WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

  На правах рукописи

Галкин Юрий Анатольевич

кандидат химических наук

Инновационные технологии

систем производственного водоснабжения

заводов черной металлургии

05.23.04 - Водоснабжение, канализация,

строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург - 2010

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

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР  Пономарев В.Г.

доктор технических наук, профессор  Кичигин В.И.

доктор технических наук, профессор  Назаров В.Д.

Ведущая организация:  Государственный институт по проектированию

металлургических заводов (ОАО «Гипромез»), г. Москва

Защита состоится 02 марта 2011 года в 11-00 час. на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени доктора технических наук  Д 303.004.01 при ОАО «НИИ ВОДГЕО».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просьба направлять по адресу: 119048, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, 42, стр. 2, диссертационный совет Д 303.004.01.

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

Автореферат разослан ………………..  2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук

Ю.В.Кедров

Аббревиатуры

АГПМ - агрегат горячей прокатки металла

АГПТ агрегат горячей прокатки труб

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

АТОП - агрегат термической обработки проката

ГДП - газоочистка доменной печи

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

ККЦ – кислородно-конверторный цех

ЛНР – логарифмически нормальное распределение

МК - металлургический комбинат

МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок

НТПА - непрерывный трубопрокатный агрегат

ОКУД - отстойник-классификатор-уплотнитель  дренируемый

ОМВ - окалиномаслосодержащая вода

ОМО - окалиномаслосодержащий осадок

ОФ - отстойник-флокулятор

СПВ - система производственного водоснабжения

СПЦ - сталеплавильный цех

ТВЦ - трубоволочильный цех

ТЭСЦ – трубоэлектросварочный цех

УГСО установка гидравлического сбива окалины

ФВВ - фильтровальное вспомогательное вещество

ЦХП – цех холодной прокатки

ЭСС - эмульсионно-суспензионная система

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

Такие технологии снижают технико-экономические показатели работы предприятий и препятствуют давно назревшей модернизации многочисленных устаревших СПВ. В целях поддержания относительно приемлемого для производства качества воды по механическим и солевым компонентам,  из таких СПВ производится сброс в окружающую среду продувочных загрязненных вод. Количество этих сточных вод по металлургическим заводам стран СНГ составляет 4,1 млрд. м3/год при потреблении воды из внешних источников 5,2 млрд. м3/год и расходе оборотной воды 29,8 млрд. м3/год. Уровень оборотного водоснабжения по отрасли не превышает 84%, и он значительно ниже достигнутого в технически передовых странах. Наиболее экологически опасные ОМО, получаемые в оборотных циклах сталеплавильных и прокатных производств, в большинстве случаев, особенно на передельных заводах, не имеющих цехов рудоподготовки, размещаются на территории предприятий с нарушением экологических норм ввиду малой эффективности существовавших технологий обезвоживания и дальнейшей подготовки к утилизации.

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

Обострение конкуренции между ведущими мировыми «металлургическими» экономиками также поставило задачу создания для отечественных предприятий экономически более эффективных  и экологически безопасных СПВ.

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

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

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

Объектом исследования являются СПВ заводов черной металлургии.

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

Задачи исследований и разработок:

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

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

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

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

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

6. Разработать эффективные технологии и оборудование для обезвоживания ОМО.

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

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

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

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

На защиту выносятся:

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

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

3. Физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования  ОМО.

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

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

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

Научная новизна:

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

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

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

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

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

- выявить способность дисперсной фазы к ортокинетической гидрофобной флокуляции,

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

4. Установлен характер изменения эффективности  очистки оборотных вод разных металлургических агрегатов при варьировании параметров критерия Кэмпа времени смешения и флокуляции (Т1 и  Т2)  и градиентов скорости смешения и флокуляционного перемешивания (G1 и G2), что позволяет оптимизировать  технологию очистки оборотных вод и конструкцию оборудования.

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

Практическая значимость:

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

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

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

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

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

5. Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты типа ОКУД для глубокого гравитационного обезвоживания ОМО до влажности 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость получаемого продукта.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основное содержание работы

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

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

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

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

Узлами расчетной схемы являются точки  и области балансовой схемы, в которых происходит либо ввод/вывод из системы  рассчитываемого компонента (например, ввод  коагулянта FeCl3, HCl в производстве, вывод соли NaCl при обессоливании воды), либо слияние двух и более потоков с отличающейся неизвестной концентрацией этого компонента.

Нестационарное состояние СПВ,  пренебрегая  временем транспорта между узлами, описывается уравнениями баланса масс рассчитываемого компонента  вида  dx/dt = kx :

Wk = dg k / dt  =  W вх . k  -  W вых . k  ± G  k  ±  M k  ,  (1)

где Wk  = dg k / dt  - скорость изменения массы компонента в узле «k»; Wвх . k  и  Wвых . k  -  неизвестные переменные скорости  входа в узел «k»  и выхода  из этого же узла  компонента с потоками воды qi  ;  Gk  - скорости  входа («+») и выхода («–»)  компонента в узле «k»  с потоками воды qi , имеющими известную постоянную концентрацию компонента ; Мk - известные  постоянные скорости (массовые расходы) входа и выхода («+» и «») «безводного» компонента в узле «k» . Окончательно, дифференциальное  уравнение нестационарного состояния приобретает вид:

iвх k. max  iвых k. max  i k. max  pk. max

dg k /dt = [qi (g/V)см]вх . k  - [qi (g/V) k ] вых . k ± [qi  Ci ] k  ±  [Mp] k , (2)

  iвх. k. min  iвых. k. min  i. k. min  pk. min

где  g неизвестные массы компонента, находящегося в данном и смежных узлах;  V   известный объем воды в тех же  узлах;  (g/V) см =  zi   неизвестная концентрация компонента в смежных, по отношению к  Уk , узлах и в выходящих из них  qi ; (g/V) k  =  zi  неизвестная концентрация компонента в данном Уk  и в выходящих из него  qi  в смежные узлы; Ci. k  известные концентрации компонента в потоках qi , входящих/выходящих в узле Уk ; p   число входящих / выходящих потоков «безводного» компонента Mp в узле Уk. Смежными являются узлы, соединенные общим потоком воды qi. В стационарном  состоянии  dg k / dt = 0:

iвх k.. max iвых k.. max  ik. max pk. max

[qi (g/V )см ]вх . k  - [qi ( g/V ) k ] вых . k  ± [qi Ci ] k ± [Mp] k = 0. (3)

  iвх. k. min iвых. k. min  ik. min pk. min

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

  Z вых .  k = f (z вх . k ).  (4)

