автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Замкнутые системы оборотного водоснабжения передельных и мини-заводов черной металлургии.

з МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Г НАУКИ УКРАЇНИ

ч „

/ ХАРКІВСЬКИМ ДЕРЖАВНИМ ТЕХНІЧНИИ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

КОЛОТИЛО АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 628.16

ЗАМКНЕНІ СИСТЕМИ ВОДОПОСТАЧАННЯ ПЕРЕРОБНИХ ТА МІНІ-ЗАВОДІВ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

05.23.04-водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

ДИСЕРТАЦІЇ НА ЗДОБУТТЯ ВЧЕНОГО СТУПЕНЯ КАНДИДАТА ТЕХНІЧНИХ НАУК

ХАРКІВ-2000

Дисертацією є рукопис. Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства

Науковий керівник:

Доктор технічних наук, професор кафедри «Водопостачання, водовідведення та очистки вод» Харківської державної академії міського господарства

Кандидат технічних наук, заступник директора з наукової роботи НДІ "УкрКомунНДІПрогрес"

Китаев Арон Львович

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури кафедри "Водопостачання” і "Гідравліки та водовідведення"

Захист відбудеться 27 квітня 2000 року об 11 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002-м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету. Автореферат розіслано 24 березня 2000 року.

Пангелят Гаррі Семенович

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою Донбаської державної академії будівництва і архітектури

Найманов Аубекір Ягопірович

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор

Г.С. Пантелят

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Чорна металургія України відноситься до тих галузей промисловості, які характеризуються найбільшим споживанням води. Не зважаючи на те, що металургійні підприємства України досягли значного показника щодо використання води в замкнених системах водопостачання (80 % від загального водоспоживання), кількість стічних вод, що скидаються у водоймища, залишається досить високою і складає 1,5-1,8 млрд. м3/рік.

Найбільші наукові та технічні труднощі виникають при переводі на замкнене оборотне водопостачання заводів, де виробничий цикл містить процеси хімічної обробки поверхні, такі як травлення та нанесення захисних покриттів. До числа таких заводів належать: комбінат “Запоріжсталь”, Молдавський, Білоруський і Волгоградський “Красный Октябрь” заводи та інші.

Питання створення замкнених систем оборотного водопостачання цих підприємств залишаються невирішеними і актуальними. Це пов’язано з тим, що потребують розробки і обґрунтування методи хімічної підготовки свіжої (для підживлення системи) води, яка подається на підприємства з диференціацією в залежності від особливостей груп заводів, нові ефективні методи очистки і використання засолонених стічних вод від регенерації іонообмінних фільтрів хімводоочисток, споруди для накопичення, очистки і використання поверхнево-зливового стоку (ПЗС) з території підприємств.

Роботу виконано згідно плану міністерства освіти України “Розробка теорії екологічної безпеки та надійності життєдіяльності для об’єктів будівництва, промисловості та впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних га металургійних підприємств, які виключають скид стічних вод у водоймища України”, Держ. реєстр. №0194У038207.

Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування і розробка замкнених систем оборотного водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії на підставі використання спрощеної технології підготовки свіжої (додаткової) води і стічних вод від промивки іонообмінних фільтрів, а також інтенсифікації очистки ПЗС і його використання для поповнення систем оборотного водопостачання.

Наукова новизна роботи :

1. Розроблена спрощена технологія підготовки свіжої (додаткової) води для систем оборотного водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії.

2. Виконано розрахунки водного та сольового (матеріального) балансів систем оборотного водопостачання, що працюють з охолодженням води на відкритих та закритих водоохолоджуючих спорудах.

3. Показано, що на стабільність води великий вплив має температура в пристінному шарі. Отримано рівняння, яке пов’язує температуру води у пристінному шарі з середньою її температурою.

4. Розроблена нова конструкція споруди для очистки поверхнево-зливового стоку з території міні-заводу чорної металургії.

5. Обґрунтована можливість створення замкнених систем водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії, які виключають продувку і скид стічних вод у водоймища.

Практичне значення роботи : ‘

1. Розроблено технічні рішення та рекомендації, спрямовані на удосконалення систем водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії, які полягають у переводі на повністю замкнене, чи близьке до нього, оборотне водопостачання.

2. Розроблено нову конструкцію споруди для очистки ПЗС з території переробних і міні-заводів чорної металургії.

3. Визначено сферу використання розроблених технічних рішень. Встановлено, що вони можуть бути використані на підприємствах металургійного та машинобудівного комплексів України. Ці технічні рішення використані в галузевих нормах технологічного проектування водного господарства металургійних підприємств України (том 12 і том 14).

