Предотвращение биологического обрастания металлических конструкций оголовка водозаборных сооружений (стр. 2 )

Предложены и апробированы в опытно-промышленных условиях предприятий технологические схемы защиты от биообрастания металлических конструкций оголовка ВЗС, содержащих различные загрязнители. Разработана, экономически обоснована и доведена до стадии практической реализации технология защиты от биообрастания. На основе предложенного способа сконструировано устройство обработки решетки оголовка ВЗС (акты внедрения прилагаются).

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты исследования причин биообрастания решеток оголовка и водоводов водозаборных сооружений в присутствии СВБ;

- результаты исследований по электрохимическому воздействию на решетки водозаборных сооружений, при наличии СВБ;

- блок-схема технологии защиты от биообрастания электрохимическим анодным воздействием на стальные решетки ВЗС в реальных условиях.

Апробация работы. Базовые теоретические положения и результаты исследований докладывались на Международной научно-практической конференции 2009 г. г. Волгоград, региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, ХI промышленно-технической выставке "Технофорум", заслушаны на круглом столе «Юнеско» в Казахстане и выставке-конференции «Энергоэффективность и энергетика» 2011 г. В г. Волгограде.

Публикации. Основные результаты и положения диссертации отраже­ны в 11 печатных работах, включая учебные пособия, 8 статей в реферируемых изданиях.

Личный вклад автора состоит в формулировании цели и задач, организации и непосредственном участии в проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе их результатов, формировании выводов, разработки тактических методических подходов к защите от коррозии водоотводящих сетей с использованием электрохимических методов, а также написании статей по результатам собственных разработок и анализа предшествующего опыта.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы. Общий объём диссертационной работы: 150 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 25 рисунков, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения выносимые на защиту.

В первой главе диссертации проведен анализ научно-технической и патентной литературы, что позволило систематизировать и критически оценить существующие методы защиты от биообрастания водоводов и решеток водозаборных сооружений. Общетеоретическим и прикладным вопросам биообрастания и экологической безопасности их эксплуатации посвящено значительное количество работ , ,  , ,  , ,  ,  , и других авторов из анализа работ которых следует,  что комплекс задач, относящихся к внутритрубному ремонту,  по разработке основных требований к защите от биообрастания, приведении имеющихся знаний в единый комплекс, до сих пор не решен.

Проведен анализ развития и реконструкции водозаборных сооружений. Выявлено негативное влияние биообрастания на водопроводные очистные сооружения и водопроводную сеть. Сделан акцент на недостаточной изученности микробиологического фактора в процессе биообрастания решеток оголовка и водоводов водозаборных сооружений. Среди традиционных методов борьбы с биологическими обрастаниями, кроме предупредительных мероприятий существенное место занимает химическая защита, основанная на применении дезинфектантов, оказывающих губительное воздействие на микрофлору питьевой воды, или химических соединений, препятствующих прикреплению клеток микроорганизмов к поверхностям оборудования системы водоснабжения.

Возникающие проблемы - многофакторные, требующие комплексного решения. Один из вариантов такого решения – это использование комплекса взаимосовместимых реагентов, включающих ингибиторы коррозии, биокоррозии, солеотложений. Однако, используемые методы требуют дополнительного усовершенствования, многие из низ затратны, сложны в эксплуатации и экологически не безопасны. Проведенный анализ подтвердил целесообразность, научно-экспериментальное решение, и актуальность представленной работы.

Во второй главе приводятся методики, на основе которых выполнялись исследования на лабораторных и пилотных установках в производственных условиях с целью решения поставленных в работе задач.

Объектами исследования и изучения служили образцы биомассы с решеток оголовка ВЗС Волгоградской области. Для уточненной количественной оценки микроорганизмов, в том числе СВБ, в среде использовали метод предельных разведений. Модельная установка (рис. 1) представляет собой модифицированную модель, аналогом которой являлась аквариумная система и состоит из ёмкости в форме параллелепипеда (0,6 м х 0,25 м х 0,35 м). Данная установка может считаться достоверной моделью принципиального действия решеток оголовка водоподъёмной станции на основе своих конструктивных параметров.

Рис. 1. Общая схема устройства модельной установки.

