Природные и модифицированные цеолиты как адсорбенты нефтепродуктов из промышленных сточных вод Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

напротив, почти в 3 раза меньше, чем в воду. В процессе производства керамзита материал подвергается высокотемпературному обжигу с образованием жидкой фазы. В результате изменяется минералогический состав и положение атомов радия в измененной кристаллической структуре материала. Этим, по всей видимости, и можно объяснить минимальное по сравнению с природными материалами значение КЭР у керамзита.

Библиографический список

Эманирование является сложным физическим процессом и изменяется в широких пределах, поэтому при использовании природных и искусственных материалов в процессе жизнедеятельности необходимо выполнение работ по оценке рисков и организации контроля с целью обеспечения радиационной безопасности населения.

1. Назиров Р.А. Развитие научных основ и методов получения строительных материалов с заданными радиационно-экологическими свойствами: дис. ... докт. техн. наук. Красноярск, 2003. 500 с.

2. СП 2.6.1.2523 - 2009. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) / Минздрав России. М., 2009.

3. An experimental method for measuring the radon-222 emanation factor in rocks / C. Ferry, P. Richon, A. Beneito, J. Cabrera, J.-C. Sabroux // Pergamon, Radiation Measurements 35, 2002. P. 579 - 583.

УДК 541.183

ПРИРОДНЫЕ И МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЦЕОЛИТЫ КАК АДСОРБЕНТЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

М.В. Обуздина1

Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского,15.

Изучены физико-химические и адсорбционные свойства природных и модифицированных цеолитов месторождений Восточного Забайкалья. Установлены изменения характеристик цеолитов при контакте с модификаторами -гексаметилдисилазаном [(CH3)3Si-]2NH, тетраэтоксисиланом (С2И50)48|, а также в процессах термической обработки расходных материалов. Сопоставлена эффективность изученных цеолитов в процессах адсорбции нефтепродуктов из водных сред. Полученные результаты позволили рекомендовать изученные цеолиты для использования в качестве адсорбентов в процессах доочистки нефтесодержащих сточных вод предприятий железнодорожного транспорта. Ил. 6. Табл. 4. Библиогр. 12 назв.

Ключевые слова: сточные воды; адсорбенты; доочистка; модификация; сорбционная активность.

NATURAL AND MODIFIED ZEOLITES AS PETROLEUM PRODUCT ADSORBENTS FROM INDUSTRIAL

WASTEWATER

M.V. Obuzdina

SEI HPE Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.

The authors study physico-chemical and adsorption properties of natural and modified zeolites from Eastern Transbaikalia deposits. They specify zeolite characteristic changes when in contact with modifiers - hexamethyldisilazan [(CH3) 3Si-] 2NH, tetraethoxysilan (S2H50) 4Si, as well as in the process of heat treatment of consumables. The efficiency of the studied zeolites in the adsorption processes of petroleum products from aqueous media is compared. The obtained results allowed to recommend the studied zeolites to use as adsorbents in the posttreatment processes of oily wastewater from the enterprises of railway transport. 6 figures. 4 tables. 12 sources.

Key words:wastewater; adsorbents; posttreatment; modification; sorption activity.

Железнодорожный транспорт занимает в России лидирующее положение по объему пассажирских и грузовых перевозок в результате деятельности компании ОАО «Российские железные дороги». Стратегией развития железнодорожного транспорта до 2015 года предусмотрена программа реализации комплекса природоохранных мероприятий, направленных на снижение техногенной нагрузки на объекты окружающей среды и уменьшение экологических рисков про-

изводственной деятельности предприятий отрасли на основе разработки технологий обезвреживания образующихся жидких нефтесодержащих отходов и сточных вод [1].