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

Рассмотрим пример перехода СПВ из стационарного состояния «А» в стационарное состояние «В» при переводе ее подпитки из источника «А» на источник «В» с увеличенным  содержанием Cl - (рис.1). Узел У3 - установка обессоливания воды, разделен на два подузла: У3 а , где собирается обессоленная вода с концентрацией z 5,7,11 , и У3 b –  для сбора концентрата с содержанием иона  z10 . Исходные данные ( q – м3/ч;  С, z – кг/м3; М – кг/ч; V  – м3):

q1

q2

q3

q4

q5

q6

q7

q8

q9

q10

q11

q12

43

40

1

10

12

4

35

50

5

1

2

1

C1(А)

C1(В)

С2

М1

М2

V1

V2

V3a

V3b

V4

0,05

0,5

0

20

5

500

1000

10

5

1000

Соотношение концентраций Cl- в У3 отражено коэффициентом распределения: Кr  =  z 5,7,11 /  z 10  =  0,05 , или:

g3a = 0,1 g3b .  (5)

Последнее выражение  является пятым уравнением решаемой системы:

Узлы:

У1

У2

У3

У4

У3

dg 1  /dt  = q1 C1 - q2C2  – ( q3  + q4 + q6 )( g 1 / V1) + q 5 ( g 3а /V3a);

dg 2 /dt  = q4 · ( g1 / V1) + q 7 · (g3а / V3а ) -  q8 · ( g2 / V2) +  q9·( g4 / V4 )+ M1 ; (6) 

dg 3 /dt = - (q5 + q7 + q11) · ( g3а / V3а)  + q 8 · ( g2 / V2)  -  q10 ·( g3b / V3b); 

dg 4 /dt  =  q 6 ·( g1 / V1)  -  (q9 + q12) ·( g4 / V4 ) +  q11 ·( g3а / V3а) + M2;

g3a = 0.1·g3b.

Результаты решения системы уравнений при dgk /dt = 0  в стационарном режиме «А» при С1(А) = 0,05 кг/м3 : z3,4,6 = 1,106; z8 = 1,661; z5,7,11 = 1,204; z10  = 24,072;  z9,12 = 1,972 кг/м3. То же в режиме «В» при С1(В) = 0,5 кг/м3:  z3,4,6 = 3,031;  z8 = 2,756;  z5,7,11 = 1,997; z10 = 39,950; z9,12 = 3,520 кг/м3.

Для решения системы (6) на ПК использована встроенная функция rkfixed в системе Mathcad 2001i Professional. На рис.2 показан график (экспонента) изменения во времени содержания Cl- в воде У1 и в выходящих  из него потоках.

Рис.2. График перехода во времени узла У1 из стационарного состояния «А» в стационарное состояние «В»:

1 - zk(B); 2 - zk = f(t); 3 - zk(A)

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

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

Разработанная модель используется  для решения обратных и смешанных задач.

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

Тремя основными компонентами/фазами изученных ОМВ и ОМО являются вода  (дисперсионная среда), окалина (железо разной степени окисленности с неоднородной поверхностью частиц и минеральные примеси) и нефтепродукты (в основном минеральные масла и продукты их окисления, содержащие аполярные углеводороды и гетерополярные соединения). Образование ОМВ и ОМО сопровождается комплексом  взаимодействий компонентов: взаимной коагуляцией противоположно заряженных частиц масел и окалины, физической и химической сорбцией нефтепродуктов окалиной, коалесценцией, адгезией и агрегированием первичных частиц. Содержание масел в дисперсной фазе изученных объектов составляет от 1,3 до 25,7%, а в объемном выражении от 0,1:1 до 2:1.

Теоретически могут существовать, включая изученные ОМВ и ОМО, 6 классов  микрогетерогенных  трехфазных трехкомпонентных систем с жидкой дисперсионной средой, являющихся техногенными продуктами. На основе различной степени гидрофобности/гидрофильности поверхности твердой фазы и полярности/аполярности дисперсионной среды, предлагается объединить трехфазные дисперсии в отдельную группу ЭСС, и  дополнить ими общепринятую классификацию Оствальда для двухфазных микрогетерогенных дисперсий – суспензий и эмульсий (рис.3).  Из шести классов ЭСС три относятся к прямому типу и соответствуют технологическим водам. Поэтому, с учетом суспензий и эмульсий, возможно существование технологических вод, соответствующих 5 классам. Двухфазные системы являются частными случаями трехфазных, когда содержание одной из дисперсных фаз равно нулю.

На металлургических заводах в данное время известны технологические воды, соответствующие 4 классам из 5 исключая класс С.1. ОМВ и ОМО относятся к ЭСС класса В.I (В/М/Т/В, или Ж1/Ж2/Т/Ж1) с примесями дисперсий прямого типа других классов. Строение и физико-химические  свойства таких технологических вод должны способствовать ортокинетической  гидрофобной флокуляции дисперсной фазы.

Рис.3. Схема классификации микрогетерогенных систем с жидкой дисперсионной средой (в ячейках приведены классы)

Для проверки этой гипотезы и изучения комплекса свойств ОМВ и ОМО нами предложен метод исследования взаимодействия первичных частиц дисперсной фазы в турбулентном потоке горизонтального отстойника-классификатора (рис.4). При этом за счет гидравлической классификации в аппарате образуется непрерывный спектр осадка, изменяющегося по своим свойствам. Из 10 зон по длине отстойника отбирали пробы осадков ОМО1 ОМО10, где индекс i соответствует номеру зоны аппарата. Кроме указанных фракций, также были получены путем длительного отстаивания осадки исходной (ОМО0)  и осветленной (ОМО11) воды, отобранной в точках 0 и 11. При этом  ОМО111 ОМО0.

Рис.4. Схема отстойника-классификатора. Номера точек отбора проб осадков и зон: 0 - ОМО0; 1 10 - ОМО1 ОМО10; 11 - ОМО11

В отличие от горизонтального отстойника, в радиальных аппаратах, гидроциклонах и других более современных сооружениях для отстаивания  удаляемый осадок полностью смешан, т.е. является ОМО0, что не позволяет непосредственно на нем выполнить такой же эксперимент.

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

Горизонтальный вторичный отстойник оборотного цикла  НТПА не оборудован камерой флокуляции, но имеет асимметричный  сосредоточенный подвод воды, что создает в его корпусе повышенные турбулентность  и  градиент скорости перемешивания. По-существу, весь объем аппарата является камерой флокуляции. При движении воды вдоль аппарата одновременно происходят градиентная и гравитационная флокуляция первичных частиц, седиментация и гидравлическая классификация образующихся агрегатов.  Из-за невысокого значения градиента скорости флокуляционного перемешивания (G2) процесс агрегирования частиц, в соответствии со смыслом критерия Кэмпа (К = G2Т2), растянут во времени (Т2) и, соответственно, по длине аппарата.

