Введение к работе
Проблема обеспечения экологической безопасности - закономерное следствие расширения сферы техногенного воздействия при нефтегазодобыче' как на суше, так и на шельфе. Изменение состава элементов гидросферы, по существу, представляющих собой системы с жидкой дисперсионной средой, сказывается на здоровье людей. Выход из кризиса определяется возможностью эффективного разрушения устойчивости гидродисперсий, а, учитывая, что на сегодня самые значительные месторождения - шельфовые, где нефтегазодобыча связана с условием минимизации массогабаритных характеристик оборудования плавучих буровых платформ, особую актуальность приобретает электрообработка в экологических технологиях систем жизнеобеспечения как гермоотсеков, так и всего комплекса морской шельфовой нефтедобычи, что не противоречит концепции экологической безопасности России в условиях тенденции развития национального экологического кризиса на фоне глобального.
В последние годы повысилась степень износа очистных сооружений, I что, в условиях снижения потока загрязнений от спада производства, привело, при уменьшении валовых, к росту удельных на единицу продукции загрязнений, нарушающих биотическую регуляцию окружающей среды и устойчивость ее развития.
Актуальность проблемы. Влияние электрического поля на дисперсные системы - научная проблема, элементы которой и сегодня привлекают внимание широкого круга исследователей. Электрообработка прочно заняла свое место и как составляющая, и как основной прием в технологиях разрушения устойчивости дисперсий, представляющих собой питьевые, промышленные, сбросные и оборотные, в том числе буровые, воды, в нефтедобыче и нефтехимии при выделении из углеводородных фаз воды, механических примесей и др.
4 Теория поведения частиц в дисперсионных средах, особенно полярных,
касается в основном однородных и неоднородных электрических полей
низкой и средней напряженности, а процессы, протекающие в импульсных
полях с высоким градиентом потенциала, особенно на предпробойных
стадиях, изучены менее обстоятельно и почти не изучены их приложения и
технологиях очистки тех или иных жидкостей.
Задачей настоящей работы явилось исследование поведения гидродисперсий в электрических полях повышенной напряженности, в том числе предпробойной, и возможностей последующей коррекции физико-химических характеристик дисперсионных сред.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с инновационной программой "Очистка воды и стоков" (приказ Госкомвуза России от 27.07.1992 г. № 439) на основании решения головного научно-технического совета от 05.01.95 и 28.01.98 об осуществлении проектов "Разработка персональных электроводоочистителей", "Разработка автономных систем водоснабжения с использованием электрообработки", а также в соответствии с госбюджетной тематикой кафедры промышленной экологии ТюмГНГУ "Экологические проблемы безопасности жизнедеятельности", включенной в план исследования "Экологический мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций" Российского университета дружбы народов (РУДН).
Цель работы. Создание безреагентных методов электрообработки воды и других жидкостей для их очистки и обеззараживания как самостоятельных, так и интенсифицирующих традиционные технологии очистки жидкостей, в том числе с использованием органических материалов как фильтрующих загрузок.
Основные задачи. В соответствии с поставленной целью решались основные задачи исследований:
изучение возможностей использования электрокинетических эффектов
5' в электрических полях, включая импульсные, в широком диапазоне напряженностей для разделения систем типа "Т-Ж" и "Ж-Ж";
феноменологическое описание процессов в межэлектродном промежутке в предпробойных режимах;
определение технологических параметров разделения дисперсий и оптимальных схем очистки, включая схемы, не содержащие блоки механического фильтрования;
рекомендация режимов для проектирования процессов и аппаратов электроосаждения дисперсной фазы;
физико-химическая и медико-биологическая оценка эффективности предложенных технологий.
Научная новизна.
Выявлены закономерности разделения гидродисперсий в электрических полях повышенных напряженностей поля в зависимости от электрокинетических свойств частиц дислерсной фазы, в том числе при их подзарядке.
