10914

240

3.Васильев, А.Л. Способы обеззараживания в технологиях очистки природных и сточных вод : учеб.-метод. пособ. / А.Л. Васильев, В.А. Земскова. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 26 с.

4.Кожинов, В.Ф. Озонирование воды / В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов. – М.: Стройиздат, 1973. – 160 с.

5.Технический паспорт Слудинской водопроводной станции.

6.Технологический регламент Слудинской водопроводной станции.

УДК 514.182.7: 519.688

П.С. Зуйков

Формирование электронного банка заданий для графической работы по начертательной геометрии

Неотъемлемой частью образовательного процесса является контроль знаний студента, полученных в рамках изучения той или иной учебной дисциплины. Выполнение графических работ по начертательной геометрии является одним из средств, всецело показывающим уровень понимания предмета студентом и, следовательно, формирующих у него необходимые компетенции.

За многолетний образовательный процесс накопилась большая база выполненных работ, поэтому возникает необходимость постоянного обновления вариантов заданий. Особенно эта проблема актуальна для дисциплин графического цикла, которые изучают студенты практически всех направлений подготовки в любом техническом вузе.

Развитие компьютерных технологий позволяет сделать более эффективным труд преподавателя, сведя такие рутинные процессы как формирование задания и его проверка к минимуму. Целью моей работы является повышение многообразия заданий, помощь преподавателю в формировании самого задания и дальнейшей его автоматической проверке по заданным условиям.

Таким образом, была поставлена задача разработки динамического банка заданий для графической работы «Прямые и плоскости на эпюре Монжа и в аксонометрии» по дисциплине «Начертательная геометрия» для студентов первого курса различных направлений подготовки.

Для решения поставленной задачи была разработана программа на языке Python 3, проведено ее тестирование, дополнение и дальнейшая интеграция в образовательный процесс кафедры инженерной геометрии, компьютерной графики и автоматизированного проектирования ННГАСУ.

Краткое изложение сути выполняемой графической работы:

1. Задать плоскость по одному из условий, вытекающем из факта известности координат трех точек:

а) по 3 точкам; б) плоской фигуройтреугольником;

в) двумя параллельными прямыми;

241

г) точкой и прямой; д) двумя пересекающимися прямыми.

2.Задав плоскость, найти следы данной плоскости на плоскостях проекций xOy, xOz, yOz.

3.Найти координаты точек схода следов плоскости: αx, αy, αz.

4.Построить главные линии заданной плоскости и их следы.

5.Определить углы наклона главных линий и самой плоскости к координатным плоскостям

При формировании банка плоскостей ставилась обратная задача: известными считались точки схода следов плоскости, так как в этом случае можно получить графическое решение с удобными для ручных построений координатами точек. Поэтому исходные данные для автоматического генерирования задания были выбраны следующим образом:

1.Плоскость, заданная уравнением в отрезках (рис.1).

Общий вид уравнения: αxx + αyy + αzz = 1 , где αx, αy, αz – точки схода

следов плоскости, имеющие координаты (αx,0,0), (0,αy,0), (0,0,αz) соответственно.

2. Границы значения точек схода по координатным осям: от -150 мм до -5 мм, и от 150 мм до 5 мм. Граничные условия задаются из требования изобразить данную плоскость на листе формата A3 в ручной технике исполнения.

Рис. 1. Пример плоскости, заданной уравнением в отрезках

Была разработана программа на языке программирования Python 3, которая позволяет:

1.Сгенерировать массив плоскостей по наборам точек схода.

2.Найти все точки с целочисленными координатами, принадлежащие каждой из плоскостей, и сформировать массивы из «троек» таких точек для каждой плоскости (рис. 2).

242

Рис. 2. Сгенерированные точки с целочисленными координатами, принадлежащие плоскости

Язык программирования Python 3 является универсальным и актуальным средством для выполнения данного задания. Имея обширный набор математических инструментов, позволяет выполнять как простые математические расчеты, так и совершать сложнейшие вычисления. Возможность работы с графикой на данном языке позволяет в дальнейшем визуализировать данную графическую работу.

Разработанная программа позволяет не только сформировать электронный банк вариантов заданий, но и предоставить преподавателю точные расчетные данные для каждой плоскости: координаты следов главных линий плоскости, углы наклона этих линий, угол наклона данной плоскости к координатным плоскостям. Особую значимость имеет тот факт, что эти данные можно получать и в аналитическом, и в графическом виде.

Список литературы

1.Лутц, М. Изучаем Python / М. Лутц. – М. 2011. – 1280 с.