Во всех пробах осадка  дисперсный состав частиц окалины соответствует ЛНР  (рис.5) с параметрами:  0,5 - медиана  распределения и  lg - среднее квадратичное отклонение логарифмов диаметров от их среднего значения:

.  (7)

В отличие от результатов других исследователей, анализ гранулометрического состава осадков по предложенной методике позволил установить значительную способность дисперсной фазы ОМВ к гидрофобной флокуляции: уже в ОМО1  присутствует большое количество (10%) мелких первичных частиц размером 6 20 мкм, которые при индивидуальном осаждении не могут задерживаться даже в конце отстойника. Однако, в ОМО1, содержащем самые крупные частицы, практически отсутствуют наиболее мелкие с размером менее 6 мкм, что не согласуется с положением теории кинетики коагуляции, разработанной для суспензий, о наибольшей скорости агрегирования частиц с максимально отличающимися размерами. Эти, наиболее мелкие частицы ( 6мкм), вошли в состав осадков со значительно меньшей максимальной и средней крупностью частиц. Так, содержание наиболее мелких частиц в ОМО10 достигает 14%, хотя крупные частицы в нем практически отсутствуют, поскольку осаждаются в начале отстойника.

Рис.5. Интегральная функция ЛНР массы частиц твердой фазы осадков ОМО0 ОМО11 и капель эмульсии масел (график 12 пример) в логарифмически вероятностных координатах

В то же время (рис.6, кривая 1.1, зона «А»), увеличение до максимума показателя разброса размеров частиц (lg ) в первых осадках ОМО1 ОМО3, по отношению к исходному ОМО0, в котором процесс флокуляции еще не начался,  отвечает  теоретическому представлению о положительном влиянии различия  размеров частиц на скорость их взаимодействия.

Рис.6. Зависимость lg , 0,5  и Sв от OМОi

В этих зонах выбывание из сферы взаимодействия в осадок существенно отличающихся по размерам частиц, особенно - наиболее крупных,  приводит к быстрому уменьшению lg, т.е. к уменьшению полидисперсности (увеличению однородности) системы, и, поэтому, к снижению потенциала флокуляции за счет фактора уменьшения разности размеров частиц в последующих зонах. Это отражается в малой величине lg для ОМО4 ОМО11 и в медленном ее изменении, т.е. в замедлении скорости агрегирования частиц. Общая тенденция отражается кривой 1.2 и  уменьшением угла наклона линий графиков на рис.5 при переходе от ОМО1 к ОМО11.

Описанные результаты можно объяснить тем, что теоретическое положение о максимальной скорости слипания в суспензиях частиц с наиболее отличающимися размерами не является абсолютным, по крайней мере, для изучаемой ЭСС.

На рис.7 величина удельной поверхности твердой фазы, определенная по методу воздухопроницаемости Sв и по методу седиментации Sс, а также содержание масел в дисперсной фазе, как и следовало ожидать, снижаются от ОМО0 к ОМО1, а затем монотонно возрастают до ОМО11.

Соответственно, в противофазе с ними изменяется 0,5. Многоэкстремальный характер изменения lg (рис.6) и колебания значений Sв , S с , См и (рис.7) по зонам отстойника  отражают неравномерность распределения скорости потока, особенно на входе в отстойник. Большая величина фактора формы (1,59 7,73), показывающая анизометричность частиц окалины, способствует процессу их агрегирования и объясняет большое различие между величинами Sв и Sс. Рост показывает увеличение доли мелких  пластинчатых  частиц окалины, получаемых измельчением поверхностных, наиболее окисленных и хрупких слоев железа при обжиме нагретого металла в клетях прокатного стана.

Рис.7.  Зависимость параметров См, Sв, Sс и от OМОi

Статистический анализ параметров, показанных на рис.7, показывает, что все они связаны корреляционными зависимостями. Так, величина См аппроксимирована кусочно-линейным уравнением регрессии, как функция Sв, которая наиболее достоверно отражает действительную величину удельной поверхности непористых, особенно анизометрических частиц:

См = - 0,386  + 5,178 10-3 Sв при Sв 4500 см2/г; коэффициент корреляции r = 0,999; 

См  =  16,542 + 1,218 10-3  Sв при Sв 4500 см2/г; r = 0,984. (8)

Снижение удельной сорбции масел на единицу поверхности твердой фазы в конце аппарата при Sв 4500 см2/г  вызвано повышенной гидрофильностью самых мелких,  наиболее  окисленных частиц окалины и минеральных примесей, а также сближением размеров частиц и капель масел (уменьшение lg ), при котором скорость коагуляции резко уменьшается.

Близость величин S, 0,5 и lg   для разных осадков может говорить о малом отличии и других свойств.  Действительно, для осадков, полученных в исследовании  отстойника-классификатора, можно отметить следующее. Содержание нефтепродуктов (рис.7), удельное  сопротивление при фильтровании и другие свойства осадков, например, для ОМО6  { S в,6 = 2560 см2/г; (0,5)6 = 22 мкм; (lg )6 = 0,38; С м.6 = 12,9%} и для ОМО0 { S в, 0 = 2500 см2/г; (0,5)0 =25мкм; (lg )0 = 0,46; См.0 = 12,5%}, практически совпадают, т.е.  осадки ОМО111 , ОМО0 и ОМО6 идентичны. Следовательно,  ОМО6 может служить представительной моделью всего осадка данного отстойника, т.е. ОМО0.  Аналогично, осадок ОМО9 исследуемого отстойника-классификатора {S в,9 = 4238 см2/г; (0,5)9 = 20 мкм; (lg )9 = 0,37; С9 = 21,5%} идентичен, например,  осадку ОМО0 вторичных радиальных отстойников оборотного цикла листопрокатного стана «2000» ОАО «Северсталь» {Sв,0 = 4050 см2/г;  (0,5)0 =21 мкм; (lg )0 = 0,48; С0 = 20,5%}.

Таким образом, сопоставление свойств непрерывного спектра осадков  ОМОi горизонтального отстойника-классификатора с осадками, откачиваемыми насосами из отстойных сооружений оборотных циклов разных МНЛЗ и АГПМ в виде смеси (ОМО0), показывает, что ОМОi  представляют собой полную систему статистически подобных,  представительных по физико-химическим и технологическим свойствам видов ОМО0. Поэтому ОМО1 ОМО10 могут служить моделями для прогнозирования основных свойств и для выполнения технологических исследований по всем другим системам оборотного водоснабжения указанных металлургических агрегатов. Параметром идентификации,  определяющим свойства осадков, является удельная поверхность первичных частиц твердой фазы, хотя параметры статистического распределения (lg и 0,5) могут несколько отличаться.

