автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Теоретические и экспериментальные исследования процессов очистки сточных вод предприятий приборостроения



На правах рукописи

ГУБАНОВ Леонид Никандрович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

05.23.04 — Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород — 1997

Работа выполнена в Нижегородской государственной .архитектурно-строительной академии.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Б. Г. Мишуков.

Доктор технических наук, профессор Ю. А. Ильин.

Доктор технических наук, профессор В. Г. Пономарев.

Ведущая организация — «Ниихиммаш» (г. Москва).

Защита состоится _»_

сов на заседания диссертационного Совета Д 064.09.04 в Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 603000, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, ауд. У-202.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке академии.

Автореферат разослан «АЗ » С^/уРё'//1дд7г

Ученый секретарь диссертационного Совета канд. техн. наук, профессор

Л. Л. ВАСИЛЬЕВ

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Несмотря на сравнительно небольшие объемы сточных вод, сбрасываемых отдельными предприятиями радиоэлектронной и приборостроительной промышленности* в канализацию, затраты на проектирование, строительство и эксплуатацию очистных сооружений, предназначенных для их обезжиривания, сопоставимы, а иногда и превышают затраты на создание основного производства. Это связано со сложностью технологических процессов обработки сточных вод, высокой стоимостью технологического оборудования, отсутствием унифицированных комплектующих изделий, агрегатов и систем водопользования в целом. Суммарный расход сточных вод, сбрасываемых ежегодно предприятиями приборостроения страны составляет от 160,9 до 200 млн.м3.

Предприятия приборостроения по характеру технологических процессов и режиму водопользования существенно отличаются от производств других отраслей промышленности. Производства компактны, выпускают большой ассортимент изделий, требуют для технологических целей воду высокого качества, в некоторых случаях деионизированную. Кроме того, основная технология приборостроения имеет высокий уровень гибкости и автоматизации, что требует соответственно разработки автоматизированных технологий очистки промстоков.

Производственные сточные воды приборостроения относятся к одним из наиболее токсичных отходов промышленных предприятий. Они содержат в своем составе различные виды и классы органических примесей (красители, СПАВ), ионы тяжелых металлов, цианиды, кислоты, щелочи, соединения мышьяка, фтора, отходы механической и химической обработки полупроводниковых изделий. Со сточными водами уносится и безвозвратно теряется до 30% используемого в производстве исходного сырья. Вместе с тем, по экспертным оценкам группы специалистов ООН^

* В дальнейшем для сокращения будем пользоваться условно-обобщенным названием - приборостроение.

запасы органических и минеральных ресурсов земли близки к истощению. Мировые запасы цинка, свинца, олова, вольфрама истощатся, по их выводам, уже к концу столетия. Несмотря на уникальность территории нашей страны по разнообразию и запасам полезных ископаемых, они в настоящее время близки к истощению.

Технико-экономическая оценка действующих в стране и за рубежом систем очистки промстоков предприятий приборостроения показала, что эффективность очистки не отвечает современным технологическим санитарно-гигиеническим требованиям, в водоемы поступает большое количество токсичных веществ, безвозвратно теряется огромное количество ценного производственного сырья.

Большая роль в развитии теории и практики очистки сточных вод приборостроительной отрасли принадлежит проф. В.В.Найденко, идеи которого во многом определили основные направления диссертационной работы.

Отдельные аспекты проблемы создания систем водопользования приборостроения освещены в трудах ученых С.В.Яковлева, Б.Г.Мишукова, Ю.А.Ильина, В.Г.Пономарева, Ю.А.Феофанова, М.И.Алексеева, Ю.М.Ласкова, В.И.Кучеренко, А.П.Нечаева, Р.Я.Аграноника, В.М.Рогова, Ф.Н.Карелина, Н.С.Серпокрылова, А.Д.Смирнова, В.Д.Гребенюка; процессов фильтрования Р.А.Аюкаева, М.Г.Журбы, Д.М.Минца, Г.И.Николадзе, С.А.Шуберта, А.М.Фоминых и др.

Актуальнейшей проблемой сегодняшнего дня в области очистки сточных вод приборостроения является создание высокоэффективных, надежных, гибких автоматизированных малоотходных и безотходных технологических систем водопользования, обеспечивающих извлечение и утилизацию ценных компонентов сточных вод, исключающих захрязнение окружающей среды.

Исследования, положенные в основу диссертационной работы, выполнялись автором в соответствии с планами важнейших НИР Минвуза РСФСР, Госстроя

РСФСР и СССР в период 1976-1991 г.г., Государственного комитета РФ по высшему образованию по научно-технической программе "Строительство" (1992-1996 г.г,), а также по бюджетным и хозяйственным договорам с научными, проектными организациями и промышленными предприятиями.

Цель работы. Целью диссертационной работы является решение важной народно-хозяйственной задачи, заключающейся в научном обосновании, разработке методов исследований и создании высокоэффективных систем водопользования предприятий приборостроения, исключающих загрязнение водоемов и обеспечивающих высокий уровень извлечения и утилизации ценных компонентов промстоков.

Для достижения поставленной цели в процессе проведения научно-исследовательских работ решены следующие задачи:

- созданы научные основы математического прогнозирования режимов сброса и колебаний концентраций загрязнений промстоков приборостроительных производств с разработкой программного обеспечения для практических расчетов на ЭВМ при проектировании производственных систем;

выполнен функционально-стоимостной анализ существующих отечественных и зарубежных систем обезвреживания промстоков предприятий приборостроения;

- разработана и практически реализована на ЭВМ математическая модель унификации технологических аппаратов и модулей, предназначенных для очистки производственных сточных вод;

- разработаны основы теории создания гибких автоматизированных систем очистки производственных сточных вод с учетом динамики технического перевооружения основных технологических процессов;

- созданы и внедрены в производство конструкции напорных фильтров из пористой нержавеющей стали, разработана методика расчета фильтров для условий фильтрования суспензий с полидисперсной твердой фазой;

б -

- разработаны, испытаны и внедрены в производство унифицированные модули ультрафильтрационной регенерации технологических растворов участков обезжиривания: гальванических производств;

- созданы замкнутые системы обезвреживания мышьяка, оптимизированы пределы применимости каждой системы в зависимости от конкретных условий производства;

- разработаны и внедрены в практику модули электрохимической экстракции ионов тяжелых металлов, позволяющие стабилизировать режим покрытия деталей, выделять из технологических растворов цветные металлы, значительно сокращать сброс токсичных загрязнений с промышленными стоками;

- создана и внедрена в производство замкнутая система водопользования гальванического цеха, включающая многостадийное обезвреживание реагентами, разделение на фильтрах из пористой нержавеющей стали, умягчение на иокитовых фильтрах, сорбционную очистку от органических загрязнений, обессоливание элекгродиализом;

- созданы и испытаны замкнутые системы водопользования участков никелирования, цинкования и хромирования с утилизацией металлов;

- созданы и испытаны системы обезвреживания фторсодержаших сточных

вод;

- теоретически обобщен отечественный и зарубежный опыт в области создания технологий обезвреживания промстоков предприятий приборостроения, что позволило классифицировать методы очистки с учетом эффективности, установить сферу применимости каждого метода, минимизируя затраты.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.

На основе обобщения отечественного и зарубежного опыта, а также результатов собственных исследований в области очистки промстоков предприятий приборостроения, разработаны научные основы оптимального проектирования систем водопользования, при которых структура и

технологическая эффективность каждой стадии и системы в целом обеспечивают выполнение экологических требований к качеству воды с одновременной минимизацией экономических затрат.

Такой подход к решению проблемы позволяет успешно решить ряд важных прикладных задач, а именно:

- оптимизировать нагрузку на локальные и общегородские очистные сооружения;

- создавать технологические модули-спутники основной технологии, обеспечивающие рациональное использование природных ресурсов и повышающие уровень и надежность управления природоохранной техникой и технологией;

- создавать малоотходные и безотходные технологические процессы с замкнутыми системами водопользования.

Созданы математические модели, обеспечивающие прогнозирование режимов сброса и колебаний концентраций загрязнений промстоков приборостроительных производств с разработкой программного обеспечения для практических расчетов на ЭВМ при проектировании систем очистки.

Осуществлен функционально-стоимостной анализ систем водопользования и очистки сточных вод предприятий приборостроения, создающий основы для оптимального проектирования производств, при которых технологическая эффективность отдельных стадий процессов обеспечивает выполнение заданных требований к уровню очистки, регенерации, утилизации отходов с одновременной минимизацией затрат.

Разработана методология многоуровневой унификации систем и сооружений очистки сточных вод на основе декомпозиции на системы, технологические модули, функциональные блоки, элементы функциональных блоков, компоненты блоков. Как показали результаты практической реализации предложенной математической модели унификации, автором впервые решены три важные для практики проектирования задачи:

- е -

- определять оптимальные параметрические ряды аппаратов и сооружений водообработки, исходя из потребности отрасли, группы отраслей;

- синтезировать аппараты, сооружения и системы очистки сточных вод при автоматизированном проектировании на ЭВМ;

- совершенствовать конструкции аппаратов и сооружений.

Разработаны теоретические основы проектирования гибких

автоматизированных систем очистки сточных вод (ГАСОСВ),

функционирование и развитие которых адекватно функционированию и развитию основной технологии промышленного производства. В основу теории создания ГАСОСВ положены принципы оптимизации систем очистки природных и сточных вод, разработанные проф. В.В.Найденко.

Изучены закономерности процесса фильтрования неоднородных жидкостей, содержащих полидисперсные взвеси (кристаллические-несжимаемые; аморфные гидроксидные - сжимаемые), через пористые металлические тонкостенные цилиндрические мембраны. Оценка характера процесса фильтрования осуществлялась по методологии, разработанной В.И.Жужиковым, Т.А.Малиновской для плоских фильтровальных перегородок.

Разработаны методы восстановления фильтрующей способности пористых цилиндрических элементов на основе гидравлических и химических методов с обеспечением автоматического режима управления процессом фильтрования. Созданы математические модели процесса фильтрования неоднородных систем, разработана методика расчета фильтров на основе цилиндрических фильтрующих элементов.