В локомотивных и вагонных депо, где производится ремонт и обслуживание локомотивов, вагонов и мотор-вагонных составов (электропоездов), вода используется для наружной обмывки подвижного состава; при промывке перед ремонтом колесных пар, те-

1Обуздина Марина Владимировна, аспирант, тел.: 89140050058, e-mail: angelika86@bk.ru Obuzdina Marina Vladimirovna, postgraduate student, tel.: 89140050058, e-mail: angelika86@bk.ru

лежек, подшипников, других узлов и деталей в моечных машинах. Указанные процессы, соответственно, являются источниками образования промышленных сточных вод, содержащих высокие концентрации нефтепродуктов. Так, концентрация нефтепродуктов в сточных водах ряда локомотивных хозяйств ВосточноСибирской железной дороги (ВСЖД - филиала ОАО «Российские железные дороги») колеблется в пределах от 25 до 350 мг/л.

Технологическая схема очистки сточных вод на этих объектах, как правило, включает два основных этапа очистки: механический (нефтеловушки, отстойники) и физико-химический (флотационное обезвреживание), в некоторых случаях и третий - доочистку (адсорбционные аппараты, песчаные или керамзитовые фильтры, фильтрующие кассеты) с дальнейшим направлением очищенных стоков в системы городской канализации (ГК) или на сброс в водоем. Анализ эффективности работы очистных сооружений ТЧ-15 (ВСЖД), проведенный нами, определил необходимость исследований, направленных на разработку технологии глубокой доочистки сточных вод, ввиду несоответствия их при сбросе в ГК установленным нормативам качества по содержанию нефтепродук-тов.Одним из способов очистки сточных вод от нефтепродуктов является извлечение их с помощью адсорбентов с последующей регенерацией [2,3]. В связи с увеличением масштабов загрязнения водных ресурсов нефтепродуктами представляется актуальным поиск новых эффективных и экономически выгодных наполнителей адсорбционных аппаратов и фильтров, сохраняющих свои свойства при различных условиях очистки промышленных сточных вод. С открытием больших запасов природных цеолитов в Восточной Сибири, характеризующихся адсорбционными и ионообменными свойствами, появилась возможность исследовать их в процессах очистки нефтесодержащих сточных вод [4].

В настоящее время известен ряд работ, в которых созданы физико-химические основы применения природных цеолитов и их модификаций, иных слоистых

силикатов для очистки водных сред от дисперсных примесей, ПАВ, нефтепродуктов, катионов. На основе цеолитов разработаны новые эффективные катализаторы и адсорбенты для многих технологических процессов [5]. Однако каждый тип цеолитового сырья обладает индивидуальными свойствами, в том числе и адсорбционными. Степень изученности физико-химических и адсорбционных свойств цеолитов различных месторождений неодинакова.

Объектом представленных исследований являются месторождения цеолитового сырья Восточного Забайкалья: Холинское, Шивыртуйское, Талан-Загорское. Цель данной работы - изучение возможности применения природных цеолитов этих месторождений в качестве адсорбентов нефтепродуктов из сточных вод предприятий железнодорожного транспорта и выявление общих закономерностей процессов адсорбции нефтяных соединений на природных и модифицированных цеолитах. Следует отметить, что месторождения цеолитсодержащих туфов территориально расположены вблизи объектов ВСЖД, что определило и экономическую целесообразность данной работы.

Известно, что природные цеолиты и цеолитсо-держащие породы, являясь широко распространенным и дешевым минеральным сырьем, обладают уникальным спектром физических, физико-химических и адсорбционных свойств, благодаря чему они нашли широкое применение во многих отраслях народного хозяйства, в том числе и в практике очистки природных и сточных вод [6,7]. Поскольку цеолиты являются сложными и непостоянными по составу многокомпонентными системами, их свойства существенно зависят не только от содержания цеолитовой фазы, но и от условий формирования цеолитизированных осадочных пород и характера примесей [8].

