Моделирование процессов центробежной очистки отходов и вторичного использования продуктов разделения в АПК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Филимонов Максим Игоревич

• Филимонов Максим Игоревич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Филимонов Максим Игоревич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение

1 Современное состояние проблемы

1.1 Анализ проблемы обращения с отходами в АПК

1.2 Технологии очистки и утилизации жидкофазных дисперсных 20 отходов

1.3 Технический уровень центрифуг для очистки жидкофазных дисперсных отходов 32 Выводы 46 Задачи исследования

2 Моделирование процессов центробежной очистки жидкофазных дисперсных отходов

2.1 Математическое моделирование локальных и интегральной степеней улавливания частиц дисперсной фазы в осадительной 49 центрифуге

2.2 Математическое моделирование локальных и интегральной степеней улавливания частиц дисперсной фазы в осадительной 58 центрифуге при организации двухслойного кольцевого течения

2.3 Математическое моделирование улавливания частиц дисперсной фазы на ультрафильтрационной мембране 68 Выводы

3

3

Программа и методики проведения экспериментальных исследований

Описание лабораторной установки, лабораторного оборудования

и методики проведения эксперимента

3.2 Методика идентификации гидродинамической структуры

потока в центрифуге со сменным ротором

3.3 Методика определения объема застойных зон в центрифуге со сменным ротором

3.4 Методика определения локальных и интегральной степеней улавливания частиц дисперсной фазы в центрифуге со сменным ротором

3.5 Методика обработки экспериментальных данных 84 Выводы

4 Исследования центробежной очистки дисперсных отходов и вторичного использования продуктов разделения в АПК

90

4.1 Результаты идентификации гидродинамической структуры потока и объемов застойных зон в центрифуге со сменным ротором

4.2 Результаты определения локальных и интегральной степеней улавливания частиц дисперсной фазы в осадительной центрифуге

4.3 Разработка и исследование технологии центробежной очистки ЖВС для вторичного использования регенерированной воды на земледельческих полях орошения

4.4 Разработка и исследование технологии очистки сточных вод производства соды каустической для вторичного использования осадка на мелиорируемых почвах 112 Выводы

5 Оценка эффективности результатов исследования и перспективные конструкции центробежных машин

5.1 Технико-экономическая оценка результатов исследования

5.2 Перспективные конструкторские решения интенсификации процесса центробежного очистки дисперсных отходов 134 Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процессов центробежной очистки отходов и вторичного использования продуктов разделения в АПК»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Интенсификация процессов и технологий в производствах сельскохозяйственной продукции привели к резкому увеличению объемов отходов различного генезиса, оказывающих негативное воздействие на экологическое состояние природных объектов. По данным Минприроды России ежегодное количество отходов, генерируемых сельскохозяйственными предприятиями за период с 2010 по 2017 годы, увеличилось с 24,1 до 41,5 млн тонн, из них около 64% выбросов приходится на жидкофазные и газообразные дисперсные отходы, большая часть из которых оформлены в виде сточных вод либо отработанных нефтепродуктов, требующих обработки и утилизации. О важности поставленной проблемы и необходимости ее решения свидетельствует включение в приоритетные направления Стратегии технологического развития Российской Федерации, исследований, обеспечивающих переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству.

Передовой мировой опыт в сфере природоохранных технологий показывает, что наиболее эффективное решение проблемы обработки и последующей утилизации жидкофазных дисперсных отходов агропромышленного комплекса связано с их вовлечением в систему повторного использования в виде рециклинга. Данный подход способствует расширению сырьевой базы сельскохозяйственной отрасли, необходимой для выпуска дополнительной продукции, а также минимизации антропогенного воздействия на экологические системы. Однако, существующие технологии обработки сточных вод, применяемые на отечественных очистных сооружениях, обеспечивают рекуперацию не более 5% водных ресурсов. Препятствием к созданию систем замкнутого цикла выступает недостаточная эффективность оборудования для отделения загрязняющих компонентов, находящихся в жидкой фазе. Поэтому совершенствование процессов и технологий очистки некондиционных жид-кофазных дисперсных систем, обеспечивающих высокую степень удаления

загрязняющих компонентов, относится к актуальным и практически значимым задачам в области обращения, обработки и утилизации отходов.

Степень разработанности проблемы. Вопросы и перспективы использования природоохранных технологий с позиций обработки отходов и их рециклинга в сельском хозяйстве рассмотрены в работах Голубева И.Г., Девянина С.Н., Дидманидзе О.Н., Дорохова А.С., Иванова Ю.Г., Кирсанова В.В. Авторы отмечают приоритетность этого направления, так как природоохранные технологии лежат в основе системы экологически чистого агрохо-зяйства.

Практический опыт утилизации сточных вод, как основной составляющей отходов агропромышленного комплекса, рассмотрен в работах Боро-дычева В.В., Васильева С.М., Григорова М.С., Григорьева В.С., Домашенко Ю.Е., Кизяева Б.М., Кирейчевой Л.В., Киселевой М.Г., Неверовой О.П., Овчинникова А.С., Павлова Д.В., Свитцова А.А., Сторожук Т.А., Хаджиди А.Е., Шевченко В.А., Черноиванова В.И. Их исследования легли в основу технологий внутрипочвенного орошения сточными водами сельскохозяйственных культур, деструкции органики в аэротенках, биопрудах и лагунах, мембран-но-окислительных процессов разделения, обеззараживания в энергетических полях.

Теоретические основы гидродинамики процессов центробежного воздействия на дисперсную компоненту жидкофазной системы были получены в исследованиях Бочкова Ю.Н., Бремера Г.И., Лукьяненко В.М., Новикова О.П., Романкова П.Г., Соколова В.И., Таранцева А.В., Шкоропада Д.Е. Исследования Berka Z., Morana S., Голованчикова А.Б., Финкельштейна Г.А. расширили знания об особенностях процесса центрифугирования.

