CC BY
22The mathematical model of optimization of the main dimensions of the tanker of mixed (river-sea) navigation. A feature of the model is the direct calculation of the mass of the metal case, a detailed calculation of the propulsion of the vessel. Simplified graphic method of determining the main dimensions for conventional line operation.
Статья поступила в редакцию 19.06.2017 г.
УДК 502.3; 656.6
B.Л. Этин, д.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ»
C.В. Васькин, доцент, к.т.н. ФГБОУ ВО «ВГУВТ» М.С. Дмитриева, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУДНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ КАК ЭЛЕМЕНТА ВНЕСУДОВОЙ ПРИРОДООХРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Ключевые слова: внесудовая очистка, предотвращение загрязнения водоемов, судовые отходы, проектирование судов экологического назначения
Одним из аспектов загрязнения водных объектов является эксплуатация судов. Для предотвращения загрязнения водоемов используют разные способы обработки судовых отходов. Одним из них является применение внесудовых природоохранных средств, включающих суда-сборщики и суда комплексной переработки отходов (СКПО). В настоящее время отсутствует методика проектирования таких судов, учитывающая особенности используемой техники и технологии, а также интенсивность судоходства в районе плавания.
Основным источником загрязнения водных объектов при эксплуатации судов являются сточные (СВ), нефтесодержащие (НВ) воды и мусор.
Предотвращение загрязнения водной среды указанными видами отходов предусматривается различными нормативно-правовыми и нормативно-техническими документами, такими как Водный кодекс РФ, Кодекс внутреннего водного транспорта РФ, Санитарные правила и нормы, Правила Российского Речного Регистра, Правила Морского Регистра Судоходства и др.
Существует два основных способа избавленияот образующихся на судне загрязнений: обработка непосредственно на борту судна и передача на внесудовые природоохранные средства.
Первый способ предполагает применение специальных судовых систем для очистки сточной и нефтесодержащей воды, а также устройств для обработки мусора (инсинераторов, установок для прессования и измельчения). Достоинствами этого способа являются большая автономность плавания судна по условиям экологической безопасности, сокращение простоев, минимальные объемы накопительных емкостей, что увеличивает экономическую эффективность судов, имеющих на борту природоохранное оборудование. К недостаткам относятся сложность и высокая стоимость подобных систем, необходимость дополнительных затрат энергии и расходных материалов. Данный способ получил распространение преимущественно на морских судах и судах смешанного («река-море») плавания [1].
Выбор оптимальных технологических схем очистки загрязнений с судов - достаточно сложная задача, обусловленная широким интервалом варьирования начальных
В.Л. Этин, С.В. Васькин, М.С. Дмитриева
Выбор основных характеристик судна экологического назначения как элемента внесудовой ...
концентраций загрязняющих веществ в судовых НВ и СВ, а также высокими требованиями, предъявляемыми к качеству очищенной воды, сбрасываемой в водоем.
В судовых установках для очистки и обеззараживания сточных вод (ООСВ) нашли применение механические, химические, физико-химические, физические, биохимические и комбинированные методы очистки. При очистке СВ наиболее часто используются:
- отстаивание (седиментация);
- фильтрация;
- коагуляция;
- обеззараживание;
- флотация.
По методу механической очистки работают установки типа « HL-CONT» (Германия). Биохимический метод очистки сточных вод применяется в установках «Био-Компакт» (Германия), «СТП» (Финляндия). Физико-химический метод очистки СВ на судах используется чаще -например, установки типа «СТОК» и «ЭОС» (Россия).
Наиболее распространенными методами очистки судовых НВ являются:
- флотация;
- фильтрование;
- коагуляция;
- адсорбция;
- отстаивание.
Кроме того, разработаны и рекомендованы к применению такие методы, как окисление остаточных нефтепродуктов озоном, очистка в поле центробежных сил, кавитационная очистка [1] и др.
На судне для очистки нефтесодержащих вод используются сепараторы «Фрама-рин» (Германия), «Аквамарин» (Швеция), «RWO» (Германия), «СТОК» (Россия).
Выбор судового водоочистного оборудования осуществляется по результатам анализа возможности и целесообразности его использования с учетом конкретных обстоятельств, зависящих от типа и проекта судна, района плавания, требований законодательства и некоторых других [2]. Для судов, предназначенных для переработки (очистки) СВ, НВ необходимо учитывать условия сброса этих вод в водоем, которые могут отличаться от регламентированных норм (Санитарные правила и нормы, Правила Российского Речного Регистра и др.). СКПО, а также станции для очистки СВ или НВ могут эксплуатироваться в районах водных путей, где требования к степени очистки вод значительно жестче, чем для обычных (неспециализированных) судов. В частности, на р. Волга отсутствуют участки водного пути, на которых допускается сбрасывать даже очищенные сточные воды [3, 4]. Поэтому требования к водоочистному оборудованию судов экологического назначения также повышаются [5], что требует применения усовершенствованных технологий очистки СВ и НВ.
