Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки

МОДЕЛЮВАННЯ ФІЛЬТРАЦІЙНОГО ТИСКУ НА ОСНОВУ ВОДОЗЛИВНОЇ ГРЕБЛІ НА ПК SEEP/W У НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ

Світлана Величко — 2024-12-12

Сучасне освітнє середовище повинно забезпечити формування загальних та професійних (спеціальних) компетентностей майбутнього фахівця. Підготовка здобувача STEM спеціальностей в сучасних умовах не можлива без вивчення сучасних інформаційних технологій та спеціальних програмних комплексів для розрахунків. Компанії розробники та стейкхолдери зацікавлені в підготовці здобувачів з використанням сучасних розрахункових програм і надають різноманітні можливості для навчання. Навчальні плани поступово скорочують кількість аудиторних занять, використання спеціальних розрахункових програм дозволяє виконати більшу кількість необхідних розрахунків на короткий час, побачити результат, виправити допущені помилки, підібрати оптимальне конструктивне рішення, отже сприяє розвитку критичного мислення та навичок самостійної роботи здобувача. Практика впровадження інформаційних технологій від простих до складних поширена як в Україні, так і за кордоном, і скрізь відмічається більша мотивація і задоволення студентів від використання програмних комплексів та вирішення складних практичних завдань. В статті наведений приклад розрахунку фільтраційного та зважуючого тиску та методика розрахунку вручну та на ПК Seep/W підземного контуру водозливної греблі, проєкт якої здобувачі виконують на 4 курсі бакалаврату. Виконано порівняння результатів розрахунку вручну та на ПК Seep/W. Сучасні ПК є достатньо складними, вимагають додаткових знань та навичок роботи, спонукає здобувачів до вивчення додаткової інформації, що сприяє розвитку індивідуальної траєкторії здобувача. Більшість сучасних програмних комплексів є англомовними, що також стимулює вивчення професійної англомовної лексики.

ЕЛЕКТРОЗНЕВОДНЕННЯ АКТИВНОГО МУЛУ КАНАЛІЗАЦІЙНИХ ОЧИСНИХ СПОРУД м. ТЕРНОПОЛЯ

Орест Вербовський — 2024-12-12

Осади стічних вод, що утворюються на каналізаційних очисних спорудах, становить невеликий відсоток від об’єму очищених стічних вод. Проте, витрати на обробку та утилізацію осаду становлять левову частку експлуатаційних витрат каналізаційних очисних споруд. Осади містять шкідливі й токсичні речовини. З іншого боку, осади є джерелом вуглецю, поживних речовин і мікроелементів, отже їх можна ефективно утилізувати. Важливим етапом утилізації осадів є їхнє зневоднення, зокрема із застосуванням електричного струму. Досліджували електрозневоднення активного мулу вологістю 98% з вторинних відстійників каналізаційних очисних споруд м. Тернопіль постійним електричним струмом. Експерименти проводили на лабораторному стенді з U-подібною скляною трубкою з вугільними стрижневими анодом і катодом. Ефект впливу електричного поля спостерігався в загасаючому періоді, коли після значного відділення води з осаду стічних вод, процес електрозневоднення сповільнюється. Отримані результати порівняно з результатами електрозневоднення активного мулу вологістю 98% з вторинних відстійників каналізаційних очисних споруд м. Тернопіль на стенді з графітовими стрижневим анодом і плоским катодом, отриманими іншими дослідниками. Електрозневоднення активного мулу на обох стендах дає практично однаковий ефект. Підтверджено, що зневоднення осадів стічних вод за допомогою постійного електричного струму можна використовувати на мулових майданчиках каналізаційних очисних споруд.

ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ БІОЛОГІЧНОГО ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД З ВИКОРИСТАННЯМ РЯСКОВИХ НА СТУПІНЬ ВИДАЛЕННЯ АНТИБІОТИКА

Любов Кіка — 2024-12-12

Стаття присвячена вивченню ефективності видалення хлорамфеніколу – антибіотика широкого спектра дії, що часто виявляють у стічних водах фармацевтичних і медичних установ. Метою дослідження було оцінити ефективність видалення хлорамфеніколу з модельних розчинів з використанням Lemna minor (ряски) залежно від початкової концентрації антибіотика, тривалості очищення та питомої біомаси ряски.