Теорией и практикой центробежного разделения применительно к сточным водам занимались Burton C.H., Gil A., Curcio S., Queenan K., Siles J.A., Turano E., Гриднев П.И., Капустин В.П., Киров Ю.А., Омаров А.К., Харитонов А.Н., Шарипов А.Г., к отработанным нефтепродуктам - Замальди-нов М.М., Лихачев А.Ю., Сафаров К.У., Снежко А.В. Зарубежные и россий-

ские ученые отмечают, что процессы центрифугирования незаменимы на предварительных стадиях механической обработки жидкофазных дисперсных систем. Для повышения эффективности удаления дисперсной компоненты в зависимости от ее природы происхождения необходимо проводить их доочистку с использованием мембран, термических воздействий и прочих процессов, требующих разработки и проведения исследований в контексте технологий замкнутого цикла.

Цель исследования. Совершенствование процессов центробежной обработки жидкофазных дисперсных отходов предприятий агропромышленного комплекса с последующим использованием продуктов их разделения в системе рециклинга.

Задачи исследования

В соответствии с поставленной целью задачи исследования сформулированы следующим образом:

1) выполнить идентификацию гидродинамической структуры жидко-фазного дисперсного потока и сравнительную оценку объемов застойных зон в центрифуге со сплошным и перфорированным роторами;

2) разработать математическую модель локальных и интегральной степеней улавливания дисперсных частиц в центрифуге со сплошным ротором с одно- и двухслойным кольцевыми течениями жидкофазной дисперсной системы;

3) изучить разделительную способность центрифуги со сплошным ротором;

4) усовершенствовать технологию центробежно-мембранного разделения животноводческих стоков для утилизации подготовленной жидкой фазы;

5) выполнить технико-экономическую оценку эффективности технологии центробежно-мембранного разделения животноводческих стоков и утилизации подготовленной жидкой фазы на земледельческих полях орошения.

Объектами исследования являются технологический процесс и средства механизации центробежной обработки жидкофазных дисперсных отхо-

дов, их физико-химические свойства, продукты разделения.

Предметы исследования - гидродинамическая структура жидко фазного дисперсного потока в центрифуге со сплошным (осадительная центрифуга) и перфорированным (фильтрующая центрифуга) роторами, закономерности центробежного разделения жидкофазных дисперсных систем с учетом локальных и интегральной степеней улавливания дисперсных частиц в центрифуге со сплошным ротором.

Научная новизна результатов исследования состоит:

- в идентификации гидродинамической структуры жидкофазного дисперсного потока и объемов застойных зон в центрифуге со сплошным и перфорированным роторами;

- в математической модели определения локальных и интегральной степеней улавливания дисперсных частиц в центрифуге со сплошным ротором с одно- и двухслойным кольцевыми течениями жидкофазной дисперсной системы;

- в уравнении регрессии, характеризующем зависимость интегральной степени очистки от расхода жидкофазного дисперсного потока и частоты вращения сплошного ротора центрифуги;

- в методике инженерного расчета процесса разделения жидкофаз-ной дисперсной системы в центрифуге со сплошным ротором с одно- и двухслойным кольцевыми течениями при различных конструктивных параметрах и режимах работы машины;

- в технологической схеме центробежно-мембранного разделения животноводческих стоков для утилизации подготовленной жидкой фазы;

- в конструкциях центробежных машин для интенсификации процесса разделения жидкофазных дисперсных систем.

Новизна конструкций машин и алгоритмов расчета разделительной способности осадительных центрифуг подтверждена патентами на полезные модели №№ 191345, 177265, 172712, 174208, 195500 и свидетельствами на

программы для ЭВМ №№ 2018663743, 2018661791.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в обосновании выбора типа центрифуги с учетом гидродинамической структуры жидкофазного дисперсного потока и объема застойных зон; в математической модели локальных и интегральной степеней улавливания дисперсных частиц в осадительной центрифуге с одно- и двухслойным кольцевыми течениями жидкофазной дисперсной системы; в регрессионной зависимости интегральной степени очистки жидкофазного дисперсного потока от его расхода и частоты вращения сплошного ротора центрифуги.

Практическую значимость результатов исследования представляют:

1) методика инженерного расчета разделительной способности центрифуги со сплошным ротором с одно- и двухслойным кольцевыми течениями жидкофазного дисперсного потока;

2) технология центробежно-мембранного разделения животноводческих стоков с использованием центрифуги типа ОГШ-202К-03 и ультрафильтрационной установки с полупроницаемой мембраной типа МФАС-П-5, обеспечивающие 100%-ю и 91%-ю регенерацию жидкой фазы соответственно от дисперсных частиц и патогенных микроорганизмов для последующего ее использования в оросительных системах сельхозугодий;

3) регенерированная вода для удобрительных поливов сельскохозяйственных культур при их возделывании на орошаемых полях.

Методологическая и методическая основа исследования включает систематизацию и аналитическое обобщение научно-технических источников по процессам, технологиям и технике обработки и утилизации жидко-фазных дисперсных отходов АПК, как элементов системы рециклинга, методы математического моделирования движения дисперсной частицы в центробежном поле центрифуги с использованием детерминированных и стохастических подходов. Теоретические исследования реализовывали на основе общеизвестных методов постановки инженерного эксперимента, законов теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные ис-

следования проводили с натуральными объектами в лабораторных и производственно-полевых условиях в соответствии с действующими нормативно-техническими документами, сводами правил, ГОСТами, методиками полевых и производственных опытов.

