Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы V Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А

17,75

Рис. 1. Динамика изменения ХПК в воде Черноисточинского водохранилища

Рис. 2. Динамика изменения БПК в воде Черноисточинского водохранилища

Следующим этапом исследования является расчет индекса загрязнения воды. Для этого (формула 1) используется группа гидрохимических показателей: водородный показатель, фосфаты, железо общее, магний, марганец, медь, цинк, аммоний и ионы аммония, нитриты, нитраты, ХПК, БПК.

Данные химического состава воды Черноисточинского водохранилища были взяты из источников [1, 2].

Нами были произведены помесячные расчеты индекса загрязнённости воды питьевого Черноисточинского водохранилища в 2011-2012 гг. (рис. 3 – 6).

320

Номер точки мониторинга…

Рис. 4. Показания ИЗВ в июле 2011-12 г.

Рис.5. Показания ИЗВ в августе 2011-12 г.

Виюне 2011 и 2012 гг. воды Черноисточинского водохранилища также относились ко второму классу качества и характеризовались как «чистые».

Внастоящее время оценка качества питьевой воды является важной задачей. В особенности эта проблема остра для Уральского региона, который уже 3 столетия является крупным промышленным регионом, ещё в начале XVIII братья Демидовы образовали здесь первые металлургические и нефтехимические производства.

Широкое развитие промышленности отложило огромный отпечаток на экологическое состояние природных компонентов, в частности на водные объекты Уральского региона [5].

Рис. 6. Показания ИЗВ в августе 2011-12 г.

321

Изучение экологического состояния Черноисточинского водохранилища является актуальной и интересной задачей, так как оно является питьевым источником для Нижнего Тагила и других населенных пунктов Свердловской области.

Литература

1.Анциферова Г.А. Эколого-гидробиологический мониторинг состояния водной среды Воронежского водохранилища/ Г.А. Анциферова, В.В. Кульнев// Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы Международной научно-практической конференции

(г. Воронеж, 12 ноября 2015 г.) — Воронеж, 2016 .— Ч. 8. - С. 84-93

2.Кульнев В.В., Почечун В.А. Применение альголизации питьевых водоемов Нижнетагильского промышленного узла/В.В. Кульнев, В.А. Почечун // Медицина труда и промышленная экология, № 1. С. 20-21.

3.Кульнев В.В., Почечун В.А. Опыт альголизации питьевых водоемов Нижнетагильского промышленного узла/ В.В. Кульнев, В.А. Почечун// Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера».т. 8. № 3. С. 287-290.

4.Лухтанов В.Т. Биологическая реабилитация водоемов посредством структурной перестройки фитопланктонного сообщества/ В.Т. Лухтанов, В.В. Кульнев // Труды географического общества Республики Дагестан / Изд-во Дагестанского государственного педагогического ун-та, 2013. С. 140 – 143.

5.Марченко Е.Е., Кульнев В.В., Анциферова Г.А., Тарасова Н.Г., Еремкина Т.В., Михайлов Б.В. К вопросу о таксономическом составе фитопланктона и качестве воды Леневского водохранилища и Нижнетагильского городского пруда (Свердловская область) / Е.Е. Марченко, В.В. Кульнев, Г.А. Анциферова, Н.Г. Тарасова, Т.В. Еремкина, Б.В. Михайлов // В сборнике: Экологическая безопасность промышленных регионов III-й Уральский международный экологический конгресс. Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, Свердловское областное отделение; Институт экономики Уральского отделения РАН; Уральский государственный горный университет. 2015. С. 73-82.

6.Реки и Озера Урала. Путь доступа: http://reki- ozera.ru/rybalka_v_sverdlovskoy_obl/ozera/110008-verhnevyyskiy-prud.html

7.Сазонова, С.А. Обеспечение безопасности функционирования систем газоснабжения при реализации алгоритма диагностики утечек без учета помех от стохастичности потребления / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2015. -

№14. – С. 60-64.

8.Сазонова, С.А. Методы обоснования резервов проектируемых гидравлических систем при подключении устройств пожаротушения / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2015. - № 4 (17). - С. 22-26.

9.Власов, Н.М. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов: монография / Н.М. Власов, А.В. Звягинцева. - Воронеж: ВГТУ, 2012. - 247 с.

10.Звягинцева, А.В. Структурные и примесные ловушки для точечных дефектов: монография / А.В. Звягинцева. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 180 с.