Фазовый элементный анализ твердых фаз изучали на основе рентгеноспектрального анализа с микрозондовым анализатором в трансмиссионном микроскопе фирмы «JEOL» JEM 100 C, на сканирующем микроскопе JEOL JSM-6380 LV с энергодисперсионной приставкой INCA Energy–250. Электрохимические коррозионные испытания проводили на образцах из стали ст.20. Измерения в трехэлектродной электрохимической ячейке. Мгновенную скорость коррозии определяли на портативном коррозиметре «Эксперт-004».

Составы модельных растворов для испытаний, рассчитанные исходя из гипотетического состава воды реки Волга, используемой для систем водоснабжения, изучали методами тонкослойной хромотографии, масс-спектрального и хроматографического анализа на современном лабораторном оборудовании: фотометр фотоэлектрический КФК 3-01, анализатор флюорат 02-3М, хроматограф «1022 LC PLUS»; масс-спектрометр «Varian MAT-111», спектрофотометр ПЭ 5300В, портативный измеритель минерализации, иономер лабораторный И 160, рН-метр рН-410. Для определения достоверности результатов исследований применяли метод вариационной диагностики, с критерием Стьюдента.

Исследование состояния воды водоисточника в створе реки Волги в районе города Волжского проведено с использованием теории анализа временных рядов. Мониторинг проведен по 15 показателям.

Таблица 1 – Химический состав воды р. Волги

Показатель	Январь	Апрель	Июль	Октябрь
Азот нитритный	0,017	0,024	0,014	0,048
Сульфаты	17,60	8,82	11,52	15,75
Азот нитратный	2,12	2,10	1,94	1,07
Хром	0,01	0,01	0,01	0,01
Магний	0,06	0,09	0,06	0,04
Фтор	0,20	0,12	0,14	0,14
Медь	0,002	0,002	0,002	0,002
Хлориды	5,83	3,59	5,47	5,91
Свинец	0,0005	0,0005	0,0048	0,0040
Цинк	0,005	0,005	0,006	0,005
Средняя температура, 0С	+0,5	+14	+23	+10
Цветность, град.	70	55	47	43
Мутность, мг/л	6,9	7,4	10,8	9,7
Окисляемость, мг О2/л	13,96	13,37	14,2	12,04
Жесткость, мг-экв/л	6,5	5,5	6,1	6,4

Полученные экспериментальные данные обработаны известными методами статистики и планирования эксперимента с помощью лицензионного программного обеспечения на ЭВМ.

В третьей главе приведены и обоснованы результаты экспериментальных исследований в соответствии с поставленными задачами. На первом этапе исследовали различные факторы, влияющие на биообрастание решеток оголовка водозаборных сооружений. Наиболее значимым фактором была выявлена биокоррозия - коррозия под действием микроорганизмов - сульфатвосстанавливающих анаэробных бактерий (СВБ).

Экспериментальные исследования проводились с мая по сентябрь 2010-2012 г. г. Пробы биомассы с решеток отбирались 2 раза в месяц. Проводился контроль абиотических факторов среды (температура, скорость течения воды). Проведенное изучение биомассы экспериментального субстрата в р. Волга выявило в его составе 25 видов и форм микроорганизмов. Среди доминант в составе обрастаний выделяются дрейссены (более 80%), создающие серьезные проблемы в работе ВЗС: при толщине биопленки более 4мм коэффициент водопропускной способности снижается на 48-54%.

Интенсивность биообрастаний зависит от химического и микробиологического состава речной воды, условий эксплуатации системы водоснабжения и от материала поверхностей оборудования системы водоснабжения.  В рамках данной работы из перечисленных факторов изучена подверженность различных материалов к формированию на их поверхностях биообрастаний. Исходя из полученного, дальнейший эксперимент был направлен на поиск веществ, инициирующих процесс резкого роста СВБ, с целью определения условий подавляющих последнее.

Лабораторные исследования по оценке биообрастания различных материалов в речной воде проводили в стеклянных емкостях на модельной установке. Пластинки из стали 20,  полиэтилена и стекла погружали в воду на специальных подвесках, при скорости потока воды  0,2 м/сек, при t = 20-25 оC в течение 120 часов. После термообработки (1050С), исследовали химический состав биомассы, а на образце из ст.20 одновременно изучали диффузионный слой – химический и фазовый состав продуктов за промежуток времени от 01.01.01 часов. На поверхности  решетки на границе контакта  с речной водой протекают реакции взаимодействия железа с водой, ее примесями и продуктами жизнедеятельности бактерий.