Холинское месторождение цеолитсодержащих пород (клиноптилолитового типа), расположенное в 45 км севернее ст. Могзон, по разведанным запасам, качеству минерального сырья, горно-геологическим условиям и экономическому положению представляется

2500 2000

\ЛГатепитЬегст-1

Рис.1. ИК-спектр природного цеолитсодержащего туфа Холинского месторождения

наиболее крупным и выгодным для промышленного освоения среди других известных месторождений в пределах Восточной Сибири. Разведанные запасы месторождения оцениваются в 511 млн т, прогнозные запасы - более 1 млрд т.

Данные минералогического, рентгенофазового, химического анализов и ИК-спектроскопии показали, что исследуемые цеолитсодержащие туфы Холинско-го месторождения содержат: клиноптилолит 60-66%; монтмориллонит 3-5%; кварц 3-5%; микролин 3-5%; кристобалит 10-12%; рентгеноаморфная фаза 10-12%

[9].

Клиноптилолит - это цеолитовый материал, который хорошо диагностируется методом рентгенофазно-го анализа по набору рефлексов на дифрактограмме и инфракрасной спектроскопии. Характеристические полосы поглощения на ИК-спектрах Холинских цео-литсодержащих туфов проявляются при волновых числах 610 см-1 и 1220 см-, что характеризует колебания внешнететраэдрических Б—О —А1-связей (рис.1). Химический состав цеолитсодержащих пород Холинского месторождения (%): БЮ2 (65,72-70,89); ТЮ2 (0,07-0,23); Л^СЬ (11,52-13,18); Ре2С>3 (0,44-1,97); РеО (0,17-0,73); СаО (1,17-1,89); МдС (0,25-0,62); МпС (0,05-0,18); N820 (1,7-2,97); К20 (3,19-4,59); Р2С5 (0,04~0,054); Сб20 (0,013); ^0 (0,045); БС (0,07); БО3 (0,13).

Микроэлементный состав (%): Си (0,0001-0,0008); гп (0,006); Т1 (0,06-0,13); Мп (0,001-0,18); Бг (0,0060,03); Р (0,00-0,04); РЬ (0,002-0,005); Бп (0,0003); Мо (0,0002); гг (0,03); Ве (0,001-0,008); У (0,004); Ва (0,003-0,04); Лд (0,000014); Аб (0,001-0,03); РЬ (0,001).

Не обнаружены: Сг, V, W, Nb, Се, Cd, Нд, Со.

Текстурно-геометрические характеристики цеолитсодержащих туфов Холинского месторождения свидетельствуют об их высокой пористости - 40,87% при среднем радиусе пор (по объему) 0,3617 мкм и поверхности микропор 6,214 мкм.

Важнейшей особенностью Шивыртуйского месторождения является принадлежность практически всей массы пород к полезным ископаемым. При этом основными полезными ископаемыми являются туфы и туффиты, попутными - вмещающие породы; все они в различной степени цеолиторесурсны до глубины 100 м. Минеральный состав цеолитсодержащих туфов Шивыртуйского месторождения: клиноптилолит из группы цеолитов - 4-85%; монтмориллонит (смектит и смешанослойный агрегат гидросерицит - монтмориллонит) - 4-91%, кальцит - 0-23%; примеси - опал, кристобалит, каолинит, гидросерицит, биотит, турмалин.

Талан-Загорское месторождение шабазитсо-держащих андезитбазальтов находится в 8-10 км южнее г. Краснокаменска. По гранулометрическому составу цеолитсодержащие туфы Талан-Загорского месторождения относятся к замельченным. В составе породы основным компонентом является шабазит. Также в небольших количествах развиты: морденит, анальцит и гейландит.

Монтмориллонит-цеолитсодержащие породы Шивыртуйского месторождения и шабазитсодержащие андезитобазальты Талан-Загорского месторождения

не уступают Холинским туфам по технологическим свойствам, но имеют повышенное содержание примесей: железа, кварца, слюд, монтмориллонита и полевого шпата [8].

Как уже указывалось, Холинское месторождение цеолитсодержащих туфов является наиболее значимым и, поэтому, в данной работе изучению этих минералов отведено особое место.

