автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Методика проектирования объединенной системы очистки судовых сточных и нефтесодержащих вод

_004613568 <1

Писарев Антон Олегович

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕДИНЕННОЙ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ СТОЧНЫХ И НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Специальность 05.08.03 «Проектирование и конструкция судов»

Автореферат . -

диссертации на соискание ученой степени ^ ПУЛ ¿и Ш кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2010

004613568

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Курников Александр Серафимович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Решняк Валерий Иванович

кандидат технических наук, доцент Васькин Сергей Владимирович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Санкт-петербургский университет водных коммуникаций» (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится 02 декабря 2010 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 223.001.02 при ФГОУ ВПО «ВГАВТ» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а, аудитория

2$±.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «ВГАВТ».

Автореферат разослан 02 ИОЭ^Р'Х 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доц

Кеслер А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в связи с начинающимся ростом производства и интенсивным развитием судоходства в России, а также перспективным вступлением в ВТО и открытием внутренних водных путей для иностранных судов, продолжается ухудшение качества воды малых и крупных рек. Эксплуатация качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью невозможна без решения проблем утилизации судовых отходов, которые неизбежно образуются на борту при проведении производственной и общесудовой деятельности. В их числе судовые сточные и нефтесодержащие воды, для утилизации которых в настоящее время на флоте предусмотрено два способа.

Первый - раздельное накопление этих видов отходов для сдачи на берег. Недостатком его является необходимость иметь на борту емкости, что требует дополнительных помещений и уменьшает провозную способность, а также использовать вспомогательные суда для доставки отходов на береговые предприятия переработки, спецпричалы и прочую инфраструктуру. К тому же процесс сдачи указанных видов отходов на берег является дорогостоящим, что в конечном итоге приводит к значительным затратам судовладельцев.

Второй - переработка отходов на борту судна при помощи специальных систем для очистки сточных (СВ) и нефтесодержащих (НВ) вод, но эти системы переработки являются отдельными, не взаимодействующими, что в свою очередь значительно увеличивает массо-габаритные характеристики.

Указанные недостатки существующей системы обслуживания флота и систем переработки отдельных видов отходов явились поводом для поиска новых подходов к комплексному решению проблемы утилизации судовых СВ и НВ.

Проведенный анализ работ различных российских и зарубежных ученых, к которым относятся Баранов A.JL, Богатых С.А., Васильев JI.A., Волков Л.С., Карастелев Б.Я., Кульский Л.А., Курников А.С, Лукиных Н.Л., Решняк В.И., Стаценко В.Н., Этин В.Л., Яковлев C.B. Баадер В., Бойлс Д., Бренндерфер М., Доне Е., Заборски О., Соуфер С., Рандольф Р. и др., показывает, что разработки и исследования, выполненные по очистке СВ и НВ, ориентированы не на решение общей проблемы повышения экологической безопасности судна, а на частные решения этих задач. В этих работах отсутствует общая стратегия поиска, не были обобщены полученные результаты различных технологических схем очистки СВ и НВ. Исследования характеризовались отсутствием универсальности и могли быть полезны лишь при рассмотрении отдельных задач технологии очи-

стки стоков. Не рассматривались взаимосвязи технологий обработки СВ и НВ, что позволило бы объединить ряд судовых систем в единый комплекс, например комплекс систем очистки СВ и НВ.

Комплексный метод при проектировании судовых систем позволяет производить эффективную переработку и утилизацию основных видов судовых отходов, используя универсальные технологии обработки различных сред с одновременным уменьшением антропогенной нагрузки на окружающую среду. Таким образом, проблема проектирования систем для переработки и утилизации судовых отходов актуальна и требует скорейшего разрешения.

Целью диссертационной работы является создание научно-обоснованной методики проектирования объединенной системы по очистке судовых СВ и НВ, производящей обработку исходной жидкости современными методами в соответствии с требованиями российских и международных контролирующих организаций.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе анализа методов обработки СВ и НВ в судовых системах их очистки (СОСВ и СОНВ соответственно) разработать современные принципиальные схемы этих систем.

2. Рассмотреть возможность объединения СОСВ и СОНВ на завершающей стадии очистки в силу идентичности предложенных методов обработки.

3. Создать математическое описание работы элементов систем с учетом их особенностей при функционировании в судовых условиях.

4. Выполнить экспериментальные исследования по определению неизвестных величин, влияющих на работу элементов системы.

5. Разработать блок-схему расчета и методику проектирования объединенной системы по очистке СВ и НВ.

6. Дать социально-экологическую и экономическую оценки предлагаемым мероприятиям.

Объектом исследования являются судовые системы, имеющие в своем составе элементы механической и химической очисток СВ и НВ.

К предмету исследования относятся процессы, протекающие при переработав судовых СВ и НВ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. .Впервые представлена концепция совершенствования и объединения систем очистки СВ и НВ, обоснованная едиными технологическими приемами обработки стоков.

2. Впервые предложено использование аппаратов гидроциклонного типа в составе судовых СОНВ для интенсификации механической очистки исходных НВ.

3. По результатам экспериментальных исследований определены оптимальные геометрические и режимные параметры гидроциклонов при выделении нефтепродуктов и взвешенных веществ из исходных НВ.

4. Научно обоснована и доказана экспериментально целесообразность применения озонирования при очистке судовых НВ.

5. Создана математическая модель объединенной системы очистки СВ и НВ, на основе которой разработана новая принципиальная схема взаимодействующих систем очистки.

Практическая ценность.

Применение результатов работы позволяет:

1. Производить комплексную обработку судовых СВ и НВ в единой системе.

2. Определять оптимальные условия функционирования гидроциклонных аппаратов в составе СОНВ.

3. Рассчитывать геометрические и режимные параметры основных элементов объединенной системы очистки СВ и НВ.

Реализация результатов работы выражается в следующем:

1. Патент РФ на полезную модель № 89484.

2. Методика проектирования предложена для пассажирского колесного теплохода типа «СУРА» проекта ПКС-40, предназначенного для кольцевого маршрута Москва - Нижний Новгород - Москва.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа на основе известных зависимостей гидродинамических, физических и химических процессов, происходящих в СОСВ и СОНВ. Адекватность модели подтверждена сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих мероприятиях: научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ «Транспорт-ХХ1 век» (Н. Новгород, 2007); ежегодном научно-практическом форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2008, 2009, 2010); VIII и VIV Всероссийских выставках НТТМ (Москва, 2007, 2008); областном конкурсе молодежных инновационных команд РОСТ «Россия. Ответственность. Стратегия. Технологии.» (Н. Новгород, 2008); XIII Нижегородской сессии молодых ученых (пане. «Татинец», 2008), заочной технической конференции аспирантов и молодых ученых 2009 г. в Дальневосточном государственном техническом университете им. В.В. Куйбышева, научно-методической кон-

ференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ «Прохоров-ские чтения-2009».

Автор удостоен различных дипломов, сертификатов и государственных наград (приложение 4). В их числе финансирование проекта в рамках федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К.-2009 и У.М.Н.И.К.-2010).

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 12 работ, в том числе 1 работа в реферируемом ВАК журнале, 1 патент России на полезную модель.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста и включает 48 рисунков и 24 таблицы. Список литературы состоит из 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая'ценность.

В первой главе проведен обзор современного состояния проблемы очистки СВ и НВ, в рамках которого рассмотрены особенности й приведены основные контрольные параметры данных видов судовых отходов, показаны способы утилизации и методы очистки СВ и НВ на судах, а также подробно рассмотрены особенности конструкции и принципы действия наиболее распространенных судовых СОСВ и СОНВ.

Указано, что очистка судовых СВ и НВ может осуществляться механическим, физическим, химическим, биологическим методами или их комбинациями. Так, взвешенные вещества, плавающие нефтепродукты и примеси удаляются механическими методами. Мелкодисперсные коллоидно-растворенные и растворенные примеси ликвидируются физико-химическими или биохимическими методами.

Показано, что из-за сложного состава СВ и НВ при их очистке используются системы, в которых представлены различные методы. Но во всех случаях первой стадией является механическая очистка, способствующая удалению взвешенных веществ. Далее СВ и НВ подвергаются физико-механической, физико-химической или биохимической обработке в зависимости от состава стоков и требований к степени их очистки.

По результатам обзора особенностей конструкции и принципов действия современных судовых СОСВ и СОНВ сделаны выводы о том, что в настоящее время на судах внутреннего и смешанного «река-море» плава-

ния, наиболее перспективными являются СОСВ и СОНВ с физико-химическим методом обработки. В качестве реагента для обеззараживания чаще всего применяется озон.

