Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО

СЕРЕДОВИЩА УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНА ЕКОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ

ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ ТА УПРАВЛІННЯ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення процесів миття автомобілів із забезпеченням екологічної безпеки та раціонального використання водних ресурсів

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

Букатенко Наталія Олексіївна

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Березуцький В'ячеслав Володимирович,

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», завідувач

кафедри охорони праці та навколишнього середовища

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Юрченко Валентина Олександрівна,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, професор кафедри екології

кандидат технічних наук, доцент

Боголюбов Володимир Миколайович,

Національний університет біоресурсів і природокористування України, доцент кафедри загальної екології та безпеки життєдіяльності

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одними з екологічно небезпечних для навколишнього середовища є забруднення, що скидаються з відпрацьованими миючими розчинами (МР) на автомийках, а також на підприємствах, які здійснюють сервісне обслуговування і ремонт автомобілів.

У 2007 р. в нашій країні налічувалося близько 8 мільйонів автомобілів, майже 3 тис. автомийок, які щорічно, з урахуванням власних потреб, споживали близько 10 000 000 м³ прісної води. Відпрацьовані МР скидали у навколишнє середовище без очищення або з очищенням, що не досягає рівня вимог гранично-допустимих скидів (ГДС) щодо забруднюючих речовин. При цьому частка інфраструктури з обслуговування автомобілів на цей час не перевищувала 30 % від їх загальної кількості. За прогнозами, до кінця 2010 року кількість автомобілів в Україні зросте до 14 мільйонів, а інфраструктура для їх обслуговування - на 42 %, що призведе до щорічного збільшення споживання прісної води майже у 2 рази.

Відпрацьовані МР після миття автомобілів у своєму складі містять у великій кількості нафтопродукти (НП), синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), завислі речовини (ЗР) та інші забруднення. Найбільшу екологічну небезпеку серед цих компонентів становлять НП і СПАР.

У зв'язку з цим розробка екологічно безпечних ресурсозберігаючих технологічних схем процесу очищення МР після миття автомобілів є актуальним науковим завданням, розв'язання якого сприятиме підвищенню екологічної безпеки багатьох регіонів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до держбюджетних науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України «Математичне моделювання гетерогенних процесів з енергозбереженням як наукова основа екологічно орієнтованих і природоохоронних технологій» (№ ДР 0102U000971, 2000- 2004 рр.), «Створення науково обґрунтованих моделей фізико-хімічних процесів у перспективних технологіях з енергозбереженням» (№ ДР 0105U000583, 2005-2006 рр.), у яких здобувач був виконавцем окремих розділів.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - створення екологічно безпечного процесу миття автомобілів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- провести аналіз існуючих методів очищення і споруд по видаленню забруднень зі стічних вод (СВ), що утворюються у процесі миття автомобілів;

- провести моніторинг кількості автомобілів, автомийок і кількості прісної води, яка споживається цими мийками на приготування МР, по регіонах України;

- визначити склад основних забруднюючих домішок у МР, що утворюються в процесі миття автомобілів, з використанням досліджуваних вітчизняних СПАР: натрієвої солі вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів, Лабоміду-101, Синтаміду-5, натрієвої солі вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів + 12 % моноетаноламіну, солі триетаноламіну, та дати їм токсикологічну оцінку;

- провести дослідження розподілу часток мінерального походження у МР після миття автомобілів за їх дисперсністю;

- провести експериментальні дослідження процесу очищення відпрацьованих МР методами відстоювання, фільтрування, пінної флотації, електрокоагуляції та вивчити вплив фізико-хімічних параметрів на процес очищення МР після миття автомобілів;

- розробити технологічні схеми стаціонарної і мобільної мийок автомобілів з викорис-

танням оборотного водопостачання, енергозберігаючого устаткування і додержанням норма-

тивів шкідливого впливу на довкілля.

Об'єкт дослідження - забруднені води, які утворюються під час процесу миття автомобілів.

Предмет дослідження - вплив методів очищення забруднених вод, які утворюються під час процесу миття автомобілів, на екологічну безпеку довкілля та раціональне використання водних ресурсів

Методи дослідження. Стан очищення МР після миття автомобілів визначено порівняльним аналізом; кількість автомобілів, автомийок і споживаної ними прісної води - моніторингом регіонів України; органолептичні показники МР (запах, колір і т.д.) - фізичними методами; токсичність - біологічним методом за допомогою біотестування на ракоподібних (дафніях - Daphnia magna Straus); концентрацію грубодисперсних домішок - ваговим методом; дисперсність МР - мікроскопічним методом; концентрацію НП - методом колоночної хроматографії з ваговим закінченням; водневий показник pH розчинів - електрометричним методом; концентрацію СПАР - фотоколориметричним методом. Для обробки експериментальних даних використовували типові програми: APPROX, Advanced Grapher, EXCEL та інші.

Наукова новизна одержаних результатів:

· Вперше, за допомогою експериментальних токсикологічних досліджень, виконано

оцінку токсичності відпрацьованих МР залежно від їх розведення і часу біотестування. Зі збільшенням часу біотестування рівень гострої летальної токсичності розчинів зростає. Навіть значне розведення МР після миття автомобілів не дає гарантії їх екологічної безпеки. Це означає, що тільки фізичними методами дані розчини очистити неможливо.

· Вперше запропоновано та експериментально підтверджено послідовність очищення МР після миття автомобілів до рівня оборотного водопостачання методами відстоювання, фільтрування і пінної флотації, а до додержання нормативів шкідливого впливу на довкілля - методами відстоювання, фільтрування та електрокоагуляції.

· Закладено наукові основи створення екологічно безпечних, ресурсозберігаючих про-

цесів очищення відпрацьованих МР для стаціонарної та пересувної мийок автомобілів. Установлено і експериментально обґрунтовано значення їх технологічних параметрів: час відстоювання; швидкість продувки диспергованого повітря; тривалість флотації; величина рН розчину; щільність струму; час електрокоагуляції, які забезпечать рівень екологічної безпеки.