11.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

12.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2.

-С. 17-25.

13.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

322

С. 26-32.

14.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский

//Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

15.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

16.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

17.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ», 2009.

- 247 с.

18.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

19.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 27-34.

20.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12. - № 3. - С. 34-41.

21.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»

I.S. Zvyagin

ASSESSMENT OF THE ECOLOGICAL CONDITION

OF THE BLACK-SOURCE RESERVOIR

In work the assessment of the ecological state of one of the ponds used for drinking water supply of Nizhny Tagil Mining district. As the source used archival data of the chemical composition of the water. Leading pollutants identified, the assessment of water quality.

Key words: drinking water, pollutants, water quality, Chernoistochinskoe reservoir.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«Voronezh State Technical University»

323

УДК 504.064

Н.А. Краснова, А.Н. Гречушкин ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ВКОЛОННЕ БЕСКОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ

Вданной работе исследован вариант определения гранулометрического состава загрязнений в колонне бесконечной высоты. Проверена вероятностно-статистическая модель расчета изменения гранулометрического состава дисперсных загрязнений в жидкости по высоте колонны на основе эксперимента. Сопоставлены полученные экспериментальные данные

ираспределения, полученные с помощью математической модели. Сделаны выводы о применимости аналитической зависимости.

Ключевые слова: дисперсные загрязнения, гранулометрический состав, вероятностно-статистический метод, распределение по высоте.

При решении определенных задач водоподготовки и водоотведения перед специалистами, встает вопрос получения данных о гранулометрическом составе загрязнений, поскольку фракционный состав дисперсной фазы влияет на протекание ряда технологических процессов. В литературе достаточно упоминаний о необходимости определения гранулометрического состава, в частности, для обеспечения безопасности эксплуатации криогенных систем [1], при фильтровании нефтепродуктов [2], в вопросах качества работы водоотводящих сетей [3], эффективности работы гидроциклонов [4] и др.

Изменение гранулометрического состава дисперсной фазы суспензий можно определить с помощью феноменологического подхода, с применением методов описания поведения отдельных частиц и вероятностно – статистическим методом. К недостаткам феноменологического подхода можно отнести, в первую очередь, экономические затраты на проведение экспериментов для определения коэффициентов в расчетных формулах, а также достаточно узкие границы применимости полученных выражений, так как строгое их обоснование физически невозможно. Описание поведения отдельных частиц требует больших затрат по времени [5]. Математические модели, в свою очередь, лишены указанных выше недостатков, и в подавляющем большинстве случаев являются простыми и универсальными в применении.

На основе вероятностно-статистического метода в рамках диссертационной работы [6] была разработана математическая модель изменения гранулометрического состава дисперсной фазы суспензий, получена формула для плотности распределения (1).

(1)

ментации частиц в резервуаре, м/с, – коэффициент, характеризующий интенсивность флуктуаций (коэффициент диффузии), м2/с, – скорость седиментации частицы диаметра , м/с.

В качестве загрязнителя были использованы стеклянные микрошарики с размером до 80 10-6 м без внутренних полостей. Исходный гранулометрический состав был определен с помощью прибора контроля чистоты жидкости ПКЖ-904А.

При проведении эксперимента по определению гранулометрического состава загрязнений, отбирались пробы по 100мл, жидкость с микрошариками прогонялась через прибор ПКЖ-904А. Было проведено 11 опытов; определенно количество частиц в каждой фракции. Результаты указаны в таблице 1.

По полученным данным с помощью формулы Стокса (2) было вычислено значение средней скорости седиментации частиц загрязнений.

(2)

_________________________________

© Краснова Н.А., Гречушкин А.Н., 2019

324

где – установившаяся скорость частицы, м/с, – радиус частицы, м, – ускорение свободного падения, м/с², – плотность стекла, кг/м³, – плотность воды, кг/м³, динамическая вязкость жидкости, Па с.

Т.о., для данного загрязнения средняя скорость седиментации составила

(3)

Таблица 1 Результаты эксперимента по определению гранулометрического состава загрязнений

Далее, для проверки аналитической зависимости (1) была создана экспериментальная установка (рис. 1).

Экспериментальная установка состоит из вертикальной колонны 6, полностью заполненной водой. Колонна соединена с баком 1, через который, в том числе, производится добавление частиц загрязнений. Циркуляция жидкости осуществляется насосом 7. В установке предусмотрена байпасная линия, снабженная краном 2, позволяющая регулировать режим работы установки.