Основу структуры природных цеолитов составляет каркас из алюмокремнекислородных тетраэдров [Л1, Б1]С4, в которых каждый из четырех атомов кислорода, находящийся в вершинах тетраэдра, одновременно принадлежит двум смежным тетраэдрам, что обеспечивает такой структуре (неорганический полимер) сравнительно большую прочность. Атомы кремния и алюминия размещаются в центрах тетраэдров. Основной особенностью структуры цеолитов является наличие в каркасе больших пустот, объединяющихся в своеобразные открытые каналы. В каналах находятся катионы, уравновешивающие отрицательный заряд тетраэдров [Л1, Б1]С4, а также молекулы воды, которые сравнительно слабо связаны с каркасом и катионами и могут подобно катионам удаляться и замещаться без разрушения связей каркаса. Цеолиты относятся к разряду микропористых сорбентов с размером микро-пор 0,5-1,5 нм. Диаметры пор не превышают 10 А.

Кремнекислородные и алюмокислородные тетраэдры в структуре-цеолита упакованы довольно рыхло, и образующиеся между ними пустоты заполнены водой, которую можно удалить путем нагревания цеолита, не разрушая при этом его каркаса. Свободные от воды поры могут быть заполнены различными веществами (щелочными и щелочноземельными), эффективные размеры которых не превышают диаметра входного окна.

Именно эти особенности и определяют уникальные свойства минералов данного класса: молекуляр-но-ситовой, разделяющий эффект; высокую ионообменную, сорбционную и каталитическую способности. Они являются типичными микропористыми адсорбентами со строго регулярной структурой. Их каркасы являются открытыми структурами, в которых отдельные звенья расположены менее плотно, чем у других алюмосиликатов. Кроме того, система регулярных каналов и сообщающихся полостей значительно увеличивают их поверхность [6,7]. Дегидратированные образцы способны сорбировать молекулы различных веществ, размеры которых не превышают диаметра входных пор. При процессе адсорбции и ионного обмена цеолиты проявляют тенденцию к селективному поглощению определенных молекул и ионов.

Одним из перспективных направлений в очистке сточных вод является создание более эффективных сорбентов путем модификации поверхности материалов природного происхождения с целью расширения спектра извлекаемых из водных сред примесей и повышения их селективности [10]. Поэтому были изучены сорбционные свойства образцов природных цеолитов и образцов термически и химически модифицированных.

Процессы сорбции нефтепродуктов на природных

и модифицированных цеолитах изучались на модельных растворах. Как известно, концентрация растворенных нефтепродуктов в воде определяется химическим составом и структурой молекул загрязнения. В табл.1 представлена растворимость различных нефтепродуктов в воде.

Таблица 1

Вещество Химическая формула Растворимость

Нефть С5 - С40 10-15

Дизельное топливо С14 - С20 8-22

Керосин С9 - С-|8 2-5

Бензин С5 - С12 9-505

Мазут С16 - С40 0,01-2,00

Пентан С5Н12 38,5

Бензол С6Н6 1780,0

Толуол С7Н9 515,0

Количественный и качественный составы нефтепродуктов определяли в сточных водах методами инфракрасной спектроскопии (ИКС), газожидкостной хроматографии (ГЖХ), а также гравиметрии.

Методика проведения экспериментов по адсорбционной очистке сточных вод достаточно апробирована. Поэтому изучение процессов сорбции в статических и динамических условиях проводили известными методами [11].

Адсорбционную способность цеолитсодержащих туфов по отношению к нефтепродуктам сравнивали с адсорбционной способностью активированного угля марки КАД, который применяется в качестве адсорбента в системах очистки сточных вод объектов железнодорожного транспорта. На рис. 2 представлены кривые сорбционной емкости цеолитсодержащих туфов клиноптилолитового типа Холинского месторождения и активированного угля в зависимости от продолжительности контактирования с нефтепродуктами.

