автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

Галкин Юрий Анатольевич

кандидат химических наук

Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 /ОЕЗ.

Екатеринбург 2011

4854354

На правах рукописи

Галкин Юрий Анатольевич

кандидат химических наук

Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 2011

Работа выполнена в Уральском федеральном университете им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР

Пономарев В.Г. Кичигин В.И. Назаров В.Д,

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: Государственный институт по проектированию металлургических заводов (ОАО «Гипромез»), г. Москва

Защита состоится 02 марта 2011 года в 11-00 час. на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени доктора технических наук Д 303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО». Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по адресу: 119048, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, 42, стр. 2, диссертационный совет Д 303.004.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИИ ВОДГЕО».

Автореферат разослан 17 января 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд. техн. наук

Ю.В. Кедров

Аббревиатуры

АГПМ - агрегат горячей прокатки металла АГПТ - агрегат горячей прокатки труб

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

АТОП - агрегат термической обработки проката ГДП - газоочистка доменной печи

Заводы: МЗ - металлургический, ЭМЗ - электрометаллургический, ММЗ - метизно-металлургический, ТЗ - трубный, ТПЗ - трубопрокатный

ККЦ - кислородно-конверторный цех

ЛНР - логарифмически нормальное распределение

МК - металлургический комбинат

МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок

НТПА - непрерывный трубопрокатный агрегат

ОКУД - отстойник-классификатор-уплотнитель дренируемый

ОМВ - окалиномаслосодержащая вода

ОМО - окалиномаслосодержащий осадок

ОФ - отстойник-флокулятор

СПБ - система производственного водоснабжения

СПЦ - сталеплавильный цех

ТВЦ - трубоволочильный цех

ТЭСЦ - трубоэлектросварочный цех

УГСО - установка гидравлического сбива окалины

ФВВ - фильтровальное вспомогательное вещество

ЦХП - цех холодной прокатки

ЭСС - эмульсионно-сус пенсионная система

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из динамично развивающихся отраслей экономики России является черная металлургия. Проводимая в последние годы модернизация доменного, сталеплавильного, прокатного, трубного, термического и других производств осуществляется на новой технической основе с использованием технологий и оборудования SMS Demag, VAI-Siemens, Danieli, ОАО «Уралмаш» и других ведущих компаний. Технические требования к качеству и количеству потребляемой воды этого высокотехнологичного и энерговооруженного оборудования являются значительно более высокими, чем ранее установленные нормативными документами Минчермета СССР, по которым спроектировано и построено большинство СПВ. В проектах очистных сооружений, разработанных инжиниринговыми фирмами Евросоюза, России и Украины для реконструируемых и новых производств, указанные технические требования достигаются либо за счет снижения удельных гидравлических нагрузок на водоочистное оборудование (для ГДП и др.), либо путем применения многоступенчатых технологических схем очистки оборотной воды и обезвоживания осадка (для оборотных циклов МНЛЗ, АГПМ, вакууматоров СПЦ и др.). При этом используется преимущественно дорогостоящее и энергозатратное импортное водоочистное оборудование - отстойники, фильтры разных конструкций, центрифуги, фильтр-прессы и др.

Такие технологии снижают технико-экономические показатели работы предприятий и препятствуют давно назревшей модернизации многочисленных устаревших СПВ. В целях поддержания относительно приемлемого для производства качества воды по механическим и солевым компонентам, из таких СПВ производится сброс в окружающую среду продувочных загрязненных вод. Количество этих сточных вод, образующихся на

металлургических заводах стран СНГ, составляет 4,1 млрд. м3/шд при потреблении воды из внешних источников 5,2 млрд. м3/год и расходе оборотной воды 29,8 млрд. м3/год. Уровень оборотного водоснабжения по отрасли не превышает 84%, и он значительно ниже достигнутого в технически передовых странах. Наиболее экологически опасные ОМО, получаемые в оборотных циклах сталеплавильных и прокатных производств, в большинстве случаев, особенно на передельных заводах, не имеющих цехов рудоподгоговки, размещаются на территории предприятий с нарушением экологических норм ввиду малой эффективности технологий обезвоживания и дальнейшей подготовки к утилизации.

Тем не менее, ухудшение экологической ситуации и дефицит воды в развивающихся «металлургических» регионах вынуждают предприятия проводить реконструкцию в направлении создания бессточных малоотходных СПВ, По мере увеличения степени замкнутости СПВ в их воде значительно возрастает концентрация солей, поступающих от потребителей, с подпиточной водой и вводимых при реагентной обработке на очистных сооружениях. Поэтому, наряду с применением ингибиторов коррозии и солеотложения, возникает необходимость совершенствования структуры СПВ и включения в них установок обессоливания вод. Однако ранее созданные методики не позволяли выполнить прогнозные расчеты концентрации растворимых компонентов в воде сложных - многоконтурных, содержащих десятки взаимосвязанных подсистем, СПВ, характерных для большинства предприятий черной металлургии, и на этой основе оптимизировать их структуру и определить реально необходимую производительность дорогостоящих и энергоемких установок обессоливания.

Обострение конкуренции между ведущими .мировыми «металлургическими» экономиками также поставило задачу создания для

отечественных предприятий экономически более эффективных и экологически безопасных СПВ.

Таким образом, уровень знаний и технологий, а также фактическое состояние СПВ во многом не соответствовали требованиям современного металлургического производства, экономическим условиям и экологическим нормативам.

Актуальность выполненных в настоящей работе экспериментальных и теоретических исследований, создания на их основе высокоэффективных технологий и оборудования, освоения его производства, широкого внедрения разработок на предприятиях черной металлургии определялась наличием в СПВ указанных принципиальных проблем.

Цель работы состояла в научном обосновании, разработке и внедрении всесторонне эффективных и экологически безопасных технологий, оборудования и структур СПВ заводов черной металлургии.

Объектам исследования являются СПВ заводов черной металлургии.

Предметом исследования являются: структура СПВ, свойства технологических вод и осадков, технологии и оборудование для очистки воды и подготовки осадков к утилизации.

Задачи исследований и разработок:

1. Проанализировать технологии, оборудование и структуру СПВ заводов черной металлургии, установить проблемы и наметить пути решения.

2. Разработать технологическую модель и математическое описание солевых балансов в стационарных и нестационарных режимах функционирования сложных СПВ.

3. Установить физико-химические и технологические свойства ОМВ и ОМО в оборотных циклах водоснабжения МНЛЗ и АГПМ.

4. Разработать оборудование и технологии для глубокой очистки технологических вод с более высокими технико-экономическими и экологическими параметрами.

5. Разработать физическую модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки.

6. Разработать эффективные технологии и оборудование для обезвоживания ОМО.

7. Разработать принципиальную схему подготовки ОМО к утилизации для передельных заводов, не имеющих цехов руцоподгоговки.

8. Разработать и внедрить наиболее эффективные в технологическом, экологическом и экономическом отношениях СПВ и водоочистные комплексы в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Методы исследований. В работе использованы физико-химические методы исследований - дисперсионный анализ, определение удельной поверхности, микроскопия, микрофотографирование, термогравиметрия, методы аналитической химии, математического анализа, планирования экспериментов и математической статистики. Технологические исследования проводились на лабораторных и опытно-промышленных установках для фильтрования дисперсных систем год вакуумом и давлением, для изучения процессов флокуляции и седиментации, а также на промышленных аппаратах.

Достоверность результатов базируется на использовании комплекса современных физико-химических, аналитических и математических методов исследований, применении статистических методов обработки результатов экспериментов, на получении результатов, соответствующих современным научным представлениям о закономерностях строения и поведения дисперсных систем с водной дисперсионной средой, на подтверждении результатов исследований и разработок практикой эксплуатации промышленных установок.

На защиту выносятся:

1. Технологическая модель с математическим описанием солевых балансов в стационарных и нестационарных режимах функционирования сложных СПБ.

2. Физико-химические и технологические свойства ОМВ и ОМО.

3. Физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО.

4. Технологии и аппараты для очистки технологических вод металлургических агрегатов.

5. Технологии и аппараты для обезвоживания ОМО с высоким содержанием нефтепродуктов.

6. Комплексные технологии для очистки воды и подготовки к утилизации осадков в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Научная новизна:

1. Разработана технологическая модель с математическим описанием сложных, имеющих сетевую структуру СПВ. Модель позволяет рассчитать концентрации солей во всех подсистемах, оптимизировать структуру и водно-химический режим СПВ предприятия.

2. Системно изучены физико-химические и технологические свойства, разработана систематизация ОМВ и ОМО - трехфазных микрогетерогенных систем, содержащих жидкую полярную дисперсионную сред>; твердую и жидкую аполярную дисперсные фазы. Предложено дополнить существующую классификацию микрогетерогенных дисперсий шестью теоретически возможными трехфазными системами с жидкой дисперсионной средой - эмульсионно-суспензионными системами (ЭСС).

3. Предложен и использован метод исследования взаимодействия частиц дисперсной фазы ОМВ в турбулентном потоке горизонтального отстойника-классификатора, основанный на анализе изменения

во времени параметров статистического распределения размеров первичных частиц осадка. Это позволило:

- получить информацию о ходе предшествующего процесса агрегирования первичных частиц в потоке воды,

- разработать систематизацию осадков, получаемых в оборотных циклах разных технологических агрегатов, и идентифицировать их по параметру - удельная поверхность твердой фазы,

- выявить способность дисперсной фазы к ортокинетической гидрофобной флокуляции,

- установить, что процесс агрегирования дисперсной фазы в целом аналогичен поведению суспензий, но имеет особенности в сочетании размеров первичных частиц в образующихся агрегатах осадка, отражаемые параметрами ПНР.

4. Установлен характер изменения эффективности очистки оборотных вод разных металлургических агрегатов при варьировании параметров критерия Кэмпа - времени смешения и флокуляции (Т, и Т2) и градиентов скорости смешения и флокуляционного перемешивания (01 и 02), что позволяет оптимизировать технологию очистки оборотных вод и конструкцию оборудования.

5. Установлены особенности и предложена физическая модель процесса фильтрования ОМО, заключающиеся в одновременном закупоривании пор перегородки и образовании слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, включающее 3 параметра: удельное сопротивление слоя осадка, удельное сопротивление закупоривания перегородки и ее начальное сопротивление.

Практическая значимость:

1. Результат диссертационной работы стали базой для создания новых и реконструкции существующих СПВ заводов черной металлургии,

отвечающих наиболее современным экологическим, технологическим и экономическим требованиям. В большинстве разрабатываемых инжиниринговыми фирмами России и Украины проектов используются созданные автором технологии и оборудование.

2. Широко применяется математическая модель для анализа и оптимизации водно-химического режима и структуры сложных СПВ, как при проектировании новых объектов, так и при поэтапном (ступенчатом) возрастании степени замыкания существующих систем, которое приводит к снижению и прекращению сброса сточных вод.

3. Разработаны и внедрены реагентные и безреагентные методы и оборудование для интенсивных процессов глубокой очистки оборотных вод и обезвоживания осадков, основанные на результатах изучения их физико-химических свойств, в т.ч. эффекта гидрофобной ортокинетической флокуляции.

4. Сформулированы и реализованы принципы конструирования аппаратов ОФ, в т.ч. эффективных камер флокуляции, для глубокой высокоинтенсивной очистки оборотной воды. На основе ОФ созданы эффективные во всех отношениях одноступенчатые (безфильтровые) внецеховые сооружения для реагентной и безреагентной очистки оборотных вод основных металлургических агрегатов.

Введенные в эксплуатацию на металлургических заводах России и Украины более 70 аппаратов диаметром до 10 м, производительностью до 1200 м3/ч имеют, в сравнении с аналогами, принципиально лучшее сочетание технологических параметров - эффективности очистки оборотной воды и удельной гидравлической нагрузки, отражаемое предложенным критерием эффективности.

5. Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты типа ОКУД для глубокого гравитационного обезвоживания

ОМО до влажности 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость получаемого продукта.

6. На основе результатов исследований механизма и кинетики фильтрования разработаны технология и ленточный вакуум-фильтр типа Лн с намывным слоем ФВВ для механического обезвоживания ОМО. В сравнении с зарубежными технологиями фильтр-прессования удельная нагрузка увеличена в 3 - 4 раза при близкой влажности обезвоженного осадка, удельные затраты снижены ориентировочно в 5 раз. Начато строительство установок на уральских трубопрокатных заводах.

7. Запроектированы и введены в эксплуатацию за последние 5 + 7 лет на 37 объектах 26 предприятий России и Украины комплексы для очистки оборотной воды в замкнутом цикле, для обезвоживания и подготовки к утилизации осадков со значительно сниженными, в сравнении с лучшими аналогами, капитальными и эксплуатационными, в т.ч. энергетическими затратами и занимаемой территорией. Осуществляется строительство и проектирование комплексов с применением ОФ, ОКУД и других разработанных аппаратов для 10 заводов черной металлургии.

8. Материалы работы используются автором для обучения студентов кафедры «Водное хозяйство и технология воды» УрФУ им. Б.Н. Ельцина.

9. В основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «ЭКО-ПРОЕКТ» на основе идей и результатов данной работы продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение на предприятиях стран СНГ.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 19 международных, всероссийских, всеукраинских и региональных симпозиумах, конгрессах, конференциях и семинарах, в т.ч.:

Минпромполитики Украины. УкрГНТЦ «Энергосталь». Международная научно-практическая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов». Харьков - Щелкино, АР Крым, Украина, 2004, 2005, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.; Международный конгресс «ЭТЭВК», Ялта, 2005 г.; Международный симпозиум и выставка «Чистая вода России», Екатеринбург, 2005,2007,2008 гг.; 6-ая ежегодная конференция «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», Москва, МИСиС, 2008г.; Международный водный форум «ЭКВАТЭК», Москва, 2008, 2010 гг.; Международная научно-практическая конференция «Экологическая безопасность государств -членов Шанхайской организации сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г.; Международный промышленный форум «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении. Челябинск, 2009, 2010 гг.; Уральская неделя высоких технологий «Экология. Техноген», Екатеринбург, 2010 г.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и непосредственном проведении исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке оборудования и технологий, их патентовании, проектировании очистных сооружений и структуры СПВ, их внедрении, проведении пуско-наладки и промышленных испытаний.

Путикацти Основные результаты исследований и разработок изложены в 86 печатных работах, включающих 6 коллективных монографий, 38 статей, в т.ч. 21 статья в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций результатов диссертационных работ, 5 статей в изданиях США и Англии, 5 - в Украине; опубликовано 42 тезиса докладов. Получено 27 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 291 страницу машинописного текста, 97 рисунков, 32 таблицы и состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 245 наименований и 4 приложений.

Основное содержание работы

Глава 1 содержит анализ структуры СПВ, технологий и оборудования, рассмотрение теоретических положений, лежащих в основе процессов и аппаратов для обработки водных дисперсных систем. Сделан вывод о несоответствии большинства СПВ современным технологическим, экономическим и экологическим требованиям, обоснована актуальность, сформулирована цель работы, произведена постановка задач исследований и разработок.

Глава 2 посвящена разработке технологической модели с математическим описанием водно-солевого баланса в стационарных и нестационарных режимах функционирования СПВ. На металлургических заводах СПВ имеют сложную сетевую структуру из множества подсистем: локальных и общезаводских очистных сооружений, оборотных циклов водоснабжения, других сооружений и технологических трубопроводов, связывающих эти объекты между собой в единое целое. Поэтому солевой состав технологических вод формируется всей сетевой структурой СПВ предприятия или её значительной частью. Оптимизация структуры сложных СПВ по содержанию солей, ввиду взаимовлияния подсистем и высокой стоимости обессоливания, является первичной, «стратегической», общей задачей, в то время как вопросы очистки от механических примесей в подсистемах являются преимущественно локальными, вторичными, мало влияющими на решения в других подсистемах.

Рис.1, Схема-граф сложной СПВ (пример)

Исходной информацией для применения модели при проектировании является балансово-технологическая схема СПВ предприятия, отражающая структуру и определенное стационарное состояние. По ней разрабатывается схема-граф (пример - рис.1) с вершинами-узлами У, (к-номер узла) и множеством входящих и выходящих из них векторов-потоков воды и рассчитываемого «безводного» компонента.

Узлами расчетной схемы являются точки и области балансовой схемы, в которых происходит либо ввод/вывод из системы рассчитываемого компонента (например, ввод коагулянта FeCl}, HCl в производстве, вывод соли NaCl при обессоливании воды), либо слияние двух и более потоков с отличающейся неизвестной концентрацией этого компонента.

Нестационарное состояние СПВ, пренебрегая временем транспорта между узлами, описывается уравнениями баланса масс рассчитываемого компонента вида ск/Ж = кх:

}¥к = с18к/Л=}Г1!хк-1Гвыхк±Ок±Мк, (1)

где 1¥к = dgк/Ж- скорость изменения массы компонента в узле «к»; 1Увх ( и к- неизвестные переменные скорости входа в узел «к» и выхода из этого же узла компонента с потоками воды д.; Ок -скорости входа («+») и выхода («-») компонента в узле «к» с потоками воды ц., имеющими известную постоянную концентрацию компонента; Мк - известные постоянные скорости (массовые расходы) входа и выхода («+» и «-») «безводного» компонента в узле «к». Окончательно, дифференциальное уравнение нестационарного состояния приобретает вид:

' I I ь К А.

