Введение к работе
Актуальность темы исследования. С ростом и развитием городов, предприятий АПК увеличиваются расходы концентрированных по патогенным микроорганизмам сточных вод, которые представляют собой опасность загрязнения почвы, подземных и поверхностных вод, в частности яйцами гельминтов. Наиболее опасными с точки зрения обсеменен ности яйцами гельминтов являются сточные воды свиноводческих комплексов.
В последнее время в РФ широкое распространение получили различные отраслевые программы по развитию АПК, в частности 2005 года действует областная целевая программа «Развитие свиноводства в Белгородской области». В связи с этим реконструируются старые и строятся новые свиноводческие хозяйства. Однако наряду с увеличением мощностей свиноводческих комплексов возрастает и количество навозосодержащих сточных вод. Согласно данным, указанным в «Программе по производству, переработке, транспортировке и внесению в почву отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота, птицы и свиней как органических удобрений на 2008-2012 годы», в Белгородской области на 2010 год сброс свиноводческих стоков с комплексов и ферм составлял более 4124тыс.м3 в год, а к 2012 году увеличится до 4659тыс.м3 в год. Чтобы избежать загрязнения окружающей среды и обеспечить санитарно-гигиеническую и эпидемиологическую безопасность, сточные воды необходимо эффективно утилизировать, обеспечив предварительно надёжное их обеззараживание до стандартов использования в сельскохозяйственном производстве или сброса в водные объекты.
Одним из наиболее целесообразных методов утилизации сточных вод свиноводческих хозяйств (СВСХ) с позиций ресурсосбережения является их использование на полях орошения и получение из осадков органических удобрений. Однако широкое применение сточных вод указанного типа ограничивается отсутствием надёжных, экологически безопасных методов их обеззараживания, и в частности, от яиц гельминтов, которые и определяют I класс опасности СВСХ, а потому степень их обеззараживания должна быть 100%. Как показали исследования свиноводческих стоков (санитарно-гельминтологического контроля) за 2007 год, проведённых в лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии», в Белгородской области 43,2% проб очищенных сточных вод содержали жизнеспособные яйца гельминтов. Следовательно, можно сделать вывод о недостаточной эффективности применяемых методов обеззараживания СВСХ от яиц гельмшітов.
Всё вышесказанное определяет актуальность исследований, направленных на защиту от опасного воздействия загрязнённых сточных вод на водоёмы, почву, атмосферу и, в конечном итоге, на человека.
Диссертационная работа соответствует национальной программе действий по совершенствованию и развитию водохозяйственного комплекса России на перспективу «Вода России - XXI век» в программном проекте «Обеспечение потребности в водных ресурсах», а также Межведомственной координационной программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской
4 Федерации на 2006-2011 гг.
Основная идея работы состоит в изучении и использовании явления искусственной кавитации, возникающей в вакуум-эжекционном аппарате, при определённых параметрах потока для эффективного обеззараживания сточных вод от яиц гельминтов; определении необходимых конструктивных параметров вакуум-эжекционного аппарата, создающих условия наиболее интенсивного воздействия на яйца гельминтов.
Цель работы заключается в научном обосновании технических и
технологических решений обеззараживания загрязнённых яйцами
гельминтов сточных вод с использованием вакуум-эжекционного метода. Задачи исследований:
- провести анализ научно-технической и патентной информации, данных о
современном состоянии вопроса обеззараживания загрязнённых яйцами
гельминтов сточных вод, а также основных положений теории и практики
технологий обработки воды вакуум-эжекционным методом;
- разработать математическую модель работы вакуум-эжекционной
установки для дегельминтизации сточных вод;
- обосновать обеззараживающий эффект от яиц гельминтов (Ascaris suum)
при вакуум-эжекционной обработке хозяйственно-бытовых и свиноводческих
сточных вод;
разработать конструкцию и экспериментально установить рабочие параметры работы вакуум-эжекционного аппарата для создания кавитации, способствующей обеззараживанию сточных вод от яиц гельминтов;
разработать технологическую схему обеззараживания загрязнённых яйцами гельминтов сточных вод свинокомплексов с применением вакуум-эжекционного метода обработки.
