Создание и исследование модифицированных адсорбентов на основе цеолитов Восточного Забайкалья для очистки промышленных сточных вод в локомотивных депо

Ю. И. Матяш, О. С. Томилова, В. В. Томилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - № 2. - С. 16 - 21.

5. Пат. 88327 Российская Федерация, МПК В 61 D 35/00. Водоналивная система пассажирского вагона [Текст] / Ю. И. Матяш, О. С. Мотовилова (Россия). - № 2009127020/22; Заявлено 14.07.2009; Опубл. 10.11.2009 // Открытия. Изобретения. - 2009. - № 31. - 3 с.

6. Бирхгоф, Г. Гидродинамика. Методы. Факты. Учебное подобие [Текст] / Г. Бирхгоф / М.: Иностранная литература, 1963. - 244 с.

7. Зайцев, В. Ф. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям [Текст] / В. Ф. Зайцев, А. Д. Полянин. - М.: Физматлит, 2001. - 576 с.

8. Зайцев В. Ф. Метод разделения переменных в математической физике. Учебное пособие [Текст] / В. Ф. Зайцев, А. Д. Полянин // Российский гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена. -СПб, 2009. - 92 с.

9. Томилова, О. С. Расчет эффективности УФ-стерилизатора модернизированной системы водоснабжения пассажирского вагона [Текст] / О. С. Томилова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2012. - № 3. - С. 47 - 54.

10. Маслов, Г. П. Аэродинамические показатели токоприемников скоростного электрического подвижного состава [Текст] / Г. П. Маслов, М. А. Дятлова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2010. - № 1. - С. 20 - 25.

УДК 504.4054:628

Е. А. Руш, М. В. Обуздина

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АДСОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТОВ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ЛОКОМОТИВНЫХ ДЕПО

В статье приводятся результаты исследований по созданию адсорбентов на основе модификации природных цеолитов Холинского месторождения Восточного Забайкалья, эффективных по отношению к извлечению нефтепродуктов из растворов; изучения закономерностей и механизмов протекающих процессов и установления количественных характеристик адсорбции в целях практического применения для очистки сточных вод в локомотивных депо.

Железнодорожный транспорт является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. На предприятиях железнодорожного транспорта выполняются различные технологические процессы мойки оборудования, подвижного состава и его узлов в процессе эксплуатации и ремонта, в которых используется вода, что определяет образование сточных вод, содержащих значительные концентрации нефтепродуктов, кислот, щелочей, моющих веществ, антисептиков, фенолов, солей тяжелых металлов и многих других сопутствующих компонентов органического и неорганического происхождения. Технология очистки таких стоков представляет собой довольно сложный процесс. Расход сточных вод на различных предприятиях железнодорожного транспорта колеблется от 200 до 4000 м3/сут без учета такого же количества ливневых стоков с составом загрязнений, практически аналогичных составу промышленных сточных вод.

Стратегией развития железнодорожного транспорта до 2015 г. предусмотрена программа реализации комплекса природоохранных мероприятий, направленных на снижение техногенной нагрузки на объекты окружающей среды и уменьшение экологических рисков производственной деятельности предприятий отрасли на основе разработки технологий обезвреживания образующихся жидких нефтесодержащих отходов и сточных вод, так как в настоящее время не во всех случаях проводимых процессов многоступенчатой очистки сточных вод качество очищенных потоков удовлетворяет установленным требованиям [1].

№,011,3) ^И ИЗВЕСТИЯ Транссиба 27

Одним из способов очистки сточных вод от нефтепродуктов является извлечение их с помощью адсорбентов различной химической природы с последующей регенерацией. Несмотря на разнообразие промышленных адсорбентов многие из них не удовлетворяют всему комплексу требований, предъявляемых к материалам подобного типа. Поэтому представляется актуальным и перспективным поиск новых эффективных и экономически выгодных наполнителей адсорбционных аппаратов и фильтров, сохраняющих свои свойства при различных режимах очистки промышленных сточных вод.

Наличие больших запасов природных цеолитов в Восточном Забайкалье позволило авторам исследовать процессы их модификации в целях создания сорбционных материалов, эффективных к извлечению нефтепродуктов из промышленных сточных вод, а также изучить закономерности сорбционной очистки.

Природные цеолиты и цеолитсодержащие породы, являясь широко распространенным и дешевым минеральным сырьем, обладают уникальным спектром физических, физико-химических и адсорбционных свойств, благодаря чему они нашли широкое применение в практике очистки природных и сточных вод. Поскольку цеолиты являются сложными и непостоянными по составу многокомпонентными системами, их свойства существенно зависят не только от содержания цеолитовой фазы, но и от условий формирования цеолитизирован-ных осадочных пород и характера примесей.

Холинское месторождение цеолитсодержащих туфов по разведанным запасам, качеству минерального сырья, горно-геологическим условиям и экономическому положению представляется наиболее крупным и выгодным для промышленного освоения среди других известных месторождений в пределах Восточной Сибири [2].

Полученные авторами данные минералогического, химического анализа и ИК-спектроскопии свидетельствуют о том, что исследуемые цеолитсодержащие туфы Холинско-го месторождения содержат в своем составе, %: 60-66 клиноптилолита, 3-5 монтмориллонита, 3 - 5 кварца, 3 - 5 микроклина, 10 - 2 кристобалита, 10 - 12 рентгеноаморфной фазы. Химический состав цеолитсодержащих туфов представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав цеолитсодержащих туфов Холинского месторождения

Компонент Среднее содержание цеолитов, % Компонент Среднее содержание цеолитов, %

8x02 65,72 Ш20 1,7 - 2,97

Р2О5 0,04 - 0,054 к20 3,19 - 4,59

А12О3 11,52 МпО 0,05 - 0,18

тю2 0,07 - 0,23 Сз20 0,013

Ре203 0,44 - 1,97 ЯЬ20 0,045

БеО 0,17 - 0,73 80 0,07

СаО 1,17 - 1,89 8О3 0,13

Текстурно-геометрические характеристики цеолитов этого месторождения свидетельствуют об их высокой пористости - 40,87 % при среднем радиусе пор (по объему) -0,3617 мкм и поверхности микропор 6,214 мкм. Насыпная плотность составляет 1007 - 778,9 кг/м . Размеры входных окон-входов - (3 - 13)-10 - 10 м. Диаметры пор не превышают 10 А. Объем сорбционного пространства составляет 0,0037 - 0,0121 м /кг, предельный сорбционный объем - 0,0356 - 0,0217 м /кг, микропористость - 24 - 51 %, статическая влагоемкость - 3,0 - 8,6 %.

Основу структуры природных цеолитов клиноптилолитового типа составляет каркас из алюмокремнекислородных тетраэдров [А1, Б1]04, в которых каждый из четырех атомов кислорода, находящийся в вершинах тетраэдра, одновременно принадлежит двум смежным тетраэдрам, что обеспечивает такой структуре (неорганический полимер) сравнительно большую прочность. Атомы кремния и алюминия размещаются в центрах тетраэдров. Основной особенностью структуры цеолитов является наличие в каркасе больших пустот, объединяющихся в своеобразные открытые каналы [3].

Кремнекислородные и алюмокислородные тетраэдры в структуре-цеолита упакованы довольно рыхло, и образующиеся между ними пустоты заполнены водой, которую можно

удалить путем нагревания цеолита, не разрушая при этом его каркаса. Свободные от воды поры могут быть заполнены различными веществами, эффективные размеры которых не превышают диаметра входного окна. Эти особенности и определяют уникальные свойства минералов данного класса: молекулярно-ситовой, разделяющий эффект, высокую сорбцион-ную и каталитическую способность [4].

Одним из перспективных направлений в очистке сточных вод является создание более эффективных сорбентов путем модификации поверхности материалов природного происхождения с целью расширения спектра извлекаемых из водных сред примесей.

Поэтому авторами были изучены сорбционные свойства образцов природных цеолитов Холинского месторождения Восточного Забайкалья и образцов указанных цеолитов, термически и химически модифицированных по отношению к нефтепродуктам.

Локомотивное депо ст. Иркутск-Сортировочный является подразделением ВосточноСибирской железной дороги - филиала ОАО «РЖД». Основными производственными показателями предприятия являются текущие ремонты тепловозов по циклам: технический ремонт ТР-1 и техническое обслуживание тепловозов по циклам ТО-2, ТО-3, а также текущие ремонты электровозов по циклам ТР-1, ТР-2. Системой производственной канализации ремонтных цехов ТР-1, ТО-2 предусмотрен сбор промышленных стоков и отвод их на локальные очистные сооружения, расположенные на территории локомотивного депо. Основными загрязнителями промышленных сточных вод являются нефтепродукты (дизельное топливо, мазут Н-20, отработанные моторные масла), железо общее, взвешенные вещества. Концентрация нефтепродуктов в поступающих на очистку стоках колеблется в значительных пределах - от 50 мг/г до 250 мг/л.

Локальные очистные сооружения (ЛОС) ТЧ-15 в составе «нефтеловушка, флотаторы, механические фильтры с загрузкой из кварцевого песка, фильтры доочистки с загрузкой из активированного угля» были запущены в эксплуатацию в 1978 г. Проектная мощность очистных сооружений составляет 300 м /сут. Фактическая нагрузка на очистные сооружения составляет 168,2 - 234 м /сут.

Проведенный анализ работы аппаратов, входящих в технологическую схему, позволил выявить следующие недостатки:

фильтр с керамзитовой загрузкой из кварцевого песка недостаточно эффективно удерживал взвешенные вещества, что приводило к их проскоку в фильтрах с активированным углем и снижало сорбционную емкость фильтра;

при регенерации сорбционных фильтров имел место вынос активированного угля вместе с отработанным паром и горячей водой (до 0,01 - 0,012 м с одного фильтра при каждой регенерации). Кроме того, остаточная концентрация нефтепродуктов в очищенных потоках на выходе составляла 6,6 - 10,2 мг/л. Вода, сбрасываемая в городскую канализацию, согласно требованиям МУП «Водоканал» г. Иркутска имеет ограничения по концентрации нефтепродуктов 0,6 мг/л; взвешенных веществ - 60 мг/л; величине рН 6,5 - 8,5.

Таким образом, действующая технологическая схема очистки не позволяет достичь требуемых нормативов качества очищенных вод, что и предопределило необходимость реконструкции узла доочистки за счет использования адсорбера с новым типом загрузки.

Анализ публикаций последних нескольких лет показал, что разработка технологий очистки, включающих в себя процессы адсорбции, является актуальным направлением научных исследований и может стать оптимальным решением для достижения необходимой степени очистки нефтесодержащих сточных вод, в частности, на предприятиях железнодорожного транспорта. Блоки адсорбционной очистки, как правило, включают в схему на заключительной стадии обезвреживания промышленных сточных вод, когда из них удалена основная масса загрязняющих веществ. Сорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентрации нефтепродуктов в воде, но более всего ее преимущества сказываются на фоне других методов очистки при низкой концентрации загрязнений [5 - 7].

№,011,3) ^И ИЗВЕСТИЯ Транссиба 29

Процессы сорбции нефтепродуктов на природных и модифицированных цеолитах изучались на модельных растворах с исходной концентрацией органических загрязнителей (мг/л) 27, 64,114 соответственно.

Количественный и качественный состав нефтепродуктов определяли в сточных водах методами инфракрасной спектроскопии (ИКС), газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и гравиметрического анализа. Методика проведения экспериментов по адсорбционной очистке сточных вод достаточно апробирована, поэтому изучение процессов сорбции в статических и динамических условиях проводили известными методами.