Особистий внесок автора : .

1.Розроблено і виконано монтаж лабораторних стендів, які дозволили здійснити моделювання замкнених систем оборотного водопостачання, а також виконати дослідження методів хімічної, фізико-хімічної та стабілізаційної обробки свіжої (додаткової) води, що подається на завод в цілому, а також в окремі системи оборотного водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії.

2. Виконано розрахунки водного та сольового (матеріального) балансів систем оборотного водопостачання, що працюють з охолодженням води на відкритих та закритих спорудах.

3. Розроблено нову конструкцію споруди для накопичення і очистки (ПЗС) з території переробних і міні-заводів чорної металургії.

Апробація роботи. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідались на 51, 59 і 60 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА), на 29 науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ), на Міжнародній конференції “Экология, охрана окружающей среды и энергосберегающие ресурсы” Тегга Тес., Лейпциг (Германія), 04.03 1999.

Публікації. За результатами роботи опубліковано 8 друкованих праць у різних видавництвах України, в тому числі 2 без співавторів, подано заявку на отримання патенту України на конструкцію споруди для очистки поверхнево-зливового стоку.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку літератури із 133 найменувань, 3 додатків і вміщує 118 сторінок основного тексту, 38 таблиць, 24 рисунки, усього 186 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі дисертаційного дослідження, наукову новизну і практичну цінність.

У першому розділі дисертації наведено аналіз стану питання очистки та використання у замкнених системах оборотного водопостачання стічних вод промислових підприємств. Показано, що в теперішній час підприємства чорної металургії України скидають у водоймища досить значну кількість стічних вод, яка сягає 1,8 млрд.м3/рік. Це свідчить про те, що методи, апарати і споруди, призначені для очистки стічних вод, мають певні недоліки, які не дозволяють забезпечити експлуатацію систем водопостачання в замкненому режимі.

В удосконалення роботи систем оборотного водопостачання промислових підприємств, зокрема заводів і комбінатів чорної металургії, великий внесок зробили відомі вчені, фахівці та інженери: Андоньєв С.М., Мамет

A.Б., Пономарьов В.Г., Гладков В.A., Кучеренко Д.І., Левін Г.М., Пушкарьов

B.В., Березюк В.І., Дятлова Н.М., Дрікер Б.Н., Пантелят Г.С. та інші. Але практика свідчить, що традиційні підходи не завжди дають змогу досягти необхідного результату щодо створення замкнених чи близьких до них систем оборотного водопостачання. Зокрема вони не спроможні створити такі системи для переробних та міні-заводів чорної металургії, для яких притаманно створення великої кількості стічних вод, забруднених різноманітними хімічними сполуками, що заважає їх використанню в замкнених системах.

Показано, що перспективним напрямком є розробка методів спрощеної технології хімічної підготовки свіжої (для підживлення) води, яка спрямовується на поповнення систем водопостачання заводів, використання технології регенерації та використання стічних вод від промивки натрій-катіонітових фільтрів, а також розробка засобів акумулювання та використання ПЗС з території підприємства.

У другому розділі містяться результати досліджень водно-хімічного режиму систем оборотного водопостачання деяких діючих, найбільш представницьких переробних та міні-заводів чорної металургії, наведено аналіз досвіду їх експлуатації. В якості базових підприємств обрані металургійний завод “Красный Октябрь» (м. Волгоград) та Білоруський металургійний завод (БМЗ). Завод «Красный Октябрь» відрізняється тим, що має розгалужені технології хімічної обробки поверхні металу, які перешкоджають переходу його на замкнене оборотне водопостачання і обумовлюють скид великої кількості стічних вод у Волгу. Проектування та будівництво БМЗ виконані на підставі технологій і обладнання закордонних фірм, зокрема фірми “Фест-

Альпіне”. При цьому проектом передбачено, що система водопостачання БМЗ буде працювати у повністю замкненому режимі, без скиду стічних вод у р. Дніпр з використанням технологій, які дозволяють знесолити та вилучити за допомогою випарювання солоні води, які утворюються при пом’якшенні води, при продувці парових котлів та інше. '

Виконано дослідження водно-хімічного режиму роботи систем оборотного водопостачання вказаних заводів, включаючи відкриті і закриті системи, які є характерними для БМЗ. Слід відзначити, що використання закритих систем водопостачання є новим і досить прогресивним рішенням екологічних питань завдяки' можливості суттєво скоротити викиди забруднюючих речовин, зокрема різноманітних розчинених солей на територію підприємств, а також на території навколо заводів.

