101 "Екологія"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/52149

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 10

Підвищення екологічної безпеки операцій поводження з відходами фотоелектричих панелей
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Катенін, Вадим Дмитрович
Дисертаційну роботу виконано на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Об’єкт дослідження – управління відходами сонячних фотоелектричних панелей, що включає операції їх обробки і відновлення та враховує особливості утворення різних типів відходів у воєнний період. Предметом досліджень – способи та методи підвищення екологічної безпеки операцій управління з відходами фотоелектричних панелей, що формуються під впливом відмінних чинників. В дисертаційній роботі вирішена важлива науково-практична задача екологічно безпечного ведення операцій управління відходами фотоелектричних панелей, які мають особливі умови походження, включаючи масово утворені в Україні в умовах воєнних дій. У вступі обґрунтовано вибір теми дослідження та актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок дисертаційного дослідження з науково-практичною роботою кафедри, визначено наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. У першому розділі проаналізовано стан сонячної енергетики у світі та Україні, що безпосередньо пов’язується з утворенням відходів фотоелектричних панелей, обсяги яких збільшуються і вже зараз становлять актуальну проблему глобального характеру. Розвиток сонячної енергетики в Україні характеризується особливостями, викликаними воєнними діями, що призводять до пошкодження та руйнації різних видів СЕС. За результатами аналізу теоретичного матеріалу наукових робіт обґрунтовано, що відходи фотоелектричних панелей містять речовини, які можуть негативно впливати на довкілля. В теперішній час, в основному, вони формуються з панелей першого покоління, що виготовляються на кремнієвій основі. Утворення таких відходів у загальному випадку обумовлюється втратою ефективності роботи панелей та виводом їх з експлуатації. В Україні даний процес доповнюється масовим формуванням відходів, які утворились від ураження воєнною зброєю панелей СЕС та у подальшому залучені у загальну систему управління відходами в країні. На сьогодні практично відсутні дослідження щодо впливу цих відходів на довкілля та системи управління ними, які враховують їх специфіку. Також не створено організаційні структури для здійснення операцій обробки та рециклінгу відходів сонячних фотоелектричних панелей, що мають різне походження. Таким чином, подальших досліджень потребують проблемні питання стосовно підвищення екологічної безпеки операцій управління з відходами як складовими загальної системи управління відходами в Україні та залучення ресурсоцінних складових відходів у циркулярну економіку країни. На основі отриманих результатів аналізу, були сформульовані задачі дослідження та шляхи їх вирішення. У другому розділі проаналізовано та охарактеризовано методи, що дозволяють провести оцінку впливу відходів сонячних фотоелектричних панелей на довкілля та методи щодо їх переробки. Розглянуто методи визначення оцінки впливу електричної частини відходів на ґрунт та водне середовище з використанням мідних дротів, що мають різний ступінь пошкоджень. Методом атомної емісійної спектрометрії визначено концентрації іонів міді у пробах ґрунту та води, що містили зразки електричного провідника. Приведено методику відділення з сонячної панелі елементів, які підлягають дослідженню, та підготовки матеріалів щодо можливості використання склобою у виробництві будматеріалів. Із застосуванням хімічного та рентгенофазового аналізу проаналізовано характеристику склобою та зразків цементів, а також проведені мікроскопічні дослідження матеріалів. У третьому розділі розглядається запропонована класифікація відходів фотоелектричних панелей в Україні за типами утворення, що встановлює зв'язок з їх негативним впливом на довкілля. Проаналізовано, що найбільшу потенційну небезпеку складають відходи, утворені при ураженні панелей військовою зброєю. Орієнтовний ризик щодо площі забруднення від екологічно небезпечного управління відходами або у випадку надзвичайних ситуацій на СЕС, які у щонайбільшій мірі використовують сонячні фотоелектричні елементи, можливо проаналізувати на основі обсягів встановлених фотоелектричних панелей. У даному розділі наведено результати експериментальних досліджень відносно впливу елементів електричної частини відходів фотоелектричних панелей на ґрунт та їх поведінку у прісноводних природних об’єктах. Визначено, що електричні провідники, які опинилися на ґрунті після пошкодження панелі, стають джерелом забруднення міддю. Дослідження, які проводились на дернових ґрунтах з використанням абсорбційно-спектрофотометричного методу, показали, що концентрація іонів міді склала 55 мг/кг та у порівнянні з еталоном збільшилась майже у 14 разів. Поведінка мідних дротів як елементів електричної частини фотоелектричних панелей на природні водойми визначалася для річкової води. Встановлено, що незважаючи на відому досить високу корозійну стійкість міді у цьому середовищі, має місце деяке самовільне руйнування металу. У четвертому розділі представлено дослідження щодо комплексного запобігання негативній дії відходів фотоелектричних панелей на довкілля шляхом підвищення екологічної безпеки операцій управління відходами. Відзначено, що дії з управління з відходами фотоелектричних панелей регулюються загальними законодавчими актами, прийнятими в країні, які наразі розвиваються. Водночас передбачається віднесення даних відходів до електронних, регулювання поводження з якими може бути доповнено Законом «Про електричне та електронне обладнання та відходи електричного та електронного обладнання», проєкт якого вже обговорюється. Розроблена концепція екологічної безпеки операцій поводження з відходами фотоелектричних панелей, складові якої включають: блок пропозицій з екологічно безпечного збору та зберігання відходів та блок обґрунтування і вибору напрямку щодо переробки чи відновлення даних відходів. У першому блоці розглядається діяльність відносно особливостей управління з кожним типом відходів фотоелектричних панелей. Другий блок включає: визначення ризиків екологічної небезпеки відходів фотоелектричних панелей для розробки рекомендацій щодо подальшого поводження з ними та моделювання динаміки утворення відходів фотоелектричних панелей в Україні з метою планування діяльності зі сталого управління відходами. Встановлено, що для визначення подальшого напрямку управління з відходами після операцій оброблення доцільно використовувати метод багатокритеріального аналізу рішень. У якості критеріїв ризиків екологічної небезпеки рециклінгу відходів фотоелектричних панелей рекомендується розглянути: оцінку стану відходів, екологічні і економічні ризики та визначений за цими критеріями загальний екологічний ризик (рейтинг) відходів. Для прогнозування утворення відходів сонячних фотоелектричних панелей запропоновано математичну модель, що базується на динаміці їх формування та потужності сонячної енергетики в Україні. Модель надає можливість практичного планування обсягів виводу з експлуатації відпрацьованих панелей на промислових СЕС та інших енергетичних об’єктах, а також прогнозування їх утворення у системі управління відходами. П’ятий розділ дисертації присвячений ефективному відновленню відходів фотоелектричних панелей, яка є обов’язковою умовою використання вторинних ресурсів у циркулярній економіці. За умови відсутності спеціалізованих структур для переробки відходів фотоелектричних панелей у теперішній час в Україні та технологій їх переробки з поверненням у основне виробництво сонячних панелей, а також масового накопичення відходів, доцільним є їх рециклінг в інших напрямках виготовлення корисної продукції. Скло панелей є ресурсоцінним об’ємним компонентом відходів, який відповідно до світового досвіду у найбільшій мірі переробляється. З урахуванням цього пропонується використання даного компонента відходів у виробництві в’яжучих матеріалів та бетонів на їх основі. Теоретично обґрунтовано та експериментально встановлено можливість використання скла сонячних фотоелектричних панелей для часткової заміни цементу та для повної заміни природного заповнювача у складах обважених та важких бетонів, придатних для створення конструкцій загальнобудівельного та спеціального призначення. За висновками щодо ефективності дисертаційного дослідження відзначені такі наукові результати: 1. Вперше охарактеризовано та класифіковано утворення відходів сонячних фотоелектричних панелей в Україні у воєнний період, а також визначені особливості відходів, уражених військовою зброєю; 2. Вперше визначено і доведено, що відходи c-Si панелей, які найбільш використовуються у світі та в Україні, при пошкодженні військовою зброєю забруднюють ґрунти іонами міді та можуть бути потенційним джерелом забруднення природних водойм; 3. Набула розвитку концепція підвищення ефективності діяльності із запобігання та зменшення шкідливого впливу на довкілля операцій поводження з відходами сонячних фотоелектричних панелей, що узгоджується з національною стратегією управління відходами в Україні; 4. Набуло розвитку прогнозування утворення відходів фотоелектричних панелей, що базується на динаміці їх формування та потужності сонячних електростанцій в Україні; 5. Удосконалено метод багатокритеріального аналізу для оцінки екологічного ризику, який визначає екологічно безпечні шляхи використання відходів сонячних фотоелектричних панелей; 6. Набуло розвитку теоретичне обґрунтування та експериментальне доведення можливості рециклінгу скла відходів сонячних фотоелектричних панелей для часткової заміни цементу та для повної заміни природного наповнювача у складах обважених та важких бетонів за рахунок їх матричної спорідненості. Результати досліджень використані у межах науково-дослідної теми «Розробка наукових основ сталого управління та утилізації твердих відходів» (ДР 0124U001841), а також при проведенні наукового консультування на тему: «Розробка системи селективного збору, зеленої логістики та переробки відходів споживання» (договір № 154/34-2024 від 15 січня 2024 р.). Теоретичні результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі НТУ «ХПІ» при підготовці студентів за спеціальністю 101 «Екологія». The dissertation was written at the Department of Chemical Techniques and and Industrial Ecology of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 2024. The object of research is the management of waste from solar photovoltaic panels, which involves their processing and recovery operations and takes into account the specifics of the formation of different types of waste during the war period. The subject of research is the methods and ways to increase the ecological safety of waste management operations from photovoltaic panels, which are formed under the influence of various factors. This dissertation addresses the significant scientific and practical problem of environmentally safe handling operations for photovoltaic panel waste, which have special conditions of origin, including those massively generated in Ukraine during wartime. The introduction substantiates the choice of the research topic and the relevance of the dissertation, formulates the purpose and objectives, defines the object, subject, and methods of research, shows the connection of the dissertation research with the scientific and practical