вхх-тах выхк.тах к. тах 1 ктах

Ъъ/А-^т^ччстз^чч^ь^Щъ. (2)

11 * I. I■ р1 •

вх. к. гщп вых. к: пт , л. тт к. гг.т

где g - неизвестные массы компонента, находящегося в данном и смежных узлах; V - известный объем воды в тех же узлах; (¿г/У) си - г1 ~ неизвестная концентрация компонента в смежных, по отношению к Ук, узлах и в выходящих из них ql^{glV)k- г. - неизвестная концентрация компонента в данном Ук и в выходящих из него ql в смежные узлы; С. к - известные концентрации компонента в потоках , входящих/выходящих в узле Ук;р- число входящих / выходящих потоков «безводного» компонента Мр в узле Ук. Смежными являются узлы, соединенные общим потоком воды ц.. В стационарном состоянии ~ 0:

i i i i L /л

ex L. max еых к., max k. max * k, max

ЦяГ(ё/УиюЛ-ЩГ(8/У)^выхк±Щ-С1]к±Е[Мр1к-0. (3)

'ex. k. min 'вых. к. min ^k. min Pk, min

При наличии в СПВ установок для выделения из воды рассчитываемого компонента, составляются дополнительные уравнения вида:

^ тх.к ~f(Zcx.k)- №

Совокупность систем уравнений (2), (3) и (4) является математическим описанием технологической модели СПВ.

Рассмотрим пример перехода СПВ из стационарного состояния «А» в стационарное состояние «В» при переводе ее подпитки из источника «А» на источник «В» с увеличенным содержанием С/" (рис. 1). Узел У3 - установка обессоливааия воды, разделен на два подузла: У3", где собирается обессоленная вода с концентрацией z} 7а , и У} ь - для сбора концентрата с содержанием иона zl0. Исходные данные ( q - м3/ч; С, z - кг/м3; М - кг/ч; V- м3):

Ii Ч2 Ъ Я 4 4S <?7 Ь % <1и Ч12

43 40 1 10 12 4 35 50 5 1 2 1

с UНА) С с,

0,05 0,5 0

Мг м2

20 5

У, V2 V- F/ У*

500 1000 10 5 1000

Соотношение концентраций С1~ в У, отражено коэффициентом распределения: Kr = z /2 /0 = 0,05, или:

gl=0,l'i (5)

Последнее выражение является пятым уравнением решаемой системы:

Узлы: У,

У,

/

У,

У,

У,

dg/dt = qiCrq!-Cr(q3 + qi + q6)'(g/Vl>+qi(g3°/V;); dg/dt^q^g/VJ + q^gf/Vp-g^g/VJ+^g/VJ+M,;® dg/dt^-^ + qSqJig'/Vy + q^gJVl-qJgf/Vf); dg/dt^q^g^J-^ + q^g/VJ + q^/Vy + M; g^O.hgb

Результаты решения системы уравнений при dgjdt - 0 в стационарном

- ' -----Ст = 0,05 кг/м3: гш = 1,106; z„ = 1,661; z}7M = 1,204;

' ' ' ™Ь жр а ПР-аимр ,/Ru ГТПЦ Cj(B) = 0,5 Кг/ М3:

режиме «Л» при СЦЛ) = 0,05 кг/м3: z}46 = 1,106; zH = 1,661; z}7M = zw ~ 24,072; z9n = 1,972 кг/м3. To же в режиме «В» при С!(В) = 0,5 = 3,031; z, = 2,756; zS7J1 = 1,997; zw = 39,950; zw = 3,520 кг/м\

i встроенная функция

= 3,031; z, = 2,756; zS7J1 = 1,997; zl0 = 39,950; z9JJ = 3,520 кг/м3.

Для решения системы (6) на ПК использована встроенная функция rkfixed в системе Mathcad 200 li Professional. На рис. 2 показан график (экспонента) изменения во времени содержания С1~ в воде Y, и в выходящих из него потоках.

и

&0312S2Qg

гл г 1Л

1,10620613 1

1А

2v**

..> ,т.ш IIUI „, „„ ш,д „г., II .и..™—«г

Рис.2. График перехода во времени узла У; из стационарного состояния «А» в стационарное состояние «В»: ' " 2к(В)' ~Я0'> 3 - гк(А)

200 «о 600 воо«,ч

Адекватность модели в стационарных состояниях подтверждена сравнением рассчитанных концентраций компонентов с одновременно определённым их содержанием в воде действующих сложных СПВ. Погрешность в расчетах определяется точностью исходных данных по составу воды, массовым и объемным потокам.

После разработки вариантов общей, принципиальной схемы СПВ предприятия - водно-солевого баланса, номенклатуры локальных очистных сооружений, обессоливающих установок и оборотных циклов, взаимосвязей подсистем, их целесообразной перекоммутации, и выбора оптимальной структуры СПВ могут решаться частные задачи для указанных подсистем.

Разработанная модель используется для решения обратных и смешанных задач.

Глава 3 отражает результаты изучения физико-химических и технологических свойств наиболее массовых, экологически опасных, сложных ОМВ и ОМО в оборотных циклах водоснабжения МНЛЗ и АГПМ. Состав и свойства других видов загрязненных технологических вод - суспензий, образующихся на металлургических заводах при использовании оборотной воды на ГДП, газоочистках ККЦ, АТОП, и эмульсий - технологических вод ЦХП, ТЭСЦ и ТВЦ, достаточно хорошо изучены. Поэтому в данной работе исследования по ним проводились только применительно к использованию для очистки разработанного водоочистного оборудования.

Тремя основными компонентами/фазами изученных ОМВ и ОМО являются вода (дисперсионная среда), окалина (железо разной степени окис-ленности с неоднородной поверхностью частиц и минеральные примеси) и нефтепродукты (в основном - минеральные масла и продукты ж окисления, содержащие аполярные углеводороды и гетерополярные соединения). Образование ОМВ и ОМО сопровождается комплексом взаимодействий

компонентов: взаимной коагуляцией противоположно заряженных частиц масел и окалины, физической и химической сорбцией нефтепродуктов окалиной, коалесценцией, адгезией и агрегированием первичных частиц. Содержание масел в дисперсной фазе изученных объектов составляет от 1,3 до 25,7%, а в объемном выражении - от 0,1:1 до 2:1.

Теоретически могут существовать, включая изученные ОМВ и ОМО, 6 классов микрогетерогенных трехфазных трехкомпонентных систем с жидкой дисперсионной средой, являющихся техногенными продуктами. На основе различной степени гидрофобности/гидро-фильности поверхности твердой фазы и полярности/аполярности дисперсионной среды, предлагается объединить трехфазные дисперсии в отдельную группу - ЭСС, и дополнить ими общепринятую классификацию Оствальда для двухфазных микрогетерогенных дисперсий - суспензий и эмульсий (рис.3).

Из шести классов ЭСС три относятся к прямому типу и соответствуют технологическим водам. Поэтому, с учетом суспензий и эмульсий, возможно существование технологических вод, соответствующих 5 классам. Двухфазные системы являются частными случаями трехфазных, коша содержание одной из дисперсных фаз равно нулю.

На металлургических заводах в данное время известны технологические воды, соответствующие 4 классам из 5 - исключая класс СЛ. ОМВ и ОМО относятся к ЭСС класса В.1 (В/М/Т/В, или Ж,/Ж/Г/Ж,) с примесями дисперсий прямого типа других классов. Строение и физико-химические свойства таких технологических вод должны способствовать ортокинетической гидрофобной флокушщии дисперсной фазы.

Для проверки этой гипотезы и изучения комплекса свойств ОМВ и ОМО нами предложен метод исследования взаимодействия первичных частиц дисперсной фазы в турбулентном потоке горизонтального

Обозначен!и; твердая фа**

1

, ..ШрЯ -л^хфвшие гггерогеммые система »к» классификации В.. Остшьда:

- трехфвише >мули:ноп1Ю<\«Ю1»И1>«нмс системы, лополшнощис тгу классификацию:

- теоретически воиожные виды сточных вод мааю* черной металлургии:

' изучаемые в данной ргачпе технологически« »оды шяо&м мерной «¡.теллур» и и класса В.! с примесим н Л.1 и С. I

Рис.3. Схема классификации микрогетерогенных систем с жидкой дисперсионной средой (в ячейках приведены классы) отстойника-классификатора (рис. 4). При этом за счет гидравлической классификации в аппарате образуется непрерывный спектр осадка, изменяющегося по своим свойствам. Из 10 зон по длине отстойника отбирали пробы осадков ОМО, ОМО,0, где индекс / соответствует номеру зоны аппарата. Кроме указанных фракций, также были получены путем длительного отстаивания осадки исходной (ОМОс) и осветленной (ОМОп) воды, отобранной в точках 0 и 11. При этом I ОМО)+1] ~ ОМО0.

В отличие от горизонтального отстойника, в радиальных аппаратах, гидроциклонах и других более современных сооружениях для отстаи-

ЫмаетЫ ^

> 2 —-<-»---> ■ ■■< _ 4 _6 7 » *г

- м. т\ ^ 1 .л

У [ и 1 • . • 1 • 1 • 1 И и

Рис.4. Схема отстойника-классификатора. Номера точек отбора проб осадков и зон: 0 - ОМО0; I -МО- ОМО, + ОМО)0; 11 - ОМО„

вания удаляемый осадок полностью смешан, т.е. является ОМО0, что не

позволяет непосредственно на нем выполнить такой же эксперимент.

Отмывая от нефтепродуктов осадки, благодаря высокой прочности окалины восстанавливаем исходный гранулометрический состав первичных частиц. Закономерности изменения гранулометрического состава частиц по длине отстойника-классификатора отражают ход во времени предшествующего процесса их агрегирования.

Горизонтальный вторичный отстойник оборотного цикла НТПА не оборудован камерой флокуляции, но имеет асимметричный сосредоточенный подвод воды, что создает в его корпусе повышенные турбулентность и градиент скорости перемешивания. По-существу, весь объем аппарата является камерой флокуляции. При движении воды вдоль аппарата одновременно происходят градиентная и гравитационная фло-куляция первичных частиц, седиментация и гидравлическая классификация образующихся агрегатов. Из-за невысокого значения градиента скорости флокуляционного перемешивания (С?;) процесс агрегирования частиц, в соответствии со смыслом критерия Кэмпа (К = Стг-Т}), растянут во времени (7\) и, соответственно, по длине аппарата.

Во всех пробах осадка дисперсный состав частиц окалины соответствует ЛНР (рис.5) с параметрами; 605 - медиана распределения и

1&0- среднее квадратичное отклонение логарифмов диаметров от их среднего значения: ] ^

£>(5) = 1 / 0&■ а) 1ехр[- 5 - \ё 50 / /(2 • 182 а)] -Л 5 . (7)

-да

В отличие от результатов других исследователей, анализ гранулометрического состава осадков по предложенной методике позволил установить значительную способность дисперсной фазы ОМВ к гидрофобной флокуляцни: уже в ОМО, присутствует большое количество (=10%) мелких первичных частиц размером 6 + 20 мкм, которые при индивидуальном осаждении не могут задерживаться даже в конце отстойника. Однако, в ОМО,, содержащем самые крупные частицы, практически отсутствуют наиболее мелкие с размером менее 6 мкм, что не согласуется с положением теории кинетики коагуляции, разработанной для суспензий, о наибольшей скорости агрегирования частиц с максимально отличающимися размерами. Эти, наиболее мелкие частицы

Рис.5. Интегральная функция ЛИР массы частиц твердой фазы осадков ОМО0 + ОМО!( и капель эмульсии масел (график 12 - пример) в логарифмически вероятностных

1 2 3 156? ю 20 ю т жзоо координатах

(< 6 мкм), вошли в состав осадков со значительно меньшей максимальной и средней крупностью частиц. Так, содержание наиболее мелких частиц в ОМО[Ц достигает 14%, хотя крупные частицы в нем практически отсутствуют, поскольку осаждаются в начале отстойника.

В то же время (рис.6, кривая 1.1, зона «А»), увеличение до максимума показателя разброса размеров частиц (1§°)в первых осадках ОМО, 0М03, по отношению к исходному ОМО0, в котором процесс флокугощии еще не начался, отвечает теоретическому представлению о положительном влиянии различия размеров частиц на скорость их взаимодействия.

В этих зонах выбывание из сферы взаимодействия в осадок существенно отличающихся по размерам частиц, особенно - наиболее

605,тн . см /г [да

крупных, приводит к быстрому уменьшению ^о, т.е. к уменьшению полидисперсности (увеличению однородности) системы, и, поэтому, к снижению потенциала флокуляции за счет фактора уменьшения разности размеров частиц в последующих зонах. Это отражается в малой величине <т для 0М04^ ОМО,, и в медленном ее изменении, т.е. в замедлении скорости агрегирования частиц. Общая тенденция отражается кривой 1.2 и уменьшением угла наклона линий графиков на рис.5 при переходе от ОМО, к ОМО,,

Описанные результаты можно объяснить тем, что теоретическое положение о максимальной скорости слипания в суспензиях частиц

50

О

50

100

.................I......-1...... I_1___1.___1.........1,— л., л ... 1

О 1 2 3 й 5 6 7 8 9 Ю 11 ОМО,

Рис.6.

Зависимость в, 5п, и 5 от ОМО

0,5 в I

с наиболее отличающимися размерами не является абсолютным, по крайней мере, для изучаемой ЭСС.

На рис.7 величина удельной поверхности твердой фазы, определенная по методу воздухопроницаемости 5 и но методу седиментации а также содержание масел в дисперсной фазе, как и следовало ожидать, снижаются от ОМО0 к ОМО,, а затем монотонно возрастают до ОМО]Г

Соответственно, в противофазе с ними изменяется д

0,5"

Многоэкстремальный характер изменения а (рис.6) и колебания зна-

ю и ОМО,

Рис.7. Зависимость параметров С\г, 5, 5 и/! от ОМО!

чений 5 , Б с, См и /У (рис. 7) по зонам отстойника отражают неравномерность распределения скорости потока, особенно - на входе в отстойник. Большая величина фактора формы /? (1,59 7,73), показывающая анизо-метричность частиц окалины, способствует процессу их агрегирования и объясняет большое различие между величинами .У и 5. Рост /? показывает увеличение доли мелких пластинчатых частиц окалины, получаемых измельчением поверхностных, наиболее окисленных и хрупких слоев железа при обжиме нагретого металла в клетях прокатного стана.

Статистический анализ параметров, приведенных на рис.7, показывает, что все они связаны корреляционными зависимостями. Так,

величина Си аппроксимирована кусочно-линейным уравнением регрессии, как функция которая наиболее достоверно отражает действительную величину удельной поверхности непористых, особенно - анизометрических частиц:

С, = - 0,386 + 5,178 • 10'3- 5,при 5 < 4500 см2/г; коэффициент корреляции г = 0,999;

С, - 16,542 + 1,218 • Ю-3- 5 при 5 > 4500 см2/г; г = 0,984. (8)

Снижение удельной сорбции масел на единицу поверхности твердой фазы в коше аппарата при 5 > 4500 см2/г вызвано повьпиенной гидро-фильностью самых мелких, наиболее окисленных часпщ окалины и минеральных примесей, а также сближением размеров частиц и капель масел (уменьшение ег), при котором скорость коагуляции резко уменьшается.

Близость величин 51,60 5 и /# о для разных осадков может говорить о малом отличии и других свойств. Действительно, для осадков, полученных в исследовании отстойника-классификашра, можно отметить следующее. Содержание нефтепродуктов (рис.7), удельное сопротивление при фильтровании и другие свойства осадков, например, для 0М06 { 5 вб - 2560 см2/г; (д01)6 = 22 мкм; (/& а\ = 0,38; С и6 -12,9%} и для ОМО0 {5в 0 = 2500 см2/г; (д01)д =25мкм; а)п = 0,46; С10= 12,5%}, практически совпадают, т.е. осадки IОМОМ!, ОМО0 и 0М06 идентичны. Следовательно, 0М06 может служить представительной моделью всего осадка данного отстойника, т.е. ОМО0. Аналогично, осадок 0М09 исследуемого отстойника-классификатора {5 в 9=4238 см7г; фп)9 ~ 20 мкм; (/§ а\=0,37; С9=21,5%} идентичен, например, осадку ОМО0 вторичных радиальных отстойников оборотного цикла листопрокатного стана «2000» ОАО «Северсталь» {5 0 = 4050 см2/г; (50)0 =21 мкм; а\ = 0,48; С0 = 20,5%}.

Таким образом, сопоставление свойств непрерывного спектра осадков ОМ(> горизонтального отстойника-классификатора с осадками, откачиваемыми насосами из отстойных сооружений оборотных циклов разных МНЛЗ и АГПМ в виде смеси (ОМО(), показывает, что ОМСХ представляют собой полную систему статистически подобных, представительных по физико-химическим и технологическим свойствам видов ОМО0. Поэтому ОМО, + ОМО10 могут служить моделями для прогнозирования основных свойств и для выполнения технологических исследований по всем другим системам оборотного водоснабжения указанных металлургических агрегатов. Параметром идентификации, определяющим свойства осадков, является удельная поверхность первичных частиц твердой фазы, хотя параметры статистического распределения (/£<7 и д0!) могут несколько отличаться.

При использовании катионных флокулянтов для подготовки ОМВ к отстаиванию гидрофобность поверхности частиц окалины увеличивается, что приводит к увеличению содержания нефтепродуктов в осадке. Так, содержание масел в ОМО0 стана «2000» ОАО «Северсталь» увеличилось от совпадающих расчетного и фактического 20,5% до 23,5% после начала обработки флокулянтом, т.е. ее влияние составило (23,5 - 20,5)720,5 = +14,6%.