Розрахунки здійснювали за допомогою рівняння водно-сольового балансу, яке дозволило визначити основні параметри водно-хімічного режиму як для відкритих, так і для закритих систем, а також визначити вплив знешкодження ( випарювання) сольових вод на розмір викидів солей в навколишнє середовище.

Показано, що знаючи тільки вміст хлоридів у додатковій і оборотній воді, можливо з достатньою ступінню точності визначити значення коефіцієнта концентрування Кк, а також величину продувки системи, або, в порядку контролю, величину втрат води у вигляді витоку, або скиду.

Встановлено, що система оборотного водопостачання заводу “Красный Октябрь” працює зі скидом стічних вод у р. Волгу у кількості, яка перевищує 1600 м5/год. При цьому коефіцієнт концентрування добре розчинних солей (Кк) у окремих оборотних циклах знаходиться на рівні 1,5, а по заводу в цілому - 1,62. Вказано, що при переводі заводу.на замкнену систему оборотного водопостачання величина Кк сягає рівня-3,05, а загальний солевміст оборотної води умовно “чистих” циклів буде знаходиться на рівні 600-900 мг/л.

Щодо БМЗ, виконані розрахунки дозволили встановити, що при діючій системі знесолення всіх сольових вод заводу величина коефіцієнту концентрування добре розчинних солей для заводу в цілому складає-2,06, загальний солевміст у воді, яка використовується для поповнення діючих оборотних циклів заводу, -274 мг/л, для окремих оборотних циклів - 1100 мг/л. При відсутності випарювальної установки ці величини складають відповідно 324 і 1300 мг/л. Виконано розрахунки, які визначили загальну кількість солей, що викидаються з системи з краплинним викидом при роботі випарювальної установки та без неї. У першому випадку вона складає 26,3 кг/год, у другому-31,1 кг/год. : . • .

Третій розділ присвячено дослідженню спрощеної технології підготовки свіжої, додаткової води, яка спрямовується на завод для поповнення сис-

тем оборотного водопостачання. Ці дослідження виконано стосовно до переробних та міні-заводів чорної металургії.

Дослідження здійснювали у динамічних умовах на двох циркуляційних контурах, котрі моделювали замкнену систему водяного охолодження. У методичному плані дослідження відрізнялися тим, що циркуляційні контури могли працювати без будь-якої продувки, а також в режимі відсутності крапельного виносу води, тобто втрати води складалися тільки з втрат на випарювання. Дослідження проводили на штучно підготовленій воді, яка відповідала складу води р. Дністер у районі Молдавського металургійного заводу і р. Дніпро у районі Білоруського металургійного заводу.

У лабораторних умовах вивчали вплив температури і сольового складу води на величину рівноважної лужності. Встановлено, що рівноважна лужність зменшується зі збільшенням температури води (рис.1). , •

Рис. 1 - Залежність рівноважної'лужності від температури води.

1 - водопровідна вода (м. Харків солевміст - 1000 мг/л, лужність ■ 4.5 мг-екв/л):

2 - оборотна вода Білоруського металургійного заводу (солевміст - 10000 мг/л.

лужність - 3,0 мг-екв/л); 3 - оборотна вода Молдавського металургійного заводу

(солевміст - 20000 мг/л, лужність - 3,0 мг-екв/л).

У зв’язку з тим, що відкладення утворюються переважно на підігрітій поверхні, головним чинником, який впливає на процес їх утворення, є температура води поблизу теплонавантаженої поверхні. Для дуже теплонаван-тажених поверхонь (зводи електропечей, нагрівальні печі та інші) середня температура охолоджуючої води значно відрізняється від температури у пристінному шарі. Це зумовлює, що стабільність води диктується її температурою у пристінному шарі.

В основу визначення цієї температури покладене відоме рівняння гідродинамічної теорії теплообміну Рейнольдса- Праіщтля:

со ' ^ -1 )

"'ІГ'-Нг (”

1-12,-\ 8

де в - дотичне напруження у пристінному шарі теплопередаючої поверхні, Па;

\У - середня швидкість руху води в трубопроводі, м/с ;

^ - температура води у пристінному шарі, °С ;

- середня температура нагрітої води, °С ;

Я - тепловий потік через одиницю площі, дж/(м2-с);

Ср - питома теплоємність води, дж /(кг-°С);

Є - коефіцієнт опору тертю. Для турбулентного руху є =

Із гідравліки відомо, що для круглої труби

8 = 0.033215р\У7/‘Ч1/4ІГ1м , а 1*е = —

V

де р - густина води, кг/м3 (для води р = 1000 кг/м3);

И - радіус трубопроводу, м ;

V - кінематичний коефіцієнт в’язкості води, м2/с.

