101 "Екологія"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52149
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Підвищення ефективності очищення стічних вод в процесі пивоваріння при реалізації інформативних методів контролю(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Пироженко, Євгенія ВолодимирівнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – «Екологія». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2023. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процес очищення стічних вод підприємств пивоварної галузі при реалізації комбінованого метода на основі технологічної схеми очищення, яка передбачає омагнічування стічних вод з урахуванням порівняльного попереднього інформативного контролю нормативних параметрів зразків пивних стоків. Предмет дослідження – рішення питань підвищення ефективності очищення стічних вод пивоварних підприємств малої потужності та зменшення впливу антропогенного навантаження на навколишнє природнє середовище районів населених пунктів, у яких розміщуються підприємства пивоварної галузі. Дисертаційне дослідження присвячене пошуку шляхів підвищення ефективності очищення стічних вод підприємств пивоварної галузі розташованих у районах населених пунктів за рахунок реалізації раціонального комбінованого методу очищення стічних вод міні-пивоварень та удосконалення відповідної технологічної схеми, яка передбачає омагнічування стічних вод, на основі попереднього інформативного електромагнітного контролю нормативних параметрів зразків пивних стоків. У вступі обґрунтовано наукову актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з госпдоговірною тематикою НТУ «ХПІ», сформульовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів дисертаційного дослідження, а також дані про особистий внесок здобувача, інформацію щодо апробації результатів дисертації, дані про публікації, обсяг та структуру дисертації. Перший розділ присвячено аналізу науково-технічної інформації щодо методів та технологічних схем очищення пивних стоків, які є висококонцентрованими та різноманітними за своїм складом та представляють собою слабкі електролітичні рідини. Наведений аналіз свідчить щодо необхідності урахування на міні-пивоварнях специфічних особливостей стоків, які обумовлені: технологіями виробництва продукції, споживанням води, а також технічними можливостями інформативних методів контролю фізико-хімічних характеристик зразків стічних вод. З’ясовано, що стічні води, які надходять на очисні споруди, утворюються на різних стадіях виробничого процесу (затирання солоду, бродіння, кип'ятіння, фільтрація та ін.). При цьому, відсутність чітких законодавчих норм створює умови щодо порушення діючого законодавства стосовно скиду стічних вод міні-пивоварні у міську каналізацію без попереднього очищення навіть від механічного сміття, залишків сировини та мийних стічних вод, які утворюються внаслідок миття обладнання, посуду і спеціальної тари. Слід визначити, що інформацію стосовно відповідності (чи невідповідності) стічних вод нормам водовідведення, отримують на основі результатів вимірювань фізико-хімічних параметрів зразків стічних вод при реалізації сучасних інформативних методів вимірювань. Наведено основні інформативні параметри пивних стоків у відповідності зі державними та міжнародними стандартами, до яких відносять питому електричну провідність χ (питомий електричний опір λ), відносну діелектричну проникність εr, температуру t, густину ρ та пов’язані з ними характеристики мінералізації ТДС, в’язкості μt, водневого показника рН, показників біохімічного споживання кисню (БСК) і хімічного споживання кисню (ХСК). Саме тому є підстави вважати, що питання обирання методу очищення, а також моделювання подальшої екологічної ситуації, яка пов’язана зі скидом стічних вод пивоварних виробництв – потребує створення нових широкомежових інформативних методів контролю пивних стоків. В цьому плані представляє важливий теоретичний і практичний інтерес сумісний вимірювальний багатопараметровий контроль параметрів зразків стічних вод методами, які реалізуються на базі електромагнітних перетворювачів (ЕП), що використовують поздовжнє магнітне поле. Таким чином, подальших досліджень потребують проблемні питання стосовно підвищення екологічної безпеки за рахунок моделювання ситуацій, пов’язаних з процесами урбанізації та руйнуванням навколишнього природного середовища районів населених пунктів в яких розміщуються виробництва пивоварної галузі. У відповідності з розглянутою технологічною схемою виробництва пива, з’ясовано утворення кислого стоку після здійснення технологічних операцій з напівфабрикатом у заторному чані та у циліндро-конічному танку гарячої води, у свою чергу, спостереження лужного стоку виникало під час отримання готового продукту з утворенням великої кількості водного органічного залишку. При цьому, для зменшення антропогенного впливу на навколишнє природнє середовище районів населених пунктів, необхідно дослідити питання удосконалення технологічного процесу виробництва пива і вибору раціонального методу очищення, а також удосконалення відповідної технологічної схеми за рахунок омагнічування зразків стічних вод. Другий розділ присвячено дослідженню можливості застосування теорії роботи теплового трансформаторного електромагнітного перетворювача (ТТЕП) та індуктивного параметричного електромагнітного перетворювача (ІПЕП) зі зразками стічних вод кислого і лужного складу та усереднених пивних стоків. На основі рівнянь Дебая, рівнянь Максвела і рівняння дифузії змінного електромагнітного поля у проводійну середу, що досліджується, доповнено наукові данні щодо теоретичних основ роботи ТТЕП та ІПЕП. Досліджено двопараметровий електромагнітний метод сумісних вимірювань питомої електричної провідності χ та температури t кислих, лужних та усереднених пивних стоків. Реалізація метода здійснюється за рахунок встановлення універсальних функцій перетворення Gt=f(Δφt) та Δφ =f(At), тобто залежностей амплітуди Gt від