Полученные результаты позволили, в частности, разработать и реализовать процесс безреагентной углубленной очистки оборотной ОМВ, основанный на явлении гидрофобной ортокинетической фло-куляции дисперсной фазы. При оптимизированном процессе флоку-ляционного перемешивания (Гл.5) достигается эффективное удаление из оборотной воды даже наиболее мелких частиц при высоких гидравлических нагрузках на аппарат и работе цикла в замкнутом, беспродувочном режиме. Результаты этих же исследований привели

к идее об использовании явления классификации дисперсной фазы в горизонтальном потоке для разработки эффективной технологии гравитационного обезвоживания ОМО (Гл.6).

В Главе 4 излагаются результаты исследований процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки. Перегородки толщиной около 3 мм получали путем фильтрования через технические ткани суспензий из фильтровальных вспомогательных веществ (ФВВ) - порошков перлита, 0!4алины, осадка сточных вод доменной газоочистки, других веществ и композиций. Фильтрование проводили преимущественно под вакуумом при постоянных для каждого опыта температуре и разности давлений (АР).

На рис.8 в характеристических координатах q - г/д опытные кривые фильтрования ОМО (1 и 2), в отличие от линейного графика 3,

с/см

I * ■ ■ ' ... ■ у у Л** I > 1 I

О 0.2 ОА 0,6 0.8 1.0 12 асп'/сн' координатах ц -х/ц

а*агс1дт суспензии (3)

, в характеристических

Рис. 8. Кинетика

фильтрования ОМО

(1,2) и концентрированной

характерного для концентрированных суспензий, не спрямляются. После цикла фильтрования слой ФВВ на некоторую глубину насыщен

нефтепродуктами. Фильтрование ОМО, являющегося ЭСС класса В.1 (В/М/Г/В, или Ж,/Ж2/Т/Ж1), протекает, в отличие от суспензий и эмульсий, с одновременным образованием слоя отфильтрованного осадка на поверхности перегородки и закупориванием ее пор. На основе такой физической модели с учетом аддитивности сопротивлений слоя осадка и закупориваемой перегородки получено дифференциальное уравнение, а после его интегрирования - алгебраическое уравнение кинетики фильтрования:

г = (¡1/ЛР)[(г/3)-ЧЧ(г^2)-Ч^КоЧ], (9)

где г - параметр, названный нами удельным сопротивлением закупоривания (фильтровальной перегородки); гд - удельное объемное сопротивление осадка; Яп - начальное сопротивление перегородки; хо - отношение объемов отфильтрованного осадка и фильтрата; г -время процесса.

Из уравнения (9) выведено значение параметра Ь, идентифицирующего процессы фильтрования дисперсных систем через пористые перегородки. В ряду известных видов фильтрования с закупориванием, для которых 6=2; 3/2; 1, найденное значение 6=1/2 является наименьшим. Это можно объяснить частичным восстановлением сечения пор перегородки за счет подвижности масел под действием гидродинамических сил и капиллярного потенциала, а также гидрофобизацией их стенок, снижающей трение.

Экспериментально найдена зависимость, связывающая удельные сопротивления (г и г) с удельной поверхностью (5) твердой фазы ОМО. Установлены высокая сжимаемость (параметр уравнения Лыоиса) и положительное влияние минеральных коагулянтов и

флокулянтов на фильтровальные свойства осадка. Из уравнения (8) выведена формула для определения константы (К) закупорочно-осадочного вида фильтрования, позволяющей изучать влияние дозы реагента, разности давлений и других факторов на величину соотношения между обоими видами удельного сопротивления в цикле фильтрования. Полученные закономерности положены в основу разработки технологии обезвоживания ОМО (Гл.6).

Для цредельного состояния ОМО, когда количество нефтепродуктов равно нулю, уравнение (8) переходит в известное выражение кинетики фильтрования концентрированных суспензий. Результаты исследований Гл.З и Гл.4 положены в основу расчетов величины неизвестных физико-химических параметров ОМО по известным, разработки методов интенсификации процессов и конструирования аппаратов для глубокой очистки оборотных вод с использованием эффекта ортокинетической, в т.ч. гидрофобной, флокуляции, а также для механического и гравитационного процессов обезвоживания ОМО.

Глава 5 содержит результаты исследований и разработок аппаратов для очистки технологических вод. Требования к качеству очищенной воды и ее технологические свойства определяют целесообразность применения безреагентных или реагентных технологий. При этом варьируются виды и дозы реагентов ф), режимы их смешения с водой (средний градиент скорости С?/ и продолжительность Т) и флокуля-ционного перемешивания (то же - С?2 и Т.), гидравлическая крупность дисперсной фазы (1у.

Так, рис. 9 иллюстрируетзависимость остаточного содержания взвешенных веществ (ВВ) при начальном содержании ВВ0 = 1348 мг/дм3 от параметров (?, и Т2 для безреагентной очистки оборотной воды ГДП Серовского МЗ отстаиванием при ио- 0,3 мм/с.

J

£

F

Содержание йзйатныя бешестб. ВВ.. нг/дм

Рис. 9. Серовский МЗ. Зависимость ВВ/ от параметров безреагентного

i б в в я ъ

флокуля ционного перемешивания

G2uT2

Функциональная зависимость ВВ, =/(Gv Tj имеет экстремальный характер и аппроксимируется полиномом второго порядка:

ВВ, = 413,5 - 43,63 ■ Г, -11,46 ■ G, + 1,32 ■ Tl + 0,59 ■ Т2- G2 + 0,14 • (? . (10)

Поле изолиний ВВ, делится радиусами из точки минимума С на j 4 сектора. В секторах 1 и 111 характер изолиний эффективности очистки воды близок к зависимости, выражаемой критерием Кэмпа. При росте его значения в секторе / эффективность отстаивания воды одно-| значно увеличивается, а в секторе III, вследствие возрастания факторов диспергирования, уменьшается. В секторах II и/^зависимость не I соответствует указанному критерию и является переходной.

Ранее сделанные выводы о высокой интенсивности гидрофобной безреагентной флокуляции ОМВ подтверждает рис.10.

Рис.11 отражает характер влияния G, и Т, на результаты очистки ОМВ МНЛЗ Нижнетагильского МК (НТМК).

Таким образом, важнейшими направлениями совершенствования водоочистного оборудования, позволяющими повысить глубину очистки технологических вод при одновременном увеличении удельной гидравлической нагрузки, является повышение эффективности работы

—Ж—Без фл скул яф'.онног о перемешивания

■Флокутшционное перемешивание 5 мин.

—й—Фяокуляционное перемешивание 10 мин

—о—Флокулйциоиное перемешивание 15 мин.

0 0,2 0.4 0.6 0,8 1

Гидравлическая крупность, мм/с

Рис. ] 0. Влияние безреагентного флокулядионного перемешивания (02 =33с_|) на эффективность отстаивания ОМ В стана «2000» Новолипецкого МК (НЛМК)

Рис. ] 1. Содержание взвешенных веществ в осветленной ОМВ МНЛЗ при обработке катионным флокулянтом Ыа1ко-7752 (£> = 2 мл/м3, С,- 40 с1, Г,= 7 мин., 1]д- 0,4 мм/с) |

камеры флокуляции, как в безреагентном режиме, так и при обработке I реагентами, а также использование тонкослойного отстаивания. При разработке и патентовании основного из аппаратов - ОФ, сформулиро-; ваны и реализованы следующие принципы.

По аппарату в целом (рис.12); обособление и технологически рациональное взаимное расположение зон флокуляции, тонкослойной

седиментации и сгущения осадка, работающих в разных гидродинамических режимах; круглая в плане форма аппарата, позволяющая реализовать все сформулированные принципы в близком к оптимальному варианте и снизить стоимость изготовления.

По конструкции камеры флокуляции: смешение воды с реагентами и флокуляционное перемешивание струями жидкости без установки мешалок; плавный переход от режима смешения к флокуляционному перемешиванию со снижением скоростного градиента по ходу движения воды; сочетание принципов вихревого, водоворотного и перегородчатого способов перемешивания; оперативное регулирование величины градиентов и критерия Кэмпа для оптимизации процесса флокуляции, при необходимости - в автоматическом режиме; максимальное приближение к режиму идеального вытеснения и увеличение коэффициента объемного использования за счет последовательного соединения ступеней и оснащения диафрагмой; самоочищение от осадка стенок камеры, имеющей сложную конфигурацию; использование камеры в качестве первой ступени разделения фаз перед доочисткой тонкослойным отстаиванием.

Рис. 12. Схема отстойника-флок>71ятора (ОФ): 1 - камера флокуляции; 2 - камера отстаивания; 3 - камера накопления и первичного уплотнения осадка

7'

з

По другим решениям: оснащение эффективным скребковым механизмом для перемещения вязких и тяжелых осадков к периферии аппаратов, что повышает надежность их удаления насосами; установка перекрытия, практически исключающего выброс паров воды и загрязнений, что позволяет размещать аппараты также и в здании и использовать излучаемое тепло оборотной воды для отопления; возможность управления работой аппарата системой АСУ ТП.

Расчет первой - кольцевой, ступени многоступенчатой камеры основан на балансе моментов количества движения с учетом силы трения воды о стенки и дно канала. Для расчета второй - центральной, ступени применимы методы, используемые для цилиндрических камер хло-пьеобразования. Последующие ступени камеры, представляющие собой кольцевые каналы переменного сечения, а также зоны седиментации, рассчитываются по известным формулам.

Экспериментальные коэффициенты объемного использования для промышленных аппаратов близки к 0,9.

На рисДЗ приведены результаты производственного эксперимента по очистке ОМВ стана «250» Нижнесергинского метизно-металлуургического завода (НСММЗ) в безреагентном режиме гидрофобной флокуляции и последующем реагентом на аппаратах ОФ1, ОФ2, ОФЗ диаметром Ю м. Общий расход Q - 2000 м3/ч, G,=78,5 с"1, Tj=4,25 мин. Параметры работы ОФ1: ß= 1000 м3/ч, G2 = 75 с\ 7; = 5 мин; ОФ2: Q = 700 м3/ч, £г = 51 с1, Т2 = 1 мин; ОФЗ: Q = 300 м3/ч, G: = 23 с"1, Т} = 17 мин. Удельная гидравлическая нагрузка по площади (qF = Q/F, где/7- площадь зеркала аппарата, м2) соответственно равна 12,5; 8,8; 3,8 м7(м2-ч). ОМВ подается насосами после внутрицеховых первичных отстойников ПО №1 и ПО №2. До О часов цикл работал в безреагентном режиме. Величина БВ( составляла

: ЯЗ? I «а? ; лгл?

па [ их

£

27

!

ХЯ I лш 1

км» , дар

Рис. 13. Изменение содержания взвешенных веществ в очищенной воде

фаИшатитл ¡кщхйия флхуаясв /„. V

-да;

- 0Ф2 —1—ОФ)

-пою ^ тю

48, 39 и 31 мг/дм3. С 0 часов доза РгаеБкЛ 650 равнялась 0,05 мг/дм3, а с 23часов увеличена до 0,2 мг/дм3. После каждого аппарата ОФ значение ВВ1 отличалось несущественно 10 мг/дм3) ввиду близкой величины критерия Кэмпа режима работы всех камер флокуляции и большого фактического значения гидравлической крупности (1/(/.

Приведенные результаты исследований и промышленных испытаний показывают, что при одноступенчатой технологической схеме внецеховых очистных сооружений с использованием ОФ обеспечиваются современные и перспективные технические требования к содержанию в воде взвешенных веществ и нефтепродуктов для всех металлургических агрегатов (см. Гл.7).

По результатам исследований также разработаны конструкции компактных первичных окалиноотстойникш прокатных цехов, осветли-тельных и сорбционных фильтров без специальной системы промывки фильтрующей загрузки и другого водоочистного оборудования.

В Главе 6 излагаются результаты разработки процессов и аппаратов для подготовки осадков технологических вод к утилизации. Основное

внимание уделено переработке ОМО. Большое содержание в ОМО нефтепродуктов (обычно в пределах 8-45%), высокая дисперсность, анизометричность, твердость и абразивность частиц окалины приводят к быстрому износу центробежного оборудования, необратимому закупориванию и разрушению фильтроткаией, необходимости их защиты намывными слоями ФВВ.

1. Механическое обезвоживание ОМО. На основе исследований по фильтрованию, описанных в главе 3, создана конструкция ленточного вакуум-фильтра типа Лн (рис. 14), оборудованного узлами для нанесения намывного слоя ФВВ одноразового использования.

В качестве ФВВ и их компонентов используются осадки сточных вод ГДП, пыль сухой газоочистки ЭСПЦ, молотые гранулированные шлаки, обезмасленная окалина и другие металлургические отходы.

Рис. 14. Схема ленточного вакуум-фильтра Лн с намывным слоем ФВВ:

I - подача суспензии ФВВ; II - подача ОМО; III - разгрузка обезвоженной смеси ОМО и ФВВ; IV - отвод фильтрата; 1 - корпус; 2 - приводной барабан;

3 - натяжной барабан; 4 - фильтровальная перегородка; 5 - опорная лента; 6 - лоток подачи осадка; 7 - лоток подачи суспензии ФВВ; 8 - разделительная перегородка; 9 - ограничительная перегородка; 10 - вакуумная камера; /, - зона обезвоживания суспензии ФВВ; /2 - зона обезвоживания ОМО

Рис.15 поясняет причину увеличения производительности Лн в сравнении с известными технологиями фильтр-прессования с применением ФВВ из качественных сорбентов. Кривая 1 показывает кинетику фильтрования под вакуумом, т.е. при малом перепаде давления {АР), определенного объема ОМО при «длинном» фильтроцикле, а график 2 - то же, но при условном «многократном повторении коротких филь-троциклов» продолжительностью т ~ 3^-5 мин с «малыми объемами» осадка. Этот режим, фактически непрерывно происходящий на ленточном вакуум-фильтре в наиболее активной - начальной фазе фильтрования, дает значительное увеличение удельной производительности (<7, л/м2) в сравнении с длительными, быстро замедляющимися процессами вакуум-фильтрования и фильтр-прессования, которые отражены кривыми 1 и 3. Их близкое расположение определяется высокой сжимаемостью высокодисперсных замасленных ОМО, когда значительное увеличение ЛР почти не приводит к росту скорости процесса.

Режим «коротких фильтроциклов» не может быть реализован на фильтр-прессах по технико-экономическим причинам. В то же время, применение в разработанном процессе железосодержащих отходов (например, аглодоменных осадков) и других компонентов шихты

Рис. 15. Кинетика

О V & 36 М М т, мин фильтрования ОМО

не ограничивает количество используемых ФВВ, как для процесса обезвоживания, так и при последующей утилизации, не предъявляет высоких требований к фильтровальным и сорбционным свойствам. Оптимизация режима фильтрования и применение ФВВ из отходов металлургии принципиально улучшают технико-экономические показатели процесса в сравнении с зарубежными аналогами (см.Гл.7).

2. Гравитационное обезвоживание. Разработан аппарат для гравитационного обезвоживания ОМО путем отстаивания, классификации дисперсной фазы, уплотнения и дренирования (ОКУД) (рис.16). Как показано в главе 3, в горизонтальном потоке пульпы происходит гидравлическая классификация дисперсной фазы. Фильтрующие кассеты аппарата расположены в нижней части торцевой стенки со стороны подачи пульпы, где преимущественно оседают наиболее крупные частицы с малыми удельной поверхностью и содержанием масел. При такой схемс дренирования осадок играет роль фильтра, и поэтому зернистая загрузка кассет не закупоривается в течение нескольких лет. Высокая

Рис. 16. Принципиальная схема аппарата ОКУД: 1 - корпус; 2 - зона осаждения; 3 - уплотненный осадок; 4 - исходный осадок; 5 - осветленная вода; 6 - кассетный фильтр;

7 — классифицированный уплотненный осадок; 8 - вентиль; 9 - слив надосадочной воды перед дренированием; 10 - фильтрат

технико-экономическая эффективность ОКУД определяется совмещением в одном аппарате всех операций глубокого обезвоживания до

влажности 15%, простотой конструкции, практическим отсутствием потребления энергии и затрат на эксплуатацию.

3. Утилизация железосодержащих высокодисперсных обезвоженных осадков путем переплава в металлургических агрегатах требует предварительного окускования с получением окатышей или брикетов. При разработке технологии окускования ОМО базовым принят метод холодного окомко-вания. Выбор метода связан с относительной простотой, экологичностью, энергетической эффективностью, а также получением высококачественной продукции - безобжиговых окатышей. Он предусматривает ввод в дисперсные отходы вяжущих добавок (шлакопортландцементы, известь, металлургические шлаки и др.), механическую активацию, окомкование, последующее гидратационное упрочнение в среде со 100%-ной или близкой к ней влажностью при температурах, верхний предел которых не превышает 100°С (пропарка), и послегидратационное доупрочнение - сушка в естественных условиях в течение нескольких суток при температуре 15 25°С или при 200 •*• 300°С в течение от нескольких минут до нескольких часов. При творческом участии автора диссертационной работы и разработчиков

данного метода окомкова-ния он модифицирован в комплексную технологию утилизации ОМО (рис.17) путем органического включения стадии обезвоживания, разработки непрерывного шахтного агрегата для пропарки окатышей и других новых технических решений.

