автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Физико-термическая обработка сточных вод объектов морских технологий

На правах рукописи

ДАРМЕНКО Александр Васильевич

ФИЗИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД ОБЪЕКТОВ МОРСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.08.05.

Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 1998 г.

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университете и в Дальневосточном государственном техническом рыбохозяйственном университете

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Сень Л. И.

кандидат технических наук, доцент Карастелев Б. Я.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Якубовский Ю.В.

кандидат технический наук, доцент Тихомиров Г.И.

Ведущая организация:

АО Дальзавод

Защита диссертации состоится ' ' декабря 1998 г. в 9 - 00 часов на заседании диссертационного совета Д 064.01.01 в Дальневосточном государственном техническом университете по адресу 690600, Владивосток, ГСП, ул. Пушкинская, 10, ДВГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВГТУ

Автореферат разослан ' гноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Борисов Е.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современные производственные технологии приводят к сопутствующему образованию значительного количества сточных вод (СВ), что определяется широким использованием в производстве пресной воды (ПВ). Изменение экологической обстановки требует все более глубокой очистки СВ для снижения уровня загрязнения окружающей среды и предопределяет либо поиски новых источников технической воды, либо повторное использование очищенных вод.

Повышение эффективности очистки СВ и снижение затрат на получение ПВ - это две взаимосвязанные проблемы, решение которых позволит создать оптимальную схему водоиспользования на объектах морских технологий (рыбообрабатывающих судах, буровых платформах, судоремонтных и рыбоперерабатывающих заводах), как стационарных так и нестационарных, имеющих морское или береговое базирование.

Принципы рационального использования природных ресурсов требуют решать эту проблему как двуединую задачу, комплексное решение которой, согласно современной концепции исчерпаемости природных ресурсов, заключается в том, чтобы рассматривать СВ в качестве одного из ваиболее легкодоступных ресурсов ПВ. Повторное использование СВ дает не только высокую степень выхода ПВ, но и предотвращает загрязнение вод Мирового океана.

Отмеченное делает актуальной задачу создания систем водоиспользования объектов морских технологий на основе комплексной рециркуляционной схемы с повторным использованием воды и утилизацией или обезвреживанием выделенных загрязнений, что и определяет комплексную технологию физико-термической очистки (ФТО) СВ.

Цель работы. На основании экспериментальных исследований процессов комплексной безреагентной технологии ФТО получить обобщенные данные и разработать оборудование с определением эксплуатационных режимов основных технологических процессов систем повторного водоиспользования автономных энергонасыщенных объектов морских технологии с высоким уровнем водопотребления - водоотведеиия.

Задачи, которые решены для достижения поставленной цели:

- сбор, обобщение и анализ информации об источниках и количестве СВ, их

фазово-дисперсном и химическом составе для объектов морских технологий;

- разработка методики проведения исследований процесса ФТО;

- разработка схем экспериментальных установок, конструирование аппаратов и их создание;

- исследование кинетических характеристик процессов окисления различных загрязняющих веществ на реальных СВ и их и шпатах;

- определение степени санитарной безопасности технологии ФТО на реаль-

ных СВ при различных режимах обработки;

- разработка промышленной установки ФТО СВ и выполнение полномас-

штабного промышленного эксперимента с целью определения адекватности результатов экспериментальных и промышленных исследований;

- разработка рекомендаций по вариантам схемных систем повторного водо-

испольэования объектов морских технологий;

- осуществление экспериментальной проверки возможности использованш

СВ после ФТО для получения пара низких параметров.

Научная новизна работы. 1. Впервые проведено комплексное исследо

вание нового безреагентного метода очистки СВ по технологии ФТО.

2. Исследованы процессы термической обработки реальных производственных и хозяйственно-бытовых СВ и их имитатов при температура? 100...220°С, и получены обобщенные зависимости.

3. Определены константы скорости реакций и квазиравновесные значения концентраций процесса окисления различных органических загрязняющих веществ в жидкой фазе при термической обработки реальных СВ и и> имитатов в зависимости от температуры и концентрации окислителя.

4. Установлена нижняя температурная граница дезодорирования хозяй ственно-бытовых СВ.

5. Определена степень обеззараживания реальных СВ при их обработм по исследуемой технологии.

6. Экспериментально установлено отсутствие отложений на теплопере дающих поверхностях аппаратов экспериментальной и промышленной уста новок ФТО.

7. Предложены схемы систем повторного использования СВ с примене нием технологии ФТО для рыбообрабатывающих судов и судоремонтные заводов.

Практическая ценность работы. I. Выявленные зависимости степет окисления различных загрязняющих веществ в результате термической об работки различного состава СВ и их имитатов позволяют рекомендоват1 эксплуатационные режимы установок ФТО для объектов морских техноло гий.

2. Полученные обобщенные зависимости и значения констант скорост! реакции окисления загрязняющих веществ при термической обработки СЕ дают возможность определять массогабаритные характеристики аппарато1 установок ФТО.

3. Данные по дезодорированию и обеззараживанию термически обрабо танных СВ позволяют определить эксплуатационные параметры работы ус

таноаок ФТО для получения воды, удовлетворяющей санитарно-гигиеническим требованиям к повторно исполыуемым для технических целей СВ.

4. Предложены комплексные схемы с использованием установок ФТО и определены их основные параметры для систем повторного использования воды рыбообрабатывающих судов и судоремонтных заводов, которые обеспечивают прекращение сброса СВ такими объектами и снижают потребление природной ПВ или затраты на ее получение.

5. По результатам экспериментальных исследований создана промышленная установка ФТО СВ для судоремонтного завода.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Предложенные автором обобщенные зависимости степени очистки СВ от органических загрязняющих веществ в процессе термической обработки реальных СВ и их имитатов.

2. Значения констант скорости реакций окисления органических веществ и их киазиравновесные значения для СВ различного состава.

3. Установленную экспериментально минимально допустимую температурную границу процесса дезодорирования при ФТО хозяйственно - бытовых СВ.

.4. Экспериментально подтвержденный эффект отсутствия отложений в теплообменных аппаратах и реакторах установки ФТО при исследованных режимных параметрах и характеристиках СВ.

5. Экспериментально установленную зависимость степени обеззараживания хозяйственно - бытовых СВ от температуры обработки.

6. Эффект влияния внутреннего тепловыделения на характеристики процесса термической обработки СВ.

7. Комплексная схема систем повторного использования СВ объектов морских технологий на базе установок, использующих метод ФТО.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований, выполненных в процессе работы, использованы:

1. При разработке схемы установки ФТО СВ Дальзавода - для расчета систем и аппаратов установки, а также для определения режимных параметров ее работы.

2. При проектировании установки по очистке моющих растворов и сточных вод участка очистки и расконсервации деталей механического цеха Владивостокского судоремонтного завода.

3. В ряде хоздоговорных и госбюджетных НИР, а так же в учебном процессе ДВГТУ.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 23 работы, включая два'авторских свидетельства на изобретение.

Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ДВГ1И 1979...95 гг., Дальневосточных и региональных конференциях, в том числе: "Паука и прогресс в рыбной промышленности'^Владивосток, 1979 г.), "Вопросы использования морских и сточных вод в судовых энергетических установках"(Владивосток, 1980 г.), "Охрана и рациональное использование природных ресурсов Сибири и Дальнего востока"(Красноярск, 1981 г.), "Проблемы транспорта Дальнего востока"(Владивосток, 1995 г.), "Рыбохозяйственные исследования океа-на"(Владивосток, 1996 г.); Всесоюзных научно - технических конференциях: "Предотвращение загрязнения моря и атмосферы с судов"(Ленинград, 1979 г.), "Проблемы охраны окружающей среды и рекуперации вторичных ресурсов на предприятиях отрасли и при эксплуатации судов"(Ленинград, 1982 г., 1990 г., Николаев, 1986 г.), "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана"(Владивосток, 1983 г.); Международных конференциях: "Инженерные решения проблем экологии прибрежных территорий"(Владивосток, 1995 г.), "Нетрадиционная энергетика и технология"(Владивосток, 1995 г.); Всесоюзных выставках: "Человек и окружающая среда"(Петрозаводск, 1982 г.), "Ученые вузов - развитию химической промышленности"(Казань, 1984 г.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 211 страниц машинописного текста, 72 рисунка и 44 таблицы; список литературы содержит 152 работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель работы, показаны научная новизна и практическая ценность результатов, полученных в работе, а так же сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе предложена классификация объектов морских технологий. Для этих объектов, как стационарных так и нестационарных, как морского так и берегового базирования, характерно наличие фановых, хозяйственно-бытовых (мытьевые, кухонные и стоки прачечных) и нефтесодержа-щих СВ, тогда как среди стоков от объектов, имеющих рыбообрабатывающие производства, обязательно присутствуют технологические СВ, образующиеся при переработке рыбы. Учитывая наиболее широкий спектр СВ рыбообрабатывающих судов (плавзаводов и плавбаз), практически полную автономность, высокий уровень водопотребления - водоотведения при дефиците ПВ, они были приняты за базовый объект для рассмотрения возможности создания комплексной технологии очистки всех видов СВ с целью их дальнейшего повторного использования, исключая нефтесодержащие СВ,

для которых тип и параметры очистных установок жестко регламентирован-ны документами конвенции МАРПОЛ 73/78, В результате анализа информации о количественных и качественных показателях СВ и сравнительной оценки эксплуатационных характеристик установок по очистке судовых СВ, реализующих биохимический, физико-химический, электрохимический методы и метод жидкофазного окисления, показано, что наиболее перспективным для условий работы указанных объектов является метод физико-термической очистки, предложенный Л. И. Сенем для обработки стоков судоремонтного завода, ФТО - это комплексный технологический процесс последовательной обработки СВ. На первом этапе путем физической очистки (ФО) способом безреагенгной напорной флотации из СВ с различной степенью эффективности извлекаются грубодисперсные примеси, нефтепродукты и жиры, находящиеся в виде пленок и эмульсий, удаляются и ПАВ. На втором этапе термической очистки (ТО) при температуре 150...200°С и давлении 1,0...2,5 МПа оставшиеся в воде в коллоидном и растворенном виде органические вещества подвергаются окислению кислородом воздуха, подаваемого в реактор. Загрязняющие вещества, извлеченные при флотации, подаются на огневое обезвреживание, а вода может быть использована повторно.

Принципиальная схема установки ФТО представлена на рис. 1.

На основе литературного обзора работ по экспериментальным исследованиям метода жидкофазного окисления и по промышленным установкам, использующим этот метод для очистки СВ и их осадков, показано его отличие от метода ТО.

На основе вышеизложенного было сформулировано направление исследований, заключающиеся в экспериментальном исследовании технологии ФТОСВ с последующей проверкой результатов на промышленной установке для создания на ее базе системы повторного водоиспользования объектов морских технологий с соответствующей проверкой экономического, экологического и санитарного аспектов использования указанной технологии.

На логической схеме исследования (рис.2) показаны задачи и пути решения поставленной цели.

Во второй главе дано описание ряда экспериментальных установок для ФТО СВ и приведены методики проведения экспериментов и испытаний.

Для выполнения задач комплексного исследования технологии ФТО автором и при его решающем участии был спроектирован и смонтирован ряд экспериментальных установок, направленных на изучение характеристик нового способа обработки СВ. Автором были разработаны и соответствующие методики проведения экспериментов.

Рис. 1. Схема установки физико-термической очистки сточных вод. 1 - сборник стоков; 2, 5 - насосы; 3 - аэратор; 4 - флотатор; 6, 7 - теплообменники; 8 - реактор; 9 - компрессор; 10 - дегазатор

Систем* ммкчутого дело неполном имя ОМТ

— Лкялят« ч ески е « (следом ни« ———___

| Легочник« СВ ^ | Хвракттрчстикй С1> |

У

Существующие способа очметкк СВ

Выборы и«иы ОЧИСТКИ для стены пааториого «слолыоеаниа СВ ОМТ

Экспериментальные

Скорость

ТО обеги (МАИ НЯНИН

Рис. 2. Логическая схема исследования

На 'экспериментальной установке (ЭУ) №1 проводились постановочные эксперименты по ТО загрязняющих веществ СВ судоремонтного завода, представляющих собой смесь производственных, фановых и хозяйственно-бытовых СВ, а так же эксперименты по степени дезодорирования этих стоков. Обработка проб производилась в герметично закрытых капсулах из нержавеющей стали объемом 270 мл при температурах 120...200 °С, выдержка капсул при заданной температуре осуществлялась в воздушном термостате.

ЭУ № 2 предназначалась для изучения глубины и скорости окисления органических загрязнений СВ с целью получения констант скорости реакций, а так же для определения степени дезодорирования и обеззараживания СВ в зависимости от режима обработки. Эксперименты проводились как на реальных СВ, так и на их имитатах. Установка была оборудована жидкостным термостатом, что позволило резко ускорить процесс нагрева капсул, а подача воздуха под давлением в капсулы позволила увеличить представительность проб и обеспечить избыток окислителя. Исследования проводились на реальных СВ и на их имитатах в диапазоне температур Ю0...220°С. контроль температуры осуществлялся термопарами. Для определения констант скорости реакций исследования проводились в виде серий двухфак-торных экспериментов, где в качестве варьируемых параметров были приняты температура обработки и избыток окислителя.

ЭУ № 3 создавалась для проверки принципиальной возможности использования физико-термически обработанной реальной СВ в качестве питательной для котельной установки. Поэтому установка имела три основных контура: ФО, ТО и котельный. После очистки СВ Дальзавода методом напорной флотации аэрированная вода подавалась в реактор-дегазатор, где при нагреве воды происходила термическая обработка (окисление органических загрязняющих веществ, обеззараживание и дезодорирование) и ее дегазация. Затем вода поступала в котел огнетрубного типа с паровым обогревом. Производительность установки по СВ составляла 11...14 л/ч . паропроизводи-тельность котла - 7... 11 кг/ч давление насыщенного пара - 0,5...0.6 МПа.

ЭУ № 4 предназначалась для исследования процессов ТО, водоподго-товки и генерации пара, где все исследования велись на имитатах СВ. Ими-тат подавался в реактор, где нагревался передачей теплоты через его стенки, а воздух, необходимый для протекания реакции окисления, подавался в реактор через пористый распылитель. Вода после обработки поступала в котел водотрубного типа с естественной циркуляцией.