work of the department, determines the scientific novelty, and formulates the practical significance of the obtained results. The first chapter analyzes the state of solar energy in the world and Ukraine, which is directly related to the formation of photovoltaic panel waste, the volume of which is increasing and already represents a pressing global problem. The development of solar energy in Ukraine is characterized by features caused by military actions, leading to the damage and destruction of various types of solar power plants. Based on the analysis of theoretical material from scientific works, it is substantiated that photovoltaic panel waste contains substances that can negatively impact the environment. Currently, they are mainly formed from first-generation silicon-based panels. The formation of such waste generally results from the loss of panel efficiency and their decommissioning. In Ukraine, this process is supplemented by the massive formation of waste from panels damaged by military weapons, which are subsequently integrated into the general waste management system in the country. To date, there are practically no studies on the impact of this waste on the environment and management systems that take into account their specifics. Additionally, organizational structures for processing and recycling photovoltaic panel waste of different origins have not been established. Thus, further research is needed to address issues related to enhancing the environmental safety of waste management operations as components of the overall waste management system in Ukraine and integrating valuable waste components into the country's circular economy. Based on the results of the analysis, research tasks and solutions were formulated. In the second chapter, methods that allow for the assessment of the environmental impact of photovoltaic panel waste and methods for their recycling have been analyzed and characterized. The methods for determining the impact assessment of the electrical part of the waste on soil and water environments using copper wires with varying degrees of damage have been examined. Atomic emission spectrometry was used to determine the concentrations of copper ions in soil and water samples containing electrical conductor samples. The methodology for separating elements from the solar panel for research and preparing materials for the potential use of glass waste in building material production has been presented. Using chemical and X-ray phase analysis, the characteristics of glass waste and cement samples were analyzed, and microscopic studies of the materials were conducted. The third chapter presents a proposed classification of photovoltaic panel waste in Ukraine by types of formation, establishing a connection with their negative impact on the environment. It is analyzed that the greatest potential hazard is posed by waste generated from panels damaged by military weapons. The estimated risk of contamination area from environmentally hazardous waste management or in case of emergencies at solar power plants, which mostly use photovoltaic elements, can be analyzed based on the volume of installed photovoltaic panels. This chapter provides the results of experimental studies on the impact of electrical components of photovoltaic panel waste on soil and their behavior in freshwater natural bodies. It was found that electrical conductors on the ground after panel damage become a source of copper contamination. Studies conducted on sod-podzolic soils using absorption-spectrophotometric methods showed that the concentration of copper ions was 55 mg/kg, which is almost 14 times higher compared to the standard. The behavior of copper wires, as elements of the electrical part of photovoltaic panels, in natural reservoirs was determined for river water. Despite the well-known high corrosion resistance of copper in this environment, some spontaneous destruction of the metal was observed. The fourth chapter presents research on the comprehensive prevention of the negative impact of photovoltaic panel waste on the environment by increasing the environmental safety of waste management operations. It is noted that the actions related to managing photovoltaic panel waste are regulated by general legislative acts adopted in the country, which are currently being developed. At the same time, it is anticipated that these wastes will be classified as electronic, with their management potentially regulated by the "Law on Electrical and Electronic Equipment and Waste Electrical and Electronic Equipment," a draft of which is already under discussion. A developed concept of environmental safety for handling photovoltaic panel waste operations includes: a block of proposals for environmentally safe collection and storage of waste, and a block for justifying and choosing directions for recycling or recovering this waste. The first block addresses activities related to managing each type of photovoltaic panel waste. The second block includes: assessing the risks of environmental hazards from photovoltaic panel waste for developing recommendations on their further management and modeling the dynamics of photovoltaic panel waste formation in Ukraine to plan sustainable waste management activities. It is established that for determining the further direction of waste management after processing operations, it is advisable to use the multi-criteria decision analysis method. The criteria for assessing the environmental risks of recycling photovoltaic panel waste include: the condition of the waste, environmental and economic risks, and the overall environmental risk (rating) of the waste determined by these criteria. To forecast the formation of solar photovoltaic panel waste, a mathematical model is proposed, based on the dynamics of their formation and the capacity of solar energy in Ukraine. The model allows for practical planning of the volumes of decommissioned panels at industrial solar power plants and other energy facilities, as well as forecasting their formation in the waste management system. The fifth chapter is dedicated to the efficient recovery of photovoltaic panel waste, which is a prerequisite for the use of secondary resources in the circular economy. Given the absence of specialized structures for processing photovoltaic panel waste in Ukraine and technologies for recycling them back into the main production of solar panels, as well as the mass accumulation of waste, recycling them in other directions of useful product manufacturing is advisable. The glass of the panels is a valuable volumetric component of the waste, which, according to global experience, is mostly recycled. Taking this into account, it is proposed to use this component of the waste in the production of binding materials and concrete based on them. It is theoretically substantiated and experimentally established that the glass of solar photovoltaic panels can be used for partial replacement of cement and complete replacement of natural aggregate in the compositions of heavy and high-density concrete suitable for creating general construction and special-purpose structures. The conclusions on the effectiveness of the dissertation research highlight the following scientific results: 1. For the first time, the formation of waste from solar photovoltaic panels in Ukraine during the wartime period has been characterized and classified, and the features of waste affected by military weapons have been identified; 2. For the first time, it has been determined and proven that the waste of c-Si panels, which are the most used in the world and in Ukraine, when damaged by military weapons, pollute the soil with copper ions and can be a potential source of pollution of natural water bodies; 3. The concept of increasing the efficiency of activities to prevent and reduce the harmful impact on the environment of operations related to the handling of PV panel waste has been developed, which is in line with the national waste management strategy in Ukraine; 4. The forecasting of the formation of photovoltaic panel waste, based on the dynamics of their formation and the capacity of solar power plants in Ukraine, has been developed; 5. The method of multicriteria analysis for assessing environmental risk, which determines environmentally safe ways of using PV panel waste, has been improved; 6. Theoretical justification and experimental proof of the possibility of recycling glass waste from PV panels for partial replacement of cement and for the complete replacement of natural aggregate in compositions of heavy and high-density concretes due to their matrix compatibility have been developed. The research results were used within the scientific research project "Development of Scientific Foundations for Sustainable Management and Utilization of Solid Waste" (state registration number 0124U001841), as well as in scientific consulting on the topic: "Development of a System for Selective Collection, Green Logistics, and Recycling of Consumption Waste" (contract No. 154/34-2024 from January 15, 2024). The theoretical results of the dissertation are used in the educational process at NTU "KhPI" in the preparation of students majoring in 101 "Ecology".
Інтенсифікації очистки багатокомпонентних стоків машинобудівного підприємства задля підвищення рівня екологічної безпеки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Босюк, Альона Сергіївна
Дисертаційну роботу виконано на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Об’єктом дослідження є процеси очищення стічних вод машинобудівного підприємства від масляних емульсій, нафтопродуктів та завислих часток для підвищення їх екологічності. Предмет дослідження – методи та екологічні рішення з інтенсифікації очистки багатокомпонентних стічних вод машинобудівних підприємств. Дисертаційне дослідження присвячене вирішенню задач екологічної безпеки на виробництві машинобудівної галузі на основі інтенсифікації очистки багатокомпонентних стоків для вторинного використання очищеної води. Отримані результати сприяють розвитку ефективних та екологічно безпечних технологій управління стічними водами на машинобудівних підприємствах, розвитку концепції екологічного менеджменту щодо підвищення екологічної сталості та зменшення негативного впливу на довкілля. У вступі обґрунтовано вибір теми дослідження та наукову актуальність дисертаційної роботи, сформовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок дисертаційного дослідження з науково-практичною роботою кафедри, сформовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів. У першому розділі надається комплексний аналіз науково-технічної інформації, що стосується сучасних технологій очищення стічних вод на машинобудівних підприємствах. Визначено ключові фактори, які впливають на екологічний стан природного середовища внаслідок скиду стічних вод машинобудівної галузі, проведено аналіз існуючих методів очищення стічних вод з відзначенням їх ефективності та актуальності. В аналітичних матеріалах підкреслюється, що відпрацьована водна емульсія, забруднена нафтопродуктами, має значний негативний вплив на навколишнє середовище через високий вміст шкідливих речовин, становить небезпеку забруднення ґрунтів, водойм, загрозу порушення природного балансу і реалізації негативних наслідків для екосистем. За результатами наукових і практичних досліджень щодо підвищення