Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки

ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ І МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ЧАСУ ЗАКРИВАННЯ ПОПЛАВКА-ЗАТВОРА НА ГІДРАВЛІЧНІЙ МОДЕЛІ РЕГУЛЯТОРА РІВНЯ ВОДИ

Олександр Богуш — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

У статті представлено результати теоретичних досліджень процесу закриття поплавка-затвора гідроавтоматичного регулятора рівня води. Розроблено математичну модель, що описує зміну об’єму води у поплавку-затворі у часі та дозволяє визначити час процесу закриття. Основну увагу приділено впливу діаметра вхідного патрубка, початкової глибини занурення поплавка та матеріалу його виготовлення. За результатами моделювання встановлено, що зі збільшенням діаметра вхідного патрубка час закриття зменшується, а зі збільшенням початкової глибини занурення — зростає. Порівняння металевого та пластикового поплавків показало, що пластиковий має більший час спрацювання, що зумовлено меншою масою та більшою плавучістю. Отримані залежності можуть бути використані для вдосконалення конструкцій регуляторів рівня води та підвищення ефективності їх роботи в осушувально-зволожувальних системах.

ВИКОРИСТАННЯ В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ GEOSTUDIO ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ФІЛЬТРАЦІЇ В ҐРУНТОВИХ СПОРУДАХ

Світлана Величко, Олена Дупляк — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

Сучасні тенденції розвитку освітнього середовища вимагають скорочення аудиторних годин на проведення лекцій та практичних занять. В той же час висуваються високі вимоги щодо професійних компетенцій майбутніх спеціалістів. Розрахунок фільтрації в ґрунтах та визначення положення кривої фільтрації має велике значення для розрахунку гідротехнічних споруд. Використання спеціальних розрахункових програм дозволяє виконати більшу кількість необхідних розрахунків за короткий час, візуалізація результатів дозволяє здобувачам розглянути різні конструкції ґрунтових напірних споруд та наочно вивчити особливості фільтраційних процесів в тілі ґрунтової греблі. Практика впровадження інформаційних технологій в навчальному процесі сприяє збільшенню мотивації і задоволення здобувачів від використання програмних комплексів та підвищує їх конкурентну здатність на ринку праці. Для вивчення фільтрації в тілі греблі традиційно використовуються або розрахунки вручну, або лабораторні фізичні моделі для візуалізації положення кривої фільтрації в тілі греблі, але фізичні моделі дозволяють вивчити тільки сталу конструкцію греблі. GeoStudio та його складова Seep/W для розрахунків фільтрації широко використовується в навчальних закладах для проведення наукових досліджень та інженерних розрахунків. В статті наведений приклад застосування ПК Seep/W для проведення лабораторних робіт по вивченню фільтрації в тілі ґрунтової греблі різних конструкцій. Під час лабораторних робіт здобувачі також вивчають вплив фільтраційних властивостей ґрунту, напору, дренажних пристроїв на положення кривої фільтрації в тілі греблі. Використання сучасного програмного комплексу дозволяє ознайомити здобувачів з особливостями розрахунку фільтрації, що сприяє розвитку індивідуальної траєкторії здобувача.

ДОСЛІДЖЕННЯ ФЕРИТИЗАЦІЙНОЇ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД ВІД ІОНІВ ЗАЛІЗА З ВИКОРИСТАННЯМ УЛЬТРАЗВУКОВОЮ ОБРОБКОЮ

Андрій Гриб, Дмитро Самченко — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