Основные научные положения работы, выносимые на защиту:

1) результаты идентификации гидродинамической структуры жидко-фазного дисперсного потока и оценки объемов застойных зон в центрифуге со сплошным и перфорированным роторами;

2) математическая модель локальных и интегральной степеней улавливания дисперсных частиц в центрифуге со сплошным ротором с одно- и двухслойным кольцевыми течениями жидкофазной дисперсной системы;

3) регрессионная зависимость интегральной степени очистки жидко-фазного дисперсного потока от его расхода и частоты вращения сплошного ротора центрифуги;

4) технологическая схема центробежно-мембранного разделения животноводческих стоков для утилизации подготовленной жидкой фазы;

5) технико-экономическая оценка эффективности технологии центро-бежно-мембранного разделения животноводческих стоков и утилизации подготовленной жидкой фазы на орошаемых сельхозугодьях.

Диссертация в номенклатуре Паспортов научных специальностей соответствует специальности 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» пунктам 2, 4, 6, 8, 11.

Степень достоверности и апробации результатов исследования подтверждается современными методами математической обработки результатов опытов с использованием ЭВМ и программных продуктов MS Excel 2007 и CurveExpert Professional 2.0, языков программирования Delphi и Fortran, достаточным объемом экспериментальных данных, высокой степенью их сходимости с результатами теоретических экспериментов, положительными результатами апробации.

Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены

на региональных, всероссийских и международных научно-практических и научно-технических конференциях: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ (Волгоград, 2019), ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА (Чебоксары, 2019), ФГБНУ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова» (Москва, 2019), РХТУ им. Д. И. Менделеева (Москва, 2018), ФГБНУ ВНИИОЗ (Волгоград, 2017), ФГБОУ ВО «РГУ им. А.Н. Косыгина» (Москва, 2016), КТИ (филиал) ВолгГТУ (Камышин, Волгоградская обл., 2015), ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, Волгоградская обл., 2015).

Результаты исследования апробированы и внедрены в ФГБНУ ВНИИОЗ, ФГУП «Орошаемое», ООО «Регионинвестагро», ООО «НПО «ОРТЕХ-ЖКХ» и в учебный процесс ВолгГТУ.

Научные достижения автора в рамках выполнения настоящей работы отмечены стипендиями Президента (2016-2017) и Правительства (2017-2018) РФ.

Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-техническом семинаре в ВолгГТУ (2018).

Личный вклад автора состоит в обобщении и анализе научно-технической информации по проблеме моделирования процессов и технологий центробежной обработки и вторичного использования отходов, постановке цели и задач исследования, разработке теоретических и экспериментальных методов их решения, обработке, обобщении и анализе полученных результатов и формулировке выводов.

Научные публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, из них 5 - в российских рецензируемых журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, включая 1 работу в журнале, индексируемом ци-татно-аналитическими базами Scopus и WoS, 2 работы в сборниках докладов, индексируемых международной базой Scopus, монография, 8 работ изданы в сборниках докладов по материалам региональных, всероссийских и международных научно-практических и научно-технических конференций; получено 5 патентов РФ на полезные модели, 2 свидетельства о государственной

регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка и 13 приложений; содержит 185 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 22 таблиц. Библиографический список включает 168 наименований литературных источников.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, профессору А.Б. Голованчикову за участие в обсуждении полученных результатов диссертационного исследования, руководству и сотрудникам отдела оросительных мелиораций ФГБНУ ВНИИОЗ и ФГУП «Орошаемое» за содействие в проведении производственно-полевых опытов.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Анализ проблемы обращения с отходами в АПК

В основе стабильного развития российской экономики лежит устойчивое функционирование агропромышленного сектора, уровень эффективности которого напрямую зависит от реализации стратегий и программ по ресурсосбережению, обеспечению экологической безопасности и рациональному использованию природных ресурсов. Учитывая высокую способность сельскохозяйственной отрасли к образованию отходов, на сегодняшний день остро стоит проблема создания инновационной и стабильно действующей системы, ориентированной на массовое вовлечение в хозяйственный оборот утилизируемых компонентов отходов в качестве сырья и материалов для изготовления новой продукции [149].

По данным Минприроды России ежегодное количество отходов, генерируемых предприятиями сельскохозяйственного профиля за период с 2010 по 2017 годы, увеличилось с 24,1 до 41,5 млн тонн, при этом большая часть выбросов (около 64%) приходится на жидкие и газообразные отходы, тогда как объем твердых составляет не более 36% [65]. На рисунке 1.1 показана структура образования дисперсных отходов в агропромышленном комплексе (АПК), согласно которой основная масса (более 50%) образуется в секторе животноводства и включает в себя продукты жизнедеятельности скота (экскременты), технологическую и смывную воду, а также остатки кормов [115].

Основными отходами растениеводства считаются опадающие листья растений, стебли, солома, ботва и корни, которые в условиях полигонов подвергаются биологическому разложению и выделяют свалочный биогаз, состоящий на 40% из метана, 6% сероводорода, 15% азота и других компонентов, оказывая негативное воздействие на экосистему. Кроме того, существует опасность возгорания таких свалок с выбросом в атмосферу более 100 хими-

ческих соединения, идентифицируемых как токсичные [15, 137].

Рисунок 1.1 - Распределение отходов по секторам АПК

Функционирование перерабатывающего сектора АПК влечет за собой формирование твердофазных и пастообразных отходов, представляющие собой дефекаты, жом, жмых и им подобные вещества, а также жидкофазных дисперсных отходов, оформленных в виде многокомпонентных сточных вод, в том числе содержащих химические и бактериологические патогены.