ЭУ № 5 предназначалась для исследования ТО имитатов СВ при высоких параметрах процесса для оценки возможности эффективной обработки СВ, содержащих в качестве загрязнений наиболее стойкие к окислению вещества. Реактор оборудован нагревателем, роторным активатором и порис-

тым распылителем воздуха. Конструкция и материалы реактора пошолшш проводить исследования при температуре до 300 °С п давлении до 10 МПа.

Показаны достоинства технологии ФТО: высокая интенсивность процессов, комплексное и полное обезвреживание, обеззараживание и дезодорирование стоков, возможность обработки даже смеси бытовых и производственных CD переменного состава.

На основе результатов проведенных экспериментов и для проверки их адекватности реальным процессам с участием автора впервые была спроектирована, смонтирована и испытана промышленная установка ФТО СВ на судоремонтном заводе (Дальзавод). В состав установки входили элементы ФО, ТО и система огневого обезвреживания загрязнений, выделенных во флотаторе. Элементы установки могут работать автономно, при этом производительность установки ФО - 24 м3/ч , установки ТО - 10 м3/ч , при совместной последовательной их работе производительность установки ФТО 10 м3/ч параметры ТО: температура 140... 180 (250) °С, давление 1,5—2,2(2,5) МПа. Габаритные размеры (LxBxH), м: установки ФО (5,5x3,5x6,5); установки ТО (6,4x3,7x7,0).

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований скорости и глубины обезвреживания загрязняющих веществ реальных СВ и их имитагов, а также результаты определения санитарных характеристик при различных режимах термической обработки. Здесь же представлены результаты испытаний промышленной установки ФТО.

Исследования, проведенные на ЭУ № 1, позволили принципиально определить возможность эффективной обработки СВ путем окисления органических загрязняющих веществ в жидкой фазе в интервале температур 100...220 °С.

Напорная флотация реальных СВ, имеющих многокомпонентный и полифракционный состав загрязняющих веществ, позволила в результате удаления взвешенных и грубодисперсных составляющих загрязнений рассматривать всю совокупность органических веществ, находящихся в растворенном, коллоидном или эмульгированном состоянии, как одно загрязняющее вещество, и определять кинетические характеристики этого вещества в замкнутой системе по интегральному показателю органических веществ - химическому потреблению кислорода (ХПК).

Процесс, проводившийся на ЭУ № 2 при обработке проб различных СВ и их имитатов, являлся гомогенным, гетерофазным и осуществлялся в закрытой системе. Для стоков Дальзавода (проба из сборника канализационной насосной станции № 4 (КНС)) представляющих собой смесь хозяйственно-бытовых и производственных СВ в результате термической обработки были получены кинетические кривые снижения общего содержания органических

веществ, выраженного в ХПК, в интервале температур 160...220°С, аналогичные результаты были получены для анионных С11ЛВ.

Для хозяйственно-бытовых СВ (очистные сооружения села Хороль) были исследованы те же самые характеристики в температурном интервале 120...150 °С.

Экспериментальные данные по окислению органических загрязняющих веществ СВ в зависимости от времени ТО показывают, что изменения интегральной характеристики технологического процесса соответствует экспо-тенциальному закону снижения концентрации в виде

С-С,

Сп - С„

Р. -

= ехр(-АГ_г) ,

(1)

-о ^р

где С - текущее значение концентрации органических загрязняющих веществ в воде, мЮ2/л; С0 - начальная концентрация органических загрязняющих веществ в воде, мЮЛ; Ср квазиравновесное значение концентрации органических загрязняющих веществ в воде, мгО?/'л; К? - константа скорости реакции, мин"1; т - время ТО, отсчитываемое от начала достижения температурой воды заданного значения, мин.

Наибольшую сложность представляло определение Ср, величина которой принята по условию достижения концентрации органических загрязняющих веществ величины, соответствующей времени обработки, равном

240 мин. Ср определялась из уравнения кинетических кривых в виде экстраполированных значений величин.

На рис. 3 в виде примера показан метод опреде-

С. мгСЬ/л

150

100

50

, 2 Г— ^

200

! 50

100

50

ления значении

0

60

120

180

240

Рис. 3. Снижение концентрации органических веществ в сточных водах в результате термической обработки.

1 - сточные воды КНС № 4 Дальзавода, режим обработки 200 °С; 2 - сточные воды села Хороль, режим обработки 120 "С.

Сг

для некоторых опыТ. мин! ТОВ- где СПЛОШНЫМ

линиям соответствует функция вида С = Л-е~в*, (2) а точкам - конкретные, измеренные (текущие) значения величин ХПК СВ.

В результате обработки и обобщения опытных данных для СВ различного состава при разных режимах ТО и коэффициентах избытка окислителя было получено значение квазиравновесной концентрации органических загрязняющих веществ в виде

'Г

(3)

где С„

ср/с0

/Т _-2Л5|1-СР=0%Г

- безразмерное значение квазиравновесной концентрации органических веществ в воде; Т = Т/Ткр - безразмерное значение температуры процесса ТО СВ; а - коэффициент избытка окислителя для реакции окисления органических веществ в процессе ТО СВ, определяемый как отношение располагаемого количества кислорода воздуха, находящегося в ре-__ акторе, к химиче-

Ср ски потребному

количеству кислорода, необходимого для полного окисления исходного количества органических веществ, содержащихся в обрабатываемом количестве СВ. Здесь

0,200;

0,175

0,150

0,125

О

□ 1 ■«.о

1- о о

0.55

0,60

0,65

0,70

0.75

0.80

Т■ Гкр=647 К.

На рис. 4 представлена графическая зависимость функции (3) и опытные значения величин. Формула (3) описывает все экспериментальные данные с погрешностью ±12% в пределах исследуемых значений величин:

а = 2...16,5 ; Г = 0,5...0,8; С0= 70...300 мг02/л.

Константа скорости реакции окисления органических веществ СВ определена по данным экспериментальных исследований в виде , мин"'

(4)

Рис. 4. Зависимость безразмерной квазиравновесной концентрации органических веществ сточных вод от безразмерной температуры.

1 - сточная вода КНС № 4 Дальзавода (а=3,86);

2 - сточная вода села Хороль (а=16,5)

А"р = 0,257^ ехр(~3,6Г)

0.030

0.025

0.020

0.015

0,6

0,065

0,7

0.75

0,8

Рис. 5. Зависимость константы скорости реакции окисления органических веществ сточных вод от безразмерной температуры

11а рис. 5 представлена графическая зависимость функции К / Т2 от безразмерной температуры и опытные значения величин. Аналитическая зависимость описывает все экспериментальные данные с погрешностью +15% для бытовых СВ и смесей бытовых и производственных СВ в пределах исследованных

значении величин.

