ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ И ВОДОПОДГОТОВКИ

45.Van Der Veen S., Murphy A., Benedictus R. Post-buckling failure of welded aluminum panels //47th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference 14th AIAA/ASME/AHS Adaptive Structures Conference 7th. - 2006. - С. 2273.

46.Hu B., Richardson I. M. Autogenous laser keyhole welding of aluminum alloy 2024 //Journal of laser Applications. - 2005. - Т. 17. - №. 2. - С. 70-80.

47.Ludovico A. D. et al. Laser welding of the AA 2024-T3 aluminum alloy by using two different laser sources (Nd: YAG or CO2) //XV International Symposium on Gas Flow, Chemical Lasers, and High-Power Lasers. - SPIE, 2005. - Т. 5777. - С. 887-894.

48.Sotirov N. et al. Post heat treatment of the laser beam welded aluminium alloys AlSi1MgMn and AlCu4Mg1; Thermische Nachbehandlung der laserstrahlgeschweissten Al-Legierungen AlSi1MgMn und AlCu4Mg1 //Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. - 2005. - Т. 36.

49.Carpio F. J. et al. Fatigue behaviour of laser machined 2024 T3 aeronautic aluminium alloy //Applied Surface Science. - 2003. - Т. 208. - С. 194-198.

50.Verhaeghe G., Hilton P., Barnes S. Achieving low-porosity laser welds in aerospace aluminium alloy //SAE transactions. - 2003. - С. 286-294.

51.Williams S. et al. Laser treatment method for improvement of the corrosion resistance of friction stir welds //Materials Science Forum. - Trans Tech Publications Ltd., Zurich-Uetikon, Switzerland, 2003. - Т. 426. - С. 2855-2860.

52.Preston R. V. et al. Finite element modelling of tungsten inert gas welding of aluminium alloy 2024 //Science and technology of Welding and Joining. - 2003. - Т. 8. - №. 1. - С. 10-18.

53.Mi B., Ume I. C. Parametric studies of laser generated ultrasonic signals in ablative regime: time and frequency domains //Journal of Nondestructive Evaluation. - 2002. - Т. 21. - №. 1. - С. 23-33.

54.Biallas G., Dalle Donne C. Characterization of friction stir welded joints of the aluminium alloy AA 2024-T3 by laser extensometry; Reibruehrschweissungen aus Aluminium charakterisieren. Lokale Dehnungsmessung mit Laserextensometer //Materialpruefung. - 2000. - Т. 42.

55.Qam G. et al. Characterisation of electron beam welded aluminium alloys //Science and technology of welding and joining. - 1999. - Т. 4. - №. 5. - С. 317-323.

56.Палкин, П. А. Технология сварки алюминиевых сплавов 7000-й серии излучением иттербиевого волоконного лазера / П. А. Палкин, А. Б. Люхтер // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2019 : V Международная конференция, Москва, 12-15 февраля 2019 года. - Москва: Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 2019. - С. 364-365. - EDN USJEGA.

© А.Б. Люхтер, Д.А. Разин, 2022

УДК 628.1

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ И ВОДОПОДГОТОВКИ

Соловьев Дмитрий Олегович Solovyov Dmitry Olegovich

Магистрант Master' student

Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)) — федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Российской

Федерации, г. Москва The Russian University of Transport (RUT (MIIT) -Federal the Autonomous Educational Institution higher education Russian Federation, с. Moskow

Драбкина Елена Васильевна Drabkina Elena Vasilyevna Доцент Docent

Российский университет транспорта (РУТ (МИИТ)) — федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Российской

Федерации, г. Москва The Russian University of Transport (RUT (MIIT) -Federal the Autonomous Educational Institution higher education

Russian Federation, с. Moskow

BASIC METHODS OF PURIFICATION AND WATER TREATMENT

Аннотация: в статье рассматриваются основные методы и способы очистки и водоподготовки, с целью улучшения ее качества для конечного потребителя в сфере сельского хозяйства и промышленности.

Abstract: the article discusses methods and methods of water purification and water treatment, in order to improve its quality for the end user in the field of agriculture and industry.

Ключевые слова: водоподготовка, фильтр, электродиализ, обратный осмос. Keywords: water treatment, filter, electrodialysis, reverse osmosis.

Несмотря на то, что вода - одно из самых распространенных на Земле химических соединений, составляющая около 1,39 * 10 18 т на поверхности Земли, большая ее часть содержится в морях, океанах и непригодная для бытового и промышленного использования. На сегодняшний день проблема с дефицитом технической воды усугубляется во всем мире по мере увеличения городов и повышения численности населения, а также возрастания потребностей в воде для промышленности, коммунального и сельского хозяйства в развивающихся странах [1, с. 3].