У дослідженні були використані модельні розчини хлорамфеніколу з концентраціями 2, 5, 10 і 20 мг/дм³. Тривалість очищення варіювалася від 1 до 72 годин, а вміст хлорамфеніколу було визначено за допомогою рідинної хроматографії. Встановлено, що ефективність очищення залежить не лише від тривалості та початкової концентрації антибіотика, але і від питомої біомаси L. minor. Зокрема, найбільша ефективність спостерігалася в інтервалі від 24 до 48 годин, після чого видалення антибіотика помітно знижувалося, а вміст залишався стабільним до кінця 72-годинного періоду.

При концентраціях хлорамфеніколу 2 і 5 мг/дм³ з питомою біомасою ряски 36 г/дм³ ефективність очищення поступово зростала і досягала максимальних значень за 72 години 23,2% та 26,8%, відповідно. Для більшої біомаси – 50 г/дм³ – ці показники становили 17% та 19%, що свідчить про можливу оптимізацію процесу очищення при зниженні питомої біомаси ряски.

При вищих початкових концентраціях хлорамфеніколу (10 і 20 мг/дм³) використання ряски з питомою біомасою 36 г/дм³ забезпечувало максимальне видалення антибіотика 33,0% і 29,5%, відповідно, за 72 години очищення. Зі збільшенням біомаси до 50 г/дм³ ефективність знижувалася і становила 23,6% та 21% для цих концентрацій, що вказує на залежність процесу від кількості L. minor.

Результати підтверджують, що використання Lemna minor є перспективним для видалення хлорамфеніколу зі стічних вод. Найвищої ефективності було досягнуто за тривалості процесу 48 годин і питомої біомаси ряски 36 г/дм³, що забезпечило зниження концентрації хлорамфеніколу до 29,4% за початкового рівня 10 мг/дм³. Використання ряски для очищення стічних вод сприяє зниженню екологічного навантаження та зменшує ризик поширення антибіотикорезистентності у природних водах.

ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ ЗБІРНИХ ТРУБОПРОВОДІВ ПРИ НАЯВНОСТІ ТРАНЗИТУ І ПОХИЛУ РІВНЯ ҐРУНТОВИХ ВОД

Андрій Кравчук — 2024-12-12

Розглянуто умови роботи напірних збірних дренажних трубопроводів меліоративних систем, які працюють при наявності транзитної витрати і рівня поверхні ґрунтових вод. Проаналізована система диференційних рівнянь, які описують рух рідини зі змінною витратою в дренажній трубі за умови входу в неї рідини з навколишнього ґрунту через бічні стінки в режимі фільтрації. Дана система рівнянь складається з рівняння гідравліки змінної маси і модифікованого рівняння фільтрації. Досліджуваний трубопровід прокладений горизонтально і працює при наявності похилу поверхні рівня ґрунтових вод (РГВ). Суттєвим ускладненням роботи таких труб є наявність транзитної витрати, яка надходить в їх початковий переріз і транспортується за всією довжиною дренажного трубопроводу. Шляхом введення нових змінних вихідна система зводиться до безрозмірного вигляду. Представлено розв’язок даної системи рівнянь. Показано, що в даному випадку розв’язок вихідної системи рівнянь залежить від величини чотирьох основних факторів: коефіцієнта опору збірного дренажного трубопроводу «ζ_l»; узагальненого параметра «A», який комплексно враховує конструктивні і фільтраційні характеристики розглядуваного потоку; похилу рівня ґрунтових вод «І» і величини транзитної витрати «Q_тр». При аналізі використано поняття нескінченно довгого горизонтального дренажного трубопроводу, який працює при наявності похилу РГВ і транзитної витрати, або, що теж саме, трубопроводу з нескінченною фільтраційною спроможністю стінок бічної поверхні. На основі проведеного аналізу отримано відносно прості і зручні у використанні аналітичні залежності для розрахунку характеру зміни витрати і перепаду напорів за довжиною даного дренажного трубопроводу, що працює при наявності транзиту. Для спрощення розрахунків запропоновано відповідні допоміжні графічні залежності.