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

Полученные результаты позволили, в частности, разработать и реализовать процесс  безреагентной углубленной очистки оборотной ОМВ, основанный на явлении гидрофобной ортокинетической  флокуляции дисперсной фазы. При оптимизированном процессе флокуляционного перемешивания (Гл.5) достигается эффективное удаление из оборотной воды даже наиболее мелких частиц при высоких гидравлических нагрузках на аппарат и работе цикла в замкнутом, беспродувочном режиме. Результаты этих же исследований привели к идее об использовании явления классификации дисперсной фазы в горизонтальном потоке для разработки  эффективной технологии гравитационного обезвоживания ОМО (Гл.6).

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

Рис. 8. Кинетика фильтрования ОМО (1, 2) и концентрированной суспензии (3) в характеристических координатах q – /q 

На рис.8 в характеристических координатах q – /q опытные кривые фильтрования ОМО (1 и 2), в отличие от линейного графика 3 характерного  для  концентрированных суспензий, не спрямляются. После цикла фильтрования слой ФВВ на некоторую глубину насыщен нефтепродуктами. Фильтрование ОМО протекает, в отличие от суспензий и эмульсий, с одновременным образованием слоя отфильтрованного осадка на поверхности перегородки и закупориванием ее пор. На основе такой физической модели  с учетом аддитивности сопротивлений слоя осадка и закупориваемой перегородки получено  дифференциальное уравнение, а после его интегрирования алгебраическое уравнение кинетики фильтрования:

= (/Р)[(rз /3)·q3+(r0x0/2)·q2+R0q],  (9)

где  rз параметр, названный нами удельным сопротивлением закупоривания (фильтровальной перегородки); rо удельное объемное сопротивление осадка; R0 начальное сопротивление перегородки;  xо отношение объемов отфильтрованного осадка и фильтрата; время процесса.

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

Экспериментально найдена зависимость, связывающая удельные сопротивления (rз и rо) с удельной поверхностью (S) твердой фазы ОМО. Установлены высокая сжимаемость  (параметр уравнения Льюиса) и положительное влияние минеральных коагулянтов и флокулянтов на фильтровальные свойства осадка. Из уравнения (8) выведена формула для определения константы (К) закупорочно-осадочного вида фильтрования, позволяющей изучать влияние дозы реагента, разности давлений и других факторов на величину соотношения между обоими видами удельного  сопротивления в цикле фильтрования. Полученные закономерности положены в основу разработки технологии обезвоживания ОМО (Гл.6).

Для предельного состояния ОМО, когда количество нефтепродуктов стремится к нулю, уравнение (8) переходит в известное выражение кинетики фильтрования концентрированных суспензий. Результаты исследований Гл.3 и Гл.4 положены в основу расчетов величины неизвестных физико-химических параметров ОМО по известным, разработки методов интенсификации процессов и конструирования аппаратов для глубокой очистки оборотных вод с использованием эффекта ортокинетической, в т.ч. гидрофобной, флокуляции, а также для механического и гравитационного процессов обезвоживания ОМО.

Глава 5 содержит результаты  исследований и разработок аппаратов для очистки  технологических вод. Требования к качеству очищенной воды и ее технологические свойства определяют целесообразность применения безреагентных или реагентных технологий. При этом варьируются виды и дозы реагентов (D), режимы их смешения с водой (средний градиент скорости  G1 и продолжительность T1)  и флокуляционного перемешивания (то же G2 и T2), гидравлическая крупность дисперсной фазы (U0).

Так, рис. 9 иллюстрирует зависимость остаточного содержания взвешенных веществ (ВВt) при начальном содержании ВВ0 = 1348 мг/дм3 от параметров G2 и T2 для безреагентной очистки оборотной воды ГДП Серовского МЗ отстаиванием при U0 = 0,3 мм/с.

Рис. 9. Серовский МЗ. Зависимость ВВt от параметров безреагентного флокуляционного перемешивания G2 и T2

Функциональная зависимость ВВt = f (G2, T2) имеет экстремальный характер и аппроксимируется полиномом второго порядка:

. (10)

Поле изолиний ВВt делится радиусами из точки минимума C на 4 сектора. В  секторах I и III характер изолиний эффективности очистки воды близок к зависимости, выражаемой критерием Кэмпа. При росте его значения в секторе I эффективность отстаивания воды однозначно увеличивается, а в секторе III, вследствие возрастания факторов диспергирования, уменьшается. В секторах II и IV зависимость не соответствует  указанному критерию и является переходной.

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

Рис. 10. Влияние безреагентного флокуляционного перемешивания  на эффективность отстаивания ОМВ стана «2000» Новолипецкого МК (НЛМК)

На рис.11 показаны результаты исследований по отстаиванию ОМВ МНЛЗ Нижнетагильского МК (НТМК) с обработкой катионным флокулянтом Nalko-7752. 

Рис. 11.  Содержание взвешенных веществ в осветленной ОМВ при обработке катионным флокулянтом

Таким образом, важнейшим направлением совершенствования водоочистного оборудования является повышение эффективности работы камер флокуляции, как в безреагентном режиме, так и при обработке реагентами. При разработке и патентовании основного из аппаратов - ОФ,  сформулированы и реализованы следующие принципы.

По аппарату в целом (рис.12): обособление и взаимное расположение зон  флокуляции,  седиментации и сгущения осадка,  работающих в разных гидродинамических режимах;  круглая в плане форма аппарата, позволяющая реализовать все сформулированные принципы в близком к оптимальному  варианте и снизить стоимость изготовления.

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

Рис. 12.  Схема отстойника-флокулятора: 1 – камера флокуляции; 2 – камера отстаивания;  3 – камера накопления и первичного уплотнения осадка

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

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

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

Рис.13. Изменение содержания взвешенных веществ в очищенной воде:  

  – период работы с дозой флокулянта 0,05 мг/дм3, 

  – то же,  0,2 мг/дм3

На рис.13 приведены результаты производственного эксперимента по очистке ОМВ стана «250» Нижнесергинского метизно-металлуургического завода (НСММЗ) в безреагентном режиме гидрофобной флокуляции и последующем реагентном на аппаратах ОФ1, ОФ2, ОФ3 диаметром 10 м. Общий расход Q = 2000 м3/ч, G1 = 78,5 с-1, T1 = 4,25 мин. Параметры работы ОФ1: Q = 1000 м3/ч, G2 = 75 с-1, T2 = 5 мин; ОФ2: Q = 700 м3/ч, G2 = 51 с-1, T2 = 7 мин; ОФ3: Q = 300 м3/ч, G2 = 23 с-1, T2 = 17 мин. Удельная гидравлическая нагрузка по площади  (qF = Q/F, где F площадь зеркала аппарата, м2) соответственно равна 12,5;  8,8;  3,8  м3/(м2ч).  ОМВ подается насосами после внутрицеховых первичных отстойников ПО №1 и ПО №2. До 0 часов цикл работал в безреагентном режиме. Величина ВВt составляла 48, 39 и 31 мг/дм3. С 0 часов доза Praestol 650 равнялась 0,05 мг/дм3, а с 23часов увеличена до 0,2 мг/дм3.  После  каждого аппарата ОФ значение ВВt отличалось несущественно ( 10 мг/дм3) ввиду близкой величины критерия Кэмпа режима работы всех камер флокуляции и большого фактического значения  U0.