У статті представлено дослідження феритизаційної очистки відпрацьованих травильних розчинів, які містять високі концентрації іонів заліза, із застосуванням ультразвукової обробки реакційної суміші. Вивчено вплив способу активації та тривалості процесу на процес вилучення іонів заліза, фазовий склад феритних осадів і ефективність освітлення суспензії. Вимірювання концентрацій іонів заліза в розчинах здійснювалося спектрофотометричним методом. Фазовий склад осадів феритизації визначали рентгенофазовим аналізом. Встановлено, що традиційна термічна активація сприяє швидкому осадженню та кристалізації феритних фаз, тоді як ультразвукова обробка забезпечує інтенсивне диспергування та формування дрібнодисперсних частинок. Значення рН очищених розчинів після феритизації перебуває у межах 6.12 ÷ 6.84, що відповідає нормативним вимогам для скиду у каналізаційні системи та використання в оборотних системах водопостачання на промислових підприємствах. Метод феритизації дозволяє досягти високого ступеня видалення іонів заліза (до 99.96 %) і зменшити утворення токсичних осадів, що робить його перспективним для повторного використання води або безпечного скиду у водовідведення. Результати дослідження демонструють ефективність ультразвукової активації як інструмента підвищення контролю над структурними властивостями феритних осадів, що забезпечує додаткові екологічні та економічні переваги. Робота має практичну значущість для впровадження ресурсоефективних та екологічно безпечних технологій очистки промислових стічних вод та сприяє розвитку принципів сталого розвитку у металургійній та гальванічній промисловості.

УНІВЕРСАЛЬНИЙ ВЕБ ІНТЕРФЕЙС ОНЛАЙН РОЗРАХУНКУ СИЛИ ГІДРОСТАТИЧНОГО ТИСКУ МЕТОДОМ К123

Юрій Копаниця; Тетяна Аргатенко — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

Авторський метод трьох команд К123 дозволяє отримати універсальні функціональні залежності визначення сили гідростатичного тиску, які оптимізують сучасні комп’ютерні розрахунки. Впровадження методу К123 дозволяє удосконалити й максимально спростити використання веб інтерфейсу онлайн розрахунків в мережі Інтернет.

На прикладі простої тестової задачі – визначення сили гідростатичного тиску на плоску прямокутну поверхню – розроблено клієнт-серверні онлайн розрахунки в мережі Інтернет із універсальною веб формою вводу вихідних даних, яка передбачає всі можливі варіанти наборів з п’яти вихідних параметрів для даного типу задачі. Відкритий доступ онлайн програми за посиланням - https://www.k123.org.ua/en/juffsrc2.html.

На основі авторського методу трьох команд К123 Ó Копаниця Ю. 2008 отримано дві універсальні формули визначення параметрів вектору сили гідростатичного тиску. Спрощено алгоритмічну складність програмної реалізації представленого алгоритму за рахунок нових універсальних формул. Особливості реалізації єдиної спрощеної універсальної веб форми вводу даних виключає складнощі великої кількості варіативного інтерактивного вводу даних, що пов’язано із наявністю манометричного або вакууметричного тиску на вільній поверхні рідини, наявність прошарку води над верхньою гранню поверхні та зміни його рівня.

Існуючі стандартні алгоритми дозволяють розраховувати виключно глибину занурення центру тиску відносно рівня вільної поверхні рідини, що вимагає додаткові розрахунки для прив’язки до локальної системи координат відносно нашої нерухомої поверхні.

Запропоновані універсальні розрахункові формули дозволяють будувати графіки 2D та 3D спектрів візуалізації параметрів сили тиску та координати центру тиску при змінному напорі у локальній системі координат, початок якої, на відміну від стандартного алгоритму, прив’язано до нерухомої нижньої грані об’єкту. Універсальні формули дозволяють миттєво отримати точне рішення в залежності від повної вибірки з п'яти змінних вихідних параметрів.

Запропонований алгоритм та дві універсальні формули дозволяють моделювати різні режими роботи споруд та відповідні параметри вектору сили гідростатичного тиску, використовуючи у відкритому доступі єдиний спрощений веб інтерфейс для онлайн розрахунків в мережі Інтернет, в системах комп'ютерної математики або на калькуляторі.

Впровадження в освітній процес універсальних формул розрахунку на основі «Методу трьох команд К123» Ó Копаниця Ю. 2008 дозволяє спростити впровадження сучасних комп’ютерних технології, розширити використання аналітичних й чисельних методів та елементів моделювання у навчальному процесі.

МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ШВИДКОСТІ РУХУ ВОДИ В МІСЬКИХ ВОДОПРОВІДНИХ МЕРЕЖАХ

Олександр Кушка, Яна Гензерська — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

У статті розглянуто проблему ефективного транспортування та розподілення води в зовнішніх водопровідних мережах міст та населених пунктів з урахуванням змінних умов експлуатації, енергоефективності та надійності. Зазначено, що основним фактором, що впливає на експлуатаційні витрати та надійність мереж, є швидкість руху води в трубопроводах. Проаналізовано чинну нормативну базу, в якій відсутні чіткі рекомендації щодо гідравлічних параметрів, що ускладнює проєктування в умовах змінного міського середовища. Розглянуто вплив матеріалів труб, зокрема поліетилену, на довговічність мереж та актуальність гідравлічних розрахунків за застарілими таблицями. Запропоновано використання критерію оптимального діаметра труб, що базується на балансі втрат напору, часу руху води та її маси. Проведено аналіз залежності середньої швидкості руху води та питомих втрат напору від діаметра труб за даними літературних джерел. Виявлено особливості поведінки параметрів у діапазоні діаметрів 100–1000 мм. Визначено, що ігнорування швидкості потоку може призвести до значних енергетичних та фінансових втрат. Зроблено висновки щодо необхідності перегляду нормативних підходів до проєктування та модернізації водопровідних мереж з урахуванням змін споживання, матеріалів труб та сучасних вимог до енергоефективності.

ДОСЛІДЖЕННЯ ФЕРИТИЗАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ТРАВИЛЬНИХ РОЗЧИНІВ З ЕНЕРГООЩАДНИМИ МЕТОДАМИ АКТИВАЦІЇ ПРОЦЕСУ

Андрій Пузанов, Геннадій Кочетов — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

Наразі нагальним завданням є розробка ресурсоощадних технологій переробки стічних вод промислових підприємств з подальшою утилізацію відходів водоочищення. В цій роботі досліджено ефективність очищення відпрацьованих розчинів травлення від іонів заліза методом феритизації з використанням традиційного термічного та новітніх методів активації реакційної суміші - ультразвуком та мікрохвильовим нагріванням. В якості окисника іонів Fe²⁺ використовувався 30 % розчин пероксиду водню, який дозували в три прийоми з інтервалами 15 хв. Встановлено, що в усіх проведених експериментах досягнуто глибини вилучення іонів заліза понад 99,99 % при залишкових концентраціях, які нижче вимог скиду очищеного розчину до систем централізованого водовідведення (1,0 мг/л). Результати рентгенографічного аналізу феритизаційних осадів показали, що використання H₂O₂ в кількості 0,2% від загального об’єму реакційної суміші сприяє формуванню хімічно стійкої фази магнетиту Fe₃O₄, тоді як підвищення дози пероксиду водню призводить до утворення оксо-гідроксидних сполук Fe (III). Використання ультразвукової та мікрохвильової активації реакційної суміші підвищує енергоефективність феритизаційної технології. Підкреслено перевагу мікрохвильового режиму активації при впровадженні результатів проведених досліджень на виробництві. Виконані в цій роботі дослідження також засвідчують перспективність подальшого використання феритизаційних осадів для отримання актуальних феромагнітних речовин.

ВИЗНАЧЕННЯ КРИТЕРІЇВ ОЦІНКИ СТІЙКОСТІ І ВРАЗЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМ ВОДООЧИЩЕННЯ ДЛЯ ЕФЕКТИВНОГО УПРАВЛІННЯ РИЗИКАМИ