Ле - постійна Рейнольдса; ■

її - діаметр трубопроводу, м.

Підставивши значення в , є і Ие у рівняння (1), отримаємо

Ср • 0.033215р• \У7/4у1/4

я

Яе1'4

1-12

0.316

(2)

<т-Г

Витрата води на охолодження теплонавантаженої поверхні залежить від теплового потоку, теплоємності та густини води і від перепаду температур охолоджуючої води. Перелічені чинники пов’язані таким рівнянням:

я£ї = сРр<2(‘„-іох), (3)

де

- площа теплонавантаженої поверхні, м2;

<2 - витрата води м3/с ;

(*н - *ох) - середній перепад температур охолоджуючої води, °С;

і0, - середня температура охолодженої води, °С.

Таким чином, з рівняння (3) визначаємо витрату води у трубопроводі для певного теплового потоку та різниці температур нагрітої та холодної води.

Потім, задавшись діаметром трубопроводу, вираховуємо швидкість руху води в ньому. Температуру води у пристінному шарі визначаємо з рівняння (2).

1-12

0.316

П

+ С .0.033215 р-УУ

7/4 . у,/4

(4)

У*

0.033215р- Ср • \У/4 „

Отримане рівняння пов’язує температуру води у пристінному шарі з середньою її температурою, що має практичну цінність і дозволяє надати оцінку стабільності води відомого хімічного складу. Для цього треба знати температуру води у пристінному шарі, або температуру охолоджуючої води, яка забезпечує її стабільність.

Співставлення реальних температур, визначених безпосередньо інструментальними вимірами і отриманих розрахунками згідно отриманій залежності, показало, що вони різняться у межах 10%, що є достатнім для інженерних розрахунків.

Експериментальним шляхом визначено вплив компонентів солевміс-ту на величину рівноважної лужності (рис.2) та отримано відповідні математичні залежності. .

Запропонована математична залежність (5), (6), що описує водний та сольовий (матеріальний) баланс замкнутих систем оборотного водопостачання промислових підприємств, зокрема Молдавського металургійного заводу, який має у своєму складі 5 оборотних циклів. і

Хс

р=і 14і

і=!

Кц =

і=і

неп.]

и

І^І,П

Ері,

т = 1

т=1

• + і.

(5)

(6)

де ІЧц - кількість циклів;

Ккі - коефіцієнти концентрування у і-му циклі;

Сси - концентрація хлоридів у підживлюючій воді і-го циклу, мг/л;

<2у„і - втрати крапельної рідини на градирні і зі шламом у і-му циклі, м3/год;

К| - коефіцієнти розсіювання хлоридів, які містяться у крапельній рідині і-го циклу;

ІЧ|1СП - кількість джерел випарювання у і-му циклі;

Коефіцієнт зміненім рівноважної лужності

. .. - Концентрація аніона, мг/л

а) залежність коефіцієнта змінення рівноважної лужності від концентрації аніонів: 1 - хлориди; 2 - сульфати;

, Ра2+ Мг

б) залежність коефіцієнта змшення рівноважної лужності

від концентрації іонів кальцію і магнію: 1 - концентрація ' 1

- іонів кальцію; 2 - концентрація іонів магнію.

Рис. 2 - Вплив компонентів солевмісту на величину рівноважної лужності

<ЗІ,сп.л - витрата води на випарювання уі-му джерелі і-го циклу, м3/год; ¡Ч^п- кількість джерел механічних втрат води у і-му циклі;

С>1шт - витрата води на механічні втрати т-му джерелі і-го циклу, м3/год;

N08 - кількість джерел надходження хлоридів зі свіжою водою ззовні;

ССір - концентрація хлоридів у свіжій воді з р-го циклу, мг/л;

ОСВр - витрата свіжої води з р-го джерела, м3/год.

Четвертин розділ присвячено розробці та дослідженню нової конструкції споруди для акумулювання і очистки ПЗС з території заводу (рис.З).

Метою теоретичних і лабораторних досліджень є розробка метода розрахунку гідроциклона - відстійника, визначення необхідних параметрів і розрахунок споруди на затримання часток завислих речовин певної гідравлічної крупності. При цьому параметри, які необхідні'для розрахунків (коефіцієнт дифузії,. термін відстоювання), визначали за допомогою гідравлічних досліджень моделі цієї споруди діаметром 0,8 м (рис.4).

Для розрахунків у якості вихідного використані рівняння переносу концентрації твердої фази. - '

—+ (у, +и)—=—[і>—Л

дх; дх -, . дх.