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

По результатам исследований также разработаны конструкции компактных первичных окалиноотстойников прокатных цехов, осветлительных и сорбционных  фильтров без специальной системы промывки фильтрующей загрузки и другого оборудования.

В Главе 6 излагаются результаты разработки процессов и аппаратов для подготовки осадков технологических вод к утилизации. Основное внимание уделено переработке ОМО. Большое  содержание в ОМО  нефтепродуктов (обычно в пределах 815%),  высокая дисперсность,  анизометричность, твердость и абразивность  частиц окалины приводят к быстрому  износу центробежного оборудования, необратимому  закупориванию и разрушению фильтротканей, необходимости их защиты намывными слоями ФВВ.

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

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

I - подача суспензии ФВВ; II - подача ОМО; III - разгрузка обезвоженной смеси ОМО и ФВВ; IV - отвод фильтрата; 1 - корпус; 2 - приводной бара­бан; 3 - натяжной барабан; 4 - фильтровальная перегородка; 5 -опорная лента; 6 - лоток подачи осадка; 7 - лоток подачи суспен­зии ФВВ; 8 - разделительная перегородка; 9 - ограничительная перегородка; 10 - вакуумная камера; l1 - зона обезвоживания суспензии ФВВ; l2 - зона обез­воживания ОМО

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

Рис.15 поясняет причину увеличения производительности Лн в сравнении с известными технологиями фильтр-прессования с применением  ФВВ из качественных сорбентов. Кривая 1 показывает кинетику фильтрования под вакуумом, т.е. при малом перепаде давления (Р), определенного объе­ма ОМО при «длинном» фильтроцикле, а график 2   то же, но при условном «многократном повторении коротких  фильтроциклов» продолжительностью 35 мин с «малыми объемами»  осадка. Этот режим, фактически непрерывно происходящий на ленточном вакуум-фильтре в наиболее активной   начальной фазе фильтрования, дает значительное увеличение удельной производительности (q, л/м2) в сравнении с длительными, быстро замедляющимися процессами вакуум-фильтрования и фильтр-прессования, которые отражены кривыми 1 и 3. Их близкое расположение определяется высокой сжимаемостью высокодисперсных замасленных ОМО, когда значительное увеличение Р почти не приводит к росту скорости процесса.

Рис. 15. Кинетика фильтрования ОМО

Режим «коротких фильтроциклов» не может быть реализован на фильтр-прессах по технико-экономическим причинам. В то же время, применение в разработанном процессе железосодержащих отходов (например, аглодоменных осадков) и других компонентов шихты не ограничивает количество используемых ФВВ, как для процесса обезвоживания, так и при последующей утилизации, не предъявляет высоких требований к фильтровальным и сорбционным свойствам. Оптимизация режима фильтрования и применение ФВВ из отходов металлургии принципиально улучшают технико-экономические показатели процесса в сравнении с зарубежными аналогами (см.Гл.7).

2. Гравитационное обезвоживание. Разработан аппарат для  гравитационного обезвоживания ОМО путем отстаивания,  классификации дисперсной фазы, уплотнения и дренирования (ОКУД) (рис.16). Как показано в главе 3, в горизонтальном потоке пульпы происходит гидравлическая классификация дисперсной фазы. Фильтрующие кассеты аппарата расположены в нижней части торцевой стенки со стороны подачи пульпы, где преимущественно оседают наиболее крупные частицы с малыми удельной поверхностью и содержанием масел. При такой схеме дренирования осадок играет роль фильтра, и поэтому зернистая загрузка кассет не закупоривается в течение нескольких лет. Высокая технико-экономическая эффективность ОКУД определяется совмещением в одном аппарате всех операций глубокого обезвоживания до влажности 15%, простотой конструкции, практическим  отсутствием потребления энергии и затрат на эксплуатацию.

Рис. 16. Принципиальная схема аппарата ОКУД:

1 – корпус; 2 – зона осаждения; 3 – уплотненный осадок; 4 – исходный  осадок; 5 – осветленная вода; 6 – кассетный фильтр; 7 - классифицированный уплотненный осадок; 8 – вентиль; 9 – слив надосадочной воды перед дренированием; 10 – фильтрат

Утилизация железосодержащих высокодисперсных обезвоженных осадков путем переплава в металлургических агрегатах требует предварительного окускования с получением окатышей или брикетов. При разработке технологии окускования ОМО базовым принят  метод холодного окомкования. Выбор метода связан с относительной простотой, экологичностью, энергетической эффективностью, а также получением высококачественной продукции – безобжиговых окатышей. Он предусматривает  ввод в дисперсные отходы вяжущих добавок (шлакопортландцементы, известь, металлургические шлаки и др.), механическую активацию, окомкование, последующее гидратационное упрочнение в среде со 100%-ной или близкой к ней влажностью при температурах, верхний предел которых не превышает 1000С (пропарка), и послегидратационное доупрочнение - сушка в естественных условиях в течение нескольких суток при температуре 15 250С или при 200 3000С в течение от нескольких минут до нескольких часов. При творческом участии автора данной работы и разработчиков метода окомкования он  модифицирован в комплексную технологию утилизации ОМО (рис.17) путем органического включения стадии  обезвоживания, разработки непрерывного шахтного агрегата для пропарки окатышей и других новых технических решений.

