Экологический мониторинг при эксплуатации объектов водного транспорта с использованием методов кондуктометрии

• Автор: Кузьмичева, Виктория Александровна
• Шифр специальности: 05.22.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СУДОХОДНЫХ БАССЕЙНОВ
1.1. Непрерывный мониторинг солесодержания основа стратегии охраны водоемов от загрязнения речным флотом и промышленными предприятиями водного транспорта

1. 2. Технические средства борьбы с загрязнениями на флоте, в портах, заводах

1. 3. Обзор методов мониторинга интегрального экологического состояния транспортных путей и контроля технологических процессов систем водоочистки
1. 4. Кондуктометрические методы и их место в ряду системы мониторинга для непрерывного измерения состояния водной среды транспортных путей
1. 5. Сравнительный анализ методов мониторинга экологического состояния транспортных путей с помощью кондуктометров Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ

И ДИНАМИКИ СМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

2. 1. Исследование кондуктометрической ячейки и динамики

смещения электродных потенциалов

2. 2. Обобщение граничных условий для случая двойного электрического слоя, рассматриваемого как распределенная емкость
2. 3. Практически важные случаи распределения тока в кондуктометрической ячейке с электродами
2. 4. Особенности контакта электродэлектролит
2. 5. Метод непосредственного определения изменения
избыточного электродного потенциала при прохождении тока в электролитах
2. 6. Калибровка и проверка временных характеристик
2. 7. Результаты экспериментального исследования остаточного
потенциала и токовых характеристик двухэлектродной
кондуктометрической ячейки
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗРАБОТКИ
ПРИБОРОВ БОРТОВОГО И БЕРЕГОВОГО БАЗИРОВАНИЯ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ ПУТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ ИХ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
3. 1. Исследование комбинированных методов кондуктометрии
3. 2. Бесконтактные методы измерения проводимости жидких сред
для мониторинга водных бассейнов.
3. 3. Исследование мультиэлектродных методов контроля
проводимости жидких сред для мониторинга судоходных
пресных водоемов.
Глава 4. РАЗВИТИЕ И МЕТОДОВ АНАЛИЗА
СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ НА ОСНОВЕ КОНДУКТОМЕТРИИ ДЛЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ ПУТЕЙ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
4. 1. Исследование методов температурной компенсации
погрешности бортовых средств измерения проводимости забортной воды
4. 2. Параметры цилиндрической безэлектродной индукционной кондуктометрической ячейки для непрерывного контроля солесодержания забортной воды 4. 3. Оптимизация формы сигнала и его обработки безэлектродного индукционного кондуктометра 4. 4. Разработка четырехэлектродного кондуктометра.
4. 5. Калибровка кондуктометра
4. 6. Испытания макетного образца четырехэлектродного кондуктометра. Натурные испытания на пробах речной воды
4. 7. Контроль концентрации солесодержания основа мониторинга внутренних морей, озр, рек, шлюзов, судоходных каналов, искусственных морей и водохранилищ
4.8. Эксплуатационноэкономическая эффективность внедрения кондуктометров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение
Важнейшей задачей успешного существования человечества на Земле является сохранение локального и глобального экологического баланса.
Экологическое состояние транспортных водных путей и прилегающих акваторий один из важнейших аспектов жизнедеятельности человека, поскольку водные ресурсы используются многоцелевым образом. Потенциальными загрязнителями акваторий являются речной и морской транспорт, предприятия, обеспечивающие функционирование водного транспорта. Кроме того, гидро и теплоэнергетика, промышленное, сельскохозяйственное производство и населенные пункты. С другой стороны, они же и являются потребителями водных ресурсов. Работа флота и портов является источником специфических загрязнений каковыми являются загрязнения связанные с погрузочными работами в портах и при зачистке судового тоннажа загрязнения связанные с добычей нерудностроительных материалов из русел рек и дноуглубительными работами. Кроме того береговые объекты, судостроительные и судоремонтные предприятия, административные и производственные здания портов и жилищно бытового фонда является источниками неспецифических загрязнений.
Основными видами загрязнений являются сточные воды хозяйственнофекальные и хозяйственнобытовые. Кроме того, в результате эксплуатации судовых механизмов, жизнедеятельности экипажа и пассажиров образуются бытовой и производственный мусор. Нефтепродукты являются загрязнителями в случае их разлива при авариях и при сбросе нефтесодержащих вод. Скапливающиеся на судах сточные воды имеют непостоянный состав, зависящий от режима работы судна, от класса работы судна и его комфортности. Одной из задач