Практичне значення отриманих результатів.

Визначено ступені очищення та їх технологічні параметри, які можуть бути використані в перспективних технологічних схемах миття автомобілів зі замкнутою системою циркуляції МР. Це дозволить розв'язати завдання щодо зниження забруднених скидів і збереження природних ресурсів.

Розроблено технологічну схему екологічно безпечного стаціонарного миття автомобілів зі замкнутою системою МР, удосконаленим електрокоагулятором, раціональним розподілом потоків на повторне водопостачання та скид у міську каналізацію.

Для надзвичайних ситуацій техногенного та санепідеміологічного походження розроблено екологічно безпечну схему пересувної установки для миття та сушіння автомобілів, яка може працювати в автономному режимі. Обладнання установки монтується на шасі автомобіля і причепа. Схема передбачає розподіл процесу очищення МР для миття та обмивання автомобілів різними методами очищення .

Результати роботи було прийнято для проектування автомийки автотранспортного цеху Державного науково-виробничого підприємства "Об'єднання Комунар" (м. Харків), товариства з обмеженою відповідальністю фірми "Спарт" (м. Харків), а також було використано у навчальному процесі при вивченні курсів "Розрахунки та проектування систем очистки стічних вод", "Ресурсознавство та ресурсозбереження" і під час індивідуальної підготовки спеціалістів НТУ "ХПІ" (м. Харків).

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проаналізовано наукову літературу, за участю наукового керівника сформульовано мету, ідею і завдання досліджень. Самостійно виконано пошук і аналіз даних для моніторингу кількості автомобілів, автомийок і МР у регіонах України; виконано токсикологічну оцінку МР; проведено експериментальні дос-лідження та математичну обробку одержаних результатів; підготовлено матеріали для публікацій. За участю керівника проведено планування експериментальних робіт, розроблено технологічні схеми стаціонарної, мобільної мийок автомобілів та сформульовано висновки роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідались здобувачем на: ХХХ і ХХХІ науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (м. Харків, 2000 р. і 2002 р.); ІХ Міжнародній науково-практичній конференції «Наука і соціальні проблеми суспільства: людина, техніка, технологія, довкілля» (м. Харків, 2001 р.); науково-методичній конференції «Безпека життєдіяльності» (м. Харків, 2001 р.); першій обласній конференції молодих науковців «Тобі Харківщино - пошук молодих» у межах обласного форуму «Освіта, наука, виробництво - шляхи інтеграції» (м. Харків, 2002 р.); міській міжвузівській науковій студентській конференції «Прикладна екологія» (м. Харків, 2002 р.); міській науково-методичній конференції «Техносфера та її безпека» (м. Харків, 2003 р.); XII, XIII, XIV, XV і XVII Міжнародних науково-практичних конференціях «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я» (м. Харків, 2004 р., 2005 р., 2006 р., 2007 р., 2009 р.); XXXIII науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської національної академії міського господарства (м. Харків, 2006 р.); науково-практичній конференції «Екологічна безпека: моніторинг, оцінка ризику, перспективні природоохоронні технології» (м. Львів, 2007 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у 17 наукових публікаціях, серед них 8 статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України; в одному патенті України на корисну модель.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, 5 додатків та списку використаних літературних джерел з 121 найменування. Повний обсяг дисертації - 164 сторінки, серед них: 16 рисунків по тексту, 14 таблиць по тексту, 1 рисунок на 1 окремій сторінці, 4 таблиці на окремих сторінках, основний текст - 135 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, показано її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету, об'єкт, предмет і задачі дослідження, шляхи вирішення, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, надано інформацію про публікації, а також особистий внесок автора.

У першому розділі наведено результати огляду науково-технічної та патентної літератури за темою дисертації. Показано, що у процесі миття автомобілів використовують синтетичні миючі засоби (СМЗ) з високим вмістом поверхнево-активних речовин (ПАР). Використання СМЗ дозволяє поліпшити якість миття та скоротити витрати для цих цілей води господарсько-питного призначення. У відпрацьованих МР після миття автомобілів присутні ЗР, НП, СПАР та інші забруднення, кількість і склад яких залежать від технічного стану автомобіля, стану доріг, погодних умов і т.д. Такий склад забруднень створює проблеми при очищенні цих МР. До розв'язання питань щодо очищення МР після миття автомобілів можна віднести роботи Муратової Л. А., Молодова П. В., Шинкарьова В. Т., Голдіна А. Я. та інших.

Аналіз вітчизняних та закордонних літературних даних щодо миття автомобілів дозволив встановити основні їх недоліки з погляду вимог екологічної безпеки, ресурсозбереження і можливостей використання для надзвичайних ситуацій техногенного та санепідеміологічного походження.

У другому розділі наведено методи і методики досліджень процесу очищення МР після миття автомобілів. Для експериментальних досліджень використовувалися модельні МР, які містять середню статистичну кількість забруднюючих речовин: НП (Нср) - 450 мг/дм³, ЗР (Вср) - 4500 мг/дм³ і СПАР (Сср) - 170 мг/дм³. При приготуванні модельних розчинів використовувалися: Нср - відпрацьоване мастильне масло; Вср - частки мінерального походження (земля, пісок, глина); Сср - вітчизняні СПАР, які найбільше часто застосовуються для приготування миючих засобів: натрієва сіль вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів (Сср₁); Лабомід-101 (Сср₂); Синтамід-5 (Сср₃), натрієва сіль вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів + 12 % моноетаноламіну (МЕА) (Сср₄), сіль триетаноламіну (Сср₅). Таким чином, було отримано п'ять різних досліджуваних МР: НсрВсрСср₁, НсрВсрСср₂, НсрВсрСср₃, НсрВсрСср₄, НсрВсрСср₅. Для порівняння досліджували один МР без СПАР (НсрВср). Всі досліджувані МР містили однакову кількість забруднюючих речовин і перемішувалися мішалкою до одержання стабільної емульсії.

