Підвищення екологічної безпеки об’єктів енерго- та водопостачання шляхом управління процесом гомогенної кристалізації

Експериментально встановлено, що для досліджених систем значення граничних пересичень (x₁^(в)/x₁^0(в)) відповідно становлять CaSO₄ • 2H₂O - 1,4; BaSO₄ - 4,5; BaC₂O₄ - 21,1. Встановлено,що величина граничного пересичення зале-жить від природи речовини, яка кристалізується, (типу кришталевої решітки, поверхневого натягу).

Рис. 4 - Залежність індукційного періоду реакції гомогенної кристалізації CaSO₄ • 2H₂O від пересичення розчину.

Порівняння отриманих шляхом інтерполяції експериментальних даних значення граничних пересичень зі значеннями цих параметрів, отриманих розрахунково з рівняння (28) наведені у таблиці 3. При цьому для оцінки радіусу первинного зародка твердої фази r₀ застосовувався феноменологічний підхід.

Таблиця 3 - Розрахункові та експериментальні значення граничних і критичних пересичень розчинів при гомогенній кристалізації

Показник	CaSO4?2H2O	BaSO4	BaC2O4
r0, Е	17,1	18,97	19,95
, граничне розрахункове	0,34	1,43	2.98
, граничне експериментальне	0,32	1,51	3,05
rкр, розрахунковий	1,025	0,700	0,975
rкр, експериментальний	1,075	0,680	0,980
, критичне розрахункове	5,51	5,22	6,21
, критичне експериментальне	5,6	5,2	6,1

Звертає на себе увагу той факт, що розрахункові значення показників, які отримані з рівняння (28) для відповідних речовин, мають розбіжність з експериментально отриманими значеннями тих же показників не більш ніж на ± 10%. Це свідчить про досить високе наближення запропонованого термодинамічного підходу до опису реального процесу і наддає можливість оцінки розміру первинного зародка іонних кристалів з феноменологічних позицій.

Таким чином, отримані результати експериментальних досліджень разом із запропонованим раніше чітким термодинамічним підходом для опису процесу гомогенної кристалізації, дозволяють обрати дієві методи управління процесом гомогенної кристалізації з розчинів задля підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів енерго- та водопостачання.

З результатів експериментальних досліджень була проведена оцінка величин енергії утворення рівноважних зародків твердої фази у цих системах.

Аналіз результатів дослідження показує, що збільшення кількості молей речовини, яка кристалізується у поверхневому шарі (m^(у)), приводить до зростання розміру рівноважного зародка твердої фази, якому відповідає максимальне значення вільної енергії утворення зародка. Якщо побудувати залежність m^(у) = f (y_Gmax) (рис. 5) і провести інтерполяцію на значення у = 1 (умови виникнення первинного зародка твердої фази розміром r₀), то відповідаючи цим умовам значення m^(у) становить 6,5 • 10^-21 молей.

Значення m^(у) у залежності від розміру рівноважного зародка твердої фази усіх досліджених систем дозволяють провести інтерполяцію на значення y = 1, тобто знайти значення кількості молекул речовини, яка кристалізується у поверхневому шарі на момент виникнення первинного зародка. Тим більше, що в усіх трьох випадках залежність логарифму m^(у) від логарифму у має лінійний характер (рис. 6) і описується відповідними співвідношеннями:

для CaSO₄ • 2H₂O

(35)

- для BaSO₄

(36)

для BaC₂O₄

(37)

Звертає на себе увагу той факт, що для всіх трьох досліджених систем інтерполяція значення логарифма m^(у) на значення у = 1 приводить до однієї і той же величини - -20,19, яке відповідає кількості молекул солі у поверхневому шарі 6,5 · 10^-21 молей, або приблизно 108 молекул, тобто 216 іонів обох знаків (по 108 іонів кожного знака). Таке співпадіння результатів експериментальних досліджень з результатами виключно теоретичних розрахунків у достатній мірі підтверджує правомірність оцінки розміру первинного зародка іонних кристалів з позицій відзначеного раніше феноменологічного підходу і дозволяє використовувати цей підхід у промислових умовах.

Отримані результати досліджень, наведені у цьому розділі, також підкріплюють основні теоретичні висновки, які отримані при розгляді чіткої термодинамічної моделі процесу гомогенної кристалізації з урахуванням поверхневих явищ.

В області від граничного до критичного пересичення розчину, після флуктуаційного утворення первинних зародків твердої фази, переважає у кінетичному плані, процес їх зростання і, навпаки, в області великих пересичень (від критичного до нескінченності), переважає процес утворення зародків критичного розміру у порівнянні з процесом їх зростання.

На рис. 7 наведені кінетичні криві для вихідних пересичень водних розчинів системи, що досліджувалася по CaSO₄•2H₂O для вихідних значень пересичення розчину x₁^(в)/x₁^0(в) = 39,35 (область від граничного до критичного пересичення) і x₁^(в)/x₁^0(в) = 6960,23 (область закритичних пересичень).

Обробка результатів дослідження кінетики показала, що в області від граничного до критичного пересичення розчину швидкість росту зародків твердої фази більш ніж у 1450 разів перебільшує швидкість утворення зародків твердої фази, а в області закритичних пересичень розчину - у 100 разів швидкість утворення зародків твердої фази перебільшує швидкість їх росту.

Таким чином, отримані результати підтверджують раніше зроблене припущення про те, що в області від граничного до критичного пересичення розчину, після утворення первинних зародків твердої фази, перебільшує процес їх зростання, і навпаки в області від критичного пересичення розчину до нескінченності має перевагу процес утворення зародків твердої фази над процесом їх зростання. Поєднання цих двох механізмів і обумовлює те, що процес гомогенної кристалізації з розчинів у залежності від вихідного пересичення розчину описується різними термодинамічними рівняннями (28) та (23).

