Підвищення екологічної безпеки процесів експлуатації рухомого складу та депо (на прикладі Харківського метрополітену)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ЕКОЛОГІЇ ТА ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ УКРАЇНИ

НАУКОВО-ДОСЛІДНА УСТАНОВА «УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-

ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИЙ ПРОБЛЕМ»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ В.Н. КАРАЗІНА

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення екологічної безпеки процесів експлуатації рухомого складу та депо (на прикладі харківського метрополітену)

Артеменко Андрій Віталійович

Харків - 2017

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Юрченко Валентина Олександрівна,

Харківський національний університет будівництва та архітектури, завідуюча кафедри «Безпеки життєдіяльності та інженерної екології»

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Петрушка Ігор Михайлович,

Національний університет «Львівська політехніка», завідувач кафедри екологічної безпеки та природоохоронної діяльності

кандидат технічних наук, доцент

Рибалова Ольга Володимирівна,

Національний університет цивільного захисту України, доцент кафедри охорони праці та техногенно-екологічної безпеки

Захист відбудеться « » року о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в науково-дослідній установі «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці науково-дослідної установи «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем»(61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий «___» ___________ 2017 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т. Ф. Жуковський

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Метрополітен здійснює комплексний надзвичайно інтенсивний техногенний вплив на навколишнє середовище - наземні міські території і підземний простір міст. Найбільші перевищення рівня екологічної безпеки для довкілля створюють параметричні впливи при русі рухомого складу метрополітену - шум і вібрація. До того ж в устаткуванні вагонів метрополітену старих серій широко використовували матеріали і пристрої, які при зносі утворюють екологічно небезпечні відходи, що потребують спеціальних методів знешкодження. Важливу роль у підвищенні рівня екологічної безпеки метрополітену, поліпшенні захисту природного середовища від негативних фізичних та хімічних впливів цього технічного об'єкта може виконати модернізація рухомого складу, проведена в вагоноремонтних депо при капітально-відновлювальних ремонтах. У виробничій діяльність цих підприємств екологічне значення мають не тільки елементи виробленої продукції (шум і вібрація, створювана модернізованими вагонами, екологічна безпека використаних матеріалів і конструктивів та ін.), але й елементи виробництва (вплив на навколишнє середовище, ресурсоспоживання, енергозбереження та ін.). Актуальність дисертаційної роботи обумовлена необхідністю розробки та обґрунтування технічних рішень щодо зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище, створюваного об'єктами метрополітену, та приведення його рівня у відповідність до нормативних вимог.

Проблему забезпечення техногенної безпеки виробничих процесів і екологічної безпеки продукції вагоноремонтних депо метрополітену необхідно вирішувати комплексним методом. Для виробничих процесів це впровадження ресурсо- та енергозберігаючих технічних рішень, природоохоронних технологій, що забезпечують дотримання норм гранично допустимого вмісту шкідливих речовин у рідких відходах, які надходять у навколишнє середовище. А для виготовленої продукції (модернізованих вагонів метрополітену), це поліпшення при деповському ремонті екологічних показників - зниження рівня створюваного ними параметричного навантаження на навколишнє середовище, ресурсоспоживання, а також утворення екологічно небезпечних відходів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках державної науково-дослідної роботи МОН України «Забезпечення екологічної безпеки об'єктів біосфери в умовах техногенного навантаження» (ДР № 0115U001145) на кафедрі безпеки життєдіяльності та інженерної екології Харківського національного університету будівництва та архітектури.

Мета і завдання роботи. Метою дисертаційної роботи є зменшення інгредієнтних впливів, створюваних вагоноремонтними депо метрополітену на довкілля, шляхом запобігання його забруднення нафтопродуктами й СПАР та зменшення параметричних впливів при експлуатації вагонів шляхом модернізації вагонного устаткування.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

проаналізувати джерела екологічно небезпечних впливів на навколишнє середовище у виробничій діяльності вагоноремонтних депо та в експлуатації вагонів метрополітену й перспективні напрямки їх зменшення;

науково дослідити й виконати екологічну оцінку водопостачання, водокористування й поводження з рідкими відходами в вагоноремонтному депо "Салтівське" Харківського метрополітену;

теоретично обґрунтувати та експериментально підтвердити технічні та технологічні рішення щодо зниження водоспоживання й інтенсифікації очищення виробничих стічних вод вагоноремонтного депо від нафтопродуктів, завислих речовин і СПАР до нормативно припустимих рівнів; метрополітен шумовий екологічний безпека

визначити та науково дослідити рівень шумового й вібраційного навантаження, створюваного при експлуатації вагонами метрополітену серії 81-717/714 і Еж-3 (Ем-508Т), та його відповідність нормативним вимогам, а також наявність екологічно небезпечних матеріалів в оснащенні салону;

при деповському ремонті розробити технічні рішення по зниженню шумового й вібраційного навантаження, створюваного при русі вагонами метрополітену серії 81-717/714 і Еж-3 (Ем-508Т), до нормативного рівня, зменшити енергоспоживання та утворення при зносі вагонного обладнання небезпечних відходів, потребуючих спеціальних методів видалення та знешкодження;

виконати економічну оцінку впровадження при деповській модернізації вагонів обладнання, що зменшує енергоспоживання та дозволяє виключити утворення при його зносі небезпечних відходів.

Об'єкт дослідження - поводження з рідкими відходами в депо метрополітену та деповська модернізація вагонів.

Предмет дослідження - запобігання надходженню в водні об'єкти полютантів виробничих стічних вод депо метрополітену, зменшення параметричного навантаження, створюваного вагонами при експлуатації, та утворення при зносі вагонного обладнання небезпечних відходів.