Определение константы скорости реакции окисления органических веществ при ТО различных реальных СВ с использованием безразмерных величин позволяет

С, мгОг/л

800

600

400

200

\\\ w\ \ л

1 \\\

Г--- -я-

\ i < • 1 —А- -А—

<

Гн 10 20 30

рассчитывать значе-

Рис. 6. Обезвреживание имитата технологических

сточных вод путем термической обработки. С„(ХПК)= 773 мг02/л; а = 1,02 ; П- / = 160 °С;

Г»= 16 мин; А. -1 = 185 °С ; Г„ = 22 мин;

О- 200 °С, Гн= 20 мин

ния Кр в широком диапазоне предполагаемых режимов работы установки с оптимизацией режимных параметров процесса ТО.

Серия экспериментов с имитатами г, мин включала в себя ТО имитата технологических СВ ры-бомучных установок рыбообрабатывающ их судов. Ввиду невозможности получения реальных стоков имитат был изготовлен путем

смешивания рыбном муки с водой при температуре 60 °С, с последующей двенадцати часовой выдержкой и отстаиванием. Результаты ТО этого имита-та представлены на графиках рис. 6.

В опытах по ТО СВ кроме ХПК определялось также отдельно снижение концентрации СГ1ЛВ и нефтепродуктов.

Снижение содержания СПАВ в СВ Дальзавода (КИС №4) описывается экспоненциальной зависимостью вида

-^=ехр(-К,.г), (5)

'-СПЛВц

где Сс/ив- текущая концентрация СПАВ, мг/л; Сс[1ЛВ - начальная концентрация СПАВ; г - время ТО СВ, мин; Кс- константа скорости реакции окисления СПАВ, мин"'.

Следует отметить, что значение /^определяется не только температурой процесса, но и зависит от вида СПАВ.

Зависимость константы скорости реакции от температуры аппроксимируются выражением

Кс = ехр(- 7,018 + 0,0107/) , (6)

где I - температура ТО, °С.

Было произведено исследование раствора синтетического анионного ПАВ № - додецилсульфата, наиболее часто используемого в моющих средствах. Раствор с концентрацией 1000 мг/л имитировал СВ прачечной. ТО имитата проводилось при температуре I = 250 °С и коэффициенте избытка окислителя а = 2,0 с максимальным временем обработки 120 мин. В результате чего произошло окисление 80 % СПАВ.

При исходной концентрации нефтепродуктов в пробе Сцп = 7,5 мг/л

(проба из канализационного выпуска (КВ) № 5) степень их окисления за период повышения температуры от начальной 10 °С до конечной 200 °С, который составил Тц — 18 мин, достигла 60%, а при последующей 15 минутной выдержке при /=200°С - 100%. В СВ КВ №4 с исходной концентрацией 3,75 мг/л полное окисление нефтепродуктов происходило за то же время нагрева пробы (рис. 7).

Проводилась ТО судовых нефтесодержзщих СВ. В результате обработки двух проб с исходной концентрацией растворенных нефтепродуктов в 8,5 и 10,0 мг/л через 30 мин выдержки пробы при 200 °С нефтепродукты бьш полностью окислены.

Одним из специфических загрязнений судоремонтного завода, как- и дл; всякого завода, обладающего развитой технологией металлообработки, яв-

Г, мин!

Рис. 7. Степень снижения концентрации нефтепродуктов в стоках Дальзавода при термической обработке

в- КВ № 5 ; а = 7,3 ; Сцп»= 7,5 мг/л ; А- КВ № 4 ; а = 11,5 ; С,Шо= 3,75 мг/л ; / = 200 "С; Т„= 18 мин

ляются смазочно-охлаж'дающие жидкости (СОЖ). Поскольку сож представляет собой особо стойкую эмульсию с высокой концентрацией минеральных масел и СПАВ, имеющую в своем составе ан-тиоксиданты, была проверена возможность ее обезвреживания методом ТО. Для этого был использован ими-тат СОЖ марки "Укринол-1" с концентрацией 100 мг/л.

Обработка имитата проводилась при температурах 160, 180, 200 °С. При a = 12,6... 16,1, эффективность обезвреживания СОЖ определялась по степени снижения ХПК. Оценивая полученные результаты необходимо отметить сильную зависимость степени обезвреживания СОЖ от температуры, так при температуре 160 °С в течении 60 мин окислилось 22% органических веществ СОЖ при исходной ХПК 227 мгО/л, тогда как при температуре 200 °С окислилось - 76 % при исходной ХПК 186 мг02/л.

Одновременно с указанными характеристиками СВ завода определялся и такой важный эксплуатационный параметр, как общая жесткость. Для проб СВ из канализационной насосной станции термически обработанных в диапазоне температур 160...220 °С снижение общей жесткости составило 20...25 % при начальном значении этого параметра 2,50 мг-экв/л.

Для оценки степени обеззараживания СВ завода при их ТО использовалась два показателя: индекс ЛКП - количество лактозоположительных кишечных палочек в одном литре СВ (коли-индекс) и общее микробное число (ОМЧ) - количество колннеобразующих единиц в одном миллилитре. При режиме ТО 140 °С и времени выдержки пробы 30 мин коли-индекс снизился от значения 2,4-1 (/' для исходной СВ до величины менее 50, а ОМЧ этой же пробы снизилось с 37,7-106 до 0.

Экспериментальные данные по обеззараживанию лих СВ для других температур позволили получить экспериментальные зависимости снижения величин коли-индекса и ОМЧ, аппроксимируемые следующими выражениями:

lgKo.ui - индекс = 10,156 - 0,058 • / ; ( 7 )

^ омч = 8,867 - 0,060- ! , ( 8 )

где / - температура ТО, °С.

Органолептические характеристики СВ после ТО так же значительно у лучшаются. Было определенно, что уже при режиме ТО 135...140 °С происходит дезодорирование СВ. После ТО резко возрастает прозрачность проб в 3...10 раз, взвеси отстаиваются в течение 2...3 минут. Пробы, обычно имеющие черно-серый, серый и грязно-коричневый цвет, обесцвечиваются.

Следует отметить, что в результате ТО имитата технологических сточных вод рыбомучных установок рыбообрабатывающих судов происходит обесвечивание, а дезодорирование наиболее полно, но не до конца, проходит в пробах, обработанных при температуре 200 °С.

В работе также приводятся данные по ТО СВ и имитатов на ЭУ № 3...5. При проведении экспериментальных исследований на ЭУ № 3 ФТО подвергалась реальная СВ Дальзавода, которая затем подавалась в качестве питательной в котел.

При этом в результате экспериментов достоверно установлено следующее:

- на теплопередающих поверхностях котла отсутствовали накипные или иные отложения, при общей жесткости СВ во время эксперимента 4,6...5,0мг-экв/л ;

- при следующих режимных характеристиках работы котла:

напряженность зеркала испарения - 180...200 мл/м"ч ; напряженность парового объема - 400...530 м°/м'ч ; высота парового объема - 500 мм, качество пара, полученного из обработанной СВ, определяемое уносом солей с паром, который для хлоридов составил 14,3...8,2 мг/кг, что составило 0,31...2,4 % от концентрации хлоридов в исходной СВ.

- содержания растворенного кислорода в котловой воде составило 0,04...0,08 мг/л;

- состояние внутренних поверхностей аппаратов входящих в состав установки и характер коррозии позволяет рекомендовать обычные конструкционные стали, используемые в котлостроении, для изготовления котельной установки использующей в качестве питательной воды СВ после ФТО.

