CC BY
56
Вісник ПДАБА
факторов производственной среды и разработанная математическая модель уровня возникновения профессиональных заболеваний на основе гигиенических характеристик условий труда на рабочих местах при выполнении ремонтно-строительных работ по горячему ремонту на коксовых печах дают возможность реального прогнозирования уровня возникновения профессиональной заболеваемости при исследовании всех фактов рабочей среды.
Для оценки комплексного влияния вредных и опасных факторов производственной среды предложен обобщенный коэффициент, учитывающий уровень суммарного воздействия исследуемых факторов. Доказано, что уровень заболеваемости на 90 % зависит от обобщенного коэффициента влияния вредных и опасных факторов. Нормальный уровень заболеваемости (менее 10 %) соответствует значению обобщенного коэффициента 36 и 39 % летом и зимой соответственно, средний уровень заболеваемости (от 10 до 30 %) соответствует значению обобщенного коэффициента 36 ^59 % летом и 39 ^57 % зимой, критический уровень заболеваемости (более 30 %) соответствует значению обобщенного коэффициента 59 % летом и 57 % зимой.
Путем обработки полученных экспериментальных даннях как многофакторной модели оценена степень влияния каждого из факторов на уровень заболеваемости рабочих— огнеупорщиков. Определены наиболее значимые производственные факторы по степени их воздействия на организм рабочих—огнеупорщиков. Самыми весомыми из них являются запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны с весами 51,3 и 29,9 % соответственно. Следующими факторами по степени влияния являются: лучистая энергия, температура воздуха, скорость движения воздуха и влажность с весовыми характеристиками от 3 до 6 %. И наименее значимым производственным фактором является воздействие шума, вес которого не превышает 0,2 % от общего комплексного влияния всех факторов.
ИСПОЛЬЗОВАНЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Анненкова М. В. Огляд питання професійних захворювань у робітників коксохімічних підприємств Донбаського регіону. / Вісник ІІІ Міжнар. наук.-практ. конф. - Краснодон.- 2009. — С. 132 — 135.
2. Анненкова М. В. Урахування професійної захворюваності при проектуванні та модернізації промислових підприємств // Вісник ПромБудНДІПроект. - 2009. — С. 230 — 234.
3. Анненкова М. В. Исследование условий труда огнеупорщиков при горячем ремонте коксовых печей. Мат. I Всеукр. науч.-практ. конф. «Современные строительные материалы, конструкции и инновационные технологии возведения зданий и сооружений» // Вестник ДонНАСА. - 2010. - № 5(85). - С. 334 - 339.
4. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация: ГОСТ 12.0.003-74*. - Введен 1976-01-01. - М.: Стройиздат, 1976. -
12 с.
5. Руководство к практическим занятиям по гигиене труда: Учебное пособие / Под ред. В. Ф. Кириллова. - М. : Медицина, 2001. - 400 с.
6. Белоусова М. В. Гарантии и компенсации работникам, занятым на работах с вредными и опасными условиями труда / М. В. Білоусова // Газета «Налоги». - 2007. - № 48. - С. 15 - 18.
УДК 628.16
ОСНОВЫ ФОРМАЛИЗОВАННОГО ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОГО
РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕМЕНОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА
Н. П. Нечитайло, к. т. н. доц., К. В. Солодовникова, магистр, А. О. Белая, маг.
Ключевые слова: водоподготовка, баромембранные технологии, мембрана,
селективность, удельная производительность, объемный поток, феменологический коэффициент
Введение. Одним из приоритетных направлений развития современной науки и техники является разработка экологически чистых процессов добычи, обработки и переработки
54
№ 9 вереснь 2011
материалов. Практически все производственные процессы проходят с применением воды в качестве энергоносителей, растворителей, смазывающих и охлаждающих жидкостей и т. д. В связи с высокой экологической нагрузкой на водные объекты и новыми стандартами водоподготовки на промышленных предприятиях повышаются требования, предъявляемые к качеству воды для производственных и бытовых нужд, а также к сбрасываемым сточным водам.
Анализ публикаций. Главное технологическое требование, предъявляемое к современным системам водоподготовки и обработки сточных вод, является стабильность показателей на выходе при возможных значительных колебаниях качества воды на входе [1 - 6]. Таким требованиям соответствуют баромембранные технологии. Баромембранные технологии основаны на свойствах полупроницаемых мембран. Мембрана имеет специфические свойства задерживать одни вещества и пропускать другие. Мембранные процессы проходят при создании разности давлений с обеих сторон полупроницаемой мембраны. Одним из важнейших преимуществ мембранных методов обработки воды и стоков является то, что сроки окупаемости установок малы ввиду относительно низких капитальных затрат, просты в эксплуатации и легко автоматизируются [4 - 6].
Одно из главных условий выбора мембран — максимальная удельная производительность при селективности, которая обеспечивает выполнение требований к качеству обработанной воды.
Изложение основного материала. Для мембран с известными свойствами, возможно, провести приближенный расчет площади рабочей поверхности GB [7]. При этом GB в общем случае при разделении водных растворов электролитов определяется соотношением:
GB = CbAb *((Ap - П3 ~П2)1 »пп
где Cb - доля свободной воды в разделяемом растворе;
Аь - константа для данной мембраны в определенном диапазоне изменения температур;
Лр - перепад рабочего давления через мембрану;
п3 - осмотическое давление разделяемого раствора у поверхности мембран;
п2 - осмотическое давление пермеата;
г'п - вязкость пермеата.