Акцентировано внимание на идентичности некоторых методов очистки судовых СВ и HB, что позволило рассмотреть возможность объединения СОСВ и СОНВ в единый комплекс очистных сооружений.

Подчеркнута возможность достижения максимального эффекта в экономическом и экологическом аспектах при комплексном подходе к очистке СВ и HB современными универсальными методами и приемами.

Проблемы проектирования судовой системы очистки СВ достаточно полно освящены в работах Курникова A.C., Распопова A.B., Мизгире-ваД.С. Данная установка получила все необходимые для внедрения в производство документы (Синитарно-эпидемиологическое заключение и согласование с Российским Речным Регистром). Поэтому в настоящей работе основное внимание уделено разработке СОНВ.

Во второй главе выполнена разработка и обоснование новой функциональной схемы системы очистки нефтесодержащих вод (рис 1).

Рисунок 1 - Функциональная схема судовой СОНВ

Для этого произведен сбор и систематизация фактического материала, а также выполнены исследования свойств и анализ всех имеющихся дан-

ных о свойствах НВ (нефтяных эмульсий), обуславливающих технологические процессы их очистки (разрушения).

Проведено исследование концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ в судовых нефтесодержащих водах. Данные для проведения исследования предоставлены ООО «Флот-сервис» по обслуживаемому судоходному участку с границами по р. Волга от г. Балахна (878 км) до с. Сомовка (1047 км), по р. Ока от 28 км до устья с центром в г. Нижний Новгород (табл. 1). По результатам исследования сделан вывод о том, что судовые НВ представляют собой сложную полидисперсную эмульсию с большим содержанием взвешенных веществ, плавающих и эмульгированных нефтепродуктов.

Таблица 1 - Средневероятностные значения концентраций нефтепродуктов и ВВ в судовых НВ

Средневероятностные значения

Взвешенные вещества, г/м3 Содержание нефтепродуктов общ., г/м1 Содержание нефтепродуктов эмульгир., г/м3

Пассажирский флот 901 48007 290

Грузовой флот 228 184959 37

Технический флот 430 4908 65

Рассмотрены способы повышения эффективности очистки судовых НВ в системе, для чего предложено и научно обосновано применение аппаратов отстойного типа на стадии механической очистки. Установлено, что в судовых условиях наиболее целесообразно использование отстойников вертикального типа, оснащенных тонкослойными элементами, т.к. при сравнительно небольших массо-габаритных характеристиках эти аппараты способны обеспечить необходимые показатели глубины очистки НВ.

Также для интенсификации механической очистки судовых НВ предложено использование напорных гидроциклонов.

Научно обоснована целесообразность применения озона в судовых СОНВ для удаления из НВ тонкоэмульгированных и растворенных нефтепродуктов. Для этого совместно с к.х.н. Ляпиной Н. Ш. определены химические реакции взаимодействия озона с основными химическими компонентами НВ, такими как углеводороды, сера, высокомолекулярные остатки нефтяных фракций (асфальгены) и неорганические примеси в виде золы. Показано, что вне зависимости от природы компонентов НВ конечными продуктами их взаимодействия с озоном являются кислородсодержащие соединения: спирты, кетоны, монокарбоновые, поликарбоновые или окси- и кето-кислоты. Также отмечен и тот факт, что в ходе рассмот-

. ренных реакций образуются гидроксильные радикалы ОН' и кислород, способные в свою очередь окислять любое органическое вещество до полной минерализации, а трудно окисляемые неорганические примеси до высших форм окислов, удаляемых постфильтрованием.

Для повышения степени очистки, а также удаления из HB, прошедших стадию озонирования, продуктов окисления предложено использование адсорбционных фильтров, разработанных и запатетованных проф. Курниковым A.C.

Установлена необходимость математического описания элементов функциональной схемы, предложенной автором, с целью обеспечения их взаимодействия и работоспособности.

В третьей главе выполнено математическое описание работы элементов СОНВ, позволяющее показать происходящие процессы в системе, формализовать и оптимизировать ее расчет, выявить неизвестные величины, необходимые для разработки математической модели СОНВ.

Показано, что проведение процесса очистки HB в СОНВ описывается системами уравнений, характеризующими работу вертикального тонкослойного отстойника, двух- и трехпродуктового гидроциклонов, озонатора, водовоздушного эжектора для смешения озона с HB, контактного фильтра, а также уравнениями материального и энергетического балансов.

Установлено, что приведенное математическое описание работы узлов СОНВ содержит ряд величин, которые требуют уточнения или определения путем экспериментальных исследований. К ним относятся:

скорость всплытия частиц нефтепродуктов (гидравлическая крупность) в судовых HB, U0:

U0 (1)

где ¡1Ц ~ высота слоя отстаивания в лабораторном сосуде, м;

t - время седиментации, с; скорость осаждения твердых механических частиц, содержащихся в судовых HB, Uгр:

U = (2)

где >' - высота слоя отстаивания, м; "ц

Т - время отстаивания, с;

значение давления питания трехпродуктового низконапорного гидроциклона, необходимое для эффективной его работы, Р\:

0 0404 о,оо4б-(^)'-285 -(д;)0-4645-Ф:)0-4645-(4)0-'258 -р0-491 А ' = а-(4,г0-257 ' (}

где Огц - диаметр гидроциклона, мм;

Дк ~~ диаметр входного отверстия, мм;

Вд - диаметр верхнего слива, мм;

Е)н - диаметр нижнего слива, мм;

I

Огц - диаметр центрального слива, мм; .

I

Ь^ - высота, мм; доза озона, требуемая для окисления остаточных нефтепродуктов, д:

(4)

'¡¿ж

где Ож - объемная скорость рабочей среды (НВ); &оз ~ производительность озонатора, г/с; величина объемной скорости эжектируемого газа, необходимая для финишной очистки судовых НВ, ()г:

(5)

где С03 - концентрация озона в озоно-воздушной смеси, г/м3.

В четвертой главе приводятся экспериментальные исследования работы основных конструктивных элементов СОНВ, а также математическая модель системы.

К элементам СОНВ, по которым проводились опыты, относятся гидроциклоны и озонатор.

Осуществление экспериментов в соответствии с указанными задачами потребовало проектирования специальных стендов, которые были разработаны и изготовлены при непосредственном участии автора.

При проведении экспериментов по определению величин гидравлической крупности капель нефтепродуктов и твердых механических частиц использовался метод статического отстаивания исходных стоков в специальном лабораторном сосуде. В процессе отстаивания исходных НВ тяжелые механические примеси оседали на дне сосуда, а нефтепродукты концентрировались в верхней его части в виде сплошной пленки. Для проведения экспериментального исследования автором произведен забор проб НВ с судов ОАО «СК Волжское пароходство» («Николай Чернышевский», «Русь», «Ленин»). Для построения кривых кинетики отстаивания и

получения искомых величин и0, м/с и игр, м/с в лаборатории металлорежущего оборудования при ВГАВТ была изготовлена экспериментальная установка, представленная на рис. 2.

а) б) ___

1 ■шшшш

Рисунок 2 - Опытная установка для определения гидравлической крупности капель нефтепродуктов и твердых механических частиц а) - принципиальная схема установки, 1 - цилиндр-отстойник, 2 - кран, 3 - емкость для отбора проб; б) - внешний вид

По результатам эксперимента построены графики кинетики отстаивания судовых НВ, приведенные на рис. 3.

£

5 100

Й 80

I 60

е 40

1 20 ю п х 0

0 20 40 60 80 100 120

о) U

-9-

Q

¿rj Время отстаивания, мин

'* 1 "Нефтепродукты —* —■ Твердые механические частицы

Рисунок 3 - Кинетика отстаивания судовых НВ (исходная концентрация нефтепродуктов 78090 г/м3, твердых механических частиц 910 г/м3, высота слоя отстаивания 150 мм)

Полученные экспериментальным путем графические зависимости позволили определить неизвестные значения £/д и 11гр, определение которых позволяет рассчитать величины граничных крупностей 8гр и 5К :

^-,7 ч ■ (6)

(Рт~Рв)-8 гР \(Рш~Ре) Для исследования эффективности работы и определения оптимальной величины давления на входе в гидроциклонные аппараты при очистке судовых НВ бьи разработан и изготовлен отдельный экспериментальный стенд, принципиальная схема и общий вид которого представлены на рис. 4. а) б)

Рисунок 4 - Экспериментальная установка для очистки судовых нефтесодержащих

вод

а) - принципиальная схема: 1 - емкость исходных НВ, 2 - кран шаровый, 3 - вентиль регулировочный, 4 - манометр, 5 - расходомер, 6 - цилиндрический противоточный трехпродукговый гидроциклон, 7 - емкость очищенной воды, 8 - вентиль проходной, 9 - насос винтовой, 10 — шламовая емкость, 11 - цилиндроконический двухпродукто-вый гидроциклон, 12 - емкость нефтепродуктов; б) - общий вид

По результатам эксперимента с помощью программного продукта 8ТАТВТ1СА 6.0 были получены полиноминальные зависимости эффективности выделения твердых механических частиц в двухпродуктовом цилиндроконическом гидроциклоне от давления на входе в аппарат (рис. 5), а также зависимость между эффективностью очистки от нефтепродуктов и давлением на входе в трехпродукговый гидроциклонный аппарат предложенной конструкции (рис. 6). Адекватность проверена с использованием критерия Я2.