ПЕРСПЕКТИВИ УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЙ ЗНЕЗАЛІЗНЕННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД ДЛЯ ЛОКАЛЬНИХ СИСТЕМ ПИТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

Тетяна Курбанова — 2024-12-12

Щоб забезпечувати населення якісною питною водою більш доцільно орієнтуватись на використання підземних джерел водопостачання, які краще захищені від забруднень і у порівнянні з поверхневими водами. Однак значна частина підземних джерел водопостачання характеризується підвищеним вмістом заліза і вода з них перед подачею споживачам потребує знезалізнення. Видалення надмірного вмісту заліза з підземних вод можна здійснювати реагентними або безреагентними методами, використовуючи водознезалізнювальні установки різних конструктивних схем та вдаючись до заходів, що підвищують ефективність їх роботи. На основі аналізу існуючих технологій видалення заліза з підземних вод та сучасних тенденцій у галузі водоочищення запропоновано для локальних систем водопостачання використання фільтра з автоматичним клапаном керування й технологією, що передбачає безреагентне знезалізнення підземних вод внаслідок окиснення розчиненого заліза киснем повітряної подушки й подальшого затримання утвореного осаду у товщі багатокомпонентного фільтрувального завантаження. Дана технологія характеризується невисокою вартістю і стійкістю до зношуваності природних матеріалів фільтра, простотою його експлуатації, екологічністю, що виключає вторинне забруднення очищеної води реагентами, компактністю і автоматизацією процесів керування, що особливо актуально для невеликих населених пунктів.

ПОТЕНЦІАЛ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ДЖЕРЕЛ ВОДИ З МЕТОЮ ЗБЕРЕЖЕННЯ ПИТНОЇ ВОДИ В МІСЦЯХ ЖИТЛОВОЇ ЗАБУДОВИ УКРАЇНИ

Вадим Орел — 2024-12-12

Загальний доступ до безпечної питної води є не лише фундаментальною потребою, але й основним правом людини. Системи повторного використання води та збирання дощової води є важливими технічними альтернативами для управління якісним водопостачанням. Є кілька альтернативних джерел води, доступних для повторного використання після певної необхідної обробки: дощова вода з дахів, дощові стоки, «сіра» вода, дренажна вода тощо. Інтеграція повторного використання непитної води покращує екологічні цілі «зелених» будівель внаслідок зниження споживання питної води, а також зменшення обсягу стічних і зливових вод, що їх направляють на очисні споруди для очищення. Метою статті є аналіз двох підходів до часткової заміни водопровідної води (збирання дощової води та повторне використання очищеної «сірої» води), порівняння конструктивних характеристик цих систем водопостачання та розрахунок річного обєму води з метою визначення потенційної економії в населених пунктах України за кожним із варіантів. Обидва методи пропонують стійкі рішення для подолання дефіциту води, але суттєво відрізняються застосуванням і робочими механізмами. Для порівняльного аналізу двох вказаних альтернативних джерел води наведено конструктивні особливості водопостачання в контексті збирання і використання дощової води та «сірої» води. Обсяг «сірої» води, що утворюється в малоповерхових житлових кварталах, і дощової води, яку можна зібрати з дахів будівель, розраховували за нормативними документами України. Результат показує, що при щільності забудови 0,4 об’єм «сірої» води в 1,45 раза перевищує об’єм дощової води; при густині 0,54 він в 1,49 раза більший за максимальну річну кількість опадів в Україні, що становить 750 мм. За допомогою комплексних систем циркуляції води можна зменшити потребу в прісній воді приблизно на 30% шляхом повторного використання «сірої» води та приблизно на 10% внаслідок збирання дощової води. Ця економія забезпечує як економічні, так і екологічні вигоди, що робить циркуляцію води особливо вигідною для регіонів з дефіцитом води, які прагнуть пом’якшити наслідки зміни клімату.

АНАЛІЗ МЕТОДІВ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ПОБУТОВИХ СТІЧНИХ ВОД ЗА ДОПОМОГОЮ ДІОКСИДУ ХЛОРУ ТА ГІПОХЛОРИТУ НАТРІЮ

Ігор Прокопенко — 2024-12-12

Забруднення поверхневих водних об’єктів становить загрозу для навколишнього середовища та здоров’я людей. Після неналежного очищення стічних вод на комунальних підприємствах у водних об’єктах поступово накопичуються мінеральні та органічні забруднювачі, що своєю чергою погіршує екологічну ситуацію та призводить до спалахів інфекційних захворювань. Причиною періодичних порушень роботи очисних споруд є недосконалість технологічного режиму. Тому існує нагальна потреба у підвищенні ефективності роботи існуючих споруд біологічного очищення за допомогою заходів, що забезпечують дотримання екологічних вимог до очищення міських стічних вод. В якості знезаражувальних засобів використовуються хлор, або його сполуки: діоксид хлору, гіпохлорит натрію, гіпохлорит кальцію та інші. В роботі розглянуто методи знезараження стічної води за допомогою діоксиду хлору та гіпохлориту натрію. Висвітлено основні переваги та проблеми використання цих методів в порівнянні з традиційним застосуванням хлору.

