Комплексные проблемы техносферной безопасности. Научный и практический подходы к развитию и реализации технологий безопасности

Основные задачи:

–рассмотрение систем водоснабжения и водоотведения;

–исследование качественных характеристик загрязняющих веществ, сбрасываемых в водные объекты хозяйственно – бытовых сточных вод;

–предложение мероприятий по уменьшению загрязнения поверхностных водных объектов от гальванического цеха машиностроительной отрасли.

Снежнянский машиностроительный завод имеет промышленно-ливневую

ихозяйственно-бытовую систему канализации. Хозяйственно-бытовые сточные воды сбрасываются в городские сети канализации и далее на городские очистные сооружения.

Общая протяженность канализационных сетей составляет 23,0 км. Коллекторы выполнены из чугунных, железобетонных и керамических труб и находятся в удовлетворительном техническом состоянии.

Хозбытовые и часть производственных сточных вод по двум напорным коллекторам, направляются в систему городской канализации, фекальную насосную Снежнянского ПУВКХ КП «Компания «Вода Донбасса» и на городские очистные сооружения.

Производственные сточные воды по самотечным коллекторам поступают на очистные сооружения химреагентной очистки.

Рис. 1. Водобалансовая схема – Водоснабжение и водоотведение на 2019 (тыс.м3/год)

420

Рассмотрим схему, применяемую для очистки сточных вод гальванического цеха (рис. 2).

Согласно схеме кислотно-щелочные воды, которые считаются промывные входят в первый осреднитель, а отработанные кислотно-щелочные растворы электролитов больной концентрации – во второй. Отработанные растворы с помощью дозирующего насоса из второго осреднителя направляются в первый. Далее сточные воды подаются в реактор-флокулятор, где разбавляются растворами реагентов.

Рис. 2. Технологическая схема, применяемая для очистки сточных вод гальванического производства

Е1, Е2, Е3 – накопительные емкости; Н1, Н2 – насосы; Д1, Д2 – емкость для приготовления раствора реагента; НД1, НД2, НД3 – дозирующие насосы; Р1 – реакторы смешения; ЭФ – электрофлотационный модуль; ИПТ – источник питания (для ЭФ); ФП – фильтр пресс; КФ – кварцевый фильтр; ИФ – ионообменный фильтр.

При этом первый осреднитель располагается выше уровня электрофлотатора флокулятора чтобы обеспечить самотек жидкости. В флокуляторе происходит процесс извлечения дисперсных веществ. Далее осветленная вода самотеком направляется в промежуточную емкость на автоматизированные механические фильтры, которые производят ее полную и окончательную очистку. Для нормализации кислотности очищенной воды испоьзуется четвертый накопитель, где вода разбавляется раствором серной кислоты.

После этого процесса очищенная вода имеет нейтральные кислотнощелочные показатели, то есть уровень PH в пределах нормы и она подается на сорбционные фильтра на основе активированного угля, где в свою очередь происходит удаление остатков органических веществ. В накопителе шесть происходит обессоливание. Из седьмого осреднителя очищенная вода перекачивается в гальванический цех для повторного использования.

Флотоконцентрирванные остатки поступают в сборники осадка, где с помощью пресс-фильтра происходит процесс обезвоживания. Обезвоженный

421

флотоконцентрат специализированными предприятиями по перерабтке твердых отходов транспортируется на участки утилизации [3].

Существующий метод очистки недостаточно эффективен, доказательством служит качественный состав промышленных сточных вод, приведенный в таблице. Решением проблемы является внедрение инновационных технологий, в данном случае предложена технология мембранной ультрафильтрации.

Концентрации загрязняющих веществ по всем показателям превышают нормативы, установленных в действующем разрешении на спецводопользование [8].

Технология мембранной ультрафильтрации представляет собой процесс мембранного разделения растворов высоко - и низкомолекулярных соединений (размер частиц 0,001…0,020 мкм; давление 0,1…1,0 МПа), а также их фракционирования и концентрирования [4].

Данная технология, как инновационный метод очистки сточных вод широко применяется в промышленном производстве. Имеет ряд преимуществ среди традиционных методов очистки сточных вод машиностроительной отрасли.

В первую очередь это возможность получения эффективной очистки сточных вод, вплоть до обратного водопотребления, что позволит увеличить ресурсосбережение промышленного предприятия, стоит заметить достаточно низкое энергопотребление. Немаловажно, минимальное использование химикатов в процессе очистки, возможность применения автоматизации процессов обработки и контроля качества воды, надежная барьерная фильтрация и компактность оборудования [5, 6].