Внесудовая очистка сточных и нефтесодержащих вод от загрязнений осуществляется с помощью комплекса технических средств на отдельных очистных сооружениях - плавучих или береговых. К внесудовым природоохранным техническим средствам относят целый комплекс средств, которые обеспечивают сбор, транспортировку, временное хранение и очистку воды от загрязнений[2, 6, 7].
Анализ опыта обращения с судовыми отходами иностранных государств показывает, что за рубежом отдается предпочтение использованию судов-сборщиков загрязнений. Сбор судовых отходов в большинстве иностранных портов выполняют несколько компаний-операторов. Это позволяет оптимизировать процесс сбора и утилизации судовых отходов. Следует отметить, что руководство порта заключает договоры на утилизацию отходов с компаниями-операторами, предварительно согласовав количество передаваемых судовых отходов. Таким образом, все судовые отходы, поступающие в порт, делятся между компаниями-операторами, отвечающими за свой
«участок». Ярким примером эффективной утилизации отходов, в том числе и судовых, является Швеция. Сегодня Швеция перерабатывает около 99% всех отходов. Эта страна стала настолько хорошо обращаться с отходами, что вынуждена импортировать 700 тыс. тонн мусора из соседних стран, чтобы получать из нее энергию для своих нужд [8].
Передача загрязнений с судов на внесудовые очистные сооружения может осуществляться по двум основным вариантам: непосредственно на очистное сооружение и с использованием промежуточного звена - судна-сборщика или судна-накопителя [7].
На внутренних водных путях РФ наиболее распространенным вариантом предотвращения загрязнения гидросферы является применение судов-сборщиков для сбора судовых СВ, НВ и мусора и их транспортировки на береговые очистные сооружения или суда комплексной переработки отходов (СКПО) для последующей очистки [2].
Передачу загрязнений с судов на береговые очистные сооружения осуществляют следующим образом: скапливающиеся в сборных цистернах СВ, НВ и мусор передают на судно-сборщик, который оборудован специальными емкостями и системами вакуумного приема, позволяющими принимать загрязнения с обслуживаемых судов. После заполнения накопительных емкостей судно-сборщик направляется к ближайшему специализированному причалу или СКПО, где осуществляется передача загрязнений на береговые очистные сооружения или СКПО соответственно. При этом эффективность передачи загрязнений на береговые очистные сооружения зависит от пропускной способности системы «судно-сборщик - специализированный причал», удаленности специализированных причалов от места дислокации судна. Объемы перевозимых судами-сборщиками НВ, СВ и мусора зависят от количества обслуживаемых судов. Таким образом, основными характеристиками судов-сборщиков будут являться:
- вместимость емкостей по разным видам отходов;
- скорость хода;
- автономность плавания;
- класс судна;
- производительность систем перекачки отходов на берег.
Преимущество использования судов-сборщиков заключается в возможности обслуживать суда, стоящие на рейде; обеспечивать подход к судам, для которых подход к берегу недоступен; одновременного проведения приема отходов и грузовых операций [9].
В период интенсивной навигации, когда в портах находится большое количество пассажирских судов, собрать весь объем скапливающихся на них загрязнений с помощью судов-сборщиков проблематично. К тому же объемы сборных цистерн современных пассажирских судов часто в несколько раз превышают аналогичные объемы, имеющиеся на судах-сборщиках. Необходимо отметить тот факт, что бассейны внутренних водных путей нашей страны имеют недостаточно развитую инфраструктуру по организации приема, сдачи и последующей переработке судовых отходов. Причем, в настоящее время наблюдается тенденция к сокращению количества устройств для приема отходов с судов. Решением данных проблем может стать применение СКПО. При этом часть судов будут сдавать отходы непосредственно на СКПО, другие - на суда-сборщики [6]. Кроме того, применение СКПО целесообразно на реках Сибири и Дальнего Востока, где расстояние между внесудовыми пунктами для приема СВ, НВ и мусора достаточно велико [10].
Основными характеристиками СКПО будут являться:
- производительность по НВ, СВ и мусору;
- технология обработки загрязнений;
- класс судна;
- автономность плавания;
В.Л. Этин, С.В. Васькин, М.С. Дмитриева
Выбор основных характеристик судна экологического назначения как элемента внесудовой ... - скорость хода.
Для оптимизации внесудовой переработки отходов необходимо выбрать и правильно спроектировать судно экологического назначения (судно-сборщик или СКПО) с учетом района его эксплуатации, определяющего такие характеристики судна, как вместимость по различным видам отходов или производительность их переработки, требуемая степень очистки, класс судна, скорость хода, автономность плавания. При этом необходимо учитывать информацию о наличии и производительности береговых очистных сооружений, которые также являются важным элементом технологии вне-судовой переработки отходов.
