Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние и проблемы проектирования систем обеспечения обитаемости и экологической безопасности судов речного флота 17
1.1. Общие положения 17
1.2. Анализ принципиальных схем и состава санитарных систем обеспечения обитаемости и экологической безопасности судов речного флота 20
1.2.1. Системы кондиционирования воздуха 20
1.2.2. Системы питьевой воды 29
1.2.3. Системы подготовки воды для плавательных бассейнов 41
1.2.4. Системы обработки воды для кондиционеров 46
1.2.5. Системы доочистки водопроводной воды 50
1.3. Особенности судовых сточных и нефтесодержащих вод и ОТХОДОВ. Выпускные газы энергетических установок , 55
1.4. Нормирование сбросов и выбросов с судов. Удаление загрязнений с судов 66
1.5. Состояние вопроса защиты окружающей среды на судах 72
1.5.1. Методы обработки сточных и нефтесодержащих вод и судовое оборудование для их очистки 72
1.5.2. Средства для сбора и обезвреживания мусора 80
1.5.3. Существующая технология очистки выпускных газов энергетических установок 84
1.6. Концепция совершенствования систем обитаемости н обеспечения экологической безопасности судов речного флота 88
1.7. Проблема проектирования систем обеспечения обитаемости и экологической безопасности судов речного флота. Цель и задачи исследований 93
Глава 2. Разработка математического описания процесса очистки воды и воздуха на основе активированных окислительных технологий 96
2.1. Использование озонных технологий при очистке воздуха в судовых помещениях 96
2.2. Применение современных технологий для очистки воды в санитарных системах НО
2.2.1. Технологические схемы очистки воды озоном
2.2.2. Активированные окислительные технологии.. 114
2.23. Перспективные технологические схемы санитарных систем 117
2.3. Математическое описание работы элементов санитарных систем... 123
2.3.1. Эжектор 123
2.3.2. Контактный фильтр 126
2.3.3. Озонатор .130
2.3.4. Блок подготовки воздуха 138
2.3.5. Установка ультрафиолетового излучения 147
2.4. Особенности применения активированных окислительных технологий для приготовления воды питьевого качества 151
2.5. Математическое описание работы системы питьевой воды с
использованием активированных технологий и с учетом переходных
процессов ,„. 161
2.5.1. Предпосылки для создания математического описания работы систем 161
2.5.2. Уравнение материального баланса в системе 162
2.5.3. Уравнение энергетического баланса в системе 170
2.6. Выводы по главе 173
Глава 3. Создание математических моделей санитарных систем 176
3.1. Экспериментальные исследования процесса обработки воздуха в элементах систем кондиционирования воздуха 176
3.2. Экспериментальные исследоваїшя процесса очистки воды в элементах систем водоснабжения судна водой питьевого качества 182
3.2.1. Описание стенда для проведения исследований 182
3.2.2. Исследование влияния абсолютной величины давления сжатия на характеристику всасывания эжектора 188
3.2.3. Определение характеристик вихревой трубы, работающей на исходном воздухе с низкой влажностью 193
3.2.4. Оценка коэффициентов в уравнениях регрессии математического описания процесса озошрования воды с учетом высокого давления в реакторах и нормативного времени контакта озопасводой 195
3.2.5. Экспериментальное изучите процессов, протекающих в УФ-установке при очистке воды 199
3.2.6. Экспериментальные исследования переходных процессов при озонировании воды 202
3.2.7. Экспериментальные исследования процессов очистки воды с регулированием дозы озона 204
3.2.S. Оценка гидравлического сопротивления реакторов систем 208
3.3. Математические модели санитарных систем с использованием активированных окислительных технологий 209
3.4. Выводы по главе 216
Глава 4. Использование математических моделей работы санитарных систем для оценки возможности совершенствования работы экологических систем и систем энергетических установок 218
4.1. Численно-эксперименталыше исследования процесса доочистки сточных вод 218
4.2. Оценка влияния озонированной воды для водотопливной эмульсии на снижение вредных газовых выбросов энергетических установок 227
4.3. Выводы по главе 239