Аналіз отриманих розчинів за фізичними та органолептичними показниками, визначення залишкових концентрацій НП і СПАР проводили за стандартними методиками, рекомендованими нормативними документами України.

Токсикологічну оцінку МР після миття автомобілів проводили біологічним методом з допомогою дафній за методикою РД 211.1.7.049.96 "Методичні вказівки по контролю токсичності промислових стічних вод на різних етапах технологічного процесу", а також за Міжнародним стандартом ISO 6341:1996(E) "Water quality - Petermination of the mobility of daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea) ".

Для очищення МР після миття автомобілів були використані фізичні методи очищення - відстоювання і фільтрування, а також фізико-хімічні методи - пінна флотація і електрокоагуляція, які найширше розповсюджені і відносно легко реалізовані. Дослідження проводилися на експериментальних установках. Очищення МР методом фільтрування вивчали з використанням фільтрувальної тканини типу "бельтинг". Аналіз проб у процесі відстоювання і фільтрування проводили гравіметричним методом. Розподіл часток за їх дисперсністю у МР вивчали за допомогою мікроскопа МБР-1 в рахунковій камері Горяєва-Тома. Вплив рН середовища на процес пінної флотації досліджували шляхом додавання у МР 10%-го розчину NaOH і 0,1н НCl. Значення рН розчинів визначали електрометричним методом. Оптичну щільність визначали фотоколориметричним методом.

У третьому розділі наведено результати масштабу забруднення навко-лишнього середовища МР після миття автомобілів на національному і регіональному рівні, а також токсикологічну оцінку відпрацьованих МР.

Зростання числа автомобілів вимагає розвитку і будівництва різних споруд для миття автомобілів, їх ремонту, сервісного обслуговування і т.д. Ці споруди споживають велику кількість прісної води.

Згідно з вперше проведеним моніторингом, щорічна загальна кількість МР після миття автомобілів по всій Україні складає 7300 тис. м³, які скидаються у навколишнє середовище без очищення або з очищенням, яке не задовольняє ГДС. Розподіл цих розчинів по регіонах України наведено на рис. 1.

Загальна чисельність автомобілів в Україні на даний період складає 8 мільйонів, а число автомийок 2800. При проведенні моніторингу використовувалися дані Національних доповідей України, Статистичних щорічників для різних регіонів. Моніторинг мийок включає загальноміські мийки, мийки автотранспортних підприємств, таксомоторних парків, центрів сервісного обслуговування автомобілів.

З рис. 1 видно, що найбільш несприятливою є обстановка, що склалася, через забруднення відпрацьованими МР після миття автомобілів, в Київській, Донецькій, Дніпропетровській областях. Відносно сприятлива екологічна обстановка за цими показниками спостерігається у деяких Західних регіонах: Волинській, Тернопільській, Чернівецькій, Чернігівській

Окремі результати токсикологічної оцінки МР НсрВсрСср₄, що містить у своєму складі як СПАР натрієву сіль вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів + 12 % моноетаноламіну, і МР НсрВсрСср₅, що містить сіль триетаноламіну, наведено у табл. 1. Класи токсичності мають такі характеристики: відсутність класу

Таблиця 1

Результати токсикологічної оцінки МР НсрВсрСср₄, НсрВсрСср₅ залежно від їх розбавлення і часу біотестування

Тип МР	Розбав- лення	Час біотес- тування, год.	Середня кількість живих дафній у розчині, екземпляри	Кількість загиблих дафній, %	Клас токсичності
НсрВсрСср4	1:200	6 24	9 5	10 50	1 4
	1:600	6 24 96	10 6 2	0 40 80	- 1 2
НсрВсрСср5	1:800	6 24 96	10 9 3	0 10 70	- 1 2
	1:1000	24 96	10 5	0 50	- 2

Дослідження показали, що для відпрацьованих розчинів, після миття автомобілів, чим більше час біотестування, тим вище рівень гострої летальної токсичності, тоді як для промислових СВ - навпаки. Навіть розбавлення МР у співвідношенні 1:1000 не дає гарантії їх екологічної безпеки. Це пояснюється, очевидно, тим, що у промислових СВ з часом, внаслідок осадження частки шкідливих домішок, створюється порівняно сприятливе для дафній середовище перебування. У МР після миття автомобілів цього не відбувається через наявність в них дрібнодисперсних домішок НП і СПАР.У результаті аналізу цих даних поставлено завдання очищення досліджених МР відповідно до вимог використання їх у замкнутих системах водопостачання і до СВ, що скидаються у міську каналізацію. Ці вимоги у середньому відповідно складають: по ЗР - 40 і 475 мг/дм³; по НП - 15 і 1,02 мг/дм³; по СПАР - не нормуються і 0,2 мг/дм³.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних дос-
ліджень впливу СПАР на склад забруднень у відпрацьованих МР; способи очищення відпрацьованих МР методами відстоювання, фільтрування, пінної флотації і електрокоагуляції, а також розподілу забруднень у МР за дисперсністю та впливом рН розчинів на очищення методом пінної флотації.

При приготуванні МР для миття автомобілів НП і ЗР у цих розчинах знаходилися у вільному стані. З додаванням СПАР і перемішуванням цих розчинів, НП у них переходять із вільного в емульгований стан. Явище, аналогічне перемішуванню мішалкою, відбувається з НП і ЗР у присутності СПАР і у процесі миття автомобілів. Частина СПАР і НП при цьому руйнується, частина взаємодіє з іншими компонентами. Результати досліджень впливу СПАР на розподіл мінеральних домішок у перемішаних (відпрацьованих) МР наведено у табл. 2.

