CC BY
31
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОТРАСЛИ
УДК 66.067.15
А.И. Крикун
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВОДОПОДГОТОВКЕ
Разработан алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР), проведен анализ и экспериментальное исследование зернистых материалов Приморского края с целью возможности их использования при водоподготовке для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях. Определены наиболее эффективные зернистые загрузки при фильтровании морской воды.
Ключевые слова: фильтрование, зернистые материалы, морская вода, фильтр, рыбоперерабатывающие предприятия, технологические нужды.
A.I. Krikun
RESEARCH OF GRAIN MATERIALS AT WATER TREATMENT
In this article, an algorithm for searching for real-field resources (RFR) has been developed, an analysis and experimental study of granular materials of Primorsky Krai has been carried out, with a view to their possible use in water treatment for processing needs at fish processing enterprises. The most effective granular loads are determined in the filtration of sea water.
Key words: filtration, granular materials, sea water, filter, fish processing enterprises, technological needs.
Введение
На долю Дальнего Востока приходится более 60 % всех рыбоперерабатывающих предприятий России и до 95 % сырья отправляющегося на переработку. Большая часть технологических операций на предприятиях данного типа (мойка, разделка и мн. др.) неосуществимы без использования воды повышенного качества, связанной с прямым контактом воды с сырьем. Первой и необходимой стадией водоподготовки является фильтрование, т.е. отделение механических примесей. Объемы используемой воды весьма велики. В зависимости от типа производства он составляет до 14,5 м3/т. Это обусловливает актуальность совершенствования процесса очистки, в частности - фильтрования технологической воды.
Анализ современных способов водоподготовки показал, что наиболее перспективным, надежным, эффективным и экономически выгодным методом является фильтрование через слои зернистых фильтрующих материалов с различными гранулометрическими, физико-химическими и сорбционными свойствами [9].
Объекты и методы
Объектами исследования являлись зернистые материалы природного и искусственного происхождения (Приморский край) и фильтрат, полученный при пропускании через них морской воды, отобранной в различных бухтах зал. Петра Великого.
С целью определения наиболее благоприятных зернистых материалов при водоподго-товке на рыбоперерабатывающих предприятиях нами разработан алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР) (рис. 1). За основу взята теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) Альтшуллера [1, 2, 12].
Рис. 1. Алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов [9] Fig. 1. Algorithm for searching for real-field resources [9]
Для проведения исследования нами составлен перечень вещественно-полевых ресурсов (ВПР), имеющихся в нашем распоряжении, т.е. в рассматриваемой оперативной зоне (ОЗ):
- ресурсы оперативной зоны (зернистые материалы и насыпные фильтры);
- внешнесистемные ресурсы (морская вода соленостью до 35 %о, отобранная в различных точках зал. Петра Великого и механические примеси);
- надсистемные ресурсы (отходы рыбоперерабатывающих предприятий и «копеечные» посторонние элементы - морские гравий, песок, вода);
- другие виды ресурсов (временные; информационные; пространственные и др.). Проведена оценка их по критериям: количеству, качеству, стоимости и готовности. Определялась конфликтующая пара. Привлекались альтернативные вещества и поля. Вычислив все возможные конфликтующие пары и альтернативные системы, возможно
вычислить наиболее приемлемые и эффективные зернистые перегородки [1, 2, 9].
Нами произведен анализ зернистых материалов Приморского края. При подборе соответствующих зернистых материалов для экспериментального исследования учитывали факторы, представленные на рис. 2.
Факторы, учитываемые при выборе зернистых материалов для исследования
происхождение
И
искусственные
природные
место добычи
место производства
Приморский край
объем реализации
V-
\
промышленный
партийный
зерновой состав
форма зерна
модуль крупности, коэффициент фильтрации
плотность, пористость
стабильность физико-механических свойств к фильтруемой воде
способ добычи
способ получения
гидротермальный
открытый и др.
обжиг
плавка
дробление и др.
механические
вредные
органические
санитарно-гигиенические свойства и радиоактивность
разрешение Роспотребнадзора
требования действующих стандартов
Рис. 2. Факторы, учитываемые при выборе зернистых материалов для исследования [7, 8, 11] Fig. 2. Factors to consider when selecting granular materials for research [7, 8, 11]
В результате аналитического анализа зернистых материалов для экспериментального исследования были отобраны 10 видов, из них 4 природного происхождения (морские песок и гравий, сульфоуголь и цеолиты) и 6 искусственного (керамзит, биокерамика, электрокорунд, биошары, пластиковая загрузка и пластиковая загрузка в пищевом парафине).