Таким образом, исходя из анализа качественного состава сточных вод, сбрасываемых в водные объекты после очистки произведена оценка возможно-

422

го внедрения новой усовершенствованной схемы очистки сточных вод технологии мембранной ультрафильтрации [7].

Литература

1. Виноградов, С. С. Экологически безопасное гальваническое производство / С. С. Виноградов; под ред. проф. В. Н. Кудрявцева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Глобус, 2002. – 352 с.Режим доступа: http://echemistry.ru/assets/files/boo

2.Корзун, Н. Л. Биотехнологии очистки сточных вод городов и предприятий: учебное пособие для лекционных и практических занятий магистрантов специальностей 270800 «Строительство», магистерской программы 27080.68 «Инновационные технологии водоотведения, очистки сточных вод, обработки и утилизации осадков» (ВВм) / Н. Л. Корзун. — Саратов: Вузовское образование, 2014. — 187 c.

3.Ахмадуллина, Ф. Ю. Реагентная очистка сточных вод от тяжелых металлов. Теоретические основы, материальные расчеты : учебное пособие / Ф. Ю. Ахмадуллина, Л. А. Федотова, Р. К. Закиров. — Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016. — 92 c. 4. Дытнерский, Ю. И. Баромембранные процессы / Ю. И. Дытнерский. – М. : Химия, 1986. – 272 с.

4.Мулдер, М. Введение в мембранную технологию / М. Мулдер; под ред. Ю. П. Ямпольского, В. П. Дубяги. – М.: Мир, 1999. – 513 с.

5.Шапошник, В. А. Мембранные методы разделения смесей веществ / В. А. Шапошник // Сорос. образоват. журн. – 1999. – № 9. – С. 27 – 32.

6.Дубяга, В. П. Нанотехнологии и мембраны / В. П. Дубяга, И. Б. Бесфамильный // Мембраны. – 2005. – № 3. – С. 11 – 16.

7.Лазарев, С. И. Методы электробаромембранного разделения растворов: учеб. пособие / С. И. Лазарев. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 84 с.

8.Приказ Министерства № 123 от 03.06.2015 года «Об утверждении Временного порядка выдачи разрешений на специальное водопользование» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://gisnpa-dnr.ru/npa/0010-268-20150828

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Макеевка, Донецкая Народная Республика

A. S. Polovneva

IMPROVEMENT OF THE WASTEWATER TREATMENT SYSTEM FROM THE ELECTROPLATING SHOP OF THE MACHINE-BUILDING INDUSTRY

The paper considers the main water supply and sanitation systems of the Snezhnyansky Ma- chine-building plant, the qualitative characteristics of wastewater discharged from this enterprise, specifically from the electroplating shop. The introduction of the technology of membrane ultrafiltration of wastewater is justified.

Donbass National Academy of Construction and Architecture, Makeyevka, Donetsk People's

Republic

423

УДК 355:551.5

В. В. Попов1, А. А. Уткин2, В. А. Повхлеб1, Я. В. Шугайлов1

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА

В статье рассматривается процесс моделирования работы измерителя параметров ветра в сложных атмосферных условиях. Предложены усовершенствованые алгоритмы применения математической модели аэродинамической компенсации и функции коррекции.

Научно-технические методы обеспечения техносферной безопасности на современном этапе являются глобальными и масштабными. Значительная роль в современных исследованиях отводится обеспечению гидрометеорологической безопасности. Под гидрометеорологической безопасностью понимается степень защищенности экономики, населения и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия опасных гидрометеорологических явлений, неблагоприятных условий погоды и экстремальных изменений климата и их последствий [1].

Внастоящее время обеспечено тесное взаимодействие гидрометеорологической службы и служб МЧС, а именно, в мониторинге гидрометеорологических условий, что сказывается на степени оперативности оповещения о них, прогнозирования их последствий и обеспечении достаточного уровня гидрометеорологической безопасности.

Всвою очередь, одной из основных задач гидрометеорологической службы является своевременное получение надежной и исчерпывающей информации о метеорологических параметрах, позволяющей обеспечивать оперативное управление и планирование деятельности войск (сил) [2].