Созданы принципиально новые технологические системы очистки сточных вод предприятий приборостроения, включая гальванические цеха, производства полупроводниковых изделий, металлообрабатывающие производства. Изучен процесс формирования и очистки мышьяк - и фторсодержащих сточных вод на основе разработанных автором принципов унификации и оптимизации систем, обеспечивающих соответствующий основному процессу уровень гибкости.

Созданы высокоэффективные конструкции аппаратов и технологические модули очистки сточных вод - фильтры из пористых металлов, унифицированный ряд ультрафильтрационных модулей на основе трубчатых и волоконных элементов, модули регенерации промывных вод и утилизации ценных компонентов концентрированных стоков операций никелирования, меднения, хромирования, цинкования и др.

Научная новизна разработанных автором решений подтверждена 21 авторским свидетельством на изобретение.

Реализация результатов работы. Результаты научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ использованы проектными организациями: НИПКИ "Терминал", ЛГПИ (Ленинград), ВНИИ ВОДГЕО (Москва), (Киев), Промстройпроект (Пенза), Сантехпроект (Нижний Новгород) и др., промышленными предприятиями: Орбита, "Салют", НИИТОП, ВНИИИС, им.Фрунзе, ГАЗ (Нижний Новгород), ЗИЛ (Москва), ВАЗ (Тольятти), ПО "Орион" (Киев), завод "Медоборудование" (Пенза), "Автоприбор" (Владимир), заводами г.г. Арзамаса, Чебоксар и др.

Разработанная замкнутая система водопользования гальванического цеха внедрена на заводе "Орбита" (Н.Новгород). Модули до очистки сточных вод, прошедших реагентную обработку внедрены при реконструкции сооружений на заводах НИИТОПа, "Орбита", ВНИИИС, ГНИИРС, им.Фрунзе (Н.Новгород) и др. системы очистки и регенерации обезжиривающих растворов внедрены на ПО "Автоприбор" (Владимир), ПО "Эркон" (Н.Новгород).

Технология очистки сточных вод от производства арсина и механической обработки полупроводников реализована на предприятии ГИ "Салют" (г.Нижний Новгород). Рекомендации по созданию малоотходных технологических систем водопользования участков обезжиривания, нанесения гальванопокрытий, утилизации металлов из осадков переданы более чем 30 предприятиям отрасли.

Фактический годовой экономический эффект от внедрения разработок, выполненных автором составляет более 30 млрд.руб.

Ожидаемый экономический эффект только от унификации обратноосмотического оборудования в масштабах отрасли составит 800 тыс.руб. (в ценах 1986 года).

На защиту выносятся результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке высокоэффективных замкнутых, безотходных технологических систем водопользования предприятий приборостроения, базирующихся на блочно-модульном принципе их формирования, многоуровневой унификации, построении оптимальных параметрических рядов для серийного производства, функционально-стоимостном анализе и оптимизации технологий водопользования и очистки.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют практически реализовать замкнутые безотходные технологические системы очистки сточных вод, регенерации отработанных растворов и утилизации ценных веществ, организовать серийный выпуск унифицированных гибких автоматизированных модулей и комплексов для приборостроительной отрасли.

Разработаны технологические регламенты на проектирование и строительство локальных прицеховых систем водопользования для: гальванических производств - операций обезжиривания, нанесения покрытий, крашения изделий и др.; процессов эпигаксии, механической и химической обработки полупроводников.

Разработаны рекомендации по созданию общецеховых, заводских комплексных замкнутых систем очистки на основе реагентных методов, ионного обмена, электродиализа, фильтрационных мембран и др.

На основе параметрических рядов разработана проектно-конструкторская документация на ультрафильтрационные и электроэкстракционные модули регенерации растворов и утилизации металлов, фильтрационные модули доочистки сточных вод, прошедших стадию реагенгной очистки.

Разработаны алгоритмы и программы расчета на ЭВМ концентрации загрязнений в ваннах промывки, определений оптимального параметрического

ряда технологического оборудования, характера и режима фильтрования через пористые тонкостенные перегородки.

Разработаны рекомендации по проведению многоуровневой унификации аппаратов и систем очистки сточных вод.

Результаты исследований используются научными и проектными организациями, а также службами эксплуатации соответствующих систем очистки.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, рассмотрены и обсуждены на научных конференциях HACA (1976-199бг.г.), ЛИСИ (1976, 1983, 1986г.г.), Всесоюзных научно-технических конференциях (г.Харьков, 1986г.), Тбилиси (1987г.), Всесоюзном научно-практическом семинаре (г.Ровно, 1986г.), YII Всесоюзном симпозиуме (г.Таллин, 1985г.), Втором международном симпозиуме (НРБ, 1989г.), расширенном заседании Бюро НТС Госстроя СССР (г.Москва, 1989г.), научно-технических конференциях (г.Куйбышев, 1982, 1986г.г.), Ростов-на-Дону (1987г.), Пенза (1988г.), Иркутск (1975г.), НИПКИ "Терминал" (г.Ленинград, 1980, 1984, 1985г.г.), ЛГПИ (г.Ленинград, 1988г.), Сантехпроект (1987, 1988г.г.), Промстройпроект (г.Нижний Новгород, 1986г.), Минэкологии Чувашской АР (1992-1996г.г.) и др.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 140 научных работах, получено 21 авторское свидетельство на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, содержит 296 страниц машинописного текста, 146 рисунков, 33 таблицы, 8 приложений. Список литературы включает 297 работ.

Вся научная деятельность автора проходила при тесном сотрудничестве с академиком РААСН д.т.н., профессором Найденко В.В.

При разработке отдельных вопросов автор сотрудничал с к.т.н. Акулышным A.A., Айнетдиновым P.M., инженерами Прокофьевым Ю.Н., Масанкиным Е.В., Дергуновой Г.Н., Ереминым И.М., Кнохиновым Б.И., Акчуриным Б.К.

- 12 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена анализу современного состояния технологического процесса на предприятиях приборостроения, с точки зрения водных операций.

Приведет краткая характеристика технологических процессов. Установлено, что сточные воды рассматриваемых производств образуются в процессе нанесения гальванических покрытий (обезжиривания, травления, никелирования, хромирования, цинкования и др.), механической (резании и шлифовании) и химической (эпитаксии, синтеза арсина, фотолитографии и др.) обработки полупроводников. Дан анализ современному технологическому оборудованию.

Рассмотрены составы применяемых и перспективных электролитов с точки зрения качества производства изделий, их экологической опасности и возможности их повторного использования, регенерации и утилизации на стадии технологического процесса.

Во второй главе представлены результаты проведенного функционально-стоимостного анализа систем очистки сточных вод предприятий приборостроения. В ходе анализа рассмотрены применяемые в стране и за рубежом и разработанные автором методы очистки, доочистки и утилизации сточных вод: реагентные, электродиализ, ионный обмен, ультрафильтрация, обратный осмос, электролиз, реагентные с доочисткой на механических зернистых фильтрах, фильтрах из пористой нержавеющей стали, ионным обменом, электродиализом. Обобщенные технико-экономические показатели основных методов очистки сточных вод представлены в таблице 1. Дана классификация сточных вод, образующихся на предприятиях приборостроения, и методов их очистки. Установлено соотношение расходов сточных вод различных категорий: кисло-щелочные составляют - 65,1%; хромсодержащие - 19,9%; фторсодержшцие - 11,5%; циансодержащие - 2,3%; мышьяксодержащие - 1,2%. Процентное соотношение отдельных компонентов

Таблица 1

Технико-экономические показатели основных схем очистки сточных вод гальванически* производств в ценах 1991 года.

Метод очистки Капитальные затраты тыс. руб. на куб. м/ сут Себестоимость очистки^ руб.к>-б. м/ сут Площадь станции кв.м

Производительность куб.м/сут 100 300 800 3000 100 300 800 3000 100 300 800 3000

Реагенлшй 8,00 2,47 1,70 1,35 3,50 1,94 1,47 1,21 600 950 1500 3000

Реагентный с доочисткой электроанализом. 8,63 3.90 2,42 1,75 9,28 3,84 2,14 1,37 700 1200 2500 4000

Реагентный с доочисткой ионным обменом. 6,85 3.46 2,40 1,90 10,70 4,55 2,63 1,76 850 1400 2600 3500

Реагентный с доочисткой на зернистых фильтрах.. 6,20 2,96 2,21 1,76 6,67 3,24 2,04 1,50 1000 2000 2600 4000

Реагентный с доочисткой на фильтрах ППС. 6,00 2,80 2,11 5,20 2,60 1,85 700 1100 2000

Ионный обмен при 0.1 солесодержанин 0.5 (в г/л) 1.0 2.0 4,80 3,52 2,56 1,92 9,60 6,72 5,12 3,52 9,52 7,36 14,68 10,88 3,52 2,24 1,28 0,96 7,04 4,80 2,56 1,60 4,48 2,68 8,32 5,76 600 1100 1900 3100

Установка "Элион". 8,70 4,20 2,60 9,40 4,20 2,40 500 800 1200

I

ь-f u>

I

сточных вод составляет: фтор - 28,9; хром -19,1; медь - 14,1; никель - 13,6 ; железо - 13,2; цинк - 9,8; циан - 0,6; мышьяк - 0,7%. Расход сточных вод колеблется в пределах от 24 до 170 м3/ч.

Проведенный функционально-стоимостной анализ систем очистки сточных вод показал:

- существующие системы водопользования предприятий не обеспечивают требуемого уровня очистки сточных вод, характеризуются низким уровнем автоматизации, надежности, гибкости;

- не решаются задачи по разработке и внедрению малоотходных, замкнутых технологических систем водопользования.

Основными причинами неудовлетворительного состояния очистки сточных вод являются: отсутствие перспективных высокоэффективных гибких технологий очистки, низкий уровень теоретических исследований и методологических разработок по оптимизации и унификации процессов очистки и технологического оборудования.