(7)

і у

де С - концентрація завислих речовин; .

хг координати;

V,- складові швидкості потоку в напрямах координатних осей;

В - коефіцієнт дифузії; -

II - гідравлічна крупність часток; ; '

. При .використанні цього рівняння для розрахунку споруд тонкошарового типу звичайно приймають, що вертикальні швидкості дорівнюють нулю, а горизонтальні швидкості в точках, розташованих на одній вертикалі, постійні. Крім того, вважаючи градієнти концентрації в горизонтальному напрямку малими в порівнянні з градієнтами по вертикалі, нехтують дифузією в горизонтальному напрямі. Якщо при цьому припустити постійність коефіцієнта дифузії, то рівняння (7) матиме вигляд: ' .

' ' дС дС п8гС

---+ 11---= 0 /ОЛ

. ді дг 8г '

Приймаємо як початкову умову ' .

, , ІО, ‘пригсО

сМ»-оН .

[С0, при г > 0

. . ось г направлено донизу, а як граничну умову

ррС(о’0=ис(о,0.

дг :

" Залишковий вміст завислих речовин на момент часу І визначається кількістю часток, які знаходяться вище дна відстійника (г=Ь).

1 - бункер зневодненого осаду, 2 - корпус; 3 - кільцьовий лоток сбору освітленої води; 4 - подача ісходної води; 5 - центральна шахта; 6 - осад; 7 - грейферний кран для удаления осаду; 8 - насоси відведення освітленої води; 9 - напірні фільтри; 10 - бак сбору очищеної води; 11 - трубопровід відведення очищеної та подачі промивної води; 12 - перегородка з розширеним раструбом; 13 -насос для удаления неу щільненого осаду.

Рис. 4 - Модель первинного відстійнику гідроциклон-ного типа з вимірювальним обладнанням 1 - яма для окалини; 2 - реагент; 3 - трубка для відбору проб; 4 - електрод; 5 - кондуктометр; 6 - амперметр

Для переходу, до безрозмірних координат введемо такі масштаби і позначення: -

Ь - масштаб висоти;

11 - масштаб швидкості;

Ь

»о-^* - масштаб часу;

Ке - концентрація, яку використаємо в якості масштабу;

г = •— - безрозмірна висота; п

1 - безрозмірний час;

И = —~ - безрозмірний коефіцієнт дифузії (аналог числа Пікле);

ПІ)

С = —■ - безрозмірна концентрація.

с0

Рівняння (8) приводиться до виду:

. дС дС ~ о2С

' 4 - = О . ді дг '

з початковими умовами

С(г,0)=

ДО

0, при г < 0

(9)

та граничними умовами

11, при г>0

Ёас^')=с(о,,

дг .

Рішення рівняння (9) має вид:

с(м)=е:” -—{і,і ;

(10)

40

С^гШІ

+ е

е є"' -СІЗ

де - безрозмірна вертикальна координата.

• Інтегруючи отримане значення в межах від 0 до 1, маємо середнє значення концентрації завислих часток в стовпі рідини на виході із відстійника:

і____

" (11)

СсР(ї)= (саг.

Для практичного використання цього методу складено таблиці середніх значень концентрацій С в залежності від І і р. / :

Оскільки в практиці можуть зустрітися значення І і Ю , які виходять за межі таблиць, а вираз (10) для розрахунків практично неприйнятний, наведемо його в видозміненому вигляді:

Вираз (12) позбавлений громіздких невласних інтегралів, які можна вирахувати тільки числовими методами, і містить тільки табличні функції;

Для отримання необхідних параметрів проведено лабораторні дослідження на фрагменті гідроциклона-відстійника (рис 4.). ■

Запропонований метод розрахунку був використаний для визначення розмірів і концентрації часток, які затримуються в гідроциклоні-відстійнику.

П’ятий розділ містить технічні рішення та рекомендації, спрямовані на удосконалення систем водопостачання переробних га міні-заводів чорної металургії, які полягають у переводі на повністю замкнене чи близьке до нього оборотне водопостачання.

Зокрема, технічні рішення і рекомендації розроблені для Молдавського металургійного заводу (ММЗ) га Волгоградського металургійного заводу «Красный Октябрь» (м. Волгоград). Для ММЗ розроблені технічні рішення, спрямовані на створення замкнутої системи водопостачання, яка виключає скид промислових стічних вод у міську каналізаційну мережу, дозволяє звести до мінімуму, тобто до величини неминучих втрат (2,0-2,5% від загальної кількості води, яка циркулює у системі оборотного водопостачання заводу) забір свіжої води з природних джерел за рахунок використання ПЗС з території підприємства, а також води від регенерації натрій-катіонітових фільтрів (рис.5).