В ходе опыта по выделению твердых механических частиц в двухпродуктовом гидроциююне установлено следующее.

1. С увеличением давления на входе в аппарат возрастало значение концентрации твердых механических частиц в нижнем сливе, т.е. увеличивалась эффективность очистки. Данный эффект наблюдался вплоть до достижения величины давления 170 кПа.

о 100

Рисунок 5 — Влияние К 80 --

давления на входе в Ъ - 60 -

двухяродуктовый

гидроциклон на эф- 40 --

фективность процес- а 20 --

са выделения твер- § 0 -■

дых механических

частиц 0

100 200 300

Давление на входе в аппарат. кПа

Рисунок 6 - Влияние давления на входе в трехпродуктовый гидроциклон на эффективность процесса разделения

й н о 100

е

о 0 95 -

О И я 90 -

•8.

85 -

т 0

10 20 Давление на вдаде в аппарат. кПа

30

2. При дальнейшем увеличении давления наблюдалось резкое снижение эффективности очистки и унос твердой фазы в верхний слив.

Проведение экспериментального исследования с использованием трехпродуктового цилиндрического гидроциклона показало следующее.

1. Эффективное выделение нефтепродуктов из поступающих на обработку НВ происходит в интервале значений давления на входе в аппарат от 16 до 27 кПа.

2. Наивысшая степень очистки 99% достигнута при давлении 23 кПа. При превышении указанного значения наблюдалось снижение эффективной работы и перераспределение потоков в полости гидроциклона с последующим уносом нефтепродуктов в нижний тангенциальный слив вместе с очищенной водой. Концентрация нефтепродуктов при указанной величине давления составляла 370 г/м3.

Для экспериментального определения дозы и величины объемной скорости эжектируемой озоно-воздушной смеси для финишной обработки НВ был создан отдельный опытный стенд, представленный на рис. 7.

г\

Ji

Рисунок 7 - Принципиальная схема и внешний вид опытной установки: 1 - озонатор; 2 - секундомер; 3 - мерная емкость; 4 - деструктор озона; 5 - ротаметр

По результатам проведенного эксперимента установлено, что уже при малых величинах дозы озона (~ 8 г/м3) наблюдается достаточно высокий эффект очистки HB от растворенных и тонкоэмульгированных нефтепродуктов. Оптимальной величиной дозы озона при финишной обработке судовых HB целесообразно считать диапазон значений (15... 16,5 г/м3).

После проведения экспериментальных исследований определились неизвестные величины математического описания, что позволило разработать математическую модель работы судовой СОНВ.

Она состоит из системы 10 уравнений:

1. Уравнение материального баланса СОНВ:

QCOHB =Ö06W+Ö3 + Ö4 + Ö6> (7)

где <2абш - объемная скорость рабочей среды в отстойнике, м3/с;

Q:i - объемная скорость рабочей среды в двухпродуктовом гидроциклоне, м3/с;

04 - объемная скорость рабочей среды в трехпродуктовом гидроциклоне, м3/с;

Q6 - объемная скорость рабочей среды в водо-воздушном эжекторе, м3/с.

2. Уравнение энергетического баланса системы для двух сечений:

Н,+

Р\

Ц2

Рг

2-g

(8)

где НиН2 Pi. Рз Р

ц2 ? о22 Äl-2

р-ё ¿-ш р-1

геометрические высоты в 1-м и 2-м сечениях, м; давление в 1-м и 2-м сечениях, кПа; плотность жидкости, кг/м3;

средние скорости движения потоков в 1-м и 2-м сечениях, м/с; потеря напора на участке 1-2, м.

3. Уравнения, описывающие работу аппарата отстойного, типа и определяющие количество задерживаемых твердых механических частиц и нефтепродуктов:

0 вабики . <2о5щС„„}Нп. Qoбщ=:Ql+Qг+Qъ

Р„ ' в3=во^-а-в2' (9)

где <2/ - количество осадка, задерживаемого в отстойнике, м3/с;

0,2 - количество нефтепродуктов, выделяемых при статическом отстаивании, м3/с;

]ев — степень выделения взвешенных веществ, принимаемая равной (50-60)%;

Рос - плотность осадка, (1,1-1,5) кг/м3 в зависимости от влажности;

2 - влажность осадка, %;

С„„ — концентрация нефтепродуктов в исходной НВ, кг/м3;

- степень выделения нефтепродуктов, значение которой для

"" вертикальных отстойников находится в диапазоне (65-75)%.

4. Выражения, отражающие общую производительность двухпродук-тового гидроциклона и ее зависимость от давления на входе в аппарат:

63=64+65; 64 =е3-(0.07...0,11);е3 =(0,89...0,93)е3)

„0,443 __6з_ (10)

Р 0,0047£)®г|0526 • £)^.279 • £)®-4046 .£)°'1434 -да0'0149 -уЗ0'0258 ' где ()} — объемная скорость сгущенного продукта, м3/с;

Е>гц — диаметр гидроциклона, мм;

— диаметр входного отверстия, мм;

Вв - диаметр верхнего слива, мм;

Д, - диаметр нижнего слива, мм;

Н^ — высота цилиндрической часта, мм;

/3 — угол конусности, град.

5. Уравнение, описывающее взаимосвязь эффективности очистки от твердых механических частиц и давления на входе в двухпродуктовый гидроциклон:

у = -0,0026х2 + 0,7503* +14,686 ■ (П)

6. Выражения, характеризующие производительность трехпродукто-вого гидроцикпона, а также взаимосвязь его геометрических и режимных параметров:

р\

а ^з е8

0 0404 о,оо4б-(оет)'-285 -(о;)0'4645 -(р;,)0'4645 •(4)0'1258-/'491 <12>

где >£?7> бе - объемные расходы через нижний, верхний и центральный сливы соответственно; - площади поперечных сечений верхнего, нижнего и центрального сливных отверстий; г)' - диаметр гидроциклона, мм;

>у - диаметр входного отверстия, мм;

гч' - диаметр верхнего слива, мм; ив

гч' - диаметр нижнего слива, мм;

р - диаметр центрального слива, мм;

г - высота, мм. ьгц

7. Полученная экспериментальным путем зависимость эффективности выделения нефтепродуктов от давления на входе в трехпродуктовый гидроциклон:

уг=-0,3139*2+13,676л: + 49,972. (13)

8. Уравнения, характеризующие работу в СОНВ озонатора:

д03 =Соз Яг>

вб

где С0] - концентрация озона в озоно-воздушной смеси, г/м3; С03 - производительность озонатора г/с. 9. Выражения, описывающие работу водо-воздушного эжектора:

(14)

Рн , ч -у ^ Ратм

1,391-2^ + 1

)

-1

V

Г

V р /опт

= 0,877

/ ^-0,68 Рсж ~ Рн

Рр-Рн )

(15)

где QГ - объемная скорость эжектируемого газа, определяемая экспериментальным путем исходя из необходимой дозы озона, м3/с; Qж - объемная скорость рабочей среды (НВ), равная £>б> м3/с;

рр - давление рабочей среды перед эжектором, кПа;

Рак - давление рабочей среды после эжектора, кПа;

- площадь камеры смешения, м2;

- площадь выходного отверстия сопла, м2.

10. Выражения, позволяющие рассчитать геометрические параметры контактного фильтра в зависимости от расхода жидкости:

где Нф - высота контактного фильтра, м;

оКф - диаметр корпуса фильтра, м;

- диаметр контактной колонны, м; Оф - скорость фильтрования, м/с.

Адекватность математической модели проверялась с использованием метода наименьших квадратов (Д2). Полученные значения (Л2 = 0,8567 и Л2 = 0,9462) соответствуют критериям адекватности, следовательно, разработанная математическая модель отражает ход реальных процессов в системе.

В пятой главе представлены принципиальная схема, методика ее проектирования и блок-схема расчета. Кроме того, разработана принципиальная схема объединенной судовой системы очистки СВ и НВ и оценены социально-экологический и экономический эффекты от ее внедрения.