Данные полученные в результате исследований, проведенных на установке № 3 указывают на возможность использования СВ, прошедшей ФТО, в качестве питательной для котельных установок низкого давления.

При выполнении исследований на ЭУ № 4 были использованы растворы ряда органических веществ, исследования проводились в про точном реакторе в диапазоне температур I60...200 °С с коэффициентом избытка окислителя 4... 12. Сравнение этих результатов с данными, полученными на ЭУ № 2 показало, что не наблюдалось значительного влияния способа аэрации на скорость окисления.

На ЭУ № 5 проводилась обработка имитатов СВ при температуре 250 °С и давлении 5,6 МПа некоторых трудно окисляемых органических веществ, что позволило уточнить список веществ, обработка водных растворов которых методом ФТО не эффективна, а также проверить некоторые варианты повышения эффективности этого метода.

В этой главе также приведены условия и результаты испытаний промышленной установки ФТО СВ Дальзавода. Их длительность для установки ФО составила 66 часов, установки ТО - 217 часов. Производительность установки ТО во время испытаний ввиду недостатка СВ составила 1...4 м3/ч, при этом в работу включалось соответствующее число реакторов. Результаты испытаний установки ФТО (УФТО) приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты испытаний установки физико-термической очистки сточных вод Дальзавода

Показатель сточной воды Исход, вода Степень очистки, % в установках Вода после УФТО

ФО ТО ФТО

Взвешенные вещества, 101,4 30,3 43,9 60,1 40,5

мг/кт

БПК}, мгОЛг 87,0 39,5 33,9 60,0 34,8

Нефтепродукты, мг/кг 21,3 61,2 43,8 78,2 4,6

СПАВ, мг/кг 1,38 54,3 44.8 74,8 0,35

Общее микробное число 50-10* 0 100 100 2

Коли-индекс 240-106 0 100 100 3

Степень очистки СВ от органических веществ при ФО составила (по ХПК) 22 %, в результате ТО - 66,6 %. Таким образом при обработке СВ в УФТО общая степень очистки от органических веществ составила 74 %.

При двукратной флотационной обработке СВ в случае чрезмерного загрязнения нефтепродуктами и другими веществами степень очистки от нефтепродуктов достигает 82 %. ХПК - 39 %. Вода после УФТО дезодорирована, прозрачна (29 см "по кресту") и имеет температуру 25...40 "С. В результате показана возможность повторного использования очищенной СВ для технических нужд завода: в охлаждающих системах оборотного водоснабжения,

для влажной очистки воздуха и уходящих газов, для создания водяных завес, для получения моющих растворов и в качестве промывочной воды на участках расконсервации и очистки деталей, для мытья оборудования, автомобилей, в качестве промывной воды в туалетах и т.п.

Сравнение показателей воды после УФТО с показателями норм качества питательной воды для водотрубных котлов с рабочим давлением до 0,9 МПа показывает, что обычная технология водоподготовки питательной воды котлов не изменяется.

Показано, что результаты промышленных испытаний УФТО полностью подтвердили экспериментальные исследования, проведенные на ЭУ № 1...№ 5.

В четвертой главе рассмотрены технические, экологические и экономические аспекты применения технологии ФТО в схемах повторного использования СВ таких объектов морских технологий, как рыбоперерабатывающие суда и судоремонтные заводы.

Для указанных объектов рассмотрены балансовые схемы водопотребле-ния-водоотведения до и после модернизации с использованием ФТО. На примере плавбазы проекта В-670/111 Дальзавода рассмотрены варианты модернизации системы водоиспользования и предложены схемные решения.

Повторное использование очищенных стоков позволяет снизить потребление природной пресной воды для хозяйственно-бытовых нужд на 36,2% (21,6 т/сут), осуществить полную утилизацию низкопотенциальной теплоты технологических СВ и теплоту СВ после ФТО, что снижает расход пара на 11,5тв сутки. При физической очистке технологических СВ происходит извлечение отходов рыбомучного производства с получением дополнительной товарной продукции (рыбная мука) в количестве 2,64 т/сут.

В предлагаемой схеме предусматривается обработка всех хозяйственно-бытовых и технологических СВ, что практически предотвращает сброс неочищенных СВ плавбазы и в значительной степени улучшает экологическую обстановку в районе плавбазы, особенно при стояночном режиме работы таких судов на промысле.

Выполнена оценка экологической эффективности предлагаемой технологии конкретных установок.

Общий годовой экономический эффект от введения в эксплуатацию установки ФТО сточных вод Дальзавода составил 67750 руб./год, в масштабе цен на 1.01.90 г.

Расчет годового экономического эффекта от внедрения УФТО на нестационарном объекте произведен для плавбазы проекта В-670/111 с учетом модернизации схемы повторного использования всего расхода технологических стоков и части хозяйственно-бытовых СВ.

При этом основные составляющие снижения текущих затрат это экономия пресной воды, утилизация теплоты СВ и получение дополнительного количества рыбной муки.

Годовой экономический эффект в этом случае составил 528000 руб. ( в масштабе цен на 1.01.90). При этом затраты на обработку в УФТО 1 м3 СВ составляют 0,97 руб./мэ, в то же время прибыль в результате обработки 1 м'1 СВ с последующим повторным использованием пресной воды, утилизацией теплоты СВ и рыбной муки составляет 10,22 руб./м1.

ВЫВОДЫ

В итоге выполнения исследований, проведенных на ряде экспериментальных и промышленной установок, реализующих технологию ФТО сточных вод, получены следующие основные результаты.

1. Впервые проведено комплексное исследование технологии безреа-гентной физико-термической очистки СВ с целью использования ее на объектах морских технологий.

2. Исследована термическая обработка производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод различного состава и их имитатов при температурах 100...220 °С. Получены зависимости снижения содержания органических загрязнений от температуры обработки.

3. Впервые введено понятие и определено значение квазеравиовеснон концентрации загрязняющих веществ в зависимости от температурного режима и коэффициента избытка окислителя при ТО, установлены зависимости константы скорости реакции от температуры, что в совокупности позволяет осуществлять проектирование установок ФТО.

4. Установлена нижняя температурная граница дезодорирования хозяйственно-бытовых сточных вод. Специфический запах бытовых стоков полностью устраняется их термической обработкой при температурах выше 135... 140 °С.

5. Определена степень обеззараживания сточных вод при их термической обработке. Выявлены зависимости степени снижения коли-индекса и общего микробного числа для смеси бытовых и производственных стоков от температуры, что позволяет получать повторно используемую сточную воду, соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям.

6. Впервые создана промышленная установка, использующая технологию физико-термической очистки для обработки сточных вод судоремонтного завода, производительностью 10 м3/ч при режиме обработки: температура - 170 °С, давление - 2,2 МПа. При этом общее содержание органических веществ (по ХГТК) снижалось на 74 %, концентрация СПАВ снижалась на

74,8%, а нефтепродуктов - на 78,2%. В результате обработки иода была полностью дезодорирована и обеззаражена.

7. Установлено отсутствие отложений на теп л «передающих поверхностях аппаратов экспериментальной и промышленной установок физико-термической очистки при работе иа реальной сточной воде.