Аналіз результатів проведених досліджень дозволив визначити, що при концентрації карбонату натрію на стадії коагуляції 700 мг/дм³ у вихідній воді, досягається максимальна стабільна ефективність виведення іонів кальцію у тверду фазу (рис. 8), і загальний вміст солей жорсткості сягає нормативного рівня (< 7,0 мг/дм³) вже на стадії коагуляції вихідної води поверхневого джерела.

Рис. 8 - Залежність Д Ж в оброблюваній воді від концентрації Na₂CO₃, за дві години експозиції

Процес утворення часток твердої фази при коагуляції - це процес масопереносу, лімітуючою стадією якого є дифузія речовини з об'єму рідини на заро-дкову частку твердої фази, який відбувається у закритичних умовах і підкоряється рівнянню Оствальда - Фройндліха (23),а мольний потік речовини, яка кристалізується на частку зародку твердої фази визначається як

(38)

Проведені лабораторні дослідження впливу складу водного розчину на швидкість утворення твердої фази СаСО₃ у розчині показали, що швидкість утворення твердої фази підкоряється рівнянню (38) (рис. 9).

Додатковим підтвердженням справедливості запропонованої моделі утворення часток твердої фази карбонату кальцію на стадії коагуляції є лінійний характер залежності ln в = f(1/T), отриманої в наслідок аналізу експериментальних результатів в діапазоні температур 293 - 598 К, що апроксимується рівнянням

(39)

з коефіцієнтом кореляції 0,97 при середньоквадратичному відхиленні середнього 0,47.

Рис. 9 - Залежність швидкості утворення твердої фази карбонату кальцію від ступеню пересичення розчину, при стехіометричній концентрації карбонату кальцію у розчині, г/м³: 1 - 25, 2 - 50, 3 - 75, 4 - 100, 5 - 125

Для визначення достовірних рівноважних концентрацій іонів Са²⁺ , СО₃^2-та пересичення враховувалися можливі процеси утворення іонних асоціатів, для чого складається система рівнянь, до якої входять рівняння дисоціації усіх іонних та нейтральних асоціатів, рівняння матеріального балансу і рівняння електронейтральності. Розв'язання систем рівнянь здійснюється методом ітерацій за допомогою розробленої комп'ютерної програми «Kr-Karach».

Отримані результати експериментальних досліджень повністю підтверджують адекватність теоретичних основ оптимальних форм управління екологічною безпекою об'єктів енерго- та водопостачання.

Дозволяють обґрунтувати і розробити водно-хімічні режими експлуатації водогрійного и теплообмінного обладнання, які запобігають відкладенню часток твердої фази на теплопередаючих поверхнях для підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів енергетики, стабілізації та поліпшення стану довкілля.

У п'ятому розділі наведені рекомендації з підвищення екологічної безпеки об'єктів енерго- та водоопостачання.

Проведена оцінка швидкості утворення відкладень часток важкорозчинних сполук на теплопередаючих поверхнях енергетичного обладнання, які утворюються у потоці теплоносія. Встановлено, що товщина дифузійного підшару має той же порядок, що і радіус часток твердої фази, які утворюються у теплоносії при гомогенній кристалізації. Тому, дифузійний підшар не може бути основним опором для потоку часток твердої фази важкорозчинних сполук, що дифундують до поверхні.

На основі цього запропоновані ефективні форми управління процесом гомогенної кристалізації, які дозволяють не тільки визначати розмір рівноважних зародків твердої фази, а й управляти процесом їх утворення завдяки впливу на склад співіснуючих фаз і, запобігати утворенню відкладень на теплопередаючих поверхнях промислового обладнання, що забезпечить раціональне використання природних ресурсів, додержання нормативів шкідливих впливів на довкілля та підвищення екологічної їх безпеки.

Проведено обґрунтування нормативів водно-хімічних режимів вторинних контурів теплових і атомних електростанцій і оперативне управління ними. Для експлуатаційних умов величину пересичення теплоносія по карбонату кальцію, враховуючі, що іони кальцію та карбонат іони у реальних умовах не завжди присутні у еквімолярній кількості, доцільно визначати наступним чином

(40)

Основними показниками водно-хімічного режиму вищезгаданих контурів, які нормуються, є жорсткість (Ж), лужність (Щ) та рН теплоносія. Для того щоб за допомогою цих показників якості води забезпечити розрахунок значення пересичення теплоносія для експлуатаційних параметрів, з обов`язковим урахуванням утворення усіх можливих іонних асоціатів, необхідно розв`язати систему рівнянь, в яку повинні входити рівняння дисоціації (Н₂О, Н₂СО₃, СаОН⁺, СаНСО₃⁺, СаСО₃⁰), матеріального балансу та електронейтральності. Розв`язання цієї системи рівнянь методом ітерацій за допомогою відповідної комп'ютерної програми дозволяє визначати не тільки фактичне значення з по СаСО₃ при параметрах експлуатації, але й обрати оперативний метод корегування складу теплоносія для своєчасного уникнення можливості утворення на-кипу. Для зручності застосування цього методу при експлуатації пікових бойлерів була розрахована діаграма стану СаСО₃ для експлуатаційних умов (рис. 10) і розроблені конкретні рекомендації з корегування водно-хімічного режиму у тій чи іншій ситуації.