После проведения теоретических и экспериментальных исследований окончательно сформулировались технологические процессы обработки НВ, на основании которых была разработана принципиальная схема СОНВ, представленная на рис. 8.

Бо}3)'*иэат«оа^еры

Рисунок 8 - Принципиальная схема предлагаемой СОНВ: 1 - Цистерна - отстойник; 2 - винтовой насос; 3 - двухпродуктовый цилин-дроконический гидроциклон; 4 - трехпродуктовый цилиндрический гидроциклон; 5 - емкость накопительная; 6 - озонатор; 7 - деструктор озона; 8 - контактный фильтр; 9 - камера шламоприемная; 10 - цистерна накопления нефтепродуктов; 11 - эжектор водовоздушный; 12 - прибор контроля концентрации нефтепродуктов; 13 - клапан элактромагнитный

Разработанная математическая модель работы СОНВ служит основой методики ее проектирования. В .зависимости от исходных данных принимаются соответствующие проектные решения, последовательность которых определяется блок-схемой, приведенной на рис, 9.

Анализ принципиальных схем СОСВ, предложенный проф. Курниковым A.C. и Распоповым А.В, а также СОНВ, выполненный автором, позволили рассмотреть возможность объединения этих систем в единую.

Действительно, идентичная технология очистки СВ и HB, использование единого окислителя озона и УФ-излучения на финишном этапе обработки доказывает возможность такого объединения.

Кроме этого, создание единой системы позволяет уменьшить массо-габаритные характеристики, сократить количество узлов, повысить надежность работы системы, упростить обслуживание и повысить эксплуатационные характеристики.

Принципиальная схема разработанной объединенной судовой системы очистки СВ и HB представлена на рис. 10, а блок-схема ее расчета приведена на рис. 11 (расчет СОСВ был заимствован у Распопова A.B.).

Методика проектирования внедрена при создании объединенной судовой системы очистки СВ и HB для пассажирского колесного судна проекта ПКС-40 «СУРА» ООО «Судоходная компания «ОКА». Общий вид теплохода представлен на рис. 12.

Социально-экологический эффект от внедрения результатов представленной работы выражается в следующем:

- предотвращение эмиссий, загрязняющих окружающую среду;

- возможность практически полной переработки указанных видов эксплуатационных судовых отходов непосредственно на борту судна;

Рисунок 10 - Принципиальная схема объединенной судовой системы очистки СВ и НВ 1 - фильтр грубой очистки самоочищающийся; 2 - цистерна-отстойник с 2-я датчиками уровня воды; 3 - камера хлопьеобразования; 4 - флотатор; 5 - транспортер; 6 - шламовая емкость; 7 - насосы; 8 - клапан электромагнитный; 9-клапан поплавковый; 10-насос-дозатор; 11 - емкость для коагулянта; 12-дренаж; 13-эжектор; 14-редуктор;' 15 - реле давления; 16 - фильтр воздушный; 17 - манометр; 18 - адсорбер; 19 - шайба дроссельная; 20 -'блок подготовки воздуха; 21 - труба вихревая; 22 - кран пробоотборный; 23 - блоки озонирующих элементов; 24 - расходомер; 25 - озонатор; 26 - фильтр контактный; 27 - влагоотделитель; 28 - деструктор; 29 - лампа УФ Л; 30 - клапан предохранительный; 31 - труба переливная; 32 - двухпродуктовый цилиндроконический гидроциклон; 33 - трехпродуктовый цилиндический гидроциклон

Исходные данные для проектирования Принципиальная схема оогедгшешгой системы (рнс.10), Общая кронзвсадтяыихть спсгёмыО: показатели качества исходных и о<пни.етгмх. СВ м НЙ-,

Материальный баланс (3.49) Баланс среды в системе Эиергеп«<?ск«й банане (3.50)

Подбор насосов производиться по требуемым в системе иаиору и подаче

Рисунок 11 - Блок-схема расчета объединенной системы очистки СВ и НВ

Рисунок 12 - Общий вид судна проекта ПКС-40 «СУРА»

Предлагаемая система

Ц

- улучшение экологического состояния водоемов на судоходных участках;

— улучшение эстетического восприятия природы.

Ожидаемый экономический эффект от оснащения теплохода проекта ПКС-40 «СУРА» объединенной системой очистки СВ и НВ составит 303568 рублей ежегодно.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Итогом проведенных исследований является разработка объединенной судовой системы очистки СВ и НВ.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. Показано, что существующие на сегодняшний день судовые СОНВ не всегда обеспечивают требуемые показатели качества очистки исходных НВ, обладают высоким энергопотреблением и малой степенью автоматизации, чутко реагируют на состав и начальную концентрацию нефтепродуктов в обрабатываемых стоках.

2. Установлено, что с учетом судовой специфики для эффективной механической очистки исходных НВ от взвешенных веществ и нефтепродуктов целесообразно применять гидроциклонные аппараты.

3. Составлено математическое описание работы СОНВ, включающее в себя уравнения материального и энергетического балансов. Представлены зависимости для определения основных режимных и геометрических параметров элементов предлагаемой СОНВ.

4. Определены экспериментальным путем значения неизвестных величин, входящих в математическое описание работы СОНВ.

5. Разработана математическая модель, адекватно описывающая процесс очистки НВ.

6. Предложена принципиальная схема СОНВ, имеющая в своем составе цистерну-отстойник, двух- и трехпродуктовые гидроциклоны для эффективной предварительной очистки, а также контактный фильтр и озонатор для финишной очистки исходных НВ.

7. Разработана методика проектирования судовой СОНВ.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана принципиальная схема объединенной судовой системы очистки СВ и НВ, которая позволит производить комплексную обработку данных видов отходов непосредственно на борту судна.

9. Новизна технических решений при создании объединенной системы очистки СВ и НВ доказана получением патента РФ № 89484.

10. Методика проектирования внедрена при создании объединенной судовой системы очистки СВ и НВ для пассажирского теплохода проекта ПКС-40 «СУРА».

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Писарев А.О. Некоторые особенности судовых нефтесодержащих вод и способы повышения эффективности их очистки / Писарев А.О. // Судостроение/. - СПб: ГНЦ РФ ФГУП ЦНИИТС. - 2010. - №2. - С. 41-43.

Статьи, опубликованные в прочих наунных изданиях:

2. Писарев А.О. Очистка судовых нефтесодержащих вод для их рекуперации / Писарев А.О., Курников A.C. // VII 'Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2008. Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи. Лучшие проекты / - СПб. мат. - М: Изд-во ОАО «ГАО ВВЦ», 2007. - С. 186189. '

3. Писарев А.О. Разработка многоступенчатой системы очистки судовых нефтесодержащих вод / Писарев А.О., Курников A.C. // VIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодецки НТТМ-2008. Всероссийский конкурс научно-тёхййческого творчества Молодежи. Лучшие проекты/- СПб. мат. - М, : Изд-во ОАО «ГАО ВВЦ», 2008. -С. 207209. - ^ ......

4. Писарев А.О. Влияние судовых стоков на окружающую среду / Писарев А.О., Курников A.C. // IX Международный научно-практический форум «Великие реки - 2008» / Тез. докл. - Н. Новгород: Изд-во НГАСУ, 2008.-С. 225-228.

5. Писарев А.О. К вопросу использования трехпродуктовых гйдроци-клонов в судовых системах очистки нефтесодержащих вод / Писарев А.О., Курников A.C. // Молодежь и научно-технический прогресс (ISSN 20729057), Владивосток, апрель-май 2009, Изд-во ДВГТУ, 2009. С 64-67.

6. Писарев А.О. Актуальные проблемы очистки судовых нефтесодержащих вод / Писарев А.О., Курников A.C. // «Вестник» Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 27.- Н.Новгород: Изд-во ФГОУ BIIO «ВГАВТ», 2008, С 97-107. -

7. Писарев А.О. Особенности гидроциклонных аппаратов для разделения двух несмешивающихся жидкостей / ПИсаревА.О., Курников A.C., Соболев И.И. // X Международный научно-практический форум «Великие реки - 2009» / Тез. докл. - Н. Новгород: Изд-во НГАСУ, 2009. - С. 225-228.

8. Писарев А.О. Особенности судовых нефтесодержащих вод. Способы повышения эффективности их очистки. / Писарев А.О., Курников A.C. // «Вестник» Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 28. - Н.Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009, С 123-133.

9. Писарев А.О. Озонирование - как эффективный метод очистки судовых нефтесодержащих вод. / Писарев А.О., Ляпина Н.Ш. // «Вестник» Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 28. -Н.Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009, С 94-98.