Методи досліджень. При дослідженні виробничих стічних вод, що утворяться у вагоноремонтному депо, використовували хімічні і фізико-хімічні методи аналізу відповідно до нормативних документів України. Для вимірів рівня шуму й вібрації, створюваних при русі вагонами метрополітену, а також освітленості їхнього салону використовували методи й прилади, що рекомендуються нормативними документами України. Для аналізу й статистичної обробки отриманих даних, регресійного аналізу використовували статистичні методи в прогамах Excel, MathCAD.

Наукова новизна отриманих результатів:

вперше теоретично та експериментально обґрунтовано вибір методу очистки екологічно небезпечних стічних вод депо від нафтопродуктів за результатами їх фракціонування шляхом хімічних та гравітаційних визначень;

вперше визначено та науково досліджено шумове й вібраційне навантаження, створюване при експлуатації вагонів харківського метрополітену на довкілля до та після послідовних етапів деповської модернізації, що дозволило визначити їх ефективність у зниженні рівня цього параметричного навантаження на довкілля;

на підставі наукових досліджень удосконалено технологію гравітаційного поділу полютантів стічних вод, які утворюються при мийці вагонів, що підвищило якість утилізуємого енергоносія;

отримали подальший розвиток наукові уявлення про технічні засоби зниження екологічно небезпечних впливів експлуатації рухомого складу метрополітену на навколишнє середовище.

Практичне значення отриманих результатів

Розроблено технічні та технологічні рішення, що дозволяють знизити обсяги споживання питної води на виробничі процеси в вагоноремонтному депо «Салтівське», довести показники забруднення виробничих стічних вод до рівня, допустимого для скидання в міську каналізацію й в зливовий колектор, розроблено комплекс технічних рішень (Пат. № 76938, Пат. №78964), що дозволяє знизити рівень шумового та вібраційного навантаження, створюваного вагонами метрополітену, до нормативно допустимого і модернізувати освітлення салону вагонів (Пат. № 78964) при ефективному енергозбереженні та виключенні утворення небезпечних відходів. Розроблені технічні рішення з модернізації вагонів метрополітену, що знижують їх шумове навантаження на довкілля на 18-22% та в 3-5 разів зменшують енергоспоживання, впроваджені у виробництво в депо «Салтівське» (акт впровадження від 10.09.2013, акт впровадження від 02.02.15).

Наукові й практичні результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес у лекційних курсах і практичних роботах з дисциплін «Природоохоронні технології» і «БЖД» на кафедрі безпеки життєдіяльності та інженерної екології Харківського національного університету будівництва та архітектури для студентів спеціальності 7.04010601 «Екологія та охорона навколишнього середовища» (акт впровадження від 02.09.15).

Особистий внесок здобувача. Основні ідеї, теоретичні положення, технічні рішення щодо зниження параметричних впливів, які створюють вагони метрополітену, та ефективного енергозбереження належать автору. Автором проведено аналіз літературних джерел за темою дисертації основних проблем екологічної безпеки метрополітену для довкілля, визначено мету й задачі роботи. Він проаналізував проектно-технічну документацію на об'єкти водного господарства вагоноремонтного депо, обстежив їх сучасний стан та показники експлуатації, розробив та реалізував методи й обладнання вагонів метрополітену, що знижують шумове і вібраційне навантаження на оточуюче середовище, а також енергоспоживання.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях Міжнародної асоціації «Метро» (Київ, 2012 р., Москва 2015 р.), «Безпека транспорту» (Харків, 2012 р.), «Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика» (Одеса, 2013 р.), «Экологическая и техногенная безопасность. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Бердянськ, 2013 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції «Прикладні аспекти техногенно-екологічної безпеки» в НУЦЗУ в 2013 р.; міжнародних науково-методичних конференціях «Безпека людини у сучасних умовах» в НТУ"ХПІ" в 2013 та 2014 рр.; VI та VII Всеукраїнському науковому семінарі «Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур» в ХНУБА в 2014-2015 рр.; І Всеукраїнській науково-практичній інтернет-конференції «Ресурсозбереження і хіміко-екологічні проблеми технологічних процесів» в ХНАДУ в 2014 р.; міжнародній науково-практичній конференції «Безопасность труда: образование, наука, практика» в НУЦЗУ в 2014 р.; ХIV міжнародній науково-методичній конференції «Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика» в ХНУМГ ім.О.М.Бекетова в 2015 р.; VI Міжнародному конгресі «Чистая вода. Казань»(Казань, 2015 г.), V Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в ГП «УкрНТЦ «Энергосталь» в 2016 р.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 24 наукових прац, з них: 6 статей у фахових виданнях України, 1 стаття в зарубіжному виданні, що входить до міжнародної науко-метричної бази Index Copernicus, 12 статей в інших збірниках, 2 патенти на винаходи, 3 тези доповідей на конференції.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 177 найменувань на 20 сторінках і 6 додатків на 7 сторінках. Робота містить 39 рисунків і 44 таблиці. Загальний обсяг дисертаційної роботи - 179 сторінок, з них основного тексту 145 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об'єкт, предмет та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів дисертації й особистий внесок автора.

У першому розділі викладено аналіз сучасного стану проблем екологічної безпеки метрополітену та його інфраструктурних підрозділів, а саме, вагоноремонтних депо. Як найважливіші напрямки підвищення екологічної безпеки виробничої діяльності вагоноремонтного депо розглянуто показники техногенної безпеки підприємства та показники екологічної безпеки виробленої ним продукції (відремонтованих вагонів), які можливо поліпшити при деповському ремонті. Джерелами екологічної небезпеки, специфічними для даного технічного об'єкта, є: у виробничих технологіях ¬ водоспоживання, поводження з рідкими відходами - виробничими стічними водами (незадовільний рівень очистки від нафтопродуктів (НП), завислих речовин (ЗР) та СПАР на тлі високого водоспоживання), у виробленїй продукції ¬ відремонтованих вагонах ¬ створення акустичного навантаження (шумовий та вібраційний вплив на навколишнє середовище), утворення при зносі конструкцій та обладнання небезпечних відходів.

Значний внесок у вивчення забруднення стічних вод вагоноремонтних депо та їх ефективну очистку, а також особливостей параметричого та інгредієнтного навантаження, яке створюють при експлуатації вагони метрополітену, внесли роботи вітчизняних і зарубіжних вчених Андреєва В.О., Гінкула В.С., Гронь В.А., Долини Л.Ф., Ісаченка Ю.В., Обуздіної М.В., Ровенського О.І., Теплова А.В. (очистка стічних вод), Гараніна В.Н., Дубровської Т.О., Костарева С.О., Кукліна Д.О., Мельниченка П.І., Рубана М.М., Свіжевського В.О., Щипанова А.С., Шмандія В.М., Turner, J.R.; Feinberg, S.N. (екологічна безпека рейкових транспортних засобів), та ін. Проте відомі методи видалення НП та інших забруднень із стічних вод вагоноремонтних депо не знайшли широкого використання, або ж через низьку ефективність, що не забезпечує досягнення нормативних вимог для скиду, або ж через високу вартість обладнання й реагентів та утворення додаткових відходів. Впровадження сучасних заходів із зниження параметричного та інгредієнтного навантаження, яке створюють вагони метрополітену, гальмується головним чином повільним через економічні чинники оновленням та модернізацією вагонного парку.

Розробки економічно-доцільних та ефективних заходів із поліпшення показників техногенної безпеки вагоноремонтних депо метрополітену в області водокористування та показників екологічної безпеки вагонів метрополітену при деповському ремонті є актуальними.

У другому розділі наведено характеристики об'єктів та методів експериментального дослідження. Об'єктом досліджень водного господарства вагоноремонтного депо метрополітену були схеми водопостачання, водокористування та водовідведення, локальні очисні споруди, а також хімічний склад стічних вод в динаміці обробки. На території проммайданчика вагоноремонтного депо метрополітену експлуатується дві каналізаційні мережі: мережа для загального відведення господарсько-побутових і виробничих стічних вод (від деяких виробничих дільниць) без очистки у систему міської каналізації та мережа зливової каналізації, призначена для збору та відведення поверхневих стічних вод з території проммайданчика, а також основної частини виробничих стічних вод на очисні споруди, звідки через міський зливовий колектор вони скидаються в природну водойму. Забруднення виробничих стічних вод, що утворюються у вагоноремонтному депо, в експериментальних дослідженнях контролювали за методиками, рекомендованими нормативними документами України, або спеціальною науковою літературою (НП і ЗР - гравіметрично, СПАР - колориметрично з метиленовою синьою, рН - електрометрично, гранулометричний склад нафтових емульсій - мікроскопіюванням). При визначенні вмісту НП паралельно проводили екстракцію з послідовним застосуванням хлороформу і гексану (перший варіант) й екстракцію тільки гексаном (другий варіант), що дозволило фракціонувати НП на умовно легкі та умовно важкі.

Дослідження параметричного та інгредієнтного навантаження, яке створюють вагони метрополітену серії 81-717/714 на оточуюче середовища, виконували на випробувальному полігоні вагоноремонтного електродепо «Салтівське» Харківського метрополітену. Ділянка шляху, що призначалася для проведення випробувань (довжиною не менше 10 км), забезпечувала швидкість руху не менше 2/3 від конструкційної ± 10 км/год. Вимірювання та обробку результатів проводили згідно з вимогами нормативно-технічної документації за допомогою акредитованих приладів. Вимірювання акустичного навантаження виконували на відстані 4-7,0 м від вісі полотна (рівень вібрації тільки по вертикальній складовій) і в салонах вагонів. Експериментально контролювали такі показники: шум і вібрацію (за допомогою вимірювача шуму і вібрації ВШВ-003М3), освітленість (за допомогою цифрового люксметра MS 6610 MASTECH).

Третій розділ присвячено дослідженню екологічних проблем водокористування, водовідведення та очистки стічних вод у вагоноремонтному депо метрополітену «Салтівське». До найважливішої екологічної проблеми водокористування на підприємстві можна віднести нераціональне використання екологічного ресурсу води питної якості, яка витрачається для обмивки вагонів та іншого обладнання операції, що не вимагає такого рівня очищення води. Причому ні на одній з виробничих операцій не використовується оборотне водопостачання.

Як свідчать дані гідрохімічного аналізу, основну проблему для нормативно допустимого відведення суміші господарсько-побутових і промислових стічних вод у міську каналізаційну мережу (першу мережу водовідведення), створює забруднення НП (в середньому 2,8 мг/дм3), які, надходять у загальний стік з промисловими стічними водами від окремих виробничих ділянок депо, що підтвердили розрахунки й результати експериментальних досліджень стічних вод від цих виробничих ділянок. Ці виробничі стічні води необхідно відводити на локальні очисні споруди (тим більше призначені для очищення нафтовмісних стічних вод) для оброблення та знешкодження. Таке технічне рішення підвищить безпеку стічних вод, що відводяться у міську каналізаційну мережу, зокрема дозволить надійно забезпечити дотримання ГДС за концентрацією НП і ЗР в стічних водах.

Стічні води, що утворюються в процесі обмивки вагонів, освітлюються в відстійнику на попередньому етапі обробки (майданчик миття вагонів) й відводяться на локальні очисні споруди (друга мережа водовідведення), де проходять механічну очистку, яка включає, відстоювання в нафтомасловловлювачі й фільтрування через пінополіуретан (ППУ) (майданчик очисних споруд) (табл. 1). Як видно, стічні води, що надходять на очистку висококонцентровані за вмістом НП і переважно лужні за активною реакцією середовища. Обробка у відстійнику-освітлювачі і нафтомасловловлювачі призводить до ефективного очищення стічних вод від НП і ЗР (до 99,1 та 96,0% відповідно). Однак фільтри з ППУ працюють незадовільно: ефективність видалення як НП, так і ЗР зі стічних вод після обробки на цих фільтрах нестабільна та в окремих пробах вкрай низька (до 22,6 та 10,5% відповідно).