Глава 5, Разработка методики проектирования комплекса систем обеспечения обитаемости и повышения экологической безопасности судов на основе активированных окислительных технологий 240
5.1. Создание новых принципиальных схем санитарно-экологических систем комплекса 240
5.2. Разработка методики проектирования комплекса систем с использованием математических моделей 244
5.3. Выводы по главе 259
Глава 6. Внедрение методики проектирования комплекса систем и оценка социально-экономического эффекта 260
6.1. Создание промышленных образцов санитарно-экологических систем и их элементов 260
6.2. Социально-экономический эффект от внедрения методики проектирования комплекса систем 273
6.3. Выводы по главе 275
Заключение 276
Библиографический список используемой литературы 280
Приложения 307
- Анализ принципиальных схем и состава санитарных систем обеспечения обитаемости и экологической безопасности судов речного флота
- Использование озонных технологий при очистке воздуха в судовых помещениях
- Экспериментальные исследования процесса обработки воздуха в элементах систем кондиционирования воздуха
- Численно-эксперименталыше исследования процесса доочистки сточных вод
- Создание новых принципиальных схем санитарно-экологических систем комплекса
Введение к работе
Актуальность проблемы. Главным условием существования человеческого организма является потребление достаточного количества воды и воздуха надлежащего качества. На судах речного флота трудятся и отдыхают ежегодно более 5 млн. чел. Поэтому обеспечение экипажа и пассажиров судов питьевой водой и чистым воздухом является одним из важных разделов проектирования судов.
Причины обострения проблем питьевого водоснабжения и обеспечения чистым воздухом связана с качественными и количественными изменениями состояния воздушного и водного бассейнов из-за их интенсивного антропогенного загрязнения.
Известно, что получившие широкое применение на судах упрощенной технологии очистки воды из поверхностных источников (фильтрация + озонирование) рассчитаны на извлечение из них загрязнений природного происхождения. Барьерная роль таких технологий по отношению к химическим загрязнениям крайне низка. Кроме этого, традиционные схемы обработки воды не только не могут обеспечить удаление химических загрязнений, но, напротив, в ряде случаев способствуют увеличению концентрации некоторых вредных соединений, таких как фенол, броматы, формальдегиды, кетоны и др., оказывающие отрицательное воздействие на организм человека. В связи с этим при выборе схем и режимов обработки при озонировании необходимо знать и поддерживать определенную дозу озона, а также стремиться к ее уменьшению за счет применения современных активированных окислительных технологий (АОТ) — жидко-фазное окисление с сорбцией на активированном угле, то есть требуется реконструкция существующих систем водоснабжения.
Применяемые системы кондиционирования воздуха (СКВ) для создания комфортного микроклимата в судовых помещениях характеризуются высокой энергоемкостью (до 25 % мощности судовой электростанции) и отсутствием какого-либо дезинфектанта для обеззараживания воздуха, что указывает на необходимость их совершенствования.
Эксплуатация речного флота сопровождается воздействием его на окружающую среду, которое выражается сбросом и выбросом с судов различных видов загрязнений. Особенно остро проблема защиты от загрязнений стоит в области очистки сточных вод (СВ) и отработавших газов дизелей (ОГ).
Осложнение в настоящее время экологической обстановки требует все более глубокой очистки СВ для снижения уровня загрязнения окружающей среды или предопределяет необходимость повторного использования очищенных СВ для технических целей, что резко сократит их сброс в водоемы вплоть до полного прекращения. Но существующая технология
обработки СВ (отстой + флотация + озонирование + фильтрация + озонирование) не способна довести качество воды до требуемых для оборотных систем кондиций. Поэтому и здесь необходимо усовершенствовать технологические схемы.
Нормирование при стендовых испытаниях вредных составляющих ОГ дизелей, таких как окислы азота, окись углерода и дымность, вынуждают уже сейчас разрабатывать мероприятия по снижению этих загрязнений.