природоохранных мероприятий является своевременное выявление нарушений экологического баланса с целью предотвращения и ликвидации источников загрязнениях .
Ключевую роль в водном балансе играют водные транспортные пути.
Для создания на водном транспорте единой государственной службы контроля качества вод необходимо большое количество недорогих и надежных приборов.
Основным фактором, определяющим экологическое состояние акваторий, является наличие примесей таких как растворенные соли и органические соединения, взвесей и эмульсий, кроме того, опасными загрязнениями могут быть разливы несмешивающихся с водой жидкостей и плохо растворимых твердых сбросов.
От общего количества растворенных солей, а так же газов кислорода сильно зависит коррозионная стойкость судов и портовых сооружений, шлюзов, плотин, мостов и навигационных знаков, что определяет межремонтные сроки службы, поэтому мониторинг солесодержания дает дополнительную информацию. Знания, о которых позволяет корректировать сроки обслуживания судов и портовых сооружений, шлюзов, плотин, мостов и навигационных знаков.
В норме пресная вода содержит, в основном, соли щелочных и щелочноземельных металлов и растворенные газы воздух. Остальные примеси содержатся в незначительных количествах, хотя эти примеси могут играть важную роль в жизнедеятельности растений и животных .
Содержание растворенного вещества в воде является важнейшим параметром большинства технологических процессов в промышленности, водоснабжении и систем водоочистки. Большое значение имеет этот параметр и для мониторинга экологического состояния водных ресурсов в водоемах и в водосодержащих породах.
Для измерения солесодержания в акваториях, системах водоснабжения и водоочистных сооружениях необходим простой погружаемый прибор, способный длительное время сохранять работоспособность в условиях минеральных и биологических отложений и повышенной коррозионной активности среды.
Задача измерения проводимости жидкости только на первый взгляд кажется простой. На самом деле, процессы, происходящие в электролитах при протекании тока, сложны и недостаточно изучены. По современным представлениям, носителями электрического тока в электролитах являются только ионы. Перенос заряда электронами в электролитах не обнаружен и, повидимому, такой перенос в электролитах невозможен изза высокой вероятности захвата электрона положительными ионами и электрически нейтральными молекулами.
Подвижность ионов в электролите невелика, что вызвано не только высокими потерями иона при движении в жидкости, но и образованием вокруг иона атмосферы молекул растворителя сольватокомплекс , . Количество молекул участвующих в сольватокомплексе сильно варьируется в зависимости от типа иона, его заряда и температуры электролита. Благодаря этому явлению подвижность большинства ионов почти одинакова. Исключение составляют ион гидроксила ОН и, особенно, положительный ион водорода Н протон. В нейтральных растворах концентрация этих ионов мала, но при изменении водородного показателя в ту или другую сторону относительная доля проводимости ионов ОН и особенно Н растет. Доля протонной проводимости растет также и при измерении проводимости чистой воды для охлаждения судовых двигателей и особенно ультрачистой воды, питающей пароводяной контур тепловых и атомных станций, а также судов с атомными энергетическими установками. Эти факторы необходимо учитывать при оценке солесодержания по проводимости воды, питающей
не только пароводяной контур, но и контур водоводяного ядерного реактора. В этих случаях необходимо учитывать дополнительную проводимость протонов при оценке солесодержания по проводимости, так как в этом случае превышение концентрации примесей в воде приводит к вероятности радиоактивного загрязнения не только акваторий, но и атмосферы.
В основном выпускаются лабораторные двухэлектродные кондуктометры не пригодные для эксплуатации на речном транспорте и очистных предприятиях. Обилие двухэлектродных кондуктометров с неподтвержденными метрологическими характеристиками ставит в тупик потребителя. Что ожидать от приборов подобного типа Какова их эксплутационная надежность и достоверность показаний Какой тип прибора, и в каком случае выбрать Важно не только ответить на эти вопросы, но и дать рекомендации разработчику средств измерения проводимости жидких сред по устранению основных недостатков приборов.
Еще более важно учитывать эти факторы при разработке новых средств изменения проводимости жидкости. Особенно важна эта информация при проектировании приборов предназначенных для длительной автономной работы при экологическом мониторинге акваторий, а также при контроле технологических процессов в промышленности, транспорте и коммунальном хозяйстве.
Актуальность