Изучение способов модификации природных цеолитов проводили с использованием гек-саметилдисилазана [(СН3)38ь]2КН (ГМДС), тетраэтоксисилана (С2Н50)4Б1 (ТЭОС) и термической обработки.

Адсорбционную способность цеолитсодержащих туфов Холинского месторождения по отношению к нефтепродуктам сравнивали с адсорбционной способностью активированного угля марки БАУ, который широко применяется в качестве адсорбента в системах очистки нефтесодержащих сточных вод (рисунок 1), в частности, в технологическом процессе локомотивного депо ВСЖД. Представленные данные свидетельствуют о том, что максимальная адсорбционная способность для цеолитов наблюдается в течение 20 - 30 мин, а затем она снижается. Для активированного угля адсорбционная способность максимальна в первые 15 мин.

Первым способом модифицирования природных цеолитов в проводимых исследованиях послужила термическая обработка минералов. На полученных термограммах наблюдались два эндотермических эффекта, связанных с потерей адсорбированной (160 - 240 °С) и конституционной воды (400 - 550 °С), при этом терялось до 4,8 % массы. Экзотермический эффект при 800 -900 °С свидетельствовал о разрушении структуры клиноптилолита.

Таким образом, можно предполагать, что с потерей адсорбционной и конституционной воды адсорбционная емкость цеолитсодержащих туфов должна увеличиться. Влияние температуры предварительной обработки на сорбционную емкость цеолита клиноптилоли-тового типа по отношению к нефтепродуктам, присутствующим в модельных водах, представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Влияние температуры предварительной термической обработки природного цеолита на его сорб-ционную емкость

Температура обработки Т, °С Сорбционная емкость Ац, мг/г Температура обработки Т, °С Сорбционная емкость Ац, мг/г

Исходный материал 0,97 350 1,48

100 1,17 400 1,44

200 1,32 500 1,05

300 1,46 600 0,15

—--иео.и: _: ♦ - актив. уголь

-

Продолжительность контакта t

Рисунок 1 - Кривые сорбционной емкости цеолита и активированного угля в зависимости от продолжительности контакта / при концентрации нефтепродуктов 27 мг/л

№ 1(13) 2013

мод. при 350°С;

— мод. при 600°С

Время сорбции

Рисунок 2 - Зависимость сорбции нефтепродуктов

с концентрацией 64 мг/л термически модифицированным цеолитом от времени сорбции

Исследованиями установлено, что сорбционная емкость цеолитсодержащего туфа максимальна при его термической обработке при температуре 350 °С, а при увеличении температуры обработки до 600 °С она снижается (рисунок 2). Вероятно, это связано с удалением при температуре 350 °С воды, координационно-связанной с обменными катионами и кислородным каркасом, а также высвобождением микрокапилляров, что и приводит к увеличению поверхности адсорбции.

При температуре 600 °С и выше протекает процесс конденсации ОН-групп, при этом разрушаются функционально активные центры в структуре клиноп-тилолита и адсорбционная емкость резко снижается. Поэтому цеолитсодержащий туф, термически модифицированный при температуре 350 °С, может быть рекомендован в качестве сорбента при очистке нефтесодержащих сточных вод в практических условиях [8].

Следующий этап исследований был направлен на изучение возможности химической модификации цеолитов клиноптилолитового типа для получения материалов с более высокой адсорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам, чем природные цеолиты. Процесс модифицирования проводили следующим образом: 1 г тетраэтоксисилана растворяли в 100 мл толуола, затем полученный раствор смешивали вручную со 100 г природного цеолита в течение 30 мин, остатки толуола сливали, полученный модифицированный цеолит высушивали в течение 3 сут на открытом воздухе и затем - в течение 6 ч в муфельной печи при температуре 110 °С. Модификацию цеолита гексаметилдисилазаном производили аналогичным образом.

Строение термически и химически модифицированных цеолитов устанавливалось методом ИК-спектроскопии. ИК-спектры получены при помощи ИК-Фурье спектрометра УеГ:ех70 в Байкальском аналитическом центре коллективного пользования СО РАН. Кроме того, для установления возможного механизма протекающих процессов метод ИК-спектроскопии позволяет выявить наличие функциональных групп на поверхности минералов, которые определяют образование активных центров для адсорбции.

Характеристические полосы поглощения на ИК-спектрах природных Холинских цео-литсодержащих туфов проявляются при волновых числах 610 см-1 и 1220 см-1, что характеризует колебания внешнететраэдрических Б1-О-А1-связей. Полосы поглощения основных тетраэдров А1, Б1-04(Т-04) алюмосиликатного каркаса цеолитов находятся в средней области ИК-спектров.

Об изменении структуры природных цеолитов при термической обработке свидетельствовал характер полученных ИК-спектров. Как уже указывалось, сорбционная емкость цеолита максимальна при его предварительном обжиге при температуре 350 °С. У цеолита, модифицированного при 350 °С, в области 3400 см-1 происходит удаление воды, координационно-связанной с обменными катионами и с кислородным каркасом, что и приводит к увеличению его адсорбционной поверхности.

При модификации цеолита высококремнеорганическими соединениями ГМДС - гексаметилдисилазаном [(СН3)381-]2КН - и ТЭОС - тетраэтоксисиланом (С2Н50)481 - происходит гидрофобизация поверхности сорбента и увеличивается его адсорбционная емкость по отношению к нефтепродуктам.

№ 1(13) и^ттия Транссиба 31

В целях доказательства взаимодействия модификаторов с поверхностью природных цеолитов были сняты ИК-спектры образцов минералов. ИК-спектры немодифицированного природного цеолита характеризуются полосами поглощения при 470 (8ьО), 820 (ОН-группы), 1000 - 1200 (БьО-БО и 3400 - 3600 (адсорбционная вода) см-1. Фиксация модифицирующих веществ на поверхности природного цеолита характеризуется на ИК-спектрах появлением новых полос поглощения при 3600 - 3700 см-1 (ОН-группы из ТЭОС) и 2500 -2900 см1 (С-Н из ГМДС).

При модификации термически обработанного туфа Холинского месторождения ТЭОС достигается максимальная сорбционная активность, что свидетельствует об устойчивой гид-рофобизации поверхности. Смещение полосы поглощения внешнететраэдрической Б1-О-Л1 связи 1055,28-1073,69 для цеолита, модифицированного ТЭОС, и 1058,18 - 1077,34 является доказательством сорбции нефтепродуктов на цеолите клиноптилолитового типа. На основе результатов теоретических и эксперименальных исследований по изучению сорбционного извлечения нефтепродуктов из модельных сточных вод модифицированными ТЭОС цеолитами сделано предположение о возможном механизме протекающих процессов. При извлечении нефтепродуктов клиноптилолитом, модифицированным ТЭОС, осуществляется процесс, протекающий по сложному механизму, имеющему следующие стадии: стадию подвода вещества к зерну адсорбента; внешнедиффузионную стадию кинетики массопереноса; стадию перемещения вещества внутри зерна [8].

Изучены зависимости сорбции нефтепродуктов цеолитом, модифицированным ГМДС или ТЭОС, от изменения концентрации исходного раствора (рисунок 3) и от изменения концентрации нефтепродуктов (рисунок 4,а).