Следует указать на значительные массо-габаритные характеристики отмеченных систем, что препятствует установке их на некоторые типы речных судов.
Перечисленным проблемам посвящены научные труды ученых: Апельциной Е.И., Баранова А.Л., Бараца В.А., Богатых С.А., Бурсо-войС.Н., Васильева Л.А., Губернского Ю.Д., Драгинского В.Л., Захарова Ю.В., Зуева В.А., Кульского Л.А., Макарова В.Г., РешнякаВ.И., Севастьянова А.Г., Стаценко В.Н., Этина В.Л., Яковлева СВ. и др.
Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментальных работ, к настоящему времени вопросы повышения санитарной надежности систем водоснабжения, совершенствования СКВ и системы экологической безопасности судов при проектировании по-прежнему остаются весьма актуальными. Дальнейшее решение этой проблемы сдерживается отсутствием комплексных исследований в области применения АОТ для совершенствования систем обитаемости и экологической безопасности на судах речного флота.
Тема диссертации непосредственно связана с программами многолетних научных исследований ВГАВТа и выполнялась в соответствии с планами НИР и ОКР Министерства транспорта, в региональной программе «Чистая вода — детям», а также по договорам с различными предприятиями.
Целью работы является создание теоретических основ и научно-обоснованных методик проектирования комплекса систем, обеспечивающих обитаемость и экологическую безопасность судов речного флота на основе применения АОТ с учетом ограничений, которые накладываются их относительно малыми главными размерениями и водоизмещением.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
На основе анализа современных АОТ построить концепцию совершенствования систем обитаемости и обеспечения экологической безопасности на судах речного флота.
-
Разработать математическое описание процесса очистки воды в системах водоснабжения и кондиционирования воздуха на основе АОТ.
-
Составить математическое описание элементов аппаратов 'с учетом особенностей их работы в судовых системах с использованием АОТ.
4. Выполнить математическое описание работы системы питьевой во
ды (СПВ) с учетом переходных процессов, происходящих в этих системах.
-
Провести экспериментальные исследования влияния абсолютной величины давления сжатия на характеристику всасывания эжектора.
-
Экспериментально оценить коэффициенты в уравнениях регрессии математического описания озонирования воды с учетом высокого давления в реакторе при постоянном времени контакта озона с водой.
-
Осуществить экспериментальную оценку адекватности математического описания переходных процессов при озонировании воды.
-
Провести экспериментальные исследования процессов очистки воды с регулированием дозы озона и оценить гидравлическое сопротивление аппаратов и узлов систем.
9. Экспериментально исследовать процессы, протекающие в УФ-
установке и вихревой трубе, при использовании этих аппаратов в системах
очистки воды.
-
Выполнить экспериментальные исследования процесса очистки воздуха в элементах систем кондиционирования при использовании АОТ.
-
Разработать математические модели работы санитарных систем с использованием АОТ.
-
Изучить возможность использования математических моделей работы санитарных систем для оценки возможности совершенствования работы систем по обеспечению экологической безопасности судна и систем судовых энергетических установок.
Научная новизна работы:
-
Впервые научно обоснована концепция совершенствования и объединения систем обеспечения условий обитаемости и повышения экологической безопасности судов в единый взаимосвязанный санитарно-экологический комплекс на основе АОТ.
-
Получено математическое описание процесса очистки воды в системах водоснабжения и кондиционирования воздуха на основе АОТ и определены все неизвестные коэффициенты в уравнениях регрессии.
-
Впервые исследованы переходные процессы при озонировании воды в системах, в которых используется АОТ.
-
Обоснована возможность регулирования доз дезинфектанта, что позволило ликвидировать опасность их передозировки.
-
Составлено математическое описание элементов аппаратов с учетом особенностей их работы в системах.
-
Установлено влияние абсолютной величины давления сжатия на характеристику всасывания эжектора.