рівня екологічної безпеки на машинобудівному підприємстві відзначено доцільним розвиток інноваційних екологічно ефективних технологій охорони навколишнього середовища. Показана перспективність використання передових технологій замкненої водооборотної системи, що дозволяє повторно використовувати очищену воду для внутрішніх потреб підприємства, таких як омивання обладнання та інших технологічних процесів. Це дасть можливість зменшити витрати водних ресурсів і обсяги стоків, реалізувати екологічно безпечне виробництво відповідно до вимог стандартів екологічного менеджменту. У другому розділі відзначені особливості складу стічних вод на машинобудівному підприємстві, проаналізовано методи відбору проб і методики дослідження їх характеристик, способи експериментального очищення в лабораторних умовах. Детально відзначені характеристики зразків реальних стічних вод з машинобудівного виробництва на рівні концентрацій основних забруднюючих речовин. Оцінка складу та властивостей стічних вод надана за результатами санітарно-хімічного аналізу. Експериментальні роботи з модельними зразками стічних вод проводилися на кафедрі хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ». Третій розділ присвячений результатам досліджень способів очищення стічних вод на машинобудівних підприємствах, аналізу закономірностей коагуляції та флокуляції модельних зразків. За результатами лабораторних експериментів з вивчення ефективності поєднання методів коагуляції та флокуляції були визначені розрахункові залежності для відзначення умов видалення забруднень з води. Отримані оцінки ефективності різних методів очищення стоків машинобудівного виробництва відповідно до рівня якості очищеної води. Це дозволило встановити оптимальні технологічні рішення щодо підвищення екологічної ефективності поводження зі скидами на машинобудівних підприємствах, можливості повторного використання очищеної води на виробництві. У четвертому розділі досліджені питання внесення пропозицій щодо інтенсифікації роботи системи екологічного менеджменту та управління на підприємстві на основі пропозицій з підвищення екологічної ефективності виробництва. Виокремлення можливостей екологічного розвитку здійснюється відповідно до результатів SWOT-аналізу, який дозволяє ідентифікувати сильні та слабкі сторони, можливості та загрози у контексті змін екологічної діяльності. У п’ятому розділі наведено науково-обґрунтовані рекомендації вибору технології обробки стічних вод машинобудівних підприємств для вторинного використання стічної води, що дозволяє зменшити витрати виробництва та навантаження на природні екосистеми від скидів. За висновками щодо ефективності дисертаційного дослідження відзначені такі наукові результати: 1) вперше науково обґрунтовано запровадження технології комплексного очищення стічних вод машинобудівних підприємств від багатокомпонентних забруднень на основі поєднання процесів коагуляції та флокуляції, що дозволило повторне використання очищеної води в технологічних процесах виробництва, і як результат отримати зменшення водоспоживання та підвищити екологічну ефективність підприємства; 2) вперше відзначені особливості перебігу процесу фізико-хімічного очищення багатокомпонентних стоків (емульсій, суспензій) машинобудівних підприємств від тонкодисперсних домішок при оптимізації кількості використаних коагулянту та флокулянту, що дозволило розробити науково-обґрунтовані рекомендації удосконалення технології обробки стічних вод; 3) удосконалено систему інтегрованої екологізації машинобудівного підприємства на основі екологічного менеджменту за рахунок впровадження перспективних технологій очищення стічних вод, що надає можливості отримання відповідності екологічним стандартам при зменшенні водоспоживання та збільшенні ефективності виробничих процесів; 4) отримали подальший розвиток теоретичні основи перебігу фізико-хімічних процесів агрегатоутворення при дестабілізації водно-шламових суспензій і водно-масляних емульсій під впливом поліелектролітів (іоногенних флокулянтів та коагулянтів), що дозволило рекомендувати засоби з інтенсифікації процесів очищення стічних вод з мінімальною витратою реагентів. Теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі НТУ «ХПІ» при підготовці студентів спеціальностей 101 «Екологія». The dissertation was written at the Department of Chemical Techniques and and Industrial Ecology of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of the Ministry of Education and Science of Ukraine. The dissertation will be defended at the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2024. The object of the study is the processes of wastewater treatment of a machine-building enterprise from oil emulsions, oil products and suspended particles in order to improve their environmental friendliness. The subject of the study is methods and environmental solutions to intensify the treatment of multicomponent wastewater from machine-building enterprises. The dissertation research is devoted to solving the problems of environmental safety in the production of the machine-building industry on the basis of intensification of multicomponent wastewater treatment for the reuse of purified water. The results obtained contribute to the development of efficient and environmentally friendly wastewater management technologies at machine-building enterprises, the development of the concept of environmental management to improve environmental sustainability and reduce negative environmental impact. The introduction substantiates the choice of the research topic and the scientific relevance of the dissertation, formulates the goal and objectives, defines the object, subject and methods of the study, shows the connection of the dissertation research with the scientific and practical work of the department, forms the scientific novelty and provides the practical significance of the results. The first chapter provides a comprehensive analysis of scientific and technical information related to modern wastewater treatment technologies at machine-building enterprises. The key factors that affect the ecological state of the environment as a result of wastewater discharge from the machine-building industry are identified, and the existing methods of wastewater treatment are analyzed, noting their effectiveness and relevance. The analytical materials emphasize that the spent water emulsion contaminated with oil products has a significant negative impact on the environment due to the high content of harmful substances, poses a risk of soil and water pollution, threatens to disrupt the natural balance and cause negative consequences for ecosystems. Based on the results of scientific and practical research on improving the level of environmental safety at a machine-building enterprise, the author notes that it is advisable to develop innovative environmentally efficient environmental protection technologies. The article shows the prospects of using advanced technologies of a closed water recycling system, which allows reusing purified water for the internal needs of the enterprise, such as washing equipment and other technological processes. This will make it possible to reduce water consumption and wastewater volumes, and to implement environmentally friendly production in accordance with the requirements of environmental management standards. The second section describes the peculiarities of the composition of wastewater at an engineering enterprise, analyzes the methods of sampling and methods for studying their characteristics, and methods of experimental treatment in the laboratory. The characteristics of samples of real wastewater from machine-building production at the level of concentrations of the main pollutants are noted in detail. The composition and properties of wastewater are evaluated based on the results of sanitary and chemical analysis. Experimental work with model samples of wastewater was carried out at the Department of Chemical Engineering and Industrial Ecology of NTU “KhPI”. The third section is devoted to the results of research on wastewater treatment methods at machine-building enterprises, analysis of coagulation and flocculation patterns of model samples. Based on the results of laboratory experiments to study the effectiveness of combining coagulation and flocculation methods, calculation dependencies were determined to indicate the conditions for removing contaminants from water. Estimates of the effectiveness of various methods of wastewater treatment in machine-building production were obtained in accordance with the level of quality of treated water. This made it possible to establish optimal technological solutions to improve the environmental efficiency of wastewater management at machine-building enterprises and the possibility of reusing treated water in production. The fourth section investigates the issues of making proposals to intensify the work of the environmental management and control system at the enterprise on the basis of proposals to improve the environmental efficiency of production. The identification of environmental development opportunities is carried out in accordance with the results of the SWOT analysis, which allows identifying strengths and weaknesses, opportunities and threats in the context of changes in environmental activities. The fifth section provides scientifically based recommendations for choosing a wastewater treatment technology for machine-building enterprises for the secondary use of wastewater, which reduces production costs and the burden on natural ecosystems from discharges. According to the conclusions on the effectiveness of the dissertation research, the following scientific results were noted: 1) for the first time, the introduction of the technology of integrated wastewater treatment of machine-building enterprises from multicomponent pollution based on a combination of coagulation and flocculation processes was scientifically substantiated, which allowed the reuse of purified water in production processes, and as a result, to reduce water consumption and increase the environmental efficiency of the enterprise; 2) for the first time, the peculiarities of the process of physical and chemical treatment of multicomponent wastewater (emulsions, suspensions) from machine-building enterprises from fine impurities were noted while optimizing the amount of coagulant and flocculant used, which allowed developing scientifically based recommendations for improving wastewater treatment technology; 3) improved the system of integrated ecologization of the machine-building enterprise on the basis of environmental management through the introduction of advanced wastewater treatment technologies, which provides opportunities to meet environmental standards while reducing water consumption and increasing the efficiency of production processes; 4) the theoretical foundations of the course of physical and chemical processes of aggregate formation during the destabilization of water-sludge suspensions and water-oil emulsions under the influence of polyelectrolytes (ionic flocculants and coagulants) were further developed, which allowed us to recommend means for intensifying wastewater treatment processes with minimal reagent consumption. The theoretical and practical results of the dissertation are used in the educational process of NTU “KhPI” in the training of students majoring in 101 “Ecology”.