гексаметилдисилазан;

тетраэтоксисилан

гексаметилдисилазан; -

тетраэтоксисилан

0,8

мг/г

0,2

Л О О

0,8

мг/г

0,4

0,2

V9

Время сорбции

а

0 1 2 3 4 5 6 7

9 10 11 ч 13

Время сорбции

б

Рисунок 3 - Зависимость сорбции нефтепродуктов цеолитом, модифицированным ГМДС и ТЭОС, от времени при концентрации 27 мг/л

гексаметилдисилазан;

тетраэтоксисилан

мг/г

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Концентрация

гексаметилдисилазан;

тетраэтоксисилан

1,8

мг/г

рН ^

а б

Рисунок 4 - Изотерма сорбции нефтепродуктов цеолитом, модифицированным ГМДС и ТЭОС, при температуре 20 °С в статических условиях

0,4

0

0

3

1,8

0,6

0

0

2

3

45

6

7

8

9 10 11

Экспериментально определено, что модификация ГМДС или ТЭОС способствует возрастанию адсорбционной емкости цеолита по отношению к нефтепродуктам в 1, 2 раза в статических условиях по сравнению с природным цеолитом.

Важными факторами, влияющими на процесс сорбции, являются величина рН (рисунок 4,б) и температура. Экспериментальными исследованиями установлено, что максимальная сорбционная емкость для цеолитов наблюдается в области значений рН = 6 - 8, а при изменении температурного режима - в области значений 22 - 27 °С

Сравнительная характеристика сорбционной емкости (мг/г) цеолитов, термически и химически модифицированных, по отношению к нефтепродуктам, присутствующим в модельных сточных водах в различных концентрациях, представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительная характеристика сорбционной емкости различных модификаций цеолита

Сорбенты (цеолиты и их модификации) Концентрация нефтепродуктов в растворе

27 мг/л 64 мг/л 114мг/л

Клиноптилолит Клиноптилолит, термически модифицированный при температуре 350 °С Клиноптилолит, модифицированный ГМДС Клиноптилолит, модифицированный ТЭОС 0,25 мг/г 0,50 мг/г 0,64 мг/г 0,66 мг/г 0,98 мг/г 1,48 мг/г 1,55мг/г 1,58 мг/г 2,58 мг/г 2.78 мг/г 2.79 мг/г 2,81 мг/г

Представленные результаты свидетельствуют о том, что максимальной адсорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам обладает цеолит, модифицированный ТЭОС, что позволяет рекомендовать его для практического использования в технологии очистки сточных вод в рассматриваемом локомотивном депо.

Для оценки степени применимости результатов исследований в реальных промышленных установках по обезвреживанию сточных вод были изучены процессы сорбции в динамических режимах. Установлено, что динамическая сорбционная емкость (нефтеемкость) модифицированного цеолита смеси фракций 2 и 5 мм составляет 2,2 мг/г, что превышает соответствующие показатели немодифицированного природного цеолита в 1,5 раза.

Необходимым элементом любой технологической схемы адсорбционной очистки сточных вод является регенерация сорбента после насыщения его веществами, извлеченными из сточных вод. Для исследования десорбции нефтепродуктов с насыщенных сорбентов (цеолит Холинского месторождения, модифицированный ГМДС и ТЭОС) в статическом режиме осуществляли их двукратную промывку горячей водой в течение 30 мин при температуре 40, 60 и 80 °С. После температурной обработки цеолиты приобретают рыхлую структуру и полностью восстанавливают свои сорбционные свойства. Оптимальной температурой промывочной воды является 80 °С, при этом степень извлечения нефтепродуктов с насыщенных цеолитов, модифицированных ГМДС и ТЭОС, составляет 90,5 и 92,8 % соответственно. После регенерации сорбент должен быть обработан острым паром для удаления адсорбированной воды и восстановления поверхности. В рассматриваемом локомотивном депо имеются оборудование для промывки сорбента и пропарочная станция для его обработки острым паром. Регенерацию загрузки предлагается проводить 1 раз в 10 дней. Результаты опытно-промышленных испытаний предлагаемого узла доочистки нефтесодержащих сточных вод в локомотивном депо показали возможность снижения затрат электроэнергии на проведение регенерации адсорбентов в 1, 2 раза по сравнению с существующим положением.

