы позволил подтвердить актуальность работы, её научную новизну, практическую ценность и значимость, а также сделать вывод о том, что исследований по формированию текстильных структур аэраторов на базе мотальных паковок специального назначения из полипропиленовых нитей до настоящего времени не проводилось.

В качестве диспергирующего слоя аэратора могут использоваться спиралевидные намотки нитей на профильный каркас, при этом обеспечивается повышенный барботаж сточных вод, снижение энергозатрат и себестоимости очистки кубометра очищаемой воды.

Вторая глава посвящена аналитическим исследованиям. С учётом требований, предъявляемым к конструкциям аэраторов, и выводу предыдущей главы о том, что лучшими свойствами к аэрации обладают мотальные паковки специального назначения, а также с учётом того, что одно-процессный способ формирования пористых перегородок более эффективен при намотке нитей на паковку, чем многопроцессный способ формирования тканей или нетканых материалов, необходимо разработать и создать новое мотальное оборудование, конструкция которого позволила бы формировать мотальные паковки увеличенных габаритов с заданной структурой. Существующие отечественные и зарубежные конструкции мотального оборудования для этих целей не подходят. С учётом опыта создания мотального оборудования специального назначения разработана конструкция мотального механизма для формирования укрупнённых паковок с заданной структурой намотки нитей. В данной главе обоснованы все заправочные параметры механизма намотки с учётом диаметра перематываемой пряжи, требуемых пористости и плотности намотки нитей, а также дана методика расчёта величины передаточного отношения от нитераск-ладчика к паковке с учётом требуемых параметров структуры намотки полипропиленовых нитей на профильный каркас.

Для формирования максимально плотноёмкой структуры намотки диспергирующей перегородки аэратора, которая обеспечит минимальные размеры пузырьков воздуха необходимо выполнение условия:

2лр(к1гЛ-п1) = 2л=±у/с =2те±——75—; (1)

ОътР-2

2крЬл - 2лрп, = 2тгг ±

2 а

£>вт

г.. = -*- + — ± —-

к Рк пркйъ\п1у2

и тогда:

(2)

где П!=[/;/„]- целая часть числа

О - текущий диаметр намотки нитей на паковку, см;

Р - угол скрещивания витков;

к - число оборотов кулачка нитеводителя за цикл движения нити (слева направо и обратно);

с1 - диаметр, наматываемой нити, см;

г=0;1;2... - кратность замыкания намотки;

р - степень замыкания намотки, или число двойных ходов нитеводителя, по истечении которого витки р+Г" пары слоев намотки пойдут по виткам первой пары слоев;

/нс. - общее передаточное отношение от раскладчика к паковке необходимое для формирования сомкнутой структуры намотки аэратора.

Знак (+) или (-) определяет «опережающую» или «отстающую» сомкнутую намотку, т.е намотки у которых каждый последующий слой раскладки нити будет располагаться справа, или слева от предыдущего.

На рис. 1 и 2 приведены соответственно развёртки односомкнутой отстающей и односомкнутой опережающей намоток.

Большое многообразие аэрационных систем не дают однозначного ответа об оптимальной структуре диспергирующего слоя и характере образования пузырьков воздуха.

Соотношение между диаметром всплывающего пузырька с!п и диаметром поры с)0 (размером поры, который эквивалентен диаметру равной площади), можно определить из равенства подъёмной (Архимедовой) силы Рд и силы сопротивления отрыву Я:

Рис.1

Рис.2

шЦ

й(Р„ -Рл).

(3)

где £ - ускорение свободного падения, м/с рж - плотность жидкости кг/м3 рг - плотность газа, кг/м3

Я = «/„ст,

(4)

тогда

й. =

(5)

'я(Р„ - Ра) ' где (3„ - диаметр пузырька воздуха, м; с10 - диаметр(размер) поры, м;

о - поверхностное натяжение жидкости стоков, [Н/м];

Из данного выражения следует, что для получения однородной пузырьковой массы с размерами пузырьков воздуха (ё„ = 80^250мкм) необходимо применять пористые перегородки (намотки) с размерами пор на несколько порядков меньше диаметра образующихся пузырьков (с!0 =

0,04-ъ 20 мкм). Этими свойствами обладают намотки сомкнутой и спиралевидной структуры, имеющие минимальную пористость.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям свойств пористых перегородок аэраторов.

Для определения воздухопроницаемости аэрационных систем различной структуры была разработана экспериментальная установка, с помощью которой были определены коэффициенты воздухопроницаемости текстильных перегородок (нетканых материалов, сукон, намоток).

Результаты экспериментальных исследований показаны на рис. 3, где изображена зависимость коэффициента воздухопроницаемости от вида материала диспергирующего слоя аэраторов.

123456789

Рис.3

□ нетканый материал (пневмоэкструзия) полипропилен

0 намотка спиралевидная {полипропиленовая нить Т=150текс) ■ сукно сушильное арт.88

□ намотка сомкнутая (полипропиленовая нить Т=150текс)

Экспериментальные исследования показывают, что воздухопроницаемость диспергирующих слоёв аэраторов напрямую зависит от пористости их структуры. Чем выше пористость, тем выше воздухопроницаемость. Однако диспергирующие слои аэраторов формируемых нетканым способом (пневмоэкструзия волокон из расплава) имеют неравномерную объёмную плотность, а, следовательно, размеры пузырьков воздуха также будут иметь различные размеры. Исследования структуры диспергирующих слоёв аэраторов, изготовленных из текстильных материалов различного вида

показали, что более равномерную пузырьковую массу обеспечивают аэраторы, сформированные сомкнутой и спиралевидной намотками полипропиленовых нитей на профильный каркас, они же обеспечивают и минимальный расход воздуха проходящего через пористую перегородку в единицу времени при постоянном перепаде давления на наружной и внутренней поверхностях диспергирующего слоя аэратора.

Конструкция аэраторов формируемых на базе сомкнутой и спиралевидной намоток позволили разработать технологию извлечения СПАВ (синтетических поверхностно-активных веществ) из сточных вод, которая внедрена в конкретное производство.

В данной главе определено также влияние структуры аэраторов на работу воздуходувок. Установлено, что аэраторы, сформированные намоткой нитей на профильный каркас, обеспечивают щадящий режим работы воздуходувок.

Четвёртая глава посвящена расчётам экономической эффективности внедрения в систему биологической очистки сточных вод текстильных паковок специального назначения. Сравнительные расчёты использования в очистных сооружениях аэраторов различных конструкций и изготовленных из текстильных материалов различного вида показали, что внедрение аэраторов изготавливаемых на базе мотальных паковок специального назначения обеспечит снижение совокупных затрат более чем на 40% по сравнению с аэраторами формируемыми пневмоэкструзией волокна из расплава.

Расчёты проводились по разработанной методике дисконтированных затрат в базовом и новом варианте, при этом срок окупаемости затрат на полную модернизацию очистных сооружений составляет 2,5 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Для решения экологических проблем связанных с очисткой воды всё шире используются текстильные материалы, среди которых особое место занимают мотальные паковки специального назначения, что обусловлено их простотой формирования и разнообразием структур намотки и сравнительно низкой ценой.

2. Возможность использования текстильных материалов в системах очистки воды определяется свойствами и структурой применяемых волокон и нитей, возможностью их длительной работы в агрессивной среде.

3.' Главными параметрами, определяющими структуру текстильного материала применяемого в качестве аэраторов, являются их пористость и воздухопроницаемость.

4. Нетканые материалы, формируемые пневмоэкструзией волокна из расплава, отличаются хаотичным распределением пор различного размера в структуре холста и недостаточной прочностью к разрыву, что является одной из главных причин быстрого выхода из строя аэраторов.

5. Все технологии холстоформирования диспергирующих слоёв, применяемые до настоящего времени для изготовления аэраторов (ткачество, нетканое производство), являются многопроцессными, требуют значительного объёма энергоёмкого технологического оборудования, а, главное, структура этих полотен не в полной мере удовлетворяет требованиям процесса аэрации сточных вод при их биологической очистке.

6. В качестве диспергирующих слоёв аэраторов наиболее целесообразно использовать спиралевидную намотку полипропиленовых муль-тифиламентных нитей на профильный каркас, т.к. поры спиралевидных намоток располагаются по спиралям Архимеда, что обеспечивает выход пузырьков воздуха по касательной к поверхности аэратора, а, следовательно, увеличивается барботаж стоков и устранение «застойных зон» под аэраторами.

7. Оптимальная структура диспергирующего слоя аэраторов должна обеспечивать мелкопузырчатую аэрацию сточных вод, быть устойчивой к механическим воздействиям, не подвергаться биообрастанию, что возможно только за счёт формирования мотальных паковок специального назначения с сомкнутой или спиралевидной структурой намотки нитей на профильный каркас.

8. Для формирования аэраторов на базе мотальных паковок специального назначения необходимо специальное прецизионное мотальное оборудование, обеспечивающее возможность создания паковок увеличенных габаритов.

9. Размеры пузырьков воздуха на выходе из аэратора определяются размерами пор в структуре диспергирующего слоя, а также составом сточных вод, т.е. плотностью жидкости.

10. «Время жизни» пузырьков воздуха, когда они, контактируя с водой, осуществляют насыщение её кислородом воздуха, определяется структурой диспергирующего слоя аэраторов, то есть зависит от начального размера пузырьков и состава сточных вод (вязкости жидкости).

11. Аэрационные системы созданные на базе мотальных паковок специального назначения обеспечивают высокоэффективное извлечение

поверхностно активных веществ (СПАВ) из промывных вод автомоечных станций.

12. Использование мотальных паковок специального назначения в качестве аэраторов обеспечивает снижение себестоимости очистки одного кубометра сточных вод на 30 %, а качество очистки соответствует нормативам по ПДК.

Публикации. Основное содержание результатов исследований диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Панин И.Н., Зайцев В.П., Бояркина М.А. // Оценка эффективности использования аэраторов «ПАНТЕКС» в системах биологической очистки стоков // «Вода и экология: проблемы и решения» - 2005, №2 Санкт-Петербург

2. Николаев С.Д., Панин А.И., Цояркина М.А. // Использование трубчатых аэраторов «ПАНТЕКС» при биологической очистке стоков // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов спец. назначения (Техтекстиль-2005): Сборник материалов всероссийской научно-технической конференции - Димитровград: ДИТУД, 2005

3. Панин И.Н., Зайцев В.П., Бояркина М.А.// Оценка эффективности использования аэраторов «ПАНТЕКС» в системах биологической очистки стоков // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: Сборник материалов VII научно-практической конференции - Кемерово, 2005

4. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова H.H. Н Анализ систем аэрации используемых при биологической очистке сточных вод // Экономика природопользования и природоохраны: Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции - Пенза, 2006

5. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова H.H. // Об текстильных паковках специального назначения // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ-2006): Сборник материалов международной научно-технической конференции.

6. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова H.H. // Аэраторы «ПАНТЕКС» для систем очистки стоков // Журнал «Россия и мир» «Наука и технология» - спец. выпуск 2006г

7. Панин H.H., Бояркина М.А., Губанова H.H. // Аэраторы «ПАНТЕКС» // Профилактика, диагностика и лечение инфекционных болезней,

общих для людей и животных: Сборник докладов международной конференции - Ульяновск 2006

8. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова H.H. // Аэраторы «ПАН-ТЕКС» для систем очистки стоков // Вода: экология и технология (ЭКВА-ТЭК-2006): Сборник докладов 7-го международного конгресса - Москва 2006

9.' Панин И.Н., Голованов В.Н., Бояркина М.А.// Новые барбо-тажные аэраторы для биологической очистки сточных вод // «Экология Производства». Научно-практический журнал. - 2007; №2. Москва

10. Бояркина М.А. // Разработка и производственные испытания барботажных аэраторов // «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии»: Сборник научных трудов 1-ой Международной научно-практической конференции -Ульяновск 2007

11. БояркинаМ-А. И Разработка и производственные испытания барботажных аэраторов // «Безопасность жизнедеятельности» №3, 2008г. Москва

12. Бояркина М.А., Панин А.И., Рыбаков П.С., Ежов Н.Е. // О структуре трубчатых текстильных фильтров-аэраторов. // «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» №2(306) 2008г Иваново.

13. Патент на изобретение №2324660 от 20мая 2008года;

14. Патент на полезную модель № 76643 от 27сентября 2008года.

15. Стрелков Е.В., Бояркина М.А., Поликарпов A.B. // Мотальные паковки специального назначения и их роль в развитии отрасли. // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: Сборник докладов IV всероссийской конференции - Камышин 2006.

16. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова H.H. Анализ методов очистки сточных вод. // Вестник ДИТУД 2006/4

17 Бояркина М.А., Панин И.Н., Иванова С.Л. Место текстильных паковок в создании и развитии аэрационных систем. - Тезисы НТ конференции «Текстиль 2008». Димитровград.

Подписано в печать 30.01.09 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 27 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Глава I Обзор литературы и анализ состояния вопроса о процессе аэрации сточных вод

1.1 Сравнительный анализ использования различных текстильных волокон для изготовления аэраторов

1.2 Выбор структуры комплексных нитей для формирования диспергирующего слоя текстильных аэраторов

1.3 Анализ возможности создания аэраторов из текстильных материалов различной структуры

1.4 Формирование диспергирующего слоя аэраторов намоткой спиралевидной структуры

Выводы по главе I

Глава II Исследование процесса формирования эраторов из текстильных материалов и изучение их аэрационных свойств

2.1 Разработка конструкции и исследование мотального механизма для формирования аэраторов из нитевидных текстильных материалов

2.2 Теоретические исследования процесса образования и движения пузырьков воздуха в воде, выходящих из пор текстильных материалов

2.3 Расчёт объёмной плотности намотки паковок замкнутой структуры

2.4 Определение пористости структуры паковок используемых в качестве диспергирующих слоев аэраторов

Выводы по главе II

Глава III Экспериментальные исследования свойств пористых перегородок аэраторов

3.1 Разработка конструкции установки для проведения экспериментальных исследований по воздухопроницаемости аэрационных систем

3.2 Исследование влияния структуры диспергирующего слоя аэраторов на расход воздуха

3.3 Разработка технологии извлечения СПАВ из сточных вод при помощи текстильных аэраторов и фильтров

3.4 Влияние структуры диспергаторов на работу воздуходувок

Выводы по главе III

Глава IV Расчёт экономической эффективности от внедрения в систему биологической очистки стоков текстильных паковок специального назначения

4.1 Основные положения расчетов экономии энергоресурсов

4.2 Расчет суммы капитальных вложений по проекту

4.3 Расходы на содержание и эксплуатацию технологического оборудования

4.4 Расчёт эффективности замены действующего оборудования

Выводы по главе IV

Глава I Обзор литературы и анализ состояния вопроса о процессе аэрации сточных вод13

1.1 Сравнительный анализ использования различных текстильных волокон для изготовления аэраторов13

1.2 Выбор структуры комплексных нитей для формирования диспергирующего слоя текстильных аэраторов21

1.3 Анализ возможности создания аэраторов из текстильных материалов различной структуры25

1.4 Формирование диспергирующего слоя аэраторов намоткой спиралевидной структуры38

Выводы по главе I45

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Для решения экологических проблем связанных с очисткой воды всё шире используются текстильные материалы, среди которых особое место занимают мотальные паковки специального назначения, что обусловлено их простотой (дешевизной) формирования и разнообразием структур намотки.

2. Возможность использования текстильных материалов в системах очистки воды определяется свойствами и структурой применяемых волокон и нитей, возможностью их длительной работы в агрессивной среде.

3. Главными параметрами, определяющими структуру текстильного материала применяемого в качестве аэраторов, являются их пористость и воздухопроницаемость.

4. Нетканые материалы, формируемые пневмоэкструзией волокна из расплава отличаются хаотичным распределением пор различного размера в структуре холста и недостаточной прочностью к разрыву, что является одной из главных причин быстрого выхода из строя аэраторов.

5. Все технологии холстоформирования диспергирующих слоёв, применяемые до настоящего времени для изготовления аэраторов (ткачество, нетканое производство) являются многопроцессными, требуют значительного объёма энергоёмкого технологического оборудования, а, главное, структура этих полотен не вполной мере удовлетворяет требованиям процесса аэрации сточных вод при их биологической очистке.

6. В качестве диспергирующих слоёв аэраторов наиболее целесообразно использовать спиралевидную намотку полипропиленовых мультифиламентных нитей на профильный каркас, т.к. поры спиралевидных намоток располагаются по спиралям Архимеда, что обеспечивает выход пузырьков воздуха по касательной к поверхности аэратора, а, следовательно, увеличивается барботаж стоков и устранение «застойных зон» под аэраторами.

7. Оптимальная структура диспергирующего слоя аэраторов должна обеспечивать мелкопузырчатую аэрацию сточных вод, быть устойчивой к механическим воздействиям, не подвергаться биообрастанию, что возможно только за счёт формирования мотальных паковок специального назначения с сомкнутой или спиралевидной структурой намотки нитей на профильный каркас.

8. Для формирования аэраторов на базе мотальных паковок специального назначения необходимо специальное прецизионное мотальное оборудование, обеспечивающее возможность создания паковок увеличенных габаритов.

9. Размеры пузырьков воздуха на выходе из аэратора определяются размерами пор в структуре диспергирующего слоя, а также составом сточных вод, т.е. плотностью жидкости.

10. «Время жизни» пузырьков воздуха, когда они, контактируя с водой, осуществляют насыщение её кислородом воздуха, определяется структурой диспергирующего слоя аэраторов, то есть зависит от начального размера пузырьков и состава сточных вод (вязкости жидкости).

11. Аэрационные системы созданные на базе мотальных паковок специального назначения обеспечивают высокоэффективное извлечение поверхностно активных веществ (СПАВ) из промывных вод автомоечных станций.

12. Использование мотальных паковок специального назначения в качестве аэраторов обеспечивает снижение себестоимости очистки одного кубометра сточных вод на 30 %, а качество очистки соответствует нормативам по ПДК.

1. Жуков А.И., Карелин Я.А., Колобанов С. Канализация. -М., 1969, с.605.

2. Жмур. Н.С.Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками.Волков А.Н.

3. Анализ систем аэрации используемых при биологической очистке сточных вод. М.А. Бояркина, Н.И Губанова, И.Н. Панин. Сборник докладов Экономика природопользования и природоохраны. Пенза 2006

4. Корицкий К.И. Использование химических волокон в технических тканях, НТО лёгкой промышленности, М.: Лёгкая индустрия, 1965

5. Козырева З.М, и др.Технические ткани и их применение, М.: Лёгкая индустрия. 1965

6. Волков А.Н.Применение синтетических волокон в рыбной промышленности за рубежом ВНИРО //Рыбное хозяйство 1960

7. Корицкий К.И. Основы проектирования свойств пряжи. М.: Гизлегпром, 1963

8. Щербаков В.П. Теория, методика, результаты определения жёсткости нити при изгибе. /В.П. Щербаков, И.Б. Циганов, О.Ю. Дмитриев, Т.И. Полякова // Известия Вузов. Технология текстильной промышленности 2006. №4 — с.104-109.9. Корицкий К.И.

9. Инженерное проектирование текстильных материалов М.: Лёгкая индустрия 1971.

10. Ворошилов В.А. Формирование и структура пряжи // Текстильная промышленность 1946 №3 и №911 .Treloar L.J. Text. Inst., №6. 1956.

11. Корицкий К.И. Каркасная пряжа, её структура и свойства, Научно-исследовательские труды за 1960. ХНИХБИ, Ростехиздат, 1962

12. Панин И.Н., Зайцев В.П., Бояркина М.А. Оценка эффективности использования аэраторов «Пантекс» в системах биологической очистки стоков. // Вода и экология. Проблемы и решения. №2, 2005.

13. Белицин М.Н. О структуре и механических свойствах полиамидных комплексных нитей В. кн: Научно-исследовательские труды ВНИИПХВ за 1966г. 4.1 М.: «Лёгкая индустрия» 1969. с 26-38.

14. Белицин М.Н. Синтетические нити М.: «Лёгкая индустрия» 1970. 192с.

15. Белицин М.Н., Гончарова Э.В.

16. Производство и применение капроновых нитей №70. Сб. научных трудов ЦНИИТЭИ легпром, 1970

17. Белицин М.Н. Совершенствование структуры химических комплексных нитей «Технико-экономический информационный бюллетень по лёгкой промышленности» 1972 №6 с81-86

18. Kakiage S. Strukture of a Single Filament in Twisted Multi - Filament Yarn. Journal of the Textile Machinery fociety of Japan, 1961.7.2.8.

19. Белицин М.Н. Влияние крутки синтетических комплексных нитей на механические свойства элементарных нитей. Научные труды ВНИИПХВ, Сб.вып. I. М. «Лёгкая индустрия». 1970.

20. Белицин М.Н. Зависимость механических свойств синтетических нитей от крутки. // «Прядение» 1971 №11.

21. Белицин М.Н., Дмитриев С.А. Влияние различных факторов на структуру синтетических комплексных нитей, // «Текстильная промышленность» 1969 №10 с71-74.

22. Белицин М.Н. Структура хлопчатобумажной пряжи // Текстильная промышленность. 1948 №7 с 22-24.

23. Гончарова Э.В., Усенко В.А. О структуре полипропиленовых комплексных нитей, в кн. Новое в переработке химических волокон. Научно-исследовательские труды ВНИИПХВ. Сб. 4 ЦНИИТЭИ легпром. 1973. сЗО.

24. Капитанов А.Ф. Фрикционные процессы прядения 4.2 Силовые поля. Москва. МГТУ им. А.Н. Косыгина 2006

25. Кеворккан К.И. К вопросу проектирования прочности комплексных нитей. // Технология текстильной промышленности; 1961, №2

26. Розанов Ф.М. и др. Строение и проектирование ткани. -М.: Гизлегпром 1953.

27. Сурнина Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам. М.: Лёгкая индустрия 1973.-142с.

28. Ахмедов Р.Ю. Разработка технологических параметров изготовления тканей с малой раздвигаемостью нитей. Диссертация, кандидат технических наук-М.: 1991

29. Dow N.F., Tranfild G. Prelimirary investigation of Feasibility of weaving triaxial fabrics // Textile Research Journal. 1970-V.40- N1 lp. 986-998.

30. Skelton J. Triaxial Woven Fabrics: Their Structure and properties // Textile Research Jornal. 1971. - V. 41-N8.- P. 637-647.

31. Alexandroff E.E. Desing Development and Testing of New Aerostat Material: Proceedings, 8-th AFCRL. Scientific Ballon Symposium, Sept. 30-0ct.3.1974, AFCRL - TR-74-0393, Special reports, N182

32. Садыкова Ф.Х. Текстильное материаловедение и основы текстильного производства -М.: Лёгкая индустрия 1967.

33. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. Учебник для ВУЗов текстильной промышленности М.: Лёгкая индустрия, 1980. 392с

34. Гринфильд С. Аткинс П.Р. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник №2 М.: Металлургия. 1988, 172с.

35. Мозус М.Г. Малыгин А.Д. Моргулие М.Л. Фильтры для улавливания промышленных пылей. М.: Машиностроение, 1985, 240с.

36. Смирнов В.И. Теоретические исследования строения ткани полотняного переплетения, М.: Ростехиздат. 1960.

37. Николаев С.Д. Прогнозирование изготовления тканей заданного строения : учебное пособие / С.Д. Николаев М.: МТИ 1989

38. Новиков Н.Г. О строении ткани и о проектировании её с помощью геометрического метода. / Н.Г. Новиков // Текстильная промышленность -1946 №2 -cl 1-12.

39. Степанов С.Г. Развитие теории формирования и строения ткани на основе нелинейной механики гибких нитей. Диссертация, д.т.н. Иваново. ИВТИ 2007.

40. Юхин С.С. Автоматизированный метод проектирования тканей по заданной пористости. / С.С. Юхин, С.Е. Мартыненко// Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности,- 2003.-№4. с40-43.

41. Юхин С.С. Теоретический расчёт параметров строения высокоплотных тканей с использованием нелинейной теории изгиба./ С.С. Юхин, С.А. Цицилина // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности . -1997-№1. с 40-41

42. Карева Т.Ю. Разработка способа, технологии изготовления тканей новых структур исследование их строения: Диссертация д.т.н. М.: 1989-412с

43. Юхин С.С. Исследование технологической оснастки фирмы «Техо ЛТД» для выработки высокоплотных тканей / С.С. Юхин , В.В. Гордеева // Известия ВУЗов . Технология текстильной промышленности 1995,- №5 с. 119-121

44. Юхин С.С. Разработка технологии выработки тканей повышенной плотности /С.С. Юхин, В.В. Гордеева,// Современные технологии текстильной промышленности: Сборник материалов Всероссийской н.т. конференции М.: МГТА 1995 с56.

45. Николаев С.Д. Теория процессов, технология и оборудование приготовительных операций ткачества / С.Д. Николаев, Р.И. Сумарукова, С.С. Юхин, П.В. Власов М.: Легпромбытиздат 1993-192с.

46. Николаев С.Д. Метод проектирования углеродных тканей /С.Д. Николаев, Е.В. Евсюкова// Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1995 №3 -с 27-30.

47. Ермаков В.Ю. Разработка технологии многослойных регенерируемых фильтровальных нетканых материалов для очистки воздуха. Диссертация к.т.н. - М.: МГТУ, 2008. с 132.ю

48. Корицкий К.И., Бычкова В.М. 'Разработка структуры велотреда из химических волокон, научно-исследовательские труды: ЦНИХБИ, 1966.

49. Бояркина М.А. Разработка и производственные испытания барботажных аэраторов. «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» : Сборник научных трудов 1-ой Международной научно-практической конференции Ульяновск 2007.

50. Гордеев В.А, Волков П.В. Ткачество. Лёгкая и пищевая промышленность. М. 1984

51. Зайцев В.П. Зависимость длины нити, наматываемой на цилиндрическую бобину от её угла поворота // Технология текстильной промышленности №4. 1988.

52. Прошков А.Ф. Механизмы раскладки нити М.: Легпромиздат. 1986. 248с.

53. Schneider I. Vorbereitungsmaschinen fur die Weberei. Berlin (Gottivgen) Heidetberg, 1963. 403s.

54. Wegener W., Schubert G. Die Ermittlung der Druckverteilung in Garnkorpern. In: Textilpraxis Stutgart. 23. 1968 226-230s.

55. Худенко Б.М., Шпирт E.A. Аэраторы для очистки сточных вод — М.: Стройиздат, 1973.

56. Карелин Я.Н., Жуков Д.Д., Журов В.Н., Репин Б.Н. Очистка производственных сточных вод в аэротенках М.: Стройиздат, 1973.

57. Рябов А.К., Сиренко А.А. Искусственная аэрация природных вод. — Киев. Наукова думка. 1982

58. Сивак В.М., Янушевский Н.Е. Аэраторы для очистки природных и сточных вод.- Львов. Виша школа 1984.

59. СНИП 2.04.03 85 Методика расчёта расхода воздуха для мелкопузырчатой и среднепузырчатой аэрации.

60. Павутницкий В.В. Основные положения теории пенообразования. Учебное пособие. ДИТУД. 2007

61. Зайцев В.П., Панин И.И. Определение удельной плотности сомкнутой намотки на цилиндрическую бобину. Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности №6-1981 г.

62. Панин И.Н. Разработка и исследование структур текстильных паковок специального назначения. Диссертация на соискание учёной степени д.т.н. — М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина 1996, с 164

63. Зайцев В.П. Зависимость длины нитей наматываемых на сновальную или ткацкую паковку от угла её поворота. Изв. ВУЗов Технология текстильной промышленности, №5-1968 г.

64. Гордеев В.А., Арефьев Г.И., Волков П.В. Ткачество учебник для ВУЗов. Изд. Легкая индустрия, 1970 г.

65. Материалы разработанные ОАО НИИНМ, МГУС, ФГУП НАТИ, Методика определения эффективной пористости по выталкивающей силе. 2002.

66. Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Калицун В.И. Примеры расчётов канализационных сооружений. М.: Стройиздат. 1987.

67. Островский Н.В. Сброс сточных вод в коммунальную канализацию: принципы нормирования//Экология и промышленность России, 2002, №2.

68. А.С. СССР № 789406, Кл. С 02 F 1/46, 1980.

69. А.С. СССР № 975584, Кл. С 02 F 1/463, 1982.

70. Господинов Д.Г., Пронин В.А., Шкарин А.В. Способ очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ//Экологические системы и приборы, 1999, №1.

71. Бояркина М.А, Голованов В.Н, Панин И.Н Новые барботажные аэраторы для биологической очистки сточных вод. «Экология Производства». Научно-практический журнал. 2007; №2. Москва.

72. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений «Справочник монтажника» /А.С. Москвитин, Б.А. Москвитин, Г.М. Марончик, Р.Г. Шапиро/ М.: Стройиздат, 1979, 430с.

73. Голованов В.Н., Панин И.Н., Бояркина М.А. Новые барботажные аэраторы для биологической очистки сточных вод. // «Химия и нефтехимия» №2(8)2007. с13.

74. Бояркина М.А., Панин И.Н., Иванова СЛ. Место текстильных паковок в создании и развитии аэрационных систем. —Тезисы НТ конференции «Текстиль 2008». Димитровград.

75. Патент №2324660 от 20 мая 2008г. Панин И.Н., Бояркина М.А., Стрелков Е.В., Омегова Т.А.

76. Виленский П.Л., Лившиц В.Н., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов. Теория и практика. М. 2002

77. Практическое пособие по выбору и разработке энергосберегающих проектов. / В семи разделах. Под общей редакцией д.т.н. О.Л. Данилова, П.А. Костюченко, 2006. 668с.

78. Стрелков Е.В., Бояркина М.А., Поликарпов А.В. // Мотальные паковки специального назначения и их роль в развитии отрасли. // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: Сборник докладов IV всероссийской конференции Камышин 2006.

79. Панин И.Н., Бояркина М.А., Губанова Н.Н. Анализ методов очистки сточных вод. // Вестник ДИТУД 2006/4