Экспериментальная часть работы выполнялась в 2 этапа: на стеклянных моделях и на экспериментальной установке, разработанной с участием автора [9, 10]. Пробы морской воды отбирались в 16 различных точках зал. Петра Великого на расстоянии 200 м от берега с глубины 10 м в соответствии с действующими методиками [3, 5, 12].
Отработаны 19 методик измерения физико-химических и 6 органолептических показателей в пробах морской воды до и после фильтрования через предварительно отобранные зернистые материалы Приморского края.
Результаты и их обсуждение
Результаты анализа проб морской воды до процесса фильтрования через слои зернистых материалов проверялись на соответствие требованиям, предъявляемым к технологической воде на рыбоперерабатывающих предприятиях [4, 6]. Поскольку требования, предъявляемые к качеству морской воды, предназначенной для одной и той же технологической цели на рыбоперерабатывающих предприятиях, могут различаться на разных предприятиях и зависят от оборудования, методов производства и от вида производимой про-
дукции, то при конкретизации требований к технологической морской воде использовались данные, полученные на предприятии ООО «Деликон продукт»: содержание примесей, TDS ~ 40^120, реже до 250 мг/л; кислородосодержание, O2 при t >20 °C ~ 6^8 мг/л и при t< 20 °C ~ 8^10 мг/л; содержание кальция, Са~400^450 мг/л; содержание магния, Mg~1200^1400 мг/л; кислотность, рН ~ 8^8,6; карбонатная жесткость (kH) ~ 8^12°dH; содержание нитритов (NH2), нитратов, NH3 и фосфатов, PO4 ~ не более 0,1 мг/л; температура воды t, °C (в зависимости от назначения); цветность (< 35° по кориолису - малоцветная); мутность и прозрачность, балл (0 - прозрачная, 1 - слабоопалецирующая); запах (0 - отсутствует, 1 - очень слабый); привкус (соленый, свойственный объекту) ~ 500 мг/л - соленый; пенистость - отсутствует.
Полученные результаты позволили подразделить отобранные пробы морской воды на 3 группы: 1-я группа (морская вода с пороговыми или критическими для технологических нужд показателями) - 6 бухт: Лазурная (Шамора), Стеклянная, Сухопутная (Тихая) - Уссурийский залив; Мелководная, Песчаная, Угловая (п-ов Де-Фриз) - Амурский залив; 2-я группа (морская вода с приемлемыми для технологических нужд показателями) - 5 бухт: Врангель, Находка (зал. Находка), о. Попова (южное побережье), Новик (о. Русский) и о. Елена (пр-в Босфор Восточный) - Уссурийский залив; 3-я группа (морская вода, наиболее подходящая для технологических нужд) - 5 бухт: Троица, Экспедиции, Рейд Паллада (зал. Посьета), Северная и Табунная (Безверхово) - Славянский залив. В качестве исследуемой выбрана морская вода, принадлежащая 1-й группе [9].
Произведен анализ фильтрата, полученного после фильтрования через слои однослойных и двухслойных зернистых материалов, различной дисперсности (рис. 3) на содержание механических примесей (TDS, мг/л). Полученные результаты представлены на рис. 4.
Рис. 3. Сравнительный анализ дисперсности фильтрующих материалов: 1 - биошары; 2 - керамзит; 3 - цеолиты; 4 - морской гравий; 5 - электрокорунд; 6 - биокерамика; 7 - сульфоуголь; 8 -пластиковая загрузка; 9 - пластиковая загрузка в парафине; 10 - морской песок Fig. 3. Comparative analysis of the dispersion of filter materials: 1 - bio-balloons; 2 - expanded clay; 3 -zeolites; 4 - sea gravel; 5 - electrocorundum; 6 - bioceramics; 7 - sulfone; 8 - plastic loading; 9 - plastic
charge in paraffin; 10 - sea sand
б
Рис. 4. Снижение содержания примесей после фильтрования через зернистые перегородки: а - однослойные: 1 - биошары; 2 - керамзит; 3 - цеолиты; 4 - морской гравий; 5 - электрокорунд;
6 - биокерамика; 7 - сульфоуголь; 8 - пластиковая загрузка; 9 - пластиковая загрузка в парафине; 10 - морской песок; б - двухслойные: 1 - керамзит и морской гравий; 2 - керамзит и биокерамика; 3 - морской песок и сульфоуголь; 4 - морские гравий и песок; 5 - цеолиты и пластиковая загрузка;
6 - морской песок и пластиковая загрузка в парафине Fig. 4. Decrease in the content of impurities after filtration through granular partitions: a - single-layer: 1 - bio-spheres; 2 - expanded clay; 3 - zeolites; 4 - sea gravel; 5 - electrocorundum; 6 - bioceramics;
