Разработка и реализация совместных украинско-российских инновационных проектов в экологической сфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ СОВМЕСТНЫХ УКРАИНСКО-РОССИЙСКИХ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ В ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СФЕРЕ

Назарян М..М. к.т.н., профессор, проректор

Харьковского института управления по научной работе

и международным связям

В современный период преимущество в технологической сфере является важнейшим фактором обеспечения не только экономического развития, но и национальной безопасности страны.

В работе речь идет о пионерской разработке в области электрохимической технологии очистки как промышленных сточных вод, так и природных от различных загрязнений, а также ее аппаратурного оформления.

Технология - в широком понятийном содержании - это совокупность последовательно взаимодействующих между собой технических средств и организационных методов, приемов, навыков, которые обеспечивают переработку в соответствии с заданным алгоритмом функционирования входящих в какую-либо систему ресурсов, на основании которых достигается конечная цель запланированной работы - изготовление продукции или выполняемой услуги Тютюнников Ю.Б., Орехов В.Н. Системы технологий: Учеб. Пособие. - Х.: ИД «ИНЖЕК», 2004. - 368 с..

Термином "технология" в настоящее время широко пользуются практически во всех сферах человеческой деятельности, что привело к выработке многих его понятий в зависимости от вида деятельности и рассматриваемой отрасли наук. Кроме того, каждое производство основано на использовании систем технологий являющихся частью общего производства. Даже в такой отрасли, как водоподготовка существует множество технологий, среди которых лишь отдельные имеют уровень, не уступающий мировому Назарян М.М., Свідерський В.П. Системи технологій у промисловості: Навчаль посібник. - Х.: ХІУ, 2009. - 128 с..

Это связано с тем, что необходимо выполнять весь цикл работ, связанный с проведением исследований и разработок, на которые требуются значительные ресурсы.

Как правило, процесс разработки и реализации в производство новшества включает ряд последовательно выполняемых стадий, которые принято называть проектом.

Упрощенно стадии проекта показаны на рис. 1. Основными из них являются фундаментальные и прикладные исследования (ФИ, ПИ), а также опытно-конструкторские разработки (ОКР), освоение (т.е. внедрение в производство), выпуск новой продукции или услуг, проведение маркетинговых исследований и освоение рынка.

Рис. 1 Упрощенные стадии выполнения инновационного проекта

Однако разработка инновационного проекта является весьма сложным и многостадийным процессом и в наиболее полном виде он представлен на рис.2.

Ниже в работе более подробно и последовательно будут раскрыты содержание указанных этапов.

После формирования идеи проекта была тщательно изучена научно-техническая и патентная литература по методам электрохимической очистки воды, выявлены основные особенности существующих технологий и аппаратов для их осуществления и имеющиеся недостатки. Практически процесс очистки загрязненной воды протекал непосредственно в прямоугольном электролизере, в котором параллельно расположены металлические пластинчатые электроды с небольшим зазором Назарян М.М., Ефимов В.Т. Электрокоагуляторы для очистки промышленных стоков. - Х.: «Вища школа», 1983. - 144 с..

Было установлено, что применяемые технологии отличаются сложностью протекающих в них физико-химических процессов, которые практически не принимались во внимание при выборе аппаратурного оформления, что сказывалось на эффективности их работы. Так, можно привести несколько стадий, характеризующих протекающие там процессы под действием подаваемого постоянного электрического тока проходящего между двумя пластинчатыми электродами (анодом и катодом) за счет перемещения заряженных ионов; переход ионов растворимого металла в жидкость с последующим их взаимодействием с ионами гидроксила (ОН-); образование коагулянта, обеспечивающего укрупнение частиц загрязнений в сточной воде в результате коагуляции; образование газовых пузырьков на поверхности электродов с последующей флотацией на поверхность жидкости; адсорбция веществ на поверхность электродов, что в свою очередь блокирует процесс растворения электродов и т.п.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Полная структурная блок-схема этапов выполнения инновационного проекта

Для повышения эффективности технологии электрохимической очистки указанные стадии нами было предложено осуществлять последовательно в специально разработанном колонном аппарате, так называемом электрокоагуляторе непрерывного действия (рис.3). Он состоит из нижней электрохимической камеры 1 с установленными электродами 2, которая соединена с тремя концентрично расположенными относительно друг друга цилиндрическими емкостями.

В связи с этим нами были проведены фундаментальные и прикладные исследования, позволившие установить механизм взаимодействия высокоактивного «электрогенерированного» гидроксида металла, полученного в технически чистой воде с частицами примесей, содержащихся в загрязненной воде. В качестве модельной была использована отработанная смазочно-охлаждающая жидкость, образующаяся в процессе резания металлических деталей.

Рис 3 Колонный электрокоагулятор

Для создания условий эффективной коагуляции частиц, содержащихся в коллоидно-дисперсной системе, предварительно на основании теории ДЛФО был установлен механизм ее устойчивости, обусловленный наличием высокого энергетического барьера отталкивания, препятствующего сближению коллоидных частиц за счет наличия двойного электрического слоя (ДЭС) Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. - М.: Наука, 1976. - 332 с..