-
Создана математическая модель систем водоснабжения и кондиционирования воздуха с использованием процессов АОТ.
-
Доказана по результатам полупромышленных исследований возможность применения очищенных СВ для оборотных систем в технических целях.
-
Впервые исследовано озонирование воды для водотопливных эмульсий (ВТЭ) с целью улучшения, экологических параметров выпускных газов (ВГ) судовых энергетических установок (СЭУ).
Практическая ценность работы заключается в создании нового сани-тарно-экологического комплекса систем водоснабжения, кондиционирования воздуха и охраны окружающей среды.
Использование результатов работы позволяет:
разработать новые принципиальные схемы судовых систем — СПВ, СКВ, системы подготовки воды для плавательных бассейнов (СПБ), системы обработки воды в СКВ (СОК), системы доочистки воды (СДВ), системы очистки сточных вод (СОСВ), системы очистки выпускных газов (СОГ) и системы озонирования воды для ВТЭ дизелей, позволяющие удовлетворить всем современным требованиям — очищать воду и воздух в соответствии с нормативными документами. Новизна схем систем подтверждена патентами РФ;
ликвидировать опасность получения побочных вредных продуктов окисления за счет управления процессом озонирования с помощью изменения частоты электротока питания озонатора;
обосновать повторное использованием доочищенных СВ для технических целей, что сокращает сброс СВ в гидросферу вплоть до полного прекращения;
определить минимальный расход озона, необходимый для процесса очистки воды и газа в различных системах комплекса;
разработать методику проектирования объединенного комплекса систем водоснабжения, кондиционирования, очистки СВ и ВГ СЭУ;
разработать новые, защищенные патентами РФ, конструкции узлов и элементов систем, что позволяет уменьшить их массо-габаритные характеристики в 2...3 раза;
определить эксплуатационные параметры работы санитарно-экологических систем.
Отдельные элементы комплекса систем в процессе выполнения работы внедрены в городах России, Украины и Белоруссии — всего более 100 систем.
Модернизированные СКВ установлены в г. Егорьевске и п. Подрезко-во Московской области, а СОСВ с системой доочистки СВ — в п. Пелым Свердловской области.
Результаты исследований использованы в учебном процессе. ,
Достоверность научных положений обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью данных лабораторных и натурных экспериментов и сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов. Положения аналитических исследований получены путем применения методов математического анализа, теории планирования эксперимента, корреляционно-регрессионного анализа.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТа в 1981—2001 гг., Всесоюзном семинаре по химии озона (г. Тбилиси, 1981 г.), XVI научно-технической конференции НТО им. А.Н. Крылова (Н. Новгород, 1988 г.), Второй Всероссийской конференции «Озон» (г. Москва, 1990 г.), Всероссийском семинаре-выставке «Речфлот-91» (г. Москва, 1991 г.), Первой Всероссийской научно-практической конференции «Озон в медицине» (г. Н. Новгород, 1992 г.), Международной научно-технической конференции «Вода, которую мы пьем» (Москва, 1995 г.), Международной научно-технической конференции «Малоотходные и энергосберегающие технологии» (г. Пенза, 1995 г.), Международной научно-практической конференции «Хозяйственно-питьевая и сточная вода» (г. Пенза, 1996 г.), Втором Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (г. Москва, 1996 г.), Международной научно-практической конференции «Питьевая и сточная вода» (г. Пенза, 1997 г.), Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования» (г. Пенза, 1998 г.), Третьем Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (г. Москва, 1998 г.), Координационном Межведомственном Совете по проблеме «Озонаторо-строение и применение озона в народном хозяйстве» (г. Москва, 1995, 1999 гг.), Четвертом Международном конгрессе «Вода: экология и технология» (г. Москва, 2000 г.), Четвертой Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (г. Пенза, 2001 г.).