Рис.17. Технологическая схема  подготовки ОМО к утилизации

ОМО I из сгустите­ля 1 и раствор реагента (коагулянта, флокулянта) II подают в смеситель 2. Скоагулированный осадок фильтруют на фильтре Лн через предваритель­ный намывной слой ФВВ, подаваемого через лоток на фильтр 3  в виде суспензии ХII. Смесь обезвоженного осадка и ФВВ III, а также измельченный  известняк ХIII подают в печь 4. Обожженный материал V из печи направляют в бункер 5, откуда его, молотый ваграночный шлак VI и негашеную известь VII дозируют в смеситель 6, увлажняя смесь водой VIII. Смесь IX поступает в стержневую мельницу 7 для механи­ческой активации, а из нее - на чашевый гранулятор 8, где полу­чают окатыши-сырцы X. Их упрочнение производят тепловлажностной обработкой в пропарочном агрегате 9 при температуре 7090°С в те­чение 812 ч. Готовые окатыши XI подают в бункер 10, откуда отгружают в железнодорожные вагоны. Часть обожженного материала V подают в бак-мешалку 11. В нее также дозируют порошкообразную  сорбционную добавку ХIV и воду VIII. По­лученную суспензию фильтровального вспомогательного вещества ХII насосом 12 перекачивают на ленточный фильтр 3, где при ее филь­тровании образуется намывной слой. Фильтрат XIII, получаемый при фильтровании суспензии ФВВ и ОМО, поступа­ет в вакуумную систему установки. При использовании в описанной схеме ФВВ - измельченного до удельной поверхности 450 м2/кг  ваграночного шлака, он используется дважды: как сорбционная добавка при очистке фильтрата от масел и как вяжущее (вместе с известью) для упрочнения окатышей. Дымовые газы из печи 4 поступают в котел-утилизатор тепла 13, после чего проходят газоочистку 14. Химический состав окатышей:

Feобщ; FeO; Fe2O3; CaO; MgO; SiO2;  Al2O3;  S;  C;  ППП

53,3;  16,4;  8,8;  1,4;  8,7; 3,6;  0,29;  1,05; 0,96;  2,54 

Прочность пропаренных окатышей (диаметр 12 14 мм) превышает 700 Н, а после 7 суток последующего хранения – более 1000 Н, что позволяет утилизировать их в составе шихты  доменных печей или  электросталеплавильных агрегатов.

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

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

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

1.2. Технологическая модель СПВ использована предприятием  «Экохим» при разработке Программы поэтапного создания бессточной СПВ НЛМК.  Определяющим критерием являлось допустимое содержание солей в воде всех подсистем. Структура СПВ, разработанная в 6 вариантах, содержала до 40 расчетных  узлов. Разница в стоимости реализации по разным вариантам имеет порядок многих сотен миллионов рублей при отклонении от среднего по затратам около 30%. Использование модели позволило установить наиболее экономичный вариант модернизации структуры СПВ НЛМК. Схема-граф по выбранному варианту V приведена на рис. 18. Завершается последний этап реконструкции СПВ. Фактические солевые балансы с достаточной для практики точностью на всех этапах реализации соответствуют расчетным.

Рис. 18. Расчетная схема-граф  СПВ НЛМК (V вариант)

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

Табл.1.Требования к качеству оборотной воды и результаты очистки на ОФ

Наименование водопотребляющего агрегата

По нормативному документу Минчермета СССР

По техническим требованиям  VAI-Siеmens, Danieli, SMS Demag, УЗТМ и др.

По 1-ступенчатой технологии очистки на ОФ

При обработке флокулянтами

Без реагентной обработки

Примеры объектов

ВВ

НП

ВВ

НП

ВВ

НП

ВВ

НП

ГДП

300

100; 150

< 70

-

< 140

-

ГДП №4 и №5 Енакиевского МЗ, Украина

МНЛЗ

30-40

10-20

20

1; 1,5; 5

< 10

< 1

< 20

< 5

МНЛЗ№3 и  № 4 Челябинского МК

АГПМ

50-150

35-60

10; 20;

30; 50

1,5; 5;

8; 10

< 10

< 1

< 50

< 2

Стан 150/250 НСММЗ

УГСО

20-50

50-60

10; 30

5; 8

< 10

< 1

< 30

< 8 

Магнитогорский МК

АТОП

50-60

10

10; 20

1; 2

-

-

< 10

< 1

Термоотдел ТЭСЦ-4 Выксунского МЗ

АГПТ

50-150

35-60

50

8

< 12

< 1

-

-

Стан горячей прокатки труб ТПЦ-1 СеверскогоТЗ*

АГПТ (при наличии фосфатной смазки)

50-150

35-60

60

15

< 20

< 3

-

-

Непрерывный стан горячей прокатки труб  Первоуральского Новотрубного завода*

Колесопрокатный стан (при наличии графитной смазки)

50

35

-

-

< 6

< 1

-

-

Колесопрокатный цех НТМК*

Вакууматоры сталеплавильных цехов

-

-

30

-

< 20

-

-

-

Вакууматор ККЦ-1 НТМК*

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

Из таблицы 1  следует, что получаемое качество очищенной воды (при расчетных удельных гидравлических нагрузках) соответствует современным и перспективным техническим требованиям. Это позволяет применить отстойники-флокуляторы на внецеховых очистных сооружениях всех металлургических агрегатов в качестве единственной ступени очистки (примеры рис.19, 23).

Рис.19. Березовский ЭМЗ. «Грязный» оборотный цикл  АГПМ и МНЛЗ с ОФ диаметром 10 м

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

Кe i = Кс i Кq i  ;  Кс i = с Сmin / Ci ;  Кq i  = q q v i  /q v max , (11, 12, 13)

где  c и q - весовые коэффициенты;  Cmin - минимальное содержание компонента в очищенной воде внутри группы аппаратов; Сi  - то же для аппарата с номером i;  q v max - максимальная удельная нагрузка;  qv,i  -  же для аппарата с номером i.  Учитывая высокую  значимость  параметров С и q принимаем, что 1, 2 = 1. Тогда Кс i , Кq i , Ке i  1.

Рис. 20. Критерий эффективности при очистке оборотной воды ГДП

Рис. 21. Критерий эффективности при очистке оборотной воды АГПМ

Реагентная обработка: 1 – Енакиевский МЗ, ОФ диаметром ()10м, qv = 3,06 ч-1, катионный флокулянт, доза (D) = 0,5 мг/дм3; 2 – то же, qv = 2,02; 3 – радиальный отстойник с камерой флокуляции (ОКФ), 30, данные по нормативному документу (HД), Fe2(SO4)3 + ПАА,  D = 30 + 1; 4 – гидроциклон-флокулятор, 12, по НД, Fe2(SO4)3 + ПАА,  D = 30 + 1.

Безреагентный режим: 5 – Енакиевский МЗ, ОФ, 10, qv = 3,06; 6 – то же, qv = 2,02; 7 – ОКФ, 30, по HД; 8 – Запорожсталь, ГФ, 12; 9 – радиальный отстойник (лит. данные)

Реагентная обработка: 1 – НСММЗ, ОФ, = 10, Praestol 650, D = 0,2; 2 – двухступенчатая технология, ф. PSE (Германия), катионный флокулянт (КФ); 3 - двухступенчатая технология, ф. Simem (Италия), КФ; 4 – ОКФ, 30, данные по HД, Al2(SO4)3 + ПАА,  D =  7,5 +1,5.