Рис. 17. Технологическая схема подготовки ОМО к утилизации

ОМО / из сгустителя 1 и раствор реагента (коагулянта, флокулян-та)//подают в смеситель 2. Скоагулированный осадок фильтруют на фильтре Лн через предварительный намывной слой ФВВ, подаваемого через лоток на фильтр 3 в виде суспензииXII. Смесь обезвоженного осадка и ФВВ III, а также измельченный известнякXIII подают в печь 4. Обожженный материал К из печи направляют в бункер 5, откуда его, молотый ваграночный шлак VI и негашеную известь VII дозируют в смеситель 6, увлажняя смесь водой VIII. Смесь IX поступает в стержневую мельницу 7 для механической активации, а из нее - на чашевый гранулятор 8, где получают окатыши-сырцы X. Их упрочнение производят тепловлажностной обработкой в пропарочном агрегате 9 при температуре 70 90°С в течение 8 +12 ч. Готовые окатыши XI подают в бункер J0, откуда отгружают в железнодорожные вагоны. Часть обожженного материала Vподают в бак-мешалку 11. В нее также дозируют порошкообразную сорбционную добавку XIV и воду VIII. Полученную суспензию фильтровального вспомогательного вещества XII насосом 12 перекачивают на ленточный фильтр 3, где при ее фильтровании образуется намывной слой. Фильтрат XIII, получаемый при фильтровании суспензии ФВВ и ОМО, поступает в вакуумную систему установки. При использовании в описанной схеме ФВВ — измельченного до удельной поверхности 450 м2/кг ваграночного шлака, он используется дважды: как сорбциониая добавка при очистке фильтрата от масел и как вяжущее (вместе с известью) для упрочнения окатышей. Дымовые газы из печи 4 поступают в котел-утилизатор тепла 13, после чего проходят газоочистку 14. Химический состав окатышей: Fe^. FeO; Fefi3 CaO; MgO; Si03; Alp- S; С; ППП 53,3; 16,4; 8,8; 1,4; 8,7; 3,6; 0,29; 1,05; 0,96; 2,54

Прочность пропаренных окатышей (диаметр 12+14 мм) превышает 700 Н, а после 7 суток последующего хранения - более 1 ООО Н, что позволяет утилизировать их в составе шихты доменных печей или электросталеплавильных агрегатов.

В Главе 7 приведена технико-экономическая и экологическая оценка некоторых из выполненных автором разработок.

1.1. В предложениях по созданию бессточной СПВ Челябинского трубопрокатного завода Научно-проектная фирма «ЭКО-ПРОЕКТ» с применением технологической модели определила производительность общезаводской установки для обратноосмотического обессоли-вания сточных вод, равную 30 м3/ч, за счет реально осуществимого и приемлемого по затратам изменения схемы технологических сетей предприятия. При этом солевой состав воды во всех подсистемах СПВ будет соответствовать техническим и экологическим требованиям.

В альтернативном предложении другой фирмы намечено поставить заводу оборудование для установки обессоливания производительностью 300 м3/ч, исходя из сохранения существующей схемы потоков. В случае принятия данного варианта, не обоснованного расчетом солевого состава воды, возрастут капитальные (порядка 100 млн.руб.) и эксплуатационные (порядка 10 млн.руб.) затраты.

1.2. Технологическая модель СПВ использована предприятием «Экохим» при разработке Программы поэтапного создания бессточной СПВ НЛМК. Определяющим критерием являлось допустимое содержание солей в воде всех подсистем.

Структура СПВ, разработанная в 6 вариантах, содержала до 40 расчетных узлов. Разница в стоимости реализации по разным вариантам имеет порядок многих сотен миллионов рублей при отклонении от

Рис. 18. Расчетная схема-граф СПВ НЛМК (Квариант) среднего по затратам около 30%. Использование модели позволило установить наиболее экономичный вариант модернизации структуры СПВ НЛМК. Схема-граф по выбранному варианту V приведена на рис. 18. Завершается последний этап реконструкции СПВ. Фактические солевые балансы с достаточной для практики точностью на всех этапах реализации соответствуют расчетным.

2,1.В таблице 1 сопоставлены новые, повышенные требования к качеству оборотной воды для современных основных металлургических агрегатов и результаты ее очистки на аппаратах ОФ.

Из таблицы 1 следует, что получаемое качество очищенной воды (при расчетных удельных гидравлических нагрузках) соответствует современным и перспективным техническим требованиям. Это позволяет применить отстойники-флокуляторы на внецеховых очистных сооружениях всех металлургических агрегатов в качестве единственной ступени очистки (примеры - рис.19 и далее).

Наименование водопотребляшщего агрегата По нормативному документу Мннчермета СССР По техническим требованиям УАМютеш, ПашеЦ, Истай, УЗТМ и др. По 1-ступсичатой технологии очистки на ОФ

При обработке флоку-лянтами Без реагентной обработки Примеры объектов

ВВ НП ВВ НП ВВ НП ВВ НП

гдп 300 - <100; < 150 - <70 - <140 - ГДП №4 и №5 Енакиевского МЗ, Украина

мнлз 30-40 10-20 <20 <1;<1,5;<5 < 10 < 1 <20 <5 МШ13№3 и № 4 Челябинского МК

АГПМ 50-150 35-60 <10; <20; <30; <50 < 1,5; <5; <8; <10 <10 < 1 <50 <2 Стан 150/250 НСММЗ

УГСО 20-50 50-60 <10; <30 <5; <8 < 10 < 1 <30 <8 Магнитогорский МК

АТОП 50-60 10 < Ю; <20 <1;<2 - - < 10 < 1 Термоотдел ТЭСЦ-4 Выксунского МЗ

АГПТ 50-150 35-60 <50 <8 <12 < 1 - - Стан горячей прокатки труб ТПЦ-1 СеверскогоТЗ*

АГГ1Т (при наличии фосфатной смазки) 50-150 35-60 <60 < 15 <20 <3 - - Непрерывный стан горячей прокатки труб Первоуральского Новотрубного завода*

Колесопрокатный стан (при наличии графитной смазки) 50 35 - - <6 < 1 - - Колесопрокатный цех НТМК*

Вакууматоры сталеплавильных цехов - - <30 - <20 - - - Вакууматор ККЦ-1 НТМК*

Обозначения в таблице: ВВ и НП - содержание взвешенных веществ н нефтепродуктов, мг/дм3; * - опытно-промышленные установки ОФ.

2.2, С целью подтверждения новиз ны и эффективности ОФ в сравнений с аналогами предложен безразмерный критерий эффективности Ке, отражаю^ щий в комплексе качественный параметр - остаточное содержание удаляемого из воды компонента, С, мг/дм3, iJ количественный параметр - удельную гидравлическую нагрузку по объему^ аппарата qv = Q / V м3/(м3-ч), или ч"1; Методической основой разработки К является способ построения обобщенного параметра оптимизации (отклика) при поиске оптимальных условий, когда множество частных откликов имеет свой физический смысл и размерность (Адлер Ю.П.,| Маркова Е.В., Грановский Ю.В, Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука. - 1976, 280 с). Критерий предлагается применять при сравнении группы аппаратов с номерами i, работающих в технологии очистки воды одного вида с близки-j ми свойствами (рис.20 и 21).

К . = \ К ■ К ; К ~ а ■ С /С ; К =а -а /а , (11,12, 13)

el CI q I а с min t 7 qi ц 1 v i 1 v max ' 7 - '

где « и« - весовые коэффициенты; Cmir ~~ минимальное содержание компонента в очищенной воде внутри группы аппаратов; С. - то же для аппарата с номером i; q vmax~ максимальная удельная нагрузка; qy. - то же для аппарата с номером L Учитывая высокую значимость параметров С и q принимаем, что ар а2 - 1. Тогда Кс i, К ., Ке< 1. |

Рис.! 9. Березовский ЭМЗ. «Грязный» оборотный цикл АГПМ и МНЛЗ с ОФ диаметром J 0 м

Из рисунков следует, что технологические параметры аппаратов ОФ шляются наиболее высокими в сравнении с отечественными и зарубежными аналогами.

¡Рис. 20. Критерий эффективности при очистке оборотной воды ГДП

Реагентная обработка: 1 -Енакиевский )МЗ, ОФ диаметром (0)1 Ом, д, = 3,06 ч~', катионный флокулянт, |доза (£>) = 0,5 мг/дм3; 2 - то же, = 2,02; 3 - радиальный отстойник [с камерой флокулядии (ОКФ), 030, данные по нормативному документу (НД), Рег(80)3 + ПАЛ, В = 30 + 1; |4 - гидроциклон-флокулятор (ГФ), '012, по НД, Ре/ЗО^ + ПА А, £> = 30 + 1

Безреагентный режим: 5 - Енакиевский МЗ, ОФ. 010, ду = 3,06; '6 - то же, = 2,02; 7 - ОКФ. 030, по НД; 8 - Запорожсталь, ГФ, 012; 9 - радиальный отстойник (лит. данные)

Рис. 21. Критерий эффективности при очистке оборотной воды АГПМ

Реагентная обработка: 1 - НСММЗ, ОФ. 0-10, Praestol 650, D = 0,2; 2 - двухступенчатая технология, ф-ма «PSE» (Германия), катионный флокулянт (КФ); 3 - двухступенчатая технология, ф-ма «Simem» (Италия), КФ; 4 - ОКФ, 030, данные по НД, A12(S04)3 + ПАА, D = 7,5 +1,5 Безреагентный режим: 5 - НСММЗ, ОФ, 010; 6 - ОКФ, по НД;

7 - Никопольский Южнотрубный завод, радиальный отстойник;

8 - гидрошютон безнапорный с диафрагмой, по НД; 9 - HJIMK, горизонтальный отстойник стана «2000»

3.1 Технико- жономические показатели процессов механического обе звоживания ОМО, образующихся в оборотных циклах МНЛЗ и АГПМ, hi разработанном вакуум-фильтре и на фильтр-прессах приведены в таблице 2

Табл.2. Характеристика процессов и оборудования для обезвоживания ОМО

Параметры Вакуум-фильтрование на фильтре Ли Фильтр-прессование, ф-ма «Курита», Япония Фильтр-прессование, ф-ма «Детремон», Франция

Тип фильтра ленточный фильтр-пресс фильтр-пресс

Характер процесса непрерывный цикличный цикличный

Удельная производительность по безводному веществу, кг/(м2-ч) 30*90 9,2-14,5 15-20

Влажность продукта, % 17-25 17,5-30,4 15

Разность давлений. МПа: • фильтрования 0,03+0,05 0,8 1,5 .........................

• просушки * воздухом 0,03+0,05 -

* отжима диафрагмой отсутствует до 1,5 -

Длител ьность операций, мин: • фильтрования 1+6 35+60 -

• просушки 1-2 - -

* отжима отсутствует до 20 -

* намыва слоя фильтровального вещества 0,54,5 31+35 -

Вид фильтровального вещества для получения предварительно!» намывного слоя отходы металлургии и дешевые материалы специальные вещества-сорбенты специальные вещества-сорбенты.

Разработанный процесс имеет существенные преимущества в сравнении с аналогами. Начато строительство установок на ПНТЗ и СТЗ.

3.2. Процесс гравитационного обезвоживания осадков оборотных вод металлургических агрегатов на ОКУД (рис.22) также имеет принципиально лучшие технико-экономические показатели в сравнении с технологиями, основанными на использовании центрифуг и фильтр-прессов. При этом уменьшаются капитальные затраты ориентировочно в 1,5+2 раза, в т.ч. по оборудованию - на два порядка величин, практически отсутствуют затраты на эксплуатацию и ремонта оборудования. Исключается потребление энергии, кроме необходимой для погрузки обезвоженного осадка в транспорт.

4. На основе применения аппаратов ОФ и ОКУД разработана технология и введены в эксплуатацию внецеховые очистные сооружения с одноступенчатой технологией очистки оборотной воды и гравитационным обезвоживанием осадка для МЯЛЗ и АГПМ. На рис. 23 показаны технологические схемы очистки оборотной воды: «А» и «В» - инжиниринговых компаний «Simem» (Италия), «PSE», «BAMAG» (Германия), УкрГНТЦ «Энергосталь» (Украина), «НАЛКО» и др. (станы «5000» Магнитогорского МК и Выксунского МЗ, термоотдел Сшарского ТЗ, и др.) и «С» - по разработкам автора (стан 250/150 НСММЗ, сталеплавильно-прокатный комплекс Березовского ЭМЗ, стан «2800» МК «Уральская сталь» и др.).

По технологии «С» капитальные затраты на внецеховые сооружения уменьшены в 1,5 + 2 раза. Так, было исключено ранее намеченное

Рис.22. НСММЗ. Участок обезвоживания ОМО: 1 - аппараты ОКУД; 2 - обезвоженный осадок в вагонах (влажность - 15%)

строительство фильтровальной станции производительностью 4,5 тыс. м3/ч, стоимостью 0,3 млрд. руб. для доочистки оборотной воды сортовых станов Магнитогорского МК. Эксплуатационные затраты уменьшаются от 1,3 до 2,5 раз. Удельные затраты энергии на очистку оборотной воды и обезвоживания осадка, ввиду использования в основном сил гравитации, снижены с (60+80)-10'3 до 5-10"3 кВт-ч/м3. Внутрицеховой окалиноотстойник, на примере Белоцерковского МЗ (Украина), по технологии VAI-Siemens (поз.1) при глубине 12 м имеет площадь 180 м2, объем 2660 м3, а по разработке автора, (поз.З) - при той же глубине, соответственно, 85 м2 и 700 м3.

5. Вследствие компактности разработанного оборудования и простоты цепей аппаратов уменьшается занимаемая очистными сооружениями территория от 1.3 (по схеме рис.23) до 3 раз (рис.24, 25).

Благодаря сниженным габаритам, очистные сооружения оборотного цикла ГДП № 4 и №5 Енакиевского МЗ были размещены на небольшой свободной площадке непосредственно на территории доменного цеха. Три аппарата ОФ диаметром 10 м. (2 рабочих, 1 резервный) установлены на перекрытии насосной станции с циркуляционными и шламовыми насосами. Наряду с минимизацией стоимости очистных сооружений, приближение их к газоочисткам позволило исключить строительство дорогостоящей эстакады водоводов длиной 1,5 км. и снизить затраты энергии на циркуляцию воды.

6. Повышены эстетические качества очистных сооружений «грязных» оборотных циклов, обеспечены нормативные санитарно-гигиенические условия труда, управление работой сооружений осуществляется системами АСУ ТП с контролем оператором (рис.26).

Рис,23. Принципиальные схемы очистки оборотной водь: и обезвоживания осадка МНЛЗ, АГТ1М и АТОП:

Внутрицеховые очистные сооружения: I - окалиноотстойник с бункером для обезвоживания окалины; 2 - то же, увеличенного размера - для возможности подачи воды на фильтры; 3 - окалиноотстойник конструкции автора; 4 - насосная станция; 5 - грейфер;

Внецеховые очистные сооружения: 6 - вторичный предотстойник; 7 -площадка для обезвоживания ОМО; 8 - грейфер; 9 - насосная станция; 10 — осветлительные фильтры; 11 - градирня; 12 - резервуар с насосами для промывки фильтров и подачи потребителям; 13 - шламовый насос; 14 - сгуститель промывной воды; 15 - насосная станция; 16 - ленточный фильтр-пресс или центрифуга; 17 - конвейер; 18 - контейнер для обезвоженного ОМО; 19 - ОФ; 20 - насосная станция для подачи воды на градирню и потребителям; 21 - ОКУД с насосной станцией надосадочной воды и фильтрата;

I - загрязненная ОМВ от потребителей; II - подача воды на внецеховые очистные сооружения; III - обезвоженная крупная окалина; ¡V - подача воды от насосной станции первичного отстойника МНЛЗ, насосных станций ламинарного и интенсивного охлаждения проката и термоотделов; V - подача очишененой охлажденной воды потребителям; VI - промывная вода фильтров; VII - ОМО на обезвоживание; VI]] - обезвоженный ОМО; IX - нефтепродукты; X - фильтрат фильтр-пресса или фугат центрифуги. Ввод реагентов на схеме условно не показан.

Рис.24. НЛМК. Оборотный цикл ГДГТ №7: 1 — первоначальный вариант с тремя заглубленными радиальными отстойниками диаметром 30 м.; 2 - построенные сооружения с тремя наземными ОФ диаметром 10 м. (с двумя дополнительными сгустителями осадка и зданием для шламовых насосов, реагентното хозяйства и вспомогательных помещений).

7. Экологические результаты работы.

7.!. При очистке по одноступенчатым схемам обеспечивается с запасом нормативное качество оборотной воды для всех металлургических

агрегатов по механическим примесям - взвешенным веществам и нефтепродуктам, являющееся необходимым условием работы систем в замкнутом режиме, без сброса сточных вод. Данное условие не является достаточным, поскольку должны быть обеспечены термическая и био-

Рис.25. Екакиевский МЗ (Украина), логическая стабильность воды

Очистные сооружения оборотного цик- и отсутствие коррозии кокгак-ла водоснабжения ГДП №4 и №5.

Производительность - 2400 м3/час тируюшдх с ней поверхностей.

На решение этих проблем направлена разработанная технологическая модель, позволяющая прогнозировать солевой состав оборотной воды в сложных СП В.

7.2. Герметизация аппаратов ОФ и ОКУД, а также глубокая

| Рис.26. Выксунский МЗ. Участок объ- очистка оборотной воды сни-емного термоупрочнения ТЭСЦ-3. Блок жают до минимума выбросы очистки оборотной воды. Производительность - 2500 м3/час загрязнений в атмосферу. Для

отопления зданий очистных сооружений используется тепло, излучаемое металлическими корпусами ОФ. Снижено удельное потребление энергии на порядок величин по процессам очистки и обезвоживания осадков в оборотных циклах сталеплавильного и прокатного производств, а также на циркуляцию оборотных вод ввиду возможности приближения компактных очистных сооружений к потребителям.

7.3.Вследствие достижения глубокого обезвоживания допустима дальняя круглогодичная перевозка наиболее токсичного ОМО с передельных заводов на утилизацию. Так, с НСММЗ и с БЭМЗ осадок перевозится на аглофабрику НЛМК на расстояние более 1 ООО км. Возможна утилизация ОМО в виде окатышей на этих же предприятиях в сталеплавильных цехах (строятся две установки на трубопрокатных заводах).