Наряду с основными отходами, характерными для каждой отрасли АПК, образуются и побочные загрязняющие компоненты, опасность которых может соответствовать III или II классу (умеренноопасные и высокоопасные). В результате интенсивной механизации технологических процессов в сельском хозяйстве, а также повсеместного расширения транспортно-технологического парка, прослеживается тенденция увеличения объемов накопления отработанных нефтесодержащих продуктов (например, смазочных материалов). Работа двигателей внутреннего сгорания сопряжена с контактом выхлопных газов и смазочных материалов, в результате чего образуются токсичные химические соединения и тяжелые металлы. Их наличие обуславливает потенциальную опасность углеводородных отходов для окру-

жающей среды и здоровья людей [136].

Во всем мире ежегодно образуется примерно 60 млн тонн отработанных масел, из которых всего 40% подвергается сбору и утилизации надлежащим образом, и лишь 8% подлежит вторичной переработке [163]. В России собирается около 1,7 млн тонн различных отработанных масел, при этом переработке подвергается не более 0,25 млн тонн или 15%, что составляет 3,3% от общего объема потребления в стране. Годовой оборот смазочных материалов в АПК составляет около 18 млн тонн, при этом ввиду удаленности сельскохозяйственных предприятий не всегда удается вовремя сдавать отработанное масло на утилизацию, что приводит к образованию крупных складов и резервуарных парков для сбора и накопления масленого шлама [29, 30].

Таким образом, отсутствие системного подхода в вопросах обращения с основными и побочными сельскохозяйственными отходами привело к их повсеместному накоплению и захоронению, как результат около 7 млн гектаров продуктивных земель выведено из оборота и представляют серьезную экологическую угрозу [3]. В условиях полигонов и в местах складирования наблюдаются неконтролируемые аэробные и анаэробные процессы разложения органических веществ, сопровождаемые выделением токсических соединений и парниковых газов в окружающую среду, создавая высокий уровень негативного воздействия на экосистему. Говоря об опасности накопления отработанного моторного масла, не стоит забывать, что розлив 1 литра мас-лошлама может превратить 1000 м питьевой воды в техническую.

Передовой мировой опыт в сфере природоохраны показывает, что наиболее эффективное решение проблемы утилизации отходов связано с их вовлечением в систему повторного использования в виде рециклинга. Данный подход способствует расширению сырьевой базы агропромышленного комплекса, необходимой для выпуска дополнительной продукции, а также минимизации антропогенного воздействия на экосистему.

Многокомпонентность и вариабельность состава сточных вод обуславливают высокую опасность загрязнения окружающей среды в случае отсут-

ствия надежной системы очистки и обеззараживания отходов сельского хозяйства. В соответствии с СП 1.2.1170-02 вторичное использование осадков сточных вод в производстве сельскохозяйственной продукции, возможно, только после их токсикологической и гигиенической экспертизы, направленной на выявление степени и характера влияния на экосистему. На сегодняшний день одним из основных законодательных актов, регламентирующих деятельность по сбору, накоплению, транспортированию, обработке и утилизации отходов различных секторов Российской экономики, выступает ФЗ № 89 «Об отходах производства и потребления». В законе четко сформулирована необходимость создания замкнутых систем, обеспечивающих повторное применение отходов в производственных циклах после их надлежащей подготовки (регенерации), а также снижение негативного воздействия антропогенной деятельности путем сокращения объемов захоронений.

Мировым лидером по утилизации и обеззараживанию жидкофазных дисперсных отходов сельскохозяйственного сектора и вовлечению их в систему вторичного использования являются страны Евросоюза, в которых средний показатель рециркуляции достигает 80-87%. В работах [149, 154, 155, 160, 163, 167] отмечается ежегодное увеличение объемов сельскохозяйственных сточных вод, используемых в ирригационных целях, что обусловлено совершенствованием технологий обработки жидкофазных дисперсных отходов. В результате четырехлетних исследований по использованию обработанных сточных вод на орошаемых сельхозугодьях было установлено не только снижение экологической напряженности, но и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур в среднем на 30% [148].

В свою очередь, ежегодное количество обезвреженных и утилизированных жидкофазных дисперсных отходов АПК в России в среднем не превышает 15% от общего их объема. Ключевой причиной отставания отечественной перерабатывающей отходы промышленности выступает ее низкая техническая оснащенность, а также высокая энергоемкость применяемых технологий.

В тоже время активно ведутся работы по разработке и совершенствованию технологий регенерации вторичных отходов АПК, таких как отработанное моторное масло, отвечающих современным требованиям энергоэффективности. Известны исследования, иллюстрирующие высокий потенциал углеводородных отходов, прошедших надлежащую обработку. По данным [159] установлено, что из 1 тонны отработанного масла можно получить 720 кг сырьевой смеси для производства новых смазочных материалов. Лидирующую позицию по сбору и переработке отработанных нефтепродуктов занимает США (штат Калифорния), при этом американские технологии обеспечивают восстановление 70-80% всех собираемых масел.

Возможности и перспективы вторичного использования отходов производства и потребления изложены в работах Голубева И.Г., Дорохова А.С., Иванова Ю.Г Кирсанова В.В. и других специалистов [8, 14, 33, 37, 38, 46, 112]. Ученые сходятся во мнении, что на сегодняшний день отходы необходимо рассматривать как антропогенный ресурс, обладающий высоким потенциалом, который возможно реализовать используя ресурсо- и экологоори-ентированные технологии переработки, интегрированные в систему рецик-линга. Анализ имеющихся исследований позволяет заключить, что для повышения эффективности производственной сферы АПК, увеличения выработки сельскохозяйственной продукции и сохранения экологического равновесия необходимо создание замкнутой системы движения ресурсов на базе глубокой переработки вторичного сырья (рис. 1.2).

