CC BY
107
университета ^ИИИ водных коммуникации
УДК502.1/2:656.6 К. В. Решняк,
аспирант, СПГУВК;
С. Е. Посашкова,
аспирант, СПГУВК
ТЕХНОЛОГИЯ ВНЕСУДОВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СУДОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
TECHNOLOGY OF OUT-OF-SHIP POLLUTION TREATMENT
Исследовано одно из направлений предотвращения загрязнения водоемов при эксплуатации судов — внесудовая переработка сточной и подсланевой воды. Разработаны теоретические основы организации внесудовой очистки, технологические схемы и способы размещения внесудовых природоохранных технических средств.
The article investigates on of the directions of the reservoir pollution prevention while ships operating — outside recycling of waste and bilge water. Theoretical basis of arranging out-of-ship treatment, technological plans and methods of locating out-ofship nature protection facilities are worked out.
Ключевые слова: предотвращение загрязнения водоемов, внесудовая очистка, технология.
Key words: prevention of reservoirs pollution, out-of-ship treatment, technology.
К
л ей
АК ИЗВЕСТНО, при эксплуатации судов образуются различные загрязнения, прежде всего это сточная и нефтесодержащая подсланевая вода [1, 2]. Современные природоохранные требования не разрешают сброс таких загрязнений без очистки [3]. Существуют два способа организации очистки судовых загрязнений — с помощью судовых установок и внесудовых природоохранных технических средств.
Организация внесудовой переработки судовых загрязнений предполагает решение следующих основных задач:
— выбор и обоснование технологии внесудовой переработки;
— выбор и обоснование мест расстановки внесудовых природоохранных технических средств на участке водных путей.
Технология внесудовой переработки загрязнений представляет собой совокупность операций по приему загрязнений у судов, временному хранению, транспортировке, передаче на очистные сооружения и очистке. Указанные операции осуществляются в определенной последовательности с помощью комплекса технических средств.
В зависимости от функциональных возможностей (от типа) технических средств каждая операция может быть осуществлена на отдельном техническом средстве или несколько операций могут быть выполнены на одном средстве.
При организации внесудовой очистки сточной и подсланевой воды выбор и обоснование технологии внесудовой очистки определяется возможностью или целесообразностью использования определенных технических средств с учетом конкретных условий для определенного участка водных путей. К упомянутым условиям прежде всего относятся: география участка водных путей, количество и тип судов, работающих на рассматриваемом участке водных путей, наличие населенных пунктов и некоторые другие.
В табл. 1 приведены несколько вариантов применения разных комплексов технических средств для организации вне-судовой очистки судовых загрязнений. Указанные в таблице варианты технологии внесудовой очистки не исчерпывают все возможные.
университета ^ИИИ водных дДДДтдр коммуникации
Таблица 1
Технологические схемы организации внесудовой очистки судовых загрязнений
Технологическая операция
Передача судовых загрязнений с судов Временное хранение Транспортировка Передача на очистные сооружения Очистка
На судно-сборщик ОС при его подходе к судам Судно-сборщик ОС С судна-сборщика ОС при подходе к несамоходной плавучей очистной станции Несамоходная плавучая очистная станция
На судно-сборщик ОС при подходе к судам Судно-сборщик ОС С судна-сборщика ОС при подходе к береговым очистным сооружениям Береговые очистные сооружения
На баржу-накопитель при подходе к ней Баржа-накопитель При буксировке баржи-накопителя С баржи-накопителя при подходе к береговым очистным сооружениям Береговые очистные сооружения
Одним из наиболее распространенных вариантов технологии внесудовой очистки сточной и подсланевой воды является вариант, который предполагает применение судов-сборщиков (типа ОС) для сбора загрязнений с судов и транспортировки на береговые очистные сооружения для последующей очистки. Операция хранения судовых загрязнений в данной схеме отсутствует.
Суда ОС обслуживают некоторые районы участка водных путей. Каждый район может обслуживаться одним или несколькими судами ОС. Суда ОС принимают загрязнения с судов, находящихся в пределах районов обслуживания, и доставляют загрязнения на береговые очистные сооружения, которые могут находиться в каком-то месте в пределах рассматриваемого участка водных путей.
Основными параметрами, которые характеризуют организацию сбора и очистки сточной и подсланевой воды по данной технологической схеме, являются:
— интенсивность образования судовых загрязнений на каждом районе обслуживания, т. е. количество загрязнений, образующихся в единицу времени (целесообразно количество загрязнений учитывать за навигацию);
— расстояние от районов обслуживания до мест возможного расположения береговых очистных сооружений;
— скорость доставки загрязнений судами ОС из районов обслуживания до береговых очистных сооружений.
На рис. 1 показан пример участка водных путей, на котором есть три района, обслуживаемые судами-сборщиками: ОС-1, ОС-2 и ОС-3. ?