7.4. Существенное снижение габаритов, стоимости строительства и эксплуатации по очистным сооружениям и обессоливающим установкам создает экономические условия для реконструкции многочисленных устаревших СПВ с получением технологических и экологических результатов.

52

Заключение

1. Изучение литературных данных и результатов эксплуатации показало, что структура СПВ заводов черной металлургии, применяемые технологии и оборудование в значительной степени не соответствуют современным технико-экономическим и экологическим требованиям. Эти проблемы определили цель и задачи данной работы.

2. Разработанная технологическая модель позволяет оптимизировать структуру сложных СПВ заводов черной металлургии с целью минимизации затрат на обессоливание воды при обеспечении технологических и экологических требований к ее качеству.

3. Установлены физико-химические и технологические свойства, а также их взаимосвязь для экологически наиболее опасных и сложных ОМВ и ОМО сталеплавильного и прокатного производств. Выявлена значительная способность этих систем к ортокинетической гидрофобной флокуляции, позволяющая интенсифицировать безреагентные процессы их глубокой очистки и обезвоживания.

Разработана систематизация указанных окалиномаслосодержащих систем, определяющим критерием которой является удельная поверхность первичных частиц твердой фазы. На основе степени щдрофиль-ности/гидрофобности твердой фазы и полярности/аполярности дисперсионной среды предложена классификация трехфазных микрогетерогенных дисперсий техногенного происхождения, названных эмульсионно-суспензионными системами, три из которых являются технологическими водами и осадками.

4. Разработана физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки с одновременным закупориванием ее пор и образованием слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, отличающееся от аналогичного выражения для

;успснзий дополнительным членом, отражающим сопротивление закупоривания. Закономерности использованы при создании технологии закуум-фильтрования на базе разработанного ленточного фильтра типа Лн с намывным слоем ФВВ из отходов металлургии. В сравнении с фильтр-прессованием, уцельная производительность увеличена в 2 + 3 раза при сниженных на порядок энергозатратах.

5. Разработаны технология и аппарат простой конструкции для отстаивания, классификации, уплотнения и дренирования (ОКУД) полидисперсных осдцков, основанные на гидравлической классификации дисперсной фазы. Наиболее актуально их применение для глубокого безреагентного обезвоживания ОМО до влажности 15% (сыпучее состояние). Применение данной технологии на 4-х предприятиях России и Украины позволило принципиально снизить стоимость строительства и эксплуатационные затраты, а также утилизировать ОМО в цехах рудоподготовки металлургических комбинатов.

6. На основе известного высокоэффективного метода холодного оком-кования дисперсных материалов и разработанных автором процессов обезвоживания создана комплексная технология переработки ОМО в окатыши, что позволяет утилизировать его в сталеплавильных агрегатах на передельных металлургических заводах.

7. Разработан отстойник-флокулятор, главной областью применения которого является одноступенчатая глубокая очистка технологически вод всех металлургических агрегатов. Величина критерия эффективности, например, при реагентной очистке оборотной воды ЩП, равна 0,83 для огстойнишв-флокуляторов и 0,34 для лучших аналогов. На металлургических заводах работает более 70 аппаратов ОФ преимущественно диаметром 10 м. с производительностью до 1200 м3/ч. Заканчивается монтаж 7 аппаратов, в т.ч. на НЛМК, диаметром 12 м. с производительностью до 1700 мУч.

8. На основе аппаратов ОФ, ОКУД и других разработок выполнены прс екты и внедрены на 37 объектах 26 заводов черной металлургии очистны сооружения, имеющие существенно лучшкетехнико-эконокшческие и экс логические показатели в сравнении со всеми аналогами. Проектировани объектов СПВ для предприятий черной металлургии инжиниринговым фирмами России и Украины ведется преимущественно на основе разра боток автора. Эти технологии и оборудование также внедряются на пред приятиях цветной металлургии, машиностроения, энергетики и друга отраслей народного хозяйства.

9. На основе вдей и результатов данной работы в основанной и руковс димой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «Эш-проеко продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудс вания, проектирование и внедрение водно-экологических объектов в СПЗ черной металлургии России, Украины и Казахстана. Свои разработки ав тор использует в процессе обучения студентов кафедры «Водное хозяй стгво и технология воды» УрФУ им. Б.Н.Ельцина.

Таким образом, в результате выполнения исследований и разработок принципиально повышен технико-экономический и экологический уровень систем производственного водоснабжения предприятий черной металлургии, что и являлось целью данной работы.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

А) Ду$т$щтлтртйтюкт талиях,,.рекомендованных ВАК.РФ

1. Галкин, Ю. А. Технологическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. - 2010. - Хвб. - С. 27-31.

2. Галкин, Ю. А. Разработка и результаты применения отстойников-флокуляторов для очистки оборотной воды металлургических заводов

России и Украины [Текст] / Ю. А. Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. - 2010. - №2. - С. 5-9.

3. Галкин, Ю. А. Инновационные технологии водоподготовки для основных переделов черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2009. -№3.-С. 92-93.

4. Галкин, Ю. А. Определение гидравлических параметров камеры фло-куляции отстойника-флокулятора [Текст] / Ю. А. Галкин, С. И. Эпштейн // Экология и промышленность России. - 2009. - №2. - С. 38-42.

5. Галкин, Ю. А. Математическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Экология и промышленность России. - 2008. - №3. - С. 36-39.

6. Галкин, Ю. А. Технология глубокой очистки оборотной воды станов горячей прокатки и MHJ13 на отстойниках-флокуляторах [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2008. - №3. - С. 90-93.

7. Галкин, Ю. А. Технология обезвоживания окалиномаслосодержащих осадков [Текст] / Ю. А. Галкин, И. А. Сидорова // Сталь. - 2007. - №12. - С. 91 -93,

8. Галкин, Ю. А. Современные технологии и оборудование для очистки оборотных и сточных вод предприятий черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин И Сталь. - 2006. - №5. - С. 131-133.

9. Галкин, Ю. А. Классификация эмульсионно-суспеизионных систем [Текст] / Ю. А. Галкин // Вестник Уральского государственного технического университета (Вестник УГТУ - УПИ). Строительство и образование. Сборник научных трудов. - 2005. - №14 (66). - С.293-294.

10. Галкин, Ю. А. Повышение экологической безопасности систем оборотного водоснабжения предприятий, расположенных в бассейнах рек Украины [Текст] / Ю. А. Галкин, Л. Н. Кузнецова // Водное хозяйство России. Проблемы технологии. Управление. - 2005. - т. 7. - №2. - С. 209-212.

11. Галкин, Ю. А. Безобжиговое окускование железосодержащих отходов металлургического предприятия на магнийсодержащих вяжущих [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Известия высших учебных заведений «Черная металлургия». - 2002. - Ха 12. - С. 11-15.

12. Галкин, Ю. А. Совершенствование технологии утилизации ока' линомаслосодержащих осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Сталь. - 1996. -№8.-С. 65-67.

13. Галкин, Ю. А. Совершенствование процесса ускоренного твердения безобжиговых окатышей [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Сталь. -1993.-№ 12. -С. 7-11.

14. Галкии, Ю. А. Технология утилизации осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Е. Лотош, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, Л. Л. Кочнев // Химия и технология воды. -1990.-т. 12.-№6. С. 563-567.

15. Галкин, Ю. А. Эмульсионно-суспензиониые микрогетерогенные системы и их классификация [Текст] / Ю. А. Галкии // Химия и технология воды.- 1989.-т. 11.-№11.-С. 1048-1051.

16. Галкин, Ю. А. Особенности процесса фильтрования эмульсионно-суспензионных систем / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. -1989. -т. 11. -№10. -С. 883-885.

17. Галкин, Ю. А. Некоторые закономерности взаимодействия частиц дисперсной фазы окалиномаслосодержащих сточных вод [Текст] /Ю. А. Галкин,

A. Л. Рабинович, В. Г. Березюк // Химия и технология воды. -1989. — т. 11.— №5.-С. 397-399.

18. Галкин, Ю. А. Математическое описание процессов фильтрования через вспомогательные вещества [Текст] / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1987. - т. 9. - №5. - С. 387-390.

19. Галкин, Ю. А. Сорбционные свойства отходов металлургических предприятий - компонентов фильтровальных вспомогательных веществ [Текст] /

B. Г. Березюк, Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, О. В. Евтюхова, Т. В. Илюшина Н Химия и технология воды. -1987. - т. 9. - 4. - С. 323-325.

20. Галкин, Ю, А. О сорбции маслопродуктов отходами металлургического производства [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Г. Березюк, В. И. Аксенов // Журнал прикладной химии. АН СССР. -1986. - С. 2-11.

21. Галкин, Ю. А. Установка для утилизации окалиномаслосодержа-щих осадков сточных вод трубопрокатных цехов [Текст] / Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, В. Е. Лотош, В. Г. Березюк, Л. Л. Кочнев,

A. В. Парвов // Сталь. - 1985. - №10. - С. 91-93.

Р)Мзт<?рТО№ конференций, симпозиумов, конгрессов Опубликованы доклады и тезисы в сборниках, в т.ч.: Международной выставки и конгресса «Вода: экология и технология» - ЭКВАТЭК-2008,2010 гг; Международного промышленного Форума, г. Челябинск, 2009, 2010 гг; Симпозиума «Экологическая безопасность государств - членов Шанхайской Организации Сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г; Международной конференции «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии. - МИСиС», Москва, 2008 г; Международного симпозиума н выставки «Чистая вода России-2008», Екатеринбург; Международного конгресса «ЕТЕВК - 2005», Украина.

В") Монографии

1. Галкин Ю. А. Промышленное водоснабжение / В. И. Аксенов, Ю. А. Галкин, В. Н. Заслоновский, И. И. Ничкова // Учебное пособие. -УрФУ. - Екатеринбург. - 2010. - 234 с.

2. Галкин Ю.А. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства /

B. И. Аксенов, Ю. В. Аникин, Ю. А. Галкин, И. И. Ничкова, Л. И. Ушакова, Н. С. Царев // Учебное пособие УГТУ-УПИ. - Екатеринбург. - 2008. - 98 с,

3. Галкин Ю.А. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 6 книгах. Книга 2. / В. И. Аксенов, Ю. А. Галкин, М. Г. Ладыгичев, И. И. Ничкова, В. А. Никулин, В. В. Аксенов // Под ред. В. И. Аксенова. - М.: Теплотехник, 2005.-432 с.

4. Галкин Ю. А. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 6 книгах. Книга 3. / В. И. Аксенов, Я. М. Щелоков, Ю. А. Галкин, И. И, Ничкова, М. Г. Ладыгичев // Под ред. В. И. Аксенова. -М.: Теплотехник, 2005. - 368 с.

5. Галкин Ю. А. Замкнутые системы водопользования на трубных пред лриятиях / В. И. Аксенов, Ю. П. Беличенко, Ю. А. Галкин //«Металлургия». -Москва. 1987.-112 с.

6. Галкин Ю. А. Создание и эксплуатация замкнутых бессточных и без отходных систем водного хозяйства промышленных предприятий Урала В, И. Аксенов, Ю. А. Галкин // ВСНТО Свердловский областной Сове НТО. - Свердловск, 1983. - 81 с.

П Патенты:

Получено 27 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения и на полезные модели на конструкцию отстойников-флокуляторов, на аппараты для гравитационного и механического обезвоживания осадков с высоким содержанием нефтепродуктов, на первичный окалиноотстойник, на освет-лительные самопромывающиеся фильтры и на другие разработки по теме диссертации.

Опубликовано 4 статьи в журнале «Soviet Journal of Water Chemistry and Technology» (США), 1 статья в журнале «Steel in the USSR» (Англия), 5 статей в сборниках Международной научно-практической конференции УкрГНТЦ «Энергосталь» «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов». Харьков - Щелкино, АР Крым и в журнале «Экология» (Украина).

Галкин Юрий Анатольевич

Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 11.01.201] г. Формат 60д$4 '/, Тираж ¡20 экз. Заказ 1334.

Отпечатано в ООО «Лстер-Ек» 620137, г. Екатеринбург, ул. Студенческая, д. 1 тел.: +7 (343) 350-00-83,350-90-43

Введение

Глава* 1. Анализ систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии. Постановка цели и.задач работы ^

1.1. Общая характеристика систем производственного водоснабжения.

1.2. Структура и технологические модели систем» производственного водоснабжения1. ^

1.3. Теоретические основы процессов образования и разделения фаз окалиномаслосодержащих технологических вод и осадков'. ^

1.3.1. Физико-химические закономерности.

1.3.2. Закономерности разделения фаз.

1 А: Технологии и оборудование для'очистки технологических ВОД.

1.4.1. Отстаивание и осветление в гидроциклонах.

1.4.2. Флотация^.

1.4.3'. Фильтрование.

1.4.4. Магнитная обработка водьги осадков.

1.4.5. Глубокая очистка технологических вод сталеплавильного и прокатного производств.

1.4.6: Очистка технологических вод других производств

1.5. Технологии и оборудование для подготовки осадков к утилизации«. ^

1.5.1. Обезвоживание осадков.

1.5.2. Окускование дисперсных материалов.

1.6. Нормативно-техническая документация для разработки систем производственного водоснабжения. ^

В" XX веке в России была создана мощная, ставшая одной из ведущих, отрасль народного хозяйства, - черная металлургия. Одновременно с основными металлургическими переделами развивались системы производственного-водоснабжения, обеспечивающие их технической»водой; и выполняющие природоохранные функции. Совершенствованию систем-производственного водоснабжения, предприятий способствовало создание в системе Министерства черной металлургии СССР "специализированной организации по разработке и внедрению'новых технологий и оборудования для* очистки воды и технологических газов с- института «ВНИПИЧерметэнергоочистка» (в настоящее время - УкрГНТЦ «Энергосталь», г. Харьков). Большой! вклад в исследованиями разработки внесли ВНИИ ВОДГЕО, ПТП «Уралэнерго-чермет», Московский институт стали и сплавов (МИСиС), Московский И'региональные Государственные институты по проектированию'металлургических заводов (Гипромезы), Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова! (в настоящее время - Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.ЕШльцина), СвердНИИхиммаш и другие организации. В результате выполнения этих работ существенно повышен технический уровень систем производственного водоснабжения металлургических заводов. Были созданы первые бессточные замкнутые системы» производственного водоснабжения (Верх-Исетский металлургический завод), новые виды оборудования и технологии, разработаны и внедрены эффективные реагенты для очистки и стабилизационной обработки воды, технологии механического обезвоживания и утилизации многих видов осадков (шла-мов). Это привело к улучшению качества очищенных оборотных и сточных вод, к увеличению степени замкнутости систем производственного водоснабжения предприятий, соответствующему снижению потребления воды из источников, уменьшению сбросов в водные объекты промышленных и ливневых стоков, росту объемов утилизации получаемых отходов. Технические решения по ряду систем производственного водоснабжения на то время соответствовали мировому уровню.

Тем не менее, в этот период не удалось достичь-всех поставленных перед водным' хозяйством*» черной? металлургии целей. Это; связано с прогрессирующим-общим* отставанием черной металлургии от мирового технического уровня* и последующим- кризисом народного хозяйства страны в конце XX века: В этих-условиях возросла степень износа'систем, производственного водоснабжения; практически остановилось их развитие и совершенствование; снизился' потенциал* проектных и научно-исследовательских институтов, упала квалификация» эксплуатационного персонала металлургических предприятий. Не все разработанные технологии и оборудование подтвердил® свою'проектную8эффективностью реальных условиях эксплуатации;

В> начале XXI". века'начался выход России из кризиса, что позволило начать интенсивное техническое перевооружение предприятий черной металлургии. Это увеличило финансовые возможности для совершенствования водного хозяйства» предприятий, однако поставило-перед ними и< научно-исследовательскими организациями« совершенно новые задачи, вытекающие из следующих обстоятельств.

Техническое перевооружение основных металлургических производств - доменного, сталеплавильного, прокатного, трубоэлектросварочно-го, отделки проката и других, производится преимущественно с использованием технологий и оборудования SMS Demag, SMS Meer, VAI-Siemens, Danieli и других ведущих компаний. Технические требования к качеству и количеству потребляемой воды этого высокотехнологичного, более энерговооруженного и производительного оборудования являются значительно более высокими, чем установленные нормативными документами Минчер-мета СССР, по которым были спроектированы и построены очистные сооружения систем производственного водоснабжения.

Использование ранее не применявшихся в отечественной металлургии технологий, например, экспандирования электросварных труб большого диаметра для магистральных газопроводов, привело к образованию новых видов загрязненных технологических вод. Расход оборотной воды» для современных высокопроизводительных металлургических агрегатов- обычно бывает значительно больше, чем для устаревшего металлургического оборудования, демонтируемого при реконструкции существующих цехов. Так, при реконструкции стана горячей прокатки 250/150 Нижнесергинского метизно-металлургического завода его производительность выросла, при сохранении существовавших габаритов» здания', в, 4 раза с соответствующим ростом- водопотребления.

Размещение на действующих предприятиях более производительных очистных сооружений с повышенной* за. счет применения многоступенчатых схем, глубиной очистки^ воды и, соответственно, с увеличенными габаритами, требует дополнительных территорий и энергетических мощностей, что в большинстве случаев является трудно решаемой задачей. По этим причинам в условиях плотной застройки площадок металлургических заводов часто приходится размещать очистные и охладительные сооружения оборотных циклов на значительном удалении от водопотребляющих агрегатов. Это приводит к строительству длинных и дорогостоящих трубопроводов, прокладываемых на эстакадах и в тоннелях, а также росту потребления энергии на циркуляцию оборотной воды. Упомянутая реконструкция Нижнесергинского метизно-металлургического завода при использовании традиционных решений по очистке оборотной воды потребовала бы, как минимум, сноса жилого квартала г. Нижние Серги, примыкающего к площадке предприятия, поскольку на ней отсутствует свободная территория.