Таблиця 1 - Склад стічних вод вагоноремонтного депо на різних етапах механічної очистки

Показники забруднення стічних вод	Поступаючі стічні води,	Після відстійника й нафто масловловлювача	Ефект очищення, %	Після ППУ фільтрів	Ефект очищення, %
ЗР, мг/дм3	1509-3210	60-130	93,7-96,0	38-76	22,6-70,2
НП, мг/дм3	576-3420	20-81	97,6-99,1	16-61	10,5-67,5
рН	7,9-12,3	7,4-8,7		6,85-7,55
СПАР		28,9-54,6		8-15	67,3-73,3

Завислі речовини в стічних водах, що утворюються при обмивці вагонів, мають високу зольність (в окремих пробах до 70%). Як показало моделювання процесу відстоювання стічних вод в лабораторних умовах (рис.1) динаміка видалення НП, ЗР та неорганічної частини ЗР (ЗРмін) суттєво відрізняється. Осадження ЗРмін, представлених, головним чином, залізної окалиною, закінчується практично через 30-60 хв відстоювання при достатньо високій залишковій концентрації НП, які видаляються значно повільніше. Оскільки відстоювання на об'єкті проводиться в двох ємностях, то його тривалість в першій ємності необхідно обмежити 45 хв, а решту НП видаляти в другій ємності, що дозволить одержати вуглеводневі відходи із значно нижчим вмістом мінерального шламу, придатні для використання в якості джерела енергоносіїв.

Рис.1 - Очистка вихідних стічних вод від ЗР та НП при відстоюванні

Ефективність очищення вихідних стічних вод від завислих речовин (Ео, %) (рис.1), залежить в основному від наступних параметрів: концентрації завислих речовин (СЗР, мг/дм3), тривалості відстоювання (t, год), зольності завислих речовин (СЗРзол, %.). При лабораторному експериментуванні розглянули по 3 рівня кожного фактора й провели повний факторний експеримент типу 2к (табл.2). З урахуванням ефектів взаємодії основних компонентів математична модель ефективності освітлення стічних вод виглядає наступним чином:

(1)

де - невідомі коефіцієнти регресійного рівняння; ,,- безрозмірні кодовані змінні, що приймають значення 1.

Таблиця 2 План трьохфакторного експерименту

Характеристика	СЗР, мг/дм3	t, год	СЗР зол., %
Основной рівень	1580	2	45
Інтервал варіювання	552	1	15
Верхній рівень	2132	3	60
Нижній рівень	1028	1	30

Коефіцієнти регресійного рівняння знаходили за методом найменших квадратів і в матричній формі вони мали вигляд:

. (2)

З урахуванням отриманих коефіцієнтів:

(3)

Як видно, найбільш значимий коефіцієнт Х2 тривалість відстоювання.

Для проведення регресійного аналізу провели:

Перевірку на відтворюваність відповідно до критерію Кохрена:

(4)

Gp=0,268, Gmax= 0,516, (0,268< 0,516);

Розрахунок коефіцієнтів регресії і перевіркe їх на значимість відповідно до критерію Стьюдента: . Остаточне регресійне рівняння має вигляд:

Перевірку на адекватність відповідно до критерію Фішера:

, Fр = 2,637; Fкр = 3,01; (2,7637< 3,01). Регресійне рівняння є адекватним.

Фракційний склад НП у стічних водах(рис. 2) - співвідношення умовно

Рис. 2 - Фракційний склад НП в стічних водах депо на різних етапах обробки легких (гексанова фракція) і умовно важких (хлороформена фракція) НП, на різних етапах очистки суттєво відрізнявся

На всіх етапах локальної механічної очистки відзначається стійке зниження частки умовно важкої фракції НП в нафтовому забрудненні стічних вод. Ефект очищення від НП лінійно корелює з процентним вмістом умовно важких НП в загальній концентрації НП в стічній воді, що надходить на очистку (рис. 3).

Рис. 3 - Вплив вмісту умовно важких НП в стічній воді на ефект очищення від НП

Гранулометричний склад крапель НП, емульгованих в стічних водах депо, встановили при мікроскопічних вимірюваннях розмірів емульгованих часток. Він свідчив, що до 30% часток, які перебувають в полі зору, мали розмір від 30 до 100 мкм, близько 50% часток розмір ? 100 мкм і решта часток мали дуже невеликі розміри ? 30 мкм (тобто 80% важкої фракції - грубодисперсної крапельної фракції, і 20% легкої фракції тонкодисперсної емульсіії), що узгоджується з ефектом видалення НП, який досягається при механічному відстоюванні. Таким чином, головну проблему для глибокого очищення стічних вод від НП на локальних очисних спорудах створюють тонко дисперсні емульсії з розміром крапель ~ 30 мкм цих забруднень. Залишковий вміст НП в стічних водах 16-61 мг/дм3, на порядок перевищує ГДК для скидання в зливовий колектор, а також допустимі концентрації для повторного використання води для обмивки вагонів.

Необхідно відзначити, що в стічних водах після обробки на ППУ фільтрах залишкова концентрація СПАР становить 8-15 мг/дм3, що створює проблему для екологічно безпечного водовідведення. СПАР стабілізують нафтові емульсії й сприяють утворенню стійкої флотопіни при насиченні води повітрям при флотації НП. Тому присутність в стічних водах НП і СПАР робить перспективним для очищення досліджених стічних вод від дрібнодисперсної емульсії НП метод флотації.

Залишкові концентрації забруднень і фракційний склад НП після обробки стічних вод методом флотації представлений в табл. 3 і на рис. 4.