Діаграма стану являє собою множину ізоліній [CO₂] = const, з = const у координатах Ж - рН_t и Щ - рН_t. При заданому постійному значенні будь-якої із змінних (Ж, рН_t, [CO₂], з) функції безперервні, усі змінні безперервно змінюються від точки до точки на діаграмі, а кожна точка однозначно характеризує стан системи та накипиутворюючі властивості теплоносія. Ця діаграма у поєднанні з рівнянням (38) дозволяє не тільки оперативно визначати ступень пересичення теплоносія по карбонату кальцію, а і досить надійно прогнозувати швидкість накипиутворення на теплообмінних поверхнях пікових бойлерів та іншого теплообмінного обладнання, а також проводити своєчасне корегування водно-хімічного режиму теплоносіїв задля уникнення утворення накипу на теплообмінних поверхнях.

Зниження викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря за рахунок реалізації безнакипного водно-хімічного режиму відображено у табл. 4, і свідчить про суттєве підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів теплової енергетики.

Ж

Щ

Рис. 10 - Діаграма стану системи Са(ІІ)-СО₂-Н₂О для умов експлуатації пікових бойлерів (Т = 433 К, Р = 0,618 МПа).

Таблиця 4 - Зниження викидів забруднюючих речовин за місяць для котлоагрегатів на номінальній потужності за рахунок реалізації безнакипного водно-хімічного режиму

№ з/п	Тип котлу	Зниження викидів СО, т/місяць	Зниження викидів NOx, т/місяць	Зниження викидів SО2, т/місяць
1.	ДКВР-2,5	0,38	0,46	0,28
2.	ДКВР-4	0,61	0,74	0,46
3.	ДКВР-6,5	1,05	1,26	0,79
4.	ДКВР-10	1,6	1,93	1,2
5.	ДКВР-20	3,7	4,46	2,77

Газохроматографічним аналізом у пробах води з КВ ідентифікована наявність таких органічних сполук: гумінова кислота, ЕДТА та ТБФ, які здатні до утворення водорозчинних комплексів з Са²⁺ і Mg²⁺, тому для достовірного оцінювання пересичення води по карбонату кальцію і визначення дієвої дози Na₂CO₃ у промислових умовах КВК для зниження вмісту солей жорсткості до рівня встановленого нормативами, необхідно враховувати у термодинамічній моделі ці процеси. Для реальних виробничих умов КВК система рівнянь складалася з рівнянь дисоціації (Н₂О, Н₂СО₃, H₂SO₄, СаОН⁺, СаНСО₃⁺, Ca(HCO₃)₂⁰, СаСО₃⁰, Ca(OH)₂⁰, CaHSO₄⁺, Ca(HSO₄)₂⁰, CaSO₄⁰, MgОН⁺, MgНСО₃⁺, Mg(HCO₃)₂⁰, MgСО₃⁰, Mg (OH)₂⁰, MgHSO₄⁺, Mg (HSO₄)⁰, MgSO₄⁰, CaHY^-, CaY^2-, MgHY^-, MgY^2-); матеріального балансу по Ж, Щ, [Ca]_общ, [Mg]_общ, [SO₄^2-]_общ; та рівняння електронейтральності.

На основі розв'язання цієї системи рівнянь визначалося первинне пересичення вихідної води КВ та встановлювалась доза введення карбонату натрію на стадії коагуляції. Проведені дослідження дозволили визначити, що при концентрації карбонату кальцію більше 600 мг/л, досягається максимальна стабільна ефективність виведення іонів кальцію у тверду фазу на рівні 45% (рис. 11), і загальний вміст солей жорсткості досягає нормативного рівню.

Рис. 11 - Залежність зміни рівня загальної жорсткості вихідної води КВ від концентрації карбонату натрію за дві години обробки

Регресійне рівняння виявленої залежності: у = - 0,0017х⁴ + 0,1142х³ - 2,1319х² + 14,894х + 8,6783, з достовірністю апроксимації - R² = 0,9422.

Таким чином, проведений комплекс експериментальних досліджень з приводу пом'якшення вихідної води Карачунівського водосховища дозволив встановити, що внаслідок присутності у воді водосховища комплексоутворюючих сполук (ЕДТА, ГК), для ефективного виведення іонів кальцію з води у тверду фазу на стадії коагуляції, необхідно разом зі штатним коагулянтом (глиноземом) додавати у воду карбонат натрію у кількості - 700 - 800 мг/л із забезпеченням перебування обробленої води у відстійниках не менше двох годин. Це забезпечить суттєве зменшення концентрації солей жорсткості і виведення їх вмісту у воді на рівень нормативних вимог.

Загальні висновки

1. Встановлено, що процес гомогенної кристалізації з розчинів, як відповідальний за утворення накипу на теплопередаючих поверхнях котлового та теплообмінного обладнання теплових та електричних станцій, обумовлює суттєве зниження екологічної безпеки цих об'єктів, через зниження коефіцієнтів теплопередачі, перевитрати пального, що призводить до додаткових викидів у атмосферне повітря забруднюючих речовин, парникових газів та теплового забруднення довкілля.

2. Доведено, що екологічна безпека об'єктів водопостачання суттєво залежить від швидкості утворення і зростання часток важкорозчинних сполук на стадії коагуляції, що регламентується процесом гомогенної кристалізації, і обумовлює якість виготовленої води з поверхневих джерел в умовах сучасного техногенного навантаження на них.

3. Вперше розроблено обґрунтування теоретичних основ ефективних форм управління екологічною безпекою об'єктів енерго- та водопостачання на основі термодинамічного опису процесу гомогенної кристалізації з розчинів з обов'язковим врахуванням поверхневих явищ у поверхневому міжфазному шарі визначеної товщини та врахуванні залежності поверхневого натягу від розміру первинного кристалу, що зароджується.

4. Експериментально підтверджені теоретичні основи обраних форм управління екологічною безпекою об'єктів енерго- та водопостачання, вперше розроблена термодинамічна модель процесу гомогенної кристалізації з розчинів на основі теорії флуктуацій і концепції врахування поверхневих явищ у шарі остаточної товщини при зародженні часток твердої фази, в умовах експлуатації теплообмінного обладнання об'єктів тепло-, електропостачання та процесу коагуляції виробництва води для систем теплопостачання, промислових оборотних систем та питної води з поверхневих джерел.