При модернизации металлургических заводов современные системы оборотного водоснабжения построены в основном для обеспечения водой новых и реконструируемых цехов и агрегатов. Системы производственного водоснабжения заводов, обеспечивающие ранее построенные цехи и производства, практически не претерпели изменений, и даже снизили работоспособность и экологическую эффективность вследствие морального и физиче-г ского износа.

Ухудшение экологической ситуации и увеличивающийся1 дефицит воды в «металлургических» регионах России, Украины, Белоруссии5 и- Казахстана требуют проведения поэтапной реконструкции предприятий, в направлении создания бессточных, малоотходных, энергоэффективных систем* производственного водоснабжения предприятий'. Существующие системы производственного водоснабжения предприятий имеют недостаточную экологическую эффективность, что приводит к. перерасходу воды, забираемой'из источников водоснабжения и. сбросу больших объемов недостаточно очищенных производственных сточных вод.

Возрастание конкуренции России с ведущими «металлургическими» экономиками мира - Китаем, Индией, Украиной, GULA, Европейским Союзом требует создания для отечественных предприятий экономически более эффективных систем производственного водоснабжения.

Используя поддержку национальных финансовых структур, зарубежные инжиниринговые компании часто поставляют системы водоочистки комплектно с металлургическим оборудованием (листопрокатные станы «5000» Магнитогорского металлургического комбината и Выксунского металлургического завода, термоотдел цеха В-3 Синарского трубного завода и др.). Стоимость таких водоочисток и их технологических и энергетических коммуникаций высока и приводит к финансовым проблемам при проведении коренной реконструкции отечественных предприятий. Возникают трудности разного характера при поставке запасных частей, комплектующих материалов и изделий зарубежных фирм, особенно при недостаточной развитости сети сервисных служб инофирм на территории стран СНГ. Как показывает практика, поставляемые инофирмами системы водоочистки не всегда соответствуют лучшим существующим технологиям (комплексы финишного центра Первоуральского Новотрубного завода, трубопрокатного стана Таганрогского металлургического завода и др.). Закупаемые за рубежом системы водоочистки, недостаточно приспособлены к интеграции» с существующими. общезаводскими, системами производственного водоснабжения^ структурой заводских служб. Зачастую они не учитывают климатические условия, недостаточно высокую квалификацию отечественного персонала и другие специфические- особенности российских предприятий. Во многом'они не соответствуют российским нормам промышленной безопасности, и экологическим нормативам.

Становится очевидным, что* ориентация преимущественно на зарубежные технологии не снимает большинства-указанных проблем: В:специальной« литературе появляется все больше публикаций, отражающих озабо-ченностыспециалистовшошеталлургическим и водным технологиям по поводу возрастающей технологической зависимости от зарубежных стран. Высказывается мнение о неотложной необходимости создания* конкурентоспособных отечественных разработок.

К сожалению, в последние 10-15 лет в России и в Украине по* объективным причинам не проводилось широких, интенсивных научных исследований и проектно-конструкторских разработок для1 совершенствования водного хозяйства металлургических предприятий. Уровень знаний и технологий по системам производственного водоснабжения во многом не соответствовал требованиям модернизируемого металлургического производства, экономическим условиям и экологическим нормативам. Таким образом, в водном хозяйстве предприятий черной металлургии накопились многочисленные проблемы, требующие решения на современном уровне.

Актуальность выполненных в настоящей работе экспериментальных и теоретических исследований, создания на их основе высокоэффективных технологий и оборудования, освоения его производства, широкого внедрения разработок на предприятиях черной металлургии определялась наличием в системах производственного водоснабжения указанных принципиальных проблем.

Цель работы состоит в научном обосновании, разработке и внедрении всесторонне эффективных и экологически безопасных технологий, оборудования и структур систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии.

Объектом исследования являются системы производственного водоснабжения заводов чернойметаллургии.

Предметом исследования являются структура систем производственного водоснабжения, свойства технологических вод и осадков, технологии и оборудование для очистки воды и подготовки осадков к утилизации.

Задачи исследований и разработок:

1. Проанализировать технологии, оборудование и структуру систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии, установить проблемы и наметить пути решения.

2. Разработать технологическую модель и математическое описание солевых балансов в стационарных и нестационарных режимах функционирования сложных систем производственного водоснабжения.

3. Установить физико-химические и технологические свойства окали-номаслосодержащих вод и окалиномаслосодержащих осадков в оборотных циклах водоснабжения машин непрерывного литья заготовок и агрегатов горячей прокатки металла.

4. Разработать оборудование и технологии для глубокой очистки технологических вод с более высокими технико-экономическими и экологическими параметрами.

5: Разработать физическую модель с математическим; описанием процесса фильтрования окалиномаслосодержащих осадков через пористые пе-, регородки:

6. Разработать эффективные технологии и оборудование для обезвоживания окалиномаслосодержащих осадков]

7. Разработать принципиальную схему подготовки; окалиномаслосодержащих осадков к утилизации для передельных, заводов; не имеющих цехов рудоподготовки.

8: Разработать, и\внедрить наиболее эффективные в технологическом, экологическом*! и экономическом отношениях, системы производственного водоснабжения« и/ водоочистные комплексы в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Методы исследований; В работе использованы физико-химические методы исследований'- дисперсионный анализ, определение:удельной, поверхности, микроскопия^ микрофотографирование, термогравиметрия, методы аналитической химии, математического, анализа; планирования экспериментов и математической статистики. Технологические исследования проводились на. лабораторных и опытно-промышленных установках для фильтрования дисперсных систем под вакуумом и:давлением, для изучения процессов флокуляции и седиментации, а также на промышленных аппаратах.

Достоверность результатов базируется на использовании комплекса современных физико-химических, аналитических и математических методов исследований, применении статистических методов обработки результатов экспериментов, на получении результатов, соответствующих современным научным представлениям о закономерностях строения и поведения дисперсных систем с водной дисперсионной средой, на подтверждении результатов исследований и разработок практикой эксплуатации; промышленных установок.

На защиту выносятся:

1. Технологическая модель с математическим описанием солевых балансов в стационарных, и; нестационарных режимах функционирования; сложных систем производственного водоснабжения.

2. Физико-химические и; технологические свойства окалиномаслосо

1 * - г * ' держащих вод и осадков.

3: Физическая/ модель, с математическим описанием процесса» фильтрования окалиномаслосодержащих осадков.

4. Технологии и аппараты для очистки технологических вод металлургических агрегатов.

5. Технологии и аппараты для обезвоживания-окалиномаслосодержащих осадков ¡с высоким содержанием нефтепродуктов.

6. Комплексные технологии для очистки воды и подготовки к утилизации осадков в оборотных циклах основных металлургических агрегатов.

Научная новизна:

1. Разработана технологическая модель с математическим описанием сложных, имеющих сетевую структуру систем производственного> водоснабжения. Модель позволяет рассчитать концентрации солей во всех подсистемах, оптимизировать структуру и водно-химический режим систем производственного водоснабжения предприятия.

2. Системно изучены физико-химические и технологические свойства, разработана систематизация окалиномаслосодержащих вод и осадков — трехфазных микрогетерогенных систем, содержащих жидкую полярную дисперсионную среду, твердую и жидкую аполярную дисперсные фазы. Предложено дополнить существующую классификацию микрогетерогенных дисперсий шестью теоретически возможными трехфазными системами с жидкой дисперсионной средой — эмульсионно-суспензионными системами.

3. Предложен и использован метод исследования взаимодействия частиц* дисперсной фазы окалиномаслосодержащих вод в /турбулентном^ потоке горизонтального отстойника-классификатора, основанный на анализе изменения во времени параметров статистического распределения размеров первичных частиц осадка. Это позволило:

- получить информацию о-ходе предшествующего процесса^ агрегирования первичных частиц в потоке воды,

- разработатьхистематизацию осадков, получаемых в оборотных циклах разных технологических агрегатов, и идентифицировать их по параметру - удельная'поверхность твердой фазы,

- выявить* способность дисперсной фазы к ортокинетической гидрофобной флокуляции,

- установить, что процесс агрегирования дисперсной фазы в целом аналогичен поведению суспензий, но имеет особенности в сочетании размеров первичных частиц в образующихся агрегатах осадка, отражаемые параметрами логарифмически нормального распределения.

4. Установлен характер изменения эффективности очистки оборотных вод разных металлургических агрегатов при варьировании параметров критерия Кэмпа - времени смешения и флокуляции (Т1 и Т2) и градиентов скорости смешения и флокуляционного перемешивания (в] и Со), что позволяет оптимизировать технологию очистки оборотных вод и конструкцию оборудования.

5. Установлены особенности и предложена физическая модель процесса фильтрования окалиномаслосодержащих осадков, заключающиеся в одновременном закупоривании пор перегородки и образовании слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, включающее 3 параметра: удельное сопротивление слоя осадка, удельное сопротивление закупоривания перегородки и ее начальное сопротивление.

Практическая значимость:

1. Результаты, диссертационной работы стали базой для; создания? новых реконструкции существующих систем производственного* водоснабжения заводов черной металлургии, отвечающих наиболее современным экологическим; технологическим и экономическим, требованиям. В* большинстве разрабатываемых инжиниринговыми фирмами России и Украины проектов используются созданные автором технологии и оборудование.

2. Широко применяется математическая модель для анализа и оптимизации водно-химического режима, и. структуры сложных систем производственного водоснабжения, как при проектировании новых объектов, так и при поэтапном (ступенчатом), возрастании степени замыкания- существующих систем, которое приводит к снижению и прекращению сброса сточных вод.

3. Разработаны и внедреныфеагентные и безреагентные методы и оборудование для. интенсивных процессов глубокой очистки оборотных вод и обезвоживания осадков, основанные на результатах изучения их физико-химических свойств, в т.ч. эффекта гидрофобной ортокинетической флоку-ляции.

4. Сформулированы и реализованы принципы конструирования аппаратов — отстойников-флокуляторов (ОФ), в т.ч. эффективных камер флоку-ляции, для глубокой высокоинтенсивной очистки оборотной воды. На основе отстойников-флокуляторов созданы эффективные во всех отношениях одноступенчатые (безфильтровые) внецеховые сооружения для реагентной и безреагентной очистки оборотных вод основных металлургических агрегатов.

Введенные в эксплуатацию на металлургических заводах России и Украины более 70 аппаратов диаметром до 10 м, производительностью до 1200 м3/ч имеют, в сравнении с аналогами, принципиально лучшее сочетание технологических параметров — эффективности очистки оборотной воды и удельной гидравлической нагрузки, отражаемое предложенным критерием эффективности.

5: Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты-типа «0КУД» для глубокого гравитационного обезвоживанияокалиномас-лосодержащего осадка до влажности' 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость по луч а е м ого пр о ду кта.

6. На основе результатов исследований механизма и кинетики фильт-рованияфазработаны технология и ленточный вакуум-фильтр-типа Лн с намывным'слоем фильтровального вспомогательного вещества для механического обезвоживания, окалиномаслосодержащих осадков. В сравнении, с зарубежными технологиями фильтр-прессования удельная нагрузка увеличена в 3 4 раза-при близкой влажности обезвоженного осадка; удельные-затраты снижены ориентировочно в 5 раз. Начато строительство установок на уральских трубопрокатных заводах.

7. Запроектированы и введены в эксплуатацию за последние 5-^7 лет на .37 объектах 26 предприятий России и Украины, комплексы для очистки оборотной воды в замкнутом цикле, для обезвоживания и подготовки к утилизации осадков со значительно сниженными, в сравнении, с лучшими аналогами, капитальными и эксплуатационными, в т.ч. энергетическими затратами и занимаемой территорией. Осуществляется строительство и проектирование комплексов с применением ОФ, ОКУД и других разработанных аппаратов для 10 заводов черной металлургии.

8. Материалы работы используются автором для обучения студентов кафедры «Водное хозяйство и технология воды» УрФУ им. Б.Н.Ельцина.

9. В основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «ЭКО-ПРОЕКТ» на основе идей и результатов данной работы продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение на предприятиях стран СНГ.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 19 международных, всероссийских, всеукраинских и региональных симпозиумах, конгрессах, конференциях и семинарах, в т.н.:

Минпромполитики Украины. УкрГНТЦ «Энергосталь». Международная научно-практическая конференцияк<Экологиягнездоровье человека. Охрана воздушного и водного• бассейнов.• Утилизация отходов». Харьков* — Щелкино, АР Крым, Украина, 2004, 2005, 2007, 2008- 2009, 2010гг.; Международный конгресс «ЭТЭВК», Ялта, 2005г.; Международный симпозиум' и выставка «Чистая вода1 России», Екатеринбург, 2005, 2007, 2008' гг.; 6-ая-ежегодная* конференция* «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», Москва, МИСиС, 2008г.; Международный водный форум «ЭКВАТЭК», Москва; 2008; 2010 гг.; Международная научно-практическая конференция-«Экологическая безопасность государств - членов Шанхайской организации сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г.; Международный промышленный форум «Реконструкция промышленных предприятий — прорывные технологии в металлургии и машиностроении. Челябинск, 2009; 2010 гг.; Уральская неделя высоких технологий «Экология. Техноген», Екатеринбург, 2010 г.

Личный вклад автора состоит в выдвижении идей, научном обосновании, постановке и непосредственном проведении исследований, анализе полученных результатов и их обобщении, разработке оборудования и технологий, их патентовании, проектировании очистных сооружений и структуры систем производственного водоснабжения, их внедрении, проведении пус-ко-наладки и промышленных испытаний.

Публикации. Основные результаты исследований и разработок изложены в 86 печатных работах, включающих 6 коллективных монографий, 38 статей, в т.ч. 21 статья в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций результатов диссертационных работ, 5 статей в изданиях США и Англии, 5 в Украине; опубликовано 42 тезиса докладов. Получено 27 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели.

Структура3 и объем*работы. Диссертационная работа содержит 29 Г страницу машинописного*текста>, 97 рисунков, 32 таблицы? и состоит из'введения^ 7 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 245 наименований и 4 приложения на-52 листах, всего - 343 стр.

В диссертационной работе отражены результаты научно-исследовательских и проектно-конструкторских разработок автора, выполненных в 1980 - 2010 годах в Уральском Федеральном» университете им. первого Президента России Б.Н.Ельцина, Уральском государственном институте по проектированию» металлургических заводов (УралГипромез) и Научно-проектной фирме «ЭКО-ПРОЕКТ».

Автор1 с благодарностью вспоминает своих учителей: доктора технических наук, профессора Березюка ВТ., доктора химических наук, профессора Пушкарева В.В., лауреата Государственной премии СССР, доктора технических наук, профессора Пантелята Г.С, доктора технических наук, профессора Лотоша В.Е., кандидата технических наук, начальника отдела водного хозяйства Гипромеза Серикова Н.Ф., начальника отдела водного хозяйства УралГипромеза Рылова A.B.

Неоценимое плодотворное влияние на творческий рост автора и помощь в выполнении диссертационной работы оказали: профессор, лауреат Государственной премии СССР Аксенов В.И., доктор химических наук, профессор, академик РАЕН Свиридов В.В., кандидат технических наук, главный специалист института Челябинский Гипромез Рабинович А.Л., кандидат технических наук, заведующий лабораторией УкрГНТЦ «Энергосталь» Эпштейн С.И., доктор химических наук, профессор Никифоров А.Ф., доктор технических наук, профессор Мигалатий Е.В., доктор химических наук, профессор Жуковский В.М. Всем своим Учителям автор выражает глубокую благодарность.

Автор признателен сотрудникам руководимой им Научно-проектной фирмы «ЭКО-ПРОЕКТ», которые приняли на себя часть производственных функций автора во время завершения диссертационной работы, а особенно -кандидатам технических наук Уласовцу Е.А. и Обадину Д.Н. и моему советнику по техническим вопросам Селицкому Г.А.

Автор благодарен сотрудникам «ЭКО-ПРОЕКТ» Гавриловой И.В. и Русановой Е.А., неоценимая помощь которых в оформлении материалов диссертации позволила написать ее в столь сжатые сроки.

3. Результаты работы имеют большое народнохозяйственное значение.

Заключение

1 .Изучение литературных данных и результатов эксплуатации покат зало; что системы производственного водоснабжения заводов черной» металлургии! в значительной, степени, не; соответствуют современным» технико-экономическим^.-и экологическим требованиям: Основными* причинамшэтого являются:: отсутствие количественного- метода? анализа» и проектирования сложных: сетевых систем: производственного водоснабжения^ металлургических. предприятий; недостаточная изученность свойств технологических вод. сталеплавильного и прокатного производств, невысокая величина комплекса параметров водоочистного« оборудования - качества-очистки, в сочетании с удельной?гидравлической нагрузкой; ограниченная область использования и малая» эколого-экономическая эффективность процессовюбезвоживанияюка-линомаслосодержащих осадков сталеплавильного и; прокатного производств и их подготовки к утилизации; Эти проблемы определили цель и задачи данной работы.

2: Системы производственного водоснабженияшеталлургических заводов состоят из множества подсистем, объединенных в сложную сетевую структуру. Поэтому состав растворимых компонентов; воды, формируется всей системой' или ее значительной; частью: При проектировании? и эксплуатации систем определяющей; задачей; является обеспечение соответствия концентрации растворимых компонентов,. прежде всего - солей, технологическим и экологическим требованиям. Разработана технологическая модель с математическим описанием, которая позволяет рассчитать концентрацию растворимых компонентов во; всех подсистемах и выбрать наилучший' по технико-экономическим и экологическим показателям вариант структуры общезаводской системы.