Як видно, флотація стічних вод депо метрополітену забезпечує видалення 97,1% НП із стічних вод (що в 2,5 рази вище за ефект від фільтрування через ППУ). Причому з деякою перевагою при флотації видалялася саме гексанова фракція НП, яка на інших етапах обробки стічних вод видалялася менш ефективно і лімітувала очистку від НП в цілому.

Таблиця 3 - Дані флотаційного тестування стічних вод

Проба	Концентрація НП, мг/дм3	Ефект очистки, %	Залишкові концентрації, мг/дм3
	до обробки	після обробки,		СПАР	ЗР
1	63,0	2,0	98,4	3	20
2	87,0	3,0	96,6	4	25
3	54	2,0	96,3	2	22

Рис. 4 - Фракційний склад НП в стічних водах депо після флотації

Очищені стічні води з вмістом НП не більше 40 мг/дм3, ВВ - не більше 60 мг/дм3, СПАР - не більше 10 мг/дм3, за нормативними вимогами допускається подавати на операції обмивки вагонів. При цьому забезпечується кардинальне зменшення забору водопровідної води, що підвищує екологічні показники поводження з цінними природними ресурсами на підприємстві. Запропонована апаратурно-технологічна схема локальної очистки стічних вод депо метрополітену представлена на рис.5.

Рис. 5 _ Пропонована схема обробки стічних вод на локальних очисних спорудах вагоноремонтного депо «Салтівське»: 1 - насос, 2 - приймальна камера, 3 - нафтовловлювач, 4 - флотатор, 5 - подача повітря, 6 - ППУ фільтр, 7 - резервуар-накопичувач, 8 - дренажні води, 9 - відстійник на майданчику мийки вагонів

Доочистка оброблених стічних вод на існуючих пінополіуретанових фільтрах дозволяє довести залишкові концентрації НП в стічних водах до 0,05 мг/дм3, що задовольняє нормативним вимогам для скидання стічних вод у природну водойму.

У четвертому розділі наведені дані експериментальної оцінки параметричного та інгредієнтного навантаження (утворення небезпечних відходів) на довкілля, створюване експлуатацією вагонів метрополітену, та ефективності його зниження при деповському ремонті.

Результати вимірювань рівня шуму, який створюють вагони метрополітену при русі, представлені в табл. 4. Як видно, рівень шуму, створюваний вагоном метрополітену (в русі 95, при розгоні 99 дБА), на відстані 7 м від осі колії, перевищує нормативні значення (зарубіжні) 90 дБА. Рівень шуму на межі санітарно-захисної зони (100 м) становив 70-74 дБА, що також істотно перевищує рівні шуму, допустимі в Україні для першого ешелону будівель від рейкового шляху (день/ніч 65/55 дБА), та навіть максимально допустимі рівні звуку для сельбищної зони 80/70 дБА. В салоні вагонів шум при русі також перевищував допустимі в Україні рівні (80 дБА).

Таблиця 4 - Шумове навантаження, створюване вагонами метрополітену до та після модернізації

Об'єкт	Послідовні заходи із зниження рівня шуму	Середній рівень шуму (7 м від вісі полотна), дБА	Середній рівень шуму в вагоні, дБА
		У русі	Розгін	У русі	Розгін
Вагон до модернізації		95	99	90	94
Вагон після модернізації	установка пневматичної системи підвішування вагону	82	88	80	84
	модернізація блоку жи-влення власних потреб, нанесення тепло- й шу-моізоляційної мастики	79	85	75	81
	установка звукоізоляці-йних склопакетів, дода-тков. ущільнювачів, за-міна дверних циліндрів	78	82	70	75

Як показали вимірювання, сумарний еквівалентний рівень вібрації поверхні ґрунту, спричинений рухом вагону, по z становив 124 дБ = 1,59 м/с2 при нормативному рівні 53,3 дБ = 0,00046 м/с2. Сумарний еквівалентний рівень вібрації у вагонах по z становив 129,5 дБ = 3 м/с2, по x, y 127 дБ = 2,2 м/с2 (при нормі 115 дБ = 0,56 м/с2), тобто значно перевищував нормативно допустимий.

Серед відходів, що утворюються при зносі обладнання в вагонах метрополітену, найбільш небезпечними за рівнем токсичності, є відпрацьовані ртутьвмісні люмінесцентні лампи. У вагонному парку депо метрополітену «Салтівське» щорічне утворення цих відходів при заміні люмінесцентні лампи в вагонах метрополітену становіть приблизно 2000 штук. Ще одним небезпечним відходом, що утворюється при зносі в вагонах метрополітену, є азбестові листи, які використовують для шумоізоляції.

Оскільки лінії Харківського метрополітену мають середнє та неглибоке закладення, а також наземні ділянки руху вагонів, проблеми захисту міського середовища від негативних впливів метрополітену стоять дуже гостро. Капітальний ремонт пасажирських вагонів, здійснюваний в депо, можливо спрямувати на мінімізацію негативного впливу зазначених джерел екологічної небезпеки шляхом впровадження технічних рішень, які сприяють зниженню параметричних навантажень, створюваних при русі вагонами метрополітену, а також накопичення небезпечних відходів, утворених застарілими вагонними матеріалами та обладнанням. Основні напрямки технічних і технологічних рішень, реалізованих при деповському ремонті вагонів серії 81-717/714 і спрямованих на мінімізацію негативних впливів експлуатації вагонів метрополітену:

модернізація технологічних пристроїв, кузова й ходової частини вагона метрополітену (за запатентованими рішеннями патент № 76938, патент №78964), що створюють акустичне навантаження, з метою зниження цього впливу;

?модернізація механічних і електричних елементів вагона метрополітену (за запатентованим рішенням патент №76938) з метою запровадження екологічно безпечнішого та енергозберігаючого обладнання;

?заміна екологічно небезпечних конструктивних матеріалів в салоні вагона на безпечні, не потребуючі спеціальних методів видалення та знешкодження.