Таблиця 2

Розподіл мінеральних домішок в миючих розчинах

Склад МР	Концентрація домішок, мг/дм3
	у вихідних	у відпрацьованих
		осілих	грубодисперсних	розчинених
НсрВсрСср1	4500	1915	1942	643
НсрВсрСср2		1731	2032	737
НсрВсрСср3		1594	2161	745
НсрВсрСср4		1576	2196	728
НсрВсрСср5		1884	1914	702
НсрВср		2450	1586	464

З табл. 2 видно, що вивчені СПАР, при однаковій кількості забруднюючих речовин у початкових розчинах, по-різному впливають на розподіл мінеральних домішок у відпрацьованих МР, сприяють накопиченню розчинених домішок сповільнюють процес їх осадження, а на процес вилучення грубодисних домішок вони справляють неоднакові стимулюючі впливи. забруднення миючий розчин автомобіль

Результати експериментальних досліджень щодо впливу досліджуваних СПАР на зміну концентрації НП у відпрацьованих МР, залишкову концентрацію СПАР у цих розчинах і значення їх величини рН наведено у табл. 3.

Таблиця 3

Концентрація СПАР та НП в миючих розчинах

Склад МР	рН розчину	Концентрація, мг/дм3
		у вихідних	у відпрацьованих
		НП	СПАР	НП	СПАР
НсрВсрСср1	7,8	450	170	98,6	0,032
НсрВсрСср2	8,3			55,4	0,025
НсрВсрСср3	7,1			77,7	0,032
НсрВсрСср4	7,9			77,9	0,131
НсрВсрСср5	7,8			180,4	0,018
НсрВср	7,4			31,5	-

З табл. 3 випливає, що найменшу концентрацію СПАР має відпрацьований МР НсрВсрСср₅, а найбільшу - розчин НсрВсрСср₄. Ця обставина дозволяє зробити висновок про те, що для очищення цього розчину необхідно прикласти більші зусилля. Порівнюючи числове значення концентрації НП у відпрацьованих МР, можна зробити висновок про те, що найменша їх концентрація знаходиться у розчині НсрВср, який не мітить СПАР. Це пояснюється, очевидно, тим, що розчини без СПАР мають сильний поверхневий натяг і важко утворюють колоїдні розчини. Найбільшу концентрацію НП має розчин НсрВсрСср₅. Ця обставина дозволяє зробити висновок про те, що сіль триетаноламіну менш позитивно впливає на зниження концентрації НП у відпрацьованих МР.

Як видно з табл. 2, загальний вміст мінеральних домішок у вихідних МР, після їх перемішування, залишився незмінним. Вміст же СПАР у цих розчинах, в порівнянні з тим, що вносився первісно, зменшився, приблизно, на порядок, а НП - у декілька разів (табл. 3). Однак, вміст забруднень, що залишилися, на декілька порядків вище від рівня вимог, які ставляться до якості оборотної води і СВ, що скидаються у міську каналізацію. Тому МР після миття автомобілів необхідно очищувати.

За результатами очищення МР методом відстоювання отримано кінетичні криві осадження часток мінерального походження досліджуваних розчинів, наведені на рис. 2. З цього рисунка видно, що кінетичні криві плавно змінюються у всьому діапазоні часу. Тенденція зміни ефекту відстоювання для всіх розчинів аналогічна. А саме, до часу відстоювання близько 150 с ефект відстоювання має різке збільшення, а потім він з часом змінюється незначно. У початковий момент часу (до 100 с) ефект очищення для розчинів, що мають різний склад, приблизно однаковий і складає близько 60 %. Незначні розбіжності спостерігаються у діапазоні часу від 100 до 600 с.

Після математичної обробки отриманих експериментальних результатів одержані рівняння залежності ефекту осадження ЗР від часу, які у загальному вигляді для всіх шести вивчених розчинів мають вид

Е = - a^-9t⁴ + b^-6t³ - ct² + dt + e, (1)

де a, b, c, d, e - постійні коефіцієнти; t - час з початку відстоювання, с.

Отримані рівняння і криві кінетики процесу відстоювання дозволяють визначити основні параметри технологічного обладнання даного процесу і вибрати гідродинамічні режими його роботи.

Ефективність вилучення з МР забруднень у процесі відстоювання і фільтрування визначається залежно від еквівалентного діаметра часток і їх відсоткового співвідношення. З метою вивчення дисперсійного складу домішок у досліджуваних МР, після миття автомобілів, були проведені експериментальні дослідження для підрахунку кількості і розподілу за розмірами забруднюючих речовин у цих розчинах. Результати цих досліджень наведено на рис. 3.

Аналіз залежностей, наведених на рис. 3, свідчить про те, що при відносно великих частках мінерального походження всі вивчені типи СПАР не справляють істотного впливу на стійкість ЗР.

Результати проведених експериментальних досліджень щодо дисперсності показали, що вивчені розчини мають полідисперсний характер і досить широкий діапазон забруднень частками еквівалентного діаметра. Цю обставину необхідно ураховувати при виборі фільтрувальних матеріалів і числа фільтрувальних перегородок при очищенні МР методом фільтрування.

За експериментальними даними отримано рівняння залежності розподілу часток мінерального походження в досліджуваних МР від їх дисперсності, які для розчинів НсрВсрСср₁, НсрВсрСср₂ і НсрВср у загальному вигляді мають вид

n = ax³ - bx² + cx - d; (2)

для розчинів НсрВсрСср₁, НсрВсрСср₄ і НсрВсрСср₅ -

n = a Ln(x) - b, (3)

де n - кількість часток, одиниць; a, b, c - коефіцієнти рівнянь; x - дисперсність, 10² см^-1.

Результати експериментальних досліджень доочищення МР процесом фільтрації з використанням фільтра типу "бельтинг" і процесом пінної флотації при висоті завантаження 0,2 м; швидкості диспергованого повітря 0,0083 м/с і значеннях рН, наданих в табл. 3, наведено у табл. 4.