Формула должна быть проверена для бесконечного по высоте столба жидкости. Исходя из этого условия, колонна в экспериментальной установке взята с соотношением высоты к диаметру , что позволяет считать ее колонной бесконечной высоты.

Для повышения точности эксперимента, после включения насоса, жидкость прогонялась через колонну в течение 30 минут. Этим была снижена вероятность попадания пузырьков воздуха, которые неизбежно привели бы к искажению результата. По истечении 30 минут, количество пузырьков воздуха уменьшалось до минимально возможного. Далее с помощью крана 2 на байпасной линии скорость восходящего потока воды устанавливалась равной средней скорости седиментации (3). После данной подготовки проводились замеры.

Замеры производились цифровым USB-микроскопом 9 DigiMicro 800X на 3х высотах - 0,8 м, 1,1 м и 1,4 м от основания колонны. Были получены записи потока загрязненной жидкости, по записям подсчитано количество частиц, входящих в каждую фракцию. Все полученные экспериментальные распределения проверены на аномальность, нормальность, логнормальность значений. На рис. 2 представлены фотографии частиц загрязнений.

По распределениям частиц дисперсной фазы загрязнения было определено значение коэффициента диффузии, которое для системы составило 2,3 10-4 м2/с. После определения значения коэффициента диффузии на основании экспериментов построены гистограммы распределения частиц загрязнения по размерам для трех высот, на которых проводились замеры.

Для сравнения теоретических и экспериментальных распределений в одной системе координат вынесены на рисунок гистограммы распределения загрязнения на трех высотах и теоретическое распределение на данной высоте от нижней точки сосуда. Теоретические и экспериментальные распределения представлены на рис. 3.

325

Из сравнения результатов, полученных аналитическим и теоретическим путями, можно сделать вывод, что распределения на высоте 0,8 м от дна колонны имеют расхождения между теоретическим кривыми и экспериментальными гистограммами. Эти различия, вероятно, вызваны влиянием турбулентного неравномерного потока жидкости от насоса в нижней части колонны. Распределения на высотах 1,1 м и 1,4 м дают достаточно точные совпадения аналитических и экспериментальных результатов. При разработке статьи рассматривались материалы исследований [7-17].

Литература

1.Павлихин Г.П., Львов В.А., Александров Л.К. Механические примеси жидкого кислорода. – М.: НИИТЭХИМ, 1991. – 32 с.

2.Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов. – Томск: Изд-во Томского университета,

1988. – 216 с.

3.Дроздов Е.В., Журавлева И.В. Закономерности распределения фракционного состава загрязнений сточных вод // Научный Вестник Воронежского государственного архи- тектурно-строительного университета. – 2009. – С. 70-75.

4.Хурматов А.М. Влияние размера твердых частиц механических примесей на эффективность очистки гидроциклона // МЦНС «Наука и просвещение»: Материалы XII Международной научно-практической конференции. – 2009. – С. 47-50.

5.Протодьяконов И.О., Богданов С.Р. Статистическая теория явлений переноса в процессах химической технологии. – Л.: Химия, 1983. – 400 с.

6.Гречушкин А.Н. Вероятностно-статистический метод расчета изменения гранулометрического состава взрывопожароопасных загрязнений в системах очистки жидкостей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук – Москва, 2005.

7.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

8.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2.

-С. 17-25.

9.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

10.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

11.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

12.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

13.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ»,

2009. - 247 с.

14.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного

327

воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процес-

сов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

15.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12.- № 3. - С. 27-34.

16.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 34-41.

17.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

МГТУ им. Н.Э. Баумана

N.A. Krasnova, N.A. Grescshushkin

CHANGES OF GRANULOMETRIC COMPOSITION RESEARCH OF CONTAMINATION

IN COLUMNS OF THE INFINITE LENGTH

In this article, a variant of determining the granulometric composition of contaminants in a column of infinite height is investigated. The probabilistic-statistical model for calculating changes in the granulometric composition of dispersed contaminants in a liquid along the height of a column is tested based on an experiment. The obtained experimental data and distributions obtained with the help of a mathematical model are compared. Conclusions are drawn about the applicability of the analytic dependence.

Key words: dispersed contamination, granulometric composition, probability-statistical method, height distribution

Bauman Moscow State Technical University

328