-акт. уголь

20 40 60

продолжительность, мин

Рис. 2. Кривые сорбционной емкости цеолитсодержащих туфов (1) и активированного угля (2) в зависимости от продолжительности контактирования с нефтепродуктами, присутствующими в сточных водах

Величину адсорбции находили по разнице содержания нефтепродуктов в сточной воде до и после адсорбции. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что природные цеолитсодержа-щие туфы обладают хорошей адсорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам. Исследова-

ния сорбционных процессов в статических условиях проводили при различных исходных концентрациях нефтепродуктов в модельных водах: 27 мг/л; 64 мг/л; 114 мг/л.

Статическая адсорбционная емкость адсорбента (А, мг/г) определяется по формуле

А= (Си - Ск )*У/ т где Си и Ск - исходная и конечная концентрации нефтепродуктов в растворе, мг/л; V - объем раствора, л; т - навеска сорбента ,г.

При оценке термической устойчивости цеолитсодержащих туфов Холинского месторождения методом термографического анализа нами установлено, что на термограмме наблюдаются два эндотермических эффекта, связанных с потерей адсорбированной (160240 °С) и конституционной воды (400-550 °С). При этом теряется до 4,8 % массы. Экзотермический эффект при 800-900 °С свидетельствует о разрушении структуры клиноптилолита. Исходя из данных термографического анализа, можно предполагать, что с потерей адсорбционной и конституционной воды адсорбционная емкость цеолитсодержащих туфов должна увеличиться.

В связи с этим была проведена термическая модификация исследуемых материалов. Установлено, что сорбционная емкость цеолитсодержащего туфа максимальна при его термической обработке при температуре 350°С, а при увеличении температуры обработки до 600°С она резко снижается. Вероятно, это связано с удалением при температуре 350°С воды, координационно-связанной с обменными катионами и кислородным каркасом, а также высвобождением микрокапилляров, что и приводит к увеличению поверхности адсорбции [7]. Об изменении структуры природных цеолитов при термической обработке свидетельствует и характер полученных ИК-спектров (рис. 3,4).

При температуре 600°С и выше протекает процесс конденсации ОН-групп, при этом разрушаются функциональные активные центры в структуре клиноптилолита и адсорбционная емкость резко снижается. Следовательно, цеолитсодержащий туф, термически модифицированный при температуре 350°С может быть рекомендован в качестве сорбента или фильтрующего материала при очистке нефтесодержащих сточных вод.

Регенерацию термически модифицированных цеолитов осуществляли промывкой горячей водой с последующим их обжигом при температуре 300°С в течение 30 минут. После обжига цеолиты приобретают рыхлую структуру и полностью восстанавливают свои сорбционные свойства.

В целях улучшения адсорбционных характеристик слоистых силикатов, к которым относятся исследуемые цеолиты, впервые исследован процесс химической модификации для получения алюмосиликатных сорбентов с гидрофобизированной поверхностью.

В качестве модификаторов поверхности исходных (природных) цеолитов нами предложены гексаметил-дисилазан (ГМДС) и тетраэтоксисилан (ТЭОС).

цеолит

1,4

<5 0,6

0,4

0,2

0

3500 3000 2S00 года 15(Ю КИЮ МО

Wave number cni-1

Рис. 3. ИК-спектр цеолитсодержащего туфа Холинского месторождения, термически модифицированного при температуре 350°С

BRUKEI

2000 1500

W^ve number стЛ-1

Рис. 4. ИК-спектр цеолитсодержащего туфа Холинского месторождения, термически модифицированного

при температуре 600 °С

Тетраэтоксисилан (С^^^ - эфир ортокрем-невой кислоты. Физико-химические свойства ТЭОС представлены в табл. 2.