Результаты исследований экспонировались на ВДНХ СССР в 1991 г. (где автор награжден серебряной медалью), а также на международных выставках в г.г. С.-Петербурге, Москве и Н. Новгороде.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
концепция совершенствования и объединения систем обитаемости и обеспечения экологической безопасности судов в единый санитарно-экологический комплекс;
математические модели работы систем водоснабжения и кондиционирования воздуха с использованием АОТ и учетом переходных процессов;
ЛОТ обработки воды — озонирование, фильтрация с адсорбцией и УФ-облучение;
технологический процесс озонирования с регулированием дозы озона;
экспериментально установленные зависимости степени очистки воды от дозы озона и минимально необходимые дозы озона для обработки воды в системах различного назначения;
обобщенные зависимости времени переходных процессов и снижения цветности воды от дозы озона, количества эжектируемого газа от величины давления сжатия;
предложение по снижению вредных составляющих ВГ СЭУ на основе озонированной воды для ВТЭ дизелей;
методика проектирования и создания систем, обеспечивающих условия обитаемости и экологическую безопасность судна.
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ВГАВТ — Этиным В.Л., Плотниковой В.Н., Васьки-ным СВ., Бурмистровым Е.Г., и других организаций — Богатовым А.Н. (преобразователь частоты электропитания озонатора), к. х. и. Барышниковым Ю.Ю. (озонирование воды для ВТЭ), к. т. н. Мураковым А.П. (исследования СКВ).
При этом автору принадлежат:
направление работы и идея метода решения проблемы, постановка задач и программа исследований, методология их исследования;
проектирование (эскизные проекты) систем и их элементов, участие в монтаже и испытаниях;
организация, планирование и проведение экспериментальных исследований;
обработка, анализ и обобщение данных экспериментальных исследований, формулировка основных закономерностей тепломассообмена, обоснование математических моделей;
непосредственное участие в разработке 4 авторских свидетельств СССР и 12 патентов России.
Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 1 монографию и 67 работ, в том числе 1 учебное пособие, 4 авторских свидетельства СССР и 12 патентов России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 306 стр. машинописного текста и включает 82 рисунка, 38 таблиц. Список литературы со-
состоит из 284 наименований. Приложение содержит акты испытаний и внедрений, копии патентов.
Анализ принципиальных схем и состава санитарных систем обеспечения обитаемости и экологической безопасности судов речного флота
Под кондициошроваиием газовой среды судовых помещений понимают комплекс технологических процессов ее обработки, который обеспечивает поддержание определенного состава среды, давления, температуры, влажности, подвижности газа в заданном интервале их значений [21].
Кондиционирование газовой среды может быть комфортным и технологическим. Так как автором рассматриваются вопросы повышения условий обитаемости, технологическое кондиционирование выходит за рамки объема данной работы. Комфортное кондиционирование среды заключается в поддержании физиологических и эмоциональных внешних возбудителей в благоприятных пределах адаптационных возможностей организма человека [74]. Ранее комфортное кондиционировав воздуха на судах сшгалось роскошью и ограші швалось только устройствами отопления и вентиляции. Но начиная с 60-х годов на крупных морских и речных судах появились первые в России комфортные СКВ («Ленин», «Советский Союз», «Ленинский комсомолец»). На сегодняшний день более 700 судов внутреннего и смешанного плавания имеют комфортные кондиционеры, которые обеспечивают заданный состав и параметры газовой среды в помещениях с помощью специальных систем кондициошрования. СКВ представляет из себя совокупность оборудования, в котором производится механическая, тепловлажносгаая, физико-химическая обработка среды, и устройств для приема газа и распределения его в помещениях. При обработке газ может нагреваться, охлаждаться, увлажняться или осушаться в кондиционере. На судах устанавливаются кондиционеры различных фирм: «Бриз», «Пассат», «Экватор», КЦВД (Россия и Украина); «Климор», «Цен-тромор» (Польша); «Астер», «Марелли» (Италия); «Антон Кайзер» (Австрия) и др. Но в любом случае параметры воздуха в судовых помещениях должны соответствовать требованиям и нормам СанПиН 2.5,2-703-98 [227] (см. табл. 1.1). Нормы правомерны и для речных судов с продленной навигацией [75].