різницевого фазового кута зсуву Δφt та різницевого фазового кута зсуву Δt від узагальненого параметра Аt. Отримано залежності нормованих характеристик Lпн та φ₂t ІПЕП від узагальненого параметра Аt. Досліджено трипараметровий метод сумісних вимірювань питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εr та температури t зразків пивних стоків, наведено алгоритми вимірювальних та розрахункових процедур при реалізації запропонованого трипараметрового методу. Розроблено чотирипараметровий метод сумісного вимірювального контролю питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ кислих, лужних та усереднених зразків стічних вод. Запропонований чотирипараметровий метод передбачає застосування двох близьких частот електромагнітного поля f0= 20,3 МГц і f1= 22 МГц. Отримано степеневі ряди, які відображують залежності відносної діелектричної проникності εr від густини ρ у діапазоні температур t = [15….35°С], при цьому отримані залежності представляють собою інтерполяційний поліном четвертого ступеня. Для знайденого інтерполяційного полінома на частотах f0 і f1 розраховано сталі коефіцієнти К0 і К1. З метою розширення функціональних та технічних можливостей багатопараметрових електромагнітних пристроїв, а також для підвищення точності вимірювань питомої електричної провідності χ, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ стічних вод безпосередньо у великих ємностях та резервуарах малих, середніх та крупних пивоварних підприємств, досліджено чотирипараметровий інформативний метод на основі занурюваного параметричного електромагнітного перетворювача ЗПЕП, який замість осердя застосовує провідний шар стічних вод. ЗПЕП містить одну обмотку та може занурюватися в достатньо великі ємності, що надає змогу зчитувати вимірювальну інформацію навіть у тому випадку, якщо рідина не є гомогенною. У третьому розділі за рахунок отриманих співвідношень, які описують точнісні характеристики багатопараметрових електромагнітних перетворювачів, визначено похибки вимірювань компонентів сигналів на основі оцінювання характеристик функції багатьох змінних. Наведено методику оцінювання температурної похибки зразків стічних вод, яка безпосередньо впливає на амплітудні, фазові та частотні компоненти сигналів електромагнітних перетворювачів. Досліджено методику оцінювання відносних похибок спільних вимірювань питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εrt та температури t пивних стоків у раціональних режимах роботи ТЕТП при дослідженні температурного діапазону 15 ≤t ≤ 35 ºС. При реалізації чотирипараметрового методу спільних вимірювань питомої електричної провідності ꭓt, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ пивних стоків визначено похибки вимірювань фізико-хімічних параметрів ɤλ, ɤεr, ɤρ и ɤt. Досліджено багатопараметровий електромагнітний метод визначення характеристик мінералізації TDS (St), в’язкості µt та температури t зразків пивних стоків. Виходячи з оброблюваного масиву даних, отриманих в результаті вимірювання параметрів усереднених зразків стічних вод, розраховано степеневий ряд, який відображує залежність в’язкості µt від питомої електричної провідності χ, отримана відповідна залежність (при постійному значенні тиску P=0,101325 МПа) в досліджуваному температурному діапазоні [15-35°C]. При дослідженні трьох та чотирипараметрових методів вимірювального контролю параметрів кислих, лужних та усереднених зразків пивних стоків, визначено загальну складову вірогідності контролю, яка складає відповідно DΣ = 0,978, що свідчить про ефективність запропонованих в дисертації інформативних методів контролю фізико-хімічних параметрів зразків пивних стоків. У четвертому розділі запропоновано шляхи удосконалення процесу виробництва пива за рахунок встановлення додаткових температурних пауз під час затирання солоду. З'ясовано, що температурні паузи повинні бути точно витримані у відповідності з часом відстоювання пивного напівфабрикату, є важливою також точність виміру температури t напівфабрикату, як під час температурної паузи, так і у терміни визначення t охолодження готового продукту, при цьому чим ближче значення температури до нижньої межі температурного діапазону паузи, тим довше ії необхідно підтримувати, нагрів до температури t = 78°С, призводить до псування готового продукту, залпових скидів пива і, як наслідок, забруднення стічних вод. Запропоновано комбінований метод очищення пивних стоків, який передбачає омагнічування стічних вод. Досліджено технологічну схему очищення пивних стоків, при цьому для удосконалення процесу очищення рекомендується в схемі для реалізації комбінованого методу очищення додавати фільтр М1, який передбачає спеціальну зону для введення магнітної рідини на водній основі. В основі запропонованого комбінованого методу очищення стічних вод пивоварних виробництв, лежить принцип омагнічування шляхом додавання магнітної рідини (параметри якої розраховано заздалегідь) у фільтр зі стічною водою та подальшому видаленні забруднень при реалізації процесу сепарації. Запропоновано метод сумісного визначення статичних характеристик досліджуваної модельної магнітної рідини (на водній основі): питомої електричної провідності χt, магнітної сприйнятливості kt і температури t магнітної рідини, яку у подальшому рекомендується застосовувати задля очищення стічних вод. Знайдено раціональне співвідношення стічна вода: магнітна рідина (СВ:МР), СВ:МР = 8,7‧10-3: 1. Наведені результати свідчать про ефективність запропонованого комбінованого метода очищення пивних стоків стосовно норм водовідведення у міську каналізацію, а саме водневий показник рН зменшується в результаті очищення на 34, 6%, ХСК в 7,14 рази, БСК5 в 1,52 рази, зважені речовини в 1,52 рази, катіони кальцію Са²⁺ в 1,53 рази, катіони магнію Mg²⁺ в 1,51 рази, загальна жорсткість dH в 1,64 рази, карбонатна жорсткість KH в 1,86 рази. Слід визначити, що введення магнітної рідини також дозволяє осаджувати дрібно дисперсні забруднення в каламутних стоках міні-пивоварні.