5. Вперше теоретично та експериментально удосконалені підходи до оцінки можливості утворення відкладень на теплопередаючих поверхнях обладнання об'єктів тепло- та електропостачання задля забезпечення раціонального використання природних ресурсів, додержання нормативів шкідливих впливів на довкілля та підвищення екологічної їх безпеки, шляхом визначення області застосування рівняння Оствальда - Фройндліха в умовах гомогенної кристалізації з розчинів.

6. Набули подальшого розвитку уявлення про початкову стадію утворення зародків твердої фази при гомогенній кристалізації та створена математична модель кінетики цього процесу, яка одночасно враховує як процес зародження часток твердої фази в розчині, так і їх зростання в умовах різних пересичень розчину, що дозволяють пояснити причини формування відкладень важкорозчинних сполук на теплопередаючих поверхнях теплообмінного обладнання, що є причиною зниження екологічної безпеки цих об'єктів.

7. Удосконалено водно-хімічний режим експлуатації водогрійного и теплообмінного обладнання, який запобігають відкладенню часток твердої фази на теплопередаючих поверхнях для підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів енергетики, стабілізації та поліпшення стану довкілля.

8. Вперше розроблено математичну модель та експериментально підтверджено її адекватність взаємодій основних домішок у природній (вихідній) воді задля оперативного прогнозування змін її екологічного стану та вибору дієвих методів виробництва води для систем теплопостачання, промислових оборотних систем задля підвищення екологічної безпеки цих об'єктів.

9. Для підвищення екологічної безпеки станцій промислового водопостачання доведена доцільність застосування карбонату натрію як додаткового реагенту на стадії коагуляції. При його введені у концентрації, розрахованій з урахуванням складу вихідної води, досягається максимальна стабільна ефективність руйнування комплексних сполук з іонами кальцію та магнію, що створює можливість виведення іонів кальцію у тверду фазу, і зниження загального вмісту солей жорсткості до нормативного рівню < 7,0 мг/дм³ вже на стадії коагуляції.

10. Розроблена схема підготовки води для систем теплопостачання, промислових оборотних систем та питної води з додатковим введенням на стадії коагуляції карбонату натрію апробована та впроваджена у технічному завданні на реконструкцію станції підготовки питної води Карачунівського водопровідного комплексу Державного комунального підприємства «Кривбаспромводопостачання» м. Кривий Ріг, що забезпечить суттєве підвищення екологічної безпеки об'єкта.

11. Розроблена і практично застосована система прогнозування та управління утворення накипу карбонату кальцію на теплопередаючих поверхнях теплообмінного та водогрійного обладнання у «Монтажно-налагоджувальному управлінні - 34» м. Запоріжжя, яка забезпечила усунення перевитрат пального, додаткових викидів у атмосферне повітря забруднюючих речовин, парникових газів та надмірного теплового забруднення довкілля.

Основні результати дисертації викладені в наступних працях

Монографії

1. Третьяков О.В. Термодинаміка гомогенної кристалізації з розчинів. Монографія / О.В. Третьяков - Харків, НУЦЗУ. 2010. - 295 с.

2. Саленко О.Ф. Гідро- та гідро абразивна обробка. Теорія, технологія та обладнання / О.Ф. Саленко, І.В. Пєтко, О.В. Третьяков - К.: ІЗМН, 1999.- 488 с.

Статті у наукових фахових виданнях

3. Крицкий В.Г. Оценка накипеобразующих свойств воды с помощью диаграммы состояния карбоната кальция / В.Г. Крицкий, О.В. Третьяков, А.С. Крепак, В.Н. Осипов // Вопросы атомной науки и техники. Серия Физика и техника ядерных реакторов. - 1987. - Вып. 5. - С. 57 - 60.

4. Третьяков О.В. Уравнение Оствальда-Фройндлиха и описание гомогенной кристаллизации в растворах с малым пересыщением / О.В. Третьяков, В.Г. Крицкий // Изв. ВУЗ. Химия и химическая технология. - 1989. - Т. 32, № 10. - С. 48-53.

5. Третьяков О.В. Закономерности гомогенной кристаллизации из растворов / О.В. Третьяков, В.Г. Крицкий // Украинский химический журнал. - 1990. - Т. 56, № 6. - С. 567-571.

6. Третьяков О.В. Повышение надежности прогнозирования образования накипи карбоната кальция в теплообменном оборудовании вторичных контуров тепловых и атомных электростанций / О.В. Третьяков, В.Г. Крицкий, П.С. Стяжкин // Изв. ВУЗ. Энергетика. - 1990. - № 6. - С. 104 -107.

7. Третьяков О.В. Вплив гомогенної кристалізації на утворення відкладень важкорозчинних сполук на теплопередаючих поверхнях / О.В. Третьяков // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2006. - Вип. 4. - С. 251-258.

8. Третьяков О.В. Визначення розміру первинного зародку твердої фази для уникнення техногенних аварій теплообмінного обладнання / О.В. Третьяков // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2007. - Вип. 5. - С. 200-205.

9. Третьяков О.В. Підвищення безпеки експлуатації теплообмінного обладнання енергетичних установок / О.В. Третьяков // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2007. - Вип. 6. - С. 133-141.

10. Третьяков О.В. Запобігання водопостачання неякісної питної води з поверхневих джерел в сучасних умовах / О.В. Третьяков, В.А. Андронов // Строительство и техногенная безопасность. - 2008. - Вып. 26. - С. 110-112.