В докладе Общественной палаты РФ [21] отмечается необходимость повышения объемов переработки и утилизации отходов до 80%, при этом объемы захоронения не должны превышать 10%.

При разработке и создании замкнутых систем по переработке отходов следует учитывать их происхождение, агрегатное состояние, количественное соотношение компонентов и другие свойства вторичных ресурсов. С учетом имеющихся исследований [33, 101] по рассматриваемой проблеме составлена классификация отходов АПК (рис. 1.3).

Рисунок 1.2 - Замкнутая система движения вторичных ресурсов

Рассматривая отходы АПК в качестве сырьевой базы необходимо отметить их высокий потенциал, который может быть направлен на производство широкого спектра продуктов потребления. Однако их эффективное и экологически безопасное использование возможно лишь при проведении надлежащей обработки, позволяющей в полной мере нейтрализовать имеющиеся угрозы. К сожалению, отечественные технологии по переработке отходов АПК не в полной мере отвечают современным требованиям ресурсоэффек-тивности и экологичности [142].

Таким образом, для минимизации экологической напряженности и ресурсосбережения необходимо направить усилия специалистов на совершенствование существующих и разработку новых комплексов природоохранных технологий обработки, утилизации и обеззараживания отходов сельского хозяйства и смежных отраслей промышленности.

Рисунок 1.3 - Классификация отходов АПК по признакам

1.2 Технологии очистки и утилизации жидкофазных дисперсных отходов

Как отмечалось выше, более 50% всех отходов в агропромышленном секторе приходится на животноводство, основная часть которых это сточные воды (СВ) и животноводческие стоки (ЖВС), представляющие собой жидко-фазные дисперсные системы с концентрацией различной природы загрязняющих веществ (механических, химических, биологических).

Необработанные ЖВС содержат патогенную микрофлору, в том числе болезнетворные бактерии, яйца и личинки гельминтов, которые, попадая в почву и гидрографическую сеть, могут спровоцировать вспышки инфекционных заболеваний у людей и животных. Снижение концентрации биологических загрязнений в ЖВС до значений допустимых санитарно-гигиеническими нормами [103, 104], обеспечивается различными очистными системами полного или частичного удаления патогенной микрофлоры. На рисунке 1.4 представлены основные способы и оборудование для обработки жидкофазных дисперсных отходов, образуемых в АПК, в их числе СВ и ЖВС, являющиеся неотъемлемой частью СВ, причем указанные технологии и техника могут применяться как независимо друг от друга, так и в совокупности в виде отдельных этапов обработки.

Одним из способов обработки СВ в естественных условиях выступает биологическая очистка, основанная на процессах самоочищения водоемов за счет жизнедеятельности фито- и зоопланктона. В качестве водоемов зачастую используют биологические пруды и лагуны глубиной не более 1 метра, что обеспечивает значительную поверхность контакта водной глади с воздухом и способствует равномерному прогреву всей толщи воды, создавая благоприятные условия для массового развития микроорганизмов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филимонов Максим Игоревич, 2020 год

Акт использования

результатов диссертационной работы Филимонова Максима Игоревича на тему «Моделирование процессов центробежной очистки отходов и вторичного использования продуктов разделения в АПК»

Алгоритмы и программы для расчета осадительной центрифуги со сплошным ротором с однослойным и двухслойным кольцевым течением жидкофазной системы (№ 2018663743 от 02.11.2018 «Программа для расчета технологических параметров отстойной центрифуги»; № 2018661791 от 17.09.2018 «Программа для расчета технологических параметров отстойной центрифуги с рециклом по фугату»), а также патенты Российской Федерации на полезную модель:

1) № 172712 от 21.07.2017 «Фильтрующая центрифуга»;

2) № 174208 от 06.10.2017 «Центробежный насос»;

3)№ 177265 от 14.02.2018 «Маятниковая центрифуга»;

4) № 191345 от 01.08.2019 «Вертикальная центрифуга»;

5) № 195500 от 29.01.2020 «Центрифуга»;

в которых на перфорированных роторах центрифуг и боковой стенке центробежного насоса закреплены фильтрующие материалы и полупроницаемые мембраны, приняты для использования в расчетах и при проектировании центробежных машин.

Заместитель генерального директора по производству ООО «НПО «ОРТЕХ-ЖКХ»

Е.А. Дуг

Программа для расчета основных технологических параметров осадительных центрифуг

Program Centrmax $debug

real La,LaH,L

* write(*,*)'Raschet lokalnyh i obschej stepenej ochistki suspenzii

* #v otstojnoj tsentrifuge'

dimension c1(20),c(20),dm(20),d(20),x(20),cy(20) write(*,*)'VVesti massivy mass chastits po fraktsiyam "c1(i)" #v grammah,razmerov chastits "dm(i),(mk)" i chislo fraktsij #"n"'

write(*,*)'Varirovat chislo oborotov rotora "w,(rad/s)" i #radius svobodnoj poverhnosti zhidkosti "rb,(m)" do #polycheniya neobhodimoj stepeni ochistki "sk"' data c1/5,5,80,5,5,15*1/ data dm/35,40,45,50,55,15*1/ write(*,*)'Naprimer w=150rad/s,rb=0.15m' read(*,*) w,rb

write(*,*)'Vvesti proizvoditelnost "qv,(kub.m/s",radius rotora #"rH,(m)",dlina (vysota) rotora "L,(m)",plotnost "ro,(kg/kub.m)" i #vyazkost "vi,(Pas)" zhidkosti, nachalnuya kontsentratsiya # chastits "xH,(kg/litr)"' n=5

qv=0.042

rH=0.2

L=0.4

ro=1000

vi=0.0025

rom=1100

xH=0.2

g=9.81

m=1

qv=qv/m do 2 i=1,n d(i)=1.e-06*dm(i) s1=s1+c 1(i) 2 continue do 4 i=1,n c(i)=c 1(i)/s1 4 continue

tc=3.14*(rH**2-rb**2)*L/qv vH=qv/(3.14*(rH+rb)*L)