Таблиця 4

Залишкові концентрації грубодисперсних ЗР у відстоюваних МР після процесів фільтрації і пінної флотації

Склад МР	Концентрація забруднюючих речовин, мг/дм3
	після фільтраціі ЗР	після пінної флотації
		ЗР	СПАР	НП
НсрВсрСср1	42	27	0,025	7,8
НсрВсрСср2	46	29	0,014	9,5
НсрВсрСср3	36	22	0,032	7,9
НсрВсрСср4	31	19	0,025	10,5
НсрВсрСср5	36	20	0,018	4,8
НсрВср	13	6	-	6,5

Порівняння залишкових концентрацій грубодисперсних домішок у вивчених МР після відстоювання і фільтрування показують, що у розчині без СПАР ця концентрація приблизно в три - чотири рази менша від концентрацій розчинів зі СПАР. Ця обставина дозволяє зробити висновок про те, що наявність у розчинах СПАР погіршує не тільки процес відстоювання, але і процес фільтрування.

Порівняння концентрацій НП і СПАР, наведених у табл. 3 з даними табл. 4 показує, що в процесі пінної флотації концентрації НП в МР знизилися
приблизно на порядок, а СПАР змінилися незначно. Це пояснюється, очевидно, тим, що до моменту пінної флотації вміст СПАР в розчинах залишався надто низьким. Мабуть, цим можна пояснити і той факт, що в ході експерименту при проведенні пінної флотації досліджувані розчини утворювали досить слабку піну.

Результати очищення МР методами відстоювання, фільтрування і пінної флотації показали, що, згідно з нормами ОНТП-01-86 і ОНТП-01-91, такі розчини вже можуть бути використані для оборотних систем водопостачання, але вони ще не можуть скидатися у міську каналізацію.

Експерименти щодо очищення МР методом пінної флотації показали, що розчин з

найбільшим значенням рН має найменшу залишкову концентрацію дрібнодисперсних забруднень у своєму складі. Результати впливу величини рН на процес очищення МР від дрібнодисперсних забруднень у процесі пінної флотації наведено на рис. 4.

Рис. 4. Залежність ступеня очищення від рН миючих розчинів при пінній флотації

З цього рисунка видно, що оптимальним значенням водневого показника для процесу пінної флотації є величина рН > 9. У цьому інтервалі значень практично всі досліджувані розчини зі СПАР, після додаткового відстоювання і фільтрування, мають найбільший ступінь очищення від дрібнодисперсних забруднень. Однак таке значення рН не відповідає вимогам, що ставляться до оборотної води для миття автомобілів і до СВ, що скидаються у міську каналізацію. Для кожної кривої, наведеної на рис. 4, отримано рівняння залежності ступеня вилучення дрібнодисперсних забруднень у досліджуваних МР у процесі пінної флотації від величини рН цих розчинів в загальному вигляді для розчинів НсрВсрСср₁, НсрВсрСср₃ і НсрВсрСср₄ в інтервалі значень рН = 4 ч 6 і рН = 6 ч 9 це відповідно рівняння

S₁ = -a₁ pH² + b₁ pH - c₁; (4)

S₂ = a₂ pH³ - b₂ pH² + c₂ pH - d, (5)

де S - ступінь очищення МР, %; a, b, c, d - коефіцієнти рівнянь.

Отримано рівняння для інших розчинів, що містять СПАР, які є справедливими для окремих інтервалів значень рН, а також рівняння для розчину НсрВср, що не містить СПАР і має вигляд

S = 2,732pH² - 26,995pH + 89,516 (6)

Оцінка похибки експериментальних даних за кінетикою осадження ЗР в усіх вивчених МР і за впливом рН середовища на процес пінної флотації показала, що дослідження були проведені з достатньою точністю і можуть бути використані при розрахунку процесу очищення МР після миття автомобілів. Максимальна відносна похибка, при надійній імовірності 0,95, не перевищує 5-7%.

Для доведення досліджуваних МР до рівня вимог, що дозволяють скидати ці відпрацьовані розчини у міську каналізацію, були проведені дослідження щодо їх доочищення після методів відстоювання і фільтрування методом електрокоагуляції замість пінної флотації. Мірою доочищення розчинів від дрібнодисперсних домішок, у процесі електрокоагуляції, може бути оптична щільність. Зміну оптичної щільності розчину НсрВсрСср₁ від часу електрокоагуляції і щільності струму наведено на рис. 5, а рис. 6 ілюструє зміну оптичної щільності цього ж розчину від часу електрокоагуляції після різних періодів відстоювання.

Ця обставина, очевидно, пояснюється тим, що в ході проведення
експерименту було помічено утворення незначної піни і пластівців, які, випадаючи в осад, мали коричнюватий колір. Зниження оптичної щільності наставало після часу електрокоагуляції більш 7 хвилин і зі збільшенням часу відстоювання (рис. 6). Температура розчину у процесі електрокоагуляції підвищувалася на 4-8 °С.

Результати окремих експериментальних досліджень щодо доочищення МР методом електрокоагуляції при щільності струму 0,0285 А/см² наведено в табл. 5.

Таблиця 5

Час електрокоагуляції, хв.	Розчин НсрВсрСср3	Розчин НсрВсрСср4
	Концентрація, мг/дм3
	НП	ЗР	СПАР	НП	ЗР	СПАР
0	77,70	36,00	0,03	77,90	31,00	0,13
1	7,56	10,43	менше	8,38	9,61	0,01
2	5,68	7,82		6,42	8,65
3	3,78	5,21		5,26	7,74
4	3,36	4,68		4,75	5,76
5	3,15	4,52		3,98	4,88
6	3,05	4,30		2,62	4,02

Залежність вмісту НП, ЗР і СПАР для розчинів НсрВсрСср₃ і НсрВсрСср₄ від часу електрокоагуляції після 22-х годин відстоювання

Результати електрокоагуляційного доочищення всіх МР показали, що розчини задовольняють рівню вимог до складу виробничих СВ, що скидаються у міську каналізацію, але потребують тривалого відстоювання.

У п'ятому розділі викладено основні принципи створення раціональних, екологічно безпечних систем очищення МР після миття автомобілів з оборотним водопостачанням для стаціонарної і пересувної мийок, а також економіко-соціальні аспекти від впровадження даного процесу очищення.