11. Третьяков О.В. Моделювання кінетики процесу гомогенної кристалізації з розчинів / О.В. Третьяков // Вісник Київського національного університету ім. Т. Шевченко. Хімія. - 2008. - Вип. 46, - С. 39-41.

12. Третьяков О.В. Визначення критичного пересичення теплоносія для підвищення безпеки експлуатації теплообмінного обладнання / О.В. Третьяков // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2008. - Вип. 7. - С. 153-158.

13. Третьяков О.В. Предотвращение возникновения чрезвычайных ситуацій техногенного характера, связанных с загрязнением поверхностных источ-ников водоснабжения ионами тяжелых металлов / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2008. - Вип. 8. - С. 207-214.

14. Третьяков О.В. Забезпечення виробництва питної води в умовах погіршення стану природного поверхневого джерела / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2009. - Вип. 9. - С. 138-146.

15. Третьяков О.В. Забезпечення населення питною водою високої якості при її виробництві з поверхневого джерела в умовах надзвичайної ситуації техногенного характеру / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2009. Вип. 10. - С. 202-208.

16. Третьяков О.В. Сучасні проблеми виробництва питної води в умовах Карачунівського водосховища / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко, К.В. Борщ // Экология и промышленность. - 2010. № 1. - С. 18-23.

17. Третьяков О.В., Пономаренко Р.В. Підвищення ефективності запобігання надзвичайних ситуацій техногенного характеру при виробництві питної води з поверхневих джерел / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України. - Х.: УЦЗУ. - 2010. Вип. 11. - С. 146-159.

18. Третьяков О.В. Шляхи підвищення якості питної води при її виробництві з поверхневого джерела / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2010. Вып. 48. - С. 131-134.

19. Третьяков О.В. Проблема забруднення поверхневих джерел водопостачання та виробництво питної води в умовах діючих станцій водо підготовки / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Комунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сборник. - Х.: Основа. - 2010. Вип. 91. - С. 225-228.

20. Третьяков О.В. Застосування структуризації процесів виникнення, розвитку і протидії надзвичайним ситуаціям за участю об'єктів питного водопостачання / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Проблеми надзвичайних ситуацій. Зб. наук. пр. Університет цивільного захисту України.- 2010. Вип. 12. -С.184-193.

21. Третьяков О.В. Оценка наименьшего количества молекул для обеспечения гомогенной кристаллизации из растворов / О.В. Третьяков, Д.О. Третьяков, В.Д. Присяжный // Доповіді національної академії наук України. - 2010, № 8. - С. 148-151.

22. Третьяков О.В. Індукційний період кристалізації з розчинів CaSO₄.2H₂O / О.В. Третьяков, Д.О. Третьяков, В.Д. Присяжний // Доповіді національної академії наук України. - 2010. № 9. - С. 119-124.

23. Третьяков О.В. Вплив гомогенної кристалізації на утворення відкладень важкорозчинних сполук на тепло передаючих поверхнях / О.В. Третьяков, О.Ю. Нікітченко // Комунальне господарство міст. - 2013. Вип. 112. - С. 53-58.

24. Третьяков О.В. Використання структуризації надзвичайних ситуацій як засобу забезпечення екологічної безпеки питного водопостачання / О.В. Тре-тьяков, Р.В. Пономаренко // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2014. Вып. 64. - С. 87-91.

25. Третьяков О.В. Теоретичні основи підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів тепло- та електропостачання / О.В. Третьяков // Людина та довкілля. Проблеми неоекології. - 2014. № 1-2. - С. 115-122.

Інші статті, матеріали конференцій та тези

26. Крицкий В.Г. Диаграмма состояния карбоната кальция в зависимости от рН среды, жесткости, кристаллизационного напора, концентрации свободной СО₂ как способ регулирования отложений в бойлерах в интервале температур 160⁰С / В.Г. Крицкий, О.В. Третьяков, А.С. Крепак // Информационный листок о научно - технических достижениях № 86 - 2254. - М.: ВИМИ, 1986.

27. Особенности гомогенной кристаллизации. / О.В. Третьяков, Р.Г. Крамаренко / Всесоюзний научно-исследовательский институт технической и энергетической информации, Деп. № 102-хп 92 1992.

28. Третьяков О.В. Пути снижения загрязнения карьерных вод, сбрасываемых в открытый рыбохозяйственный водоем / О.В. Третьяков, Н.И. Мотрий, Р.Г. Крамаренко // Проблемы геотехнологии и инженерной экологии: Тезисы докладов Укр. Конф. - Киев. - 1992. - С. 28-29.

29. Kurbanov K.R., Non-polluting techiques of manufacturing bulk Hg_1-x-(Cd,Zn,Mn)_x-Te(Se,S) / K.R. Kurbanov, V.V. Bogobojashchyy, I.I. Izhnin, O.V. Tret`jakov // Materials Science and Application International Conference on Solid State Crystals. - Zakopane, Poland. - 2002. - Р. 135.

30. Третьяков О.В. Особливості гомогенної кристалізації з розчинів при низьких пересиченнях / О.В. Третьяков // Природничі науки та їх застосування в діяльності цивільного захисту: Матеріали міжнародної науково-практичної конференції. Черкаси: Черкаський інститут пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля, 2006. - С. 44-46.

31. Третьяков О.В. Покращення якості дніпровської води як вихідної для питного водопостачання у літній період / О.В. Третьяков // Сучасні проблеми геоекології та раціонального природокористування лівобережної України: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції (21-23 верес. 2006 р., Суми): зб. статей. - Суми: СумДПУ, 2006. - С. 100 - 104.

32. Третьяков О.В. Підвищення безпеки експлуатації теплообмінного обладнання енергетичних установок / О.В. Третьяков // Актуальні проблеми наглядово-профілактичної діяльності: Матеріали науково-техн. конф. (19 груд. 2007 р., Харків): зб. статей. - Харків: УЦЗУ, 2007.- С. 199-201.