Fr=w**2*(rH+Rb)/(2*g) LaH=vH**3*ro**2/(g*Fr*vi*(rom-ro)) a0=1000 b0=0

3 Ar=(a0+b0)/2

La=Ar**2/(18+0.61* sqrt(Ar))**3

dLa=La-LaH

dot=dLa/LaH

if(abs(dot).lt.0.001)go to 6

if(La.lt.LaH) go to 5

a0=Ar

go to 3

5 b0=Ar go to 3

6 ArH=Ar

ReH=ArH/(18+0.61* sqrt(ArH)) dH=ReH*vi/(ro*vH)

dAr=(ArH*vi**2/(g*Fr*ro*(rom-ro)))**0.333 write(*,*)'Rezyltaty raschetov skorosti osazhdeniyaMvH,(m/c)M, #razmeraMdH,(m)M,chisel Lyaschenko"LaH",Arhimeda"ArH",Rejnoldsa #"ReH" dlya chastits nominalnogo razmera,to est ulavlivaemyh #na 100% i srednego vremeni prebyvaniya"tc,(s)"' write(*,1)vH,dH,LaH,ArH,ReH,tc

I format(2x,'vH=',f6.4,2x,'dH=',f8.6,2x,'LaH=',f7.5,2x,'ArH=',f6.2, #2x,'ReH=',f6.3,2x,' tc=',f7.3)

pause do 7 i=1,n

Ard=(d(i)/dH)**3*ArH Red=Ard/(18+0.61*sqrt(Ard)) vd=Red*vi/(ro*d(i)) if(vd.gt.vH) go to 11 a=1 b=0

8 x(i)=(a+b)/2

y=1.5*x(i)**2-0.5*x(i)**3-vd/vH if(abs(y).lt.0.01)go to 9 if(y.lt.0.)go to 10 a=x(i) go to 8 10 b=x(i) go to 8

9 cy(i)=x(i)*c(i) go to 12

II x(i)=1 cy(i)=c(i)

12 sk=sk+cy(i) 7 continue

write(*,*)'Plotnost raspredeleniya "c(i)" chastits po fraktsiyam, #lokalnaya stepen ylavlivaniya x(i) i dolya ylovlennyh #chastits"cy(i)"' write(*,13)

13 format(2x,'_')

write(*,14)

14 format(3x,'i',8x,'dm,mk',10x,'c',10x,'x',8x,'cy') write(*,13)

do 15 i=1,n

write(*,16) i,dm(i),c(i),x(i),cy(i)

16 format(2x,i2,7x,f6.1,7x,f5.3,7x,f5.3,4x,f5.3)

15 continue write(*,13) dm0=1.e06*dH xk=xH*(1-sk)

vl=qv/(3.14*(rH**2-rb**2))

del=2*(rH**2-rb**2)/rH

Rel=vl*del*ro/vi

write(*,*)'Rezultaty raschetov otstojnoj tsentrifugi pri zadannom #chisle oborotov rotora "w,(rad/c)" i radiuse svobodnoj povephnosti #zhidkosti"rb,(m)":faktora razdeleniya "Fr",nominalnogo razmera #chastits(ulavlivaemyh na 100%) "dm0,(mk)",obschej stepeni ochistki # "sk" i kontsentratsii chastits na vyhode iz rotora,"xk"' write(*,17)w,rb,Fr,dm0,sk,xk,Rel,vl,del,m

17 format(2x,'w=',f5.1,2x,'rb=',f5.3,2x,'Fr=',f6.1,2x,'dm0,mk=',f6.1, #2x,'sk=',f5.3,2x,'xk=',f6.4,2x,'Rel=',e12.5,2x,'vl=',e12.5,2x, #'del=',e12.5,2x,'m=',i1)

pause end.

Программа для расчета технологических параметров отстойной центрифуги с рециклом по фугату

Program fygarec $debug

* write(*,*)'Raschet tsentrifugi s retsiklom po fufatu' real kv,kv1,ktc,krc,LaH,La

dimension d(20),c1(20),c(20),x(20),cy(20),r1(20),dmk(20),cpr(20) write(*,*)'Vvesti massiv sitovogo analiza mass chastits ili kapel #dispersnoj fazy"c1(i),g"' data c1/5,15,35,40,5,15*1/

write(*,*)'Vvesti stepen ochistki,napriner,s3,%=87'

write(*,*)'s3,%-

read(*,*) s3

write(*,*)'Vvesti proizvoditelnost po ochischaemoj zhodkosti #"qo,kub.m/s",naruzhnyj radius rotora"rH,m" i radius svobodnoj # granitsy "rb,m",vysotu rotora "h,m",vyazkost zhidkosti "vi,Pas", #plotnosti zhidkosti"ro,kg/kub.m" i dispersnoj fazy "rom,kg/kub.m", #yglovuyu skorost vrascheniya "w,rad/s", chislo fraktsij "n" v #massive chastits ili kapel s razmerami "d(i),mk"' qo=0.0005 rH=0.05 rb=0.01 h=1

vi=0.006

ro=900

rom=1500

g=9.81

w=2000

n=5

do 2 i=1,n s1=s1+c1(i) d(i)=0.8e-06*i dmk(i)=1.e06*d(i) 2 continue

write(*,*)'Obschij rashod ochschaemoj zhidkosti c retsiklom #"qob,kub.m/s" i otnochenie "vbo" maksimalnoj skorosti #" vb,m/s" prodolnogo techeniya vdol stenki rotora k srednej #skorosti "vs,m/s"' do 4 i=1,n c(i)=c 1(i)/s1

cpr(i)=100*c(i)

4 continue rec=0.

