Розробка нових реагентів та технологій для стабілізаційної обробки води в промисловому та комунальному водоспоживанні
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Космина М.М. Розробка нових реагентів та технологій для стабілізаційної обробки води в промисловому та комунальному водоспоживанні. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 «Екологія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертаційна робота присвячена пошуку нових реагентів та технічнологічних рішень для забезпечення ефективного функціонування систем водокористування. Стабільність якості води у системах промислового та комунального водоспоживання є однією з ключових передумов надійної експлуатації теплотехнічного обладнання, мереж гарячого та холодного водопостачання, оборотних та замкнутих систем охолодження, а також безпечного функціонування систем комунального водопостачання. Корозія металевих елементів, накипоутворення, деструкція захисних плівок і розвиток мікробіологічних процесів призводять до втрати герметичності трубопроводів, зниження теплотехнічної ефективності обладнання, збільшення витрат енергоносіїв та ризиків потрапляння вторинних забруднювачів у навколишнє середовище. Сучасні підходи підкреслюють тісний взаємозв’язок між корозією матеріалів, якістю води в розподільчих мережах, утворенням корозійних продуктів та вторинними забрудненнями, що прямо впливають на безпеку споживачів та стан довкілля. В країнах із зношеною інженерною інфраструктурою, до яких належить і Україна, ці проблеми загострюються через значну тривалість експлуатації трубопроводів, нерівномірність якості вихідної води, обмежені можливості модернізації обладнання та високий рівень втрат води в мережах. Результати дисертаційної роботи представлені у чотирьох розділах та додатках. У першому розділі дисертаційної роботи описано основні дослідження які проводились у сфері протикорозійної стабілізаційної обробки води. Були проаналізовані основні напрямки попередніх досліджень. На основі проведеного аналізу було сформовано основні напрями та методи дисертаційного дослідження та зроблені деякі висновки, що стосуються дисертаційного дослідження У другому розділі дисертації представлено об`єкти та методи досліджень, котрі включають в себе опис, характеристику, фізико-хімічні властивості тих середовищ, матеріалів та реагентів, які застосовувались та наведені в наступних розділах дисертаційної роботи. Об`єктами дослідження були водопроводна та природна води, а також модельні розчини, що імітують склад промислових вод. Описані методики проведення експериментальних досліджень та контролю фізико-хімічних процесів та визначення концентрацій речовин у водних середовищах. У третьому розділі дисертаційної роботи визначено ефективність фосфатних, фосфонатних, сульфонатних та амінних антискалантів і встановлено перевагу фосфонатних та сульфонатних реагентів, зокрема нітрилметиленфосфонатів у середовищах сульфату кальцію. Розроблено метод синтезу нітрилметиленсульфонатів на основі моноетаноламіну та обґрунтовано умови стабілізаційної обробки води з високим карбонатним індексом. Вивчено, а також експериментально проведено та проаналізовано основні засади корозійних процесів в водних середовищах з підвищеним мінеральним складом та в присутності органічних складових. Досліджено вплив неорганічних і органічних інгібіторів на процес корозїї сталі при різних рН та температур. У таблицях показано зміну ступеню захисту від корозії при різних температур та рівнів рН. Також у даному розділі були проаналізовані таблиці та написані відповідні висновки щодо дослідження корозійних процесів. Показано, що зростання мінералізації та аерації води підвищує її корозійну активність, причому ефект більш виражений для міді та латуні, ніж для заліза. Встановлено визначальний вплив температури у водно-нафтових середовищах, тоді як нафта проявляє частковий інгібуючий ефект через обмеження дифузії кисню, який посилюється зі зростанням рН. Доведено, що у прісній воді фосфати, поліфосфати, фосфонати, фосфінати, сульфонати та амінні сполуки ефективно інгібують корозію нелегованої сталі за умов аерації, причому їх дія посилюється в присутності іонів жорсткості та цинку. У мінералізованих середовищах інгібітори пасиваційного типу втрачають