2.Лагунова, М.В. Начертательная геометрия [Электронный ресурс]: учеб. -метод. пос./ М.В. Лагунова, В.А. Тюрина. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 27с.

3.В.П. Важдаев В.П. 64 Лекции по математике, книга 1 [Электронный ресурс]/ В.П. Важдаев, М.М. Коган, М.И. Лиогонький, Л.А. Протасова. – Н. Новгород, ННГАСУ, 2012. – Режим доступа: https://studfiles.net/ preview/2855711/.

244

способность. Продолжительность бездождевого периода обусловливает накопление примесей на территории водосборного бассейна.

Чрезвычайная нестационарность поверхностного стока и специфичность образования обусловливают сложность изучения его состава. Проведенные до настоящего времени экспериментальные исследования не позволяют с достаточной полнотой характеризовать качественный состав поверхностного стока, особенно образующегося на территориях промышленных предприятий. Несмотря на это, имеющиеся данные позволяют оценить его состав и обосновать схемы очистки.

Для очистки такого непостоянного стока как по составу, так и по расходу, предлагаются различные технологические схемы для очистки стоков с территории предприятий первой группы, так и с территории предприятий второй группы. Следует отметить, что особо важное значение имеет доочистка поверхностного стока.

Доочистка поверхностного стока от растворенных форм нефтепродуктов до уровня ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, культурнобытового (0,3 мг/дм3) и рыбохозяйственного пользования (0,05 мг/дм3), а также очистка от специфических загрязняющих компонентов (ионов тяжелых металлов, СПАВ, фенолов, аммонийного азота и т. д.) должны осуществляться специальными методами на завершающем этапе очистки. Для этого в технологическую схему могут быть включены стадии сорбции, биоокисления в сочетании с сорбцией (биосорбция), ионного обмена, озонирования и т.д.

В качестве узлов доочистки поверхностного стока от фенолов, формальдегида, СПАВ и других органических веществ могут применяться установки озонирования, сорбции и биосорбции. При необходимости удаления из поверхностного стока ионов тяжелых металлов и аммонийного азота могут использоваться ионообменные установки с применением синтетических ионообменных смол (катионитов) в режиме натрий-катионирования или природные ионообменные материалы (клиноптилолит).

При соответствующем обосновании для очистки и доочистки поверхностного стока с селетебных территорий и площадок предприятий могут быть использованы технологии, сооружения и установки, применяемые для очистки бытовых и производственных сточных вод. При этом проектирование и расчет сооружений следует производить в соответствии с указаниями нормативно-технической литературы с учетом особенностей, вытекающих из специфики, свойственной поверхностному стоку.

Наибольшую проблему при расчете производительности очистных сооружений поверхностного стока представляет расчет количества талых вод. В существующей методике не учитывается множество факторов, в частности, количество насаждений (парковая зона, газоны, лесные участки) сток воды, с которых очень мал, и, кроме того, снеготаяние в зоне посадок происходит медленно. А предлагаемая методика рассматривает эти зоны как полноценную территорию водосбора, расчет количества воды при этом получается завышенным, что приводит к увеличению объема приемного резервуара и в целом к заметному повышению стоимости очистных сооружений.

246

Расчетный расход талых вод Qочт, направляемых на очистку, определяется по формуле:

QОЧТ (WТМАКС.СУТ. WТП ) /[3.6 (TОЧТ TОТСТ TТП )] ,

где QОЧТ – максимальная производительность очистных сооружений при очистке талых вод, л/с; WТМАКС.СУТ. – максимальный суточный объем талых вод в середине периода снеготаяния, м3; Wmn – суммарный объем загрязненных вод, образующихся от операций обслуживания технологического оборудования очистных сооружений в течение нормативного периода переработки объема талого стока, м3; ТОЧТ – нормативный период переработки объема талого стока, отводимого на очистные сооружения с селитебных территорий и предприятий, ч; Tomcm – минимальная продолжительность отстаивания поверхностных сточных вод в аккумулирующем резервуаре, ч; ТТП – суммарная продолжительность технологических перерывов в работе очистных сооружений в течение нормативного периода переработки объема талого стока, ч.

Таким образом, производительность очистных сооружений при очистке талого стока составляет:

В соответствии с рекомендациями НИИ ВОДГЕО производительность очистных сооружений поверхностного стока определяется по большей из величин QОЧ и QОЧТ. В рассматриваемом примере производительность очистных сооружений поверхностного стока будет равна Q=QОЧ =7,8 л/с (28,1 м3/час).

