Кандидат химических наук инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии

4. На основе применения аппаратов ОФ и ОКУД разработана технология и введены в эксплуатацию внецеховые очистные сооружения с одноступенчатой технологией очистки оборотной воды и гравитационным обезвоживанием осадка для МНЛЗ и АГПМ. На рис. 23 показаны технологические схемы очистки оборотной воды: «А» и «В» инжиниринговых компаний «Simem» (Италия), «PSE», «BAMAG» (Германия), УкрГНТЦ «Энергосталь» (Украина), «НАЛКО» и др. (станы «5000» Магнитогорского МК и Выксунского МЗ, термоотдел Синарского ТЗ, и др.) и «С» по разработкам автора (стан 250/150 НСММЗ, сталеплавильно-прокатный комплекс Березовского ЭМЗ, стан «2800» МК «Уральская сталь» и др.).

По технологии «С» капитальные затраты на внецеховые сооружения уменьшены в 1,5 2 раза. Так, было исключено ранее намеченное строительство фильтровальной станции производительностью 4,5 тыс. м3/ч, стоимостью 0,3 млрд. руб. для доочистки оборотной воды сортовых станов Магнитогорского МК. Эксплуатационные затраты уменьшаются от 1,3 до 2,5 раз. Удельные затраты энергии на очистку оборотной воды и обезвоживания осадка, ввиду использования в основном сил гравитации, снижены с (6080)·10-3 до 5·10-3 кВт·ч/м3. Внутрицеховой окалиноотстойник, на примере Белоцерковского МЗ (Украина), по технологии VAI-Siеmens (поз.1) при глубине 12 м имеет площадь 180м2, объем 2660м3, а по разработке автора, (поз.3) при той же глубине, соответственно, 85 м2 и 700 м3.

Рис.23. Принципиальные схемы очистки оборотной воды и обезвоживания осадка МНЛЗ, АГПМ и АТОП:

Внутрицеховые очистные сооружения: 1 – окалиноотстойник с бункером для обезвоживания окалины; 2 - то же, увеличенного размера - для возможности подачи воды на фильтры; 3 – окалиноотстойник конструкции автора; 4 - насосная станция; 5 - грейфер;

Внецеховые очистные сооружения: 6 - вторичный предотстойник; 7 – площадка для обезвоживания ОМО; 8 - грейфер; 9 - насосная станция; 10 - осветлительные фильтры; 11 - градирня; 12 - резервуар с насосами для промывки фильтров и подачи потребителям; 13 - шламовый насос; 14 - сгуститель промывной воды; 15 - насосная станция; 16 - ленточный фильтр-пресс или центрифуга; 17 - конвейер; 18 - контейнер для обезвоженного ОМО; 19 - ОФ; 20 - насосная станция для подачи воды на градирню и потребителям; 21 – ОКУД с насосной станцией надосадочной воды и фильтрата;

I - загрязненная ОМВ от потребителей; II - подача воды на внецеховые очистные сооружения; III - обезвоженная крупная окалина; IV - подача воды от насосной станции первичного отстойника МНЛЗ, насосных станций ламинарного и интенсивного охлаждения проката и термоотделов; V - подача очищененой охлажденной воды потребителям; VI - промывная вода фильтров; VII - ОМО на обезвоживание; VIII - обезвоженный ОМО; IX - нефтепродукты; X - фильтрат фильтр-пресса или фугат центрифуги. Ввод реагентов на схеме условно не показан.

5. Вследствие компактности разработанного оборудования и простоты цепей аппаратов уменьшается занимаемая очистными сооружениями территория от 1.3 (по схеме рис.23) до 3 раз (рис.24, 25).

Рис.24. НЛМК. Оборотный цикл ГДП №7: 1 – первоначальный вариант с тремя заглубленными радиальными отстойниками диаметром 30 м.; 2 - построенные сооружения с тремя наземными ОФ диаметром 10 м. (с двумя дополнительными сгустителями осадка и зданием для шламовых насосов, реагентного хозяйства и вспомогательных помещений).

Благодаря сниженным габаритам, очистные сооружения оборотного цикла ГДП № 4 и №5 Енакиевского МЗ были размещены на небольшой свободной площадке непосредственно на территории доменного цеха (рис.25). Три аппарата ОФ диаметром 10 м. (2 рабочих, 1 резервный) установлены на перекрытии насосной станции с циркуляционными и шламовыми насосами. Наряду с минимизацией стоимости очистных сооружений, приближение их к газоочисткам позволило исключить строительство дорогостоящей эстакады водоводов длиной 1,5 км. и снизить затраты энергии на циркуляцию воды.