Количество наружного очищенного воздуха определяется санитарно-гигиеническими требованиями из расчета не менее 33 м7ч на одного человека в местах его длительного пребывания (жилые помещения, посты) и не менее 20 м /н на человека для общественных помещений, где люди находятся кратковременно [227]. При применении в СКВ рециркуляции воздуха, количество свежего приточного воздуха должно быть не меньше этих минималытых норм.
Использование озонных технологий при очистке воздуха в судовых помещениях
Или с помощью диаграммы d-h, построив в ней процесс охлаждения и увлажнения воздуха.
Для практических расчетов количество воды, которое необходимо, добавить из системы СПВ в систему СОК в холодный период года, можно принять исходя из максимального значения Ож = 10 г/кг.
Кроме тепловлажностной обработки," дезинфекции и насыщения озоном воздуха необходимо и постоянное поддержание на определенном уровне его электрических параметров.
В работе [232] отмечается, что суммарная концентрация ионов в кондиционированном воздухе компенсируется за счет ионов паров воды, только частично и требуется дополнительная ионизация до уровня концентрации ионов в атмосферном воздухе. С целью восполнения ионов в воздухе помещений применяются различного рода ионизаторы, однако эти устройства не могут решить общую задачу искусственной, ионизации воздуха из-за значительного количества кают. Установка ионизатора в общий воздуховод неэффективна, так как сопряжена с большими потерями ионов на их оседание и нейтрализацию вплоть до 80%.
При обогащении кондиционированного воздуха озоном происходит поддержание и сохранение легких аэроионов кислорода в основном отрицательной полярности за счет способности озона образовывать легкие ионы в процессе перезарядки и уменьшения количества тяжелых ионов [60,
В помещении сначала ионизируются обычные компоненты воздуха — молекулы азота, кислорода, углекислого газа, паров воды и т.д. Образующиеся первичные ионы далее при взаимодействии перезаряжаются с второстепенными составляющими воздуха (озоном, окислами азота и др.), а также с частицами пыли, которые всегда содержаться в воздухе [61].
При озонировании воздуха в нем происходит возрастание концентрации легких отрицательных ионов при почти неизменной концентрации тяжелых отрицательных ионов. Это объясняется тем, что озон как сильный окислитель способен разрушать «посадочные» площадки (материальные частицы), составляющие основу тяжелых ионов, причем процесс переза-. рядки и рекомбинации ионов происходит быстрее по сравнению с естественными процессами рекомбинации ионов и может быть записан следующим образом.
Экспериментальные исследования процесса обработки воздуха в элементах систем кондиционирования воздуха
Задачей экспериментальных исследований явилось определение неизвестных величин: коэффициента повышения концентрации озона в воздухе — щ (уравнение 2.11) и коэффициента унияолярности при использовании озонированной воды в ЦПА — Кл и Кт (уравнение 2.26).
Для достижения поставленной задачи автором совместно с Мурако-вым А.П. был разработан стенд и. смонтирован на Егорьевском заводе ас-бесто-технических изделий.
Принципиальная схема экспериментального стенда (рис. 3.1) представляет собой СКВ, работающую совместно с СОК.
Воздух в СКВ может обрабатываться в кондиционере с форсуночной камерой (кондиционер А) или в кондиционере с ЦПА (кондиционер Б) в зависимости от вида испытаний.
При испытаниях СКВ с форсуночной камерой 3 в качестве аппарата для тешювлажиостной обработки воздуха использовался типовой кондиционер КТЦ-120. В другом случае функцию кондиционера выполнял ЦПА. Расчет ЦПА был сделан по уравнениям, приведенным в п. 2.1.
Схема функционирует следующим образом.
