Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Мобильная экологическая снегоплавильная установка
НТТМ-2017-0652 | Категория I

Автор:

Потапов Константин Александрович

Научный руководитель:
Смирнова Светлана Васильевна
Организация:
МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани,
Республика Татарстан, Казань
Цель работы
Огромное количество опасных химических веществ и соединений попадает в почву, в водоёмы, а далее в организмы растений, животных и в том числе в организм человека. И большую часть этих веществ зимой заносится снегом. Казань расположена на территории с устойчивым снежным покровом. Снег посыпается химическими реагентами, на него оседают вещества и химические соединения, которые выделяются при химическом и нефтеперерабатывающем производстве, выделения из транспортных средств и т.п. Общая масса поступления, только тяжёлых металлов в водоёмы Казани посредством снега составляет несколько тонн. Причём снег не только захватывает загрязнители, но и при этом их накапливает, чему способствует и сам человек, создавая снеговые свалки, те, в свою очередь, являются мощным источников антропогенного загрязнения окружающей среды, который можно рассматривать как аварийный залповый сброс сточных вод.
В снеге, взятом в городе Казань, выявилось превышение ПДК по взвешенным веществам, нитритам, фосфатам, фенолам, фторидам, нефтепродуктам, по железу, меди, цинку, алюминию, марганцу, ртути, никелю, кобальту и по додецилсульфату натрия (АСПАВ). А также по таким факторам, как кислотность химическое и биологическое потребление кислорода. Так, содержание соединений железа превышает ПДК в 55-293 раза, меди в 36-110 раз, марганца в 11-58 раз. Особое место в списке загрязнителей занимают водорастворимые соединения цинка, которые составляют большую по массе часть поступления тяжёлых металлов и нефтепродукты, для которых кратность превышения ПДК составляет 278-8186 раз.
Цель данной работы - внедрение мобильной снегоплавильной установки в использование, для очистки локальных территорий от снега, улучшения экологической ситуации в городской среде.
Обзор предметной области
На данный момент, в Казани имеется три основных способа переработки или утилизации снега:
1. Сброс снега в канализацию. Осуществляется этот способ посредством особых сооружений, которых в городе Казань шесть. Снег сбрасывается на специальные шнеки, которые перемалывают снег и задерживают крупный мусор. Далее снег поступает в канализацию, где плавится из-за тепла сточных вод при температуре в среднем шестнадцать градусов по Цельсию.
2. Сброс снега в канализацию или ливнёвки уже расплавленного снега. Снежные массы плавят посредством мобильных установок, устанавливаемых на шасси. Также этот способ подразумевает наличие автокрана, для снятия установки с грузовика, нескольких экскаваторов и электрогенератора на жидком топливе. После плавления снега, тот сливается в канализацию.
3. Складирование. В городе или за его чертой имеются специально предназначенные для складирования территории. На сегодняшний день в Казани имеется двенадцать официальных и восемь выявленных, несанкционированных мест складирования снега.
Казань является вторым, после Москвы, промышленным центром, где пытаются решить проблему снежных свалок. Создавались и особые программы решения этой проблемы.
Все три способа утилизации снежных масс не имеют ни одного способа очистки, помимо избавления от крупного мусора. А вместе со снегом в окружающую среду попадает большое количество различных химических соединений. И только Москва имеет очистительные сооружения, но и те очищают непосредственно сточные воды, в которые попадает снег.
Из-за большого содержания загрязнителей в снежных массах, его необходимо очищать. Для этих целей были разработаны этапы очистки и переработки снега:
1. Плавление и очистка от крупных примесей.
2. Механическая очистка от песка, грубодисперсных примесей и другие.
3. Физико-химическая очистка.
Современные методы физико-химической очистки позволяют удалить из воды 99% механических примесей и 99,6% нефтепродуктов. Следовательно, важнейшей ступенью в очистке снега является физико-химическая очистка.
Описание результатов проекта
В ходе проведённых исследований методов физико-химической очистки была разработана структурная схема мобильной экологической снегоплавильной установки, состоящая из трех основных частей:
1. Плавильная часть.
2. Двухступенчатый гидроциклон – окислитель.
3. Выход очищенной воды и загрязнителей.