Анализ существующих прикладных исследований и опыт эксплуатации гидрометеорологических средств измерений (СИ) параметров ветра, показал, что при решении данной задачи следует обеспечить:

– улучшение метрологических характеристик СИ параметров ветра;

– увеличение надежности СИ;

– повышение качества и степени автоматизации наблюдений за параметрами ветра;

– унификацию СИ;

– организацию взаимной интеграции СИ параметров ветра с существующими и разрабатываемыми системами ВС РФ.

Среди измерителей параметров ветра интерес представляют ультразвуковые измерители, не имеющие в настоящее время достойных альтернатив.

Ультразвуковые датчики ветра являются технически более сложными, но

иболее современными изделиями. Главным преимуществом ультразвуковых датчиков является отсутствие механических деталей, что делает их менее требовательными к техническому обслуживанию, так как подшипники механиче-

ских датчиков ветра имеют ограниченный ресурс [3-4].

424

В связи с вышеперечисленным – предлагается рассмотреть вопрос модернизации измерителя параметров ветра ультразвукового ИПВ-У.

При модернизации предлагается:

–перейти на современные компактные ультразвуковые приемопередатчики выполненные с обогревом в одном модуле, что позволит повысить технологичность изготовления, эффективность обогрева, качество первичных сигналов, а также решит на ближайшие годы вопрос доступности ультразвуковых приемопередатчиков;

–усовершенствовать механизм запуска ультразвукового импульса для проведения измерений – сделать его управляемым. Плавный нарастающий сигнал позволяет сократить время необходимое на успокоение ультразвукового приемопередатчика после излучения сигнала, что позволит повысить чувствительность к восприятию ультразвукового сигнала и в перспективе расширить диапазон и повысить точность измерений;

–повысить технологичность конструкции и воспроизводимость характеристик экземпляров датчиков между собой, с целью сокращения временных затрат на производство и индивидуальную калибровку измерителей, главным образом за счет переработки конструкции измерительного каркаса.

Принцип действия измерителя ИПВ-У основан на измерении вклада движения среды в скорость распространения ультразвуковых колебаний. При совпадении вектора движения среды с вектором распространения ультразвука скорость прохождения ультразвука в попутном ветру направлении будет равняться сумме скорости распространения звука в среде и скорости ветра, а скорость прохождения ультразвука в противоположном ветру направлении равна их разности. Таким образом, сумма скоростей прохождения ультразвука в прямом и обратном направлениях будет равна удвоенной скорости распространения звука в среде, а их разность – удвоенной скорости движения среды (ветра). При вычислении скорости ветра, значение скорости звука в среде математически взаимовычитается, что делает результат измерений не зависимым от плотности среды, которая обусловлена температурой, влажностью и давлением.

Структурная схема измерителя приведена на рис. 1.

Простота, надежность и технологичность конструкции измерительной головки ИПВ-У, невозможность птице перекрыть измерительные базы, а также возможность защитить конструкцию от обледенения со скоростью нарастания льда до 13 мм/ч свидетельствует о ее большей перспективности для дальнейшей модернизации, в то время как метрологические характеристики могут быть улучшены путем совершенствования схемотехники измерителя.

425

Важной особенностью конструкции измерительного каркаса изделия является наличие математических свойств, которые могут быть использованы для автоматизации процесса калибровки и повышения технологичности производства датчиков. В частности, изменение значений векторов может быть описано формулой 1, показывающей зависимость значений векторов скорости ветра по трем координатам от разворота датчика относительно скорости воздушного потока в горизонтальной плоскости. Данная зависимость представлена на рис. 2.

“ = @ ∙ sin(V + W) ,

Рис. 2. Изменение значений векторов скорости ветра по осям A, B, C

где: a – средняя скорость ветра в горизонтальной плоскости, измеряемая датчиком на каждом из углов поворота от 0 до 350° с дискретностью 10°, α – угол поворота датчика в горизонтальной плоскости относительно направления «север» в градуcах, β – угол между измерительными плоскостями и направлением на север: 330, 90 и 210 градусов соответственно.

Таким образом, на основании фактических данных, полученных при калибровке в аэродинамической трубе, и рассчитав параметры теоретической эталонной функции, аэродинамика датчика может быть эффективно скорректирована во всем диапазоне измерений по скорости и направлению ветра. Результат работы математической модели аэродинамической компенсации можно проанализировать, применив значения функции коррекции, рассчитанной для горизонтальной скорости ветра в 10 м/с к предварительным значениям векторов, снятым при скорости ветра в 5 м/с (рис. 3). Значения функции коррекции при этом масштабируются пропорционально.