Таблица 2

Молекулярная масса 208,338

Плотность, г/см3 0,9334

Кинематическая вязкость, мм2/с 0,7 - 0,8

Массовая доля основного вещества, % не менее 98,0

Массовая доля примесей, % не более 2,0

в том числе этилового спирта, % не более 0,65

Температура кипения, и0 168,5

Температура плавления, 0 минус 82,5

Температура самовоспламенения, 0О 180

Температура вспышки, 0О не ниже 25

Показатель преломления 1,383

Гексаметилдисилазан [(CH3)3Si-]2NH - прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом. Физико-химические свойства ГМДС представлены в табл. 3.

Таблица 3

Молекулярная масса 161,4

Плотность при 20оС, кг/м3 773 - 778

Массовая доля основного вещества, %, не менее 98

Массовая доля примесей, %, не более 2,0

Массовая доля азота, % 8,68

Температура кипения, 0О 126

Температура самовоспламенения, 0 315

Температура вспышки, 0О минус 9

Показатель преломления 1,4080

Процесс адсорбции нефтепродуктов из сточных вод химически модифицированными цеолитами изу-

27 мг/л

64мг/л -

-114 мг/л

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 время сорбции, ч.

- 27 мг/л

64мг/л •

-114 мг/л

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 время сорбции, ч.

а б

Рис. 5. Зависимости сорбции нефтепродуктов цеолитом, модифицированным ГМДС (а) и ТЭОС (б)

а б

Рис. 6. Зависимости сорбции нефтепродуктов цеолитом, модифицированным ГМДС и ТЭОС от

величины рН (а) и температуры (б)

чен при оценке влияния различных факторов - времени контакта сорбента с раствором, pH среды, температуры [12]. Полученные зависимости представлены на рис. 5 - рис. 6.

Экспериментальными исследованиями установлено, что максимальная сорбционная емкость для цеолитов наблюдается в области значений pH = 6-8, а при изменении температурного режима максимальная сорбционная емкость наблюдается в области температурных значений 295-300 К.

Сравнительная характеристика сорбционной емкости (мг/г) цеолитов, термически и химически модифицированных, по отношению к нефтепродуктам, присутствующим в модельных сточных водах в различных концентрациях, представлена в табл. 4.

Таким образом, максимальной адсорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам обладает цеолит, модифицированный ТЭОС, что позволяет рекомендовать его для практического использования на стадии доочистки сточных вод предприятия ТЧ-15 (ВСЖД).

Дальнейшие исследования были направлены на изучение возможности получения эффективных сор-

бентов нефтепродуктов на основе кислотной активации природных цеолитов монтмориллонитового типа Шивыртуйского месторождения в целях сопоставления сорбционной активности модифицированных цеолитов различных месторождений и разработки технологического регламента их применения.

Таблиц

а 4

Модификация 27 мг/л 64 мг/л 114 мг/л

Природный 0,25 0,975 2,575

цеолит

Температура 3500С 0,5 1,475 2,775

ГМДС 0,6375 1,55 2,7875

ТЭОС 0,6625 1,575 2,8125

В заключение отметим, что результаты проведенных исследований показывают принципиальную возможность использования природных и модифицированных различными способами цеолитсодержащих туфов Восточного Забайкалья в процессах сорбцион-ной доочистки нефтесодержащих сточных вод предприятий железнодорожного транспорта.

Библиографический список

1. Афанасьев О.М., Панин А.В. Снижение экологических рисков производственной деятельности предприятий железнодорожного транспорта путем внедрения технологии переработки образующихся жидких нефтесодержащих отходов // Безопасность жизнедеятельности. 2009. №6. С. 22-29.

2. Бордунов В.В, Бордунов С.В., Леоненко В.В. Очистка воды от нефти и нефтепродуктов // Экология и промышленность России. 2005. №8. С. 24-26.

3. Герасимова В.Н. Природные цеолиты как адсорбенты нефтепродуктов // Химия в интересах устойчивого развития. 2003. № 11. С. 481-488.

4. Свиридов А.В., Ганедных Е.В., Елизаров В.А. Алюмоси-ликатные сорбенты в технологиях очистки воды // Экология и промышленность России. 2009. №11. С. 28-30.

