авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Закономерности формирования и использования искусственных фирново-ледяных массивов

-- [ Страница 5 ] --

Проведенные эксперименты доказали, что методом факельного вымораживания из воды с минерализацией до 10 г/л можно получать массивы практически пресного искусственного фирна уже на стадии их формирования. Дальнейшая деминерализация происходит в процессе таяния массива.

Выполненные исследования показали эффективность применения ИФЛМ для решения народно-хозяйственных и экологических задач. При этом применение одной дождевальной установки средней мощности дает возможность ежемесячно (с ноября по март) намораживать на большей части территории России ИФЛМ массой 30–75 тыс. тонн в месяц. Такие объемы аккумуляции воды в ИФЛМ позволяют более эффективно решать задачи охраны водных ресурсов от загрязнения.

Чрезвычайные ситуации, связанные с аварийным сбросом загрязненных минерализованных вод, являются источником загрязнения водных ресурсов. В зимний период для предотвращения отрицательных последствий может применяться экстренное временное замораживание аварийных сбросов загрязненных минерализованных вод при чрезвычайных ситуациях, намораживание удерживающих плотин или направляющих ледяных дамб и валов. При накоплении загрязняющих сточных вод может проводиться их очистка и опреснение от нерастворимых примесей, растворенной органики, микроэлементов и ионов солей методом зимнего дождевания. Был предложен и защищен патентами Российской Федерации ряд способов применения ИФЛМ для защиты водных ресурсов от загрязнения и их восстановления.

Актуальное применение метода зимнего дождевания – восстановление загрязненных, минерализованных водоемов и озер. Частичного или полного их восстановления можно достичь, забирая зимой соленую воду на намораживание –опреснение. При небольшом объеме озера вся его вода замораживается на берегу, первые порции минерализованного талого стока отводятся за пределы бассейна, а пресная вода поступает в чашу озера. При большом объеме воды в озере такая технология, периодически выполняемая из года в год, позволит понизить минерализацию воды. При заборе соленой воды на намораживание – опреснение наряду с понижением ее уровня в озере уменьшается минерализация и, варьируя величиной забора, можно регулировать водно-солевой режим искусственных и естественных водоемов.

Одним из источников ухудшения качества поверхностных и подземных вод являются минерализованные дренажные стоки гидромелиоративных систем. Возможные технологические схемы применения зимнего дождевания для опреснения и утилизации минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем разрабатываются Волгоградским комплексным отделом ВНИИГиМ [Конторович и др., 2002; Конторович, 2007; Пособие…, 1994; Пособие…, 1999; Утилизация…, 1996]. Оценки экономической эффективности метода факельного вымораживания, проведенные ВКО ВНИИГиМ для конкретных условий, с учетом капитальных и эксплутационных затрат, себестоимости опресненной воды, удельных энергетических затрат и срокам окупаемости, показали ее многократное преимущество по указанным позициям, по сравнению с промышленными методами (дистилляция, электродиализ и обратный осмос) опреснения минерализованных вод.

Факельное вымораживание можно использовать для промывки засоленных земель, что улучшит общую экологическую обстановку. При этом возможны разные варианты реализации метода вымораживания. Один из них заключается в намораживании слоя искусственного фирна необходимой толщины непосредственно на участке засоленных земель. В этом случае промывка будет происходить в период весеннего снеготаяния.

Для очистки загрязненных водоемов в городских условиях, при трудностях с отводом воды за пределы водоемов, зимнее дождевание можно применять для временного осушения водоемов на зимний период для очистки дна водоема путем складирования искусственного фирна на берегу водоема. Зимнее дождевание можно применять не только для очистки и опреснения загрязненных сточных вод различных производств, но и для водоснабжения мелких и средних потребителей путем создания ИФЛМ из пресной воды в холодное время года и его использования в засушливый период, и опреснения минерализованной воды.

Эффективность метода факельного вымораживания для очистки и деминерализации загрязненных вод обусловлена высокой производительностью намораживания, пористой, легко фильтрующей «рассол», структурой намораживаемого фирна, его небольшой минерализацией, высоким выходом опресненной воды, низкой энергоемкостью процесса намораживания – порядка 1,1 (2,4) кВтч/м3 при температуре воздуха –15 (–5)°С.