Таким образом, проведенные исследования показали, что природные и модифицированные термически при температуре 350 °С и химически ТЭОС (С2Н5О)4Б1) клиноптилолиты Холинского месторождения Восточного Забайкалья могут быть использованы в качестве загрузки адсорбционного фильтра для очистки нефтесодержащих сточных вод в локомотивном депо. Внедрение нового узла доочистки в существующую технологическую схему локальных очистных сооружений депо позволит повысить глубину очистки стоков от нефтепродуктов до установленных нормативов и полностью сократить сверхлимитные платежи предприятия за сброс сточных вод, не соответствующих допустимым концентрациям.

№ 1(13) 2013

Список литературы

1. Афанасьев, О. М. Снижение экологических рисков производственной деятельности предприятий железнодорожного транспорта путем внедрения технологии переработки образующихся жидких нефтесодержащих отходов [Текст] // О. М. Афанасьев, А. В. Панин / Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 6. - С. 22 - 29.

2. Котов, П. А. Месторождения Забайкалья [Текст] / П. А. Котов. - М.: Геоинформмарк, 1995. - 280 с.

3. Челищев, Н. Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья [Текст] / Н. Ф. Челищев. -М.: Недра, - 1987. - 172 с.

4. Тарасевич, Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды [Текст] / Ю. И. Тара-севич. - Киев: Наукова думка, 1989. - 222 с.

5. Герасимова, В. Н. Природные цеолиты как адсорбенты нефтепродуктов [Текст] //

B. Н. Герасимова // Химия в интересах устойчивого развития. - 2003. - № 11. - С. 481 - 488.

6. Бордунов, В. В. Очистка воды от нефти и нефтепродуктов [Текст] // В. В. Бордунов,

C. В. Бордунов, В. В. Леоненко // Экология и промышленность России. - 2005. - № 8. -С. 24 - 26.

7. Свиридов, А. В. Алюмосиликатные сорбенты в технологиях очистки воды [Текст] // А. В. Свиридов, Е. В. Ганедных, В. А. Елизаров // Экология и промышленность России. -2009. - № 11. - С. 28 - 30.

8. Обуздина, М. В. Исследование закономерностей сорбционного извлечения органических загрязнителей из промышленных сточных вод цеолитами [Текст] // М. В. Обуздина, Е. А. Руш // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2011. -№ 2 (30). - С. 110 - 116.

УДК 621.891:536.12

А. А. Ражковский, Т. Г. Бунькова

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ТВЕРДОСТИ В СИСТЕМЕ «КОЛЕСО - РЕЛЬС»

Статья посвящена одной из актуальных проблем - определению рационального соотношения твердости колеса и рельса. Разработана математическая модель процесса изнашивания пары трения «колесо - рельс». Представлены результаты исследований на интенсивность изнашивания колеса и рельса.

Проблеме определения оптимального соотношения твердости в системе «колесо -рельс» уделялось особое внимание еще с момента возникновения железных дорог. Проведенный анализ твердости цельнокатаного колеса и железнодорожного рельса по данным отечественных и зарубежных статей показал, что максимальная твердость колеса в таких странах, как США, Бразилия, Канада (390 НВ), а рельса - в России (401 НВ). Оптимальное соотношение твердости материала колеса и рельса в России минимальное (0,86), а в странах Европы - максимальное (1,1). Из триботехники известно, что лучшую износостойкость в трущейся паре проявляют металлы с примерно одинаковой твердостью [1].

В России на протяжении последних семидесяти лет соотношение твердости колеса и рельса менялось следующим образом: с 1935 по 1955 г. НВк/НВр = 0,93; с 1956 по 1980 г. -1,1 - 1,05; с 1981 по 2002 г. - 0,85; с 2003 по 2010 г. - 0,86. Если с 1956 по 1980 г. соотношение твердости колеса и рельса составляло 1,03 (прочностные характеристики почти одинаковые), то уже с 2003 по 2010 г. твердость колеса уменьшилась на 14 % по отношению к твердости рельса.

В работах [2, 3] на основе анализа мирового опыта и экспериментальных работ сделан