В результате анализа конкретных методов и схем очистки установлено:

- ни одна из рассмотренных технологий реагентной очистки не обеспечивает качество очищенной воды, отвечающее требованиям выпуска в водоемы хозяйственно-бытового и рыбохозяйственного назначения или производственным целям;

- реагентные методы очистки стоков с доочисткой на механических кварцевых, антрацитовых, керамзитовых однослойных и многослойных фильтрах, мембранных фильтрах из пористых металлокерамических, полимерных материалов, нержавеющих сталей, титана при рациональной организации производственных технологических процессов: замене высокотоксичных электролитов на менее токсичные; использовании отработанных рабочих растворов; организации эффективных межоперационных промывок; оптимальном соотношении нейтрализующих реагентов, обеспечивают на 70-80% возврат очищенных вод в технологический цикл предприятия;

- элекгродиализ, ионный обмен, баромембранные технологии, выпарка обеспечивают, в основном, повторное использование очищенной воды и выделенных из стоков компонентов в производственных процессах, но не исключают, как правило, реагентных методов для обезвреживания образующихся элюатов, рассолов, шламов.

Выбор рациональной технологии водопользования приборостроительного предприятия определяется с учетом количества и качества сточных вод, подвергаемых обезвреживанию; концентрации загрязнений в воде; качества воды для производственных целей; требуемой степени очистки и стоимостных показателей. Стоимостные показатели систем очистки должны учитывать ценность, дефицитность, степень токсичности обезвреживаемых или извлекаемых из промстоков компонентов, принятую систему водопользования предприятия, входящих в нее приемов и методов ее реализации.

Количество и состав образующихся стоков и твердых отходов, определяется технологией основного производства, системой водоотведения, наличием локальных систем регенерации, технологией и реагентами, применяемыми при обезвреживании стоков, оборудованием для обработки шламов.

В заключение второй главы, на основе анализа состояния водоотведения и очистки сточных вод предприятий приборостроения сформулированы основные цели и задачи исследований.

Третья глава посвящена организации рациональных технологий водопользования участков, цехов и предприятия в целом, с целью сокращения потребления свежей воды на производственные нужды, уменьшения выноса рабочих растворов с обрабатываемыми изделиями, снижения экологической опасности от использования токсичных электролитов.

Основными направлениями, позволяющими значительно снизить загрязненность сточных вод отходами производства, являются: совершенствование технологических процессов; внедрение прогрессивного современного оборудования; создание экологически безопасных электролитов, технологических

растворов; разработка рациональных эффективных межоперационных технологий промывки изделий.

Основное количество загрязнений поступает в воды в результате выноса рабочих растворов с обрабатываемыми деталями и оснасткой. Для уменьшения выноса электролитов в гальваническом производстве рекомендуется осуществлять следующие мероприятия: рациональное расположение деталей на подвесках, выдержка их над рабочей ванной; встряхивание деталей; обдувка сжатым воздухом, паром или газом, установка ванн улавливания, использование противоточных каскадных промывок и др.

Положительные результаты достигаются при комплексном использовании перечисленных способов улавливания электролитов.

Так автором, в сотрудничестве разработана технология удаления и улавливания рабочих растворов с поверхности обрабатываемых изделий. Разработанная технология позволяет уловить 80-85% выносимого с обрабатываемыми деталями рабочего раствора и возвратить его в рабочую ванну гальванизации.

Большое значение для снижения токсичности сточных вод имеет замена экологически опасных электролитов на безопасные, малотоксичные; концентрированных на малоконцентрированные. Например, замена цианистых электролитов меднения и цинкования на безцианистые; отказ от никелевых электролитов на основе сульфаминовой кислоты; применение цинкатных электролитов с содержанием цинка в рабочей ванне на уровне 10-15 г/лидр.

Создание эффективных систем водопользования и очистки сточных вод предприятия возможно только при наличии оперативной информации о количестве и концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистные сооружения, в любой промежуток времени их функционирования.

Для определения оптимального количества воды на промывные операции и концентрации отдельных загрязнений в сточных водах от технологических линий, отдельных межоперационных промывок разработаны математические модели, алгоритмы и реализующие их программы расчета на ЭВМ. Остановимся на одной

из наиболее универсальных методик, разработанной автором для расчета режимов промывки деталей в гальваническом производстве.

Решение поставленной задачи осуществляется следующим образом.

1. Для каждой конкретной системы промывки деталей составляются схемы и уравнения материального баланса загрязнений (рис. 1).

2. Разрабатываются системы дифференциальных уравнений (табл.2).

3. Решение систем уравнений осуществляется аналитическими методами с использованием преобразований Лапласа.

4. На основании полученных решений разрабатываются алгоритмы и реализующая их программа расчета на ЭВМ.

В процессе решения задачи определялись следующие величины и зависимости:

- максимальные количества электролита в каждой промывной ванне (при заданном расходе промывных вод);

- количество промывной воды в каждой ванне (при заданных концентрациях электролита в ванне);

- концентрация электролита в каждой ванне промывки в любой момент времени (при заданных расходах промывной воды или концентрации электролита в ваннах).

При вычислении названных параметров в качестве исходных показателей были приняты:

- объем промывных ванн (Ух, Уу, Уг, У\у, м3);

- концентрация электролита (Со, Сх, Су, Сг, Сау, СЬ, мг/л) соответственно в гальванической ванне и в ваннах промывки; - вынос электролита из ванн q, л/ч;

- расход воды на промывные цели (0, л/ч) или допустимая концентрация электролита в ваннах промывки (Сдоп., мг/л).

Разработанная методика расчета на ЭВМ позволяет получать сопоставительные данные по расходам воды на промывные нужды, изменению концентрации загрязнений в каждой из промывных ванн для любой принятой технологии промывки деталей и выбирать, в зависимости от конкретных условий, оптимальный вариант.

/к

а)

т ОСз

2

Ох ау

57 (}Со

Ось

9х

09

ве*

V/

¥

9*

осв

у*

I-

---- -ГГ ______

/ 2 3 4

со I

III

ЦХ

\1/

"—' —

/ 2 5 4 *

Рис. 1 Схемы промывки изделий в воде после операций гальванизации

а) 1 - гальваническая ванна; 2,3,4 - первая, вторая и третья вашш каскадной противоточной промывки;

б) 1 - гальваническая ванна; 2,3 - первая и вторая ванны улавливания; 4,5 - первая и вторая ванны каскадной противоточной промывки.

Таблица 2

Расчетные уравнения для определения концентрации загрязняющих веществ в ваннах промывки

Характер промывки Расчетное уравнение Начальные условия

Одноступенчатая проточная промывка dx — = Кх[аС0+(1-а)С„-х] 4=0 = Сх

Двухступенчатая противоточная каскадная промывка Ну — =Кх[аС0+(1-а)у-х] ^ = Ку[(1-а)Св4-ах-у] 4=0 = Сх уи = су

Трехступенчатая противоточная каскадная промывка fix ^=Кх[ссС0 + (1-а)у-х] ^ = Ky[ax + (l-ct)z-y] ^ = Kz[ay + (l-a)CB-z] 4=0 = Сх у|1=0 = СУ 4-0 = с2

Одноступенчатая проточная промывка с одной ванной f = Kx[C0-x] ^jj = К у [ах - у + (1 - а)Св] 4=0 - уи = сУ

Двухступенчатая противоточная промывка с одной ванной улавливания | = Кх[С о-х] —• = Ку[ах + (1 - a)z- у] ^ = Kz[ay + (l-a)CB-z] 4=0 = С* уи=су 4=о=с2

Одноступенчатая проточная промывка с двумя ваннами улавливания | = Кх[С0-х] | = Ку[х-У] ^ = Kz[ay + (l-a)CB-z] 4=0 = Сх у1Ы> = СУ 4=0=^

Двухступенчатая противоточная каскадная промывка с двумя ваннами улавливания

= Кх[С0-х]

(к «и

сЬУ

= К№[аг + (1-а)Св^]

Сх

УЬ = СУ

^о = С2

4,-0 = = с,

где а = (1) КХ=Я±^ (2)

X

уу "г

(5)

В четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению процесса фильтрования через пористые перегородки. Анализ методов глубокой очистки и доочистки сточных вод от нерастворимых примесей показал перспективность фильтрования. Однако применение фильтров с зернистой загрузкой для решения этих задач весьма проблематично.

Применение пористых фильтрующих перегородок (тканевых, полимерных и из порошковых материалов) позволяет создавать высокоэффективные, гибкие, компактные технологии, надежные в эксплуатации и обеспечивающие высокий уровень автоматизации.

Учитывая характер взвесей сточных вод предприятий приборостроения: кристаллические несжимаемые - от процессов механической обработки полупроводников; аморфные, сжимаемые взвеси, представленные, в основном, гидроксидами металлов, солями кальция, магния, нефтепродуктами и вкраплениями органических веществ, исследования проводились в двух направлениях.

Первое направление состояло в изучении технологических параметров, разработке математических моделей процесса фильтрования, создании конструкций аппаратов и сооружений, их автоматизации, программном обеспечении работы, разработке рекомендаций на проектирование промышленных систем для очистки сточных вод от кристаллических несжимаемых взвесей - отходов механической обработки полупроводников на примере процессов шлифования и резания арсенида галлия.

Второе направление связано с проведением аналогичных исследований на сточных водах, содержащих сжимаемые аморфные взвеси от гальванических производств, прошедших стадию реагентной обработки,

электрогальванокоагуляцюо и отстаивание. То есть решалась задача глубокого осветления сточных вод от взвешенных веществ после гравитационного разделения суспензий.

Всестороннему изучению подвергались мембранные пористые материалы: эластичные - лавсан, бельтинг, капрон, полимерные типа МФА; твердые -пористая нержавеющая сталь, титан, различной толщины и пористости. Производилась оценка характера процесса фильтрования. Определение характера фильтрования позволяет установить основные закономерности процесса при изменяющихся технологических характеристиках.

Установлено, что наиболее эффективными являются жесткие пористые перегородки типа ФНС и ПНС из пористого металла в виде трубчатых элементов: они долговечны, проще в эксплуатации, регенерируются. Применение плоских перегородок из-за сложности конструкций аппаратов, низкой удельной производительности, сложности регенерации, громоздкости систем неэффективно.