Рис.25. Енакиевский МЗ (Украина). Очистные сооружения оборотного цикла водоснабжения ГДП №4 и №5. Производительность – 2400 м3/час

6. Повышены эстетические качества очистных сооружений «грязных» оборотных циклов, обеспечены нормативные санитарно-гигиенические условия труда, управление работой сооружений осуществляется системами АСУ ТП с контролем оператором (рис.26).

Рис.26. Выксунский МЗ. Участок объемного термоупрочнения ТЭСЦ-3. Блок очистки оборотной воды. Производительность – 2500 м3/час

7. Экологические результаты работы:

7.1. При очистке по одноступенчатым схемам обеспечивается с запасом нормативное качество оборотной воды для всех металлургических агрегатов по механическим примесям взвешенным веществам и нефтепродуктам, являющееся необходимым условием работы систем в замкнутом режиме, без сброса сточных вод. Данное условие не является достаточным, поскольку должны быть обеспечены термическая и биологическая стабильность воды и отсутствие коррозии контактирующих с ней поверхностей. На решение этих проблем направлена разработанная математическая модель, позволяющая прогнозировать солевой состав оборотной воды в сложных СПВ.

7.2. Герметизация аппаратов ОФ и ОКУД, а также глубокая очистка оборотной воды снижают до минимума выбросы загрязнений в атмосферу. Для отопления зданий очистных сооружений используется тепло, излучаемое металлическими корпусами ОФ. Снижено удельное потребление энергии на порядок величин по процессам очистки и обезвоживания осадков в оборотных циклах сталеплавильного и прокатного производств, а также на циркуляцию оборотных вод ввиду возможности приближения компактных очистных сооружений к потребителям.

7.3.Вследствие достижения глубокого обезвоживания допустима дальняя круглогодичная перевозка наиболее токсичного ОМО с передельных заводов на утилизацию. Так, с НСММЗ и с БЭМЗ осадок перевозится на аглофабрику НЛМК на расстояние более 1000км. Возможна утилизация ОМО в виде окатышей на этих же предприятиях в сталеплавильных цехах (строятся две установки на трубопрокатных заводах).

7.4. Существенное снижение габаритов, стоимости строительства и эксплуатации по очистным сооружениям и обессоливающим установкам создает экономические условия для реконструкции многочисленных устаревших СПВ с получением технологических и экологических результатов.

Заключение

1. Изучение литературных данных и результатов эксплуатации показало, что структура СПВ заводов черной металлургии, применяемые технологии и оборудование в значительной степени не соответствуют современным технико-экономическим и экологическим требованиям. Эти проблемы определили цель и задачи данной работы.

2. Разработанная технологическая модель позволяет оптимизировать структуру сложных СПВ заводов черной металлургии с целью минимизации затрат на обессоливание воды при обеспечении технологических и экологических требований к ее качеству.

3. Установлены физико-химические и технологические свойства, а также их взаимосвязь для экологически наиболее опасных и сложных ОМВ и ОМО сталеплавильного и прокатного производств. Выявлена значительная способность этих систем к ортокинетической гидрофобной флокуляции, позволяющая интенсифицировать безреагентные процессы их глубокой очистки и обезвоживания.

Разработана систематизация указанных окалиномаслосодержащих систем, определяющим критерием которой является удельная поверхность первичных частиц твердой фазы. На основе степени гидрофильности/гидрофобности твердой фазы и полярности/аполярности дисперсионной среды предложена классификация трехфазных микрогетерогенных дисперсий техногенного происхождения, названных эмульсионно-суспензионными системами, три из которых являются технологическими водами и осадками.

4. Разработана физическая модель с математическим описанием процесса фильтрования ОМО через пористые перегородки с одновременным закупориванием ее пор и образованием слоя осадка. Выведено уравнение кинетики фильтрования, отличающееся от аналогичного выражения для суспензий дополнительным членом, отражающим сопротивление закупоривания. Закономерности использованы при создании технологии вакуум-фильтрования на базе разработанного ленточного фильтра типа Лн с намывным слоем ФВВ из отходов металлургии. В сравнении с фильтр-прессованием, удельная производительность увеличена в 2 3 раза при сниженных на порядок энергозатратах.

5. Разработаны технология и аппарат простой конструкции для отстаивания, классификации, уплотнения и дренирования (ОКУД) полидисперсных осадков, основанные на гидравлической классификации дисперсной фазы. Наиболее актуально их применение для глубокого безреагентного обезвоживания ОМО до влажности 15% (сыпучее состояние). Применение данной технологии на 4-х предприятиях России и Украины позволило принципиально снизить стоимость строительства и эксплуатационные затраты, а также утилизировать ОМО в цехах рудоподготовки металлургических комбинатов.