Як видно (табл. 4), найбільший ефект зниження рівня шуму, що створює вагон, як в оточуючому середовищі так і в салоні, дала установка пневматичної системи підвішування вагона (11-14%). Всі проведені заходи в цілому дозволили знизити рівень акустичного навантаження, створюваного при русі вагонів в оточуючому середовищі, на відстані 7 м від вісі полотна на 18% до 78 дБА, на відстані 100 м від вісі колії (межа санітарно-захисної зони) на 24% до 55 дБА, тобто до нормативно допустимого рівня. Рівень шуму у вагоні після реконструкції знизився на 19-20 дБА і не перевищував максимально допустиме значення.

Сумарний еквівалентний рівень вібрації поверхні ґрунту, спричинений рухом вагону, який було модернізовано, по z становив 49 дБ = 0,00028 м/с2. Таким чином після модернізації вагона метрополітену, спричинений ним при русі рівень вібрації на поверхні ґрунту, був знижений на ~ 60 %, і досяг нормативного рівня безпеки. Сумарний еквівалентний рівень вібрації у вагоні, який було модернізовано, по z становив 55,3 дБ, по x, y 54,5 дБ, тобто не перевищував нормативно допустимий.

Важливим аспектом модернізації вагонів, яка підвищує рівень екологічної безпеки цих транспортних засобів за проблемою утворення небезпечних відходів та знижує споживання ними електроенергії, є застосування сучасного освітлювального обладнання.

Використовувані до модернізації світильники з люмінесцентними лампами не забезпечували нормативний рівень освітленості (?150 лк). Крім того, такі відпрацьовані лампи (небезпечні відходи) вимагали використання спеціальних заходів щодо видалення та знешкодження (демеркуризації). Модернізація системи електропостачання й основного електричного обладнання (з впровадженням запатентованих технічних рішень) в вагоні метрополітену повністю виключила утворення небезпечних відходів, забезпечила нормативну освітленість салону вагона при високому енергозбереженні: витрати електроенергії було скорочено в 3-5 разів. Еквівалентне зменшенню споживаної електроенергії зменшення викиду СО2 на ТЕС, що генерують електроенергію, для усього парку вагонів депо (115 шт) щорічно становить більше 1 тис.т.

З метою виключення з конструкції вагона шкідливих матеріалів, відходи яких мають високий клас небезпеки, також замінили азбестові шумоізоляційні листи на вітчизняний, нешкідливий, технологічний в монтажі матеріал.

У п'ятому розділі наведено дані розрахунку економічної ефективності впровадження при деповському ремонті вагонів метрополітену розробленої системи електропостачання й електрообладнання, що дозволяє знизити при експлуатації вагонів витрати електроенергії, витрати на обслуговування й виключити утворення небезпечних відходів - ртутьвмісних люмінесцентних ламп, які потребують спеціальних заходів з видалення та знешкодження (демеркурізацію). За результатами розрахунку економічний ефект від впровадження такого обладнання в усіх вагонах депо метрополітену «Салтівське» (115 вагонів) складає 746130 грн/рік. Строк окупності розробленого рішення в усьому парку вагонів депо складає 8,6 року.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі поставлено та вирішено актуальне науково-практичне завдання зменшення техногенного впливу на довкілля виробничої діяльності депо та експлуатації вагонів метрополітену. Це завдання вирішується шляхом зменшення ресурсоспоживання та підвищення глибини очистки стічних вод від НП, ЗР та СПАР в депо, зменшення при деповському ремонті параметричного навантаження, що створюють при русі вагони метрополітену на довкілля, до нормативних вимог та мінімізації утворення небезпечних відходів.

Виконано екологічну оцінку впливу експлуатації депо та вагонів метрополітену на навколишнє середовище. Встановлено, що найбільшими джерелами екологічної небезпеки, специфічними для виробничої діяльності вагоноремонтних депо метрополітенів, є: у виробничих технологіях ¬ водоспоживання, поводження з рідкими відходами - виробничими стічними водами, у виробленїй продукції ¬ відремонтованих вагонах ¬ створення акустичного навантаження та утворення при зносі конструкцій і обладнання небезпечних відходів.

Науково обґрунтовано та експериментально доведено, що основну проблему для повторного використання та нормативно допустимого скидання стічних вод вагоноремонтного депо в міську каналізаційну мережу й в зливовий колектор створює забруднення НП (в середньому 2,8 і 39,1 мг/дм3 відповідно по випусках) та СПАР (в середньому 12,1 мг/дм3 на скиді в зливовий колектор), що надходять із промисловими стічними водами від виробничих операцій. Причому найменш ефективно на існуючих очисних спорудах при відстоюванні і фільтруванні через ППУ із стічних вод видаляються тонко дисперсні емульсії НП з розміром часток ? 30 мкм.

Теоретично й експериментально обґрунтовано запропоновану технологічну схему очищення стічних вод, що включає напірну флотацію. Вона порівняно з фільтруванням через ППУ в 2,5 рази ефективніше видаляє НП (у тому числі й тонко дисперсні емульсії) і СПАР та доводить їх концентрації в стічних водах відповідно до 2,0 та 2,0 мг/дм3, які задовольняють нормативним вимогам для повторного використання стічних вод (що кардинально скорочує витрату природного ресурсу - води) і скидання в зливовий колектор.

Досліджено рівень шумового та вібраційного навантаження на довкілля, створюваного при русі вагонами метрополітену, й встановлено, що шум на відстані 7 м від вісі полотна перевищував нормативно допустимий рівень на 10-20 дБА, а еквівалентний рівень вібрації на 70 дБ. На кордоні санітарно-захисної зони шум перевищував нормативно допустимі рівні на 10-19 дБА. В обладнанні вагонів виявлено люмінесцентні лампи та азбестові листи, які при зносі утворюють екологічно небезпечні відходи, що потребують спеціальних методів знешкодження.