33. Третьяков О.В. Повышение эффективности удаления тяжелых металлов из поверхностных источников водоснабжения / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України: матеріали VІІ Всеукр. наук.-практ. конф. (11-12 груд. 2008 р., Запоріжжя): зб. статей. - Запоріжжя: ЗДІА, 2008. - С.63-65.

34. Третьяков О.В. Интенсификация процесса выведения ионов тяжелых металлов из вод поверхностных источников / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Актуальні проблеми технічних та природних наук у забезпеченні цивільного захисту: матеріали ІІ Мужвузівської науково-практичної конференції (30-31берез. 2009 р., Черкаси): зб. статей. - Чекаси, 2009. - С. 139-140.

35. Третьяков О.В. Виконання основних принципів цивільного захисту при виробництві питної води з поверхневих джерел водопостачання / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Безпека життєдіяльності особистості - підґрунтя сталого розвитку суспільства: матеріали Всеукраїнської науково-методичної конференції (24-25 верес. 2009 р., Миколаїв): зб. статей. - Миколаїв: НУК, 2009. - С. 135-137.

36. Третьяков О.В. Шляхи підвищення якості питної води при її виробництві з поверхневого джерела / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов: материалы IV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых (28-30 окт. 2009 р., Харьков): зб. тез. - Харків: ХНАДУ, 2009. - С. 68-69.

37. Третьяков О.В. Проблема виробництва питної води з поверхневих джерел в сучасних умовах на прикладі Карачунівського водосховища / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України: Матеріали V Всеукраїнської науково-практичної конференції (10-11 груд. 2009 р., Запоріжжя): зб. статей.- Запоріжжя, ЗДІА, 2009. - С. 85-87.

38. Третьяков О.В. Технологія виробництва питної води в умовах надзвичайних ситуацій техногенного характеру / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Актуальні проблеми технічних та природних наук у забезпеченні цивільного захисту: матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції (6-7 квітня 2010 р. Черкаси): зб. тез. - Черкаси, 2009. - С. 148-161.

39. Третьяков О.В. Проблема виробництва питної води в умовах постійного та інтенсивного погіршення стану поверхневих джерел / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Водні ресурси. Проблеми раціонального використання, охорони та відновлення: матеріали ІІІ науково-практичної конференції (21-25 черв. 2010

31

р., Коктебель, АР ииКрим): зб. статей. - Київ: НПЦ «Екологія наука техніка», 2010. - С. 81-82.

40. Третьяков О.В. Застосування подієвого підходу структуризації процесів виникнення, розвитку і протидії надзвичайним ситуаціям за участю об'єктів питного водопостачання / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности: материалы V Международной научно-практической конференции (20-22 окт. 2010 г., Харьков): Харьков - ХНАДУ, 2010. - С. 94-95.

41. Третьяков О.В. Виробництво питної води в умовах діючих станцій водо підготовки / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Об'єднання теорії та практики - залог підвищення постійної готовності оперативно-рятувальних підрозділів до виконання дій за призначенням: матеріали VIІ науково-технічної конференції (2010 р. Харків): зб. тез. - Харків: НУЦЗУ, 2010. - С. 161-162.

42. Третьяков О.В. Визначення критичного пересичення теплоносія для підвищення безпеки експлуатації теплообмінного обладнання / Третьяков О.В., Ткаліч І.О. // Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України: матеріали VІІ Всеукр. наук.-практ. конф., (9-10 грудня 2010 р., Запоріжжя): зб. статей. - Запоріжжя: ЗДІА, 2010. - С. 316-319.

43. Третьяков О.В. Підвищення рівня екологічної безпеки питного водопостачання як умова сталого розвитку регіону / Третьяков О.В., Пономаренко Р.В. // Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України: матеріали VІІ Всеукр. наук.-практ. конф., (15 груд. 2011 р., Запоріжжя): зб. статей. - Запоріжжя: ЗДІА, 2011. - С. 89-92.

44. Третьяков О.В. Реалізація принципів цивільного захисту при виробництві питної води з поверхневих джерел / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко, К. В. Борщ // Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоров'я человека, утилизация отходов: сборник научных статей ХVII Международной научно-практической конференции (1-5 июня 2009 г., Щелкино, АР Крым): в 2 т. Т. 2. / УкрГНТЦ «Энергосталь» -Харьков: «Издательство САГА», 2009. C. 270-277.

45. Третьяков О.В. Технічні рішення підготовки питної води при її виготовленні з поверхневого джерела / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Економіка природокористування: стан, проблеми, перспективи (ЕПК-2012): матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції (05 квіт. 2012 р., Ірпінь): зб. статей. - Ірпінь: НДУДПС, 2012. - С. 225-230.

46. Третьяков О.В. Підготовка питної води високої якості в умовах незадовільного екологічного стану поверхневого джерела / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України: матеріали VІІІ Всеукр. наук.-практ. конф., (13 груд. 2012 р., Запоріжжя): зб. статей. - Запоріжжя: ЗДІА, 2012. - С. 52-53.

47. Третьяков О.В. Підвищення безпеки експлуатації теплообмінного обладнання енергетичних установок / О.В. Третьяков // Культура безпеки - запорука сталого розвитку суспільства: Матеріали Всеукраїнської науково-методичної конференції (19-20 верес. 2013 р., Миколаїв): зб. статей. - Миколаїв: НУК, 2013. - С. 53-57.

48. Третьяков О.В. Використання системи структуризації надзвичайних ситуацій як засобу забезпечення екологічної безпеки питного водопостачання / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Еколого-правовім та мекономічні маспекти екологічної безпеки регіонів: матеріали ІІ Міжнародної науково-практичної конференції (16-18 жовт. 2013 р., Харків): зб. статей. - Харків: ХНАДУ, 2013. -С. 130-134.