3 qob=qo*(1+rec) vc=qob/(3.14*(rH**2-rb**2))

a=-0.25*(rH**2-rb**2)/((rH**4-rb**4)/8-rH**2*(rH**2-rb**2)/4-#rb*(rH**3-rb**3)/3+rH*rb*(rH**2-rb**2)/2) vb=a*vc*(rH**2-rb**2+2*rb*(rb-rH)) vbo=vb/vc sq=0

drq=(rH-rb)/ (1000*rH) do 13 i=1,1000 roq=1-drq*(i-1)-drq/2 rq=roq*rH

vq=a*vc*(1-roq**2+2*(rb/rH)*(roq-1))*rH**2

sq=sq+6.28*rq*vq*drq*rH

if(sq.gt.qo) go to 18

13 continue

18 vqc=sq/(3.14*(rH**2-rq**2)) tqc=h/vqc tc=h/vc ktc=tqc/tc krc=(rH-rq)/(rH-rb)

write(*,*)'Raschetnyj rashod ochischaemoj zhidkosti "sq,kub.m/s" #pri retsikle v sravnenii s zadannym "qo",ee vnutrennij radius #"rq,m" na granitse s retsiklom,radius svobodnoj granitsy "rb,m", #srednyaya ckorost ochischaemoj zhidkosti "vqc" v sravnenii so #srednej ckoroctyu obeih sloev"vc,m/s",skorost na granitse oboih #sloev "vq,m/s" i skorost na svobodnoj #granitse "vb,m/s",srednee vremya prebyvaniya ochschaemoj #zhidkosti "tqc,c" v sravnenii so srednim vreamrnem prebyvaniya #obeih zhidkostej "tc,s",koeffitsient uvelicheniya srednego #vremeni prebyvaniya ochischaemoj zgidkosti, koeffitsient #umensheniya puti tsentrobezhnogo osazhdeniya "krc"' write(*,55)sq,qob,rq,rb,vqc,vc,vq,vb,tqc,tc,ktc,krc

55 format(2x,'sq=',f7.4,2x,'qob=',f7.4,2x,'rq=',f6.4,2x,'rb=',f6.4, #2x,'vqc=',f6.3,2x,'vc=',f6.3,2x,'vq=',f6.3,24x,'vb=',f6.3,2x, #'tqc=',f6.3,2x,'tc=',f6.3,2x,'ktc=',f5.3,2x,'krc=',f5.3) vH=qo/(3.14*(rH+rq)*h) Frq=w**2*(rH+rq)/(2*g) LaH=vH**3*ro**2/(g*Frq*vi*abs(rom-ro)) a0=1000 b0=0

20 Ar=(a0+b0)/2 j1=j1+1

La=Ar**2/(18+0.61* sqrt(Ar)) **3

dLa=La-LaH

dot=dLa/LaH

if(abs(dot).lt.0.0001) go to 19 if(La.lt.LaH) go to 22 a0=Ar go to 20 22 b0=Ar go to 20 19 ArH=Ar ReH=ArH/(18+0.61* sqrt(ArH)) dH=ReH*vi/(ro*vH) dHmk=1.e06*dH

write(*,*)'Rezultaty raschetov ckorosti osazhdeniya chastits, #ulavlivaemyh na 100% "vH,m/s",razmer etih chastits "dH,m",ih #chisla Lyaschenko "LaH",Arhimeda"ArH",Rejnoldsa "ReH" i faktor #razdeleniya "Frq" dlya suspenzii,tekuschej v koltsevom #zazore "rH-rq"'

write(*,53) vH,dHmk,LaH,ArH,ReH,Frq 53 format(2x,'vH=',f6.4,2x,'dH,mk=',f5.1,2x,'LaH=',e9.3,2x,'ArH=', #f7.3,2x,'ReH=',f7.4,2x,'Frq=',f9.2)

write(*,*)'Plotnost "c,%" raspredeleniya chastits ili kapel po #fraktsiyam "d,mk"'

write(*,*)'Rezultaty raschetov lokalnoj stepeni ylavlivaniya "x" #i doli ylovlennyh chastits "cy" kazhdoj fraktsii,radiusa #osazhdeniya "ri,m" , integralnoj stepeni ochistki "sy", #rashoda fugata v retsikle "qr,kub.m/s" i chisla Rejnoldsa "Re" #dlya prodolnogo techeniya oboih sloev vdol bokovoj stenki #rotora' write(*,50)

50 format(2x,'_')

write(*,56)

56 format(5x,'i',5x,'d,mk',5x,'c,%',6x,'cy,%',7x,'x',6x,'ri,m') write(*,50) sy=0

do 36 i=1,n

if(d(i).gt.dH) go to 40

Ari=ArH*(d(i)/dH)**3

Rei=Ari/(18+0.61*sqrt(Ari))

voi=Rei*vi/(d(i)*ro)

ri=rH-voi*(rH-rq)/vH

xi=(rH-ri)/(rH-rq)

cyi=cpr(i)*xi

sy=sy+cyi

write(*,57) i,dmk(i),cpr(i),cyi,xi,ri

57 format(4x,i2,3x,f6.1,4x,f5.2,4x,f5.2,4x,f5.3,4x,f5.3)

go to 36 40 xi=1 ri=rq cyi=cpr(i) sy=sy+cyi

write(*,57)i,dmk(i),cpr(i),cyi,xi,ri 36 continue write(*,50) qr=qob-qo

Re=2*qob*ro/(3.14*rH*vi) write(*,59) sy,rec,qr,rq,Re

59 format(2x,'sy,%=',f6.2,2x,'rec=',f5.2,2x,'qr=',f6.4,2x,'rq=',f6.4, #2x,'Re=',f7.1)

pause

if(sy.gt.s3) go to 60 rec=rec+0.5 if(rec.gt.5.1) go to 60 go to 3

60 dro=(rH-rb)/ (10*rH)

write(*,*)'Profili absolyutnoj "vt,m/s" i otnositelnoj ocevoj

#skorosti "vot" kak funktsii sootvetstvenno radiusa "rt,m"