Основными характеристиками мембран являются селективность и удельная производительность. Предварительный выбор мембран производится по истинной
селективности фи , от которой затем переходят к наблюдаемой Ф с учетом
концентрационной поляризации в реальных мембранах [2; 3; 7].
Истинная селективность:
(C1 - C2)
Фи =---C------
C1
где Сг концентрация растворенного вещества в объеме разделяемого раствора в
некотором произвольном сечении аппарата;
С2 концентрация растворенного вещества в пермеате в том же сечении;
Ф =
(С3 - с2)
Сз
где С3 концентрация растворенного вещества у поверхности мембраны со стороны
разделяемого раствора в упомянутом сечении.
Также отмечается [3], что одной из важнейших характеристик мембран является объемный поток или удельная производительность мембраны:
55
Вісник ПДАБА
J„ =Aq/SAr 0
где Aq - объем пермеата, который прошел через мембрану;
S - активная площадь мембраны, через которую проходит пермеат;
Ат - время работы мембраны.
Однако стоит отметить, что в практике селективность и производительность мембран не являются постоянными и существенно зависят от температуры исходного раствора, рабочего давления и концентрационной поляризации.
Известно, что при повышении температуры воды уменьшается ее вязкость, соответственно увеличивается проницаемость мембраны и незначительно ухудшается селективность [1; 5; 6].
Это можно подтвердить следующей зависимостью, позволяющей описать скорость массопереноса - истинного потока через мембрану. Скорость массопереноса через мембрану может быть описана следующим уравнением [7]:
J = - AdX/
J /dx,
где J - поток через мембрану;
А - феменологический коэффициент;
dX
dx
- движущая сила, выраженная как градиент величины X в зависимости от
температуры, давления, концентрации раствора, концентрационной поляризации по координате х перпендикулярно поверхности мембраны.
Для описания феменологического коэффициента А могут быть использованы следующие законы: Фика, Дарси, Фурье, Ньютона, Ома.
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал ц, обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала:
J
м
\
J pT
Для случая мембранного разделения воды как растворителя и солей как загрязняющих веществ можно заменить значение химического потенциала ^ на концентрацию C. При этом С должна определяться не во входящей воде, а в примембранном слое:
J =- DdC/
m / dx
Из вышеприведенных зависимостей можно сделать вывод, что массовый поток вещества Jm пропорционален коэффициенту диффузии D и градиенту концентрации и, соответственно, коэффициент диффузии D зависит от температуры и давления.
Изменение давления можно учесть с помощью закона Дарси, описывающего фильтрацию жидкости в пористой среде. Согласно закону Дарси, скорость просачивания определяется градиентом давления, вязкостью жидкости и структурой пористой среды:
и = - KdP/
/П’
где и - скорость фильтрации, м/с;
К - коэффициент фильтрации;
П - динамическая вязкость жидкости, (кг/(мс));
dP - предел изменения давления в процессе продавливания воды через мембрану, Па.
При помощи закона Дарси возможно провести расчет усредненных значений скорости потока, давления и плотности. Эти усредненные значения определяются в любой точке среды,
56
№ 9 вереснь 2011
посредством усреднения фактических свойств в определенном объеме, окружающем точку. Для определения объемного потока закон Дарси принимает следующий вид:
- L
J = Р Р
где Lp - коэффициент фильтрации через мембрану;
Jp - объемный поток через мембрану, л/м2 ч.
Для выражения теплового потока используется закон Фурье:
J _- GdT/ t /dx,
где G - коэффициент теплопроводности, Вт/мК;
dT - предел изменения температуры в процессе продавливания воды через мембрану, К.
При изменении температуры и давления происходит изменение вязкости жидкости, что является одним из отклоняющих факторов при расчете мембранных процессов. Для описания данного явления, определения феменологического коэффициента применяется закон Ньютона, имеющий следующий вид:
j _ - vdV/ v / dx ,
где v - кинематическая вязкость, м2/с;
V - скорость прохождения воды через мембрану, м/с.
Выводы. Из вышеописанного можно сделать следующие выводы: движущими силами при баромембранном разделении жидкости являются температура, давление, вязкость и концентрация исходного раствора. Каждый из вышеперечисленных факторов может оказать отклоняющее воздействие на удельную производительность и селективность мембран. Подбор технических решений для обработки воды необходимо проводить с учетом сезонных и технологических колебаний в исходной воде.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дытнерский Ю. И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. - М. : Химия, 1975. - 232 с.
2. Дытнерский Ю. И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М. : Химия, 1978. - 351 с.
3. Запольський А. К., Мішкова-Клименко Н. А., Астрелін І. М., Брик М. Т., Гвоздяк П. І., Князьков Т. В. Фізико-хімічні основи очищення стічних вод: Підручник / За ред. А.К. Запольского. - К. : Лібра, 2000. - 552 с.
4. Кочаров Р. Г. Теоретические основы обратного осмоса. Учебное пособие. - М: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2007. — 143 с.
5. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. Пер. с англ., под ред. Ю. П. Ямпольского, М. : МИР. : 1999. —513 с.
6. Свитцов А. А. Введение в мембранную технологию, М. : ДеЛи принт, 2007. - 208 с.
7. Lowenthal R.E., Marais G.V. Carbonate Chemistry of Aquatic Systems: Theory and Application. Ann arbor, MI: Ann Arbor Science Publishers, Inc. 1976.
57