49. Третьяков О.В. Підвищення екологічної безпеки теплообмінного обладнання енергетичних установок / О.В. Третьяков // Фізіолого-біохімічні і технологічні аспекти охорони навколишнього середовища: матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції (13-14 лист. 2013 р., Мелітополь): зб. статей. - Мелітополь: МДПУ, 2013. - С.60-64.

50. Третьяков О.В. Гарантія забезпечення населення якісною питною водою в сучасних умовах - одне з головних завдань служби цивільного захисту України / О.В. Третьяков // Наукове забезпечення діяльності оперативно-рятувальних підрозділів (теорія та практика): матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції. Ч. 2. (12 берез. 2014 р., Харків): зб. тез. - Харків: НУЦЗУ, 2014. - С. 180-182.

51. Tretyakov O.V. Safety improvement of heat exchange equipment of power plants / O.V. Tretyakov // Medzinбrodnъ vedecko-odbornъ konferenciu «RIADENIE BEZPEИ-NOSTI ZLOЋITЭCH SYSTЙMOV 2014» (24-28 februбra 2014, Litovskэ Mikulбљ). Litovskэ Mikulбљ, 2014. - P. 543-550.

52. Третьяков О.В. Забезпечення населення якісною питною водою шляхом впровадження нових технічних рішень / О.В. Третьяков, Р.В. Пономаренко // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: матеріали ХXІ Міжнародної науково-практичної конференції, Ч. ІІІ (21-23 трав. 2014 р., Харків): зб. тез. -Харків, НТУ «ХПІ». - С. 270-278. Режим доступу: http://www.pim.net.ua/arch_f/tez_mic_14_1.pdf

Авторські свідоцтва, патенти

53. А.с. № 1354622, МКИ3 С 02 F 5/00. Способ стабилизационной обработки воды / Третьяков О.В., Осипов В.Н., Крепак А.С., Крицкий В.Г. (СССР) - № 3721451/23-26; заявл. 30.03.1984; опубл. 22.07.1987.

54. А.с. № 1719321, МКИ3 С 02 F 5/02, 1/42. Способ умягчения сульфат содержащей воды / Третьяков О.В., Крамаренко Р.Г. (СССР) - № 4766430/26; , МКИ3 С 02 F 5/00.

55. Деклараційний патент на винахід № 47988 А, МКИ3 С 30 В 15/20, С 30 В 15/26. Спосіб вирощування монокристала та пристрій для його здійснення / Третьяков О.В., Оксанич А.П., Притчин С.Е., Петренко В.Р., Слюсаренко О.О. Заявник і патентоутримовач - автори. - № 2002021161; заявл. 12.02.2002; опубл. 15.07.2002.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві полягає в: обґрунтовані можливості утворення абразивних часток в потоці рідини при гідрорізанні матеріалів [2]; теоретичних дослідженнях процесу гомогенної кристалізації у різних технічних системах [21, 52]; розробленні теоретичного підходу для оцінки накипиутворюючих властивостей води [4, 5, 20, 22, 27]; обґрунтовані ефективних шляхів оперативного управління процесом утворення накипу [3, 6, 24, 42]; розробленні технічних рішень зі зниження накипиутворюючих властивостей води [51, 53]; визначенні основних причин погіршення якості питної води при використанні води поверхневих джерел [10, 14, 16, 18, 28, 29, 34]; обґрунтовані ефективних шляхів оперативного управління процесом утворення осаду важкорозчинних сполук на стадії коагуляції [18, 39, 46, 48]; розробленні технічних рішень з очищення води поверхневого джерела для забезпечення населення якісною питною водою [37, 44, 45, 51]; запропонуванні принципових технічних рішень підготовки питної води [19, 33-36, 41, 43, 44]; обґрунтуванні ефективних шляхів запобігання виникненню надзвичайних ситуацій об'єктів питного водопостачання [13, 17, 21, 23, 36, 40, 45, 51].

Анотація

Третьяков О.В. Підвищення екологічної безпеки об'єктів енерго- та водопостачання шляхом управління процесом гомогенної кристалізації - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - «Екологічна безпека». - Національний авіаційний університет. - Київ, 2016.

У дисертації виконано аналіз впливу процесу гомогенної кристалізації на екологічну безпеку об'єктів енерго- та водопостачання. Проведена оцінка сучасних фізико-хімічних моделей процесу гомогенної кристалізації, які базуються на різних теоретичних підходах.

Теоретично розроблено та експериментально підтверджено вибір дієвих форм управління екологічною безпекою об'єктів енерго- та водопостачання на основі термодинамічного опису процесу гомогенної кристалізації з розчинів з обов'язковим врахуванням поверхневих явищ у поверхневому міжфазному шарі визначеної товщини та врахуванні залежності поверхневого натягу від розміру первинного кристалу, що зароджується.

Удосконалені наявні процеси теплообміну в обладнанні об'єктів енерго- та водопостачання задля забезпечення раціонального використання природних ресурсів, додержання нормативів шкідливих впливів на довкілля та підвищення екологічної їх безпеки, шляхом визначення області застосування рівняння Оствальда - Фройндліха в умовах гомогенної кристалізації з розчинів.

Обґрунтовано і розроблено водно-хімічний режим експлуатації водогрійного и теплообмінного обладнання, який запобігають відкладенню часток твердої фази на теплопередаючих поверхнях для підвищення рівня екологічної безпеки об'єктів енергетики, стабілізації та поліпшення стану довкілля.

Розроблена та експериментально підтверджена адекватність математичної моделі взаємодії основних домішок у природній (вихідній) воді задля оперативного прогнозування змін її екологічного стану та вибору дієвих методів водопідготовки з метою підвищення екологічної безпеки цих об'єктів.