Методы исследования. В ходе исследований проводили натурные, лабораторные, теоретические и численные эксперименты с использованием стандартных методик и методов математического моделирования. Проведены: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое моделирование процессов, происходящих в вакуум-эжекторе; опытно-промышленные эксперименты, исследования и обработка экспериментальных данных методами математической статистики и регрессионного анализа с применением ПЭВМ.
Научная новизнаработы:
-
Разработана двухмерная математическая модель работы вакуум-эжектора, учитывающая двухфазность потока, в основу которой положена зависимость влияния скорости и давления потока на плотность среды (суммарная плотность яиц гельминтов и воды).
-
Экспериментально достигнут 99,9 % эффект обеззараживания от яиц гельминтов (Ascaris suum) свиноводческих и хозяйственно-бытовых сточных вод за счёт явления искусственно созданной кавитации при вакуум-эжекционном способе обработки.
-
Установлены зависимости влияния различных параметров на дегельминтизирующую способность вакуум-эжектора.
4. Получено удовлетворительное согласие моделируемых и
экспериментальных результатов, обеспечивающих обеззараживание сточных вод от яиц гельминтов в вакуум-эжекторе.
Практическую значимость работы представляют:
- результаты модельных расчётов, позволяющие совершенствовать
конструкцию и режимные решения работы вакуум-эжекционной установки;
- разработанная и апробированная эффективная конструкция вакуум-
эжекционной установки для обеззараживания загрязнённых яйцами
гельминтов сточных вод;
- сокращение времени обеззараживания сточных вод от яиц гельминтов;
технологическая схема дегельминтизации сточных вод свиноводческих хозяйств, позволяющая сократить время их пребывания в лагунах, уменьшить в 1,5-2 раза площадь ёмкостных сооружений, исключить риск заражения подземных вод яйцами гельминтов;
результаты успешных опытных испытаний на очистных сооружениях свиноводческих стоков ООО «Гурман» и хозяйственно-бытовых сточных вод г.Алексеевка;
рекомендации по расчету и проектированию вакуум-эжекционных установок;
- обоснование ресурсо-экологической целесообразности обработки и
обеззараживания сточных вод свинокомплексов, загрязнённых яйцами
гельминтов на вакуум-эжекционном аппарате.
Достоверность результатов исследований подтверждается большим объёмом данных, полученных в результате лабораторных и полупроизводственных исследований, с использованием тестированных методик лабораторных и производственных исследований, метрологически аттестованных приборов и оборудования промышленного изготовления, большим количеством экспериментальных данных и их хорошей сходимостью с расчётными. Отдельные, из полученных результатов и зависимостей согласуются с данными и закономерностями других авторов.
На защиту выносятся:
- двухмерная математическая модель работы вакуум-эжекционной
установки для обеззараживания концентрированных сточных вод от яиц
гельминтов за счёт эффекта кавитации;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния
режимных параметров работы вакуум-эжекционного аппарата на
эффективность процесса обеззараживания;
- рекомендации по проектированию и расчёту вакуум-эжекционной
установки;
-доказательства экологической и санитарно-гигиенической
целесообразности применения вакуум-эжекционного метода обработки концентрированных стоков, для снижения экологического ущерба от поступления загрязнённых сточных вод в природные объекты и вреда здоровью потребителей;
- технологические схемы обеззараживания сточных вод от яиц
гельминтов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на научно-практических конференциях регионального и всероссийского уровня: всероссийской научно-практической конференции «Наука и молодёжь в начале нового столетия» (Губкин 2007 г.); всероссийском конкурсе молодёжных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий «Моя страна -моя Россия» (Москва 2008 г.); XIV Международной научно-производственной конференции под названием - «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (17 - 20 мая 2010 года Белгород).
Внедрение результатов. Конструкция экспериментального вакуум-эжектора используется в пилотной демонстрационной установке. Результаты экспериментальных и теоретических исследований внедрены в учебный процесс кафедры «Отопление, вентиляция и кондиционирование» по курсу «Водоснабжение и водоотведение» в виде лекционных курсов для подготовки студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях.
Объём и структура работы. Материалы диссертации изложены на 156 страницах основного текста, включающего 28 таблиц и 37 рисунков. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 163 наименований и 13 приложений.