Підвищення ефективності очищення стічних вод в процесі пивоваріння при реалізації інформативних методів контролю
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Пироженко, Євгенія Володимирівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – «Екологія». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2023. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процес очищення стічних вод підприємств пивоварної галузі при реалізації комбінованого метода на основі технологічної схеми очищення, яка передбачає омагнічування стічних вод з урахуванням порівняльного попереднього інформативного контролю нормативних параметрів зразків пивних стоків. Предмет дослідження – рішення питань підвищення ефективності очищення стічних вод пивоварних підприємств малої потужності та зменшення впливу антропогенного навантаження на навколишнє природнє середовище районів населених пунктів, у яких розміщуються підприємства пивоварної галузі. Дисертаційне дослідження присвячене пошуку шляхів підвищення ефективності очищення стічних вод підприємств пивоварної галузі розташованих у районах населених пунктів за рахунок реалізації раціонального комбінованого методу очищення стічних вод міні-пивоварень та удосконалення відповідної технологічної схеми, яка передбачає омагнічування стічних вод, на основі попереднього інформативного електромагнітного контролю нормативних параметрів зразків пивних стоків. У вступі обґрунтовано наукову актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з госпдоговірною тематикою НТУ «ХПІ», сформульовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів дисертаційного дослідження, а також дані про особистий внесок здобувача, інформацію щодо апробації результатів дисертації, дані про публікації, обсяг та структуру дисертації. Перший розділ присвячено аналізу науково-технічної інформації щодо методів та технологічних схем очищення пивних стоків, які є висококонцентрованими та різноманітними за своїм складом та представляють собою слабкі електролітичні рідини. Наведений аналіз свідчить щодо необхідності урахування на міні-пивоварнях специфічних особливостей стоків, які обумовлені: технологіями виробництва продукції, споживанням води, а також технічними можливостями інформативних методів контролю фізико-хімічних характеристик зразків стічних вод. З’ясовано, що стічні води, які надходять на очисні споруди, утворюються на різних стадіях виробничого процесу (затирання солоду, бродіння, кип'ятіння, фільтрація та ін.). При цьому, відсутність чітких законодавчих норм створює умови щодо порушення діючого законодавства стосовно скиду стічних вод міні-пивоварні у міську каналізацію без попереднього очищення навіть від механічного сміття, залишків сировини та мийних стічних вод, які утворюються внаслідок миття обладнання, посуду і спеціальної тари. Слід визначити, що інформацію стосовно відповідності (чи невідповідності) стічних вод нормам водовідведення, отримують на основі результатів вимірювань фізико-хімічних параметрів зразків стічних вод при реалізації сучасних інформативних методів вимірювань. Наведено основні інформативні параметри пивних стоків у відповідності зі державними та міжнародними стандартами, до яких відносять питому електричну провідність χ (питомий електричний опір λ), відносну діелектричну проникність εr, температуру t, густину ρ та пов’язані з ними характеристики мінералізації ТДС, в’язкості μt, водневого показника рН, показників біохімічного споживання кисню (БСК) і хімічного споживання кисню (ХСК). Саме тому є підстави вважати, що питання обирання методу очищення, а також моделювання подальшої екологічної ситуації, яка пов’язана зі скидом стічних вод пивоварних виробництв – потребує створення нових широкомежових інформативних методів контролю пивних стоків. В цьому плані представляє важливий теоретичний і практичний інтерес сумісний вимірювальний багатопараметровий контроль параметрів зразків стічних вод методами, які реалізуються на базі електромагнітних перетворювачів (ЕП), що використовують поздовжнє магнітне поле. Таким чином, подальших досліджень потребують проблемні питання стосовно підвищення екологічної безпеки за рахунок моделювання ситуацій, пов’язаних з процесами урбанізації та руйнуванням навколишнього природного середовища районів населених пунктів в яких розміщуються виробництва пивоварної галузі. У відповідності з розглянутою технологічною схемою виробництва пива, з’ясовано утворення кислого стоку після здійснення технологічних операцій з напівфабрикатом у заторному чані та у циліндро-конічному танку гарячої води, у свою чергу, спостереження лужного стоку виникало під час отримання готового продукту з утворенням великої кількості водного органічного залишку. При цьому, для зменшення антропогенного впливу на навколишнє природнє середовище районів населених пунктів, необхідно дослідити питання удосконалення технологічного процесу виробництва пива і вибору раціонального методу очищення, а також удосконалення відповідної технологічної схеми за рахунок омагнічування зразків стічних вод. Другий розділ присвячено дослідженню можливості застосування теорії роботи теплового трансформаторного електромагнітного перетворювача (ТТЕП) та індуктивного параметричного електромагнітного перетворювача (ІПЕП) зі зразками стічних вод кислого і лужного складу та усереднених пивних стоків. На основі рівнянь Дебая, рівнянь Максвела і рівняння дифузії змінного електромагнітного поля у проводійну середу, що досліджується, доповнено наукові данні щодо теоретичних основ роботи ТТЕП та ІПЕП. Досліджено двопараметровий електромагнітний метод сумісних вимірювань питомої електричної провідності χ та температури t кислих, лужних та усереднених пивних стоків. Реалізація метода здійснюється за рахунок встановлення універсальних функцій перетворення Gt=f(Δφt) та Δφ =f(At), тобто залежностей амплітуди Gt від різницевого фазового кута зсуву Δφt та різницевого фазового кута зсуву Δt від узагальненого параметра Аt. Отримано залежності нормованих характеристик Lпн та φ₂t ІПЕП від узагальненого параметра Аt. Досліджено трипараметровий метод сумісних вимірювань питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εr та температури t зразків пивних стоків, наведено алгоритми вимірювальних та розрахункових процедур при реалізації запропонованого трипараметрового методу. Розроблено чотирипараметровий метод сумісного вимірювального контролю питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ кислих, лужних та усереднених зразків стічних вод. Запропонований чотирипараметровий метод передбачає застосування двох близьких частот електромагнітного поля f0= 20,3 МГц і f1= 22 МГц. Отримано степеневі ряди, які відображують залежності відносної діелектричної проникності εr від густини ρ у діапазоні температур t = [15….35°С], при цьому отримані залежності представляють собою інтерполяційний поліном четвертого ступеня. Для знайденого інтерполяційного полінома на частотах f0 і f1 розраховано сталі коефіцієнти К0 і К1. З метою розширення функціональних та технічних можливостей багатопараметрових електромагнітних пристроїв, а також для підвищення точності вимірювань питомої електричної провідності χ, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ стічних вод безпосередньо у великих ємностях та резервуарах малих, середніх та крупних пивоварних підприємств, досліджено чотирипараметровий інформативний метод на основі занурюваного параметричного електромагнітного перетворювача ЗПЕП, який замість осердя застосовує провідний шар стічних вод. ЗПЕП містить одну обмотку та може занурюватися в достатньо великі ємності, що надає змогу зчитувати вимірювальну інформацію навіть у тому випадку, якщо рідина не є гомогенною. У третьому розділі за рахунок отриманих співвідношень, які описують точнісні характеристики багатопараметрових електромагнітних перетворювачів, визначено похибки вимірювань компонентів сигналів на основі оцінювання характеристик функції багатьох змінних. Наведено методику оцінювання температурної похибки зразків стічних вод, яка безпосередньо впливає на амплітудні, фазові та частотні компоненти сигналів електромагнітних перетворювачів. Досліджено методику оцінювання відносних похибок спільних вимірювань питомого електричного опору λ, відносної діелектричної проникності εrt та температури t пивних стоків у раціональних режимах роботи ТЕТП при дослідженні температурного діапазону 15 ≤t ≤ 35 ºС. При реалізації чотирипараметрового методу спільних вимірювань питомої електричної провідності ꭓt, відносної діелектричної проникності εr, температури t та густини ρ пивних стоків визначено похибки вимірювань фізико-хімічних параметрів ɤλ, ɤεr, ɤρ и ɤt. Досліджено багатопараметровий електромагнітний метод визначення характеристик мінералізації TDS (St), в’язкості µt та температури t зразків пивних стоків. Виходячи з оброблюваного масиву даних, отриманих в результаті вимірювання параметрів усереднених зразків стічних вод, розраховано степеневий ряд, який відображує залежність в’язкості µt від питомої електричної провідності χ, отримана відповідна залежність (при постійному значенні тиску P=0,101325 МПа) в досліджуваному температурному діапазоні [15-35°C]. При дослідженні трьох та чотирипараметрових методів вимірювального контролю параметрів кислих, лужних та усереднених зразків пивних стоків, визначено загальну складову вірогідності контролю, яка складає відповідно DΣ = 0,978, що свідчить про ефективність запропонованих в дисертації інформативних методів контролю фізико-хімічних параметрів зразків пивних стоків. У четвертому розділі запропоновано шляхи удосконалення процесу виробництва пива за рахунок встановлення додаткових температурних пауз під час затирання солоду. З'ясовано, що температурні паузи повинні бути точно витримані у відповідності з часом відстоювання пивного напівфабрикату, є важливою також точність виміру температури t напівфабрикату, як під час температурної паузи, так і у терміни визначення t охолодження готового продукту, при цьому чим ближче значення температури до нижньої межі температурного діапазону паузи, тим довше ії необхідно підтримувати, нагрів до температури t = 78°С, призводить до псування готового продукту, залпових скидів пива і, як наслідок, забруднення стічних вод. Запропоновано комбінований метод очищення пивних стоків, який передбачає омагнічування стічних вод. Досліджено технологічну схему очищення пивних стоків, при цьому для удосконалення процесу очищення рекомендується в схемі для реалізації комбінованого методу очищення додавати фільтр М1, який передбачає спеціальну зону для введення магнітної рідини на водній основі. В основі запропонованого комбінованого методу очищення стічних вод пивоварних виробництв, лежить принцип омагнічування шляхом додавання магнітної рідини (параметри якої розраховано заздалегідь) у фільтр зі стічною водою та подальшому видаленні забруднень при реалізації процесу сепарації. Запропоновано метод сумісного визначення статичних характеристик досліджуваної модельної магнітної рідини (на водній основі): питомої електричної провідності χt, магнітної сприйнятливості kt і температури t магнітної рідини, яку у подальшому рекомендується застосовувати задля очищення стічних вод. Знайдено раціональне співвідношення стічна вода: магнітна рідина (СВ:МР), СВ:МР = 8,7‧10-3: 1. Наведені результати свідчать про ефективність запропонованого комбінованого метода очищення пивних стоків стосовно норм водовідведення у міську каналізацію, а саме водневий показник рН зменшується в результаті очищення на 34, 6%, ХСК в 7,14 рази, БСК5 в 1,52 рази, зважені речовини в 1,52 рази, катіони кальцію Са²⁺ в 1,53 рази, катіони магнію Mg²⁺ в 1,51 рази, загальна жорсткість dH в 1,64 рази, карбонатна жорсткість KH в 1,86 рази. Слід визначити, що введення магнітної рідини також дозволяє осаджувати дрібно дисперсні забруднення в каламутних стоках міні-пивоварні.