На підставі проведених досліджень доведено, що в результаті виконання при деповському ремонті заходів з впровадженням запатентованих технічних рішень (модернізації технологічних пристроїв, кузова й ходової частини вагону), спрямованих на зниження акустичного навантаження на довкілля, яке створюють вагони, досягнуто зниження рівня шуму (7 м від вісі полотна) при русі на 18-22%, вібраційного навантаження ~ на 60%, шум на межі санітарно-захисної зони знижено на 24%. Це дозволило довести шумове та вібраційне навантаження, створюване модернізованими вагонами на довкілля, до нормативно допустимого рівня.

Теоретично розраховано та експериментально підтверджено, що в результаті проведеної модернізації освітлювальної системи вагонів метрополітену з впровадженням запатентованого технічного рішення виключено утворення небезпечних ртутьвмісних відходів (2000 відпрацьованих ламп на рік), забезпечено нормативний рівень освітленості салону вагона (150 лк) при зниженні в 3-5 разів енергоспоживання. Заміна азбестових листів на вітчизняний екологічно безпечний матеріал виключило утворення й цього виду небезпечних відходів.

Виконано оцінку економічної ефективності рішень по модернізації вагонів метрополітену, спрямованих на підвищення рівня їх екологічної безпеки для довкілля, та впроваджених при деповському ремонті й реконструкції вагонів. Економічний ефект від заощадження електроенергії при модернізації освітлення в усіх вагонах депо метрополітену «Салтівське» (115 вагонів) складає 746130 грн./рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Артеменко А.В., Юрченко В.А., Хворост Н.В. Улучшение экологических показателей операций по обмывке вагонов метрополитена // Комунальне господарство міст. - 2013. - Вип. 109. - С. 204-208.

Особистий внесок автора: збір та аналіз науково-технічних матеріалів з операцій обмивки вагонів метрополітену.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Проблемы экологической безопасности водопользования в депо метрополитена// Науковий вісник будівництва. - Х.: ХНУБА, ХОТВ, АБУ, 2013. - Вип. 73. - С. 333-336.

Особистий внесок автора: аналіз проектно-технічної документації на об'єктів водного господарства вагоноремонтного депо.

Юрченко В.А., Артеменко А.В., Мельникова О.Г. Фракционирование нефтесодержащих загрязнений в сточных водах вагоноремонтного депо метрополитена //Науковий вісник будівництва. - Х.: ХНУБА, ХОТВ, АБУ, 2014. - Вип. 4 (78). - С. 187-190.

Особистий внесок автора: аналіз науково-технічних матеріалів по складу стічних вод вагоноремонтного депо метрополітену.

Юрченко В.А., Артеменко А.В., Мельникова О.Г. Нефтяное загрязнение производственных сточных вод вагоноремонтного депо // Збірник наукових праць Української державної академії залізничного транспорту. 2014. - Випуск 149. - С.62-67.

Особистий внесок автора: обстеження стану й показників експлуатації очисних споруд вагоноремонтного депо.

Юрченко В.А., Мельникова О.Г., Артеменко А.В. Очистка поверхностных сточных вод от нефтепродуктов при отстаивании //Науковий вісник будівництва. - Х.: ХНУБА, ХОТВ, АБУ, 2015. - Вип. 2 (80). - С. 213-219.

Особистий внесок автора: аналіз науково-технічних матеріалів з механічного очищення поверхневих стічних вод.

Юрченко В.А., Артеменко А.В., Пономарев К.С. Повышение показателей экологической безопасности и комфорта пассажиров в вагонах метрополитена при восстановительной модернизации подвижного состава //Комунальне господарство міст. -2015. - № 120 (1). - С. 163-156.

Особистий внесок автора: розробка технічних рішень щодо зниження параметричного навантаження, створюваного вагонами метрополітену, і оптимізації освітленості салону вагонів.

Смирнов О.В., Юрченко В.А., Есин М.А., Артеменко А.В. Современные энергосберегающие решения в обработке сточных вод // MOTROL. - Commission of motorization and energetic in agriculture: Polish Academy of sciences. - Lublin.- 2013-Vol. 15. - № 6. _ P. 93-101.

Особистий внесок автора: аналіз сучасної приладової бази для контролю, обліку та моніторингу процесу очищення стічних вод.

Артеменко А.В., Чепурченко И.В. Мазанько Д.Г. Вторинний перетворювач напруги. Патент 76938 України МПК 2006 H02M 7/04 (Україна).- u 2012 07250. Заявл. 14.06.2012. Опубл. 25.01.2013. Бюл. № 2. - 8 с.

Особистий внесок автора: розробка мостового інвертора та фазоштовхаючого контролера в приладі для енергозберігаючого живлення.

Артеменко А.В., Чепурченко И.В. Мазанько Д.Г. Рама візка вагону метрополітену. Патент 78964 України МПК 2006 B61F 5/52 (Україна).- u 2012 10073. Заявл. 22.08.2012. Опубл. 10.04.2013. Бюл. № 7. - 9 с.

Особистий внесок автора:запропонував виконувати у вигляді листів верхні, нижні й бічні стінки поздовжніх і поперечних балок.

Артеменко А.В., Чепурченко И.В. Мазанько Д.Г. Повышение технико-экономических показателей вагонов метро типа "Еж-3"/"ЕМ-508Т" путем комплексной модернизации. Анализ повреждений рам тележек вагонов метрополитена //Збірник наукових праць «Рейковий рухомий склад» / Державне підприємство "Український науково-дослідний інститут вагонобудування" Державного Агентства України з управління державними корпоративними правами та майном. - Вип. 6. _ Кременчук: Вид-во ДП «УкрНДІВ», 2012. _ С. 24-32.

Особистий внесок автора: розробка технічних рішень по модернізації системи підвішування вагона.