Для заводу «Красный Октябрь» розроблено та науково обґрунтовано систему технічних заходів щодо запобігання скиду стічних вод у р. Волгу у кількості, що перевищує і 600 м3/год.

Визначено сферу використання розроблених технічних рішень. Встановлено, що вони можуть бути використані на подібних підприємствах металургійного та машинобудівного комплексів України. Ці технічні рішення використані в галузевих нормах технологічного проектування водного господарства металургійних підприємств України (том 12 і том 14).

. Економічна ефективність переводу заводу на замкнену схему водопостачання зумовлюється заощадженням коштів на оплату збору за забруднення навколишнього природного середовища скидами стічних вод і коштів на оплату збору за спеціальне водокористування. Розрахунковий економічний

-1 + егї

У V

\ /

02)

Декарбонізація

Рис.5 - Балансова схема зворотнього водоводопостачання Молдавського металургійного заводу —► - Декарбонізована вода, - стічна вода,|БОС| - блок очисних споруд, г |- градирні,

- оборотня вода, /^- втрати води.

ефект від використання розроблених технічних рішень для одного підприємства на території України складає від 522 до 1450 тисяч гривень за рік в залежності від місця розташування об’єкта.

Загальні висновки

1. Виконано дослідження водно-хімічних режимів систем оборотного водопостачання найбільш представницьких переробних (Волгоградський завод «Красный Октябрь») і міні-заводів (Білоруський металургійний завод).

2. Виконано дослідження водно-хімічного режиму БМЗ, яке показало, що при знесоленні усіх засолонених вод заводу величина коефіцієнта концентрування добре розчинних солей для заводу в цілому складає 2,06, загаль--ішй солевміст у додатковій воді, що подається на завод, - 274 мг/л, в окремих оборотних циклах до 1 і 00 мг/л. При відсутності випарної установки ці вели--чйни складають відповідно: 324 мг/л і 1300 мг/л.

. ' 3. Виконано розрахунки, які визначили загальну кількість солей, що

викидаються з системи з краплинним викидом при роботі випарювальної установки та без неї. У першому випадку вона складає 26,3 кг/год, у другому-31,1 кг/год

■■ . 4. Досліджено вплив температури води а також загального солевмісту і

йо'го компонентів (хлоридів, сульфатів, іонів кальцію, магнію та ін.) на величину рівноважної лужності води. Встановлено, що зростання солевмісту та окиснюваності при постійній температурі води призводить до збільшення рівноважної лужності води.

5. Показано, що на стабільність води великий вплив має температура в пристінному шарі. Отримано рівняння, яке пов’язує температуру води у пристінному шарі • з середньою її температурою. Що має практичну др.шшму цінність і дозволяє надати оцінку стабільності води відомого хімічного скла-

ЛУ. . .

■ ■ 6. Показано, що для обробки свіжої води (води для підживлення системи), яка використовується для поповнення систем оборотного водопоста-

■ чання промислових підприємств, зокрема переробних та міні-заводів чорної

металургії, доцільно застосовувати спрощену технологію пом’якшення води за допомогою вапнування. 1

; 7. Запропоновано математичні залежності для розрахунку матеріально-

' го (сольового) балансу для систем водопостачання промислових підприємств різних галузей.

8. Розроблено та досліджено нову конструкцію споруди (підземний гі-дроциклон-відстійник) для акумулювання і очистки ПЗС з території заводу, а також для очистки стічних вод станів гарячої прокатки. Запропоновано методику розрахунку цієї споруди.

9. Розроблено технічні рішення та рекомендації, спрямовані на удосконалення систем водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії, які полягають у переводі на повністю замкнене, чи близьке до нього, оборотне водопостачання. Зокрема, технічні рішення і рекомендації розроблено для Молдавського металургійного заводу (ММЗ) и Волгоградського металургійного заводу «Красный Октябрь» (м. Волгоград).

Для ММЗ розроблено технічні рішення, спрямовані на створення замкнутої системи водопостачання, яка виключає скид стічних вод у міську каналізаційну мережу, дозволяє звести до мінімуму (тобто до величини неминучих втрат) забір свіжої води з природних джерел за рахунок використання ПЗС з території підприємства, а також води від регенерації натрій-катіонітових фільтрів.

Для заводу “Красный Октябрь” розроблено та науково обґрунтовано систему технічних заходів щодо запобігання скиду стічних вод у р. Волгу у кількості, що перевищує 1600 м3/год.