8. Проведено предварительное исследование получения насыщенного пара низкого давления (0,5—0,6 МПа) из СВ, подвергнутой ТО. Полученные данные о качестве пара соответствуют требуемым.

9. Разработаны схемы систем повторного использования СВ с применением технологии физико-термической очистки для рыбообрабатывающих судов и судоремонтных заводов, которые позволят полностью прекратить сброс необработанных стоков в прилегающие акватории и снизить потребление пресной воды этими объектами.

Основное содержание диссертации опубликовано:

1. Разработка термических способов очистки сточных вод: Отчет по НИР, № ГР 77004427, Владивосток: ДВПИ, 1977. 42 с.

2. Схемы замкнутого водоиспользования на рыбообрабатывающих судах / Материалы науч техн. конф. "Наука и прогресс в рыбной пром." Владивосток, 1978. С.152-153.(Соавтор: Сень Л.И.).

3. Термическая обработка морских и сточных вод для парогенераторных установок / Материалы 21 теплофизического семинара. Институт теплофизики СО АН СССР. Новосибирск, 1978. С. 123-124 (Сень Л.И., Пермяков

B.В., Ильященко Н.Г., Воронов В.И., Лысенко Л.В.)

4. Разработка схемы термической очистки производственных сточных вод: Отчет по НИР, № ГР 78003648. Владивосток: ДВПИ, 1978. 89 с.

5. Влияние термической обработки на органические соединения сточных вод / Материалы конф. молодых ученых и специалистов "Охрана и рациональное исп. прир. ресурсов Сибири и Даль него Востока". Красноярск, 1981.

C. 180-181

6. Использование сточных вод для технического водоснабжения судоремонтного завода // Вопросы судостроения. Серия: промышленная энергетика, охр. окр. среды и энергоснаб. судов. Выпуск 8 Л 981. С. 40-44. (Пермяков В.В., Селютина Л.Д., Сень Л.И.)

7. Схема замкнутого водоиспользования для рыбообрабатывающих судов / Материалы. Всесоюзн. науч-техн.конф. "Проблемы охр, окр.ср. и рекуперации втор, ресурсов на предпр. отрасли и при экспл. судов". Л.: Судостроение, 1982. С. 88.(Сень Л.И., Пермяков В.В., Селютина Л.Д.)

8. Опытно-промышленная установка по очистке сто иных вод судоремонтного завода / Материалы 4 Всесоюзн. конф. "Пробл.научн. исслед. в области

туч. п освоения Мирового Океана". Владивосток, 1983. С. 42-93. (Карастелев Б.Я, Пермяков В.В., Селютина Л.Д.)

9. Исследование термической деструкции органических компонентой - сточных вод / Материалы 4 Всесоюзн. конф. "Пробл. научи, исслед. в области изуч. и освоения Мирового Океана'.' Владивосток, 1983. С.51-53. (Карастелев БЛ, Пермяков В.В.)

10. Установка физико-термической очистки сточных вод судоремонтного завода / Использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на судах и береговых предприятиях . Материалы по обмену опытом. Владивосток, 1984. С. 3-13. (Пермяков В.В, Карастелев Б.Я., Остренко С.Я.)

11. Разработка опытно-промышленной установки по термической очистке сточных вод при оборотном техническом водоснабжении предприятия: Отчет по НИР, № ГР 79057818. Владивосток, ДВПИ, 1988. 56 с.

12. Экспериментальное исследование термической очистки сточных водСРЗ / Материалы Всесоюзн. научн.-техн. конф. "Вопросы обеспечения-охр. окр. среды при эксплуатации судов и рекуперации втор, ресурсов на предпр. отрасли". Л.: Судостроение, 1986. С. 80. (Остренко С.А., Пермяков В.В., Карастелев Б.Я, Селютина Л.Д.)

13. Установка для физико-термической очистки сточных вод / Материалы Всесоюзн. научн.-техн. конф. "Вопросы обеспечения охр. окр. среды при эксплуатации судов и рекуперации втор, ресурсов на предпр. отрасли". Л.: Судостроение, 1986. С. 111-112. (Пермяков В.В., Карастелев Б.Я., Остренко С.А.)

14. Физико-термическая очистка сточных вод судоремонтного завода//Судостроительная промышленность. Серия: Пром. энергетика г охр. окр. среды. Вып.4. 1987. С. 22-24.(Пермяков В.В., Карастелев Б.Я., Остренко С.А.)

¡5. Определение качественных показателей сточных вод завода с целью повторного их использования или сброса: Отчет по НИР. № ГР 01870002168. Владивосток, ДВПИ. Владивосток, 1987. 66 с.

16. Экс пери метальное исследование жидкофазного окисления сточных вод // Судостроительная промышленность. Серия: Пром. энергетика, охр. окр. среды. Вып.5.1988. С. 60-64.(Карастелев Б.Я., Пермяков В.В., Остренко С.А.)

17. Содержание загрязнений в стоках судоремонтного завода // Материалы научн.-практ. конф. "Философские семинары как форма идеолог, обеспечения научн.-техн. прогресса". Владивосток, 1988. С. 106-108. (Остренко С.А., Пермяков В.В., Калиниченко В.Г., Карастелев Б.Я.)

18. Исследование процессов жидкофазного окисления сточных вод / Сб. трудов института теплофизики СО АН СССР. Новосибирск, 1989. С. 118121. (Пермяков Б.В., Карастелев Б.Я., Остренко С.А.)

19. Результаты испытаний установки физико-термической очистки сточных вод / Материалы научн.-техн. конф. "Защита водного и воздушного бассейнов от загрязнений при постройке и экс пл. судов". Л.: Судостроение, 1990. С. 67-68.(Пермяков В.В., ОстренкоС.А., Карастелев Б.Я.)

20. Устройство для очистки моющего раствора. Авторское свидетельство №.'1643122, 1991. (ОстренкоС.А., Куликова Л.П., Пермяков В.В.)

21. Устройство для очистки производственных сточных вод. Авторское свидетельство №1699936. 1991.(Острснко С.А., Куликова Л.Н., Пермяков В.В.)

22. Утилизация сточных вод на судах / Материалы Дальневост. научн.-практ. конф. "Проблемы транспорта Дальнего Востока". Владивосток, 1995.

С. 74-75. (Остренко С.А.)

23. Физико-термическая обработка сточных вод судоремонтного завода // Материалы междунар. конф. "Нетрадиционная энергетика и технология',' часть 1, Владивосток, 1995. С.64.(Остренко С.А.)

24. Физико-термическая очистка сточных вод / Материалы 2 Тихоокеан. экологической конф. "Инженерные решения проблем экологии прибрежных территорий". Владивосток, 1995. (Остренко С.А.)

25. Физико-термическая очистка сточных вод (статья^Научн. труды Дальневост. гос.тех. рыбохоз. универ. Вып. 7. Владивосток, 1996. С. 58-62. (Остренко С.А.)

26. Системы замкнутого водоиспользования для рыбообрабатывающих судов // Рыбохозяйственные исследования океана. Материалы науч.конф. Владивосток. 1996. С. 74-75. (Карастелев Б.Я.)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ДАРМЕНКО АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

ФИЗИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД ОБЪЕКТОВ МОРСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.08.05. Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: с (

доктор технических наук, профессор Сень Л. И. кандидат технических наук, доцент Карастелев Б. Я.