ОЦІНКА СКЛАДУ МІКРООРГАНЗМІВ, ІММОБІЛІЗОВАНИХ НА НОСІЯХ РІЗНИХ ВИДІВ

Лариса Саблій — 2024-12-12

До морфологічних методів оцінки стану активного мулу чи біоплівки відноситься поширений в технологічному контролі роботи діючих очисних споруд гідробіологічний аналіз, у якому для оцінки стану мулу чи біоплівки в якості тест-об’єктів використовують індикаторні найпростіші організми. У комплексі з експериментальними дослідженнями проводили виявлення індикаторних мікроорганізмів біологічної плівки з використанням оптичної мікроскопії, що забезпечувало можливість вивчення складу та структури мікробіологічних спільнот. Оцінювання якості води за видовим складом організмів біоплівки носіях різних видів показує, що біоплівка носія колісної форми Ø 9,95 мм найбільш придатні для ефективного для очищення стічних вод серед досліджуваних носіїв.

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО КОЕФІЦІЄНТА СТОКУ ДЛЯ МІСЬКИХ ВОДОЗБІРНИХ БАСЕЙНІВ НА ПРИКЛАДІ МІСТА КИЇВ

Микола Ситніченко — 2024-12-12

У роботі проаналізована проблема визначення кількості поверхневих стічних вод, які утворились на території площі стоку внаслідок випадіння атмосферних опадів та сніготанення, та надходять до систем відведення поверхневих стічних вод для чого використовують коефіцієнт стоку що відображає взаємозв'язок між водонепроникністю та стоком. Порівняння регресійних моделей, які використовуються для оцінки коефіцієнтів стоку, показали суттєву варіацію його значень по всьому діапазону загальної водонепроникної площі. Для вибірок згенерованих значень загального коефіцієнта стоку з відповідною часткою водонепроникності обчислені статистичні показники та побудовані коробкові діаграми. Отримані для умов м. Київ рівняння регресії загального коефіцієнта стоку від частки загальної водонепроникної площі при відповідному коефіцієнті фільтрації ґрунту, які більш повно враховують інфільтраційний потенціал ґрунту та ступень вологості водозбору перед початком дощу.

РОЗРОБКА КОМПЛЕКСНОЇ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД ЛІНІЇ ЦИНКУВАННЯ ГАЛЬВАНІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ

Анастасія Соседко — 2024-12-12

Розглянуто перспективи підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації новітньої комплексної технології очистки стічних вод. Проведено аналіз літературних джерел, щодо ефективності застосування існуючих методів очистки стічних вод, які містять сполуки важких металів. Досліджено ефективність вилучення іонів заліза при переробці розчинів травлення сталевих компонентів методом феритизації при різних способах активації реакційної суміші. Рентгенофазовий аналіз отриманих осадів феритизації засвідчив наявність високодисперсних феромагнітних фаз оксидів та оксигідроксидів заліза. Досліджено сорбційну здатність осаду магнетиту отриманого феритизацією на ефективність вилучення іонів цинку із стічних вод лінії цинкування. Визначено вплив величини рH та застосування ультразвуку на процес сорбційної очистки промивних стічних вод осадом магнетиту. При обробці сорбенту ультразвуком та підвищенні рН до 10 залишкова концентрація іонів цинку в промивній стічній воді знижується до 0,31 мг/дм³, ступінь очистки – 98,9 %. Така вода відповідає нормативам для її використання в операціях промивки деталей на гальванічному виробництві або скиду в міську центральну каналізаційну систему. Розглянуто перспективи утилізації відпрацьованих сорбентів у порошкових лакофарбових матеріалах в результаті залучення до їх складу продуктів феритизаційної переробки відходів гальванічного виробництва. Використання феромагнітних відходів сорбційної очистки покращує корозійну стійкість отриманих покриттів порівняно з традиційними. Впровадження результатів дослідження на підприємствах дозволить запобігти забрудненню довкілля токсичними речовинами, змінити застарілі виробничі технології, та отримати із відходів виробництва матеріали для захисту від корозії будівельних металевих виробів та конструкцій.