6. На основе известного высокоэффективного метода холодного окомкования дисперсных материалов и разработанных автором процессов обезвоживания создана комплексная технология переработки ОМО в окатыши, что позволяет утилизировать его в сталеплавильных агрегатах на передельных металлургических заводах.

7. Разработан отстойник-флокулятор, главной областью применения которого является одноступенчатая глубокая очистка технологических вод всех металлургических агрегатов. Величина критерия эффективности, например, при реагентной очистке оборотной воды ГДП, равна 0,83 для отстойников-флокуляторов и 0,34 для лучших аналогов. На металлургических заводах работает более 70 аппаратов ОФ преимущественно диаметром 10 м. с производительностью до 1200 м3/ч. Заканчивается монтаж 7 аппаратов, в т.ч. на НЛМК, диаметром 12 м. с производительностью до 1700 м3/ч.

8. На основе аппаратов ОФ, ОКУД и других разработок выполнены проекты и внедрены на 37 объектах 26 заводов черной металлургии очистные сооружения, имеющие существенно лучшие технико-экономические и экологические показатели в сравнении со всеми аналогами. Проектирование объектов СПВ для предприятий черной металлургии инжиниринговыми фирмами России и Украины ведется преимущественно на основе разработок автора. Эти технологии и оборудование также внедряются на предприятиях цветной металлургии, машиностроения, энергетики и других отраслей народного хозяйства.

9. На основе идей и результатов данной работы в основанной и руководимой автором инжиниринговой Научно-проектной фирме «Эко-проект» продолжаются исследования, совершенствование технологий и оборудования, проектирование и внедрение водно-экологических объектов в СПВ черной металлургии России, Украины и Казахстана. Свои разработки автор использует в процессе обучения студентов кафедры «Водное хозяйство и технология воды» УрФУ им. Б.Н.Ельцина.

Таким образом, в результате выполнения исследований и разработок принципиально повышен технико-экономический и экологический уровень систем производственного водоснабжения предприятий черной металлургии, что и являлось целью данной работы.

А) Публикации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Галкин, Ю. А. Технологическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. - №6. - С. 27-31.
2. Галкин, Ю. А. Разработка и результаты применения отстойников-флокуляторов для очистки оборотной воды металлургических заводов России и Украины [Текст] / Ю. А.Галкин // Водоснабжение и санитарная техника. – 2010. - №2. - С. 5-9.
3. Галкин, Ю.

   А. Инновационные технологии водоподготовки для основных переделов черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2009. - №3. - С. 92-93.

4. Галкин, Ю. А. Определение гидравлических параметров камеры флокуляции отстойника-флокулятора [Текст] / Ю. А. Галкин, С. И. Эпштейн // Экология и промышленность России. - 2009. - №2. - С. 38-42.
5. Галкин, Ю. А. Математическая модель сложных систем водного хозяйства промышленных предприятий и комплексов [Текст] / Ю. А. Галкин // Экология и промышленность России. - 2008. - №3. - С. 36-39.
6. Галкин, Ю. А. Технология глубокой очистки оборотной воды станов горячей прокатки и МНЛЗ на отстойниках-флокуляторах [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2008. - №3. - С. 90-93.
7. Галкин, Ю. А. Технология обезвоживания окалиномаслосодержащих осадков [Текст] / Ю. А. Галкин, И. А. Сидорова // Сталь. - 2007. - №12. - С. 91-93.
8. Галкин, Ю. А. Современные технологии и оборудование для очистки оборотных и сточных вод предприятий черной металлургии [Текст] / Ю. А. Галкин // Сталь. - 2006. - №5. - С. 131-133.
9. Галкин, Ю. А. Классификация эмульсионно-суспензионных систем [Текст] / Ю. А. Галкин // Вестник Уральского государственного технического университета (Вестник УГТУ – УПИ). Строительство и образование. Сборник научных трудов. - 2005. - №14 (66). - С.293-294.
10. Галкин, Ю. А. Повышение экологической безопасности систем оборотного водоснабжения предприятий, расположенных в бассейнах рек Украины [Текст] / Ю. А. Галкин, Л. Н. Кузнецова // Водное хозяйство России. Проблемы технологии. Управление. - 2005. - т. 7. - №2. - С. 209-212.
11. Галкин, Ю. А. Безобжиговое окускование железосодержащих отходов металлургического предприятия на магнийсодержащих вяжущих [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Известия высших учебных заведений «Черная металлургия». - 2002. - № 12. - С. 11-15.
12. Галкин, Ю. А. Совершенствование технологии утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Сталь. - 1996. - №8. - С. 65-67.
13. Галкин, Ю. А. Совершенствование процесса ускоренного твердения безобжиговых окатышей [Текст] / В. Е. Лотош, Ю. А. Галкин // Сталь. - 1993. - № 12. - С. 7-11.
14. Галкин, Ю. А. Технология утилизации осадков сточных вод машиностроительных предприятий [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Е. Лотош, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, Л. Л. Кочнев // Химия и технология воды. - 1990. - т. 12. - №6. С. 563-567.
15. Галкин, Ю. А. Эмульсионно-суспензионные микрогетерогенные системы и их классификация [Текст] / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1989. - т.11. - №11. - С. 1048-1051.
16. Галкин, Ю. А. Особенности процесса фильтрования эмульсионно-суспензионных систем / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1989. - т. 11. - №10. - С. 883-885.
17. Галкин, Ю. А. Некоторые закономерности взаимодействия частиц дисперсной фазы окалиномаслосодержащих сточных вод [Текст] / Ю. А. Галкин, А. Л. Рабинович, В. Г. Березюк // Химия и технология воды. - 1989. - т. 11. - №5. - С. 397-399.
18. Галкин, Ю. А. Математическое описание процессов фильтрования через вспомогательные вещества [Текст] / Ю. А. Галкин // Химия и технология воды. - 1987. - т. 9. - №5. - С. 387-390.
19. Галкин, Ю. А. Сорбционные свойства отходов металлургических предприятий - компонентов фильтровальных вспомогательных веществ [Текст] / В. Г. Березюк, Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, О. В. Евтюхова, Т. В. Илюшина // Химия и технология воды. - 1987. - т. 9. - № 4. - С. 323-325.
20. Галкин, Ю. А. О сорбции маслопродуктов отходами металлургического производства [Текст] / Ю. А. Галкин, В. Г. Березюк, В. И. Аксенов // Журнал прикладной химии. АН СССР. - 1986. - С. 2-11.
21. Галкин, Ю. А. Установка для утилизации окалиномаслосодержащих осадков сточных вод трубопрокатных цехов [Текст] / Ю. А. Галкин, В. И. Аксенов, А. А. Чесноков, В. Е. Лотош, В. Г. Березюк, Л. Л. Кочнев, А. В. Парвов // Сталь. - 1985. - №10. - С. 91-93.