Владивосток 1998

Содержание

Введение................................................. 5

1. Обоснование технологических схем систем замкнутого водоиспользования объектов морских технологий........... 10

1.1. Виды сточных вод, их количественные и качественные характеристики на плавзаводах и судах...................,. 10

1.2. Водопотребление пресной воды на рыбообрабатывающих

судах.................................................. 15

1.3. Классификация, физико-химические характеристики, источники, количество и характер поступления сточных вод

РПБ.................................................. 16

1.3.1. Фановые сточные воды................................ 17

1.3.2. Хозяйственно-бытовые сточные воды................... 20

1.3.3. Нефтесодержащие сточные воды....................... 24

1.3.4. Технологические сточные воды......................... 26

1.4. Анализ существующих технологий очистки судовых

сточных вод........................................... 28

1.5. Метод жидкофазного окисления как способа очистки

сточных вод........................................... 35

1.6. Обоснование выбора схем замкнутого водоиспользования плавбаз, использующих метод физико-термической очистки сточных вод............................................ 39

1.7. Постановка задач исследования.......................... 45

2. Экспериментальные и промышленные установки для физико-термической очистки сточных вод и их имитатов............ 49

2.1. Экспериментальные установки для термической обработки сточных вод и их имитатов ............................. 49

2.1.1. Установка для обработки проб воды в капсулах с воздушным термостатированием......................... 49

2.1.2. Установка для обработки сточной воды и имитатов в капсулах с жидкостным термостатированием............... 50

2.1.3. Парогенераторная установка с реактором-дегазатором..... 56

2.1.4. Установка с проточным реактором...................... 65

2.1.5. Установка для обработки имитатов сточных вод при

высоких параметрах .................................... 68

2.2. Методики проведения экспериментов на установках для обработки сточных вод и их имитатов 'методом жидкофазного окисления............................................. 70

2.2.1. Установка с воздушным термостатированием капсул...... 70

2.2.2. Установка с жидкостным термостатированием капсул..... 71

2.2.3. Установка с реактором-дегазатором..................... 73

2.2.4. Установка с проточным реактором...................... 75

2.2.5. Методика проведения эксперимента на установке № 5..... 76

2.3. Промышленные установки физико-термической очистки сточных вод........................................... 77

2.3.1. Сточные воды судоремонтного завода................... 78

2.3.2. Установка физико-термической очистки сточных вод...... 82

2.3.3. Установка физической очистки сточных вод.............. 87

2.3.4. Установка термической очистки........................ 97

2.3.5. Установка очистки моющего раствора и стоков моечного участка механического цеха СРЗ......................... 107

2.4. Методики проведения испытаний промышленных установок . 114

2.4.1. Установка физической очистки......................... 115

2.4.2. Установка термической очистки........................ 117

2.4.3. Установка физико-термической очистки................. 122

2.4.4. Установка участка расконсервации и мойки деталей....... 122

3. Экспериментальные исследования и испытания

промышленных установок............................... 125

3.1. Результаты экспериментальных исследований по термической обработке сточных вод и их имитатов на различных установках.................................. 125

3.1.1. Общие положения и методика обработки экспериментальных данных............................. 126

3.1.2. Установка с воздушным термостатированием капсул...... 130

3.1.3. Установка с жидкостным термостатированием капсул..... 133

3.1.4. Результаты экспериментальных исследований, полученные

на установке с проточным реактором..................... 158

3.1.5. Результаты, полученные на установке для обработки имитатов при высоких параметрах процесса............... 165

3.2. Результаты испытаний промышленных установок.......... 167

3.2.1. Установка физической очистки........................ 168

3.2.2. Результаты испытаний установки термической очистки ... 173

3.2.3. Результаты испытаний установки физико-термической очистки.............................................. 175

3.2.4. Установка очистки промывных и сточных вод участка расконсервации и мойки деталей......................... 177

4. Технико-экономические и экологические аспекты

использования установок физико-термической очистки в системах повторного использования воды объектов морских

технологий............................................ 181

4.1. Технические аспекты использования установок физико-

термической очистки сточных вод........................ 183

4.1.1. Применение установки физико-термической очистки на плавзаводах........................................... 183

4.1.2. Перспективы повторного использования очищенных

сточных вод на объектах морских технологий.............. 194

4.2. Экологические аспекты проблемы отведения сточных вод плавзаводов........................................... 202

4.3. Анализ экономической эффективности использования установок физико-термической очистки сточных вод на объектах морских технологий............................ 208

4.3.1. Основные экономические показатели установки физико-термической очистки сточных вод судоремонтного завода .... 209

4.3.2. Основные экономические показатели установки физико-термической очистки сточных вод рыбоперерабатывающего

плавзавода...........................................................................210

Заключение................................................215

Литература........................................................................................218

Приложение 1. Список принятых сокращений............................228

Приложение 2. Авторские свидетельства....................................230

Приложение 3. Акты внедрения....................................................239

Приложение 4, Дипломы................................................................251

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное использование технологий, направленных на освоение шельфа Мирового океана: добыча и переработка рыбы и морепродуктов, разведка месторождений и добыча нефти и газа, а также использование океана для транспортных целей привело к его значительному загрязнению сточными водами (СВ), что вызвано широким использованием в производстве пресной воды (ПВ).

Современная экологическая обстановка требует все более глубокой очистки СВ для снижения уровня загрязнения окружающей среды и одновременно поисков новых источников технической воды в связи с дефицитом ПВ.

Повышение эффективности очистки СВ и снижение затрат на получение ПВ - это две основные проблемы, решение которых позволит создать оптимальную схему водоиспользования на объектах морских технологий (рыбообрабатывающих судах, буровых платформах, судоремонтных и рыбоперерабатывающих заводах), как стационарных так и нестационарных, имеющих морское или береговое базирование.

Принципы рационального использования природных ресурсов требуют решать эту проблему как двуединую задачу, комплексное решение которой, согласно современной концепции исчерпаемости природных ресурсов, заключается в том, чтобы рассматривать СВ в качестве одного из наиболее легкодоступных ресурсов ПВ. Повторное использование СВ дает не только высокую степень выхода ПВ, но и предотвращает загрязнение вод Мирового океана.

Все вышесказанное делает актуальной задачу создания для систем водоиспользования объектов морских технологий комплексной рециркуляционной схемы с повторным использованием воды и утилизацией или обезвреживанием выделенных загрязнений на основе комплексной технологии физико - термической очистки СВ.