АНАЛІЗ СУЧАСНИХ КАТАЛІТИЧНИХ ФІЛЬТРУЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ВИДАЛЕННЯ ЗАЛІЗА ТА МАРГАНЦЮ

Віталій Стеценко — 2024-12-12

Децентралізоване водопостачання у воєнний та після воєнний час – одне з основних джерел отримання населенням та підприємствами води. В якості джерел водопостачання, як правило при даному типі водопостачання використовується вода зі свердловин. Основні проблеми свердловинної води це підвищений вміст заліза, марганцю, сірководню, солей жорсткості, нітратів, сульфатів, хлоридів в деяких регіонах високий сухий залишок. Стрімкий розвиток технологій на основі мембранних технологій таких, як зворотній осмос або нанофільтрація дозволяють скоригувати сольовий склад води, вилучити нітрати та зробити воду придатною до питних потреб та виробничих циклів. Але перед мембранними технологіями мають бути вилучені сполуки заліза, марганцю та сірководню, що здатні утворювати неорганічні забруднення на поверхні мембранних елементів та спричиняють їх передчасний вихід з ладу. Одним з найкращих методів попередньої підготовки води перед мембранними системами є комплексні іонообмінні матеріали, які одночасно здатні вилучати солі жорсткості, заліза, марганцю. Але основним недоліком таких методів попередньої фільтрації є використання таблетованої солі, що робить цей метод дорогим та не екологічним. Очистка води від заліза та марганцю на напірних фільтрах за каталітичним завантаженням з подальшим дозування антискаланту перед мембранними установками – це сучасна тенденція локальної підготовки води. Каталітичні завантаження використовуються вже досить тривалий час, але чітких та практичних рекомендацій, що до їх застосування більшість виробників не надає. Застосування таких матеріалів, як правило у великій мірі залежить від багатьох факторів та ґрунтується на досвіді кваліфікації спеціаліста. Аналіз технічних параметрів фільтруючих матеріалів, аналіз параметрів якості вихідної води – це основні складові запоруки підбору та організації правильної технологічної схеми очищення води.

ПРОБЛЕМИ МОНІТОРИНГУ ПОВЕРХНЕВИХ ВОД БАСЕЙНУ ДНІПРА

Світлана Шара — 2024-12-12

В Україні незадовільний якісний стан поверхневих вод, особливо в великих водоакомулюючих об’єктах національного значення, – водосховища Дніпра, що вимагає зміни державної моніторингової місії та регуляторної політики в сфері водокористування.

Особливу суспільну важливість складає об’єктивна оцінка еколого-гідрологічного стану водних об’єктів і вод України, особливо в умовах еколого-економічної і військової агресії, щодо водних об’єктів загальнодержавного значення, якими є водосховища Дніпра і головне Кременчуцьке водосховище.

В роботі використано наукові методи системного аналізу, включаючи ГІС-аналіз, узагальнення та систематизації, враховано синергетичні підходи при формування структурно-логічних схем розвитку систем моніторингу в гідрології з використанням методу обдукції.

Досліджено необхідність кореляційного аналізу і поєднання систем моніторингу поверхневих вод і ґрунтів, адже тільки забрудненість ґрунтів вільним азотом зумовила ріст нітратів у колодязній воді у 10 разів за останні роки на Полтавщині.

Проаналізовано і виявлено недостатність кількості пунктів спостереження за поверхневими водами, та безсистемна вибірковість обстеження забрудненості ґрунтів. Доведено, що моніторинг Кременчуцького водосховища повинен охоплювати не тільки власне якість води у водосховищі, а і створи водоносних потічків і приток, та частину басейну, що формує водосховище у відповідності до запропонованих структурно-логічних схем. Виявлено, що на цілі водного моніторингу витрачено за останні 12 років в Україні 0,1% із 35 млрд грн витрачених по програмі оздоровлення річки Дніпро, а водні рентні платежі формують лише 20% державних і комунальних водогосподарських витрат.

Запроваджено структурно-логічну схему розвитку гідро-екологічного моніторингу формування водного середовища частини басейну Дніпра.

Запропоновано структурно-логічні схеми розвитку просторової бази моніторингу цілісної системи складових елементів Кременчуцького водосховища. Визначена необхідність створення інформаційно-аналітичного центру державного моніторингу вод України.