Інга Уряднікова — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

Актуальними питаннями сьогодення у сфері водопостачання, особливо для об'єктів критичної інфраструктури, якою є системи водоочищення, є не лише підвищення ефективності виробничих процесів та зниження енергетичних витрат, а й забезпечення їхньої стійкості та вразливості в умовах множинних зовнішніх загроз. Аналіз причин промислових аварій та пошкоджень, а також наслідків природних катаклізмів і воєнних дій, показує, що порушення функціонування систем водоочищення характеризується поєднанням випадкових подій, що виникають з різною частотою та інтенсивністю на різних стадіях їхньої роботи. З метою визначення та обґрунтування критеріїв для кількісної оцінки стійкості та вразливості функціонування систем водоочищення в умовах дії загроз техногенного, природного та воєнного характеру для ефективного управління ризиками в системах водоочищення, було проведено дослідження, що включало розділення поняття надійності на внутрішню надійність, стійкість та вразливість. Аналіз отриманих результатів показав, що: 1) розширено концепцію оцінки надійності. Дослідження довело необхідність і можливість інтеграції понять стійкості та вразливості в традиційну оцінку надійності систем водоочищення, що забезпечує більш повне уявлення про комплексну надійність функціонування в умовах різнопланових зовнішніх загроз (техногенних, природних, воєнних). 2) Розроблено систему кількісних критеріїв стійкості та сформовано підхід та виведено математичні залежності для об'єктивної кількісної оцінки загальної стійкості. Цей показник об’єднує часткові коефіцієнти, що характеризують специфічну резистентність до кожного типу загрози, а також коефіцієнт відновлювальних можливостей, який відображає здатність системи до швидкого відновлення. 3) Визначено критерії кількісної оцінки вразливості й обґрунтовано та представлено математичні залежності для розрахунку вразливості системи, що дозволяє не лише загально оцінити схильність системи до негативних наслідків, а й ідентифікувати конкретні «слабкі ланки» через аналіз часткових критеріїв вразливості. 4) Обґрунтовано практичну цінність підходу для ефективного управління ризиками. Запропоновані критерії надають об'єктивний інструментарій для ефективного управління ризиками в системах водоочищення і дозволяють обґрунтовано зосереджувати увагу на захисних заходах та інвестиціях, спрямовуючи ресурси на найбільш вразливі ланки системи, що потребують першочергового зміцнення. 5) Створена основа для ефективного управління безпекою передбачає можливість кількісної оцінки стійкості та вразливості, що забезпечує розробку і впровадження стратегій підвищення безпеки з метою сталого та безперебійного водопостачання в умовах зростаючої невизначеності й потенційних загроз.

АНАЛІЗ ФЕРИТИЗАЦІЙНОЇ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД ВІД ІОНІВ НІКЕЛЮ: ВПЛИВ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ ТА МЕТОДІВ АКТИВАЦІЇ

Михайло Фортуненко, Геннадій Кочетов — пт, 31 жов 2025 00:00:00 +0200

Гальванічні виробництва формують значні обсяги стічних вод із підвищеним вмістом іонів нікелю (Ni²⁺), що вирізняється токсичністю, біоакумуляцією та стійкістю у водному середовищі. Це зумовлює потребу в технологіях, здатних не лише ефективно знижувати концентрацію забруднювача, а й переводити його у хімічно стабільну, маловилуговувану тверду фазу. Традиційні методи (гідроксидне осадження, іонний обмін, мембранні та електрохімічні процеси) часто потребують значних витрат реагентів/енергії та генерують нестійкі осади, чутливі до коливань складу стічних вод. На цьому тлі феритизація – цілеспрямоване формування шпінельних феритів NiFe₂O₄ за участю сполук заліза – є перспективним підходом, що поєднує високий ступінь вилучення Ni²⁺, утворення малорозчинної феромагнітної фази та спрощене відокремлення (магнітна сепарація/ущільнення). Систематизовано дані про вплив ключових параметрів (співвідношення іонів заліза та нікелю, рівень pH, температура, тривалість контакту, аерація/окисники) на ефективність процесу та властивості отриманих продуктів феритизації (феритних осадів); узагальнено відомості про зовнішні фізичні впливи, що інтенсифікують процес (ультразвук, ультрафіолет, електромагнітна обробка). Показано, що «класична» феритизація часто вимагає підвищених температур (>60–70 °C), тоді як застосування методів інтенсифікації потенційно знижують енерговитрати й скорочує тривалість досягнення цільового ступеня очистки без втрати стабільності продуктів феритизації. Окрему увагу приділено інженерним засадам масштабування (каскад реакторів безперервного перемішування (РБП), статичні міксери, контроль рівня pH та окисно-відновного потенціалу (ОВП), режим аерації, вбудована магнітна сепарація) та питанням довготривалої екологічної безпечності осадів. У результаті критичного аналізу джерел виявлено науково-практичні прогалини, а саме: уніфікацію технологічних режимів очистки для різних типів стічних вод, верифікацію енергобалансів на пілотному рівні масштабування та оцінку вилуговування продуктів феритизації перед утилізацією/ресурсним використанням.