Исследованиями характера фильтрования несжимаемых, кристаллических взвесей установлено:

- фильтрующие элементы с цилиндрической поверхностью могут быть классифицированы методами, учитывающими сползание осадка с поверхности элементов;

- 22 -

- сползание осадка характеризуется в координатах (5-У) выпуклой кривой вида: 5=А- У,!п;

фильтрование через цилиндрические перегородки протекает с одновременным образованием и отрывом осадка;

- с течением времени прирост осадка на поверхности фильтрующего элемента прекращается, то есть наступает фаза динамического равновесия между массой отложившегося и оторвавшегося от поверхности накопившегося осадка.

Определение параметров процесса фильтрования данного характера может быть произведено при помощи уравнений:

- = КР

-5,372

3 =

£ 0,079 6,372

6,372К

Э:6,372 + 6,3 72К

И

-6,372

у =

тР

1 + 7,372К^

1,765

-6,372

V'

.7,372,.

-0,157

-0,136

ц +0,235р.

Р V 1,765

(б)

(7)

(8)

(9)

(10) (П)

После определения основных технологических параметров процесса были определены рациональные конструктивные решения фильтровального оборудования. Рациональный режим работы фильтров целесообразно определять из условия получения минимально допустимой скорости фильтрования (Ф д).

Продолжительность операции фильтрования конструктивно связана с длительностью дополнительных операций - регенерации тр и вспомогательных операций. В этом случае продолжительность цикла фильтрования

-Гц =т +Тд +тв.с. =т(1 ■+Кр +КВ.С. )Кр (12)

где Кр ,КВС - отношения длительности регенерации и вспомогательных операций к продолжительности фильтрования.

Исследования по фильтрованию сжимаемых суспензий проводились на аналогичных установках и методиках, что и для несжимаемых взвесей.

Учитывая текучесть, уплотняемость аморфных взвесей, возможность их кристаллизации, сложность процессов отложения суспензий на поверхности мембран и внутрипоровом пространстве, особое внимание в процессе изучения вопроса, уделялось регенерации мембран.

Изучение эффективности процесса фильтрования производилось на трех системах: на различных модельных растворах; сточных водах, прошедших нейтрализацию; сточных водах, прошедших нейтрализацию и отстаивание.

Концентрация взвешенных веществ в испытываемых системах варьировалась в пределах 15-1200 мг/л.

Процесс фильтрования суспензий изучался при скоростях потока жидкости над мембраной от 0 до 5 м/с.

В процессе исследований установлены статистические зависимости между различными параметрами процесса. Так зависимость между скоростью фильтрования, давлением фильтрования и концентрацией взвешенных вегцеств может быть представлена в виде уравнения

■$ = К 2 • -¡Г0,666 • р0-589 . С^384 (13)

Массу отложившегося на мембране осадка можно определять по формуле

_ т, г0,585 0,848 Сдч

тос = К3'Свво ' ^

Изучение характера процесса фильтрования показало, что фильтрование сжимаемых, аморфных суспензий с весьма большой достоверностью можно отнести к фильтрованию с образованием осадка, без его срыва с поверхности и закупориванием пор.

Для этого процесса определение основных параметров фильтрования можно производить по формулам

V ' =

¡,09 К

-10,889

к . 9,09 — + р''09 И

-Р'

!,09 . (15)

(8,09-К .У + Р8^)""'2-Р9'09 (16)

т = Р

9,09К — Ц

В процессе исследований по восстановлению фильтрационных свойств перегородок, вызванных внешней и внутренней кальматацией пор изучались механические, гидравлические и химические способы.

Механическая очистка производилась различными видами щеток и путем добавления в исходную жидкость пенополиуретановой крошки размером 5-8 мм до 50% от объема. Механическая очистка эффективна только для удаления отложившихся взвесей с поверхности меыбран. Очистка пор мембран механическим путем не происходит. Более того при скоростях потока жидкости над мембраной > 2 м/с, эффективность закупорки пор, за счет втирания взвесей в толщу порового пространства и их уплотнения, возрастает.

Регенерацию фильтрационных перегородок гидравлическим путем рекомендуется производить гидроимпульсом с обратной стороны мембраны. Эффективность гидравлической промывки составляет от 70 до 90%, расход воды на промывку 1-2% от объема обработанной. Для полного, глубокого восстановления фильтрационных свойств мембран на заключительной стадии гидравлической промывки эффективна химическая регенерация. Например, регенерацию мембран от гидроксидных осадков следует производить 0,1-1% раствором соляной кислоты, через каждые 10-12 циклов гидравлической промывки, что обеспечивает практически полное восстановление мембран.

В пятой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований методов и схем водоотведения и очистки сточных вод процессов: нанесения гальванических покрытий (механические загрязнения минерального и органического характера; органические красители, лаки, растворители, фоторезист, спирты; кислоты и щелочи; соли тяжелых металлов, фториды);

производства полупроводниковых изделий (мышьяк и его соединения в растворенной и нерастворенной форме).

Изучены закономерности формирования и методы очистки сточных вод от соединений мышьяка, находящихся в растворенном (от химической обработки полупроводников: процессов травления, эпитаксии, фотолитографии, синтеза арсина и др.) и нерастворенном (механическая обработка - резание, шлифование) состоянии.

В процессе исследований по очистке от растворимых соединений мышьяка изучались электрохимические методы, озонирование, флотация, фильтрование, сорбция, обратный осмос. На основе проведенных исследований разработан ряд альтернативных технологий глубокой очистки с возвратом воды в технологический цикл предприятия.

Исследования по электрохимической очистке показали перспективность электролизеров с растворимыми низкоуглеродистыми стальными электродами и разделительными селективными мембранами при организации процесса под избыточным давлением 0,1-0,3 МПа. Степень очистки в напорных аппаратах при оптимальных параметрах электролиза (рН=4,0-6,8; ¡¡=5-8 А/дм2; ^=4,5-6,0 мин) составляла 99,9%. В аналогичных электролизерах с мембраной МК-40 тот же эффект достигался « в два раза быстрее (^=2,0-4,5 мин). Кроме того, коэффициент использования электродов в напорных аппаратах составил 85-95%, выход металла по тону 80-85%. Аналогичная картина наблюдалась и в аппаратах с разделительными мембранами. В безнапорных электролизерах эти показатели соответственно составили 45-60% и 65-70%.

Установлено, что расход железа на единицу удаляемого мышьяка определяется его валентностью и концентрацией в жидкости. Так при концентрации мышьяка в стоках я 300 мг/л, доза железа составляет 2-3 мг на мг снятого загрязнения, при концентрации « 25 мг/л эта величина достигает 27-29 мг (для пятивалентного) и 47-50 мг (для трехвалентного) мышьяка.

Нерастворимые продукты электролиза эффективно выделяются из жидкости в камере флотации, разработанной автором, за счет газов, выделяющихся из

жидкости при выходе из напорного электролизера. Эффективность извлечения нерастворимых продуктов электролиза в камере флотации составляет 76-93%. Доочистка жидкости, осуществляемая на механических песчаных фильтрах, при варьировании скорости фильтрования от 0,5 до 8,0 м/ч обеспечивает эффект очистки: по взвешенным веществам 76-97%, по соединениям мышьяка 76-93%, грязеемкость песчаной загрузки составляла 3,4-6,9 кг/мэ.

Исследования по очистке сточных вод обратным осмосом показали, что он обеспечивает снижение мышьяка в фильтрате до уровня ПДК, т.е. < 0,05 мг/л. Селективность мембран по пятивалентному мышьяку колебалась в пределах 93,199,75%, по трехвалентному 35,0-69,5%.

В результате математической обработки экспериментальных данных получены полуэмпирические зависимости для каяедого этапа обработки стоков. Для электрохимических процессов: - в бездиафрашенных безнапорных аппаратах

(17)

(18) (19)

(20)

(21) (22)

- в напорных аппаратах

О 3+ _ V -—0,065 0,08 ¿Ав -Л-13 '1а 'V

О 3+ — К 0,050

5+ _ V- ,'-4071 ПМ8

■^Аэ ~/Ч5''а ''

О 5+_ у г«,012 „0,049

^А* -Л-к'Ц,,, -Г

(23)

(24)

(25)

(26)

Для обратного осмоса

а=К26С«ю-Р0-мз р=К2/С?т-Рш

(27)

Учитывая большое количество отходов полупроводников в процессе их обработки (40-50% при резании, 15-20% при шлифовании), а также их высокую стоимость в задачу исследований по очистке этой категории стоков, наряду с обеспечением требуемого качества очистки жидкости, входило обеспечение максимальной утилизации этого полупроводникового сырья.

Нерастворимые формы мышьяка представлены твердой фазой с частицами различной крупности. Для процессов резания слитков полупроводников распределение частиц по крупности следующее: 5-30 мкм (4-5%); 30-50 мкм (2030%); 50-70 мкм (30-35%); более 70 мкм (30-40%). Концентрация частиц в промывной воде от 0,1 до 30 г/л. Твердая фаза процесса шлифования представлена частицами: 5-30 мкм (18-20%); 30-50 мкм (60-63%); 50-70 (17-20%). Концентрация частиц в воде в цикле обработки 0,1-2,0 г/л. Температура воды в обоих случаях 17-22 °С, рН = 6,8-7,4.

Исследования методов отстаивания, коагуляции, электрокоагуляции по ряду причин показали их нецелесообразность. Перспективным является применение пористых твердых фильтрующих материалов. Они обеспечивают высокий уровень извлечения и утилизации ценных компонентов. На основе этих материалов созданы безотходные фильтрационные модули.

Большой объем исследований посвящен разработке замкнутых систем водопользования гальванических цехов, наиболее водоемких и экологически опасных производственных участков приборостроения.

На основании функционально-стоимостного анализа альтернативных схем очистки и этапа поисковых исследований предпочтение отдано технологии, включающей на первой ступени реагентную очистку с последующей доочисткой на сооружениях механической и физикохимической обработки.

Для изучения закономерностей очистки сточных вод по стадиям и разработке математических моделей, описывающих процессы на каждой ступени, была смонтирована пилотная многофункциональная установка. Изучались комплексные технологические схемы, включающие набор функциональных блоков, которые могут работать как в автономном режиме, так и в различном

сочетании друг с другом. Функциональные блоки формируются на основе реагентных методов, сорбции, ионного обмена, электродиализа и др. Исследования проводились на реальных сточных водах.