10. Писарев А.О. Опыт использования гидроциклонов в судовых системах очистки нефтесодержащих вод. / Писарев А.О., Курников A.C. // XI Международный научно-практический форум «Великие реки - 2010» / Тез. докл. - Н. Новгород: Изд-во НГАСУ, 2010. - С. 215-217.

11. Писарев А.О. Многоступенчатая система очистки судовых нефте-содержащих вод. / Писарев А.О., Курников A.C. // VIII Всероссийская выставка НТТМ 2008., Материалы научно практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» М: Изд-во ОАО «ГАО ВВЦ», 2008. - С. 147-149.

12. Писарев А.О. Патент на полезную модель №89484 Судовая система очистки нефтесодержащих вод / Курников A.C., Писарев А.О.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «ВГАВТ». - № 2009107556 заявл. 02.03.2009.-5 С.: ил.

Формат, 60x84 1/16. Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,3. Тираж 150 экз. Заказ 617.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор систем очистки судовых сточных и нефтесодержащих вод.

1.1 Особенности судовых сточных и нефтесодержащих вод.

1.1.1 Судовые сточные воды.

1.1.2 Нефтесодержащие воды и их контрольные параметры.

1.2 Способы удаления судовых сточных и нефтесодержащих вод.

1.3 Методы очистки судовых сточных и нефтесодержащих вод.

1.3.1 Классификация методов очистки.

1.3.2 Механические методы очистки.

1.3.3 Физико - механические методы.

1.3.4 Физико - химические методы.

1.3.5 Биохимические методы.

1.3.6 Методы обеззараживания сточных и нефтесодержащих вод.

1.4 Судовые системы очистки сточных вод.

1.5 Судовые системы очистки нефтесодержащих вод и особенности их действия.

1.6 Проблема проектирования судовых систем очистки сточных и нефтесодержащих вод. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Разработка и обоснование новой функциональной схемы системы очистки Нефтесодержащих вод.

2.1 Анализ структурных особенностей водонефтяных эмульсий.

2.2 Исследование концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ в судовых нефтесодержащих водах.

2.3 Способы повышения эффективности очистки судовых НВ в системе.

2.3.1 Отстойники.

2.3.2 Напорные гидроциклоны.

2.3.3 Применение озона в судовых системах очистки нефтесодержащих

2.3.4 Использование адсорбционных фильтров.

2.4 Функциональная схема системы очистки судовых нефтесодержащих

2.5 Выводы по главе.

Глава 3. Математическое описание работы элементов судовой системы очистки нефтесодержащих вод.

3.1 Общие сведения.

3.2 Отстойник.

3.3 Гидроциклоны.763.4 Эжектор.

3.5 Контактный фильтр.

3.6 Озонатор.

3.7 Материальный и энергетический балансы системы очистки нефтесодержащих вод.

3.8 Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования работы основных конструктивных элементов СОНВ.

4.1 Задачи экспериментальных исследований на испытательных стендах.

4.2 Экспериментальное определение величин гидравлической крупности капель нефтепродуктов и твердых механических частиц в судовых HB.

4.3 Исследование эффективности работы и определение оптимальной величины давления на входе в гидроциклонные аппараты при разделении судовых нефтесодержащих вод.

4.3.1 Описание экспериментальной установки.

4.3.2 Условия проведения опытов.

4.3.3 Результаты эксперимента.

4.4 Влияние предварительного отставания судовых нефтесодержащих вод на эффективность их очистки в гидроциклонных аппаратах.

4.4.1 Описание экспериментальной установки.

4.4.2 Условия проведения опытов.

4.4.3 Результаты опытов.

4.5 Экспериментальное определение дозы и величины объемной скорости эжектируемого озона для финишной обработки судовых HB.

4.6 Математическая модель работы судовой СОНВ.

4.7 Выводы по главе.

Глава 5. Методика проектирования объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод.

5.1 Предлагаемая принципиальная схема судовой системы очистки нефтесодержащих вод.

5.2 Исходные данные для проектирования судовой системы очистки нефтесодержащих вод.

5.3 Проектирование судовой системы очистки нефтесодержащих вод.

5.4 Разработка принципиальной схемы объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод.

5.5 Исходные данные для проектирования объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод.

5.6 Проектирования объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод.

5.7 Внедрение методики проектирования объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод.

5.8 Социально-экологический и экономический эффекты от внедрения предлагаемой системы очистки СВ и HB.

5.9 Выводы по главе.

Актуальность работы. В настоящее время в связи с начинающимся ростом производства и интенсивным развитием судоходства на внутренних водных путях России продолжается ухудшение качества воды малых и крупных рек. Эксплуатация качественно нового флота: с мощными энергетическими установками, высокими грузоподъемностью, пассажировместимостью и скоростью невозможна без решения проблем утилизации судовых отходов, которые неизбежно образуются на борту при проведении производственной и общесудовой деятельности. В их числе судовые сточные и нефтесодержащие воды, для утилизации которых в настоящее время на флоте предусмотрено два способа [69].

Первый - раздельное накопление этих видов отходов для сдачи на берег. Недостатком его является необходимость иметь на борту емкости, что требует дополнительных помещений и уменьшает провозную способность, а также использовать вспомогательные суда для доставки отходов на береговые предприятия переработки, спецпричалы и прочую инфраструктуру. К тому же процесс сдачи указанных видов отходов на берег является дорогостоящим, что в свою очередь приводит к значительным затратам судовладельцев.

Второй - переработка отходов на борту судна при помощи специальных систем для очистки сточных (СВ) и нефтесодержащих (НВ) вод, но эти системы переработки являются отдельными, не взаимодействующими, что в свою очередь приводит к значительным массо-габаритным характеристикам.

Указанные недостатки существующей системы обслуживания флота и систем переработки отдельных видов отходов явились поводом для поиска новых подходов к комплексному решению проблемы утилизации судовых сточных и нефтесодержащих вод.

Проведенный анализ работ различных российских и зарубежных ученых, к которым относятся Баранов А.Л., Богатых С.А., Васильев Л.А., Волков Л.С., Карастелев Б.Я., Кульский Л.А., Курников А.С, Лукиных Н.Л.,

Решняк В.И., Стаценко В.Н., Этин B.JL, Яковлев C.B. Баадер В., Бойлс Д., Бренндерфер М., Доне Е., Заборски О., Соуфер С., Рандольф Р. и др., показывает, что разработки и исследования, выполненные по очистке СВ и НВ, ориентированы не на решение общей проблемы повышения экологической безопасности судна, а на частные решения этих задач. В этих работах отсутствует общая стратегия поиска, не были обобщены полученные результаты различных технологических схем очистки СВ и НВ. Исследования характеризовались отсутствием универсальности и могли быть полезны лишь при рассмотрении отдельных задач технологии очистки стоков. Не рассматривались взаимосвязи технологий обработки СВ и НВ, что позволило бы объединить ряд судовых систем в единый комплекс, например комплекс систем очистки СВ и НВ.

Комплексный метод при проектировании судовых систем позволяет производить эффективную переработку и утилизацию основных видов судовых отходов, используя универсальные технологии обработки различных сред с одновременным уменьшением антропогенной нагрузки на окружающую среду. Таким образом, проблема проектирования систем для переработки и утилизации судовых отходов актуальна и требует скорейшего разрешения.

Целью диссертационной работы, является создание научно -обоснованной методики проектирования объединенной системы по очистке судовых СВ и НВ, производящей обработку исходной жидкости физико-химичекими методами в соответствии с требованиями российских и международных контролирующих организаций.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе анализа методов обработки НВ и СВ в судовых системах очистки (СОНВ и СОСВ соответственно) разработать современные принципиальные схемы этих систем.

2. Рассмотреть возможность объединения СОСВ и СОНВ на завершающей стадии очистки в силу идентичности предложенных методов обработки.

3. Создать математическое описание работы элементов систем с учетом их особенностей при функционировании в судовых условиях.

4. Выполнить экспериментальные исследования по определению неизвестных величин, влияющих на работу элементов системы.

5. Разработать блок-схему расчета и методику проектирования объединенной системы по очистке СВ и НВ.

6. Дать социально-экологическую и экономическую оценки предлагаемым мероприятиям.

Объектом исследования является судовые системы, имеющие в своем составе элементы механической и химической очисток СВ и НВ.

К предмету исследования относятся процессы, протекающие при переработке судовых СВ и НВ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые представлена концепция совершенствования« и объединения систем очистки СВ и НВ, обоснованная едиными технологическими-приемами обработки стоков.

2. Впервые предложено использование аппаратов гидроциклонного типа в составе судовых СОНВ для интенсификации механической очистки исходных НВ.