3. Экологически наиболее опасными и образующимися в наибольшем количестве являются окалиномаслосодержащие воды и их осадки в оборотных циклах водоснабжения машин непрерывного литья заготовок сталеплавильных цехов и агрегатов горячей прокатки металла. Имея наиболее сложное строение, они являлись наименее изученными. Данные воды и осадки представляют собой трехфазные трехкомпонентные микрогетерогенные системы с содержанием нефтепродуктов до 26% от массы дисперсной фазы. На основе отличающихся гидрофобности/гидрофильности поверхности твердой фазы и полярности/аполярности жидкой дисперсионной среды теоретически возможно образование шести классов трехфазных микрогетерогенных систем. Предложено объединить их в группу эмульсионно-суспензионных систем и дополнить ими общепринятую классификацию для микрогетерогенных дисперсий. Окалиномаслосодержащие воды и осадки имеют строение В/М/Т/В1 и относятся к эмульсионно-суспензионным системам класса В.1. Выявлена-их значительная способность к ортокинетической'гидрофобной флокуляции, позволяющая;1 интенсифицировать безреагентные-процессы глубокой очистки воды и обезвоживания* осадка:

4'.Разработан отстойник-флокулятор, основной областью использования которого является1 очистка технологических вод. Высокое качество очистки при больших удельных гидравлических нагрузках обеспечивается эффективным использованием потенциала флокуляции вод в многоступенчатой камере с гидравлическим перемешиванием и системой регулирования параметров критерия Кэмпа, оборудованием тонкослойными элементами увеличенной длины, рациональным взаимным расположением функциональных зон. Предложен безразмерный критерий эффективности водоочистных аппаратов, учитывающий в комплексе качество очистки и удельную гидравлическую нагрузку. Величина критерия для отстойника-флокулятора и лучших аналогов составляет, например, при очистке оборотной воды доменных газоочисток в реагентном режиме 0,83 и 0,34, а в безреагентном - 0,63 и 0,20. На заводах работает около 70 аппаратов диаметром до 10 м. с производительностью до 1200 м /ч.

5. Во всех окалиномаслосодержащих осадках количественные соотношения масляной и твердой фаз в осадках, коэффициенты формы частиц, параметры уравнения кинетики фильтрования и другие свойства имеют высокую корреляцию с удельной поверхностью частиц окалины. Поэтому предложена система идентификации данных осадков, основанная' на величине удельной поверхности первичных частиц окалины.

6. Предложена физическая- модель фильтрования* окалиномаслосо-держащих осадков.через пористые перегородки с одновременным закупориванием ее пор и образованием слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, отличающееся от аналогичного выражения для суспензий дополнительным членом, отражающим сопротивление закупоривания. Закономерности использованы при разработке технологии и аппарата - ленточного вакуум-фильтра типа Лн для обезвоживания осадков* с высоким содержанием нефтепродуктов, в котором на подложку - фил ьтроткань намывается слой фильтровспомогателя. В сравнении с фильтр-прессованием, производительность увеличена» в 2 — 3 раза - до 30 - 90 кг/(м -ч) при близкой влажности обезвоженного осадка (17 — 25%). В качестве фильтровспомогателей используются отходы металлургии.

7. Разработаны технология, и аппарат для отстаивания, классификации, уплотнения и дренирования (ОКУД) полидисперсных осадков, основанные на гидравлической классификации дисперсной фазы. ОКУД является разновидностью горизонтального отстойника с дренирующими кассетами, установленными в стенке со стороны подачи осадка, что исключает закупоривание их загрузки нефтепродуктами и твердыми частицами. Высокую эффективность определяют сочетание глубокого безреагентного обезвоживания ОМО до влажности 15%, достаточно высокой удельной нагрузки -5^-6 кг/(м2-ч), выполнение указанных операций в одном аппарате.

8. Основой для разработки технологии подготовки окалиномаслосо-держащих осадков к утилизации принят высокоэффективный метод холодного окомкования дисперсных материалов. Метод органически дополнен предшествующими стадиями обезвоживания и термического обезмасливания и более эффективным непрерывным шахтным агрегатом для пропарки окатышей, что позволило создать комплексную технологию утилизации осадков в металлургических агрегатах. Под техническим руководством автора выполнены рабочие проекты установок для трубопрокатных заводов.

9. Разработаны: внутрицеховые первичные отстойники окалины, оборудованные системой тонкослойного отстаивания с повышенной надежностью работы и уменьшенным в 2 + 3 раза объемом, осветлительные и сорбционные фильтры без специальной системы промывки загрузки, компактные сгустители-флокуляторы осадка, простые решения по повышению эффективности типовых смесителей и камер хлопьеобразования.

10. Принципиально улучшены технико-экономические и экологические показатели, санитарно-гигиенические условия труда и эстетические качества очистных сооружений. Их управление осуществляется АСУ ТП.

11. Разработки^ запатентованы и за последние годы внедрены на 37 объектах 26 металлургических заводов России и Украины. Выполняются проекты и строятся около 10 новых объектов.

-1

12. На основе идей и результатов диссертации в основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «ЭКО-ПРОЕКТ» продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение в черной металлургии стран СНГ.

Таким образом, в результате выполнения исследований и разработок принципиально повышен технико-экономический и экологический уровень систем производственного водоснабжения предприятий черной металлургии, что и являлось целью данной работы.

1. Кляйн, С. Э. Экологические проблемы в металлургии. Сточные воды Текст. : учебник для вузов / В. В. Воронов, В. И. Аксенов, С. В. Карелов. -Екатеринбург : УГТУ-УПИ; 2005. с. 441.

2. Разработка технических решений по? замыканию систем водоснабжения предприятий металлургии Украины Текст. : Отчет о НИР / НПО «Энергосталь ; Руководитель Пантелят Г. С. Харьков, 1994. - с. 93 - № 03196.

3. Когановский, А. М. Оборотное водоснабжение химических предприятий Текст. / А. М. Когановский, В. Д. Семенюк.- Киев : Будивельник, 1975. -с. 231.

4. Головных, Н. В. Системы замкнутого и оборотного водоснабжения в алюминиевом производстве Текст. / Н. В. Головных, С. Б. Полонский, И.' И. Шепелев // Экология производства. 2008. - №3. - с. 53-59.

5. Багров, О. Н. Системы полного оборотного водоснабжения в цветной металлургии Текст. / О. Н. Багров, В. Н. Антонов, Э. П. Куликов, О. В. Смирнова. — М. : Металлургия, 1978. — с. 144.

6. Алферова, Л.А. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов Текст. / Л. А. Алферова, А. И. Нечаев. -М.: Стройиздат, 1984.

7. Аксёнов, В.И. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических предприятий Текст. / В. И. Аксенов. М. : Металлургия, 1983. - с. 88.

8. Ласкорин, Б.Н. Безотходная технология в промышленности Текст. / Б. II: Ласкорин, Б. В: Громов, А. П. Цыганков, В. Н. Сенин. М; : Стройиздат, 1986.-с. 160.

9. Браславский И.И., Проектирование бессточных схем* промышленного водоснабжения Текст.;/ И:,И.1 Браславский,; В| Д: Семенюк^.А. Когановский> адр.-Киев;;: Буд1вельник, 1977.,— с. 204;,

10. Кучеренко; Д.И: Оборотное водоснабжение:(системы водяного;охлаждения) Текст. / Д. И. Кучеренко, В. А. Гладков: М. : Стройиздат, 1980: -с. 169. • ■ . . ■ ".' ■■■ ' "'.; . • ''' ' .,:/■/' : \ ■ ;

11. Паигелят, Г'.С. Совершенствование систем оборотного водоснабжения металлургических предприятий Текст. / Г. С. Пан гелят // Водоснабжение и санитарная техника. — 1996. №8. - с. 20-21.

12. Пантелят Г.С., Расчет солесодержания в полностью замкнутых системах оборотного водоснабжения газоочисток доменных печей Текст.Карп Б.Х. / Сталь, №7, 1981, с: 83-86.

13. А.М.Кутепов, В.П.Мешалкин, А.В:Невский, В.А.Шарнин, В.А.Шорманов: Термодинамический подход к проектированию систем водо-потребления и водоотведения промышленного предприятия Текст. /Экология и промышленность России.- №4 2002.- с. 12 - 15.

14. Е.И.Прохоров, И.А.Нечаев. Совершенствование водного хозяйства промышленных предприятий Текст. // Водоснабжение1 и санитарная техника.142009.- с. 11 16.

15. Аксенов В .И!, Беличенко Ю.П., Галкин Ю.А.Замкнутые системы водоис-пользования на трубных предприятиях Текст.1* /.- М.:Металлургия, 1987.-с. 112.

16. Защита водоемов от загрязнения сточными водами предприятий черной металлургии Текст. // Г.М.Левин, Г.С. Пантелят, И.А. Вайнштейн* и др. М. : Металлургия, 1978.- с. 216.

17. Липкин Я.Н., ШтанькоЕ.М. Химическая и электрохимическая обработка стальных труб Текст. /.-М.: Металлургия, 1974.- с. 216.

18. Северденко В.П., Макушок Е.М., РавинА.М. Окалина при горячей обработке металлов давлением Текст. /.- М.: Металлургия, 1977.- с. 208.

19. Определение вещественного и гранулометрического состава железосодержащих шламов металлургических предприятий Текст. /: Отчет о НИР/Уралмеханобр; Руководитель А.М.Горелов.-ЖГР 78038532; Инв. № Б 823233.-Свердловск, 1978.- с. 123.

20. Шабалин А.Ф. Очистка и использование сточных вод на предприятиях черной металлургии Текст. /. — М.: Металлургия. 1968.- с. 506.

21. Водное хозяйство заводов черной металлургии Текст. / Н.Ф. Сериков, Г.Н.Красавцев, Ю.И.Ильичев, А.В.Рылов.- М.Металлургия, 1983.- с. 407.

22. ЗО.Черножуков Н.И., Крейн С.Е., Лосиков Б.В. Химия минеральных масел Текст.i/.-М.Тостоптехиздат,1959.- с. 416.

23. Шехтер Ю.Н., КрейнС.Э. Поверхностно-активные вещества из нефтяного сырьяТекст. /.-М.:ХимияД971.- с. 416.

24. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам Текст. /.-Л.: Химия, 1985.- с. 316.

25. Интенсификация процессов обезвоживания Текст. //В.С.Каминский, М.Б.Барбин, Л.Д.Долина и др.- М.: Недра, 1982.- с. 2524.

26. Глембоцкий В.А., Классен В.И. Флотационные методы обогащения. 2-е изд.перераб. и доп.- М.:Недра, 1981.- с. 304.

27. Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., Мэн С.К., Очистка маслосодержащих сточных вод. -М.: Металлургия, 1980.- с. 200.

28. Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. Физическая адсорбция. T.I. М.: Иностр. лит-ра, 1948. - с. 784.

29. Киселев В.Ф. О границах между физической и химической адсорбцией //роль газов и реагентов в процессах флотации. Труды совещания по теории флотационного обогащения. М.: АН СССР, 1950. - с. 13-31.

30. Мокроусов В.А. О взаимодействии собирателей с поверхностью минералов // Роль газов и реагентов в процессах флотации. Труды совещания по теории флотационного обогащения.- М.: АН СССР, 1950. с. 128-141.

31. Дубинин М.М. Физико-химические основы сорбционной техники.-Mi: ОНТИ, 1935.- с. 217.

32. Дубинин М.М., Радушкевич JI.B. К вопросу об уравнении характеристической кривой, для активных углей//ДАН'СССР.- 1947.-Т.55, №4.-с. 331-334.

33. Гурвич JI.F. Научные основы переработки нефти.- М!: ОНТИ, 1925.-369 с.

34. A.c. 920001.М.Кл3 С 02 Г 1/38. Способ обработки шламов прокатного производства/Е.Г.Евецкий, Ю.М.Супрун, В.А.Голубев и др. (СССР).- № 2949812/23-26; Заявл. 02.07.80; Опубл. 15.04.82. Бюлл. № 14.- с. 5.

35. Голубев. В.А., Куницына А.И. Обезвоживание окалины из вторичных отстойников прокатного производства // Сб. научных трудов ин-та ВНИПИЧерметэнергоочистка.-1975.-Вып.З.- с. 184-188.

36. Исследование способов подготовки к утилизации шламов прокатных цехов: Отчет о НИР; Руководитель В.А.Голубев.-№ ГР 7403262; Инв. № Б 452 632.-Харьков, 1975 с. 63.

37. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий.-4-е изд., перераб. и доп.-М.: Химия, 1980.- с. 400.

38. Туровский И.С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание. -М.: ДеЛи принт, 2008.- с. 376.

39. Яковлев C.B., Аксенов В.И., Волков Л.С. Обезвоживание осадков сточных вод металлообрабатывающей промышленности.- М.: Стройиздат, 1984.-с. 97.

40. Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза.- М.: Химия, 1971.- с. 319.

41. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в неде-формируемой пористой среде.-М.-Д.: ГИТТЛ, 1953.- с. 319.

42. Лейчкис И.М. Фильтрование с применением вспомогательных веществ.-Киев.: Техника, 1975.- с. 192.58.3игель В. Фильтрация. М.: ГОНТИ, 1939. - с. 171.

43. Miguone N.A. Review of improved solid-liquid separation to meet treatment requirements/ «Ind/Water Eng»., 1979; 16, 1, 16-19.

44. Дерягин Б.В. Теория гетерокоагуляции, взаимодействия и слипания разнородных частиц в растворах электролитов//Коллоидный журнал.-1954.- № 6,- с. 613-619.

45. Дерягин Б.В., Захаваева И.Н., Лопатина A.M. Исследования в области поверхностных сил.-М.: Наука, 1965. — с. 543.

46. Воюцкий С.С., Кальянова К.А., Панич P.M. О механизме отфильтровы-вания дисперсной фазы эмульсий//ДАН СССР.-1953.- Т. 91, № 5.- с. 11551158.

47. Воюцкий С.С., Фодиман Н.М., Панич P.M. О фильтрации эмульсий//Изв. Вузов. Химия и химическая технология.-1958.-№2.- с. 72-83.

48. Очистка парового конденсата производства изопрена от эмульсионых продуктов/ Б.Г. Оссовский, А.И.Соколов, Г.И. Ковшова и др.// Химия и тех-нолгия воды.- 1981.- Т.З, №3.- с. 258-260.

49. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами, 1977, - М.: Наука, 1977. -с. 356.

50. Прошин Э.А. Гидродинамический режим процесса,коагуляции при очистке природных вод // Труды ВНИИВОДГЕО. 1977. Вып. 67. - С. 66-74.

51. Пантелят Г.С.Системы водоснабжения металлургических производств, исключающие сброс отработанных вод в водоемы. Дис.докт. техн. наук.-Харьков, 1985.- с. 517.

52. Эпштейн С.И. Исследования по моделированию процессов осветления сточных вод газоочисток мартеновских и доменных печей: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Челябинск, ЧПИ, 1972 г.- с. 32.

53. Пономарев В.Г. Моделирование и расчет отстойников // Водоснабжение и санитарная техника. — 2010. — №1. с. 37-41.

54. Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г. Образование и очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. СОЮЗ ДИЗАЙН. 2009. - с. 352.

55. Разработка способа интенсификации очистки сточных вод цехов горячего проката от окалины и масел с помощью новых видов коагулянтов: отчет о НИР/ ВНИПИЧерметэнергоочистка.- Рук. В.Б.Шуб. Арх.№0199. - 1980 г.-с. 91.

56. Хаммар Яхиа. Интенсификация очистки сточных вод прокатных производств применительно к республике Алжир: Автореферат диссертации насоискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург. — 1993 г.-с. 18.

57. Канский А. Б. Исследование и разработка радиального отстойника с встроенной камерой хлопьеобразования для очистки воды систем оборотного водоснабжения станов горячего проката: Автореф. дис. .канд.техн. наук. — Москва, 1980 г. -с. 24.

58. Оптимальные условия образования хлопьев при* коагулировании сточных вод / Ю.И. Вейцер, F.H. Луценко, А.И. Цветкова // Водоснабжение и санитарная техника. А.М. 1980. - №3. - с. 2-5.

59. Физико-химическая обработка, как один из методов очистки стоков / Д.А. Молоканов, E.BI Ищенко // Экология производства. 2008. №5. — с. 83-85.

60. Повышение эффективности процесса осветления' воды. / A.B. Коверга, И.Ю. Арутюнова, Б.В. Малышев // Водоснабжение и санитарная техника. -2009. № 10, ч. 1. - с. 43-48.

61. Основные методы интенсификации процессов очистки воды на водопроводных станциях / Л.Н. Алексеева, Г.В. Дружинина //Водоснабжение и канализация. 2009. - №3. - с. 62-70.

62. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев C.B. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М.: НИИ КВОВ. 2005 - с. 572.

63. Скирдов И.В., Пономарев В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. -М.: Стройиздат. 1975. с. 176.

64. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.:Стройиздат, 1971.- с. 579.

65. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод.- М.: Стройиздат. 1984.- с. 185.

66. Гандурина Л.В. Органические флокулянты в технологии очистки природных и промышленных сточных вод и обработки осадка. Аналитический обзор. М.: ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2002.- с. 74.

67. Гетманцев C.B., Нечаев И.А., Гандурина* Л.В. Очистка промышленных сточных* вод коагулянтами и флокулянтами. Научное издание.- Изд. АСВ.-М.:2008.- с. 272.