Розробка концепції екологічної безпеки дитячих майданчиків урбанізованих територій
(2023) Стаднік, Вероніка Юріївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія» (10 – Природничі науки) – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», 2023. Об’єкт дослідження – система забезпечення екологічної безпеки дитячих майданчиків урбанізованих територій. Предметом досліджень є методи та засоби зменшення впливу чинників навколишнього середовища на екологічний стан дитячих ігрових майданчиків урбанізованих територій. Дисертаційне дослідження присвячене розв’язку науково-прикладної задачі запобігання негативного впливу факторів навколишнього середовища на екологічну безпечність дитячих майданчиків урбанізованих територій. У вступі обґрунтовано вибір теми дослідження та актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок дисертаційного дослідження з науково-практичною роботою кафедри, визначено наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. У першому розділі проведено комплексний аналіз стану розв’язку проблемних задач щодо створення та функціонування дитячих майданчиків як екологічно безпечних місць урбоекосистем, визначені пріоритетні фактори небезпеки для заселених територій з боку забруднення довкілля. Доведено, що існує чітка залежність між рівнем екобезпеки урботериторій та рівнем екологічної якості системи «зеленінасадження –дитячий майданчик». За результатами аналізу теоретичного матеріалу наукових робіт обґрунтовано ефективність використання зелених насаджень для зменшення рівня шумового, пилового, хімічного та інших видів забруднень для забезпечення належного рівня екологічної якості територій ігрових майданчиків. Встановлено, що пилове забруднення має безпосередній вплив на дихальну систему дітей. Надмірний рівень шумового забруднення призводить до негативних наслідків для дитини, що пов’язані з порушенням сну та психологічного стану, ритму роботи серцево-судинної системи, фізіологічного та когнітивного характеру. Низький рівень екобезпечності зон дитячого відпочинку пов'язаний з відсутністю належної системи моніторингу: недостатня кількість пунктів відбору проб та відсутність єдиної інформаційної бази для екологічного контролю. На підставі отриманих результатів аналізу стану системи забезпечення екологічної якості дитячих майданчиків сформульовано задачі дослідження та шляхи їх розв’язку. У другому розділі описані матеріали, методики та прилади, необхідні для проведення експериментальних досліджень у вирішенні питань контролю екологічної якості поточного стану дитячих майданчиків: методика оцінки запиленості атмосферного повітря, методи біоіндикації; прилади вимірювання рівня шумового забруднення. У роботі використані стандартні методики визначення стану зелених насаджень, методи експертних оцінок для встановлення вагомих факторів екологічної небезпеки. Статистична обробка експериментальних розрахункових даних здійснювалася за допомогою ліцензованих програм Statistica 6.0 та Microsoft Office Excel 2016. У третьому розділі надані результати експериментальних досліджень щодо екологічної ситуації на функціонуючих дитячих майданчиках: 1) рівень забруднення атмосферного повітря на більшості ігрових майданчиків за висновками з ліхеноіндикації відзначено як середній (28,57 %) та сильний (21,98%); 2) більший ступінь перевищення пилового забруднення на дитячих майданчиках виявлено на території приватного сектору порівняно з майданчиками, які розташовані в межах багатоквартирної забудови; 3) найбільший рівень шумового забруднення на майданчику встановлено в межах багатоквартирної забудови – 86,9 дБ (А), у межах приватного сектору – 94,2 дБ (А); 4) високий рівень біозабруднення зафіксовано у 2019 році в 42 пробах піску – виявлено 45,24 % життєздатних яєць гельмінтів, у 2020 році – 43,75% в 48 пробах, у 2021 році в 45 пробах цей показник становив 44,44%; 5) хімічний склад стічних дощових вод відрізняється в залежності від місця розташування дитячих майданчиків: для зони багатоквартирної забудови відзначено високий вміст нафтопродуктів (3,7 мг/л), для приватного сектору – високий вміст фосфору (0,6 мг/л), що свідчить про використання фосфатних добрив, які з часом вимиваються з ґрунту; 6) з обстежених 737 дерев та чагарників визначено переважаючими видами зелених насаджень Aesculus hippocastanum L. (6,38%) та Betula pendula Roth. (5,7 %), відзначено, що 54,82 % рослин відносяться до категорії «ослаблені» за станом захворювання листя (30,47 %) та ураження зелених насаджень комахами-шкідниками (28,71 %), механічні пошкодження (20,51 %); 7) на дитячих майданчиках виявлено трав’янисті рослини, пилок яких викликає алергічні реакції: амброзія (Ambrosia L.), полин звичайний (Artemisia vulgaris L.), костриця (Festuca L.), лобода біла (Chenopodium album L.), а також отруйні рослини – борщівник Сосновського та болиголов плямистий (Conium maculatum L.). Експериментально доведено, що зелені насадження мають високий рівень пилефільтруючої ефективності – маса нерозчинених пилових частинок, що утримуються листовою поверхнею зелених насаджень досягала 1,1 мг/см2, а розчинених – 0,4 мг/см². У четвертому розділі надані результати визначення вагомих факторів екологічної безпеки територій дитячої рекреації за методами експертних оцінок: відстань від автодороги до майданчика, інтенсивність руху транспорту, наявність зелених насаджень на дитячому майданчику, кількість та екологічний стан зеленої маси. За висновками обробки експериментальних визначень запропоновано інтегрований індекс екологічної безпеки дитячих ігрових майданчиків урбанізованих територій як показник їх екологічної якості. Розробка індексу має практичне значення як основа оперативного контролю та прийняття рішення щодо оцінювання поточного стану екологічної безпеки на дитячих майданчиках заселених територій. У п’ятому розділі розглядаються основні положення запропонованої концепції забезпечення контролю рівня екологічної безпечності стану дитячих майданчиків, яка ґрунтується на чотирьох складових: розроблений індекс екологічної безпеки; якість облаштування майданчику; екологічна обізнаність населення, оперативне реагування на погіршення екологічної ситуації. Для зменшення рівня дії антропогенних факторів на територію дитячих майданчиків пропонується запровадити комплексне озеленення з урахуванням особливостей міського середовища. Ефективність розробленої системи озеленення доведена за результатами дворічних досліджень. Створення рослинних захисних смуг шириною до 1 м є ефективним рішенням для уникнення впливу негативних чинників довкілля на територію майданчиків. Доведено дієвість використання високорослих трав’янистих рослин та ліан в якості альтернативного озеленення територій майданчиків. Запропонована багаторівнева модель управління екологічною безпекою дитячих майданчиків, яка дозволить практично забезпечити належний рівень екологічної якості цих рекреаційних територій. За висновками щодо ефективності дисертаційного дослідження відзначені такі наукові результати: 1. Вперше обґрунтовано комплексну систему забезпечення екологічної якості дитячих майданчиків, в якій враховані умови подолання наслідків негативного впливу навколишнього середовища на якість зон рекреації і здоров’я дітей, як найбільш чутливої групи населення. 2. Вперше запропоновано інтегральний показник екологічної безпеки дитячих майданчиків, який дозволяє отримати загальну оцінку якості стану території з відображенням питомої ваги кожного фактору, що є основою виявлення найбільш впливового чинника небезпеки. 3. Набули подальшого розвитку теоретично-практичні дослідження екрануючих функцій високорослих багаторічних трав’янистих квіткових рослин щодо зменшення впливу небезпечних факторів на рекреаційні території в умовах урбанізованого середовища. Доведено ефективність їх використання в умовах щільної забудови для облаштування екологічно безпечних місць організації ігрових дитячих майданчиків. Відзначені переваги зеленого засобу екологічного захисту вразливих груп населення в несприятливих умовах проживання за рахунок швидкості росту високорослих багаторічних трав’янистих квіткових рослин, що становить 1–1,5 місяці з моменту посадки. 4. Набули розвитку теоретичні основи комплексного підходу формування екологічного захисту рекреаційних зон в межах урбанізованих територій на базі організації змішаних деревинних, чагарникових, трав’янистих захисних смуг для досягнення максимуму екрануючої дії зеленого бар’єру. 5. Удосконалено систему догляду за прибудинковими територіями шляхом введення оперативного контролю екологічного стану на дитячих майданчиках на основі визначення інтегрального індексу екобезпеки. Запропоновані у дисертаційній роботі засоби екологічного захисту зон відпочинку в межах щільно населених міст впроваджено в проєкти озеленення дитячого майданчика в ОСББ «ОАЗІС-14» та території КЗ «Харківська спеціальна школа № 2». Теоретичні результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі НТУ «ХПІ» при підготовці студентів спеціальностей 101 «Екологія» та 183 «Технології захисту навколишнього середовища». Задачі дисертаційного дослідження з розвитку теорії та практики озеленення урбоекосистем відповідають 11-й цілі сталого розвитку, а саме завданню 11.7 – забезпечення доступу до безпечних і відкритих зелених зон громадських територій.