Работает установка следующим образом(см.приложения): снежная масса поступает в плавильную часть 3 и плавится посредством нагревательного элемента термопанели 2, работающего от электричества, поступающего из аккумулятора 20. Далее жидкость проходит через заграждающую сетку 14, поддерживаемой опорой 15. Сетка выполняет роль грубой очистки от крупного мусора в снежной массе. Жидкость поступает в сливные патрубки плавильной части 3. Сигнал датчика уровня 16, пройдя нормирующий преобразователь 17, микроконтроллерную обработку 21, выдает на панель управления 22 информацию о готовности слива жидкости, при этом пользователь выбирает программу «с очисткой» или «без очистки». В случае, когда не требуется физико-химическая очистка, предусмотрен слив жидкости в канализацию 5, при этом на панели управления 22 выбирается соответствующая программа и срабатывает клапан с электромагнитным приводом 4. При необходимости физико-химической очистки слив жидкости происходит открытием клапана 7, в микроконтроллере 21 формируется команда через драйвер электромотора 19 о включении электромотора 11. Посредством электромотора приводиться в действие насос 12, происходит подача рабочей жидкости в гидроциклон. Жидкость поступает в двухступенчатый гидроциклон-окислитель 9. Окислитель из баллона 6 через клапан 8 подаётся в барботажное устройство гидроциклона 9. В гидроциклоне производится двухступенчатое центробежное разделение взвешенных частиц, фильтрование и окислительное разложение нефтепродуктов, цианидов, сероводорода, что повышает качество очистки и увеличивает производительность процесса. Концентрат загрязнителя и продукты его нейтрализации поступают в особый резервуар для загрязнителя 10. Пройдя через гидроциклон, очищенная жидкость выходит из установки по сливу очищенной жидкости 13 и может также накапливаться в дополнительном резервуаре для очищенной воды.
Основная очистка расплавленных снежных масс происходит в двухступенчатом гидроциклоне-окислителе. Исходная загрязнённая вода подаются в патрубок 7 и за счёт тангенциального расположения, приобретает вращательное движение. При движении закрученного потока вниз между стенками корпуса 1 и корпусом вторичной закрутки 8 интенсивность закрутки возрастает за счёт конфузорности канала. Крупные частицы отбрасываются к стенке корпуса 1 и слой шлама сползает вниз, по наклонной стенке сливного конуса 13 и удаляется через патрубок отвода шлама 12.
Основная масса жидкости, изменяя направление, поступает в полость корпуса вторичной закрутки 8, причём, часть крупных и средних частиц загрязнителя задерживается на фильтре 14 и удаляется через патрубок 12. Жидкость, поступающая в полость вторичной закрутки, проходит через лопасти завихрителя 11 и приобретает дополнительное вращательное движение, что приводит к отбрасыванию поступающих частиц загрязнителя к стенкам камеры 8, которые далее поступают в полость сливной камеры 3 и удаляются через штуцер 6. Очищенная вода из центральной части гидроциклона по основному сливному патрубку 5 и дополнительному патрубку 4 отводится потребителю. Одновременно с очисткой от взвешенных частиц в гидроциклоне производится очистка от фенолов, нефтепродуктов, обеззараживание за счёт подачи через барботажное устройство 10 какого-либо окислителя (озон, озоно-воздушная смесь, хлор и др.), поступающего через штуцер 9. Окислитель поступает через систему распределительных отверстий, которые ограничиваются кольцевым отражателем 15. Поступающий окислитель выходит из барботажного устройства в виде пузырьков и перемешивается с водой в закрученном потоке. Пузырьки окислителя поднимаются в воде вверх и распределяются по двум физико-химическим процессам. Определённая часть окислителя разлагает фенолы, нефтепродукты до простейших безвредных соединений.
Предложенный гидроциклон может использоваться не только в рамках установки для очистки снегового покрова, но и в других сферах. Например, для очистки рабочих жидкостей на производствах и т.п.
Таким образом, в предложенной установке производится плавление и механическая очистка снега, двухступенчатое центробежное разделение взвешенных частиц в воде, фильтрование и окислительное разложение нефтепродуктов, цианидов, сероводорода, что повышает качество очистки и увеличивает производительность процесса и позволяет использовать воду вторично.
На данный момент получен патент на полезную модель «Двухступенчатый гидроциклон-окислитель» № 165646.
Описание применимости
Использовать данную установку могут владельцы земельных участков личного пользования; частные компании, обладающие придомовой территорией, тротуарами и дорогами; жилищно-коммунальные организации; предприятия, производящие выбросы продуктов производства в окружающую среду. Особенно полезна установка будет для малых организации и землевладельцев, чья территория заваливается снегом, поскольку затраты на аренду крупной уборочной техники, вывоз снега и его складирование достаточно большие. Например, полная уборка 8м3 снега за 2 часа в Казани составит 5170 рублей.
Дальнейшее развитие проекта
1. Создание конструкторских документов для изготовления опытного образца с учетом технологии производства. 2. Изготовление опытного образца. 3. Испытание и возможная доработка устройства. 4. Ввод в производство. Главным в развитии данного проекта является создание опытного образца и его испытания. Это позволит выявить возможные недостатки и определить оптимальные режимы работы установки.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