68. Аксенов В.И., Гандурина Л.В., КеринА.С. и др. Водное хозяйство промышленных' предприятий. Флокулянты: Справочное издание: Книга 6/ Под ред.В<И.Аксенова.-М.: Теплотехник, 2010.- с. 256.

69. Демура М.В. Тонкослойные отстойники.- Киев: Будивельник, 1982.- 50 с.

70. Технический отчет по оказанию технической помощи при*пуске и наладке оборотного цикла-газоочисток доменных печей завода «Запрожсталь»: Отчет о НИР/Внипичерметэнергоочистка; Руководитель работы С.И:Эпштейн.-Арх.№ 16846.- Харьков, 19831- 123 с.

71. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка конструкции фло-кулятора диаметром 12 м для очистки сточных вод от взвешенных веществ»». Научно-производственное объединение «Энергосталь». Харьков. 1987г.

72. Новый аппарат тонкослойный флокулятор / С.И. Эпштейн, З.С. Музыкина // Водоснабжение и санитарная техника.-1985. - №12. - с. 9-10.

73. Обследование и наладка фильтров в системе очистки сточных вод / В .Г. Пономарев, Д.А. Пономарев // Водоснабжение и санитарная техника. 2007. -№6, чЛ.-с. 21-24.

74. Журба М.Г. Пенополистирольные фильтры. М.: Стройиздат, 1992. -с. 176.

75. Назаров В .Д., Аксенов В.И!, Назаров М:Д. Водное: хозяйство промышленных предприятий: справочное издание: Книга 5 / Подред.В.И; Аксенова. -М.: Теплотехник, 2010. с. 439. :

76. Исследование процесса магнитного обезвоживания. / Шустер К.Ш., Иванов Н.М. В сб. «Очистка водного и воздушного бассейнов на; предприятиях черной металлургии», вып. 1. Изд-во «Металлургия», 1972, с. 130-133.

77. Хабаров O.G. Очистка сточных вод в металлургии (использование магнитных полей). -М.: Металлургия, 1976. — с. 224.

78. Сенарский HiC. Магнитные методы обработки железосодержащих сточных вод. Науковий вюник будництва, Вип.11, Академiя буд1вництва Украши. Харгав.- ХДТУБА. - 2000,- с. 260-264.

79. Колотило A.M. Замкнет системи водопостачання переробних та míhí-завод1в 40pH0Í металурги. Автореферат дисертацп на здобуття вченого сту-пеня кандидата техшческих наук. Харгав, 2000 р. — с. 19.

80. Андронов В.А. Еколопчно безпечш системи оборотного водопостачання kokcoxímÍ4hhx, металургшных i машинобуддвних шдприемств. Автореф. дис.докт. техн. наук. Донецьк, 2006 р:

81. Симон Р. Оборотное водоснабжение на металлургическом заводе // Iron and Steel Engineering. 1978.- №2.- P. 42-49.

82. Разработка замкнутой бессточной системы водного хозяйства'Синарско-го трубного завода: Отчет о НИР/ Уральский политехнический ин-т им; С.М.Кирова; Инв. № 02840048061.- Свердловск. 1984.- с. 119.

83. Непрерывный процесс обработки воды для сбора и фильтрации вторичной окалины / И.Г. Гаврилов // Новости черной металлургии за рубежом, №5, 2006. с. 85-87.

84. Непрерывный процесс обработки воды для сборами фильтрации вторичной окалины / И.Г. Гаврил ов // Новости черной металлургии за рубежом, №5, 2006. с. 85-87.

85. Вигдер Я. Оборотное водоснабжение в черной металлургии //Черные металлы, № 3, 2006, с. 32-34.

86. Красавцев Г.Н. Очистка сточных вод на металлургических за водах за рубежом // Защита от загрязнений воздушного и водного бассейнов // Центр. НИИ информации и техн.-экон. исслед. черной металлургии, серия 22, информация № 2,- М., 1970. с. 23.

87. Красавцев Г.Н., Ильичев Ю.И., Кашуба А.И. Рациональное использование и защита водных ресурсов в черной металлургии. М.: «Металлургия», 1989. - с. 286.

88. Коваленко В .П. Загрязнение и очистка нефтяных масел.- М.: Химия, 1978. с. 304.

89. Гольдберг Ю.С., Гонтаренко A.A., Баришпольц В.Т. и др. Процессы и оборудование для обезвоживания руд, М.: Недра, 1977.- с. 168.

90. Топорков м.в., Кизим BIB;,Ковалев Г.М1, Тишков В1Я. Получение углеродистого! железофлюсаиз! отходов: металлургических производств // Тематический сборник научных трудов НПО «Энергосталь» М. - «Металлургия». - 1988. - с. 59 - 63.

91. Сидоров Е.В;, Валуев А.Г., Босякова H.A., Степанова ЭЛЗ. Подготовка железосодержащих отходов для использования в качестве сырья. Сталь, №10, 2009, с. 105-106.

92. Голов Г.В., Тяжельников A.A. Подготовка и использование мелкодисперсных техногенных отходов на Нижнетагильском металлургическом комбинате // Бюллетень Черная металлургия, № 10, 2007, с. 65-66;

93. Лотош, В.Е. Безобжиговое окускование тонкодисперсных; материалов и мелочи! полезных ископаемых.- Екатеринбург : ИД «Филантроп», 2009.-с. 525.

94. Галкин Ю.А. Технологическая модель, сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий-и комплексов / Ю.А.Галкин.// Водоснабжение и санитарная техника. №6. 2010. - с. 27-31.

95. Галкин Ю.А. Математическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов V Ю.А.Галкин // Экология и промышленность России. 2008. №3.- с. 36-39.

96. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды.- М.: Изд. АСВ, 2003.-с. 229.

97. Найденко В.В., Кулакова А.П., Шеренков И.А. Оптимизация процессов очистки природных и сточных вод. -М.: Стройиздат. — с. 152.

98. Булыжев Е.М. Технологическое обеспечение машиностроительных производств смазочно-охлаждающими жидкостями: Автореф. дисс. докт. техн.наук. Пенза, 2003. с. 32.

99. Березуцький B.B. Технологш i. обладняння очистки, знешкоджування i використання маслоемульсшних ст1чних вод: Автореф. дисс . докт. техн. наук. Харюв, 1997. с. 33.

100. Ходаков. G.C. Седиментационный анализ' высокодисперсных систем., М.: Химия, 1981. с. 192.158: Митрофанов* С.И., Барский. JI.Al, Самыгин В.Д. Исследование полезных ископаемых на обогатимость,- М;: Недра, 1974.- с. 352.

101. Воскресенский,П.И: Техника лабораторных работ. М. :,Химия'; 1969 -с. 719: ;

102. Практикум по коллоидной'химии и. электронной микроскопии // Под ред. C.G. Воюцкого и Р.М.Панич.т М1: Химия; 1974,- с. 224.

103. Лурье.ЮЖ): Справочник, по аналитической химии;- 5-е изд. перераб: и< дот- М.: Химия, 1979:.- с. 480.162^ Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах: Пер. с англ./Под ред. В.В.Налимова.- М:: Мир, 1969. с. 395.

104. Рабинович С.Г. Погрешности измерений,- Л.: Энергия, 1978. с. 262.

105. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и<измельченных материалов. 3-е изд., перераб.- Л.:Химия, 1987.с. 264.

106. Карасев А.И., Аксютина З.М., Савельева Т.И. Курс высшей математики для экономических вузов. 4.II. Теория вероятностей и математическая статистика. Линейное программирование.- М.: Высш. школа, 1982,- с. 320.

107. Колмогоров А.Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении // ДАН CCCP.-t.XXXI, №2. с. 99-101.

108. Андреев С.Б., Товаров Ж.В., Перов Б.А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик и гранулометрического состава. М.: Металлург-издат, 1959. - с. 437.

109. Круглицкий H.H., Третиник В.Ю., Новотров A.C. Адсорбционные исследования продуктов обогащения железных и марганцевых руд//Химическая технология. Киев.:Наукова думка, 1972. - №5 - с. 58-59.

110. Фукс H.A. Механика аэрозолей; М.: Изд-во АН СССР, 1855. - с. 351. 170* Кремнев¡.ЛШ;, Ревдаль А;А. О) механизме эмульгирования // Коллог идныйжурнал.- 19541-№1-с. 95-102. . ,

111. Галкин KDiA. О сорбции маслопродуктов отходами металлургического производства / Ю.А.Галкин, В.Г.Березюк, В;И.Аксенов // Журнал прикладной химии. Академия наук СССР. - Ленинград, 1986. - с. 2-11.

112. Галкин Ю.А. Особенности сорбции маслопродуктов отходами металлургического производства / В1Г.Березюк, Ю.А.Галкин, О.В.Евтюхова // Химия и технология неорганических сорбентов: Тезисы докладов X Всесоюзного семинара. Душанбе, 1986. - с. 282.

113. Галкин Ю.А. Классификация эмульсионно-суспензионных систем / Ю.А.Галкин// Вестник УГТУ У ПИ. Строительство и оборудование. Сборник научных трудов. - Екатеринбург, 2005. - №14(66). - с. 293-294.

114. Галкин Ю.А. Математическое описание процесса фильтрования через вспомогательные вещества / Ю.А.Галкин // Химия и технология воды. 1987. - Т.9. - №5; - с: 387-390t

115. Галкин Ю.А. Особенности процесса фильтрования эмульсионно-суспензионных систем / Ю.А.Галкин // Материалы всероссийской конференции: Экологические проблемы промышленных регионов. Екатеринбург, 2001. -с. 61.

116. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д!А. Аппараты со стационарным зернистым слоем.- JL: Химия, 1979: с. 176.

117. Патент РФ №1722528. Галкин Ю.А,.Л.Л. Кочнев и др. Аппарат для осветления воды. Заяв. 19.07.1990. Опубл. 30.10.1993.

118. Патент РФ №2182838 Галкин Ю.А. Аппарат для осветления жидкости. Заяв.06.08.2001. Опубл. 27.05.2002.

119. Патент РФ*№2234357. Галкин Ю:А, Аппарат для осветления жидкости. Заяв. 04.10.2002. Опубл. 20.08.2004.

120. Галкин Ю.А. Конструктивные особенности^ технологические парамет-рьг отстойников-флокуляторов / Ю.А.Галкин // Международная выставка и конгресс «Вода: экология и технология». ЭКВАТЭК-2008. Секция: Водоот-ведение и очистка стоков. М., 2008. - с. 53-57.

121. Галкин Ю.А. Разработка и результаты применения отстойников-флокуляторов для'очистки оборотной воды металлургических заводов1 России и Украины / Ю.А.Галкин // Водоснабжение и санитарная техника.- 2010. № 2. - с. 5-9!

122. Галкин Ю.А. Приближённый расчёт гидравлических параметров двухступенчатой камеры флокуляции отстойников-флокуляторов' / Ю:А.Галкин, С.И.Эпштейн // Деп. в ВИНИТИ. Москва. Екатеринбург, 2008.

123. Галкин Ю.А. Определение гидравлических параметров камеры флокуляции отстойника-флокулятора / Ю.А.Галкин, С. И. Эпштейн // Экология и промышленность России. 2009. - №2. - с. 38-42.

124. Яблонский B.C. Краткий курс технической гидродинамики. М.: Физ-матгиз, 1961. - с. 356.

125. Обследования оборотного цикла плавильных печей №№ 1,2 ОАО «Се-ровский завод ферросплавов»: технический отчет: ЭП-476.ТП. / рук. работы Ю.А.Галкин; исполн.: Д.Н.Обадин Екатеринбург, 2008. - с. 43.

126. Разработка и опыт промышленной эксплуатации системы оборотного водоснабжения технологических газоочисток доменных печей ОАО «Енаки-евский металлургический завод» / Ю.А.Галкин, С.А.Титкова, М.М.Пиниэлле, Г.А.Титков // Экология. -2010.-е. 130-132.

127. Седиментационное выделение окалины из воды грязного оборотного цикла стана «2000»: ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат»: лабораторные исследования: ЭП-384.ЛИ/ рук. работы Ю.А.Галкин; исполн.: Д.Н.Обадин Екатеринбург, 2004. - с. 10.

128. Проведение опытно-промышленных испытаний по обработке грязного оборотного цикла флокулянтом «Праестол-650»: оборотное водоснабжение стана 250/150: ЭП-120.ПН.ТИ-2/ рук. работы Ю.А.Галкин; исполн.: Д.Н.Обадин Екатеринбург, 2007. - с. 19.

129. Определение параметров очистки воды ГОЦ вакууматора ОАО «НТМК»: технический отчет/ рук. работы Ю.А.Галкин; исполн.: Д.Н.Обадин — Екатеринбург, 2010.-е. 13.

130. Отстойники-флокуляторы. Технические условия ТУ 4859-001-137060782007.

131. Патент РФ №35729. Галкин Ю.А. Аппарат для освеления жидкости. За-яв. 16.10.2003. Опубл. 10.02.2004.

132. Патент РФ № 2281139 Галкин Ю.А., Феоктистова Е.В. Камера хлопье-образования горизонтального отстойника. Заяв. 16.02.2005. Опубл. 10.08.2006.

133. Патент РФ № 57140 Галкин Ю.А., Уласовец Е.А., Сидорова И.А. Первичный отстойник. Заяв. 05.04.2006. Опубл. 10.10.2006.

134. Патент №2161060. Галкин Ю. А. Способ очистки жидкости от дисперсной фазы и фильтр для очистки жидкости. Заяв. 26.04.1999. Опубл. 27.12.2000.

135. Галкин Ю: А. Физико-химические и фильтрационные свойства осадков окалиномаслосодержащих сточных вод : Автореф.- дис. канд. хим. наук.— Свердловск, 1988. с. 20.

136. Патент на изобретение-№1088756. Галкин Ю.+ А. и др. Ленточный фильтр. Заяв. 20.12.1982. Опубл. 30.11.1993.

137. Авторское свидетельство № 96602 КСпособ очистки сточных вод от масел и взвешенных веществ

138. Руководящий технический материал. Методика расчета вакуум-фильтров непрерывного действия, наливного типа: РТМ26-01-61-73. НИИХИММАШ.- М., 1975.- с. 53.

139. Бродский Б.З., Бродский Л.И., Голикова Т.И. и др. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиноминальных моделей/ М. '.Металлургия, 1982.- с. 752.

140. Галкин Ю.А. Технология механического обезвоживания окалиномаслосодержащих осадков / Ю.А.Галкин // Сборник научных статей XVII международной научно-практической конференции: Экология и здоровье человека.

141. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. Щелкино, АР Крым. 2010. Харьков. 2010. - с. 256-261.216: Патент РФ № 2286197. Галкин Ю:А., Уласовец Е.А., Сидорова И.А. Горизонтальный отстойник. Заяв. 20.12.2004. Опубл. 20.10:2006.

142. Галкин? Ю.А. Интенсификация обезвоживания осадка в горизонтальном отстойнике / Ю.А.Галкин, И.А.Сидорова // «Вестник УГТУ-УПИ». Строительство ; № оборудование: Сборник научных трудов: Екатеринбург, 2005: -№14(66).-с. 289-292.

143. Галкин Ю.А. Обезвоживание окалиномаслосодержащих осадков гравитационными методами на металлургических предприятиях / Ю.А.Галкин, И.А.Сидорова, ВЖАксенов // «Чистая вода.России 2007». Статьи и тезисы. - Екатеринбург, 2007. - с. 369-371.

144. Лотош В.Е.Фундаментальные основы природопользования. Книга третья. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: «Полиграфист», 2007. - с. 503:

145. Галкин Ю.А. Установка для; утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных; вод . трубопрокатных цехов / Ю.АЛ алкин, В.И.Аксенов, А.А.Чесноков, BiE. Лотош; В1Г.Березюк, ЛШКочнев;. АлВ1Жарвов•;// Сталь. -1985.-№10.-с. 9J-93. \

146. Галкин Ю.А. Технология утилизации осадков сточных вод машиностроительных предприятий / Ю.А.Галкин, В.Е.Лотош, В:И: Аксенов,

147. A.А.Чесноков, Л:Л.Кочнев // Химия и технология воды.- 1990. Т. 12. - №6. -с. 563-567.

148. Галкин Ю.А. Обработка осадков сточных вод машиностроительных предприятий с целью их утилизации / В.Е.Лотош, В.И.Аксенов, Ю.А.Галкин // 3-я республ. НТК «Замкнутые технологические системы водопользования». -Кишинев, 1990.

149. Галкин Ю:А. Совершенствование технологии утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод машиностроительных предприятий /

150. B.Е.Лотош, Ю.А.Галкин // Сталь. 1996. - №8. - с. 65-67.233Авторское свидетельство? № 1755909 Способ обработки вредных тонкодисперсных отходов:

151. Галкин Ю.А. Современные технологии и оборудование для очистки оборотных и сточных вод металлургических предприятий / Ю.А.Галкин // Бюллетень научно-технической и экономической информации Черная металлургия. 2007. - №2. - с. 78-80.

152. Галкин Ю.А. Инновационные технологии водоподготовки для основных переделов черной металлургии / Ю.А.Галкин // Сталь. 2009, - №3. - С.92-93.

153. Рашников В.Ф., Сеничев Г.С., Тахаутдинов P.C. Природоохранная деятельность ОАО ММК // Сталь. 2007. №2. - с. 135-139.

154. Пыриков А.Н., Вильданов С.К., Лиходиевский A.B., Мартынов H.H. Пути решения экологических проблем в черной металлургии // Сталь. 2008. -№5. - с. 99-103.