Підвищення екологічної безпеки виробництва очищеного бікарбонату натрію шляхом мінімізації газових та рідинних відходів
(Національний технічний інститут "Харківський політехнічний інститут", 2021) Порохня, Микола Федорович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – Екологія. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2021. Роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процеси утворення відходів виробництва очищеного бікарбонату натрію та мінімізації їх впливу на довкілля. Предметом дослідження закономірності оптимізації фізико-хімічних параметрів процесу карбонізації содобікарбонатного розчину та конструкційних особливостей бікарбонатних колон виробництва очищеного бікарбонату натрію. Дисертаційне дослідження присвячене екологізації виробництва очищеного бікарбонату натрію шляхом оптимізації технологічних параметрів процесу карбонізації содобікарбонатного розчину та удосконалення конструктивних параметрів основного технологічного обладнання процесу – бікарбонатних колон. У вступі обґрунтовано науково-технічну актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв'язок роботи с науковими темами, надано наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено комплексному аналізу науково-технічної інформації та інформації, отриманої на заводах з виробництва соди та содопродуктів, щодо сучасних методів підвищення екологічної безпеки виробництва очищеного бікарбонату натрію та основних технологічних параметрів. Розглянуто та проаналізовано світовий досвід щодо виробництва очищеного бікарбонату натрію. Розглянуто конструкційні особливості основного технологічного обладнання – бікарбонатних (карбонізаційних) колон. Виявлено вплив виробництв очищеного бікарбонату натрію на стан навколишнього середовища районів їхнього розташування. На підставі аналізу сформульовано задачі дослідження та шляхи їх вирішення. У другому розділі розглянуто методики проведення експериментальних досліджень в лабораторних та промислових умовах, надано опис матеріалів, приладів та обладнання для їхньої реалізації. Третій розділ присвячений теоретичному обґрунтуванню шляхів інтенсифікації процесів технології очищеного бікарбонату натрію з метою рішень задач екологізації виробництва. Було проведено аналіз впливу основних технологічних параметрів процесу карбонізації содобікарбонатних розчинів на екологічні показники якості кінцевого продукту та ефективність абсорбції СО₂ з метою мінімізації утворення відходів виробництва та зменшення їх негативного впливу на довкілля. В четвертому розділі досліджено вплив температури та витрати газу на кінетику карбонізації (насичення діоксидом вуглецю) розчину карбонат-гідрокарбонату натрію. В результаті використання експериментального лабораторного обладнання знайдено, що зростання температури абсорбенту від 79 до 85°С призводить до зниження максимального ступеню карбонізації розчину з 64 до 59%. Якість же отриманих кристалів гідрокарбонату натрію, навпроти, зростає, але тільки в інтервалі від 79 до 82°С. Крім того, було визначено що окрім конструктивної характеристики нижньої частини бікарбонатних колон, суттєву роль у тривалості експлуатації колон між зупинками на промивку відіграє кількість і місце розташування контактних елементів. В результаті досліджень в промислових умовах було виявлено, що найбільший ефект дає експлуатація лише двох з семи тарілок. П’ятий розділ присвячений визначенню шляхів підвищення екологічної безпеки содових виробництв і суміжних з ними виробництв очищеного бікарбонату натрію шляхом екологізації технологічних параметрів виробництва. Було визначено основні екологічно небезпечні аспекти діяльності останніх виробництв очищеного бікарбонату натрію, які пов’язані з недосконалістю процесу карбонізації содобікарбонатного розчину. На основі проведених досліджень, як в лабораторних, так і в промислових умовах було розроблено науково обґрунтовані рекомендації щодо інтенсифікації процесу карбонізації, спрямованої як на мінімізацію негативного впливу на довкілля та підвищення екологічної безпеки процесу, так і на підвищення якості виробництва кінцевого продукту. Виходячи з даних рекомендацій, розраховано орієнтоване зменшення кількості викидів в атмосферу парникового газу СО₂ світовими підприємствами очищеного бікарбонату натрію, яке склало 20,8 тис. т/рік. В разі реалізації запропонованих у п’ятому розділі заходів було досягнуте зменшення обсягів утворення рідинних відходів на 57,7%.
Підвищення екологічної безпеки харчових виробництв шляхом очищення та утилізації рідких відходів
(Національний технічний інститут "Харківський політехнічний інститут", 2021) Гетта, Оксана Сергіївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – «Екологія». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2021. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процеси очищення стічних вод харчових виробництв з порівнянням ефективності методів очищення стічних вод після миття картоплі для підвищення екологічної безпеки підприємств. Предмет дослідження – рішення питань екологічної безпеки при очищенні стічних вод харчових підприємств та розробці обґрунтованої схеми очищення стічних вод після миття овочевої продукції. Дисертаційне дослідження присвячене пошуку раціональних умов очищення стічних вод до норм водовідведення у міську каналізацію, а також пошук інноваційних екологічно безпечних рішень щодо вторинного їх використання на виробництві шляхом повторного їх використання із застосуванням фізико-хімічних методів коагуляції розчинних та завислих домішок, а також флокуляції дрібнодисперсних часток забруднень води з подальшим її освітленням. У вступі обґрунтовано наукову актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено комплексному аналізу науково-технічної інформації щодо сучасних методів очистки, стічних вод харчових та підприємств. Визначено основні фактори впливу на навколишнє природне середовище стічних вод харчової промисловості. Проаналізовані сучасні методи очищення стічних вод. Виявлено, що складність очищення таких стічних вод обумовлена полідисперсним складом забруднень та поєднанням органічних, неорганічних розчинних і нерозчинних сполук, які утворюють стійкі колоїди та дисперсні системи. Встановлений перспективний метод підвищення екологічної безпеки підприємств харчової та переробної галузі є створення замкнених водооборотних схем та повторного використання очищеної води у виробництві, наприклад, для миття овочевої продукції. У другому розділі проаналізовано склад стічних вод, харчових виробництв, описані методи відбору проб та методики дослідження характеристик води та способів експериментальної їх очищення в лабораторних умовах. Описані характеристики зразків реальних стічних вод виробництва картопляних чипсів, в результаті аналізу були встановлені, основні забруднюючі речовини. Склад стічних вод і їх властивості оцінювались за результатами санітарно-хімічного аналізу. Було запропоновано методику експериментального дослідження по очищенню стічних вод озонуванням. Всі експериментальні роботи з модельними зразками стічних вод проводилися в лабораторії кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ» та також в лабораторії кафедри промислової та біомедичної електроніки. Третій розділ присвячений результатам досліджень способів очищення стічних вод після миття овочей та аналізу закономірностей коагуляції та флокуляції модельних зразків стічних вод. Визначені розрахункові залежності з отриманих результатів експерименту, які свідчать що концентрація озону впливає значно сильніше ніж час обробки, а також для менших концентрацій, що після 5 хвилин обробки починається різке зменшення показників загального мікробного числа. У четвертому розділі були встановлені закономірності очищення стічних виробництва картопляних чипсів. За отриманими аналітичними даними надані такі висновки: – проведено аналіз зразків стічних вод виробництва картопляних чипсів; – встановлені методи очистки, які дозволяють отримати прозору воду, придатну до повторного використання для миття картоплі; – визначено що для порушення стійкості дисперсної системи виявився коагулянт – сульфат алюмінію в кількості 250 мг/л. Для інтенсифікації осідання скоагульованих пластівців завислих часток підібрано неіоногенний флокулянт, який рекомендовано дозувати після введення коагулянту в кількості по 2,5 мл/л; – встановлено залежність зміни швидкості осадження флокул від кількості флокулянту; – проведено аналіз освітленої води, який свідчить про зниження концентрації завислих часток до 26 мг/л та зменшення ХСК та БСК5 до значень 262 мг/л та 176 мг/л відповідно; – запропоновано схему очищення стічної води після миття картоплі, яка складається з попереднього проціджування, реагентної обробки, освітлення води та зневоднення осаду. У п’ятому розділі наведено науково-обгрунтовані рекомендації вибору технології обробки стічних вод харчових виробництв задля зменшення негативного впливу на довкілля та вторинного використання стічної води. Запропонована екологічно безпечна технологічна схема очищення стічної води з можливістю її вторинного використання після миття плодоовочевої продукції. Запропоновано рекомендації щодо екологізації харчових виробництв.
Підвищення екологічної безпеки металургійних виробництв шляхом очищення, зневоднення та утилізації шламів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Брянкін, Олександр Серафимович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – Екологія (10 – Природничі науки). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2021. Роботу виконано на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процеси очищення шламів мокрої газоочистки металургійного виробництва на основі флокуляції та седиментації завислих часток. Предмет досліджень – рішення питань екологічної безпеки при очищенні та зневодненні шламів металургійних підприємств на основі запропонованих методик пошуку оптимальних умов флокуляції і збереження міцності флокул при їх транспортуванні для агрегатоутворення твердої фази. Дисертаційне дослідження присвячене розв’язанню задач екобезпеки при пошуку оптимальних умов очищення та зневоднення тонкодисперсних шламів металургійних виробництв з використанням інноваційного рішення щодо процесу агрегатоутворення завислих часток шляхом флокуляції твердої фази. У вступі обґрунтовано наукову актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено аналізу та систематизації наукових і статистичних даних, отриманих з джерел інформації, щодо впливу металургійного виробництва на екологічний стан навколишнього середовища, сучасних методів очищення стічних вод і шламів, процесів зневоднення та утилізації осадів підприємств металургійної галузі. Визначені основні тенденції з пошуку шляхів розв’язання задач екологічної безпеки на металургійних підприємствах відповідно до методів інтенсифікації процесу очищення стічних вод і шламів при використанні флокулянтів, для яких позначені оптимальні умови використання для підвищення рівня безпечності та екологічної якості на виробництві. На підставі аналізу обґрунтовано наукові задачі дисертаційного дослідження. У другому розділі наведено характеристику засобів та методів дослідження технологічних рішень для підвищення екологічної ефективності очищення шламів на основі флокуляції. Лабораторні досліди з вивчення флокуляції і особливостей змін швидкості осідання флокул, визначення гідродинамічного впливу на флокули, встановлення складу та властивостей речовин здійснювалось за допомогою об’ємних, вагових та фізико-хімічних методів дослідження за стандартними методиками. Експериментальні роботи з модельними шламами проводилися в лабораторії кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ "ХПІ" і відокремленій аналітичній лабораторії ТОВ "НТЦ "Екомаш". Третій розділ присвячений результатам експериментальних дослідів флокуляції тонкодисперсних шламів, проведених в лабораторних умовах з модельними суспензіями і в промислових умовах на реальних стічних водах металургійних виробництв на модулі очищення стічних вод. У розділі досліджені питання екологічної безпеки при отриманні металонаповнених композитів з використанням відходів металургійного виробництва. За експериментальними дослідами отримані такі результати: – досліджено вплив концентрації твердої фази модельних шламів мокрої очистки газу і витрати флокулянту на зміни величини швидкості осідання твердої фази і міцності флокул; флокуляція здійснюється найбільш ефективно, а саме для дослідженого виду шламу вона склала 8–12 г/л; – установлено, що зміни швидкості руху рідини додатково на і понад 1–1,5 м/с призводить до значного руйнування флокул, що є більш дієвим за тривалість перебігу процесу за висновками дослідження гідромеханічного впливу на агрегати, руйнуюча дія якого залежить від концентрації твердої фази, часу та інтенсивності перемішування сфлокульованого шламу; – виявлено, що вологість осаду та ефективність затримання твердої фази залежить від міцності флокул перед центрифугою; – встановлена залежність міцності флокул від параметрів агрегатоутврення (концентрації, витрати флокулянта та продуктивності) за результатами дослідження ефективності затримання твердої фази і зневоднення тонкодисперсних шламів металургійного підприємства на модулі очищення і зневоднення шламу; – визначені умови утилізації дрібнодисперсного пилу ливарних виробництв в якості наповнювача композитів холодного затвердіння за результатами дослідження впливу дисперсної твердої фази металевих відходів на міцність та експлуатаційні характеристики металонаповнених епоксидних композитів. У четвертому розділі подані результати статистичної обробки даних експериментів, математичного моделювання процесів очищення й зневоднення шламів та пошуку оптимальних значень параметрів утилізації з урахуванням вимог екологічної безпеки для металургійного виробництва. За отриманими аналітичними даними надані такі висновки: – установлені розрахункові залежності дозволяють визначати кількість флокулянту або швидкість осадження флокул при врахуванні інших чинників, вплив факторів агрегатоутворення на зміну швидкості осідання твердої фази і залишкову міцність флокул після гідродинамічного впливу; – визначені розрахункові залежності для промислового модуля надають можливість оперативно розрахувати концентрацію твердої фази в шламі, кількість флокулянту та швидкість осадження флокул до відстійника та після нього, на основі яких робиться заключення про досягнення певного рівня екологічної ефективності зневоднення осаду у центрифузі та відповідності вимогам екобезпеки при утилізації шламів; – прийнято за оптимальний екобезпечний вміст наповнювача для досліджуваних металонаповнених епоксидних композитів з використанням відходів у концентраційному інтервалі 45–60 % мас. У п’ятому розділі розроблено науково-обгрунтовані рекомендації щодо вибору оптимальних умов проведення процесу очищення та зневоднення шламів металургійних виробництв і надані такі результати. 1. Визначені мінімальні витрати флокулянту шляхом контролю залишкової швидкості осадження флокул перед зневоднюючим устаткуванням відповідно до запропонованих рекомендацій щодо вибору оптимальних технологічних параметрів очищення стічних вод після очищення газів у металургійному виробництві, методики підбору робочих параметрів устаткування, критерію міцності флокул. Встановлено за необхідне підтримувати постійною концентрацію твердої фази у стічній воді, що надходить на очищення, або регулювати витрати флокулянту залежно від концентрації твердої фази в шламі для досягнення необхідного критерію міцності флокул і потрібного рівня екологічної безпечності стічних вод. 2. Розроблена удосконалена схема технологічного рішення очищення стічних вод і зневоднення шламів з урахуванням можливості автоматичного управління процесами для досягнення певного рівня екологічної ефективності утилізації шламів.