а
Интенсивность образования судовых о
загрязнений д. на каждом 7-м районе обслуживания позволяет определить количество п судов ОС, необходимое для этого района:
п = д7/ в7>
где в. = Евп — суммарное количество судовых загрязнений, которое может быть принято с судов и перевезено на береговые очистные со-
обслуживания
район обслуживания ОС-1
1 вариант расположения береговых очистных сооружений
Рис. 1. Технологическая схема внесудовой очистки с судами ОС и береговыми очистными сооружениями
оружения n судами ОС в единицу времени (за навигацию) в рассматриваемом районе обслуживания.
Значение параметра g определяется с учетом затрат времени каждым судном ОС на прием и транспортировку НПВ на береговые очистные сооружения.
Общее количество загрязнений G, образующееся за навигацию во всех районах обслуживания рассматриваемого участка водных путей:
G = Я.
Общая производительность W очистки судовых загрязнений на рассматриваемом участке водных путей, а также производительность wm береговых очистных сооружений связаны следующими соотношениями: W = G; w = W/m,
m
где m — количество очистных сооружений.
Береговые очистные сооружения могут быть определенным образом размещены на участке водных путей.
Расстояния от районов обслуживания до мест возможного расположения береговых очистных сооружений, а также скорость доставки загрязнений ОС из районов обслуживания до береговых очистных сооружений позволяют определить оптимальное место расположения береговых очистных сооружений.
В целом в качестве оптимизируемого могут рассматриваться разные параметры.
Например, оптимальным размещением считается такое, которое обеспечивает наименьшие общие затраты времени на доставку загрязнений районов сбора до береговых очистных сооружений.
Каждое (/-е) судно ОС затрачивает некоторое время на доставку загрязнений к очистным сооружениям: 25.. /V.,
V V у
где: 5.. — расстояние /-го судна-сборщика до сооружений, которые размещены по .-му варианту;
V. — средняя скорость /-го судна-сборщика на пути доставки загрязнений на очистные сооружения, расположенные по .-му варианту, и возвращения в свой район обслуживания.
За навигацию каждое судно-сборщик делает прейсов на очистные сооружения. Время, которое каждое судно-сборщик затратит на доставку загрязнений на очистные сооружения за навигацию, составит Т. = п. Г.. Общие затраты времени для всех судов-сборщиков за навигацию для у-го варианта размещения станции будет равно Т. = ЕТ ..
Например, для ОС-1 (см. рис. 1) время на доставку загрязнений на очистные сооружения, которые расположены по 1-му варианту нахождения, составит ^ = 5 /V11 Аналогично
для ОС-2: 121 = 521 К и ОС-3 — {31 = 531 ^31.
Общие затраты времени всех судов ОС при 1-м варианте размещения очистных сооружений:
Т1 = п11 ( 511 /К11> + п21 (521 ^ + п31 (531 /К31 ).
Аналогично для 2-го и 3-го вариантов расстановки общие затраты времени составят:
T2 = П12 ( S12 /VJ + П22 (S22 /V22) + П32 (S32 /V32 ) и T3 = п13 ( S13 /VJ + n23 (S23 /v23 ) + n33 (S33 /V33 )'
Понятно, что при организации внесудо-вой очистки необходимо выбирать такой вариант расположения очистных сооружений, при котором общие затраты времени будут
минимальными, то есть T ^ min.
' j
Таким образом, оптимальному расположению очистной станции будет соответствовать наименьшее из предварительно рассчитанных значений T, T2 и T3.
Выше показано, как можно находить оптимальное решение при использовании одних очистных сооружений для очистки судовых загрязнений.
При использовании в рассматриваемой технологии нескольких очистных сооружений, которые имеют разную производительность очистки воды, оптимальное решение может быть получено путем определения оптимального плана перевозок методом северозападного угла [4].
Рассмотренная выше технология внесу-довой очистки обладает одним недостатком. В некоторый момент времени может возникнуть ситуация, когда возникает потребность сдачи судами накопленных загрязнений под-сланевой воды, а судно ОС в этот момент времени не будет готово к их приему.
Решение указанной проблемы обеспечивается в технологии внесудовой очистки судовых загрязнений с использованием
барж-накопителей, которые размещены в определенных местах участка водных путей и принимают загрязненную воду с судов, обеспечивая ее временное хранение. При этом баржи-накопители одновременно играют роль буферных емкостей, которые сглаживают неравномерность между графиком поступления загрязнений и графиком их передачи на очистной комплекс (например, суда для комплексной переработки отходов — СКПО).
На рис. 2 показан участок водных путей и несколько районов обслуживания судов, на которых расположены баржи-накопители.
По мере заполнения барж-накопителей загрязнениями к ним подходят СКПО для приема загрязнений и последующей очистки.
Основными параметрами, которые характеризуют данную технологическую схему, являются:
— суточная интенсивность накопления загрязнений на каждом районе обслуживания;
— расстояния между баржами-накопителями.
В свою очередь суточная интенсивность д. образования загрязнений на каждом 7-м районе обслуживания позволяет определить общее количество загрязнений О, образующееся за навигационный период Т на всех районах
обслуживания:
О =Т ^
Передача загрязнений с барж-накопителей на СКПО может осуществляться по следующим основным вариантам.