Технологічна схема стаціонарного миття автомобілів, наведена на рис. 6, включає: блок 1 з душовим пристроєм 2, естакадою 3 і приймальним каналом 4; резервуар-відстійник 5; фільтри 6 і 14; насоси 7 і 15; блок електрофлотокоагуляції I, який включає флотатор 8 з компресором 9, електрокоагулятор 10 з випрямлячем 11 і пінозбірники 12; блок відстоювання II з поличними відстійниками 13. Схема передбачає розподіл потоку на очищення для повторного водовикористання і для доочищення частини МР відповідно до рівня вимог, які

ставляться до складу СВ, що скидаються у міську каналізацію.

Схему пересувної установки для миття та сушіння автомобілів, призначену для надзвичайних ситуацій техногенного та санепідеміологічного походження, наведено на рис. 7. Обладнання монтується на шасі причепа 1 і автомобіля 12 і включає: тент або каркас 2, душовий колектор 3, роторні щітки 4, піддон 5, калорифер 6, флотатор 7 і електрокоагулятор 8 з пінозбірниками 9, поличні відстійники 10 та бак-накопичувач 11. За цією схемою вода, після флотаційного очищення, використовується для миття автомобіля.

Економічні розрахунки, наведені у дисертації, свідчать про те, що застосування вивчених методів очищення є ефективним техніко-економічним засобом, який дозволить мінімізувати скид забруднених СВ в каналізацію і найбільш повно використати воду за рахунок її багаторазової рециркуляції.

Найбільш важливим ефектом від впровадження розробок треба вважати запобігання збиткам, що їх завдає скидання неочищених МР після миття автомобілів навколишньому природному середовищу і здоров'ю людини.

ВИСНОВКИ

1. Проаналізовано існуючі методи очищення і споруди для видалення забруднень зі стічних вод, що утворюються у процесі миття автомобілів. Установлено, що застосування для миття СПАР приводить до істотних змін складу і властивостей стічних вод, а також до зниження ефективності роботи очисних споруд, що погіршує стан водних об'єктів усіх регіонів України. У зв'язку з цим створення екологічно безпечного процесу миття автомобілів є актуальним науковим завданням.

2. Вперше проведений моніторинг миючих розчинів після миття автомобілів по регіонах України показав, що 2800 автомийок країни тільки для приготування розчинів щорічно споживають 7300 тис. м³ прісної води, які після їх використання скидаються у довкілля без очищення або з очищенням, що не досягає рівня вимог, які ставляться до СВ, що скидаються у міську каналізацію. Найбільш забрудненим регіоном від таких миючих розчинів є Київська область, де зосереджено 590 автомийок, які використовують щорічно 1500 тис. м³ цих розчинів. Близько 70 % таких забруднень припадає на м. Київ.

3. Визначено склад основних забруднюючих домішок, що утворюються при митті автомобілів, і на його основі досліджено п'ять розчинів, які включають вітчизняні СПАР: натрієву сіль вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів, Лабомід-101, Синтамід-5, натрієву сіль вторинних С₁₀-С₁₈ алкілсульфатів + 12 % моноетаноламіну, сіль триетаноламіну. Установлено, що вивчені СПАР справляють неоднакові стимулюючі дії на процес вилучення грубодисперсних домішок з відпрацьованих розчинів і неоднорідно, від 180,4 до 55,4 мг/дм³, знижують концентрацію нафтопродуктів у цих розчинах. Токсикологічна оцінка миючих розчинів біотестуванням за допомогою дафній вперше показала, що чим більше час біотестування, тим вище рівень гострої летальної токсичності. Розбавлення миючих розчинів у співвідношенні 1:1000 не дає гарантії їх екологічної безпеки.

4. Шляхом мікроскопування установлено закономірність розподілу часток мінерального походження у відпрацьованих розчинах за їх дисперсністю, яка показала, що розчини мають полідисперсний характер з розмірами часток еквівалентного діаметра від (1,4 ч 14,0) ·10^-3 см. Отримано кінетичні криві процесу відстоювання, а також математичні залежності цих досліджень.

5. Установлено закономірності очищення миючих розчинів методами відстоювання, фільтрування, пінної флотації та електрокоагуляції, які показали, що концентрація завислих речовин у вивчених розчинах після перших трьох методів очищення коливається від 29 до 19 мг/дм³; СПАР - від 0,032 до 0,014 мг/дм³, а нафтопродуктів - від 10,5 до 4,8 мг/дм³. Використання цих методів очищення розчинів забезпечує необхідний щодо норм для оборотного водопостачання ступінь очищення, але не забезпечує нормативів шкідливого впливу на довкілля. Доочищення розчинів замість пінної флотації методом електрокоагуляції забезпечує ці нормативи. Ступінь пінного вилучення дрібнодисперсних забруднень залежить від величини рН розчинів. Отримано криві і рівняння цих закономірностей.

6. Розроблено екологічно безпечні технологічні схеми стаціонарної і пересувної мийки, призначеної для надзвичайних ситуацій техногенного та санепідеміологічного походження. У схемах передбачено раціональний розподіл потоків і удосконалено конструкцію електрокоагулятора. Визначено оптимальні технологічні параметри процесу: час відстоювання - від 300 до 900 с; швидкість продувки диспергованого повітря - від 0,01 до 0,012 м/с; тривалість флотації - 300 ч 360 с; щільність струму - 0,0128 ч 0,0285 А/см²; час електрокоагуляції - 240 ч 360 с; величина рН розчину - 8,5 ч 9.

7. Результати роботи прийнято для проектування автомийки автотранспортного цеху Державного науково-виробничого підприємства "Об'єднання Комунар" (м. Харків), товариства з обмеженою відповідальністю фірми "Спарт" (м. Харків), а також були використані у навчальному процесі при вивченні курсів "Розрахунки та проектування систем очистки стічних вод", "Ресурсознавство та ресурсозбереження" і при індивідуальній підготовці спеціалістів НТУ "ХПІ" (м. Харків). Очікуваний економічний ефект від впровадження однієї пересувної мийки автомобілів складе 49433 грн / рік.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Букатенко Н. А. Недостатки некоторых моющих композиций для очистки металлических поверхностей / В. В. Березуцкий, Н. А Букатенко // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Х., 2000. - Вып. 80. - С. 3-5.