Было установлено, что быстрая коагуляция, при которой обычно протекает ближняя агрегация сферических частиц, наступает из условий:

Где V - суммарная энергия взаимодействия сферических частиц; е -диэлектрическая проницаемость среды; ш_д² -потенциал слоя Штерна; А- постоянная Гамакера; параметр S = H/r (Н - расстояние между частицами).

Исследования дисперсного состава модельной жидкости проводили как в исходном состоянии, так и в процессе коагуляции во времени с применением французской оптико-электронной системы «ПИРС», позволившей установить значения различных параметров частиц путем автоматизированного подсчета.

На основании решения данной системы уравнений рассчитаны суммарные энергии взаимодействия сферических частиц эмульсии с радиусом r = 1•10-⁶м при критических значениях кр-потенциала и параметра Sкр для процесса быстрой коагуляции, а также определены области медленной и быстрой коагуляции (рис.4).

а) б)

Рис. 4 Суммарная энергия взаимодействия частиц радиусом r = 1,0 •10-⁶ м при медленной (1) и быстрой (2) коагуляции (а) и область устойчивости системы (б)

Установлено, что в процессе быстрой коагуляции полидисперсных частиц величины критических значений - потенциала для более крупных частиц превышают соответствующие величины _кр-потенциала для мелких частиц.

Таким образом, на стадиях фундаментальных и прикладных исследований были установлены научные закономерности, положенные в основу принятой технологии очистки воды, а также решены прикладные задачи по определению оптимальных значений технологических параметров процесса очистки.

Выполненные исследования были положены в основу разработок колонного электрокоагулятора и технологических схем очистки воды для ряда промышленных предприятий Украины и России с достижением мирового уровня новизны А.с. 776991 (СССР). Способ электрохимической очистки загрязненной жидкости / М.М. Назарян, В.Т.Ефимов, А.А. Аксенко и др., опубл. в Б.И. № 41, 1980. - С.76; Раt. 4321125 (US) Apparatus for elektrochemical purification of contaminated liquids /M.M. Nasarian, V.T. Efimov, A.A. Aksenko, V.A. Koliada, N.N. Zmievskoi, P.P. Shaty. 1982..

Как было сообщено в обзорной информации ВНИИГПЭ «Электрохимические методы очистки воды» по рубрике важнейших изобретений года в области химии (М., 1986. - С.20-22)...наиболее широкое применение в практике водоподготовки нашли колонные электрофлотокоагуляторы непрерывного действия, разработанные на кафедре автоматизации химических производств Харьковского политехнического института. Созданные этим институтом технологические схемы и установки для проведения процессов электрохимической очистки воды высокоэффективны и удовлетворяют всем современным требованиям…

Разработки института защищены более чем 40 авторскими свидетельствами СССР и 50 патентами, полученными в США, Франции, ФРГ, Японии, Швейцарии, Канаде и других странах.

….Высокоэффективные разработки Харьковского политехнического института в значительной степени определили лидирующее положение СССР в этой области в мире.

Рис. 7 Первая в стране установка, внедренная на Харьковском заводе «СЕРП И МОЛОТ»

На основании научных разработок мирового уровня была создана опытно-промышленная установка для электрокоагуляционной очистки отработанных СОЖ на Харьковском заводе «Серп и Молот», которая впоследствии явилась базой для всестороннего изучения и дальнейшего совершенствования разработанной технологи очистки.

В результате положительной апробации разработок в опытно-промышленных условиях нами была изготовлена техническая документация на промышленную установку для очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием электрокоагулятора колонного типа с целью широкой реализации как на Украине, так и в России, тем более что были получены в течение небольшого промежутка времени сотни запросов на оказание помощи в реализации наших разработок.

Кроме того, по подготовленным нами рекомендациям Харьковский институт «ВОДОКАНАЛпроект» изготовил типовой проект на установку для электрохимической очистки отработанной СОЖ, который был утвержден Госстроем СССР.

В таблице 1 приведены реализованные инновационные проекты для ряда промышленных предприятий Украины и России.

Таблица 1

Предприятия, где внедрены инновационные проекты в экологической сфере

инновационный технология проект коагуляция

Кроме того, разработки были переданы многим предприятиям и проектным институтам Украины и России для использования в проектах реконструкции на ведомственных предприятиях (табл.2).

Таблица 2

Внедрение в проекты реконструкции предприятий инновационных технологий водоподготовки

После выполнения проектной документации предварительно проводится государственная экспертиза на соответствие требованиям стандартов, что обеспечивает допуск к финансированию и строительству объекта. Сдача его в эксплуатацию производится на основании приема объекта государственной комиссией.

Таким образом, разработанная технология электрохимической очистки загрязненной воды широко реализована на многих предприятиях Украины и России. Показано, что разработанные технологии обладают до настоящего времени мировой новизной и в дальнейшем требуется их включение в государственные программы для широкого использования в различных отраслях экономики.

Размещено на Allbest.ru