427

Рис. 3. Результат применения корректирующей функции, рассчитанной для скорости 10 м/с, к предварительным значениям векторов, снятых на скорости 5 м/с

Погрешность измерений, обусловленную изменением обтекания измерительных головок при изменении горизонтальной скорости ветра от 10 до 5 м/с показывает, что ошибка по направлению ветра составляет по модулю 1,9°, а по скорости ветра – 0,16 м/с.

Данные аналогичных расчетов для скоростей ветра 1, 5, 10, 15, 20, 30, 50 м/с, а также их контрольные проверки на разных направлениях при промежуточных скоростях и скорости в 60 м/с свидетельствуют, что для калибровки измерителя с предусмотренной заданием погрешностью и диапазоном измерений достаточно проводить калибровку с дискретностью по направлению 10° на скоростях 1, 10, 30 и 50 м/с. Также имеется возможность использования датчиков с повышенной точностью, проводя дополнительную калибровку по точкам 5 и 20 м/с.

Электроника датчика подлежит полной переработке и строится на базе отечественного микроконтроллера производства АО «ППК Миландр». Необходимость переработки также обусловлена задачей унификации элементной базы, сокращения ее номенклатуры и отказа от использования компонентов, производство которых будет вскоре остановлено в связи с началом выпуска более современных аналогов.

Этап модельных исследований измерителя параметров ветра показал, что в первую очередь для удовлетворения требований технического задания стоят задачи по улучшению метрологических и эксплуатационных характеристик, увеличению надежности и технологичности производства с учетом существующей политико-экономической ситуации, и задач снижения зависимости от компонентов импортного производства.

428

Важной задачей является усовершенствование алгоритмов применения функции коррекции.

Решение данной задачи в ходе модельных эксперименов с использованием современных пьезоизлучателей требует внедрения следующих технологических решений:

–возбуждение пьезоизлучателя осуществляется серией импульсов высоковольтного напряжения 250 В, частота которых совпадает с его резонансной частотой. Данный подход отличается от использованного ранее, и позволяет увеличить мощность излучения за счет использования эффекта резонанса;

–изменением схемы усилителя и узкополосного фильтра, а использование резонансной частоты 200 кГц позволит уменьшить негативное воздействие, вызываемое акустическим шумом при высоких скоростях ветра.

В изделии борьба с акустическим шумом, помимо программных методов, осуществляется путем аналоговой фильтрации сигнала, реализация которой вносит искажения в том числе и в форму полезного сигнала. Данное искажение корректируется программно, однако, со временем, возможно изменение величины искажения за счет старения радиоэлементов. Увеличение соотношения сигнал-шум путем использования эффекта резонанса излучателя совместно с увеличением рабочей частоты снизят влияние акустического шума на полезный сигнал, что позволит расширить диапазон активной узкополосной фильтрации

иминимизировать уход параметров датчика, вызванный старением элементов.

Литература

1.Аэродромный метеорологический радиотелеметрический информационноизмерительный комплекс (АМРИИК): Руководство по эксплуатации ИКШЮ (ИКШЮ. 416318.001 РЭ). – СПб.: ЛОМО-МЕТЕО, –2016. –56 с.

2.Руководящий документ. РД 52.18.761-2012 Средства измерений гидрометеорологического назначения сетевые. Общие технические требования. – Обнинск. ФГБУ «ВНИИГ- МИ-МЦД». – 2012. – 137 с.

3.Комиссия по приборам и методам наблюдений. Шестнадцатая сессия. СанктПетербург. 10-16 июля 2014 г. Сокращенный окончательный отчет с резолюциями и рекомендациями, ВМО-№ 1138. – 97 с.

4.Руководство по системам метеорологических наблюдений и распространения информации для метеорологического обслуживания авиации. ВMO-№ 731, Издание 2014 г. – 56 с.

1ВУНЦ ВВС ВВА имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, Воронеж, Россия 2ООО «ЛОМО МЕТЕО», Санкт-Петербург, Россия

V. V. Popov1, A. A. Utkin2, V. A. Povkhleb1, Ya. V. Shugailov1

SIMULATION OF THE OPERATION OF THE WIND PARAMETER METER

The article considers the process of modeling the operation of the wind meter in difficult atmospheric conditions. Improved algorithms for applying the mathematical model of aerodynamic compensation and the correction function are proposed.

1Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin», Voronezh, Russia

2«LOMO METEO» Ltd, Saint-Petersburg, Russia

429