Нормы качества и количества используемой воды возрастают с каждым годом, что ставит перед нами задачу в использовании более надежных методов для ее очистки и экономически выгодных при изготовлении простого и дешевого оборудования.

Земная поверхность и водоёмы содержат в себе большую часть веществ периодической таблицы Д.И. Менделеева, а также их углеродосодержащие и неорганические соединения. Из-за огромного количества всевозможных примесей, опасных компонентов, содержащихся в воде, разрабатываются условия классификации способов химводоочистки. Мероприятия для очищения воды до требуемого состояния подразделяются на четыре категории [2]:

1. Физические способы водоочистки предполагают удаление нежелательных механических загрязнений. Данный способ является грубой механической очисткой и применяется на начальной стадии водоподготовки, при котором из воды удаляются крупные фракции загрязнения, не влияющие на состав жидкости. К такому методу относятся процеживание, отстаивание и фильтрование.

•Процеживание - механическая очистка хозяйственно-бытовых стоков. Вода проходит через решетки, где с помощью механических граблей извлекаются крупные механические примеси, а затем поступает на сито, где задерживаются мелкие загрязняющие вещества. Плюсом данного способа очищения является простота использования, а недостатком - необходимость в регулярном промывании фильтрующих установок.

•Отстаивание - это осветление сточной воды от твердых примесей под действием гравитационных сил. В отстойнике вода движется медленно (рис. 1), под действием центробежной силы, взвешенные вещества опускаются на дно отстойника, а на поверхности собираются легкие вещества, удельный вес которых меньше 1. Осадок скребками непрерывно сгребается в специальный приямок, после чего откачивается с помощью насосного оборудования на иловые карты. [2]. Эффективность очистки сточных вод от механических примесей в отстойниках составляет не менее 60%.

Рис. 1. Отстойник

Фильтрование - осветление воды, т.е поток воды проходит через слоистый материал фильтра, задерживающий крупные частицы, превышающие допустимые габариты, загрязнители минерального происхождения. Эту методику используют на промышленных предприятиях и в быту для улучшения качества очистки воды.

2. К данной категории также относят химический способ, особенностью которого является взаимодействие между отдельно содержащими элементами и соединениями в воде, устраняя жесткость жидкости, удаляя некоторые металлы, органику и патогенную микрофлору. Эффективность такого способа состоит в том, что избирательно удаляется определенная часть загрязнений, не затрагивая иные

её свойства. Главным преимуществом такого метода подготовки воды является высокая скорость и универсальность процессов.

Технология химреагентной обработки применяется уже много лет и доказала свою результативность в системах водоподготовки. Используемые в ней соединения позволяют расщеплять ядовитые вещества на безопасные.

Различают три вида реакций, такие как: нейтрализующие, окисляющие и восстанавливающие.

Нейтрализация предполагает использование реагентных растворов и дозирующего оборудования, с целью уравновешивания кислотно-щелочного баланса рН, получения щелочных и кислых реакций с использованием аммиачной воды, соды кальцинированной, гашеной извести, кислот. Во время обработки возможно использовать жидкие, твердые и газообразные реагенты. Пропуская через воду кислые газы, они очищаются от различных механических загрязнений и приводят к нейтрализации щелочных соединений.

Основной способ водоочистки основывается на кислородном окислении воздуха (аэрация), либо с помощью сильных окислителей - реагентов, при добавлении которых, окисляющий процесс происходит наиболее интенсивней. Химические вещества преобразовывают токсичные элементы в безвредные соединения, а также уничтожают опасные микробы. Для окисления используются диоксиды, кислород и озон, а также готовые растворы. [2]. С помощью газообразного хлора вода обеззараживается, предотвращается рост водорослей и биообрастаний оборудования. После процесса окисления погибают все патогенные бактерии и микроорганизмы.

Восстановление предполагает совокупность процессов нейтрализации, по сути является противоположным окислению, что позволяет с минимальными затратами удалять из воды примеси, которые в обычных условиях выявляются с большими сложностями. В основном метод восстановления применяется для очистки воды от таких химических элементов, как хром, ртуть, мышьяк. В процессе восстановления происходит образование нетоксичных соединений, которые не оказывают отрицательное воздействие на живые организмы.

З.Физико - химический способ воздействует на механические загрязнения и вредные химические включения, содержащиеся в воде, удаляются излишки солей и газов, что позволяет добиться хороших показателей очистки воды. В этом методе используются механические способы очистки и сочетание химических реактивов. Комплексные системы подготовки воды наиболее эффективны и имеют расширенный спектр применения. К данному способу относят специальные методы водоочистки, которые реализуются посредством использования свойств тонкодисперсных сред, воздействия растворенных в жидкости газов, а также изменения состояния входящих в состав примесей ионов. К ним относят флотацию, сорбцию, экстрагирование, ионообмен, электродиализ, обратный осмос и термическую обработку. Применяется, как на предварительных стадиях подготовки воды, так и на конечном этапе для удаления сложных видов загрязнений [2].