ефективність через руйнування захисних плівок хлоридами та сульфатами. Встановлено, що підвищення мінералізації зменшує ефективність адсорбційних інгібіторів і потребує збільшення їх дозування до 10 – 15 мг/дм3. Найвищу ефективність продемонстрували тіокарбамід, уротропін та алкілімідазолін, причому дія останнього посилюється у присутності нафтопродуктів завдяки формуванню гідрофобної плівки. Показано, що корозійна агресивність водно-нафтових систем визначається сукупною дією мінералізації, кислотності, температури та органічної фази. Нафта формує гідрофобний шар на сталі, однак у присутності хлоридів та органічних кислот її інгібуючий ефект знижується. Встановлено, що навіть невелике зниження рН істотно підвищують електрохімічну активність середовища через зниження рН і утворення розчинних метал-ацетатних комплексів, що інтенсифікує анодно-катодні процеси. Доведено, що підвищення температури до 80 °С у водно-нафтових системах прискорює корозію у 2 – 5 разів унаслідок активації масопереносу та зменшення в’язкості нафти. Показано, що тіосечовина, уротропін та алкіламідозоліни проявляють різні механізми інгібування у водно-нафтових середовищах, причому алкіламідозоліни формують найбільш стійкі гідрофобні плівки та забезпечують максимальний рівень захисту. Обґрунтовано перспективність застосування комбінованих систем стабілізації водних середовищ, що поєднують видалення кисню, регулювання мінералізації та інгібування корозії, забезпечуючи підвищення надійності обладнання та зниження екологічних ризиків у промислових технологіях України. У четвертому розділі дисертації експериментальним шляхом досліджено головні чинники, які сприяють знекисненню води у статичних умовах. У цьому розділі було досліджено вплив таких сполук як гідразин гідрат, метабісульфіт натрію на процеси знекиснення води при низьких температурах. Також вивчено вплив іонів металів на швидкість відновлення кисню. Встановлено, що кінетика та глибина реагентного знекиснення води визначаються температурою, природою відновника та наявністю каталітичних домішок іонів перехідних металів. Показано, що гідразин гідрат у некаталізованих системах забезпечує ефективне видалення розчиненого кисню лише за підвищених температур, тоді як у низькотемпературних умовах процес характеризується недостатньою швидкістю. Використання іонів Fe2+ та Cu+ як каталізаторів реакції гідразинового знекиснення сприяє зростанню швидкості процесу, однак каталітичний ефект є обмеженим і не гарантує стабільного глибокого зниження концентрації кисню в низькому температурному діапазоні. На відміну від гідразину, метабісульфіт натрію продемонстрував високу ефективність знекиснення, особливо у поєднанні з каталітичними кількостями іонів Mn2+, що забезпечує інтенсивне протікання реакції та досягнення мінімальних залишкових концентрацій кисню. Встановлено, що система «метабісульфіт натрію – Mn2+» характеризується підвищеними кінетичними параметрами порівняно з гідразиновими системами, що свідчить про реалізацію ефективного каталітичного механізму відновлення кисню та зниження енергетичних витрат процесу. Отримані результати обґрунтовують доцільність застосування метабісульфіту натрію для реагентного знекиснення води в промислових і комунальних системах, зокрема за помірних температур та в умовах обмежень щодо використання гідразину. Таким чином, реагентна система на основі метабісульфіту натрію з каталітичними активаторами Mn2+ та Fe2+ може розглядатися як більш універсальне та технологічно ефективне рішення для стабілізаційної обробки води порівняно з гідразиновими системами.
Опис
Ключові слова
оборотні системи, мінералізовані води, нафтовмісні води, стабілізаційна обробка, стабілізатори накипоутворення, корозія, органічні інгібітори корозії, реагентне знекиснення, каталітичні процеси знекиснення, recycling systems, mineralized water, oil-containing water, stabilization treatment, scale stabilizers, corrosion, organic corrosion inhibitors, reagent deoxidation, catalytic deoxidation processes
Бібліографічний опис
Космина, М. М. Розробка нових реагентів та технологій для стабілізаційної обробки води в промисловому та комунальному водоспоживанні : дис. … д-ра філософії : 101 – Екологія / Космина Микола Миколайович. – Київ, 2026. – 175 с.