Підвищення екологічної безпеки газовидобування шляхом очищення та утилізації рідких відходів буріння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Рикусова, Надія Іванівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – "Екологія". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2021. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є технології очищення рідких відходів буріння нафтогазових свердловин і процеси впливу їх на навколишнє природне середовище. Предметом дослідження є підвищення рівня екологічної безпеки шляхом впровадження нового технологічного рішення з очищення та утилізації рідких відходів буріння. Роботу присвячено вирішенню науково-практичного завдання щодо зниження техногенного навантаження на довкілля шляхом зменшення кількості відходів буріння свердловин у процесі газовидобутку. Результати дисертаційної роботи пройшли апробацію та мають впровадження, що підтверджено відповідними актами. У вступі обґрунтовано науково-технічну актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, надано наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено комплексному аналізу науково-технічної інформації щодо сучасних методів очистки, переробки та утилізації відходів буріння. Систематизовано техногенний вплив на довкілля, що виникає під час буріння свердловини для видобутку нафти і газу. З’ясовано вплив небезпечних бурових відходів на всі об’єкти навколишнього середовища. За результатами аналізу вітчизняних літературних джерел стосовно стану розв’язання задач утилізації відходів буріння виявлено, що більшість їх спрямовують для захоронення в спеціально облаштованих шламових амбарах або тимчасово зберігається безпосередньо на території бурового майданчика. Такий спосіб поводження з відходами при відсутності необхідної технології утилізації є причиною збільшення об’ємів їх накопичення та вилучення з обігу значних земельних ресурсів на тривалий термін. У другому розділі надано характеристику методів очистки, переробки та утилізації відходів буріння, що дозволяють повторно використовувати очищену бурову стічну воду у технічних цілях і значно зменшувати обсяги відходів. У третьому розділі обґрунтована пропозиція використання відходів буріння для виготовлення полімерного композиційного матеріалу та у виробах з кераміки згідно з запропонованою технологією їх утилізації. Досліджено вплив концентрації твердої фази бурових стічних вод (ТФБСВ) на величину швидкості осідання твердої фази при агрегатоутворенні під час фізико-хімічного методу очистки води з використанням флокулянтів та коагулянтів. Результати досліджень запропонованих підходів із вилучення твердої фази бурових стічних вод і їх подальшої переробки дозволили отримати таке: - введення флокулянтів без коагулянтів не призводять до агрегатоутворення частинок твердої фази шламових вод; достатньою для порушення стійкості дисперсної системи є доза коагулянту сульфату алюмінію 65 мг/г; найбільшу активність відзначено у аніонного флокулянта А-19; - додавання твердої фази відпрацьованого бурового розчину (ТФВБР) у вторинний поліетилен високої щільності призвело до збільшення ударної в'язкості і руйнівного напруження на вигин при збільшенні до 3 % водопоглинання матеріалу; - можливість використання бурових шламів з високим вмістом глинистої речовини як основної сировини і мінеральної добавки при формуванні керамічних мас, а шламів з високим вмістом псаммо-алеврито-пелітового матеріалу у якості опріснювача та хромофорної добавки; - закономірності у змінах характеристик бурових шламів відповідно до кількості відходів у складі керамічної маси. У четвертому розділі надані теоретичні основи моделювання процесів очистки та утилізації відходів буріння та отримані комплексні математичні моделі для визначення їх оптимальних технологічних параметрів. За узагальненням наданих пропозицій щодо теорії та практики методу очищення та утилізації шламів отримані такі результати: – визначені оптимальні параметри процесів очистки бурових стічних вод та утилізації бурових відходів відповідно до отриманих моделей за допомогою регресійного аналізу експериментальних даних; – отримано залежності, що дозволяють розраховувати очікувану швидкість осадження флокул в залежності від величини концентрації твердої фази у буровій стічній воді; – виявлено найкращі умови формування флокул, які характеризуються максимальною швидкістю осадження при мінімальній витраті флокулянту, а саме концентрація твердої фази в буровій стічній воді повинна становити 4–6 г/л; – отримано залежності для розрахунку значення ударної в'язкості та руйнівного напруження в залежності від кількості ТФВБР, що вводиться у композит; – встановлено за розрахунками, що оптимальна кількість наповнювача ТФВБР у полімерному композиті становить15–20 % мас.; – одержані залежності, що дозволяють розрахувати значення середньої густини ρ (г/см³), водопоглинання (%) та механічної міцності R (МПа) в залежності від кількості відходів у керамічних зразках х (% мас); – надані прогнозні розрахунки змін показників зразків стінової кераміки в залежності від кількості використаного наповнювача з відходів виду бурового шламу. У п’ятому розділі викладені рекомендації щодо вибору оптимальних технологічних параметрів процесів очистки та утилізації бурових відходів. Запропоновано інноваційне технологічне рішення щодо поводження з відходами буріння з отриманням більшого екологічного ефекту за рахунок збереження чистої води та недопущення проникнення бурових відходів у навколишнє середовище. За отриманими результатами практичних реалізацій технологічних пропозицій зроблені такі висновки: – використання коагулянтів та флокулянтів при очищенні бурових стічних вод дозволяє очистити та утилізувати відходи ТФБСВ без використання шламового амбару; – економічна ефективність від впровадження технології очистки бурових відходів досягнута завдяки збільшенню екологічної ефективності утилізації відходів буріння при безамбарному способі очистки відходів, а саме при очищенні 788 м³ бурової стічної води коагуляційно-флокуляційним методом у порівнянні з амбарним методом захоронення відходів заощаджено 105798,00 грн; – використання очищеної бурової стічної води у технологічному циклі, висушеного і подробленого відпрацьованого бурового розчину та бурового шламу в якості наповнювачів для виробів з вторинного поліетилену відповідно до запропонованої загальної схеми такого поводження з відходами буріння.
Зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище від пилових викидів хімічних та переробних виробництв
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Брянкін, Сергій Серафимович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії (PhD) з галузі знань 10 Природничі науки, за спеціальністю 101 Екологія. ‒ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена питанням екологічної безпеки атмосферного повітря на основі вдосконалення методологічного підходу до розробки комплексного очищення від пилу на виході з пилоочисної системи завдяки запропонованої структури пило-газових систем. Дослідження і теоретичне обґрунтування процесу розподілу фаз в структурних очисних підсистемах є актуальною науково-прикладною задачею, вирішення якої дозволить покращити екологічну безпеку в умовах техногенного пилового забруднення атмосферного повітря. Мета наукового дослідження полягає у досягненні комплексного ефекту ступеню очищення від пилу на виході з пилоочисної системи, на основі розробки структури комбінованих систем сухої очистки пилу, підвищення екологічної безпеки в наслідок зменшення мікропилових частинок у викидах. Для досягнення поставленої мети розроблено і обґрунтовано конструкцію пиловловлюючих систем нового типу, що поєднують принципи дії відцентрових і жалюзійно-вихрових апаратів, гетерогенних реакторів для системи газ-тверде тіло з двома потоками, які знаходяться в циклонах різного типу, з камерами попереднього зштовхування газопилових потоків. Надані принципи удосконалення пилоочисних систем, що використовуються в якості основного апарату вихрової камери. Створено фізичні моделі комбінованих систем пиловловлення для заданих початкових умов. На основі теоретичних положень стосовно розподілу фаз частинок у пиловловлювачах і експериментальних даних обґрунтовано працездатність запропонованих комбінованих систем. Доведено доцільність додаткового введення в підсистему інженерно-технічного управління для зменшення техногенної небезпеки процесу сухого очищення, додаткові заходи зі зміни фазового розподілу часток пилу при очищенні. За результатами експериментальних досліджень процесу сухого очищення газопилового потоку за відповідною фізичною моделлю встановлені механізми розділення фаз і параметри, які пов’язані з коагуляцією часток пилу, деструкції газових домішок, що дозволяє отримати синергетичний ефект у результаті очищення газопилового потоку від пилу. На основі висновків із аналізу науково-практичних робіт з розробки пиловловлюючих систем визначено, що більш перспективним напрямом для підвищення ступеня очищення газодисперсних потоків при подачі газодисперсної системи у відцентровий апарат є створення гідродинамічних умов, які б забезпечували агломерацію дрібних частинок, розміром менше 10 мкм. Для створення таких умов необхідно, щоб конструкція пиловловлювача (системи) крім зони традиційно відцентрових апаратів включала попередню зону, в якій спостерігається інтенсивний вихровий потік, наявне інтенсивне зштовхування частинок пилу. Таким чином, необхідним і доцільним є створення удосконалених конструкцій пилоочисних систем комбінованої дії. Попередній аналіз теоретичного матеріалу з очищення від пилу показав, що існує залежність отримання екологічного ефекту від очищення за рахунок зміни величини та напрямку осередненої швидкості потоку. Відповідно до величини швидкості переміщення газової суміші виникають мікроінерційні сили, які викликають маломасштабні перпендикулярні до стінок сепаратора вихори високої інтенсивності. Зменшення величини їх пульсацій і прискорення забезпечує рух рідкої фракції вздовж стінок сепаратора. Доведено, що частота пульсацій і параметри механізму сепарації при течії в апараті мілкодисперсних частинок залежать від розподілу швидкостей потоку 0 w в координатах WX, WY, WZ. Базуючись на відомих положеннях теорії агломерації при зштовхуванні частинок пилу доведено, що зазначені вище критерії і умови змін швидкості дисипації турбулентної енергії забезпечуватимуть інтенсивний процес агрегування частинок пилу. Доведено, що комбінований ефект очищення у разі перебігу процесу деструкції токсичних газових домішок і зниженні у такому разі забрудненості пилом викидів досягається завдяки дотриманню відповідних температурних умов паралельно з процесами сепарації. Розроблена і запропонована для теоретичного обґрунтування ефективності роботи пиловловлюючого обладнання модель течії газодисперсної системи у вихровій трубі за умови перебігу автомодельного процесу; стаціонарного тепло- і масоперенесення, осесиметричної течії вихрового потоку. Розв’язана система рівнянь, що описує течію газодисперсного потоку у вихровій трубі. Запропоновані рівняння, які визначають компоненти швидкості течії після завихрювача і вздовж труби, характер руху аерозолю у пограничному шарі та руху дисперсної фази у трубі після зони завихрювача. Доведено, що незалежно від фракційного складу пилу при підвищенні температури до 1100 оС ступінь сепарації частинок пилу розміром більше 5 мкм зменшується на 10–15%, а відсоток частинок менше 5 мкм в інтервалі температур 600–1100 °С зростає на 20–25%. Установлено, що останній ефект для частинок менше 5 мкм пов’язаний з виникненням сил термофореза. Ці визначені умови перебігу очищення є основою для розробки запропонованих технологічних рішень щодо суттєвого підвищення екологічного ефекту при сепараційному очищенні вихідних газів від пилу. Сформульовані основи для масштабування реакторів від лабораторного зразка до промислового реактора для збереження досягнутої екологічної ефективності запропонованих заходів очищення відповідно до математичної моделі, за якою визначається розподіл частинок пилу і час їх перебування в певних зонах на основі опису Марковських дискретних процесів. З метою підвищення екологічної ефективності сепарації та зниження гідравлічного опору в запропонованих схемах комбінованого принципу систем сухого газоочищення розроблені науково-обґрунтовані практичні рекомендації до проектування та інженерних методик розрахунку конструктивних параметрів для удосконалення комбінованих сепараційних систем.
Запобігання негативного впливу на довкілля фармацевтичних відходів зі скла
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Баранова, Антоніна Олегівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 "Екологія" (10 – Природничі науки) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021. Роботу виконано на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України. Об’єкт дослідження – забруднення навколишнього середовища фармацевтичними відходами зі скла. Предмет дослідження – процеси та засоби запобігання потрапляння фармацевтичних відходів зі скла у навколишнє середовище шляхом їх утилізації та ефективної системи поводження з відходами. Дисертаційне дослідження присвячене запобіганню негативного впливу на довкілля фармацевтичних відходів зі скла, забруднених фармацевтичними субстанціями, шляхом їх екологічно безпечної переробки у керамічному виробництві та підвищенням ефективності поводження з ресурсоцінними відходами. Розглянуто та проаналізовано світовий досвід щодо особливостей поводження з медичними (фармацевтичними) відходами, включаючи утворення та способи утилізації відходів, а також особливості поводження з фармацевтичними відходами зі скла (ФВС) у період пандемії COVID-19, що привела до різкого збільшення утворення ФВС. У вступі обґрунтовано вибір теми дослідження та актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об'єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, надано наукову новизну та сформульовано практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено комплексному аналізу проблеми забруднення навколишнього середовища фармацевтичними відходами зі скла та шляхам запобігання їх негативної дії на довкілля. Розглянуто проблеми поводження з фармацевтичними відходами в Україні та світі. Охарактеризовано особливості несприятливої дії фармацевтичних відходів зі скла на елементи довкілля. Розглянуто основні джерела утворення та обсяги накопичення таких відходів. Проаналізовано національну та міжнародну нормативно-правову базу у галузі поводження з фармацевтичними відходами. На підставі аналізу сформульовано задачі дослідження та шляхи їх досягнення. У другому розділі описані матеріали, методики та прилади для проведення експериментальних досліджень. Ангобні шлікери готувалися методом мокрого помелу компонентів у лабораторних кульових млинах і наносилися на відпресовані і висушені плитки методом поливу. Хімічні характеристики підготовлених до експерименту відходів скляних ампул та базової ангобної фритти визначались методом рентгенівської спектрометрії. Дослідження характеристик плавкості проводилось термомікроскопічним методом. Температурний коефіцієнт лінійного розширення відходів скляних ампул визначався за допомогою дилатометра DIL402 РС. У третьому розділі проаналізовано екологічні та технічні передумови утилізації ФВС у виробництві керамічної плитки. Визначено екологічну доцільність та технічну можливість раціонального використання ФВС у якості вторинного ресурсу, який дозволяє зменшити обсяги використання мінеральних ресурсів у технології виробництва керамограніту. Запропоновано принципову технологічну схему підготовки відходів для їх застосування як сировинного компоненту у складі шихти ангобу. Розроблена зворотна система використання промивних вод дозволяє очистити відходи від механічних забруднень, ефективно знешкодити залишки фармацевтичних речовин та сприяє екологічно безпечному і раціональному процесу утилізації ФВС. Четвертий розділ присвячено експериментальній частині по розробці шихтового складу ангобу для глазурованого керамограніту з додаванням фармацевтичних відходів зі скла. За виконанням даного розділу отримані наступні результати: - встановлено, що ФВС, які являють собою суміш різних марок медичного скла, за хімічним складом відносяться до борвмісної оксидної системи, яка є основою скломатриці українських склофритт, але відрізняються від них підвищеним вмістом SiO₂. Порівняння в’язкості розплаву ФВС за температури випалу керамограніту та вибраної для досліджень коштовної фритти визначило неможливість здійснення повної заміни фритти відходами у складі ангобу. Визначені термомікроскопічні та дилатометричні характеристики ФВС та фритти показали наближені значення: температурні показники плавкості різнились на 50–100 °С, а температурний коефіцієнт лінійного розширення – на 1,64 · 10⁻⁶ град⁻¹. Встановлені хімічні та фізичні властивості ФВС дозволяють рекомендувати відходи як флюсуючі компоненти ангобів; - розроблено склад ангобу з додаванням ФВС для глазурованого керамограніту, який дозволяє ввести у шихту 30% мас. відходів та зменшити кількість природних сировинних матеріалів, коштовної ангобної фритти і розріджувача. Отримана ангобована керамічна плитка для температури випалу 1185 °С з водопоглинанням 0,3–0,4 % і границею міцності при згині 52 – 54 МПа, що відповідає вимогам стандарту до високоміцних плиток типу керамограніту. Ангобне покриття характеризується високою білизною (75,8 %), що дозволяє отримувати акцентні кольори глазурованої поверхні. Визначено, що у порівнянні з базовим складом ангобу, запропонована шихта дозволяє зменшити на 10 % кількість ангобної фритти, на 1 % – глини "Веско – Прима" та глинозему, на 23 % – кварцового піску та на 0,15 % триполіфосфату натрію. У п'ятому розділі отримано наступні результати: - запропоновано напрямки підвищення ефективності системи поводження з фармацевтичними відходами в Україні, що у тому числі включають ФВС та інші ресурсоцінні відходи лікарських засобів; - на основі аналізу статистичної інформації на прикладі утворення ФВС у період захворюваності на COVID – 19 розроблено модель генерування відходів в лікарнях України, що рекомендується для планування і оптимізації здійснення екологічного менеджменту ФВС; - теоретичні та прикладні результати дисертаційної роботи використано у навчальному процесі кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ "ХПІ" для навчання студентів спеціальності 101 "Екологія". - укладено договір про наукову та творчу співпрацю з ТОВ "ТСК Рісайклінг груп".

101 "Екологія"

Переглянути

Фільтри

Налаштування

Сортувати за

Результатів на сторінку

Результати пошуку