Загрязненный воздух из помещений отделов завода подавался вентилятором в кондиционер А или Б, где производилась его тепловлажностная, химическая и биологическая обработка. В камере орошения при этом поверхность контакта фаз образовывалась каплями, распыляемой форсунками промывной среды (озоно-водяной эмульсии), совершающими хаотическое движение в дождевом пространстве камеры. Часть промывной озонированной воды испарялась. Остальная часть собиралась в поддон, откуда забиралась насосом СОК на озонирование, фильтрацию и УФ-облучение, то есть в обработке воды использовалась АОТ. После очистки и обеззараживания насыщенная озоном вода вновь поступала в форсуночную камеру и цикл обработки воздуха повторялся. БПВ для озонатора представлял собой короткоцикловой осушитель с вакуумной регенерацией адсорбента.
Уровень воды в поддоне поддерживался постоянным с помощью регулятора уровня. При понижении уровня за счет испарения воды и ее уноса из камеры орошения производилась подпитка водой из водопровода.
При испытаниях ЦПА в качестве кондиционера загрязненный воздух из помещений в количестве 3,33 м3/с поступал в аппарат, где осуществлялся весь цикл обработки воздуха.
В ЦПА поверхность контакта фаз образуется газожидкостным пенным слоем в виде быстродвижуищхся пленок и струй жидкости, перемешанных с пузырьками и струями газа, и обеспечивается большая удельная поверхность контакта фаз в единице объема (до 1000 М7м3) [22].
Так как задачей испытаний ЦПА в составе СКВ являлось определение только коэффициента униполярности, то в контактном аппаратае тепловая обработка воздуха не предусматривалась.
Коэффициент униполярности воздуха после ЦПА при использовании озонированной воды определялся счетчиком ионов, а расход воздуха через кондиционеры — с помощью микроманометров и трубок Прандтля 20. Содержание озона в воздухе контролировалось газоанализатором типа «Атмосфера». Расход воды на кондиционеры оценивался расходомерами 19. Концентрация озона в озоно-воздушной смеси определялась прибором «Озон-5» и по методике [148], остаточный озон в воде — по ГОСТ 18301 72 [224].
Численно-эксперименталыше исследования процесса доочистки сточных вод
Международный конгресс [145], состоявшийся в 1992 г., определил одну из главных проблем XXI века — снабжение жителей Земли пресной природной водой. Предваряя это событие, все развитые страны уже с 1960 годов приступили к решению проблемы путем организации рециркуляции и повторного использования очищенных СВ для технических целей в так называемых «оборотных системах» [9,140,258,264].
Так, химическая промышленность России в настоящее время использует до 85% очищенных СВ, в машиностроешш — до 70%. Наибольшее развитие оборотные системы получили при применении городских СВ па электростанциях для подпитки систем водяного охлаждения [39], как в России, так и за рубежом. Например, в ЮАР уже в течение последних 70 лет используются очищешше СВ в качестве охлаждающей жидкости [263], а в США — в период, начиная с 1960 г. [282].
Применение оборотных систем на судах также имеет перспективы из-за целого ряда преимуществ:
уменьшаются объемы сброса СВ за борт и, тем самым, сокращается экологический ущерб окружающей среде;
экономится «свежая» пресная вода;
сокращаются объемы СВ, сдаваемые на береговые сооружения и специальные суда при нахождении судна в районах, где сброс СВ запрещен.
Если по морским судам уже накоплен опыт эксплуатации оборотных систем [81], то на судах речного флота до сих пор эти системы не нашли применения, хотя для некоторых категорий судов (дноуглубительных, смешанного плавания, специальных) сдача даже обработанных СВ до сих пор является острой проблемой. Это объясняется вынужден-ІЇЬІМ при выполнении определенных рабочих функций продолжительным нахождеішем судов в районах, запрещающих какие-либо сбросы СВ.
Впервые автором предлагается повторное использование очищенных СВ на судах речного флота в различных направлениях, в результате чего можно получить значительный экологический эффект. К этим направлениям в первую очередь относятся применение очищенных до определенного качества СВ в системах: смыва унитазов и писсуаров, подпитки систем охлаждения СЭУ и теплоснабжения, питательной воды котлов низкого давления, ВТЭ и очистки ВГ СЭУ (при «мокрых» методах обработки газов).