обслуживания 2;
район обслуживания 1; БН-1
п г а
Гш|
Рис. 2. Технологическая схема внесудовой очистки с баржами-накопителями и судами для комплексной переработки отходов
накопление загрязнении на барже-накопителе
1±
Цтах
ГУ«
Цскпо
!-Г
Яскпо—количество загрязнений, которое передается на СКПО
>- декпо
>■ Чскпор
«-Г
СКПО СКПО
СКПО — передача воды на СКПО
СКПО
время
Рис. 3. Изменение количества загрязнений на барже-накопителе
В первом случае судно (одно или несколько) для комплексной переработки отходов осуществляет регулярное перемещение между баржами-накопителями, забирая у них определенное количество загрязнений. Тог -да рабочий объем приемных емкостей каждой баржи-накопителя для каждого района определяется с учетом графика поступления загрязнений с судов и графика передачи загрязнений воды на СКПО. На рис. 3 показано изменение количества загрязнений в навигационный период с учетом приема с судов и передачей на СКПО. Моменты передачи воды на СКПО отмечены вертикальными сплошными, а прием с судов — вертикальными пунктирными линиями.
Анализ этой зависимости показывает наличие максимума накопления а в некото-
1тах
рый момент навигационного периода. ^ Расчетное значение требуемого рабоче-
го объема приемных емкостей баржи-накопи-
ва '
теля V должен составлять
> v: = vq ,
г 1тах
где: к = 1,2 — коэффициент запаса;
а — значение максимального за нартах
вигационный период остатка загрязнений на барже-накопителе с учетом их поступления и передачи на СКПО.
Последнее предполагает, что при организации внесудовой очистки по данной технологии в наличии имеется баржа-накопитель, у которой фактический V. рабочий объем емкостей равен расчетному V.' значению рабочего объема приемных емкостей баржи-накопителя. При этом чаще всего может оказаться так, что для обеспечения приема загрязнений на разных районах обслуживания потребуются баржи-накопители с разным рабочим объемом. Указанные обстоятельства могут создавать понятные трудности в организации внесудовой очистки.
В другом случае организации внесу-довой очистки по рассматриваемой техно -логической схеме могут использоваться те баржи-накопители, которые есть в наличии, а СКПО осуществляет сбор загрязнений по мере их накопления на баржах-накопителях. Недостатком этого варианта может оказаться частое заполнение барж-накопителей, если фактический V. рабочий объем емкостей будет существенно меньше расчетного V., то есть при V. << V.. Как следствие, это приведет к увеличению общего навигационного пробега СКПО и расхода топлива.
Если же фактический V. рабочий объем емкостей будет больше расчетного V., т. е.
V. >> V., это приведет не только к повышению затрат на постройку или приобретение баржи-накопителя, но и к снижению эксплуатационных затрат по СКПО.
В любом случае количество т СКПО, необходимое для переработки всего количества О загрязнений, которые накапливаются на рассматриваемом участке водных путей за навигационный период Т, должно определяться как М = О/м>(Т — * )р,
г 1 т.п.Г '
где: w.—производительность одной установки для переработки загрязнений на СКПО;
р — количество установок для переработки загрязнений на СКПО;
*тп — общее за навигацию время техно-
университета ШИПИ водных дДДДтдр коммуникации
логических перерывов между включениями установок.
Аналогичным образом могут быть разработаны и исследованы другие технологические схемы внесудовой очистки судовых загрязнений. Выбор технических средств, входящих в состав разрабатываемой технологической схемы внесудовой очистки, определяется конкретными условиями участка водных путей. Рассмотренные в настоящей работе варианты технологий можно считать стандартными, на их примере показана методика выбора и обоснования технологических схем внесудовой переработки судовых загрязнений.
Список литературы
1. Решняк В. И. Экология. Охрана окружающей среды на водном транспорте. — СПб.: СПГУВК, 2010. — 105 с.
2. Зубрилов С. П., Косовский В. И. Охрана окружающей среды на водном транспорте. — М: Транспорт, 1987. — 275 с.
3. РД 152.011.00. Наставления по предотвращению загрязнения внутренних водных путей при эксплуатации судов.
4. Решняк В. И., Решняк К. В. Оптимизация КОФ. — СПб.: СПГУВК, 2010. — 35 с.
5. Решняк В. И. Экологическая безопасность при перегрузке нефти и нефтепродуктов в портах. — СПб.: СПГУВК, 2006. — 233 с.
УДК 629.12-8:502.7 А. С. Курников,
д-р техн. наук, профессор, ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»;
Д. С. Мизгирев,
канд. техн. наук, ФГОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»
ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ГАЗООЧИСТКИ ДЛЯ СУДОВ |
КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ *
(Ш
PROBLEMS OF DESIGNING GAS PURIFICATION SYSTEMS FOR THE SHIPS OF COMPLEX WASTE PRODUCTS TREATMENT
Статья посвящена решению актуальной проблемы снижения эмиссий судовых газовых выбросов. Авторами достаточно подробно рассмотрены применяемые в настоящее время способы снижения ток-