Размеры судна можно определить по известной массе его D. Массовое водоизмещение судна вычисляется по известному уравнению масс [11]:
D = IPi + IPj, (1)
где D - масса судна, т;
ZPi - массы, зависящие от элементов и характеристик проектируемого судна (масса
корпуса, энергетической установки, топлива и смазок и др.); ZPj - массы, не зависящие от элементов и характеристик проектируемого судна.
Составляющие Pj представляют собой массу перевозимого груза, различных запасов, экипажа - то есть всего того, что может быть снято с судна либо принято на него без нарушения его конструктивной целостности. Сумму этих масс называют чистым дедвейтом DW0 [11].
При проектировании судна компоненты Pi определяются различными методами: как функции водоизмещения или главных размерений, в форме коэффициентов утилизации водоизмещения, с помощью коэффициентов Нормана, а также дифференциальным способом. Величины Pj не зависят от характеристик проектируемого судна и считаются постоянными для любого варианта проектируемого судна, соответствующего одним и тем же исходным данным, т.е. заданию на проектирование.
Для судов экологического назначения, таких как СКПО, суда для сбора и переработки сточных и нефтесодержащих вод, значительную долю в нагрузке масс будет иметь специализированное водоочистное оборудование как один из элементов Pi, величина которого будет зависеть от производительности систем очистки используемой в них технологии. Производительность, в свою очередь, зависит от интенсивности судоходства в районе эксплуатации судна.
Для судов-сборщиков отходов при разработке проекта необходимо правильно задать такую их характеристику, как грузоподъемность, входящую в дедвейт судна [9] и зависящую от типа и количества обслуживаемых сборщиком судов.
Таким образом, основной задачей исследований будет являться установление связи основных характеристик судна экологического назначения с видом и количеством подлежащих обработке судовых отходов, зависящих в свою очередь от интенсивности судоходства в районе эксплуатации.
Список литературы:
[1] Мизгирев Д.С. Научное обоснование технических решений и разработка на их основе систем для судов комплексной переработки отходов: дис. ... д-ра техн. наук:05.08.03:защищена 12.10.2016 / Мизгирев Дмитрий Сергеевич. - Н.Новгород., 2016. - 571 с.
[2] Решняк В.И. Исследование процесса образования сточной воды на судах / Решняк В.И., Посашкова С.Е., Решняк К.В.; Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала СО Макарова. - 2010. - №. 4 (8).
[3] СанПиН 2.1.5.980-00. «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Введ. 01.01.2001 г.
[4] СанПиН 2.5.2-703-98. Водный транспорт. Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Введ. с 01.06.1998 г.
[5] Водный кодекс Российской Федерации от 03.06. 2006 N 74-ФЗ (ред. от 31.10. 2016)// Российская газета, N 121, 08.06. 2006.
[6] Решняк К.В. Технология внесудовой переработки судовых загрязнений/ Решняк К.В., По-сашкова С.Е.; Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала СО Макарова. - 2011. - №. 1 (9)
[7] Решняк В. И. Организация очистки нефтесодержащей подсланевой воды при эксплуатации судов //Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала СО Макарова. - 2012. - №. 1 (13).
[8] Раздельный сбор мусора [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rodovid.me/ razdelnyi_sbor_musora/kak-shveciya-sdelala-revolyuciyu-v-pererabotke.html
[9] Давыдова С.В. Проектирование судов экологического назначения. Ч.2. Общее устройство и специализированное оборудование судов экологического назначения : учеб. пособие для студ. оч. изаоч. обуч./ С.В. Давыдова, Е.П. Роннов. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ». -2012. - 76 с.
[10] Горин Н.Л. Повышение автономности плавания судов речного флота по условиям экологической безопасности / Горин Н.Л., Васькин С.В., Этин В.Л.; Речной транспорт (XXI век). 2011. - № 6(54). - С. 62-63
[11] Роннов Е.П. Проектирование судов экологического назначения. Ч1. Введение в теорию проектирования судов: учеб. пособие / Е.П. Роннов. - Н.Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ». - 2010. - 136 с.
THE CHOICE OF THE MAIN CHARACTERISTICS OF THE SHIP ECOLOGICAL PURPOSE AS PART OF OUT-OF-SHIP ENVIRONMENTAL TECHNOLOGIES
V.L. Etin, S. V. Vas'kin, M.S. Dmitrieva
Keywords: out-of-ship treatment, prevention of water pollution, ship wastes, ship design for ecological purpose
One aspect of water pollution is the operation of ships. To prevent contamination of water bodies use different ways of treating ship generated waste. One of them is the use of out-of-ship environmental assets, including ships-collectors and the ships integrated waste. Currently there is no methods of designing such vessels, taking into account the features used in environmental equipment and technology, as well as the intensity of traffic in the area of operation.
Статья поступила в редакцию 31.05.2017 г.