Исследованиями установлены оптимальные параметры процессов на отдельных стадиях очистки, позволившие реализовать поставленную задачу оптимизации технологии водопользования объекта на уровне внутренней и внешней оптимизации.

Эффективность процесса нейтрализации определяется характером сточных вод (исходной концентрацией загрязнений, солевым составом, соотношением ингредиентов жидкости, рН воды и др.), видом используемого реагента или смеси и их соотношением.

Исследования по осветлению сточных вод фильтрованием через зернистую загрузку позволили выявить основные закономерности процесса, установить оптимальные параметры фильтрования, определить режимы промывки и регенерации фильтров. При этом теоретические положения фильтрования через зернистую загрузку, в основном, совпали с теорией фильтрования, предложенной Минцем Д.М.

Изучение различных сорбентов для удаления органики показало, что значительной разницы по эффективности между ними не обнаружено. В связи с этим был рекомендован наиболее доступный АГ-3. Снижение органических загрязнений (по ХПК) составляло в среднем 54%.

Для умягчения сточной воды (при использовании для нейтрализации извести) рекомендуется ионообменные смолы в натриевой форме. Математически процесс умягчения на натрий-катионитовом фильтре можно представить уравнением

Сж/СЖо --1,085 + 0,183-Уу-6Д89-Ьи+0,118-СЖо +0,018% , (29)

где Уу - объем умягченной воды, л.

Изучение процесса обессоливания умягченной воды проводилось на рециркуляционной и прямоточной схеме с рециркуляцией рассола (3-4 ступени), в качестве мембран использовались МК-40 и МА-40. Элекгродиализ эффективен при

отсутствии взвешенных веществ, ионов железа, и солей жесткости (<1,0 мг-экв/л.). Съем солей с одной ступени составляет 23-27%. Общее солесодержание в очищенной воде колебалось от 400 до 600 мг/л.

Фторсодержащий поток сточных вод предприятий приборостроения относится к наименее изученным. В данном разделе представлены результаты исследований по очистке фтореодержащих (фторэмульсионных) сточных вод . Фторэмульсионный поток сточных вод предприятий приборостроения сложная многокомпонентная система. Она включает: неорганические загрязнения, механически связанные с поверхностью деталей (абразивная пыль, окалина, песок, глина и др.); органические загрязнения (лаки, краски, бензин, фоторезист, спирт, различные виды растворителей); кислоты и щелочи ( Н^БО^ НС1, №ОН, НБ и др.); ионы тяжелых металлов: (Си2+, гп2"1", Мг* и др.).

Основной задачей обезвреживания такого стока является деструкция сложной, грудноокисляемой органики, обесфторивание и удаление солей металлов.

Наиболее универсальными, прогрессивными методами очистки таких стоков являются электрокоагуляция, озонирование и сорбция.

Исследования по электрокоагуляции проводились с алюминиевыми электродами в безнапорных и напорных электрокоагуляционных аппаратах. Эффективность процесса обезвреживания фторсодержащих стоков в

электрокоагуляторах определяется величинои дозы алюминия (-), активной

АР

реакцией исходной жидкости (рН), плотностью тока на аноде (А/дм2), продолжительностью обработки (Т,с), концентрацией загрязнений (мг/л) и расстоянием между электродами (мм).

Исследования по очистке стоков в безнапорных электрокоагуляторах показали, что определяющими факторами процесса являются концентрация загрязнений в исходной жидкости, продолжительность обработки и величина силы тока.

Эффективность процесса очистки от фтор-ионов, при оценке по остаточной концентрации загрязнений в очищенной жидкости, можно представить в виде зависимости

С = А + В>ерт ,мг/л , (30)

где А,В, Р- размерные параметры, Т - продолжительность процесса, с. Значения параметров, в зависимости от исходной концентрации фтор-ионов в жидкости, определяются по эмпирическим формулам, представленным в табл. 3.

Зависимость дозы алюминия на обезвреживание фтор-ионов от продолжительности обработки и плотности тока апроксимируется уравнением =АТ+В, (31)

АР

где А= 4,35 -Ю"3 -8,0769- 10"3 1 +6,3639 -10"3 ? -1,2204 -Ю^3 (32)

В = -0,7273+2,4179 {-1,5523 ? +0,2918 ^ (33)

Расчетная продолжительность обработки жидкости в электрокоагуляционных аппаратах может быть определена по уравнению 34 - (рН исходной жидкости варьировалось в пределах 2-4 ед.)

Т = А+Верс+Се1'с , (34)

где А= -74,53373+418,7661 -339,3972 ? (35)

В= 13,75507-40,34791 +35,8105 ? ; (36)

. С= 204,2066-380,783 1 +290,15905 ? ; (37)

(3=0,0650422-0,049591 +0,01235 ; (38) у= 0,04108-0,12127 1 +0,04903 ? (39)

Таблица 3

Расчетные уравнения процесса очистки сточных, вод от фтор-иона в процессе

электрокоагуляции

Параметры Концентрация фтор- Вид уравнения

иона в исходной

жидкости, Сисх мг/л

5-20 4,85-3,83 1 +1,65 [2 -0,37 г1

А 20-50 1,9 +27,63 1 - 25,4 I2 +5,87 ?

50-75 24 - 5,33 1 -И2 +1,33 Р

75-110 30 - 33,33 1 +26 Р -6,6713

5-20 101,22-194,591 +154,35 I2 - 38,73 [ъ

В 20-50 -107,20+399,74 1 - 312,97 I2 +74,29 ^

50-75 51,45+54,16 i - 67,71 ? +26,38 ?

75 - 110 208,85-289,85 1 +247,46 ? - 64,14 ¿3

5-20 -0,09+0,21 1 - 0,18 ¡2 +0,04 ¡3

Р 20-50 0,37-1,231 +1,02 [2 - 0,26 I3

50-75 -0,01-0,081 +0,11 I2 - 0,05 ¡3

75-110 -7,09-Ю"3 +0,01 ¡-0,01 ? +4,23 аО"313

Исследования, проведенные в безнапорных электрокоагуляторах, показали, что эффект очистки (в оптимальном режиме процесса) по фтор-иону составляет 8595%, по органическим загрязнениям (оценка по ХПК) 40-50%, количество осадка после 1,5 ч отстаивания при влажности 99,2-99,4% достигает 5-10% от объема обрабатываемой жидкости. Затраты электроэнергии при обработке жидкости с концентрацией фтор-ионов 50-100 мг/л в пределах 5-7 квт-ч/м3.

Кроме того, анализ полученных зависимостей показал, что скорость извлечения фтор-иона в процессе электрокоагуляции неравномерна. В начальной стадии процесс идет более интенсивно, чем в конечной, причем удельный расход электрохимически растворенного алюминия на удаление единицы фтора возрастает

пропорционально продолжительности обработки и изменяется от 1:1 в начале процесса до 1:10 и более в конце.

Первое направление ведет к значительному усложнению электрокоагуляционных аппаратов и является нерациональным.

Реализация второго направления имеет также определенные сложности, главным образом, конструктивного характера, т.е. создание аппарата, позволяющего осуществлять процесс очистки при высоких скоростях потока жидкости между электродами.

Применение озона для окисления сложной органики перспективно. Однако его использование целесообразно только в присутствии катализаторов процесса или под давлением. Простое озонирование стока малоэффективно (Эхгж=40%). Реализация процесса под давлением в напорных реакторах (р=0,2-0,3 МПа) позволяет значительно повысить степень очистки (ЭХпк=80%) и сократить продолжительность контакта жидкости с озоном до 3-5 минут.

Наиболее эффективно процесс окисления органики протекает в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов изучались различные виды материалов: активированные угли, пиролюзит, соли металлов и др. Анализ результатов исследований показал перспективность использования в качестве катализаторов гранулированных активированных углей. Давление процесса 0,2-0,3 МПа. Это объясняется сорбцией загрязнений на угле и концентрированием на границе раздела фаз озона, что приводит к значительному увеличению массообменной способности системы. Удельный расход озона на окисление единицы массы органики (по ХПК) уменьшается в 3-10 раз и составляет от 0,47 мг/мг, в начале процесса, до 1,0 мг/мг в конце.

На основе всего комплекса исследований сделан вывод о целесообразности применения двухступенчатой схемы очистки: электрокоагуляция-озонирование. Разработана схема очистки фторэмульсионных стоков и методика расчета аппаратов и сооружений, входящих в нее.

Шестая глава посвящена оптимизации технологий водопользования предприятий приборостроения на основе разработки методологии многоуровневой

унификации и основ теории гибких автоматизированных систем и сооружений очистки сточных вод.

Вопросы оптимизации конструкторских и технологических параметров систем очистки промышленных сточных вод приобретают в последнее время исключительную актуальность. Использование математических методов: линейного, нелинейного, динамического программирования и др., позволяет получать оптимальные технологические и конструктивные параметры систем, обеспечивают их высокую эффективность. Однако в трудах российских и зарубежных ученых задачи оптимизации решаются без взаимной увязки с вопросами унификации, параметрическими рядами систем и сооружений. Отсутствует методология создания гибких автоматизированных систем очистки, что приводит иногда к решению не оптимизационных, а мимизационных задач.

В данном разделе диссертации решаются задачи оптимизации на основе многоуровневой унификации технологий очистки, теоретическом обосновании необходимости создания гибких автоматизированных систем.

Важнейшими условиями правильной постановки и решения задач унификации являются: научно-обоснованная декомпозиция аппаратов, сооружений и систем с проведением поэлементного функционально-стоимостного анализа; определение потребности аппаратов при организации серийного производства; оптимизация производительности аппаратов, сооружений и систем очистки сточных вод на основе экономического критерия оптимальности. Опыт решения задач унификации в области очистки сточных вод показывает, что для локальных, цеховых систем очистки математическая постановка задач оптимизации должна осуществляться с учетом параметров отдельного оборудования и участков основной технологии.

При создании безотходных технологических процессов, замкнутых систем водопользования, гибких автоматизированных процессов очистки сточных вод, задачи унификации и оптимизации должны рассматривать как единое целое -основную технологию и системы обработки и повторного использования промышленных сточных вод.