Для підвищення екологічної безпеки станцій водопостачання доведена доцільність застосування карбонату натрію як додаткового реагенту на стадії коагуляції. При його введені у концентрації, розрахованій з урахуванням складу вихідної води, досягається максимальна стабільна ефективність руйнування комплексних сполук з іонами кальцію та магнію, що створює можливість виведення іонів кальцію у тверду фазу, і зниження загального вмісту солей жорсткості до нормативного рівню < 7,0 мг/дм³ вже на стадії коагуляції.

Ключові слова: екологічна безпека, гомогенна кристалізація, утворення накипу, коагуляція, оборотна вода, об'єкти енерго- та водопостачання.

Аннотация

Третьяков О.В. Повышение экологической безопасности объектов энерго-, и водоснабжения путем управления процессом гомогенной кристаллизации.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, специальность 21.06.01 - «Экологическая безопасность». - Национальный авиационный университет. - Киев, 2016.

В диссертации выполнен анализ влияния процесса гомогенной кристаллизации на экологическую безопасность объектов энерго- и водоснабжения. Проведена оценка современных физико-химических моделей процесса гомогенной кристаллизации, базирующихся на различных теоретических подходах.

Теоретически разработан и экспериментально подтвержден выбор действенных форм управления экологической безопасностью объектов энерго- и водоснабжения на основе термодинамического описания процесса гомогенной кристаллизации из растворов с обязательным учетом поверхностных явлений в поверхностном слое определенной толщины и учетом зависимости поверхностного натяжения от размера зарождающегося первичного кристалла.

Усовершенствованы процессы теплообмена в оборудовании объектов энерго- и водоснабжения для обеспечения рационального использования природных ресурсов, соблюдения нормативов вредных влияний на окружающую природную среду и повышение их экологической безопасности, путем определения области применимости уравнения Оствальда - Фройдлиха в условиях гомогенной кристаллизации из растворов.

Обоснован и разработан водно-химический режим эксплуатации водогрейного и теплообменного оборудования, предотвращающий отложение частиц твердой фазы на теплопередающих поверхностях для повышения экологической безопасности объектов энергетики, стабилизации состояния окружающей природной среды.

Разработана и экспериментально подтверждена адекватность математической модели взаимодействия примесей в природной (исходной) воде для оперативного прогноза изменений ее экологического состояния и выбора действенных методов водоподготовки с целью повышения экологической безопасности этих объектов.

Для повышения экологической безопасности станций водоснабжения доказана целесообразность использования карбоната натрия как дополнительного реагента на стадии коагуляции. При его применении в концентрации, рассчитанной с учетом состава исходной воды, достигается максимально стабильная эффективность разрушения комплексных соединения с ионами кальция и магния, что обеспечивает возможность выведения ионов кальция и магния в твердую фазу, и снижение общего содержания солей жесткости до нормативного уровня < 7,0 мг/дм³ уже на стадии коагуляции.

Ключевые слова экологическая безопасность, гомогенная кристаллизация, накипеобразование, теплообменное оборудование, коагуляция, оборотная вода, объекты энего- и водоснабжения.

Abstract

O. Tretyakov To improve the environmental safety of heat, electro supply the production of drinking water by the homogeneous nucleation.

The dissertation on the scientific degree of doctor engineering science in speciality 21.06.01 - «Ecological safety» - The national aviation University. - Kyiv, 2016.

The thesis the analysis of the influence of the process of a homogeneous crystallization on environmental security objects energy and water supply. Held evaluation modern physico-chemical models process a homogeneous crystallization based on different theoretical approaches.

Theoretically and experimentally confirmed the choice of forms of management of environmental safety objects energy and water supply on the basis of the thermodynamic description of the process of a homogeneous crystallization from solutions with the mandatory taking of surface phenomena in surface between the phase layer defined thickness and taking into account the dependence of the surface tension of the size of the original Crystal, an emerging market.

Improved existing processes of heat exchange equipment objects energy-and water supply to ensure rational use of natural resources, compliance with environmental standards and harmful influences increase environmental security, by determining the field of application of the equation of dilution is the Ostvald-Freundlich in terms of homogeneous crystallization from solutions.

Grounded and developed water-chemical mode of operation of the hot water and heat transfer equipment, which prevent primary particles of solid phase on heat transfer surfaces to increase the level of environmental safety of objects of power engineering, stabilization and improvement of the environment.

Developed and experimentally confirmed the validity of the mathematical model of the interaction between the main impurities in natural (the source) water for operational forecasting its environmental situation and choice of operative methods of water treatment in order to improve the environmental safety of these objects.

To improve environmental safety water supply stations proved the feasibility of the application of sodium carbonate as additional reagent stage coagulation. When it is introduced in an incremental manner, taking into account the composition of the outgoing water is achieved the maximum stable efficiency of the destruction of the complex compounds with ions of calcium and magnesium, which creates the possibility of calcium ions in the solid phase, and General the content of the rigidity of the normative level < 7.0 mg/dm³ already at the stage of coagulation.

Keywords environmental safety, homogeneous crystallization, education scale, heat transfer equipment, coagulation, cooling water, objects energy and water supply.



ТРЕТЬЯКОВ Олег Вальтерович

Підвищення екологічної безпеки об'єктів ЕНЕРГо-

ТА ВОДОпостачання шляхом управління процесом

гомогенної кристалізації

(Автореферат)

Підписано до друку 16.02.2016. Формат 60х90/16. Папір

офсетний. Умовн. друк. арк. 2,0. Обліково-видавн. арк. 2,3.

Тираж 120 екз. Замовлення № . Замовлене.

Размещено на Allbest.ru