При этом WОЧ – объем дождевого стока от расчетного дождя, отводимого на очистные сооружения с селитебных территорий городов и предприятий, составил 1068,4 м3, а WТМАКС.СУТ. – максимальный суточный объем талых вод в середине периода снеготаяния составил 2260 м3.

Согласно рекомендациям НИИВОДГЕО объем накопительного резервуара определяется по наибольшей из величин WОЧ и WТМАКС.СУТ. Таким образом объем накопительного резервуара будет определяться по величине WТМАКС.СУТ умноженной на коэффициент запаса 1,1-1,3 и составит 2486 м3.

Однако такой объем резервуара является необоснованно завышенным из-за его расчета по количеству талых вод, который в действительности будет составлять значительно меньшую величину.

Данная ситуация происходит из-за того, что при расчете WТМАКС.СУТ используется коэффициент, характеризующий слой талых вод за 10 дневных часов (hc). Величина hc была определена для четырех климатических зон. Однако кроме климатической зоны величина hc должна учитывать и тип территории водосбора (парковая зона, газоны, лесные участки) со своими специфическими

247

особенностями снеготаяния и дренирования талых вод в почву. Опыт проектирования и строительства очистных сооружений поверхностного стока показал, что количество талых вод значительно меньше дождевых. В этом случае объем накопительного резервуара должен определяться по величине WОЧ, и на основе вышесказанного для данного примера объем резервуара составит 1175 м3.

Выводы

1.При определении объема накопительного резервуара целесообразно, на ряду с рекомендациями НИИ ВОДГЕО использовать, по возможности, конкретные данные местной территории из результатов обследования.

2.Для увеличения эффективности и снижения нагрузки на стадию доочистки следует использовать современные физико-химические методы, например, флотацию, реагентную обработку и т.д.

3.Финишную очистку поверхностных сточных вод проводить с использованием адсорбционных технологий с качественными материалами.

Список литературы 1. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки

поверхностного стока селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. – М.: ОАО «НИИ ВОДГЕО». 2014. – 88 с.

УДК 628.32

Н.Д. Казаков

Дефосфатирование городских сточных вод

На сегодняшний день одной из первостепенных задач при очистке сточных вод является удаление из воды биогенных элементов. Такие биогенные элементы, как азот и фосфор постоянно присутствуют в городских сточных водах. Повышенное содержание фосфора в сбрасываемой сточной воде сильно влияет на санитарно-эпидемиологическое состояние водоема и является основной причиной его эвтрофикации. При цветении в водоеме повышается значение Рн, сильно падает содержание растворенного кислорода, обнаруживаются выделяемые цианобактериями различные токсины. Все это, в конечном итоге, влечет за собой гибель рыб и других представителей водной флоры и фауны. Непосредственная актуальность заключается в том, что сегодня фактические концентрации рассматриваемых элементов значительно превышают ПДК, установленные для рыбохозяйственных водоемов. А учитывая тот факт, что большинство водоемов России являются водоемами именно рыбохозяйственной категории, то переоценить злободневность данной проблемы довольно трудно.

Сегодня выделяют следующие причины поступления в водоемы биогенных элементов:

248

Деятельность человека, направленная на загрязнения почвенного слоя, а именно применение методов агрохимии полей (использование удобрений).

Строительство и развитие разного рода промышленности, повсеместное использование моющих средств.

Образование ливневых стоков с малыми концентрациями биогенных элементов.

Формирование водохранилищ, занимающих большие площади и не имеющих достаточное количество притоков.

Для уменьшения нагрузки по загрязняющим веществам необходимо максимально предотвращать или устранять поступление биогенных элементов в стоки, либо интенсифицировать очистку сточных вод от этих элементов. Рассматривая проблему поступления биогенных веществ в водоемы, можно прийти к заключению, что основным источником попадания являются недостаточно очищенные сбрасываемые стоки, поступающие на очистные сооружения; бытовые, дождевые и производственные сточные воды, а также стоки с сельскохозяйственных полей и животноводческих комплексов (к

примеру: в 1т навоза содержится 2,5 кг фосфатов (по Р2О5)).

На текущий момент изучено и разработано достаточное множество методов удаления фосфатов из сточных вод. Помимо наиболее известного биологического метода удаления соединений фосфора, основанного на помещении фосфоропоглощающих бактерий в строгую анаэробную и аноксидную зоны, после прохождения которых бактерии начинают активно поглощать фосфор, существуют альтернативные способы извлечения фосфатов, такие как химические, физико-химические и биолого-химические.