Основоположниками создания структуры многоуровневой унификации систем водоподготовки являются В.А.Егоров и Б.И.Кнохиков. Задача унификации решалась ими в связи с созданием систем автоматизированного проектирования объектов водопользования промышленных предприятий.

Разработанная методология унификации является продолжением, расширением и углублением работы названных авторов и является законченным трудом в области очистки промышленных сточных вод.

Унификацию систем водопользования рекомендуется осуществлять путем декомпозиции ее на шесть уровней с введением специальных терминов. Рассмотрим порядок декомпозиции объекта водопользования на уровни на примере комплексной системы водопользования гальванического цеха приборостроительного завода (рис. 3 ).

Первый уровень унификации - комплексная система водопользования (КСВ) гальванического цеха. На этом уровне производится унификация системы водопользования гальванического производства - комплексной системы водопользования.

Второй уровень унификации - система очистки сточных вод.(СВ) объекта водопользования. В данном примере приведена система водопользования с частично замкнутым циклом потребления технической воды. Это достигается за счет применения комбинированной системы глубокой очистки производственных сточных вод. Эффективность работы систем очистки сточных вод определяется эффективностью и надежностью работы технологических модулей.

Третий уровень унификации - модуль очистки сточных вод. Система очистки производственных сточных вод гальванического цеха состоит из трех последовательно работающих модулей: модуль реагентной очистки (1); модуль механической, сорбционной и ионообменной очистки (2); модуль элекгродиализной очистки (3). Создание технологических модулей на основе современных научно-технических достижений в области очистки воды, оснащенных соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой и

(КС Л)

си *ее*ии ц ех

иг

-^гг

2Г™

Пятши урсёень

инисринации

ЧЗЧ2-]

ф ®

® © ^т?

Шестой уробсмт

унификации (КЭ<Р5)

© Ф

(I) ©

X N

Рис. 2 Унификация системы водопользования гальванического цеха

микропроцессорной техникой, является наиболее перспективным направлением в совершенствовании систем очистки сточных вод промышленных предприятий.

Четвертый уровень унификации - функциональные блоки (ФБ). На четвертом уровне унификации рассматриваются аппараты и сооружения определенного технологического назначения. На рис. 2 приведены три функциональных блока.

Пятый уровень унификации - (ЭФБ) элементы функциональных блоков. Примерами элементов функциональных блоков являются регулирующая камера усреднителя с поплавковым регулятором расхода сточных вод, полочные пакеты тонкослойного отстойника с элементами их упаковки и крепления в рабочей камере и т.д.

Шестой уровень унификации - компоненты элементов блоков (КЭФБ), например, дренажная решетка с колпачками сорбционных, ионообменных или механических фильтров.

На пятом и шестом уровнях унификации представляется возможность всесторонне проанализировать все элементы функциональных блоков с позиций их функционального назначения, конструктивного и гидравлического совершенства, материалоемкости, коррозионной и абразивной стойкости.

Декомпозиция систем водопользования на уровни унификации может быть, в зависимости от степени сложности объекта и решаемых задач, продолжена до уровня составляющих компонентов элементов (болты, гайки, шайбы, прокладки и ДР-)-

Однако, решая задачи унификации аппаратов и сооружений очистки сточных вод, целесообразно ограничивать их декомпозицию изделиями и деталями, серийно выпускаемыми промышленностью (трубопроводной арматурой, контрольно-измерительными приборами, насосами, электродвигателями, редукторами). Между предлагаемым шестым уровнем унификации (компоненты элементов блоков) аппаратов, сооружений и систем очистки сточных вод и названными выше изделиями и деталями при решении конкретных практических задач может быть достаточно большой интервал, требующий дифференциации

функциональных элементов. Число уровней унификации на этом интервале, как и на всех предшествующих интервалах, должно быть технически целесообразным и экономически оправданным. Конечные показатели очищенной воды являются результатом ее последовательной обработки на модулях, входящих в состав технологической системы (горизонтальная декомпозиция), эффективность работы которых является суммарным результатом работы составляющих модуль сооружений или технологических процессов (вертикальная декомпозиция).

Проведенный анализ показал, что каждый из выделенных модулей характеризуется одним или несколькими параметрами, являющимися общими для его составляющих. Определение конкретных значений параметров проводится путем решения оптимизационной задачи. На каждом уровне декомпозиции системы может быть сформулирована своя задача оптимизации со своими критериями и методами решения. При таком подходе особую важность приобретает межуровневая взаимосвязь задач оптимизации.

Оптимизацию унифицированных технологий необходимо производить на стадиях ее декомпозиции на двух уровнях: внутренней и внешней.

Оптимизация с декомпозицией на внутреннюю и внешнюю задачу проводится в следующей последовательности:

- выбор или составление математической модели экспериментального метода для внутренней оптимизации параметров каждой установки в отдельности, формирование входных данных и оптимизацию (последовательность решения этой задачи подробно рассмотрена выше);

- определение и уточнение исходных данных внешней оптимизации для группы установок в целом;

- выбор или составление математической модели для внешней оптимизации главных параметров и объемов выпуска установок, формирование входных данных и оптимизация;

- уточнение внутренней оптимизации на основании результатов внешней оптимизации.

Последовательность решения задачи оптимизации параметров водоочистных установок проиллюстрируем на примере малоотходной технологии разделения и утилизации компонентов сточных вод процесса никелирования. Схема установки приведена на рис. 3.

Рис.3. Схема обратноосмотической обработки промывных вод

гальванического производства Изделия после гальванизации проходят промывку предварительно в непроточной ванне (ванне улавливания) и окончательно в ванне проточной промывки. Обратноосмотический аппарат подсоединен к ванне улавливания; после разделения раствора чистая вода (фильтрат) возвращается в ванну улавливания, туда же поступает продувочный расход, в результате чего устанавливается постоянная концентрация раствора Хь поток, содержащий ценные компоненты (концентрат), направляется в узел кондиционирования; после доведения концентрации до рабочей и удаления нежелательных примесей он используется в качестве технологического раствора. Промывная вода с расходом

<3 отводится на заводские очистные сооружения. Для обеспечения спроса рассматриваемой технологии решается задача построения оптимального типоразмерного ряда установок обратного осмоса, удовлетворяющих потребности приборостроительной отрасли.

На первом этапе решается внутренняя задача оптимизации - оптимизация основных параметров системы. Под системой здесь следует понимать обратноосмотический модуль, связанный посредством арматуры с гальванической линией (ванной улавливания) и узлом кондиционирования. Все параметры системы взаимозависимы. Так, при понижении концентрации Х1 уменьшается расход промывной воды 0 и снижаются затраты по очистным сооружениям на нейтрализацию этого потока, но, с другой стороны, понижение X] достигается увеличением производительности установки Ь„ , что влечет повышение энергозатрат и капитальных затрат, увеличивается расход концентрата Ь„ с меньшей концентрацией компонентов , а это требует больших энергозатрат на его кондиционирование.

Задача данного уровня оптимизации решается при помощи следующих уравнений:

'д'С,+К ■Б-ха+Ьф-х2 =Ьн-х1+К-Б-х1-, (40) К-Б-х, +2-С, =хпдх-К-8+д-хпд- (41)

1-к

0-1)

ф '

1-Г " г \_\

1 -К~*

1Х1 Ьф-х2

(42)

(43)

(44)

¿„ =•£>+£*; (45)

= (46)

Для построения оптимального типоразмерного ряда модулей решается задача внешней оптимизации с использованием математического метода динамического программирования.

Принципиальная схема оптимизации типоразмерного ряда обратноосмотических модулей приведена на рис. 4.

Блок 1 - оптимизация главного параметра (производительность модуля) для каждого вида гальванической линии - внутренняя оптимизация. Блок 2 служит для преобразования выходных данных, полученных в блоке внутренней оптимизации, в форму, пригодную для решения внешней оптимизации. В этом блоке определяется матрица Р вариантов наборов типоразмеров и соответствующая ей матрица g' эксплуатационных затрат при каждом из решаемых вариантов. Блок 3 (внешней оптимизации) определяет оптимальный типоразмерный ряд модулей с точки зрения потребностей отрасли, страны в целом.

В результате расчетов на основе рядов предпочтительных чисел получены типоразмерные ряды R5, RIO, R20, R40. Количество типоразмеров модулей, рекомендуемых к серийному производству, соответственно равно 5, 8, 9, 9.

Минимум приведенных затрат обеспечивается применением ряда R40.

На основе разработанной методологии оптимизации математически поставлены и решены на ЭВМ задачи оптимизации отдельных систем и узлов водопользования предприятий приборостроения, в том числе участки гальванопокрытий, производства полупроводников и др. Разработаны алгоритм и программа расчета.

В процессе поиска на ЭВМ оптимальных технологических и конструктивных решений необходим анализ статической и динамической гибкости аппаратов, сооружений и систем в целом.

В качестве основных показателей при численной оценке эффективности и гибкости систем водоочистки предлагается принимать скорость и массу загрязнений на каждом этапе очистки. Для представления характеристик стоков Qj =f(t) и С; = f(t), где i= 1, 2, 3..., п, весь массив данных, поступающих ежечасно, в течение суток (недели, месяца и года), подвергается статистической обработке с получением массивов значений q - t ¡, с { - t /, (j= 1, 2, 3...,m) для каждой

б-ЛОЛС У

О*'.-,").

модулей у - си

___

€-¿(7 ти-

¿агл/1/

л/ммеу-га

еГп'ЫУГнУггкж & -20 Оимииу '20

¿ЭЛОкЗ

л/)

е-зо

I

-е-

Се*Се(у) (е.

Рис.4 Принципиальная схема оптимизации тииоразмерного ряда модульных установок на примере обратноосмотической технологии

ступени обработки стоков: 1 (47)

Одновременно вычисляется вероятность полученных значений, а также дисперсии входных и выходных значений.

Прогноз качественного состава сточной воды на выходе из каждого аппарата, сооружения и системы очистки стоков рекомендуется осуществлять на основе математических моделей технологических процессов с учетом реального времени пребывания стоков в технологическом процессе. Распределение концентраций загрязнений в стоках на входе и выходе аппаратов и сооружений позволяет определять суммарную массу загрязнений, выделяемых на каждой стадии очистки сточных вод за период функционирования Т,

Мт С?**'* , (48)

1=1 1=1

где <}?*•',(}?"*'' - расходы сточных вод на входе и выходе аппаратов и

сооружений на ьм интервале и _)-й стадии обработки; С"Х,),С|"'|Х'-' концентрации загрязнений на входе и выходе аппаратов.