Здобувачем здійснено аналіз складів миючих засобів для миття автомобі лів.

2. Букатенко Н. А. Водоочистные системы на мойке автотранспорта / В. В. Березуцкий, Н. А. Букатенко // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Х., 2000. - Вып. 117. - С. 2-4.

Здобувач провів аналіз мийок автомобілів вітчизняного і імпортного ви робництва.

3. Букатенко Н. А. Исследование отработанных моющих растворов после мойки автомобилей / Н. А. Букатенко // Науковий вісник будівництва. - Х., 2001. - Вип. 15. - С. 279-282.

4. Букатенко Н. А. Исследование возможности очистки и использования стоков после мойки автомобилей в замкнутых системах оборотного водоснабжения / Н. А. Букатенко // Вестник Национального технического университета «ХПИ». - Х., 2002. - Вып. 6. Т. 2. - С. 134-141.

5. Букатенко Н. А. Определение дисперсности взвесей от количества частиц определенного диаметра в отработанных моющих растворах Н_срВ_срС_ср1-5 и Н_срВ_ср / Н. А. Букатенко // Науковий вісник будівництва. - Х., 2002. - Вип. 17. - С. 209-212.

6. Букатенко Н. А. Обобщение результатов очистки стоков после мойки автомобилей методом отстаивания / Н. А. Букатенко // Коммунальное хозяйство городов. - К., 2002. - Вып. 35. - С. 109-112.

7. Букатенко Н. А. Оценка степени загрязнения окружающей среды регионов Украины моющими растворами после мойки автомобилей / Н. А. Букатенко // Східно - Європейський журнал передових технологій. - Х., 2007. - № 6. - С. 65-67.

8. Букатенко Н. А. Экологически безопасные ресурсосберегающие системы на мойке автотранспорта / Н. А. Букатенко // Вестник Национального технического университета «ХПИ». - Х., 2009. - Вып. 16. - С. 59-63.

9. Пат. 34249 України, МПК B 60 S 3/00. Пересувна установка для миття та сушіння автомобілів з регенерацією мийних розчинів / Березуцький В. В., Букатенко Н. О; заявник та патентовласник Національний технічний університет "ХПІ". - № u 2008 00216; заявл. 04.01.2008; опубл. 11.08.2008, Бюл. № 15.

Здобувач провів патентний пошук та обґрунтував додаткове обладнання
пересувної установки.

10. Букатенко Н. А. Замкнутая система водоснабжения моечных станций / В. В. Березуцкий, Н. А. Букатенко // ХХХ науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства, 18-20 мая 2000 г. : тезисы докл. - Х., 2000. - Часть 1. - С. 25-26.

Здобувачем проведено розробку блок-схем очищення миючих розчинів
після мийки автомобілів.

11. Букатенко Н. А. Защита биосферы от загрязненных стоков после мойки автомобилей / В. В. Березуцкий, Н. А. Букатенко // Безпека життєдіяль ності: наук.-метод. конф. : тези доповідей. - Х., 2001. - С. 67-68.

Здобувачем проаналізовано основні інгредієнти забруднень у стічних водах після мийки автомобілів.

12. Букатенко Н. А. Состав сточных вод после мойки автомобилей / Н. А. Букатенко // ХХХI науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хо зяйства, 22-24 мая 2002 г. : тезисы докладов - Х., 2002. - Часть 1. - С. 48.

13. Букатенко Н. А. Существующие методы очистки по удалению загрязнений из стоков автотранспортних предприятий, образованных в процессе мойки автомобилей / Н. А. Букатенко // Прикладна екологія: міська міжвузівська наук. студентська конф., 18-19 квітня 2002 р. : тези доповідей - Х., 2002. - С. 42-43.

14. Букатенко Н. А. Перспективные малоотходные системы очистки воды
после мойки автомобилей / Н. А. Букатенко // Техносфера та її безпека:
міська наук.-метод. конф., 15 жовт. 2003 р. : тези доповідей. - Х., 2003. - С. 47-48.

15. Букатенко Н. А. Краткая характеристика современных моек автомобилей / Н. А. Букатенко // Безпека життєдіяльності: наук.-метод. конф. : тези доповідей.

- Х., 2003. - С. 56.

16. Букатенко Н. О. Очищення стічних вод після миття автомобілів методом флотації / Н. О. Букатенко // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здо ров'я : XII міжнар. наук.-практ. конф., 20-21 травня 2004 р. : анотації доповідей. - Х., 2004. - С. 680.

17. Букатенко Н. А. Современные автомобильные мойки / Н. А. Бука тенко // ХХХIII науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотруд ников Харьковской национальной академии городского хозяйства, 11-13 мая 2006 г. : тезисы докл. - Х., 2006. - Часть 1. - С. 191-192.

АНОТАЦІЯ

Букатенко Н. О. Удосконалення процесів миття автомобілів із забезпеченням екологічної безпеки та раціонального використання водних ресурсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Державна екологічна академія післядипломної освіти та управління, Київ, 2010.

Дисертація присвячена створенню раціональних, екологічно безпечних процесів стаціонарної та мобільної мийок автомобілів з використанням оборотного водопостачання. Проведено моніторинг кількості автомобілів, автомийок та миючих розчинів після миття автомобілів на території України. Виконано токсикологічну оцінку відпрацьованих миючих розчинів. Встановлено основні закономірності очищення відпрацьованих миючих розчинів після миття автомобілів, які мають у своєму складі п'ять різновидів вітчизняних СПАР, методами відстоювання, фільтрування та пінної флотації відповідно до норм оборотного водовикористання. Доочищення всіх вивчених розчинів, що відповідає до рівня вимог, які ставляться до СВ, що скидаються у міську каналізацію після відстоювання та фільтрування, забезпечується методом електрокоагуляції.