Метод не требует предварительной очистки воды и, в свою очередь, позволяет очищать ее от нерастворимых примесей. В этом случае массив искусственного фирна служит естественным фильтром. При реализации метода не требуется больших капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат, так как используются природные источники энергии: отрицательная температура воздуха при замораживании воды; положительная температура воздуха и солнечная радиация при таянии льда, в ходе которого осуществляется сепарация и удаление рассола. Энергия расходуется в основном для подачи воды на место проведения работ. Все это позволит успешно применять метод зимнего дождевания в районах с температурами воздуха в холодный период ниже –5…–10°С для очистки и опреснения загрязненных минерализованных вод, соленых озер и водоемов, при чрезвычайных ситуациях и решении других задач, направленных на защиту природных вод от загрязнения и улучшения их качества. Необходимая степень очистки опресняемой воды определяется величиной ПДК химических элементов и соединений, входящих в состав сточных вод и влияющих на величину выхода пресной воды и объем остаточного рассола. Проблемой любого способа опреснения является утилизация остаточного рассола. Применение факельного вымораживания позволит на порядок уменьшить его количество и снизить расходы на утилизацию.

Таким образом, теоретические исследования различных аспектов факельного льдообразования и гидротермического режима ИФЛМ, лабораторные и натурные экспериментальные исследования, выполненные в различных регионах с применением соленых вод разного происхождения, показали, что ИФЛМ могут эффективно применяться как для защиты водных ресурсов от загрязнения, так и для их восстановления.

Метод факельного вымораживания использует запасы холода приземного слоя атмосферы для получения искусственного слабоминерализованного фирна. Последнее обуславливает ряд его особенностей – сезонный характер процессов намораживания и таяния, зависимость его от климатических и гидрологических условий, необходимость учета ландшафтных особенностей при обустройстве опреснительного комплекса. Эти физико-географические факторы влияют на экономическую эффективность применения метода и должны учитываться при разработке соответствующих проектов. Поэтому при разработке проектов применения зимнего дождевания для очистки и опреснения загрязненных минерализованных вод следует рассмотреть и оценить наличие следующих условий:

  • метеорологические и климатические условия при намораживании ИФЛМ: сумма отрицательных температур воздуха ниже –5°С за холодный период года для оценки потенциального объема намораживания и количества применяемой дождевальной техники; оценка минимальных отрицательных температур, которые могут приводить к выпадению сухого гранулированного льда и снизить эффективность опреснения; при небольших отрицательных средних суточных температур воздуха оценить наличие более низких ночных температур, при которых можно проводить намораживание; при больших перепадах температуры воздуха осуществлять регулирование параметров капельного факела (сменой дождевальных насадок) в целях более эффективного использования запаса холода приземного слоя атмосферы; величина и направление скорости ветра для оценки максимального сноса капельного факела, места расположения дождевальной техники и намораживаемых массивов искусственного фирна (при этом намораживание фирнового массива производится при непрерывном дождевании, в противном случае возможно образование ледяных корок и ухудшение условий опреснения);
  • метеорологические и климатические условия в период таяния: толщина слоя потенциальной абляции за период с положительными температурами воздуха, динамика положительных температур воздуха и величины солнечной радиации (для определения интенсивности таяния, скорости поступления пресной талой воды в целях оценки необходимого объема водопринимающих бассейнов);
  • гидрологические условия применения метода: источники соленой воды (естественные и искусственные соленые озера, подземные, шахтные соленые воды, сточные воды различных производств и т.п.), их минерализация, объемы и возможная динамика водозабора для намораживания;
  • ландшафтные условия: наличие естественных или искусственных озер, оврагов, балок, естественных понижений рельефа местности, которые можно использовать при обустройстве водоаккумулирующих бассейнов для соленой, пресной воды и остаточных рассолов;
  • задачи и цели применения метода: для решения экологических проблем – очистки сточных вод, распреснения соленых озер, восстановления засоленных земель и т.п.; технология утилизации остаточного рассола; требования потребителей пресной воды (по качеству, объему, расходу – для водопоя скота, сельскохозяйственного производства и т.п.).

На основе анализа полученной информации определяется производительность намораживания искусственного фирна, объемы и динамика выхода пресной воды требуемой минерализации; рассчитываются эксплуатационные и капитальные затраты при реализации метода факельного вымораживания и определяется интегральная характеристика – себестоимость опресненной воды, включающая климатические, гидрологические и ландшафтные характеристики конкретного региона. Проведенный анализ показывает взаимосвязь различных физико-географических факторов, учет которых необходим при оценке эффективности применения метода факельного вымораживания для решения актуальной экологической проблемы – защите природных вод от загрязнения.