5. Руш Е.А. Совершенствование технологий сорбционной очистки сточных вод от тяжелых металлов для предприятий

3

и 1,5

0

Ангарской промышленной зоны. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. 195 с.

6. Челищев Н.Ф. Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 176 с.

7. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев: Наукова Думка, 1989. 222 с.

8. Хатькова А.И. Минерально-технологическая оценка промышленного цеолитсодержащего сырья для обоснования методов обогащения и получения товарной продукции.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Чита: Изд-во ЧИТГу, 2004. 36 с.

9. Смит. А. Прикладная ИК-спектроскопия. М.: Мир, 1982. 327 с.

10. Хараев Г.И, Хантургаева Г.И, Захаров С.Л, Ширетова В.Г. Очистка от нефтепродуктов природными цеолитсодер-жащими туфами // Безопасность жизнедеятельности. 2007. №2. С. 29-32.

11. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. М.: Химия, 1982. 168 с.

12. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с.

УДК 628.1 (1-21) ББК 38.761

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ СИСТЕМ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ

В.Р. Чупин1, А.С. Душин2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Обоснована необходимость комплексной оценки надежности систем подачи и распределения воды. Предложена методика оптимизации параметров реконструируемой системы водоснабжения с учетом надежности водообес-печения.

Ил. 7. Табл. 3. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: оценка надежности; водообеспечение; система подачи и распределения воды; оптимизация; повышение надежности.

RELIABILITY IMPROVEMENT OF OPERATING WATER SUPPLY AND DISTRIBUTION SYSTEMS V.R. Chupin, A.S. Dushin

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The authors prove the necessity of a comprehensive assessment of the reliability of water supply and distribution systems. They suggest a procedure for the parameter optimization of the water supply system under reconstruction, taking into account the reliability of water supply. 7 figures. 3 tables. 1 source.

Key words: assessment of reliability; water supply; system of water supply and distribution; optimization; improvement of reliability.

Как и любая система массового обслуживания, система подачи и распределения воды (СПРВ) должна выполнять функции водообеспечения потребителя, сохраняя во времени установленные технологические параметры в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации, а также регламентам технического обслуживания и ремонта.

Сохранение первоначальных свойств надежности водообеспечения СПРВ является одной из основных задач, стоящих перед эксплуатирующими организациями. Вместе с тем, как показал анализ существующих СПРВ, многие из них эти свойства потеряли. Причиной этому явились не всегда обоснованные решения по выбору схем зонирования сетей, выводу из работы отдельных магистралей, несвоевременные восстановительные работы и отказ запорно-регулирующей арматуры.

Случайный характер процесса водопотребления и возникновения аварийных ситуаций, а также появление новых потребителей, которые не всегда соответствуют генпланам развития городов, приводят к потере первоначальных свойств надежности водообеспечения и, следовательно, к уменьшению пропускной способности и управляемости системы в целом. При этом возникает ряд задач, связанных с перераспределением потоков, включая перекладку отдельных участков сети и реконструкцию насосных станций. Решение этих задач сводится к оптимизации работы водопроводной сети с учетом стохастического характера процессов потребления воды, динамики развития системы и вероятности возникновения внештатных ситуаций (аварийных отключений). Задача оптимизации заключается в том, чтобы с помощью изменения структуры и параметров сети создать резерв по про-

1 Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, декан факультета строительства и городского хозяйства, тел.: (3952) 405145.

Chupin Victor Romanovich, Doctor of technical sciences, professor, dean of the faculty of Civil Engineering and Municipal Economy, tel.: (3952) 405145

2Душин Алексей Сергеевич, аспирант, тел.: (3952) 451747, 89149412320, e-mail: a.s.dushin@mail.ru Dushin Aleksey Sergeevich, tel.: (3952) 451747, 89149412320, e-mail: asdushin@mail.ru