# i otnositelnogo radiusa "rot"'

write(*,50)

write(*,61)

61 format(5x,'rt,m',10x,'vt,m/s',10x,'rot',10x,'vot') write(*,50)

do 7 i=1,11

rot=1-(i-1)*dro

rt=rot*rH

vot=a*(1-rot**2+2*(rb/rH)*(rot-1))*rH**2 vt=vc*vot

write(*,17) rt,vt,rot,vot 17 format(3x,f5.3,9x,f7.4,10x,f5.3,7x,f6.4) 7 continue write(*,50) pause end.

Правительство Волгоградской области Совет ректоров вузов Волгоградской области

ДИПЛОМ

Награждаются аспиранты Волгоградского государственного технического университета

ФИЛИМОНОВ Максим Игоревич и

ЛАМСКОВА Мария Игоревна

за работу "Разработка гидроциклона с оптимизированными конструктивными параметрами'' (научные руководители А. Е. Новиков, А. Б. Голованчиков), удостоенную первой премии на XIX Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области в ноябре 2014 года по направлению "Химия, химические процессы и технологии".

Зам. председателя Правительства Волгоградской области

¡Ф

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНОБРНАУКИ РОССИИ)

ПРИКАЗ

« 4__» щяая.

2016 г.

№ 707

Москва

О назначении стипендии Президента Российской Федерации студентам и аспирантам, обучающимся но очной форме обучения по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологическою развит ия российской экономики, в организация!, осуществляющих образовательну ю деятельность по имеющим государственную аккредитацию образовательным программам высшего образования, на 2016/17 учебный год

В соответствии с Положением о назначении стипендии Президента Российской Федерации студентам н аспиратам, обучающимся по очной форме обучения по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологическою развития российской экономики, в организациях, осуществляющих образовательную деятельность по имеющим государственную аккредитацию образовательным программам высшего образования, утвержденным Указом Президента Российской Федерации от 10 января 2012 г. № 50, приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 30 декабря 2015 г. X? 1561 «Об установлении квот на стипендии Президента Российской Федерации для студентов и аспирантов, обучающихся по очной форме обучения по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики, в организациях, осу ществлякпЛИХ образовательную деятельность по имеющим государственну ю аккредитацию обрвювзтедьным программам высшего

Бадмаева Оюна Мункуевна

Воскресенская Марина Леонидовна

аспирантка 3-го года, обучающаяся по специальности 45.06.01 Языкознание и литературоведение

аспирантка 3-го года, обучающаяся по специальности 31.06.01 Клиническая медицина

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образованны «Владимирский государе I венный унинсрснгсг имени Александра Григорьевича и Николаи Григорьевича Столетовых»

(г. Владимир)

Антонов Лев Васильевич

Лекарева

Анастасия Владимировна

аспирант 3-го года, обучающийся специальности 09.06.01 Информатика вычислительная техника

аспираюка 3-го года, обучающаяся специальности 15.06.01 Машиностроение

по и

по

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образовании «Волюградский государственный технический

университет» (г. Волгоград)

Иванюк

Алскссй Константинович Новиков

Роман Евгеньевич

Филимонов Максим Игоревич

аспирант 2-го года, обучающийся специальности 15 06.01 Машиностроение

аспирант 2-го года, обучающийся специальности 22.06.01 Технологии материалов

аспирант 3-го года, обучающийся специальности 18.06.01 Химическая технология

по

по

по

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образовании «Воронежский юсу даре I венный технический

университет» (г. Воронеж)

Руцков

Алскссй Леонидович

аспирант 4-го года, обучающийся специальности 13.06.01 Электро- и теплотехника

по

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет»

(г. Воронеж)

Федосов

Павел Александрович

аспирант 3-го года, обучающийся по специальности 30.06.01 Фундаментальная медицина

ичаюис М ) к лумту - 01

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ВолгГТУ)

ПРИКАЗ

Волшгрш

П " 04 20

20 17 г.

О назначении аспирантам стипендии 1

Правнтслкства РФ по специальностям или направлениям полготовки , соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развитии российской экономики на 2017,<2018 уч. г.

В соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2012 г. № 273-Ф3 «Об образовании в Российской Федерации», Постановлением Правительства РФ от 03 ноября 2015 г. № 1192, приказом Министерства образования и науки РФ от 16 марта 2017 г. № 244, Положением о стипендиальном обеспечении и других формах материальной поддержки обучающихся очной формы обучения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный технический университет», утвержденным приказом ректора ВолгГТУ от 01 марта 2017 г. № 119

ПРИКАЗЫВАЮ:

Назначить стипендию Правительства РФ с 01.09.2017 г. по 31.12.2017 г., ежемесячно, следующим аспирантам очной формы обучения, обучающимся по направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики в размере 10000 рублей из средств субсидий 01-11:

1. Новикову Роману Евгеньевичу - аспиранту 3-го года обучения, обучающегося по направлению подготовки 22.06.01 «Технологии материалов»;

2. Бадикову Кириллу Андреевичу - аспиранту 4-го года обучения, обучающегося по направлению подготовки 15.06.01 «Машиностроение»

3. Филимонову Максиму Игоревичу аспиранту 4-го года обучения.

Ректор университета

В.И. ЛЫСАК