Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0047

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0047
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-технологический центр "УралАлмазИнвест"
Название доклада
МЕТОД И ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ЭКСПРЕСС - АНАЛИЗА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Докладчик
Фещенко Валерий Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка научно-технических решений в области создания оптоэлектронного прибора экспресс-анализа сточных вод и промышленных стоков на наличие следов нефтепродуктов и углеводородных загрязнений на основе высокоэффективных фотоприемных алмазных датчиков ультрафиолетового (УФ)-излучения для обеспечения экологической безопасности водной среды
Актуальность и новизна исследования
Устройства оперативного контроля воды являются неотъемлемой частью очистных сооружений очистки технологических вод различных объектов инфраструктуры реальной экономики. В то же время, устройства предыдущего поколения, которые основаны на фотометрическом и колориметрическом принципе измерения количества примесей, имеют низкие ошибки определения оптической плотности жидкостей, но не предназначены для непрерывного измерения проточной жидкости и требуют участия человека-оператора. В чуть более современном автоматическом проточном анализаторе [2] этот недостаток исправлен. Это устройство [2] содержит два одинаковых источника инфракрасного зондирующего излучения и один такой же источник опорного излучения, а также проточную кювету с двумя оптическими каналами разной длины. Величина оптической плотности проточной жидкости и значение оптической плотности слоя загрязнений вычисляются согласно интенсивностям прошедшего через жидкость излучения в каждом оптическом канале и числового коэффициента, равного отношению длин оптических каналов. Недостатком этого устройства при использовании его для контроля проточной жидкости, загрязненной нефтепродуктами, является недостаточная чувствительность и точность к обнаружению именно этих загрязнителей нефтепродуктов, т.к. в устройстве используется инфракрасное зондирующее излучение. В инфракрасном диапазоне слабо проявляется поглощение света на колебательных переходах углеводородных молекул. В связи с этим исследование направленное на разработку метода и создание экспериментального образца оптоэлектронного устройства для бесконтактного экспресс анализа степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами являются безусловно актуальным.
Описание исследования

За основу разработанного метода бесконтактного экспресс – анализа степени загрязнения сточных вод нефтепродуктами нами принят двухканальный метод измерения оптической плотности подвижной жидкой среды. Принцип измерения оптической плотности проточной жидкости следующий. Излучение от двух монохроматических источников света проходит в проточной кювете с анализируемой жидкостью по двум оптическим каналам с разной длиной (оптической базой). Один из каналов является зондирующим, а другой – каналом сравнения. Излучение в каналах принимается двумя идентичными фотодетекторами. Электрические сигналы с фотодетекторов подаются на фотометр, а затем – в блок вычислителя для обработки. Два оптических канала с длинами X (зондирующий канал) и kX (канал сравнения) делаются для того, чтобы на основе двух разных сигналов вычислять оптическую плотность анализируемой жидкости и толщину слоя загрязнений на оптических деталях кюветы, находящихся на пути луча света. Дело в том, что в течение эксплуатации устройства на внутренней стороне кюветы отлагаются взвешенные вещества, красящие пигменты и др. примеси, содержащиеся в анализируемой жидкости. Эти отложения на излучающей и приемной частях оптической системы кюветы снижают коэффициент их пропускания и ослабляют интенсивность излучения, что вносит ошибку в измеренную величину оптической плотности жидкости. Эта ошибка пропорциональна оптической плотности слоя отложений.

Реализованная оптическая схема оптоэлектронного устройства для бесконтактного экспресс–анализа степени загрязнения сточных вод является оптимальной и позволяет, как проводить измерения в реальном режиме времени, так и обеспечить стабильность и точность измерений.

Результаты исследования

Разработанное и изготовленное нами оптоэлектронного устройство автоматического контроля содержания нефтепродуктов в воде по сравнению с вышеописанными устройствами имеет повышенную чувствительность и точность обнаружения нефтепродуктов в проточной жидкости, что достигнуто использованием ультрафиолетового зондирующего излучения диапазона 190–240 нм. В этом спектральном диапазоне проявляется очень интенсивное поглощение света на разрешенных электронных переходах углеводородных молекул нефтепродуктов. Эти абсорбционные свойства углеводородов позволяют в реальном режиме времени обнаруживать даже следовые их примеси в непрерывной проточной воде. 

Изготовленный экспериментальный образец оптоэлектронного устройства, обладает следующими техническими характеристиками:

  • Способность определения концентрации нефтепродуктов в стоках от 0.1 до 100 мг/литр;
  • Способность определения суммарного содержания органического углерода от 50 до 2000 мг/литр;
  • точность измерения концентрации примесей нефтепродуктов в сточных водах составляет 20%;
  • Метод измерения, на основе которого построен экспериментальный образец ОЭУ, соответствует ГОСТ 17.1.4.01-80;

По результатам экспериментальных исследований и построенной калибровочной зависимости разработаное устройство способно обнаруживать малые концентрации нефтепродуктов в воде вплоть до 0.5 мг/дм3 по нижней границе и до 100 мг/дм3 по верхней границе.

Этот результат сравним с техническими параметрами отечественного и зарубежных приборов обнаружения нефтепродуктов в воде, работающих на различных фотометрических принципах (флуориметрии, измерения мутности, инфракрасной спектрофотометрии), таких как ФЛЮОРАТ-411 и HydroSense 3420. 

Практическая значимость исследования
Описываемое оптоэлектронное устройство относится к области средств автоматического контроля жидкостей, загрязненных углеводородными соединениями и нефтепродуктами и может быть использовано для оперативного непрерывного контроля качества очистки технологической воды в различных отраслях реальной экономики.
В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях разрабатываемое устройство может быть использовано для контроля очистки воды в станциях очистки попутных вод скважин, станциях контроля процесса бурения, а также в станциях контроля стоков на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Для водоканала и коммунальных сетей разрабатываемое устройство может быть использовано для контроля очистки воды в сооружениях для очистки сточных вод.
Теплоэнергетическая отрасль может внедрять устройства оперативного контроля воды на наличие нефтепродуктов, как правило, при контроле возвратного конденсата производства теплоэнергии и на станциях контроля очистных сооружений для сбора, очистки и утилизации. Наиболее востребовано разрабатываемое устройство on-line контроля воды на наличие нефтепродуктов в отрасли автомобильного и железнодорожного транспорта. В автомобильной отрасли ОЭУ может применяться для оперативного контроля чистоты оборотной воды на очистных мини-сооружениях автомобильных моек, в том числе автоматических автомоек, мойках колес и днища автомобилей на строительных площадках при выезде на дороги общего пользования, при въезде в паркинг, контроля водных сливов автосервисов. Применение устройств экспресс-анализа качества воды в режиме реального времени позволит избежать уплаты штрафных платежей и повысит уровень экологической безопасности объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта.