CC BY
34
Основные приёмы
fl Г!
придание peni ефности
Рис. 3. Основные приемы моделирования поверхностей
Поверхности обладают центром или осью и воспринимаются с разных точек. Такие поверхности применяют в открытой пространственной среде. Они обладают геометрическим характером исходя из пластической обусловленности и пространственным соотношением объёмной формы. Объёмные поверхности бывают простые и сложные. К простым относятся закрытые поверхности - это куб, сфера, конус и т.д. К сложным поверхностям относятся комбинации и сочетания из линейных и плоскостных поверхностей (стул, стол и т.д.).
Понимание пластического свойства поверхности
сти. Основные приёмы моделирования показаны на рис. 3.
В работе предпринята попытка дать классификацию поверхностей в архитектурных средах, позволяющих приблизиться к пониманию понятия поверхности. Выделены основные виды поверхностей с описанием структуры и рельефности. Дано представление о различии онтологических и метафизических подходов к понятию поверхности. При этом сохраняются проблемы различия тактильного и визуального восприятия, что будет детально рассматриваться в дальнейшем.
имеет большое значение в моделировании поверхно-
Библиографический список
1. Раппапорт А.Г. К пониманию архитектурной формы: дис. 3. Байер В.Е. Материаловедение для архитекторов, рестав-...д-ра искусствоведения. М., 2000. раторов, дизайнеров: учеб. пособие. М.: Астрель, 2005. 250
2. Жиль Делез. Логика смысла. пер. с фр. Я.И. Свирского с. Екатеринбург: Деловая книга, 1998. 472 с.
УДК 628.316
ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА ПОЛЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОГО ИЛА И ОКИСЛИТЕЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ АЭРАТОРА В АЭРОТЕНКЕ
В.Н. Кульков1, Е.Ю. Солопанов2, И.В. Евтеева3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены поля скорости течения воды и распределения активного ила без воздействия и с воздействием на
1 Кульков Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой водоснабжения, водоотведения, охраны и рационального использования водных ресурсов, тел.: (3952) 405-142, е-mail: [email protected]
Kulkov Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the chair of Water Supply, Drainage, and Ecology of Water Resources, tel.: (3952) 405-142, e-mail: [email protected]
2Солопанов Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики, тел.: (3952) 405-279, 89021707622. Solopanov Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Computer Science, tel.: (3952) 405-279, 89021707622.
3Евтеева Ирина Владимировна, аспирант. Evteeva Irina, postgraduate student.
гидродинамическую обстановку в аэротенке с помощью направляющей пластины. Дана оценка окислительной способности мелкопузырчатого аэратора при изменении газогидродинамической обстановки в модели аэротенка. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: аэротенк; аэратор; гидродинамика; активный ил; окислительная способность.
EFFECT OF HYDRODYNAMIC CONDITIONS ON THE DISTRIBUTION FIELD OF ACTIVATED SLUDGE AND AERATOR OXIDIZING ABILITY IN AN AERATION TANK V.N. Kulkov, E.Yu. Solopanov, I.V. Evteeva
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors result the velocity fields of water flow and the distribution of activated sludge without and with some impact of a guiding plate on the hydrodynamic conditions in an aeration tank. They give the estimation of the oxidative capacity of a fine-bubble aerator under the alteration of gas-hydrodynamic conditions in the aeration tank model. 6 figures. 1 tables. 3 sources.
Key words: aerotank; aerator; hydrodynamics; activated sludge; oxidative capacity.
Принципиальная схема установки для изучения гидродинамики сточных вод и поля распределения активного ила на модели аэротенка с мелкопузырчатым аэратором описана ранее [1]. Основным элементом установки являлась модель аэротенка с размерами 0,06x0,77x0,88 м, выполненная из силикатного полированного стекла. Подача сжатого воздуха к установке осуществлялась от компрессора ОМА с мощностью двигателя 1,5 кВт. В опытах использовали мало-минерализированную ангарскую воду с введенным свежеотобранным активным илом. Концентрацию кислорода определяли кислородомером АТТ-3010 со встроенным электронным термометром. Аэратором служил круглый сегмент мелкопузырчатого аэратора «АКВА-ЛАЙН» шириной 0,058 м, представляющий собой вертикальный разрез аэратора, находящегося в углу аэротенка.
£см
Z,cm
80
64
%
* ■ Ж
ш
48
32
16
4 Л) за 52 В8 77 X, см
Рис. 1. Скалярное поле скорости течения воды в модели аэротенка при интенсивности мелкопузырчатой аэрации J = 5,41 м3/(м2-ч) при боковом расположении аэратора (см/с):
А - 5; ▲ - 10; о - 15; • - 20; х - 25; 0 - 30; ♦ - 35;
- 55; О -
. 40; ■ - 45; * - 50;
■ 60;
■ 65
) 4 20 36 52 68
Рис. 2. Поле распределения активного ила в модели аэротенка при интенсивности мелкопузырчатой аэрации J = 5,41 м3/(м2-ч) при боковом расположении аэратора. Концентрации активного ила
0 2,80-2,90 □ 2,90-3,00 13,00-3,10 □ 2,40-2,50 ЕЭ 2,50-2,60 0 2,60-2,70 П2,70^
Для воздействия на гидродинамику потоков мы использовали пластину, находящуюся над аэратором в модели аэротенка. С помощью пластины часть газожидкостного потока, поднимающегося над аэратором, направлялась в геометрический центр плоскостной модельной ячейки. Для увеличения окислительной мощности аэротенка необходимо уменьшить площадь «застойной зоны» в центре модели со скоростями движения сточной воды менее 0,1 м/с (рис. 1, 2) путем изменения гидродинамической обстановки в области этой зоны. Небольшие скорости движения воды (0,050,1 м/с) не способствуют доставке растворенного ки-
77 X, си
'-2,80
слорода в застойную зону, т.е. окислительная способность этой области аэротенка уменьшается. Размеры этой области составляют ~ 15% всей площади поперечного сечения аэротенка, следовательно, шестая часть его объема выведена из активного окисления органических веществ.
Для определения длины, угла наклона и местоположения пластины над мелкопузырчатым аэратором был проведен ряд экспериментов с красящей жидкостью, подаваемой по трубке в центр модели. В результате опытов было установлено, что оптимальная длина пластины, позволяющая устранить застойную зону, составляет 1/3 ширины модели аэротенка.
Найдено, что направляющая пластина должна располагаться над аэратором на расстоянии, равном 1/10 высоты модели аэротенка, а направление потока, отражающегося от нее, должно быть сориентировано в центр модели. Таким образом, для аэротенков с разными геометрическими параметрами угол наклона пластины составляет 30-35° к горизонту.
Поля скорости течения сточной воды и распределения ила при интенсивности
мелкопузырчатой аэрации J = 5,41 м3/(м2-ч) в вертикальном сечении аэротенка с изменяемой газогидродинамикой изучались по методике, описанной ранее [2].
Рис. 3. Векторное и скалярное поля скорости течения воды с измененной гидродинамикой в модели аэротенка при интенсивности мелкопузырчатой аэрации J = 5,41 м3/(м2-ч) при боковом расположении аэратора (см/с):
■ 50; Ф - 55; О -
▲ - 10; о - 15; • - 20; х - 25; 0 - 30; ♦ - 35; □ - 40;
■ 45; ★ ■
60;
■ 65
2, си
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рис. 4. Поле распределения активного ила в модели аэротенка с измененной гидродинамикой при интенсивности мелкопузырчатой аэрации J = 5,41 м3/(м2-ч) при боковом расположении аэратора. Концентрации активного ила
(г/л): □ 2,40-2,50 ЕЭ 2,50-2,60 □ 2,60-2,70 □ 2,70-2,80 0 2,80-2,90 □ 2,90-3,00 13,00-3,10
С,, мг О2/л
10
12
14
16
Рис. 5. Скорость насыщения воды кислородом С при разной интенсивности аэрации и, м /(м ч) для мелкопузырчатого аэратора «АКВА-ЛАЙН» при боковом расположении аэратора без воздействия
на газогидродинамику в модели аэротенка
Обширная застойная зона в центральной области модели поперечного сечения аэротенка, в которой реализуются скорости 0,05-0,1 м/с потоков воды, способствует быстрой коагуляции активного ила в крупные агломераты. Небольшие скорости потоков, тем не менее, достаточны для поддержания активного ила во взвешенном состоянии. Окислительная мощность этой области аэротенка, зависящая от поверхности контакта «жидкость-ил», уменьшается. Эта область составляет ~ 15% от всей площади поперечного сечения аэротенка.
Построенные скалярное поле скорости и поле ила (рис. 3, 4) с изменяемой газогидродинамикой в модели аэротенка при боковом расположении мелкопузырчатого аэратора «АКВА-ЛАЙН» показывают, что по площади зоны поперечно-вертикального сечения аэ-ротенка скалярное поле имеет очень сложную конфигурацию. Оно характеризуется несколькими контурами циркуляции жидкости с вращением как по часовой, так
и против часовой стрелки. Значения скорости жидкости изменяются от 0,1 до 0,6 м/с. Наибольшие численные значения скорости реализуются по периметру циркуляционного контура, а также над концом направляющей пластины.
Воздействие на гидродинамику привело к более равномерному распределению активного ила (см. рис. 4) по всему объему аэротенка, застойная зона практически исчезла. Наличие двух возникших незначительных застойных зон не превышает -5% площади поперечного сечения (см. рис. 3). Необходимо отметить, что в правом верхнем и нижнем углах аэротенка, вдоль продольных сторон перестали существовать зоны с небольшими скоростями сточной воды, хорошо наблюдаемые на рис. 1. Отсутствие застойных зон, в которых происходит коагуляция хлопьев активного ила в большие агломераты, увеличивает окислительную мощность аэротенка в целом и приводит к повышению глубины биологической очистки сточных вод.
ОС(м) = 0,3082 и
4
ОС(М) = 0,5121 . и
0 2 Интен£ивнось аэрации J, м6/(м2 ч) 8 10
Рис. 6. Зависимость окислительной способности мелкопузырчатого аэратора «АКВА-ЛАЙН» от интенсивности аэрации при боковом расположении аэратора для глубины модели аэротенка 0,8 м
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
0
Расчет окислительной способности для мелкопузырчатого аэратора без направляющей пластины с направляющей пластиной
Начальная концентрация растворенного кислорода СН, мг/л 8 8 8 8
Объем воды V, л 40,5 40,5 40,5 40,5
Температура Т, С 25,3 24,1 26,4 26,6
Атмосферное давление Ра, мм.рт.ст. 709 709 719 719
Давление насыщенного пара при данной температуре воды Р, мм.рт.ст. 24,2 22,52 25,82 26,13
Масса сульфида, г 6,48 6,48 6,48 6,48
Соленость Б, г/л 0,16 0,16 0,16 0,16
Предельная концентрация растворенного кислорода Сз (760) при данных Т, Б и при атмосферном давлении 101325 Па, мг/л 8,01 8,17 7,86 7,83
Предельная концентрация растворенного кислорода Сз при данных Т, Б и Ра, мг/л 7,45 7,61 7,42 7,40
Начальная концентрация кислорода, мг/л 2,5 2,3 1,5 1,5
Конечная концентрация кислорода, мг/л 6,1 5,9 6,0 6,0
Время t, мин 12 12 12 12
Объемный коэффициент массопередачи 6,1 5,7 7,1 7,2
Окислительная способность ОС, гО2/ч 1,84 1,75 2,15 2,16
Для оценки окислительной способности (ОС) мелкопузырчатого аэратора при изменении газогидродинамической обстановки в модели аэротенка нами проведены исследования по определению его окислительной способности. Окислительная способность аэратора определялась по уравнению [2]:
ОС = К|_а О УЮ-3, где V - объём резервуара, м3; К|_э - объёмный коэффициент массопередачи, ч-1; Оз - концентрация насыщения кислорода для данных условий, мг/л.
Объёмный коэффициент массопередачи определялся методом переменного дефицита кислорода. При этом концентрация кислорода измерялась через определённые промежутки времени. По изменению концентрации кислорода судили о скорости поступления его в жидкость до полного её насыщения. Этот метод рекомендован в качестве «стандартного» и в последнее время получил широкое распространение как наиболее простой в проведении и позволяющий сравнивать аэраторы различных систем по эффективности их работы [3].
Размер пузырька воздуха, выходящего из аэратора, определяется размером отверстий аэратора, расходом воздуха и скоростью его выхода из отверстия. Для диапазона расходов, обычно применяемых в практике аэрации, средний диаметр пузырьков является экспоненциальной функцией расхода воздуха. В зависимости от скорости подъема пузырьки изменяют свою форму и могут приобретать
вид сплющенного сфероида, что приводит к увеличению лобового сопротивления движению и уменьшению скорости его подъема. Характер всплывания пузырьков хорошо описывается модифицированным числом Рейнольдса, т.е.
d V
Re = —-——.
v
В зависимости от числа Рейнольдса могут быть выделены следующие режимы всплывания пузырьков: Стокса, Адамара, Левича, Тейлора. В нашем случае Re = 427, что соответствует режиму Адамара, так как dn > 0,002 м.
Модель аэротенка заполнялась маломинерализованной ангарской водопроводной водой, аэратор устанавливался в рабочее положение у дна модели. Датчик кислородомера фиксировался в ячейке по восьмому вертикальному сечению на глубине 0,36 м при глубине погружения аэратора 0,72 м и уровне воды в модели аэротенка 0,8 м. Обескислороживание воды и расчет количества сульфита натрия и катализатора проводили согласно методике приведенной в [3].
До и после аэрации снимали показания атмосферного давления, температуры окружающей среды и воды. В течение опыта измерялось избыточное давление воздуха в системе. Полученные при проведении эксперимента данные заносились в таблицу Microsoft Excel, по которой рассчитывались искомые параметры (таблица).
По расчётам, приведенным в таблице, видно, что с организованной газогидродинамической обстановкой (с пластиной над аэратором) окислительная способность аэратора возрастает на ~18 % и достигает 2,15 гО2/ч. Это объясняется тем, что часть кислорода воздуха, отводимая пластиной, проходит более длинный путь и, следовательно, имеет больший по времени контакт с водой для растворения кислорода.
Изменение концентрации кислорода в воде модельного аэротенка (без воздействия на газогидродинамику) при различных интенсивностях аэрации происходит по полиномиальной зависимости с выходом на предельное значение, определённое атмосферным давлением, температурой и
Библиографический список
солесодержанием воды (рис. 5). В дальнейшем для расчетов использовали значения концентрации кислорода в интервале времени от 0 до 12 мин.
Зависимость окислительной способности мелкопузырчатого аэратора от удельной интенсивности аэрации в модели аэротенка без воздействия на гидродинамику имеет линейный характер и описывается уравнением ОС = а ■ J , а тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс определяется глубиной модели аэротенка (рис. 6). При глубине модели аэротенка 0,8 м угловой коэффициент а = 0,5121.
1. Солопанов Е.Ю., Кульков В.Н. Установка для определения поверхности контакта фаз "жидкость - газ" физико-химическим методом / Инвестиции. Строительство. Недвижимость: материалы межд. науч.-практ. конф. (28-30 июня 2006, Иркутск). Иркутск, 2006. С. 114-117.
2. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Евтеева И.В., Разум А.С. Газогидродинамическая обстановка и распределение
активного ила в сооружениях биологической очистки сточных вод /Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. 2008. № 4. С. 48-52.
3. Карелин Я.А. Очистка производственных сточных вод в аэротенках. М.: Стройиздат, 1973. 223 с.
УДК 628.15.12
ПОВЫШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ РАБОТЫ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ УЧЕТОМ СЛОЖНЫХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СИБИРСКИХ РЕГИОНОВ
С
А.И. Матюшенко1, М.Г. Яковлева2
ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс», 660049, г. Красноярск, ул. Парижской коммуны, 41.
Установлены зависимости расходных характеристик водозаборов инфильтрационного типа от времени и температур: воздуха, речного и подруслового потоков, которые оказывают существенное влияние на параметр производительности водозабора. Разработаны и реализованы математические модели термокольматационных процессов в зоне активного влияния водозаборных сооружений, учитывающие гидрогеотермические, физические и конструктивные параметры водоисточников. Ил. 3. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: водозаборные сооружения; кольматация руслового аллювия; экстремальные условия сибирских регионов; изменения температуры подземных вод.
INCREASE OF THE OPERATIONAL INTENSITY OF INFILTRATION STRUCTURES WITH REGARD TO COMPLEX THERMOPHYSICAL CONDITIONS OF SIBERIAN REGIONS A.I. Matyushenko, M.G. Yakovleva
LLC «Krasnoyarsk housing-municipal complex», 41, Paris Commune St., Krasnoyarsk, 660049.
The authors determined the dependences of discharge characteristics of water intakes of infiltration type on time and temperature of: the air, the river-course flow and the under-course flow that have a significant effect on the performance parameter of the water intake. They developed and implemented mathematical models of thermocolmatation processes in the zone of the active influence of water intake facilities. These models take into account hydrogeothermal, physical and structural parameters of the water sources. 3 figures. 3 sources.
Key words: water intake facilities; colmatation of river-bed alluvium; extreme conditions of Siberian regions; temperature changes of groundwaters.
1Матюшенко Анатолий Иванович, доктор технических наук, генеральный директор ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс», тел.: (3912) 528701.
Matyushenko Anatoly, Doctor of technical sciences, Director General of LLC «Krasnoyarsk housing-municipal complex», tel.: (3912) 528701.
2Яковлева Марина Геннадьевна, заместитель начальника цеха, технолог Управления водоснабжения ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс», тел.: (3912) 3627, 89190303564, e-mail: [email protected]
Yakovleva Marina, workshop master assistant, technologist of the Department of Water Supply of LLC «Krasnoyarsk housing-municipal complex», tel.: (3912) 3627, 89190303564, e-mail: yakovleva.mg @ mail.ru