10. Визначено сферу використання розроблених технічних рішень. Встановлено, що вони можуть бути використані на підприємствах металургійного та машинобудівного комплексів України. Ці технічні рішення використані в галузевих нормах технологічного проектування водного господарства металургійних підприємств України (том 12 і том 14).

11. Розрахунковий економічний ефект від використання розроблених технічних рішень для одного підприємства на території України складає від 522 до 1450 тисяч гривень за рік в залежності від місця розташування об’єкта.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.Колотило А.Н. Анализ особенностей систем водоснабжения передельных и мини-заводов черной металлургии // Науковий вісник будівництва. - Харків: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, ХОТВ АБУ. - 1999.- вып.5.- с.75-79.

2.Пантелят Г.С., Сыроватский A.A., Колотило А.Н. Определение параметров работы установок термического умягчения при обработке нейтрализованных известью сточных вод сернокислотного травления // Вестник Харьковского Государственного Политехнического Университета.-ХГПУ.-Вып.8.-1997.-с. 11-16..

3 .Колотило А.Н. Технические решения для создания замкнутой системы оборотного водоснабжения мини-заводов черной металлургии // Науковий вісник будівництва .- Харків: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, ХОТВ АБУ. - 1999.- Вып. 6 .- с. 141-143.

4.Колотило А.Н., Ткачев В.А. Очистка и использование поверхностноливневого стока с территории передельных и мини-заводов черной металлургии // Науковий вісник будівництва,- Харків: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, ХОТВ АБУ. - 1999.- Вып. 7 .-с. 118-120.

5. Пантелят Г.С., Колотило А.Н. Разработка технических решений для

создания замкнутых систем оборотного, водоснабжения передельных металлургических предприятий U Программа и тезисы докладов 29-й научнотехнической конференции преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ,- 1998'.- С 40. , .

6. Сыроватский A.A., Колотило А.Н., Юрченко В.Н., Джахджах Сухель

Использование промывных вод сернокислотных травильных отделений в системах оборотного водоснабжения. // Тезисы докладов 51 научнотехнической конференции.- ХГТУСА.- 1996.- С 105. .

7.Пантелят Г.С., Колотило А.Н. Предотвращение сброса сточных вод в водоемы передельными и мини-заводами черной металлургии. // Міжнародна конференція “Экология, охрана окружающей среды и энергосберегающие ресурсы” Тепа Тес., Лейпциг (Германия), 04.03 1999.

8. Пантелят Г.С., Колотило А.Н. Застосування підземних гідроцикло-

нів-відстійників для очищення стічних вод та поверхнево-зливового стоку з території металургійних підприємств. /У Програма та тези доповідей 59 науково-технічної конференції,- ХДТУБА.- 1999.- С . ■

АНОТАЦІЯ

Колотило А.М. Замкнені системи водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 -.водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

Дисертацію присвячено дослідженню і розробці замкнених систем оборотного водопостачання переробних та міні-заводів чорної металургії. Отримано емпіричні формули для розрахунку величини рівноважної лужності води з урахуванням концентрацій різних іонів (хлоридів, сульфатів, кальцію, магнію), що має практичне значення при розрахунках стабільності води. Отримано залежність для визначення температури охолоджуючої води в пристінному шарі теплонавантаженої поверхні. Показана можливість і доцільність використання поверхнево-зливового стоку (ПЗС) з території промислових підприємств для підживлення систем оборотного водопостачання. Запропоновано, досліджено і розроблено нову конструкцію споруди (підземний гідроциклон-відстійнкк) для накопичення та очистки ПЗС з території за-

воду, а також для очистки стічних вод станів гарячої прокатки. Запропоновано методику розрахунку цієї споруди. Розроблено технічні рішення та рекомендації по переводу переробних та міні-заводів чорної металургії на замкнені схеми водопостачання. Ці технічні рішення використані в галузевих нормах технологічного проектування водного господарства металургійних підприємств України.

Ключові слова: замкнені системи водопостачання, оборотне водопостачання, рівноважна лужність, теплонавантажена поверхня, поверхнево-зливовий стік, гідроциклон-відстійник.