Несмотря на все достоинства биологического метода, многочисленные исследования показывают, что максимальные значения, которых можно достичь применяя этот метод, составляет всего 1,2-1,0 мг/л. Таким образом, получается невозможным достичь нормативной концентрации соединений фосфора в очищенной сточной воде, равной 0,2 мг/л.

Реагентная очистка сточных вод. Формирование мелкодисперсного осадка фосфатов коллоидной структуры происходит за счет взаимодействия ионов реагента с растворимыми в воде солями ортофосфатной кислоты. Одновременно

сэтим наблюдается образование осадка, состоящего из крупных хлопьев, которое обусловлено протеканием реакции химического реагента со щелочами, находящимися в воде. Сформированный осадок обусловливает процесс коагуляции мелкодисперсного осадка коллоидной формы фосфата и взвешенных веществ, а также адсорбирует небольшую часть органики, имеющей в своем составе фосфор, далее этот осадок удаляется из системы. В качестве реагентов применяются соли двух- и трехвалентных металлов. В качестве коагулянтов в практике очистки стоков нашли широкое применение соли алюминия и железа, извести. Известь реагирует с ионами бикарбоната, которые содержатся в сточных водах, в результате взаимодействия образуется карбонат кальция и, помимо этого, известь вступает в реакцию с фосфатами. В то время как ортофосфат, взаимодействуя с ионами кальция, осаждается, образуя оксиапатит, полифосфаты извлекаются методом адсорбции на образовавшихся ранее

249

частицах оксиапатита. Растворимость оксиапатита быстро уменьшается, а эффективность удаления фосфора улучшается при увеличении рН. Почти весь ортофосфат выпадает в осадок при величине рН выше 9,5. При рН менее 9,5 фосфор адсорбируется на карбонате кальция.

Адсорбционный метод. Данный способ основан на поглощении соединений фосфора поверхностью сорбента. В качестве сырья для изготовления сорбента могут выступать следующие вещества: гранулированная окись алюминия, активированная окись алюминия и сульфат алюминия, гидратированная диоксидом титана, а также активированные оксиды III и IV групп металлов Периодической системы элементов, нанесенные на волокнистый материал. Установлено, что эффективность извлечения фосфора в этом процессе может быть достаточно высокой и в некоторых случаях доходить до 100 %.

Способ извлечения фосфатов в магнитном поле. Способ основан на связывании реагентом фосфатов в нерастворимые соединения. Следующим этапом является введение магнитного материала и работа с магнитным полем, в результате образуется фосфатсодержащий осадок. В разработках немецких ученых предлагается применять для осаждения известь, соли железа или алюминия, а в качестве магнитного материала – порошок тонко измельченного Fe2O3. Имеется информация об использовании железных и медных стружек в качестве реагента; в этом случае осадок отделяется в магнитном поле. Данный способ позволяет повысить эффективность очистки стоков от растворенных фосфатов до 100 % и уменьшить количество основных стадий процесса очистки.

Метод электрокоагуляционно-флотационной очистки. При использовании данного метода для извлечения фосфатов возможно применение как алюминиевых, так и железных (стальных) электродов. Данный метод также обеспечивает полное удаление фосфора из стоков.

Метод кристаллизации. Метод базируется на выращивании кристаллов фосфатов в сточных водах на центрах кристаллизации, которые в дальнейшем удаляются из системы. Кристаллизация образуется на фильтрах или во взвешенном слое. Учеными предлагается в качестве затравочного материала использовать минералы, которые имеют в составе такие соединения, как фосфат кальция, костяной уголь, шлак доменных печей. Фосфор вступает в реакцию с ионами кальция и осаждается в виде трудно растворимого оксиапатита. В качестве центров формирования кристаллов немецкими учеными предлагается применять карбонат кальция (кальцит). Эффективность изъятия фосфатов данным способом составляет 80–90 %.

Одним из эффективных способов биолого-химической очистки является биогальванический метод, разработанный и запатентованный МосводоканалНИИпроектом (патент РФ № 2075202). Этот способ базируется на использовании биокоррозии, он сочетает в себе биологическое и химическое извлечение фосфора. При этом реагенты для осаждения соединений фосфора появляются в результате биологического процесса, который вызывает коррозию металла. Механизм биогальванического способа удаления фосфора из стоков заключается в следующем: в иловую смесь, содержащуюся в аэротенке, помещают инертный загрузочный материал, который армирован металлом.