Безреагентный режим: 5 – НСММЗ, ОФ, 10; 6 – ОКФ, по HД; 7 – Никопольский Южнотрубный завод, радиальный отстойник; 8 – гидроциклон безнапорный с диафрагмой, по НД; 9 – НЛМК, горизонтальный отстойник стана «2000»

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

3.1.Технико-экономические показатели процессов механического обезвоживания ОМО, образующихся в оборотных циклах МНЛЗ и АГПМ, на разработанном вакуум-фильтре и на фильтр-прессах приведены в таблице 2.

Табл.2. Характеристика процессов и оборудования для обезвоживания ОМО

Параметры и оборудование

Вакуум-фильтрование

на фильтре Лн

Фильтр-прессование,

ф. «Курита», Япония

Фильтр –прессование,

ф. «Дегремон», Франция

Тип фильтра

ленточный

фильтр-пресс

фильтр-пресс

Характер процесса

непрерывный

цикличный

цикличный

Удельная производительность по безводному веществу, кг/(м2ч)

3090

9,214,5

1520

Влажность продукта, %

1725

17,530,4

15

Разность давлений, МПа:

  • фильтрования

0,030,05

0,8

1,5

  • просушки воздухом

0,030,05

-

-

  • отжима диафрагмой

отсутствует

до 1,5

-

Длительность операций, мин:

  • фильтрования

16

3560

-

  • просушки

12

-

-

  • отжима

отсутствует

до 20

-

  • намыва слоя фильтровального вещества и разгрузки осадка

0,51,5

3135

-

Вид фильтровального вещества для получения предварительного намывного слоя

отходы металлургии и дешевые материалы

специальные вещества-сорбенты

специальные вещества-сорбенты.

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

3.2. Процесс гравитационного обезвоживания осадков оборотных вод металлургических агрегатов на ОКУД (рис.22) также имеет  принципиально лучшие технико-экономические показатели в сравнении с технологиями, основанными на использовании центрифуг и фильтр-прессов. При этом уменьшаются капитальные затраты ориентировочно в 1,52 раза, в т.ч. по оборудованию – на два порядка величин, практически отсутствуют затраты на эксплуатацию и ремонты оборудования. Исключается потребление энергии, кроме необходимой для погрузки обезвоженного осадка в транспорт.

Рис.22. НСММЗ. Участок обезвоживания ОМО: 1 аппараты ОКУД; 2 обезвоженный осадок в вагонах

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

По технологии «С» капитальные затраты на внецеховые сооружения уменьшены в 1,5 2 раза. Так, было исключено ранее намеченное строительство фильтровальной станции производительностью 4,5 тыс. м3/ч, стоимостью 0,3 млрд. руб. для доочистки оборотной воды сортовых станов Магнитогорского МК. Эксплуатационные затраты уменьшаются от 1,3 до 2,5 раз. Удельные затраты энергии на очистку оборотной воды и обезвоживания осадка, ввиду использования в основном сил гравитации, снижены с (6080)·10-3 до 5·10-3 кВт·ч/м3.  Внутрицеховой окалиноотстойник, на примере Белоцерковского МЗ (Украина), по технологии VAI-Siеmens (поз.1)  при глубине 12 м имеет площадь 180м2, объем 2660м3, а по разработке автора, (поз.3) при той же глубине, соответственно, 85 м2 и 700 м3.

Рис.23. Принципиальные схемы очистки оборотной воды и обезвоживания осадка МНЛЗ, АГПМ и АТОП:

Внутрицеховые очистные сооружения: 1 –  окалиноотстойник с бункером для обезвоживания окалины; 2 - то же, увеличенного размера - для возможности подачи воды на фильтры; 3 – окалиноотстойник конструкции автора; 4 -  насосная станция; 5 - грейфер;

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

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

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

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

Благодаря сниженным габаритам, очистные сооружения оборотного цикла ГДП № 4 и №5 Енакиевского МЗ были размещены на небольшой свободной площадке непосредственно на территории доменного цеха (рис.25). Три аппарата ОФ диаметром 10 м. (2 рабочих, 1 резервный) установлены на перекрытии насосной станции с циркуляционными и шламовыми насосами. Наряду с  минимизацией стоимости очистных сооружений, приближение их к газоочисткам позволило исключить строительство дорогостоящей эстакады водоводов длиной 1,5 км. и снизить затраты энергии на циркуляцию воды.

Рис.25. Енакиевский МЗ (Украина). Очистные сооружения оборотного цикла  водоснабжения  ГДП №4 и №5. Производительность – 2400 м3/час

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

Рис.26. Выксунский МЗ.  Участок объемного термоупрочнения ТЭСЦ-3.  Блок очистки оборотной воды. Производительность – 2500 м3/час

7. Экологические результаты работы:

7.1. При очистке по одноступенчатым схемам обеспечивается с запасом нормативное качество оборотной воды для всех металлургических агрегатов по механическим примесям взвешенным веществам и нефтепродуктам, являющееся необходимым условием работы систем в замкнутом режиме, без сброса сточных вод. Данное условие не является достаточным, поскольку должны быть обеспечены термическая и биологическая стабильность воды и отсутствие коррозии контактирующих с ней поверхностей. На решение этих проблем направлена разработанная математическая модель, позволяющая прогнозировать солевой состав оборотной воды в сложных СПВ.

7.2. Герметизация аппаратов ОФ и ОКУД, а также глубокая очистка оборотной воды снижают до минимума выбросы загрязнений в атмосферу. Для отопления зданий очистных сооружений используется тепло, излучаемое металлическими корпусами ОФ. Снижено удельное потребление энергии на порядок величин по процессам очистки и обезвоживания осадков в оборотных циклах сталеплавильного и прокатного производств, а также на циркуляцию оборотных вод ввиду возможности приближения компактных очистных сооружений к потребителям.

7.3.Вследствие достижения глубокого обезвоживания допустима  дальняя  круглогодичная перевозка наиболее токсичного ОМО с передельных заводов на утилизацию. Так, с НСММЗ и с БЭМЗ осадок перевозится на аглофабрику НЛМК на расстояние более 1000км. Возможна  утилизация ОМО в виде окатышей на этих же предприятиях в сталеплавильных цехах (строятся две установки на трубопрокатных заводах).

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

Заключение

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

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

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

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

       4. Разработана  физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки с одновременным закупориванием ее пор и образованием слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, отличающееся от  аналогичного выражения для суспензий дополнительным членом, отражающим сопротивление закупоривания. Закономерности использованы при создании технологии вакуум-фильтрования на базе разработанного ленточного фильтра типа Лн с намывным слоем ФВВ из отходов металлургии. В сравнении с фильтр-прессованием, удельная производительность увеличена в 2 3 раза при сниженных на порядок энергозатратах.

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

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

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

8. На основе аппаратов ОФ, ОКУД и других разработок выполнены проекты и внедрены на  37 объектах 26 заводов черной металлургии очистные  сооружения, имеющие существенно лучшие  технико-экономические и экологические показатели в сравнении со всеми  аналогами. Проектирование объектов СПВ для предприятий черной металлургии инжиниринговыми фирмами России и Украины ведется преимущественно на основе разработок автора. Эти технологии и оборудование также  внедряются на предприятиях цветной металлургии, машиностроения, энергетики и других отраслей народного хозяйства.

9. На основе идей и результатов данной работы в основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «Эко-проект» продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение водно-экологических объектов в СПВ черной металлургии России, Украины и Казахстана. Свои разработки автор использует в процессе обучения студентов кафедры «Водное хозяйство и технология воды» УрФУ им. Б.Н.Ельцина.

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

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

А) Публикации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ

  1. Галкин, Ю. А. Технологическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. - №6. - С. 27-31.
  2. Галкин, Ю. А. Разработка и результаты применения отстойников-флокуляторов для очистки оборотной воды металлургических заводов России и Украины [Текст] / Ю. А .Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. - №2. - С. 5-9.
  3. Галкин, Ю. А. Инновационные технологии водоподготовки для основных переделов черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2009. - №3. - С. 92-93.
  4. Галкин, Ю. А.  Определение гидравлических параметров камеры флокуляции отстойника-флокулятора [Текст] / Ю. А. Галкин, С. И. Эпштейн // Экология и промышленность России. - 2009. - №2. - С. 38-42.
  5. Галкин, Ю. А. Математическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Экология и промышленность России. - 2008. - №3. - С. 36-39.
  6. Галкин, Ю. А. Технология глубокой очистки оборотной воды станов горячей прокатки и МНЛЗ на отстойниках-флокуляторах [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2008. - №3. - С. 90-93.
  7. Галкин, Ю. А. Технология обезвоживания окалиномаслосодержащих осадков [Текст] / Ю. А. Галкин,  И. А. Сидорова // Сталь. - 2007. - №12. - С. 91-93.
  8. Галкин, Ю. А. Современные технологии и оборудование для очистки оборотных и сточных вод предприятий черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2006. - №5. - С. 131-133.
  9. Галкин, Ю. А. Классификация эмульсионно-суспензионных систем [Текст] / Ю. А. Галкин // Вестник Уральского государственного технического университета (Вестник УГТУ – УПИ). Строительство и образование. Сборник научных трудов. - 2005. - №14 (66). - С.293-294.
  10. Галкин, Ю. А. Повышение экологической безопасности систем оборотного водоснабжения предприятий, расположенных в бассейнах рек Украины [Текст] / Ю. А. Галкин, Л. Н. Кузнецова // Водное хозяйство России. Проблемы технологии. Управление. - 2005. - т. 7. - №2. - С. 209-212.
  11. Галкин, Ю. А. Безобжиговое окускование  железосодержащих отходов металлургического предприятия на магнийсодержащих вяжущих [Текст]  / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Известия высших учебных заведений «Черная металлургия». - 2002. - № 12. - С. 11-15.
  12. Галкин, Ю. А. Совершенствование технологии утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст]  /  В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Сталь. - 1996. - №8. - С. 65-67.
  13. Галкин, Ю. А. Совершенствование процесса ускоренного твердения безобжиговых окатышей [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин //  Сталь. - 1993. - № 12. - С. 7-11.
  14. Галкин, Ю. А. Технология утилизации осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Е. Лотош, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, Л. Л. Кочнев // Химия и технология воды. - 1990. - т. 12. - №6. С. 563-567.
  15. Галкин, Ю. А. Эмульсионно-суспензионные микрогетерогенные системы и их классификация [Текст] / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1989. - т.11. - №11. - С. 1048-1051.
  16. Галкин, Ю. А. Особенности процесса фильтрования эмульсионно-суспензионных систем / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1989.  - т. 11. - №10. - С. 883-885.
  17. Галкин, Ю. А. Некоторые закономерности взаимодействия частиц дисперсной фазы окалиномаслосодержащих сточных вод [Текст]  / Ю. А. Галкин, А. Л. Рабинович, В. Г. Березюк // Химия и технология воды. - 1989. - т. 11. - №5. - С. 397-399.
  18. Галкин, Ю. А. Математическое описание процессов фильтрования через вспомогательные вещества [Текст] / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1987. - т. 9. - №5. - С. 387-390.
  19. Галкин, Ю. А. Сорбционные свойства  отходов металлургических предприятий - компонентов фильтровальных вспомогательных веществ [Текст] / В. Г. Березюк, Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, О. В. Евтюхова, Т. В. Илюшина // Химия и технология воды. - 1987. - т. 9. - № 4. - С. 323-325.
  20. Галкин, Ю. А. О сорбции маслопродуктов отходами металлургического производства [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Г. Березюк, В. И. Аксенов // Журнал прикладной химии. АН СССР. - 1986. - С. 2-11.
  21. Галкин, Ю. А. Установка для утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод трубопрокатных цехов [Текст] / Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, В. Е. Лотош, В. Г. Березюк, Л. Л. Кочнев, А. В. Парвов // Сталь. - 1985. -  №10. - С. 91-93.

Б) Материалы конференций, симпозиумов, конгрессов

Опубликованы доклады и тезисы в сборниках, в т.ч.: Международной выставки и конгресса «Вода: экология и технология»   ЭКВАТЭК-2008, 2010 гг; Международного промышленного Форума, г. Челябинск, 2009, 2010гг;  Симпозиума «Экологическая безопасность  государств – членов  Шанхайской  Организации Сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г; Международной конференции «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии. – МИСиС», Москва, 2008 г; Международного симпозиума и выставки «Чистая вода России-2008», Екатеринбург; Международного конгресса «ЕТЕВК – 2005», Украина.

В) Монографии

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

2. Галкин Ю.А. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства / В.И.Аксенов, Ю.В.Аникин, Ю.А.Галкин, И.И.Ничкова, Л.И.Ушакова, Н.С.Царев // Учебное пособие УГТУ-УПИ. – Екатеринбург. – 2008.- 98с.

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

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

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

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

Г) Патенты:

       Получен 21 патент РФ на изобретения и полезные модели на конструкцию отстойников-флокуляторов, на аппараты для гравитационного и механического обезвоживания осадков, на первичный отстойник окалины, на осветлительные фильтры и другие разработки по теме диссертации.

Д) Зарубежные публикации:

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






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.