Аннотация

Колотило А.Н. Замкнутые системы оборотного водоснабжения передельных и мини-заводов черной металлургии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04. - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена исследованию и разработке замкнутых систем оборотного водоснабжения передельных и мини-заводов черной металлургии. Приведен анализ состояния вопроса очистки и использования в замкнутых системах оборотного водоснабжения сточных вод промышленных предприятий. Показано, что в настоящее время предприятия черной металлургии Украины сбрасывают в водоемы до 1,8 млрд.м3/год. Это свидетельствует о том, что аппйраты и методы, предназначенные для очистки сточных вод, имеют определенные недостатки, которые не позволяют обеспечить эксплуатацию систем водоснабжения в замкнутом режиме. Практика свидетельствует, что традиционные подходы не всегда дают возможность достичь необходимого результата при создании замкнутых или близких к ним систем оборотного водоснабжения. В частности, они не в состоянии создать такие системы для передельных и мини-заводов черной металлургии, которым присуще образование большого количества сточных вод, загрязненных разнообразными соединениями. Показано, что перспективным направлением является разработка упрощенных технологий подготовки свежей подпиточной воды, которая направляется на восполнение потерь в системах водоснабжения заводов, использования сточных вод от промывки натрий-катинитовых фильтров, а также разработка способов аккумулирования и использования поверхностно-ливневого стока (ПЛС) с территории предприятий. В работе выполнены исследования водно-химического режима систем оборотного водоснабжения действующих передельных и мини-заводов черной металлургии. Получены эмпирические зависимости для расчета величины равновес-

ной щелочности с учетом температуры и раздельного влияния различных солевых компонентов (хлориды, сульфаты, кальций, магний и окисляемость). Обоснована возможность применения упрощенной технологии подготовки «свежей» подпиточной воды, которая направляется на завод для пополнения систем оборотного водоснабжения. Получена зависимость для определения температуры охлаждающей воды в пристенном слое теплонагруженной поверхности. Предложена математическая зависимость для описания водного и солевого (материального) балансов для -замкнутых систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий и, в частности, для Молдавского металлургического завода. Доказана возможность и целесообразность использования ПЛС с территории промышленных предприятий для подпитки систем оборотного водоснабжения. Предложена, разработана и исследована новая конструкция сооружения (подземный гидроциклон-отстойник) для аккумулирования и очистки ПЛС с территории передельного завода, а также для очистки сточных вод от станов горячей прокатки. Предложена методика расчета этого сооружения. Разработаны технические решения и рекомендации по переводу передельных и мини-заводов черной металлургии на замкнутые схемы водоснабжения. Так, для Молдавского металлургического завода технические решения направлены на создание замкнутой системы оборотного водоснабжения, которая исключит сброс сточных вод в городскую канализацию и уменьшение забора свежей воды за счет использования ПЛС с территории предприятия. Технические решения для Волгоградского завода «Красный Октябрь» направлены на предотвращение сброса сточных вод в р. Волга. Разработанные технические решения использованы в отраслевых нормах технологического проектирования водного хозяйства металлургических заводов Украины. Рассчитана экономическая эффективность перевода завода на бессточную схему водоснабжения, которая обусловлена экономией средств на оплату сборов за загрязнение окружающей природной среды сбросами сточных вод и сборов за специальное водопользование. Ориентировочный экономический эффект от использования разработанных технических решений для одного предприятия на территории Украины составляет от 522 до 1450 тыс. грн. в год в зависимости от места расположения объекта.

Ключевые слова: замкнутые системы оборотного водоснабжения, оборотное водоснабжение, равновесная щелочность, теплонагруженная поверхность, поверхностно-ливневой сток, гидроциклон-отстойник.

Kolotilo A.M. Water-supply exclusive systems of ferrous metallurgy processing and mini-factories (manuscript)

Dissertation for Candidate of Technical science degree by speciality 05.23.04. - water supply and sewage - Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2000.

Dissertation is devotes to analysis and elaboration of ferrous metallurgy processing and mini-factories circulating water-supply exclusive systems. It was derived empirical formulas for calculation of water balanced alkalinity quantity with faking into account of different ions concentrations (chlorides, sulphates, calcium, magnesium), that has practical importance when calculating water stability. It was derived dependence for cooled water temperature determination in wall close layer of heat loaded surface. It was shown possibility and advisability of using of surface-discharged drain from industrial enterprises territory for circulating water-supply systems confirmation. Proposed investigated and elaborated new structure construction (underground hydrocyclone-settling tank.) for accumulation and purification of surface-discharged drain from factory territory and also for purification of sewage of hotrolling mill. Proposed method of this structure calculation. Eleborated technical decisions and recommendation by transference of ferrous metallurgy processing and minifactories on exclusive water supply schemes. These technical decisions used in the Ukraine metallurgical enteiprises water economy branch norms of technological projecting.

Key words: exclusive water supply systems, circulating water supply, balanced alkalinity, heatloaded surface, surface - discharged drain, hydrocyclone-settling tank.