В настоящее время во многих источниках водоснабжения наблюдается повышенное содержание нефтяных фракций, масел, полимеров. Для удаления из жидкости твердых и гидрофобных примесей сквозь нее пропускается воздух и применяется процесс флотации, который состоит из фиксирования частичек загрязнений из водной среды на поверхности пузырьков воздуха, т.е сточные воды насыщаются воздухом, пузырьки которого присоединяют дисперсные частицы загрязнений, при этом образуются флотокомплексы, поднимающиеся на поверхность, образуя пенный слой с удаленными загрязнениями, которые не оседают на дне воды при отстаивании. Образующаяся при этом пена легко удаляется механическими способами. В водоподготовке используют механическую, напорную, барботажную, пневматическую, химическую и электролитическую флотацию.

Сорбционные методы по очистке воды надежно обеспечивают устранение поверхностно-активных веществ, ядовитых химикатов и фенольных соединений, за счет поглощения из воды загрязняющих веществ твердым телом, жидкостью или газом. В качестве фильтрующих адсорбентов используются активированный уголь, силикагели, торф и другие вещества. Технология используется преимущественно после глубокой биохимической очистки.

Метод экстрагирования позволяет извлекать различные примеси из раствора, который содержит высокое количество растворенных органических соединений, с помощью экстрагента. Сущность этого способа состоит в том, что подбирается жидкий растворитель (экстрагент), в котором будут хорошо растворяться загрязнения, но сам экстрагент в очищаемой воде не растворяется. Жидкость для ускорения процесса экстракции перемешивают, а затем отстаивают в специальном резервуаре. Примеси переходят в экстрагент, который легко отделяется от рафината - очищенной воды. Впоследствии концентрированное вредное вещество утилизируется или вновь используется в технологическом процессе. Экстракция обеспечивает надежное извлечение органических кислот, ионов металла и масляных загрязнений, в том числе гидроксибензольных соединений.

Ионообменный метод, основывается на умягчении водных растворов, т.е для удаления из сточных вод солей щелочных, щелочноземельных, тяжелых металлов и позволяющий использовать очищенную воду, до предельно допустимых концентраций, в производственных процессах и системах оборотного водоснабжения. Ионообменные технологии применяются в основном для снижения жесткости и обезжелезивания, регулирования содержания солей и нормализуя их состав. В процессе водоподготовки

происходит обмен ионами, которые находятся в жидкости, и ионами, находящимися на поверхности твердых материалов, называемых ионитами. Иониты могут иметь природное происхождение: сульфоугли и цеолиты, а также синтетические: специальные высокомолекулярные смолы.

Электродиализ (рис. 2). - это процесс обессоливания воды и удаления вредных ионов с помощью мембранного разделения, в котором действие электрического тока сортирует катионы и анионы через секции между мембранами и переходят в крайние камеры, рядом с электродами, в результате чего, на мембранном пространстве остается обессоленная вода, а около электродов собирается концентрат солей и происходит разделение. Электродиализные установки позволяют увеличить срок службы трубопроводного и водоочистного оборудования, а также позволяет достигнуть снижения текущих и капитальных затрат на фильтрование воды и позволяет сэкономить за счет отсутствия затрат на реагенты и в основном используется с целью снижения жесткости и восстановления стоков на химических и нефтехимических производствах.

Рис. 2. Электродиализ

Обратный осмос (рис. 3). - обессоливание, отделение ненужных коллоидных соединений, газов, при котором происходит принудительная фильтрация воды под определенным давлением через полупроницаемую мембрану, что обеспечивает наиболее эффективное удаление практически всех видов загрязнений из воды. В процессе очистки методом обратного осмоса загрязненная вода поступает на установку, где разделяется на пермеат и концентрат, т.е с одной стороны мембраны накапливается очищенная вода, а все удаленные примеси остаются с другой стороны мембраны. Мембраны способны задерживать до 99% различных загрязнений. Полученная после дополнительной обработки очищенная вода используется в хозяйственно-бытовых или в некоторых высокотехнологичных производствах.