В нейтральных растворах концентрация этих ионов мала, но при изменении водородного показателя в ту или другую сторону относительная доля проводимости ионов ОН и особенно Н растет. Доля протонной проводимости растет также и при измерении проводимости чистой воды для охлаждения судовых двигателей и особенно ультрачистой воды, питающей пароводяной контур тепловых и атомных станций, а также судов с атомными энергетическими установками. В этих случаях необходимо учитывать дополнительную проводимость протонов при оценке солесодержания по проводимости, так как в этом случае превышение концентрации примесей в воде приводит к вероятности радиоактивного загрязнения не только акваторий, но и атмосферы. В основном выпускаются лабораторные двухэлектродные кондуктометры не пригодные для эксплуатации на речном транспорте и очистных предприятиях. Обилие двухэлектродных кондуктометров с неподтвержденными метрологическими характеристиками ставит в тупик потребителя. Что ожидать от приборов подобного типа Какова их эксплутационная надежность и достоверность показаний Какой тип прибора, и в каком случае выбрать Важно не только ответить на эти вопросы, но и дать рекомендации разработчику средств измерения проводимости жидких сред по устранению основных недостатков приборов. Еще более важно учитывать эти факторы при разработке новых средств изменения проводимости жидкости. Особенно важна эта информация при проектировании приборов предназначенных для длительной автономной работы при экологическом мониторинге акваторий, а также при контроле технологических процессов в промышленности, транспорте и коммунальном хозяйстве. Актуальность темы. Выполнение этих требований обеспечиваются средствами контроля состава водной среды судоходных речных путей сообщения и сточных вод. Использование запасов пресной воды растет, но водные запасы ограничены и во многих регионах ощущается острая, а подчас и катастрофическая нехватка пресной воды. Цель и содержание поставленных задач Настоящая работа посвящена исследованию средств мониторинга загрязнения водной среды, вызванным речным транспортом, портовыми сооружениями, судоремонтными предприятиями и другими объектами обеспечивающих работу и жизнедеятельность речного транспорта. Цель работы создание эффективных методов мониторинга с помощью недорогих и надежных в эксплуатации приборов и выявления источников загрязнения на транспортных водных путях. Создание для этих целей кондуктометров с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками, в том числе образцового прибора, разработка макетного образца кондуктометра для непрерывного мониторинга состава воды и водных растворов в акваториях, систем водоснабжения и промышленности. Объектом и предметом исследования являются методы и средства измерения проводимости жидкости для экологического непрерывного контроля водных транспортных путей и оптимизация параметров бортовых и береговых и буксируемых кондуктометров. Избранные методы исследования. Решение поставленных задач проведено с использованием теоретических и экспериментальных методов исследования физических и электрохимических процессов в электролитах, электродах, погруженных в электролиты, методов анализа сигналов и их оптимизация, а также методов, использующих уравнения математической физики для решений квазистационарных граничных задач электродинамики проводящих сред. Практическая ценность полученных результатов. Для систематического контроля качества воды требуются огромные затраты, поэтому предложены средства оценки качества пресной воды судоходных бассейнов с помощью недорогих и простых в эксплуатации кондуктометров. Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются на первом этапе использованием аналитических решений уравнений математической физики, уравнений электродинамики. Отсутствие достоверных сведений о динамических процессах контакта электродэлектролит восполнялось экспериментом в широком диапазоне концентрации электролита на втором этапе. В свою очередь, достоверность экспериментов подтверждалось контрольным экспериментом. Союзцветметавтоматика. Реализация результатов исследований.