У результаті проведеної роботи розроблено екологічно безпечні технологічні схеми стаціонарної та пересувної мийки, з раціональним розподілом потоків і удосконаленою конструкцією електрокоагулятора.

Ключові слова: екологічна безпека, ресурсозбереження, замкнуте водопостачання, миючі розчини, очищення, мийка автомобілів, мобільна мийка.

Букатенко Н. А. Усовершенствование процессов мойки автомобилей с обеспечением экологической безопасности и рационального использования водных ресурсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Государственная
экологическая академия последипломного образования и управления, Киев, 2010.

Диссертация посвящена созданию рациональных, экологически безопасных процессов стационарной и мобильной моек автомобилей с использованием оборотного водоснабжения.

Проведен анализ существующих систем и сооружений по удалению загрязнений из отработанных моющих растворов, образующихся в процессе мойки автомобилей. Установлено, что применение для мойки СПАВ приводит к существенному изменению состава и свойств СВ, затрудняет процесс их очистки, что создает проблемы экологической безопасности водным объектам всех регионов Украины.

Установлено, что 2800 автомоек Украины ежегодно, только для приготовления моющих растворов, потребляют 7300 тыс. м³ пресной воды, которые после их использования сбрасываются в окружающую среду без очистки или с очисткой, не удовлетворяющей требованиям к СВ, которые сбрасываются в городскую канализацию. Наиболее загрязненным регионом от таких моющих растворов является Киевская область, где сосредоточено 590 автомоек, которые используют 1500 тыс. м³ этих растворов. Около 70 % таких загрязнений приходится на г. Киев.

Установлено, что отработанные моющие растворы являются высокотоксичными. Даже разбавление их в соотношении 1:1000 не дает гарантии их экологической безопасности.

Определен состав основных загрязняющих веществ пяти типов отработанных раство-

ров, включающих различные отечественные СПАВ: натриевую соль вторичных С₁₀-С₁₈ алкилсульфатов; Лабомид 101; Синтамид-5; натриевую соль вторичных С₁₀-С₁₈ алкилсульфатов + 12% моноэтаноламина; соль триэтаноламина и раствора без СПАВ с одинаковым содержанием загрязнений: взвешенных веществ - 4500 мг/дм³; нефтепродуктов - 450 мг/дм³ и СПАВ - 170 мг/дм³. Установлено, что изученные СПАВ оказывают неодинаковые стимулирующие действия на процесс извлечения грубодисперсных примесей из отработанных растворов и неоднородно, от 180,4 до 55,4 мг/дм³, снижают концентрацию нефтепродуктов в

этих растворах.

Изучена закономерность распределения частиц минерального происхождения в отработанных моющих растворах по их дисперсности, которая показала, что растворы имеют полидисперсный характер. Получены кривые этих распределений и их математические зависимости.

Исследованы процессы очистки отработанных растворов методами отстаивания и фильтрования с использованием фильтрующего материала типа "бельтинг", которые показали, что оптимальным временем отстаивания является 300 ч 900 с. Фильтрование снижает концентрацию взвешенных веществ в растворах примерно в четыре раза, а наличие СПАВ ухудшает не только процесс отстаивания, но и фильтрования. Получены кинетические кривые и уравнения процесса отстаивания.

Дальнейшая очистка проведена методом пенной флотации, при высоте загрузки 0,02 м; пористости 10,5 %; скорости диспергированного воздуха 0,01 м/с и величине pH в диапазоне от 4 до 9. Исследования показали, что остаточная концентрация загрязняющих веществ после этих трех методов очистки для различных типов СПАВ колеблется: по нефтепродуктам - от 4,8 до 10,5 мг/дм³; по взвешенным веществам от 19 до 29 мг/дм³; по СПАВ от 0,014 до 0,032 мг/дм³, что обеспечивает необходимую по нормам для оборотного водоснабжения степень очистки этих растворов. Степень пенного извлечения мелкодисперсных загрязнений значительно зависит от величины рН растворов. Получены кривые и уравнения, описывающие эти зависимости.

Установлено, что доочистка всех изученных растворов до уровня, соответствующего требованиям, предъявляемым к СВ, которые сбрасываются в городскую канализацию после отстаивания и фильтрования, может быть достигнута методом электрокоагуляции при плотности тока 0,0128 ч 0,0285 А/см² и времени электрокоагуляции 240 ч 360 с.

Результаты исследований дали возможность разработать экологически безопасные технологические схемы стационарной и передвижной мойки автомобилей, предназначенной для чрезвычайных ситуаций техногенного и санэпидемиологического происхождения. В схемах предусмотрены рациональное разделение потоков и усовершенствованная конструкция электрокоагулятора. Определены оптимальные технологические параметры процесса: время отстаивания - от 300 до 900 с; скорость диспергированного воздуха - от 0,01 до 0,012 м/с; продолжительность флотации 300 ч 360 с; плотность тока 0,0128 ч 0,0285 А/см²; время электрокоагуляции 240 ч 360 с; рН растворов 8,5 ч 9.

Результаты работы приняты для проектирования автомойки автотранспортного цеха

Государственного научно-производственного «Объединения Коммунар» (г. Харьков), об-щества с ограниченной ответственностью фирмы «Спарт» (г. Харьков).

Ключевые слова: экологическая безопасность, ресурсосбережение, замкнутое водоснабжение, моющие растворы, очистка, мойка автомобилей, мобильная мойка.

Bukatenko N. A. Perfection processes washing of automobiles with providing of ecological safety and rational utilization of water resources. - Manuscript.

The thesis for a Candidate's degree of technical science on specialty 21.06.01 - ecological safety. - State ecological academy of after degree education and administration, Kiev, 2010.

The dissertation is devoted to a creation of rational ecological safe processes of stationary and mobile washing of automobiles with water utilization circulation. The results of the monitoring

for numbers of automobiles, washing of automobiles and detergent solutions after washing of auto-

...