3. По результатам экспериментальных исследований определены оптимальные геометрические и режимные параметры гидроциклонов при выделении нефтепродуктов и взвешенных веществ из исходных НВ.

4. Научно обоснована и доказана экспериментально целесообразность применения озонирования при очистке судовых НВ.

5. Создана математическая модель объединенной системы очистки СВ и НВ, на основе которой разработана новая принципиальная схема взаимодействующих систем.

Практическая ценность. Применение результатов работы позволяет:

1. Производить комплексную обработку судовых СВ и НВ в единой системе.

2. Определять оптимальные условия функционирования гидроциклонных аппаратов в составе СОНВ.

3. Рассчитывать геометрические и режимные параметры основных элементов объединенной системы очистки СВ и НВ.

Реализация результатов работы выражается в следующем:

1. Патент РФ на полезную модель № 89484;

2. Методика проектирования предложена для пассажирского колесного теплохода типа "СУРА" проекта ПКС-40, предназначенного для кольцевого маршрута «Москва - Нижний Новгород - Москва».

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик. Обработка результатов производилась с помощью метода корреляционно-регрессионного анализа» на основе известных зависимостей гидродинамических, физических и химических процессов, происходящих в системах СОНВ! и СОСВ. Адекватность модели подтверждена сопоставимостью аналитических и экспериментальных результатов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих мероприятиях: научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава BFABT "Транспорт-XXI век" (Н. Новгород, 2007); ежегодном научно-практическом форуме "Великие реки" (Н.Новгород, 2008, 2009, 2010); VIII и VIV Всероссийских выставках НТТМ (Москва, 2007 2008); областном конкурсе молодежных инновационных команд РОСТ "Россия. Ответственность. Стратегия. Технологии." (Н. Новгород, 2008); XIII Нижегородской сессии молодых ученых (пане. "Татинец", 2008), заочной технической конференции аспирантов и молодых ученых 2009 г. в Дальневосточном государственном техническом университете им. В.В. Куйбышева, научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ «Прохоровские чтения 2009».

Автор удостоен различных дипломов, сертификатов и государственных наград (приложение 4). В их числе финансирование проекта в рамках федеральной программы "Участник молодежного научно-инновационного конкурса" (У.М.Н.И.К.-2009 и У.М.Н.И.К.-2010).

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 12 работ, в том числе 1 работа в реферируемом ВАК журнале, 1 патент РФ на полезную модель.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста и включает 48 рисунков и 24 таблицы. Список литературы состоит из 140 наименований.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. Показано, что существующие на сегодняшний день судовые СОНВ не всегда обеспечивают требуемые показатели качества очистки исходных НВ, обладают высоким энергопотреблением и малой степенью автоматизации, чутко реагируют на состав и начальную концентрация нефтепродуктов в обрабатываемых стоках.

2. Установлено, что с учетом судовой специфики, для эффективной механической очистки исходных НВ от взвешенных веществ и нефтепродуктов, целесообразно применять гидроциклонные аппараты.

3. Составлено математическое описание работы СОНВ, включающее в себя уравнения материального и энергетического балансов. Представлены зависимости для определения основных режимных и геометрических параметров элементов предлагаемой СОНВ.

4. Определены экспериментальным путем значения неизвестных величин, входящих в математическое описание работы СОНВ.

5. Разработана математическая модель, позволившая создать методику проектирования СОНВ.

6. Предложена принципиальная схема СОНВ, имеющая в своем составе цистерну — отстойник, двух — и трехпродуктовые гидроциклоны для эффективной предварительной очистки, а также контактный фильтр и озонатор для финишной очистки исходных НВ.

7. Разработана методика проектирования судовой СОНВ.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана принципиальная схема объединенной судовой системы очистки сточных и нефтесодержащих вод, которая позволит производить комплексную обработку данных видов отходов непосредственно на борту судна.

9. Новизна технических решений при создании объединенной системы очистки СВ и НВ доказана получением патента РФ № 89484.

10. Методика проектирования внедрена при создании объединенной судовой системы очистки СВ и НВ для пассажирского теплохода проекта ПКС-40 «Сура», разрабатываемого ООО «Судоходная компания «Ока»».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом проведенных исследований является разработка объединенной судовой системы очистки СВ и НВ с физико-химическими методами обработки.

1. Абдураманов А. А. Результаты исследований гидроциклона на всасывающей линии центробежного насоса. — Вестник сельскохозяйственных наук, 1971, № 6, с. 83—87.

2. Абдурашитов С. А., Мустафаев А. М. Влияние глубины погружения сливного патрубка и формы сливной насадки на распределение исходной жидкости в гидроциклоне. — За технический прогресс, 1965, № 6, с. 36—38.

3. Абдурашитов С. А., Мустафаев А. М. Влияние входного давления на производительность гидроциклона и на степень очистки глинистого раствора от песка. — Нефтедобывающая промышленность, 1966, № 32, с. 6—7

4. Аделыдин А. Б., Иванов И. Н. Осветление сточных вод с применением напорных гидроциклонов. — Нефтепромысловое дело, 1976, № 8, с. 60—62.

5. Аделыпин А.Б. Блочные автоматизированные гидроциклонные станции очистки нефтесодержащих сточных вод: Учебное пособие. Казань: КИСИ, 1992.

6. Адельшин А.Б. Исследование, разработка и совершенствование блочных гидроциклонных установок очистки нефтепромысловых сточных вод : Заключ. отчет/ Казань, инж.-строит, ин-т. Казань, 1985. 64 с.

7. Адельшин А.Б. Энергия потока в процессах интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод. Часть 1. Гидроциклоны. Казань: КГАСА, 1996.

8. Акопов М.Г., Классен В.И. Применение гидроциклонов при обогащении углей. — М.:Госгортехиздат, 1960. — 173с.

9. Аксанов P.P. Исследование процессов разделения многофазных полидисперсных систем в напорных гидроциклонах и мультигидроциклонах. Казань: КГАСУ 1997.

10. Алексеев С.Е. Озонирование в технологии очистки сточных вод// Озон и другие чистые окислители. Наука и технологии: Материалы 23-го Всероссийского семинара/ Под ред. В.В. Лунина, В.Г. Самойловича и С.Н. Ткаченко. М.:МГУ, 2002. - С.38 - 50.

11. Апельцина Е.И. Некоторые особенности применения озона при подготовке питьевой воды//Информационный центр "Озон": Тез. докл. М., 1994.-Вып. 2.

12. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Уч. пособ. для ВУЗов. Уфа: Гилем, 2002, 672с.

13. Баранов Д. А.Принципы расчета и конструирования гидроциклонов для разделения эмульсий: автореф. дис. доктора технических наук 05.17.08 Москва, 1996 359 с. - Библиогр.: с. 272-291.

14. Барский В. Г. О методе расчета производительности гидроциклона.— Изв. вузов, сер. Цветная металлургия, 1963, № 6, с. 51—63.

15. Батуров В.И., Лейбовский М.Г. Гидроциклоны. Конструкции и применение. М.:ЦИНТИхимнефтемаш, 1973. - 59с.

16. Баширова Н.М. Трехпродуктовые гидроциклоны для интенсификации процесса очистки нефтепромысловых сточных вод. М.: ВНИИОЭНГ 1985.-57с.

17. Болдырев Ю. H. Анализ движения твердой частицы по образующей гидроциклона. — Теоретические основы химической технологии, т. VIII, 1974, выт 2, с. 256—260.

18. Болдырев Ю. Н. Неравномерное движение частицы в гидроциклоне.— Инженерно-физический журнал. Т. 22, 1972, № 6, с. 1129— ИЗО.

19. Болдырев Ю. Н., Котляр И. В. К вопросу расчета гидроциклона.— Труды Калининградского технологического института рыбной промышленности и хозяйства. Калининград, Вып. 19, 1966, с. 11—19.

20. Бонет М. Разделение двух жидкостей с помощью гидроциклона. Пер. с немецкого. М„ ВИНИТИ, 1971.

21. Бородавченко ИИ, Зарубаев Н.В. и др. Охрана водных ресурсов -М.:Колос, 1979.-247с.

22. Бусарев A.B. Интенсификация очистки нефтесодержащих сточных вод с применением гидроциклонов с противодавлением на сливах: автореф. дис. кандидата технических наук : 05.23.04 Казань 1997 277 с.

23. Веселов Ю.С., Лавров И.С., Рукобратский Н.И. Водоочистное оборудование. -JI.Машиностроение, 1985. 232с.

24. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И. и др.Охрана окружающей среды-Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 423с.