7 - sulfone; 8 - plastic loading; 9 - plastic charge in paraffin; 10 - sea sand; b - two-layer: 1 - expanded clay and sea gravel; 2 - expanded clay and bioceramics; 3 - sea sand and sulfone; 4 - sea gravel and sand;
5 - zeolites and plastic charge; 6 - sea sand and plastic loading in paraffin
а
Экспериментально установлено следующее:
- наиболее эффективно задерживает примеси морской песок (до 68 %), при двухслойной комбинации, содержащей морской песок - до 92,21 %;
- определено, что биошары, керамзит, морской песок, гравий и пластиковая загрузка не влияют на физико-химические показатели воды;
- при фильтровании через электрокорунд выявлено незначительное снижение содержания магния и фосфатов, незначительное повышение карбонатной жесткости и кислоро-досодержания;
- после применения сульфоугля наблюдается незначительное снижение кислотности и солености;
- при применении биокерамики замечено незначительное повышение кислотности; понижение уровня нитритов и нитратов;
- наиболее заметные изменения в фильтрате замечены при применении в качестве зернистой перегородки цеолитов: снижение нитритов, нитратов и фосфатов; незначительное снижение карбонатной жесткости; незначительное повышение соле- и кислородосодержа-ния; содержания кислотности, кальция и магния;
- значительное повышение температуры морской воды усиливает органолептические свойства, такие как цветность, мутность, запах и привкус;
- подойдут все подобранные нами фильтрующие материалы, в особенности биокерамика, цеолиты и морской песок. Однако сульфоуголь придает цветность и мутность морской воде, его использование нами не рекомендуется [9, 12].
Результаты экспериментального исследования качества морской воды по физико-химическим и органолептическим параметрам до и после фильтрования через слои зернистых перегородок позволили закончить поиск вещественно-полевых ресурсов (ВПР).
Выводы
Разработанный алгоритм поиска вещественно-полевых ресурсов (ВПР) позволил определить наиболее эффективные зернистые загрузки при фильтровании морской воды.
Экспериментально определено, что при водоподготовке для технологических нужд на рыбоперерабатывающих предприятиях наиболее целесообразно применение биокерамики (10,0-12,5>10"3 м, цеолитов (18,0-20,0>10"3 м и морского песка (0,7-1,0)-10"3 м. Рекомендована комбинация из морского песка, биокерамики и цеолитов.
Список литературы
1. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В. Теория и практика решения изобретательских задач. Кишинев, 1989. 127 с.
2. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач. М. : Сов. радио, 1979. 184 с.
3. ГОСТ Р ИСО 5667.2-93. Качество воды. Отбор проб. Руководство по методам отбора проб. М. : Госстандарт РФ, 1993. 29 с.
4. ГОСТ 17.1.3.08-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества морских вод. М. : Гостандарт РФ, 1982. 6 с.
5. ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб. М. : Госстандарт РФ, 2000. 19 с.
6. ГОСТ 17.1.3.07-99. Охрана природы. Правила контроля качества воды в водоемах и водотоков. Госстандарт РФ, 1999. 21 с.
7. ГОСТ Р 51641-2000. Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия. М. : Госстандарт РФ, 2000. 27 с.
8. Инструкция по применению местных зернистых материалов в водоочистных фильтрах. М. : Стройиздат, 1987. 32 с.
9. Крикун А.И. Совершенствование процесса фильтрования воды на рыбоперерабатывающих предприятиях: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.12. Владивосток, 2017. 219 с.
10. Крикун А.И. Математическое моделирование процесса фильтрования // Науч. жизнь. 2016. № 12. С. 6-14.
11. Перечень материалов, реагентов и малогабаритных очистных устройств, разрешенных Госкомсанэпиднадзором в Российской Федерации для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения, от 23.10.92 № 01-19/32-11 и Дополнение № 1 Перечень материалов, реагентов и малогабаритных очистных устройств, разрешенных Госком-санэпиднадзором в Российской Федерации для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения, от 25.12.98 № ДК- 285-111.
12. Фёдорова (Крикун) А.И., Угрюмова С.Д. Исследование процесса фильтрования морской воды для рыбоводных предприятий // Изв. ТИНРО. 2014. Т. 177. С. 257-267.
Сведения об авторе: Крикун Александра Игоревна, кандидат технических наук, старший преподаватель, e-mail: [email protected].