Заключение

  1. Основные недостатки известных способов получения ледяного материала заключаются в небольшой интенсивности льдообразования и ограниченных возможностях для регулирования его структуры. Применение зимнего дождевания позволяет перенести основной теплообмен с плоскости намораживания в объем приземного слоя атмосферы, на порядок увеличить поверхность теплообмена и дает возможность регулировать параметры ледяного материала. Выбор режима зимнего дождевания и промерзания позволяет формировать массивы искусственного фирна плотностью 400–600 кг/м3 или монолитного льда плотностью 800–900 кг/м3.
    Значительное увеличение интенсивности льдообразования позволяет повысить эффективность и расширить область применения ледяного материала для решения широкого круга народно-хозяйственных и экологических задач.
  2. Анализ особенностей процесса льдообразования в капельном факеле показал, что для расчета теплообмена в природных условиях с подвижной поверхностью теплообмена более адекватно применение метода теплового баланса для всего факела в целом. Результаты расчетов по выбранной модели соответствуют данным натурных измерений. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования выявили небольшое влияние переохлаждения воды на интенсивность факельного льдообразования. Установлены основные факторы, влияющие на интенсивность факельного льдообразования. Оценка влияния метеорологических условий и параметров капельного факела на интенсивность льдообразования показала, что при росте скорости ветра от 3 до 9 м/с интенсивность льдообразования для капель воды радиусом 0,75 мм растет на 10%. При повышении солености намораживаемой воды снижается интенсивность намораживания, которое менее значительно при низких температурах воздуха. Расчеты показали, что применение для факельного намораживания морской воды соленостью 35 г/л снижает производительность намораживания на 15–20%, тогда как применение рассолов снижает ее в несколько раз по сравнению с пресной водой.
  3. На основе разработанной модели промерзания минерализованных ИФЛМ под снежным покровом определена температура верхних слоев ИФЛМ при средних многолетних значениях отрицательной температуры воздуха и динамики снегонакопления в разных физико-географических условиях. Наиболее низкие температуры ИФЛМ к концу холодного периода получены для условий Якутска, где наряду с низкими температурами воздуха снежный покров имеет небольшое термическое сопротивление. При этих условиях возможно образование ледяных прослоек в поверхностной части ИФЛМ, которые растают в начальный период таяния и не приведут к значительному ухудшению условий опреснения. Однако в наиболее холодные и малоснежные зимы возможно значительное промерзание и выхолаживание ИФЛМ, что потребует дополнительных мероприятий по их защите от промерзания. В противном случае необходимо закладывать в прогноз снижение выхода опресненной воды.
  4. Разработана модель для оценки влияния метеорологических условий и параметров искусственного фирна на эффективность его опреснения и получена зависимость снижения относительной минерализации ИФЛМ от его относительного объема при таянии. При росте размеров ледяных зерен и интенсивности таяния эффективность опреснения снижается. Расчеты по теоретической зависимости показали хорошее соответствие с данными экспериментов. Эффективность опреснения зависит от влажности искусственного фирна. При влажности фирна 12% его минерализация уменьшится в 14 раз при таянии 30% объема ИФЛМ, тогда как при влажности 17% – только в 5,5 раза.
  5. Результаты экспериментальных исследований показали, что при минерализации намораживаемой воды до 10 г/л минерализация сформированных ИФЛМ не превысит 1 г/л. Экспериментами установлено, что при таянии 1/3 части ИФЛМ минерализация оставшейся части уменьшается на порядок. Изменения минерализации ИФЛМ при таянии согласуются с теоретическими положениями. Экспериментальные исследования по очистке загрязненных вод от растворенной органики и ряда микроэлементов показали высокую динамику опреснения и соответствие расчетной зависимости.
  6. Доказана высокая эффективность факельного льдообразования для рационального и эффективного использования запасов холода приземного слоя атмосферы при формировании ИФЛМ. Расчеты эффективности применения зимнего дождевания в различных физико-географических условиях показали, что производительность намораживания одной дождевальной установкой средней мощности составляет за холодный период 50–500 тыс. т. искусственного фирна.
  7. Теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана эффективность применения ИФЛМ для опреснения и очистки загрязненных минерализованных вод в целях защиты водных ресурсов от загрязнения минерализованными сточными водами. Разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами способы применения ИФЛМ для восстановления и увеличения водных ресурсов путем распреснения соленых озер, опреснения морских, бытовых и минерализованных вод различного происхождения.

Опубликованные работы по теме диссертации



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.