Конкретная оценка качества очищенных СВ должна строится на дифференцированной основе, исходя из принципа соответствия условиям последующего применения. В зависимости от степени контакта работающих с технической водой различают «открытые» и «закрытые» оборотные системы, требования к которым различаются [152].
Из предлагаемых систем к «открытым» относится только фановая система, остальные принадлежат к «закрытым» системам.
При использовании СВ в «открытых)) системах требуется обеспечить наряду с эпидемической безопасностью высокие органолептиче-ские показатели и безвредность химического состава [152]. Исследованиями [6] установлено, что при соблюдеіши требовании, приведенных для «открытых» систем [152], из СВ после обеззараживания не выявлялись патогенные бактерии. Экспериментальное заражение вирусом полиомиелита показало, что значение коли-индекса 100 обеспечивало эпи-димическую безопасность и в этом отношении. Как показали экспериментальные исследования на животных, доочищениые СВ не оказывают общетоксического, кожно-резорбтивного и отдалениого генетического действия [6], то есть применение очищенных и обеззараженных СВ в «открытых» системах вполне возможно. Этот вывод справедлив и для «закрытых» систем, где требования к качеству воды менее жесткие [152].
Создание новых принципиальных схем санитарно-экологических систем комплекса
Изложенный в работе материал и разработанные математические модели СКВ и СПВ позволяют решать важные практические задачи как в области проектирования новых , так и при рассмотрении вопросов модернизации эксплуатирующихся санитарных и экологических систем.
На основе предложенных технологических процессов, которые сформировались в результате теоретических и экспериментальных исследований, получены пршщнпиальные схемы санитарных и экологических систем (рис. 5.1 и 5.2).
Использование единых процессов приготовления воды питьевого качества (АОТ) и их взаимосвязь между собой позволило объединить системы водоснабжения в комплекс (рис. 5.1). Комплексный метод делает возможным применять типовые узлы и оборудование с укрупнением их в единые агрегаты, а это, в свою очередь, всегда приводит к уменьшению массогабаритных характеристик и энергопотребления. Аналогичный подход был использован В.Л. Этиным в работе [250], В.Г. Макаровым [139], В.Н. Стаценко [255] и Б.Я. Карастылевым [81]. При комплексном решении проблем можно достичь максимального эффекта в экономическом, и экологическом аспектах.
Комплексный метод может быть применен и для систем, обеспечивающих экологическую безопасность судна (рис. 5.2), так как очищенная в модернизированной СОСВ вода используется в качестве рабочей среды для ЦПА в СОГ и подготовки ВТЭ дизелей. С другой стороны, вода после очистки ОГ и электролизера возвращается в приемный танк для понижения величины рН исходной СВ.
Единый комплекс систем работает следующим образом.
Забортная вода в условно-чистых плесах забирается насосом СИВ и после очистки направляется в цистерну запаса питьевой воды (рис. 5.1). Из цистерны вода подается потребителям питьевой воды и на подпитку систем СОК, СПБ и СДВ. После потребления вода собирается в приемном танке станции ООСВ (рис. 5.2), в станции СВ очищается до требований «Вода техническая» и расходуется на: смыв унитазов, воду для ВТЭ, подпитку систем охланодеїшя оборудования и питательной воды котлов, воду для СОГ. В случае неполного расхода техническая вода сбрасывается за борт. Вода после электролизера (анолит), который применяется в блоке подготовки воды для ВТЭ, и из СОГ возвращается в приемный танк с целью.
НВ используется в качестве воды для ВТЭ котлов, отходы и шлам сжигаются в шсинераторах.
После очистки ВГ СЭУ выбрасываются в атмосферу.
Таким образом, применив комплекс систем, обеспечивающих условия обитаемости и экологическую безопасность судна, можно значительно повысить санитарные и экологические показатели этих систем.