Целью диссертационной работы является разработка оборудования и определение эксплуатационных режимов основных технологических процессов метода физико-термической очистки (ФТО) сточных вод для систем повторного водоиспользования автономных энергонасыщенных объектов морских технологий с высоким уровнем водопотребления - водоотведения на основании экспериментальных исследований комплексной безреагентной технологии ФТО.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- проведен сбор, обобщение и анализ информации об источниках и количе-

стве СВ, их фазово-дисперсном и химическом составе;

- разработаны методики проведения исследований процесса ФТО;

- разработаны схемы экспериментальных установок, конструкции аппаратов и созданы их модели;

- исследована скорость и глубина протекания процессов окисления различ-

ных загрязняющих веществ на реальных СВ и их имитатах;

- определена степень санитарной надежности технологии ФТО для реальных СВ при различных режимах обработки;

- разработана промышленная установка ФТО СВ и проведен полномасштабный промышленный эксперимент и определена степень адекватности результатов экспериментальных и промышленных исследований;

- предложены рекомендации по разработке оптимальных вариантов схем и

оборудования систем повторного водоиспользования для объектов морских технологий;

- проведена предварительная экспериментальная проверка возможности ис-

пользования СВ после ФТО для получения пара низких параметров. Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые проведено комплексное исследование нового безреагентного спо-

соба очистки СВ - технологии ФТО;

- исследованы процессы термической обработки реальных производственных и хозяйственно - бытовых СВ и их имитатов при температурах Ю0...220°С, и получены зависимости, аппроксимирующие результаты исследования;

- определен порядок реакций, получены константы скорости реакций окис-

ления различных органических загрязняющих веществ в жидкой фазе при термической обработке реальных СВ и их имитатов ;

- получена обобщающая зависимость изменения константы скорости реак-

ции окисления органических загрязняющих веществ в зависимости от температуры и давления процесса термической обработки бытовых и смесей бытовых и производственных СВ ;

- установлена нижняя температурная граница дезодорирования хозяйствен-

но - бытовых СВ ;

- определена степень обеззараживания реальных СВ при их обработке по исследуемой технологии ;

- экспериментально установлено отсутствие отложений на теплопередаю-щих поверхностях аппаратов экспериментальной и промышленной установок ФТО;

- предложены схемы систем повторного использования СВ с применением технологии ФТО для рыбообрабатывающих судов и судоремонтных заводов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- выявленные зависимости степени окисления различных загрязняющих веществ в результате термической обработки различного состава СВ и их

имитатов позволяют назначить эксплуатационные режимы установок ФТО;

- полученные зависимости и значения констант скорости реакции окисления загрязняющих веществ при термической обработке СВ дают возможность определять размеры аппаратов установок ФТО ;

- полученные данные по дезодорированию и обеззараживанию термически

обработанных СВ позволяют определить эксплуатационные режимы работы установок ФТО, которые позволяют получать воду, удовлетворяющую санитарно - гигиеническим требованиям к повторно используемым для технических целей СВ ;

- предложены комплексные схемы с использованием установок ФТО и рас-

считаны их основные параметры для систем повторного использования воды рыбообрабатывающих судов и судоремонтных заводов, которые позволяют прекратить сброс СВ такими объектами и снизить потребление ПВ природных и (или) иных источников;

- по результатам экспериментальных исследований создана промышленная

установка ФТО СВ судоремонтного завода и проведены ее испытания. Основные результаты исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, реализованы:

- при разработке схемы установки ФТО СВ Дальзавода для расчета систем,

конструкций аппаратов установки, для определения режимных параметров ее работы ;

- при проектировании установки по очистке моющих растворов и сточных

вод участка очистки и расконсервации деталей механического цеха Владивостокского судоремонтного завода;

- в ряде хоздоговорных и госбюджетных НИР а так же в учебном процессе

ДВГТУ.

По теме диссертации опубликованы 23 работы, включая два авторских свидетельства на изобретение.

Основные положения работы докладывались на научно - технических конференциях преподавателей и сотрудников Дальневосточного политехнического института им. В.В. Куйбышева (ныне Дальневосточного государственного технического университета) 1979...95 гг.,

- Дальневосточных и региональных конференциях, в том числе:

"Наука и прогресс в рыбной промышленности"(Владивосток, 1979 г.), "Вопросы использования морских и сточных вод в судовых энергетических установках"(Владивосток, 1980 г.), "Охрана и рациональное использование природных ресурсов Сибири и Дальнего востока"(Красноярск, 1981 г.), "Проблемы транспорта Дальнего востока"(Владивосток, 1995 г.), "Рыбохозяйственные исследования океана"(Владивосток, 1996 г.);

- Всесоюзных научно-технических конференциях:

"Предотвращение загрязнения моря и атмосферы с судов"(Ленинград, 1979 г.), "Проблемы охраны окружающей среды и рекуперации вторичных ресурсов на предприятиях отрасли и при эксплуатации судов"(Ленинград, 1982 г., 1990 г., Николаев, 1986 г.), "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана"(Владивосток, 1983 г.); - Международных конференциях: "Инженерные решения проблем экологии прибрежных территорий" (Владивосток, 1995 г.), "Нетрадиционная энергетика и техноло-гия"(Владивосток, 1995 г.).

Цикл исследований "Установка физико-термической очистки сточных вод судоремонтного завода" был отмечен дипломами на Всесоюзных выставках: "Человек и окружающая среда"(Петрозаводск, 1982 г.), "Ученые вузов - развитию химической промышленности"(Казань, 1984 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

- предложенные автором зависимости степени очистки СВ от органических загрязняющих веществ в процессе термической обработки реальных СВ и их имитатов;

- зависимости и значения констант скоростей реакций окисления, определенные экспериментально для СВ различного состава;

- обобщающая зависимость значения константы скорости реакции окисления от режимных параметров проведения процесса термической обработки ;

- установленная экспериментально минимально допустимая температурная граница процесса дезодорирования при ФТО хозяйственно - бытовых СВ ;

- экспериментально подтвержденный эффект отсутствия отложений в теп-лообменных аппаратах и реакторах установки ФТО при исследованных режимных параметрах и характеристиках СВ;

- экспериментально установленная зависимость степени обеззараживания хозяйственно - бытовых СВ от температуры обработки;

- эффект влияния внутреннего тепловыделения на характеристики процесса термической обработки СВ;

- разработанная комплексная схема систем повторного использования СВ объектов морских технологий на базе установок, использующих метод ФТО.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и 4 приложений. Работа содержит 227 страниц машинописного текста, 73 рисунка и 44 таблицы; список литературы содержит 152 работы, 28 страниц приложений.

В первой главе предложена классификация объектов морских технологий и рассмотрен весь спектр сточных вод, отводимых этими объектами. Определены источники СВ, количественные и качественные их характеристики, произведен фазово-дисперстный анализ. В результате сравнительной

оценки эксплуатационных характеристик по очистке судовых СВ, реализующих биохимический, физико-химический, электрохимический методы и метод жидкофазного окисления, показано, что наиболее перспективным для условий работы таких объектов, как рыбообрабатывающие суда и судоремонтные заводы, является метод физико-термической очистки (ФТО). Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе дано описание ряда экспериментальных установок для проведения исследований термической очистки реальных СВ и их имитатов различного состава. Приведены методики проведения экспериментальных исследований. Описана промышленная установка физико-термической очистки СВ судоремонтного завода.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований скорости и глубины обезвреживания загрязняющих веществ реальных СВ и их имитатов, а также результаты определения санитарно-гигиенических характеристик воды при различных режимах термических обработки. Приведены аппроксимирующие зависимости изменения концентрации органических веществ при их термической обработке. Приведена обобщающая зависимость константы скорости реакции окисления о