Визняк Р.И., Артеменко А.В., Чепуренко И.В. Анализ повреждений рам тележек вагонов метрополитена //Рухомий склад залізниць. Збірник наукових праць Дон ІЗТ, 2012. _ Вип. 31. - С. 138-141.

Особистий внесок автора: обгрунтування надійності пневматичної системи підвішування вагона.

Артеменко А.В., Юрченко В.А. Підвищення безпеки і комфорту пасажирів харківського метрополітену шляхом модернізації салону вагонів. Матеріали ХІІ міжнародної науково-технічної конференції «Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика», 15-17 травня 2013 р., Одеса, Одеський національний університет, 2013. _ С. 291-294.

Особистий внесок автора: розробка технічних рішень по модернізації освітленості салону вагону й усунення матеріалів, утворюючих небезпечні відходи.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Повышение экологической безопасности водопользования электродепо «Салтовское» КП «Харьковский метрополитен Экологическая и техногенная безопасность. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов / Сб. научн. трудов XХI междунар. научно-технич. конф. // Под ред. к.т.н. В.Ф.Костенко, к.ю.н. С.В. Разметаева: УкрВОДГЕО - Х. Изд-во «САМ», 2013. - С. 20-24.

Особистий внесок автора: обстеження стану і показників експлуатації об'єктів водного господарства вагоноремонтного депо.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Модернизации салона вагонов метрополитена, направленные на повышение экологической безопасности и пассажиров. Збірник матеріалів Всеукраїнської науково-практичної конференції «Прикладні аспекти техногенно-екологічної безпеки», 6 грудня 2013 / Національний університет цивільного захисту України. - Х.: НУЦЗУ, 2013. _ С. 98-100.

Особистий внесок автора: розробка та впровадження технічних рішень по екологізації освітленості салону вагонів та енергозбереженню.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Повышение показателей безопасности человека при перевозках в вагонах метро. Матеріали Міжнародної науково-методичної конференції «Безпека людини у сучасних умовах». -Харків, НТУ «ХПІ», 2013. - С.98-100.

Особистий внесок автора: розробка технічних рішень щодо зниження рівня шуму і вібрації, створюваного вагонами метрополітену.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Ремонтные мероприятия по продлению ресурса вагонов метрополитена и повышению их экологической безопасности для пассажиров Матеріали І Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції «Ресурсозбереження і хіміко-екологічні проблеми технологічних процесів» - Харків - ХНАДУ, 2014. - С. 66-68.

Особистий внесок автора: аналіз даних дослідження рівня параметричного та інгредіентного навантаження, створюваного вагонами метрополітену.

Артеменко А.В., Юрченко В.А., Пономарев К.С. Мероприятия по снижению уровня шума в вагонах метрополитена /Безопасность труда: образование, наука, практика: сборник материалов Международной научно-практической конференции. - Х.:ФЛП Бронін А.В., 2014. - С. 82-84.

Особистий внесок автора: розробка методів модернізації технологічних пристроїв, кузова і ходової частини вагона, що створюють шумове навантаження.

Юрченко В.А., Пономарев К.С.,Артеменко А.В. Экологически опасные физические воздействия в вагонах метрополитена. Матеріали VI Міжнародної науково-методичної конференції „Безпека людини у сучасних умовах”. - Харків: Вид-во ТОВ „Щедра садиба плюс”, 2014. - С. 188-190.

Особистий внесок автора: аналіз науково-технічних даних та вимір шуму і вібрації, створюваних вагонами метрополітену.

Мельникова О.Г., Юрченко В.А., Артеменко А.В. Защита природных водоемов от загрязнения поверхностными сточными водами, содержащими нефтепродукты Сборник трудов VI Международного конгресса «Чистая вода. Казань». 25-27 марта 2015 г.: науч. изд. - Казань: типогр. ООО «Куранты», 2015. - С. 98-101.

Особистий внесок автора: аналіз складу поверхневих стічних вод, що утворюються на території вагоноремонтного депо.

Мельникова О., Егорова Я., Артеменко А. Экологическая опасность нефтесодержащих поверхностных сточных вод / Екологія і природокористування в системі оптимізації відносин природи і суспільства: матеріали ІІ між нар. наук.-практ. Інтернет-конф. 19-20 березня 2015 р. - Тернопіль: Крок, 2015. - С. 212-214.

Особистий внесок автора: моніторинг складу поверхневих стічних вагоноремонтного депо.

Юрченко В.А., Артеменко А.В., Пономарев К.С. Повышение безопасности и комфорта пассажиров при ремонтно-восстановительной модернизации вагонов метрополитена /Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика: матеріали ХIV міжнар. наук.-метод. конф., Харків, 21-22 травня 2015 р./ін.-т інновац.технол. і змісту освіти. Департ. цивіл. захисту Харк. нац ун-т міськ. госп-ва ім. О.М.Бекетова та ін. - Харків:ХНУМГ ім. О.М.Бекетова, 2015. - С.142-144.

Особистий внесок автора: розробка та впровадження при деповському ремонті вагонів устаткування, що знижує створюване вагонами акустичне навантаження.

Юрченко В.А., Артеменко А.В. Модернизация вагонов метрополитена с удалением экологически опасных материалов и конструкций / Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур. Тези за матеріалами VI Всеукраїнського наукового семінару - Харків: ХНУБА, 2014. - С. 17-19.

Особистий внесок автора: вибір матеріалів для заміни екологічно небезпечних конструкцій з азбесту й пластмас у вагонах.

Пономарьова С.Д., Артеменко А.В., Юрченко В.О. Впровадження енергоощадного освітлювального обладнання в вагонах харківського метрополітену / Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції “Екологічна безпека як основа сталого розвитку суспільства. Європейський досвід і перспективи”. - Львів: ЛДУ БЖД, 2015. - С. 316 - 317.

Размещено на Allbest.ru