При проектировании новых систем очистки сточных вод рекомендуется оценивать гибкость систем очистки на основе существующих математических моделей аппаратов и сооружений.

Гибкость систем водообработки (Гсв) в общем виде можно представить как

Гсв = гссв + гдса= { (Ут,этп,Р ) , (49)

где Гссв, Где, - статическая и динамическая гибкость СВ;

Ут - скорость изменения качественных показателей исходных сточных вод;

Эш- эффективность технологического процесса;

Р - надежность СВ.

Для сравнения вариантов СВ рекомендуется использовать универсальный критерий оптимальности, включающий приведенные затраты, массу снятых в процессе очистки воды загрязнений, продолжительности работы системы с заданной надежностью.

- 43 -

Целевая функция будет иметь вид п

IX

Фт = 1~---. (50)

ЕМя-т-р

где - функция приведенных затрат по Я-му периоду работы системы (Я = 1, 2, 3..., п);

Мд - масса снятых загрязнений за Я -й период работы системы;

Т - суммарная продолжительность функционирования системы водообработки (при равных показателях надежности для альтернативных вариантов систем водообработки этим параметром можно пренебречь).

В седьмой главе описаны основные технологии очистки сточных вод, внедренные в производство, приведены результаты промышленных испытаний, приведена математическая модель функционирования станции доочистки сточных вод гальванического цеха, алгоритм и программа ее работы в автоматическом режиме.

В 1982 г. на заводе "Орбита" (Н.Новгород) смонтирована и пущена в эксплуатацию технология водопользования гальванического цеха, разработанная НГАСА совместно с НИПКИ "Терминал" (Санкт-Петербург). Технологическая схема водопользования гальванического цеха приведена на рис. 5!

Очистка сточных вод гальванического цеха по разработанной и внедренной в производство схеме осуществляется на трех основных последовательно работающих модулях: I - модуль реагентной очистки; П - модуль глубокой очистки промстоков от взвешенных веществ, растворенных органических загрязнений и умягчения ионным обменом; Ш - модуль частичного обессоливания промстоков электродиализом. Кроме того, в схеме использованы вспомогательные модули: 1У - модуль приготовления и дозирования реагента; У - модуль приготовления и дозирования флокулянта; У1 - модуль обезвоживания осадка.

Для очистки сточных вод от соединений мышьяка, находящихся в растворимой форме, разработаны две технологии очистки с использованием обратноосмотического и электрохимического методов.

Рис. 5 Замкнутая система водопользования гальванического цеха

1, 6, 11, 12, 16 - резервуары; 2, 7, 13, 14, 15, 17, 18 - насосы; 3 - смеситель ГИСИ; 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник; 8, 9, 10 - механические, сорбционные, монообменные фильтры; 19 - электродиализные аппараты.

Обратноосмотическую технологию рекомендуется применять на предприятиях, где есть возможность повторного использования концентрированных растворов мышьяка в технологическом процессе (например, для синтеза арсина или получения белого мышьяка).

Электрохимическую технологию рекомендуется применять на предприятиях, где повторное использование концентрированных растворов мышьяка не представляется возможным.

На рис. 6 представлена комбинированная технологическая схема очистки сточных вод от растворимых форм мышьяка с использованием электрохимической обработки и обратного осмоса.

Станции доочистки сточных вод гальванических производств, прошедших нейтрализацию и отстаивание, на основе фильтров из пористой нержавеющей стали реализованы на ряде предприятий г.Н.Новгорода: заводе точного машиностроения - 2 ; НИИТОП - 8 ; заводе "Орбита" - 6 фильтрационных модулей.

Схема станции доочистки завода "Орбита" (внедрена в 1989 г.) приведена на рис.7. Производительность станции 20 м3 /ч. Станция состоит из шести фильтровальных модулей: три рабочих; три резервных.

На основе анализа работы промышленных установок доочистки разработана унифицированная блочно-модульная автоматизированная станция доочистки сточных вод "ДЕЛЬТА". Производительность станции определена на основе параметрических рядов для приборостроения и может составлять от 5 до 50 м3 /ч, в зависимости от количества входящих в нее фильтрационных модулей. Станция доочистки состоит из набора функциональных модулей: фильтрования, подачи воды на фильтрование, отвода очищенной воды, приготовления дозирования подвода и отвода регенерационного раствора, модуля управления. Основным рабочим органом станции является автоматизированный фильтровальный модуль ВЕ 37.913.

Рис. 6 Замкнутая система очистки сточных вод от соединений мышьяка 1 — кристаллизатор; 2 - емкость исходной жидкости; 3, 10, 13, 21, 22 - насосы; 4 - электрокоагулятор; 5 - щелочной бак; 6 - кислотный бак; 7 - смеситель; 8 - флотатор; 9 - бак осветленной жидкости; 10 - центробежный насос; 11 - гравийно-песчаный фильтр; 12 - бак пены; 14 - фильтрпресс; 15 - бак фильтрата; 16 - источник постоянного тока; 17 - озонатор; 18 - ротаметры; 19 - расходомер; 20 - емкость фильтрата; 21 - трехплуный насос; 22 - обратноосмотический аппарат типа фильтрпресс.

Рис.7 Схема доочистки сточных вод микрофильтрацией на фильтрах из пористой нержавеющей стали

1 - приемный резервуар осветленных стоков; 2 - накопитель очищенных сточных вод; 3 -фильтр на основе нержавеющей стали; 4 - емкость регенерационного раствора; 5 - бак кислоты; б - трехходовой шаровой кран.

В заключительной части главы рассмотрены схемы внедренных локальных цеховых установок очистки сточных вод, регенерации и утилизации растворов электролитов.

Основные выводы

В диссертационной работе представлены исследования по разработке технологии водоотведения и очистки сточных вод предприятий приборостроения, которые позволили автору сформулировать основные выводы, определяющие теоретическую и практическую ценность работы.

1. Анализ современного состояния очистки сточных вод предприятий приборостроения показал: обезвреживание сточных вод, в основном, осуществляется с использованием реагентных методов; очистные сооружения в большинстве случаев работают неэффективно, не обеспечивая требуемых показателей очистки; отсутствуют обоснованные рекомендации по выбору, расчету, проектированию рациональных технологий водопользования; отсутствуют методология унификации систем и оборудования, теория создания гибких автоматизированных систем очистки, что сдерживает разработку высокоэффективных, замкнутых, малоотходных и безотходных технологий.

2. Проведен функционально-стоимостной анализ систем водопользования предприятий приборостроения, создающий основы для оптимального проектирования производств, при которых технологическая эффективность отдельных стадий процессов в целом обеспечивает выполнение заданных требований к уровню очистки, регенерации отработанных растворов, утилизации отходов с одновременной минимизацией затрат.

3. На основе анализа водных технологических процессов, межоперационных промывок изделий созданы математические модели, обеспечивающие оперативную информацию о количестве и качестве сточных вод в любой момент времени, позволяющие прогнозировать режим сброса загрязнений, с разработкой программного обеспечения для практических расчетов на ЭВМ при проектировании систем очистки.

4. Разработана методология построения иерархической структуры многоуровневой унификации систем водопользования на основе декомпозиции предпочтительных чисел производительности объектов на системы водопользования в целом, технологические модули, функциональные блоки, элементы функциональных блоков, компоненты блоков, элементы компонентов.

Предложенная модель унификации позволяет решать следующие важнейшие задачи:

- определять оптимальный параметрический ряд производительности аппаратов и сооружений водообработки, исхода из потребности отрасли, группы отраслей, промышленного хозяйства страны;

- синтезировать аппараты, сооружения и системы очистки сточных вод при автоматизированном проектировании на ЭВМ;

- совершенствовать конструкции аппаратов и сооружений.

5. Оптимизацию унифицированных систем водопользования необходимо осуществлять путем ее декомпозиции на два уровня: внутреннюю - оптимизацию всех параметров каждой отдельной установки, технологии; внешнюю -совместную оптимизацию параметров всех установок (внутри отрасли) на основе параметрических рядов установок.

6. Разработаны теоретические основы создания гибких автоматизированных систем очистки сточных вод (ГАСОСВ), функционирование и развитие которых адекватно функционированию и развитию основной технологии промышленного производства.

7. Изучен процесс фильтрования жидкости через пористые тонкостенные перегородки, содержащей неоднородные взвеси: кристаллические-несжимаемые; аморфные-сжимаемые. Разработаны методы восстановления фильтрующей способности пористых цилиндрических элементов на основе гидравлических и химических методов с обеспечением автоматического режима управления процессом фильтрования. Созданы математические модели процесса фильтрования неоднородных систем, разработана методика расчета фильтров на основе цилиндрических фильтрующих элементов.

8. Разработаны принципиально новые технологические системы очистки сточных вод предприятий приборостроения, включая гальванические, металлообрабатывающие и полупроводниковые производства.

9. Изучены процессы формирования и очистки мышьяк-, фтор-, металлосодержащих сточных вод на основе разработанных автором принципов многоуровневой унификации систем водопользования.

10. Разработаны и внедрены в производство высокоэффективные конструкции аппаратов, технологических модулей и станций очистки сточных вод: отстойники, статические вихревые смесители, напорные электрокоагуляторы, электроэкстракторы, фильтры из пористой нержавеющей стали и автоматизированные станции на их основе; унифицированный ряд ультрафильтрационных модулей для регенерации отработанных растзоров процессов обезжиривания; модули для регенерации электролитов и промывных вод операций никелирования, хромирования, цинкования, фторирования, утилизации отходов, процессов механической и химической обработки полупроводников; станция очистки мышьяксодержащих сточных вод; ряд замкнутых систем водопользования гальванических цехов.