25. Волков C.B., Костюченко C.B. и др. Опыт и перспективы применения УФ обеззараживания. 4.1// Экология и промышленность России. - 2000. - Сентябрь. - С.30 - 34.

26. Волков C.B., Костюченко C.B. и др. Опыт и перспективы применения УФ-обеззараживания. Ч. П//Экология и промышленность России. 2000. - Декабрь. - С.30-35.

27. Волошин В.П. Охрана морской среды: Учеб. пособие- Л.: Судостроение, 1987.— 423с.

28. Грановский М.Г. Универсальная установка для очистки жидкостей на судах. Л.: Судостроение, 1978г, 92с.

29. Громогласов A.A., Копылов A.C., Пильщиков А.П.; под ред. О.И.Мартыновой. Водоподготовка: Процессы и аппараты/. М.: Энергоатомиздат, 1990.— 271с.

30. Гудков А.Г., Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие. Вологда: ВоГТУ, 2003. 152 с.

31. Гутман Б. М., Ибатулов К- А. К вопросу о производительности элементарных гидроциклонов при очистке нефти от механических примесей. — Изв. вузов, сер. Нефть и газ, 1966, № 3, с. 63—68.

32. Гутман Б. М., Ибатулов К А., Мустафаев А. М. Влияние диаметра гидроциклона и давления на его входе на крупность граничного зерна при очистке нефти от механических примесей. — За технический прогресс, 1966, Л° 12, с. 39—41.

33. Гутман Б. М., Мустафаев А. М. Влияние разгрузочного отношения на количественные и качественные показатели работы гидроциклона при очистке нефти от минеральных примесей. — За технический прогресс, 1966, № 5, с. 33—35. Л.

34. Гутман Б. М., Мустафаев А. М. Гидроциклон вместо песколовки. — Нефтяник, 1976, № 10, с. 16—17.

35. Гутман Б. М., Мустафаев А. М. Гидроциклон «для разделения двухфазной жидкости типа вода—нефть. — М., Нефтепромысловое дело. 1978, №4, с. 32—33.

36. Гутман Б. М., Мустафаев А. М. Графический метод определения крупности граничного зерна, выделяемого в гидроциклоне. — Изв. вузов, сер. Нефть и газ, 1967, № 8, с. 77—78.

37. Гутман Б.М.Расчет гидроциклонных установок для нефтедобывающей промышленности / Б. М. Гутман, В. П. Ершов, А. М. Мустафаев Расчет гидроциклонных установок для нефтедобывающей промышленности Баку Азернешр, 1983, 108 с.

38. Дарменко A.B. Физико-термическая обработка сточных вод объектов морских технологий: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Владивосток, 1998. 22с.

39. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Озонирование в технологии очистки природных вод России//Экватек-98: Тез. докл. — М., 1998. — С.651.

40. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Применение озона в технологии подготовки воды//Информационный центр "Озон": Тез. докл. М., 1994. -Вып. 2.

41. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Применение озона в технологии подготовки воды//Информационный центр "Озон": Тез. докл. М., 1994. — Вып. 2. - С.2—28.

42. Ермошкин Н.Г., Калугин В.Н., Корнилов Э.В., Кулешов И.Н. Судовые установки очистки нефтесодержащих вод: Учебн. пособие.-Одесса: Феникс.-44 с.

43. Ермошкин Н.Г., Калугин В.Н., Корнилов Э.В., Кулешов И.Н. Судовые установки очистки сточных вод: способы очистки, устройство, эксплуатация. Справочное пособие. Одесса: ФЕНИКС, 2004 56 с.

44. Жангарин А. И. К вопросу гидравлического расчета гидроциклона. -— Вестник АН КазССР, 1962, № 10(211), с. 55—64.

45. Жуков А. И. Канализация промышленных предприятий : Очистка промышленных сточных вод / А. И. Жуков, И. Л. Монгайт, И. Д. Родзиллер. М.: Госстройиздат, 1962. - 603 с.

46. Зиновьев А. П. Комплексная очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты, ПАВ и фенолы / А. П. Зиновьев,В. Н. Филиппов// Вода и экология: проблемы и решения. 2002. - № 2. - С. 43-55

47. Зубрилов С.П., Ищук Ю.Г., Косовский В.И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. Л. ¡Судостроение, 1989. — 256с.

48. Иванов Н. В. Влияние глубины погружения сливного патрубка гидроциклона на эффект разделения. — Экспресс-информация, сер. Нефтепромысловое дело, 1976, № 12, с. 1—3.

49. Исследование и промышленное применение гидроциклонов: Тез. докл. первого симпозиума / Горьк. инж.-строит, ин-т им. В.П. Чкалова. -Горький, 1981.-267 с.

50. Калицун В.И. Лабораторный практикум по водоотведению и очистке сточных вод : Учеб. пособие для студентов по спец. "Водоснабжение и водоотведение" 3-е изд., перераб. и уч. доп. - М.: Стройиздат, 2000. - 264 с.

51. Камьянов В.Ф., Лебедев А.К., Сивирилов П.П., Антонова Т.В. Влияние условий и глубины озонолиза тяжелых компонентов нефти на свойства продуктов реакции., Ж. прикл. химии, 1989, №5, с 1132 1136.

52. Камьянов В.Ф.,Лебедев А.К. Озонолиз компонентов нефти. Часть 1."Том.фил. СО АН СССР. Предпр.", 1987,№21,1-42.

53. Канализация. Наружные сети и сооружения. Строительные нормы и правила: СНиП 2.04.03-85.-Введ. 01.01.86.-М.:ГУПЦПП, 1998.-72с.

54. Карастелев Б. Я. Комплекс технологий термического обезвреживания судовых сточных и нефтесодержащих вод. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: -Владивосток 2000г.

55. Карелин Я. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов М.: Стройиздат,1982. - 184 с.

56. Каталог насосного оборудования. — С.Петербург: ЗАО "Энергопром", 2007. 108 с.

57. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды: Учеб. пособие для студентов вузов по спец. «Водоснабжение и водоотведение» Изд. АСВ, 2003.-228 с.

58. Клячин В. В. Граничная крупность разделения и производительность геометрически подобных гидроциклонов. — Изв. вузов, сер. Горный журнал, 1964, № 12, с. 142—148.

59. Коган С. 3. Гидроциклоны, их устройство и расчет. — Химическая про-ышленность, 1956, № 6, с. .27—38.

60. Кожинов В.В., Кожинов И.В. Озонирование воды. М.: Стройиздат, 1974.-304с.

61. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота: Учеб. для вузов/Под ред. Г.А. Конакова. -М.: Транспорт, 1980. 423 с.

62. Косовский В.И. Предотвращение загрязнения водоемов хозяйственно — бытовыми и фекальными сточными водами// Произв. техн. сб. М.: ЦБНТИ Минречфлота, 1982. - Вып.7. - 24с.

63. Косовский В.И. Судовые биохимические установки для обработки сточных вод: Обзорная информация. М.:ЦБНТИ Минречфлота, 1983. -Вып. 10.-40с.

64. Косовский В.И., Сташкевич Н.М., Иванова И.Г. Оптимальный способ обработки судовых сточных вод/ Охрана окружающей среды на речном транспорте. Л.: Транспорт, 1984. - Вып.178. - С.36 - 38.

65. Курганов A.M. Федоров Н.Ф. Справочник/Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. М.,1986.

66. Курников A.C. Концепция повышения экологической безопасности судна: Монография. Н.Новгород: ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2002.

67. Кутепов A.M., Терновский И.Г. К расчету показателей осветления разбавленных тонкодисперсных суспензий гидроциклонами малого размера. Химическое и нефтяное машиностроение, 1972, №3, с. 20-23.

68. Левин A.M. Опыты по очистке сточных вод на напорных гидроциклонах/Югнеупоры. 1970. - № 1. — С. 19-23.

69. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 года и Протокола 1978 года. М: ЦРИА «Морфлот», 1980. -364с.

70. Методика определения и расчета концентрации озона в озоно-воздушной смеси/ГИИВТ. Горький, 1989. - 11с.

71. Мустафаев А. М. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности / А. М. Мустафаев, Б. М. Гутман. М. : Недра, 1981.-260 с.-Библиогр.: с. 256-259.

72. Мустафаев А. М., Гутман Б. М. Влияние входного давления на количественные и качественные показатели работы гидроциклона. — Изв. вузов, сер. Нефть и газ, 1968, № 1, с. 85—88.

73. Мустафаев А. М., Гутман Б. М., Ершов В. П. Гидроциклонные установки для очистки пластовых вод от песка. — М., ВНИИОЭНГ, сер. Нефтепромысловое дело, 1977, № 11, с. 25—28.

74. Мустафаев A.M. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности. -М.: Недра, 1981.

75. Найденко В. В. Оптимизация процессов очистки природных и сточных вод / В. В. Найденко, А. П. Кулакова, И. А. Шеренков; Под общ. ред. В.В.Найденко. М.: Стройиздат, 1984. -151с.

76. Найденко В. В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах / В. В. Найденко; Горьк. инж.-строит. ин-т им. В.П. Чкалова. Горький, 1976. - 287 с.

77. Найденко В.В., Аделыпин А.Б., Иванов Н.В. Исследование очистки сточных вод нефтяных промыслов в напорных гидроциклонах// Исследование и промышленное применение гидроциклонов: Тез. докл. -Горький, 1981.-С.116-119.

78. Найденко В.В., Байдуков В.А. Гидроциклоны конструкции НГАСА-перспективное сгустительно-осветлительное оборудование//Изв. вузов. Строительство. 1997. - № 8. - С.70-73.

79. Найденко В.В., Житянный В.Ю., Хусаинов И .Я. Расчёт гидроциклонных установок/Ючистка природных и сточных вод Казань, 1982. -№ 8. -С.7-11.

80. Найденко В.В., Пономарев В.Г. и др. Очистка сточных вод в напорных гидроциклонах//Водоснабжение и санитарная техника. 1985. -№ 2. — С.7-10.

81. Найденко В.В., Соболев И.И. Сравнительная оценка зависимостей для определения объемной производительности гидроциклонов// Исследование и промышленное применение гидроциклонов: Тез. докл. -Горький, 1981. С. 199-202.

82. Орлов В.А. Озонирование воды. М.: Стройиздат, 1984, 234с.

83. Очистка сточных вод от взвешенных веществ и неорганических примесей: информ.-темат. сб. №19. Т.1 /ООО Науч.-информ. центр "Глобус". -М„ 2007.-81 с.

84. Пааль JI.JL, Кару Я.Я. Справочник по очистке природных и сточных вод- М.:Высш. шк., 1994. 336с.

85. Петров A.A. Углеводороды нефти. М.: Наука, 1984, 264с.

86. Петрова Л.А., Степанов A.B., Павлов В.В., Бабкин В.В. Способ очистки сточных вод о органических соединений озонированием. РЖХим., 1986г, №15, ЗИ554, с85 86.

87. Поваров А. И. Гидроциклоны. М., Госгортехиздат, 1961.

88. Пономарев В. Г. Основы моделирования сооружений механической очистки сточных вод / В. Г. Пономарев/ Вода и экология: проблемы и решения. 2004. - № 3. - С. 47-55.

89. Пономарев В. Г.Очистка сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов / Вода и экология: проблемы и решения. 1999. - № 1. - С. 40-44.

90. Пономарёв В.Г., Кедров Ю.В. Гидродинамика напорных гидроциклонов//Труды молодых специалистов. — М.:ВНИИ ВОДГЕО, 1972. -С.33-36.

91. Правила предотвращения загрязнения внутренних водных путей сточными и нефтесодержащими водами с судов: ПР 152-002-95. Введ. 01.12.95 -М.: Минтранс РФ, 1995. -26с.

92. Прокопьев K.JI. Олиферук C.B. Романенко А.П. Актуальные проблемы очистки нефтесодержащих сточных вод С.О.К. N 6 | 2007г., Национальный университет водного хозяйства и природопользования, г. Ровно (Украина).

93. Пронин А. И. Гидроциклоны для очистки сточных вод автомобильных моек / А. И. Пронин, д. Е. Суханов, А. А. Иванов/ Водоснабжение и санитарная техника. 2005. - N 5. - С. 36-38.

94. Разумовский С.Д. Озон в процессах восстановления качества воды. Ж. Всесоюз. химич. общества им. Д.И. Менделеева, 1993г, с 77 78.

95. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е.Озон и его реакции с органическими соединениями. М.: Наука, 1974, 322с.

96. Решняк В.И. Автономные плавучие и береговые сооружения для очистки нефтесодержащих и подсланевых вод. В сб. трудов СПб ГУВК. -СПб: СПбГУВК, 1996. - с. 37-48.

97. Решняк В.И.Основы очистки и утилизации нефтесодержащей воды в судовых энергетических установках: автореф. дис. на соиск. учен, степ. док. техн. Наук/Науч. Рук.Б.Д.Худяков; Санкт-Петербургский гос.университет водных коммуникаций.

98. Роев Г.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов / Г. А. Роев. М.: Недра, 1987. -222 с.

99. Российский Речной Регистр. Правила: В 3 т. Введ. 01.10.96. - М: Марин Инжиниринг Сервис, 1995.

100. Скирдов И.В., Пономарёв В.Г. Очистка сточных вод в гидроциклонах. -М.:Стройиздат, 1975. 172с.

101. Скурлатов Ю.И., Штамм Е.В. Ультрафиолетовое излучение — технология настоящего и будущего в процессах водоподготовки и водоочистки// Экология и промышленность Росси. 2000. - Апрель. - С.24 -27.

102. Станция очистки сточных вод "СОСВ-5", "СОСВ-Ю", "СОСВ-20". Пояснительная записка СВ.5-ПЗ. Н.Новгород: ВГАВТ, 2007 18 с.

103. Станции очистки сточных вод "СОСВ-5", "СОСВ-Ю", "СОСВ-20": ТУ 4859-001-03149576-2007. Н.Новгород, ВГАВТ, 2007. - 46 с.

104. Справочник по очистке природных и сточных вод/ JI.JI. Пааль, Я.Я. Кару и др. -М.: Высш. шк.,1994. 336с.

105. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. JL: Недра, 1983г, 263с.

106. Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.5.2-703-98. Введ. 01.01.99. -М. ¡Минздрав России, 1998. - 144с.

107. Тауке П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды, с 157

108. Терновский И. Г. Гидроциклонирование / И. Г. Терновский, А. М. Кутепов ; РАН, Отд-нйе физикохимии и технологии неорган, материалов. -М.: Наука, 1994. 350 с.

109. Устройства для очистки и обеззараживания сточных вод на судах внутреннего и смешенного плавания. Технические и санитарно-экологические требования. Правила приемки и методы испытаний: РТМ 212.0104-81. -Введ 01.01.82. -М.: Минречфлот, 1981. 43с.

110. Фихтман С.А. Очистка производственных сточных вод от взвесей в гидроциклонах малых размеров: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Тула, 1976.-23с.

111. Фихтман С.А. Применение гидравлических расчетов при исследовании работы центробежных аппаратов (гидроциклонов)//Труды Тульского политехнического института. Тула, 1971. - С.43-46.

112. Фоминых А. М. Распределение тангенциальной скорости внутри гидроциклона.— Изв. вузов; сер. Строительство и архитектура, 1972, № 2, с 116—119.

113. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учеб. пособие для вузов/ под ред. Г.И.Николадзе. М.:МГУ, 1996. - 677с.

114. Шмачков И. А. К вопросу определения производительности гидроциклона.— Тр. Харьковского горного института, т. XII, 1962, с. 157— 161.

115. Этин B.JI. Основы проектирования комплекса систем водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания: Автореф. дисс. докт. техн. наук. JI, 1985. - 44 с.

116. Яковлев С.В., Карелин Я.А. Водоотводящие системы промышленных предприятий/ под ред. С.В.Яковлева. М.:Стройиздат, 1990. -510с.

117. Agar G.E.,HERBST J.A. The effect of fluid viscosity on cyclone classification.-"Trans soc. Mining Engr",v 235.p.l45-156.

118. Bradley D. The hydrocyclone. London. Pergamon Press. 1987,p.336.

119. Fujimoto F. The perfomance of the hydrocyclone as a thickner.-Bulletin of the Japan society of mechanical engineers. 1979, v01.1,№3,p. 309-325

120. Fujimoto F.Experiments on the pressure drop in the hydrocyclone.Transactions of the Japan society of mechanical engineers. 1988,vol.24,№ 137,p.85-93.

121. Hoigke Y., Bader H. Константы скорости реакции озона с органическими и неорганическими веществами в воде. РЖХим, №17, 1990г, 12И271, с 94-95.

122. Kelsall D.F. A study of the motion of solid particles in a hydraulic cyclone. In: Recent davelopment in Mineral Dressing. London.I.M.M. 1983,p.l35-147.

123. Lilge S.O. Hydrocyclone fundamentals.-"Bull. Of the Insth.of Min. and MetaH".v71, №664,1982,p.l86-260.

124. Rietema E. Performance and design of hydrocyclones."Chem.Engn.Sci",vl5,№3-4,198 l/p/298-302.