Установлена эффективность интенсификации процессов кондиционирсЕзнкя днсперсяскны* спел комплексом электрических воздействий (КЭВ).
Предложена феноменологическая модель разделения гидродисперсий в электрических полях с повышенной напряженностью.
Практическая ценность.
Разработаны технологии разделения гидродисперсий и очистки дисперсионных сред с использованием электрообработки в электрических полях с повышенной напряженностью.
Предложены конструкции электроводоочистителей производительностью от 6 до 100 л-час"1, реализация которых в виде установок очистки воды разрешена соответствующими сертификатами.
Реализация работы.
Разработанная автором технология электрообработки вод питьевого и
технологического назначения, сбросных вод использована в выпускаемых
малыми партиями установках очистки воды, имеющих приемлемые
массогабаритные характеристики и стоимость.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
научно- практической конференции "Тюменская нефть вчера и сегодня" (Тюмень, 1997);
международной научно-технической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (Волгоград, 1997);
3-м Всероссийском научно-техническом семинаре "Чистая вода" (Тюмень, 1998);
8-й Международной выставке- семинаре "Уралэкология-98" (Екатеринбург, 1998);
3-м Международном конгрессе "Вода: экология и технология "АКВАТЕК-98" (Москва, 1998);
Всероссийской научно- практической конференции "Социокультурная динамика Ханты- Мансийского автономного округа сегодня и в перспективе XXI века: федеральный и региональный аспекты" (Сургут, 1998);
областной научно-технической конференции "Окружающая среда" (Тюмень, 1998);
научно-технической конференции "Экология средних и малых городов: проблемы и решения" (Великий Устюг, 1998);
1-й Международной научно-технической конференции "Водоканал ОМСК-98" (Омск, 1998);
конференции "Проблемы развития атомной энергетики и безопасности населения регионов Урала и Западной Сибири" (Тюмень, 1998);
научно-практической конференции "Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири" (Екатеринбург, 1998);
4-м Всероссийском научно-техническом семинаре "Чистая вода" (Тюмень, 1999);
5-м Международном симпозиуме и выставке "Чистая вода России-99" (Екатеринбург, 1999);
4-й Всероссийской научно-практической конференции "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 1999);
международной научно-технической конференции "Техника и технология очистки и контроля качества воды" (Томск, 1999);
международной конференции "Акватерра - 99" (Санкт-Петербург, 1999).
Процессы, аппараты и устройства для разделения дисперсных систем с использованием электрообработки применительно к водообеспечению и очистке сбросных вод внедрены на объектах муниципального самоуправления "Березовский район", рекомендованы в проекте реконструкции канализацрюнных очистных сооружений АООТ "Сибрыба".
Автор выносит на защиту следующие положения:
реализация технологий нефтегазодобычи на суше и с морских плавучих буровых платформ для водолодготовки и водоочистки наиболее эффективна в процессах разделения дисперсных систем электрообработкой во внешних электрических полях повышенной напряженности;
использование повышенных напряженностей поля позволяет снизить удельные массогабаритные характеристики и энергоемкость процессов и аппаратов в три - пять раз по сравнению с традиционными технологиями;
феноменология электрообработки систем с жидкой дисперсионной средой включает в себя элементы всех представленных в классификации методов и названия им даны в соответствии с механизмом, величиной напряженности электрического поля и превалирующим эффектом.
Публикации. "
По теме диссертации опубликованы 22 работы.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложения. Работа содержит 138 листов машинописного текста, 71 рисунок, .18 таблиц, список литературы из 108 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность за внимание, поддержку и настойчивость при подготовке диссертационной работы научному руководителю д.т.н., профессору Шантарнну В.Д., своей семье за терпение и веру и успех, сотрудникам за доброжелательность, всем друзьям за бескорыстную и своевременную помощь, а^ также многочисленным коллегам из производственных организаций, взявшим на себя нелегкий труд по внедрению технических решений.работы.