11. Результаты научно-исследовательских работ внедрены на заводах "Орбита", НИИТОП, ВНИИС, ГНИРС, "Салют" (Н.Новгород), НИПКИ "Терминал" (С-Петербург), "Автоприбор" (г.Владимир), ПО "Медоборудование" (г.Пенза). Проектно-конструкторская документация передана для внедрения предприятиям "Орион" (г.Киев), 50 лет СССР (г.Запорожье), ВАЗ (г.Тольятти), ЗИЛ (г.Москва), им. М.В.Фрунзе (г.Н.Новгород).

Рекомендации по проектированию очистных сооружений использованы проектными организациями: ЛГПИ, НИПКИ "Терминал" (С-Петербург), ВНИИ ВОДГЕО (г.Москва), Сантехпроект (г.Н.Новгород), Промстройпроект (г.Пенза). В общей сложности научно-техническая документация на проектирование и строительство сооружений очистки сточных вод передана более, чем 30 предприятиям.

12. Экономический эффект от внедрения выполненных автором разработок составил более 30 млрд.руб/год (1991т.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Губанов JI.H. Локальная очистка сточных вод, содержащих красители электрогидравлическим способом // Оздоровление сред электрообработкой: Межвузовский сборник науч. тр. - JI.1976, с.89-96.

2. Губанов Л.Н., Иванащенко C.B. Доочистка сточных вод гальванических производств электрофлотацией II Гидромеханика и теплопередача в санитарно-технических устройствах: Межвузовский сборник науч. тр. - Казань, 1980, с.36-38.

3. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Очистка сточных вод методом внутреннего электролиза // Очистка природных и сточных вод: Межвуз. сб. науч. тр. - Казань, 1984, с. 38-40.

4. Губанов Л.Н., Иванащенко C.B. Очистка фторсодержащих сточных вод гальванических производств электрохимическим методом //Перспективные методы очистки природных и промышленных вод: Межвуз. сб. науч. тр. - Куйбышев, 1982, с. 64-68.

5. Найденко В.В., Беднова Л.И., Губанов Л.Н. Замкнутая система водопользования участка никелирования гальванического цеха // Водоснабжение и санитарная техника. - 1984. - N 6. с.3-6.

6. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Кнохинов Б.И. Очистка сточных вод гальванических производств // Водоснабжение и санитарная техника. - 1985. - № 6, с.6-8.

7. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Кнохинов Б.И. Анализ основных схем очистки сточных вод цехов гальванопокрытий // Очистка сточных вод в системах водоотведения и оборотного водоснабжения: Межвуз.сб.науч.тр. - Л., 1985. - с. 84-92.

8. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Айнетдинов P.M., Кнохинов Б.И. Унификация аппаратов и сооружений очистки промышленных стоков // Водоснабжение и санитарная техника. - 1986. - № 10. - с. 27-29.

9. Губанов Л.Н., Айнетдинов P.M., Дергунова Г.В. Унификация систем водопользования гальванических цехов // Интенсификация работы сооружений водоснабжения и водоотведения: Тез. докл. обл. науч.-техн. конф. - Куйбышев,

1986. - с. 55-56.

10. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Айнетдинов P.M. Замкнутая система водопользования гальванического цеха // Интенсификация процессов очистки природных и сточных вод: Тез. докл. обл. науч.-техн. конф. - Ростов-на-Дону,

1987. - с. 176-177.

11. Губанов Л.Н., Айнетдинов P.M., Дергунова Г.В. Разработка алгоритма построения типоразмерного ряда гиперфильтрационных аппаратов систем водоочистки. //Пути и средства совершенствования охраны окружающей среды: Тез. докл. к IY науч.-техн. конф. - Горький, 1987. - с. 80-81.

12. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Перспективные направления в технологии очистки производственных сточных вод приборостроительных предприятий // Основные направления развития водоснабжения, водоотведения и обработки осадков: Всесоюз. науч.-техн. конф. - Харьков, 1986. - с. 71-73.

13. Губанов Л.Н., Ильичев A.B., Найденко В.В. Проблемы создания гибких автоматизированных процессов водоподготовки на предприятиях отрасли // Электронная промышленность. - 1986. - № 7. - с. 28-30.

14. Губанов Л.Н., Акулынин A.A. Исследования по очистке сточных вод участков механической обработки полупроводников // Пути совершенствования охраны окружающей среды: Тез. докл. к IY науч.-техн. конф. - Горький, 1987. - с. 88-91.

15. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Исследование мембранной технологии доочистки гальваностоков // Извлечение из сточных вод и использование ценных веществ в системах водоотведения: Межвуз. темат. сб. тр. - Л., 1986. - С. 56-60.

16. Губанов JI.H., Прокофьев Ю.Н. Катодное восстановление никеля из сточных вод цехов гальванопокрытий // Интенсификация процессов очистки природных и сточных вод: Тез. докл. обл. науч.- техн. конф. - Ростов-на-Дону, 1987. - С. 62-64.

17. Найденко В.В., Губанов JI.H., Акулыпин A.A. Очистка промышленных сточных вод от соединений мышьяка // Охрана от загрязнений сточными водами водоемов бассейнов внутренних морей: Всесоюз. науч.-техн. конф., Тбилиси, 1987. - с. 64-66.

18. Губанов JI.H., Акулыпин A.A. Изучение процесса извлечения гидроокисей тяжелых металлов на фильтрационных мембранах // Регенерация химических растворов, элюагов и металлов в гальваническом производстве: Тез. докл. к зональному семинару, Пенза, 1988. - с.31-33.

19. Губанов Л.Н., Прокофьев Ю.Н. Утилизация никеля из сточных вод цехов гальванопокрытий электролизом // Регенерация химических растворов, элюатов и металлов в гальваническом производстве: Тез. докл. к зональному семинару. - Пенза, 1988. - с. 58-61.

20. Губанов Л.Н., Прокофьев Ю.Н. Рекуперация промывных вод участков никелирования с утилизацией никеля // Научно-технические и социально-экономические проблемы охраны окружающей среды: Тез. докл. к Y науч.-техн. конф. - Горький, 1988. - с. 34-36.

21. Губанов Л.Н., Прокофьев Ю.Н. Регенерация активированного угля АГ-3 электролизом // Научно-технические и социально-экономические проблемы охраны окружающей среды: Тез. докл. к Y науч.-техн. конф. - Горький, 1988, - с. 61-62.

22. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Основы теории создания гибких автоматизированных систем водопользования // Автоматизация водоснабдительных и канализационных сооружений и систем: Сб. докл. второго симпозиума. - Варна, 1989. - с. 257-262.

23. Губанов Л.Н. Перспективные методы очистки сточных вод // Экологические проблемы промышленности и транспорта: Научн. практ. конф. -Н.Новгород, 1995, с.142-144.

24. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Кнохинов Б.И. Рекомендации к выбору технологий обезвреживания гальваностоков // Водоснабжение и санитарная техника. - 1992. - № 10, с.5-8.

25. Губанов Л.Н., Масанкин Е.В., Прокофьев Ю.Н. Фильтры из пористой нержавеющей стали // Водоснабжение и санитарная техника, - 1992, № 10, с. 8-12.

26. Найденко В.В., Губанов Л.Н., Айнетдинов P.M. Оптимизация параметров водоочистных установок, серийно осваиваемых промышленностью // Водоснабжение и санитарная техника. - 1992. - № 10, с.19-23.

27. Беднова Л.И., Губанов Л.Н., Масанкин Е.В. Расчет на ЭВМ режимов сброса гальваностоков // Водоснабжение и санитарная техника. - 1992. - № 10, с.24-27.

28. Губанов Л.Н., Кнохинов Б.И., Масанкин Е.В. Технико-экономический анализ систем очистки гальваностоков. - 1993. - № 11, с.24-28.

29. Губанов Л.Н., Прокофьев Ю.Н., Антонова О.С. Утилизация шламов гальванических производств // Водоснабжение и санитарная техника. - 1993. - № 8, с.24-26.

30. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Сравнительная технико-экономическая оценка технологий очистки промстоков гальванических цехов // Развитие методов очистки сточных и природных вод. Советско-Американский симпозиум. Н.Новгород, 1991, с.215-243.

31. Найденко В.В., Губанов Л.Н. Очистка сточных вод от мышьяка // Развитие методов очистки сточных и природных вод. Советско-Американский симпозиум. Н.Новгород, 1991, с.243-253.

32. Губанов Л.Н. Очистка сточных вод гальванических производств: Учебное пособие. Н.Новгород, 1996, 112 с.

33. Губанов Л.Н. Основные направления по обезвреживанию сточных вод гальванических производств // Городское хозяйство и экология: Известия жилищно-коммунальной академии. М., 1995, с.47-55.

34. Губанов Л.Н., Губанов Д.Л. Очистка сточных вод гальванических производств от фторсодержащих соединений // Городское хозяйство и экология: Известия жилищно-коммунальной академии. М., 1996, с.37-42.

35-51. Авторские свидетельства СССР №№ 594054, 709569, 735310, 789436, 812767, 850130, 937348, 947070, 1028604, 1101422, 1188105, 1301872, 1311750, 1385459, 1491555, 1712319.

Условные обозначения

Я - общее сопротивление фильтрованию, отнесенное к единице

вязкости, м"1;

V1 - удельный объем фильтрата, м3/м2;

9 - мгновенная скорость фильтрования, мл/дм^мин;

30 - мгновенная скорость фильтрования в начальный момент времени,

мл/дм2.мин; Р - давление фильтрования, МПа; т - продолжительность фильтрования, е; К - среднее удельное сопротивление осадка, м"2; Р - сопротивление фильтрующей перегородки, отнесенное к единице

вязкости, м"1; ц - вязкость жидкой фазы фильтрата, МПа' е; тос - масса осадка, отложившегося на мембране, мг/дм2 ; и - проницаемость мембраны, мл/дм2.мин; Ф - селективность мембран,%;

Ь„,Ьк,Ьф - производительность установки по исходной воде, концентрату и

фильтрату, м3 / ч; Я' - подпиточная вода, м3 / ч; ху,х2,хз... - концентращи вещества в ваннах промывки; Хцщ - допустимая концентрация вещества в последней ванне промывки; Кь Кг, Кз... К„ - размерные константы; Сь С2, Сз... С„ - концентрация загрязнений, мг/дм3; рН - активная реакция среды, ед.; 1 - плотность тока на аноде, А/да2; Сж - жесткость воды, мг-экв/дм3;