Опубликованы доклады и тезисы в сборниках, в т.ч.: Международной выставки и конгресса «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008, 2010 гг; Международного промышленного Форума, г. Челябинск, 2009, 2010гг; Симпозиума «Экологическая безопасность государств – членов Шанхайской Организации Сотрудничества», Екатеринбург, 2009 г; Международной конференции «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии. – МИСиС», Москва, 2008 г; Международного симпозиума и выставки «Чистая вода России-2008», Екатеринбург; Международного конгресса «ЕТЕВК – 2005», Украина.

1. Галкин Ю.А. Промышленное водоснабжение / В.И.Аксенов, Ю.А.Галкин, В.Н.Заслоновский, И.И.Ничкова // Учебное пособие.- УрФУ.- Екатеринбург.- 2010.- 234 с.

2. Галкин Ю.А. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства / В.И.Аксенов, Ю.В.Аникин, Ю.А.Галкин, И.И.Ничкова, Л.И.Ушакова, Н.С.Царев // Учебное пособие УГТУ-УПИ. – Екатеринбург. – 2008.- 98с.

3. Галкин Ю.А. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 6 книгах. Книга 2. / В.И.Аксенов, Ю.А.Галкин, М.Г.Ладыгичев, И.И.Ничкова, В.А.Никулин, В.В.Аксенов // Под ред. В.И.Аксенова. - М.: Теплотехник, 2005. – 432 с.

4. Галкин Ю.А. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 6 книгах. Книга 3. / В.И.Аксенов, Я.М.Щелоков, Ю.А.Галкин, И.И.Ничкова, М.Г.Ладыгичев // Под ред. В.И.Аксенова. - М.: Теплотехник, 2005. – 368 с.

5. Галкин Ю.А. Замкнутые системы водопользования на трубных предприятиях / В.И.Аксенов, Ю.П.Беличенко, Ю.А.Галкин //«Металлургия». - Москва. 1987. - 112 с.

6. Галкин Ю.А. Создание и эксплуатация замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства промышленных предприятий Урала / В.И.Аксенов, Ю.А.Галкин // ВСНТО Свердловский областной Совет НТО. – Свердловск, 1983.- 81с.

Опубликовано 4 статьи в журнале «Soviet Journal of Water Chemistry and Technology» (США), 1 статья в журнале «Steel in the USSR» (Англия), 5 статей в сборниках Международной научно-практической конференции УкрГНТЦ «Энергосталь» «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов». Харьков – Щелкино, АР Крым и в журнале «Промышленная экология» (Украина).