ОБРАТНЫЙ

осмос

Направление потока воды

Рис. 3. Обратный осмос

4. Биологическая технология используется после этапа выведения нерастворимых частиц из жидкости. В процессе удаления из сточных вод взвесей и коллоидов большую роль играют простейшие организмы, способные усваивать загрязнения в первоначальном виде и оказывающие решающее влияние на снижение болезнетворных бактерий. Очищение воды происходит путем расщепления органических компонентов до простых соединений - воды, углекислого газа, метана. Источником энергии для простейших и бактерий является органика. Данный метод получил наиболее широкое распространение при очистке сточных вод, в которых содержатся нитраты, аммиак, мочевина, имеющие в своем составе азот, обеспечивающий жизнедеятельность различных микроорганизмов. К канализационной системе относятся хозяйственно - бытовые, промышленные стоки, атмосферные осадки. В современном мире создаются человеком сооружения для водоочистки - это стабилизационные водоемы, поля фильтрации, биологические фильтры, аэротенки и метатенки.

Эти системы очистки используются на промышлeнных предприятиях, коммунально-бытовых производствах, в быту.

Стабилизационные водоемы, где живет и развивается огромное множество водных организмов. Большую часть составляют зеленые водоросли, которые выделяют кислород в ходе жизнедеятельности и тем самым, ускоряется процесс разрушения органики и поглощается водорослями калий, фосфор. Пруды, содержащие канализационные загрязненные отходы, создаются рядом с производством, где-нибудь в овраге, низине, т.е в местах углубления почвы. В водоеме - накопителе происходит естественная аэрационная самоочистка воды, за счет солнечной системы, в зависимости от погодных условий, температуры воздуха.

Рис. 4. Биологические пруды

Поля фильтрации - один из самых эффективных способов естественной доочистки уже очищенной воды (сточные воды поступают на поля фильтрации после отстаивания), путем прохождения стоков через многослойный фильтрующий слой грунта. Наилучшее окисление веществ органического происхождения происходит в верхнем биологическом слое земли, так как он более насыщен кислородом воздуха.

Биологические фильтры в водоочистке осуществляют очищение воздушных масс и воды от содержащихся в них органических токсинов. Сточные воды проходят сквозь активный загрузочный слой (биопленку), образованный бактериями, которые расщепляют вредные загрязнения.

Аэротенки (рис. 5). - железобетонные резервуары , в которые подается воздух с воздуходувной станции, где биохимические процессы проходят в условиях усиленной аэрации. Воздух необходим для обеспечения микроорганизмов достаточным количеством кислорода и для перемешивания активного ила, сточной жидкости и продуктов биохимического окисления. Процесс очистки стоков в аэротенке осуществляется в 2 фазы. Первая фаза - окисление органических веществ до углекислоты и воды, вторая фаза - нитрификация аммонийного азота. Окисление органических веществ протекает в 3 стадии: массопередача органических веществ из жидкости к поверхности клетки, в необходимых случаях гидролитическое расщепление крупных частиц ферментами до продуктов, способных диффундировать через мембраны клеток, метаболизм диффундированных продуктов с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества. Процесс нитрификации протекает в две стадии: азот аммонийных солей в

азот нитритов переводится бактериями Nitrosomonas; окисление азота нитритов в азот нитритов приводят бактерии рода Nitrobacter.

Рис. 5. Аэротенки

Биологическая очистка стоков без поступления кислорода, а именно, в анаэробных условиях происходит в сооружениях - метантенках. В метантенки закачивается густой осадок из отстойников, где происходит брожение концентрированных органических веществ и при этом выделяется - метан, а загрязненная токсинами вода очищается до осветленной воды.

В данной статье, все изложенные технологии водоочистки, являются гарантией экологической безопасности, снижения риска инфекционных заболеваний. Для каждого из вышеперечисленных способов разрабатываются технические устройства с необходимыми технологическими параметрами.

Обычно для решения проблем в подготовке воды используются комбинированные комплексы для улучшения качества воды. На сегодняшний день, современные системы водоподготовки позволяют добиться той чистоты воды, в которой содержится минимальное количество загрязненных веществ и предусматривает её повторное использование на благо народного хозяйства.

Библиографический список:

1. В.В. Жилинский, А.О. Слесаренко Электрохимическая очистка

сточных вод и водоподготовка. Минск, 2014.

2. Очитка воды: [Электронный ресурс]: - Режим доступа: https://diasel.ru/

(дата обращения 03.09.2022).

УДК 629.734/.735

ОБЗОР СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ КАМЕРЫ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Швецова Оксана Сергеевна Shvetsova Oksana Sergeevna

Аспирант Рostgraduate

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Saratov State Technical University Yuri Gagarin

Саратов, Россия Saratov, Russia

OVERVIEW OF THE CAMERA STABILIZATION SYSTEM OF AN UNMANNED

AERIAL VEHICLE

Аннотация: В статье рассмотрены и описаны классификации подвесов для камер беспилотных летательных аппаратов.