Оценка качества экозащитных технологий очистки загрязненных металлических поверхностей железнодорожного транспорта

Современные технологии - транспорту

117

обеспечить навигационную независимость страны.

Авторы выражают благодарность Министерству образования и науки Республики Ирак, а также сотрудникам посольства Республики Ирак за оказанную помощь и поддержку.

Библиографический список

1. Вариант рационального состава и размещения радиомаяков VOR/DME в Республике Ирак для обеспечения зональной навигации / Е. В. Соболев, Ал-Рубой Мудар, Е. А. Рубцов // Изв. Петербург. ун-та путей сообщения. - 2014. - Вып. 2 (39). - С. 111-117.

2. Организация радиотехнического обеспечения полетов. Ч. 1. Основные эксплуатационные требования к авиационным комплексам навигации, посадки, связи и наблюдения: учеб. пособие / Е. В. Соболев. - Санкт-Петербург : СПбГУ ГА, 2007. - 120 с.

3. Руководство по требуемым навигационным характеристикам (RNP). ИКАО документ 9613 AN-937, 1999. - 68 р.

4. Stellios, P. M. Error distributions and accuracy measures in navigation: an overview. Geodesy and geomatics engineering UNB, technical report N 113/Dep. of Surveying Engineering Univ. of New Brunswick. - Canada, 1985. - 160 p.

5. Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN). ИКАО документ 9613 AN/937, 3-е изд., 2008. - 264 с.

УДК 504:656.2

Т. С. Титова, Е. И. Макарова

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЭКОЗАЩИТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Проведена оценка качества технологий очистки загрязненных металлических поверхностей с использованием моющих средств, разработанных на кафедре «Инженерная химия и естествознание» в сравнении с известными моющими средствами, применяемыми в настоящее время на железнодорожном транспорте. Оценка производилась с помощью индексов PQ (property quality), поскольку в этом случае можно, используя определенные математические операции, проанализировать различные аспекты: экологические, технологические и эксплуатационные; полученные данные затем суммируются; чем выше значение индекса PQ, тем выше качество технологического решения.

экозащитная технология, качество технологии, очистка поверхностей, загрязнение, моющее средство, утилизация отработанных моющих растворов, защита окружающей среды, железнодорожный транспорт.

Введение

В процессе эксплуатации металлические гаются загрязнению, причины которого свя-детали подвижного состава неизбежно подвер- заны, прежде всего, с налипанием дорожной

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2014/3

118

Современные технологии - транспорту

пыли и копоти, остатков перевозимого груза и продуктов износа ходовых частей подвижного состава, с коррозией металлов и т. п. Загрязнения представляют собой многокомпонентные образования, обладающие разнообразными физико-механическими, адгезионными свойствами и химическим составом.

Удаление производственных и эксплуатационных загрязнений на железнодорожном транспорте необходимо, так как является залогом не только экологической безопасности объекта, но и его долговечности. Ежегодно объемы работ по очистке поверхности от загрязнений составляет до 50 млрд м 2. В настоящее время для удаления загрязнений с поверхностей применяют механический, термический, электрический, химический, электрохимический и комбинированный способы очистки. Наиболее эффективен химический метод, при котором используются моющие композиции.

Ежегодно в Российской Федерации производится до 100 тыс. т технических моющих средств, после использования которых образуется до 10 млн м3 отработанных моющих растворов, содержащих нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие загрязнители. Выбор технологии очистки и моющего средства обусловлены различными факторами (степенью загрязненности поверхности, составом загрязнения), а также экологической и экономической эффективностью. Таким образом, перед использованием технологий очистки возникает необходимость их комплексной оценки, которая может базироваться на сравнении различных аспектов.

В данной работе в соответствии с методикой [1] были проанализированы качества технологий очистки металлических поверхностей с использованием моющих средств, разработанных на кафедре «Инженерная химия и естествознание» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) [2-6] под руководством д. т. н. профессора Л. Б. Сватовской, и технологий очист-

ки металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС, применяемого на железнодорожном транспорте.

Отличительные особенности этих моющих средств (ГЕЛЕС-1, ГЕЛЕС-2, ПКФ): 1) новые моющие средства не содержат ПАВ, что принципиально для защиты окружающей среды;

2) не требуют нагрева, а значит, их применение позволяет экономить электроэнергию;

3) их отработанные моющие растворы можно использовать при производстве фосфатных строительных материалов, а не вывозить на полигон для захоронения. Сравнительный анализ целесообразно проводить по нескольким параметрам: экологическому, технологическому и эксплуатационному. Сущность методики заключается в присвоении технологиям значений индекса качества PQ в диапазоне от 0 до 1. При этом чем выше значение индекса PQ, тем выше качество разработанной технологии.

1 Выбор объектов

исследования при оценке качества технологий очистки металлических поверхностей с использованием моющих средств

Новые технологии очистки загрязненных металлических поверхностей предлагается сравнивать с технологией, используемой в настоящее время на железнодорожном транспорте. В качестве n-го объекта исследования выбираем объекты:

• известная технология: очистки загрязненных металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС (n = 1);

• новые технологии: очистки загрязненных металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1 (n = 2); с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2 (n = 3); с использованием моющего средства ПКФ (n = 4).

2014/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

119

2 Выбор аспектов сравнения объектов исследования и определение значимости аспектов

Выбираем аспекты сравнения объектов исследования. Определяем значимость аспектов исходя из процентного отношения каждого аспекта к другим и к сумме аспектов в целом. При этом сумма значимостей аспектов должна составлять 100 %.

В качестве у-го аспекта исследования выбирают экологический (у = 1), технологический (у = 2), эксплуатационный аспекты (у = 3).

Значимость аспектов исследования Z. принимаем равной:

Zx = 70 % - для экологического;

Z2 = 15 % - для технологического;

Z3 = 15 % - для эксплуатационного.

3 Выбор перечня свойств, описывающих исследуемые объекты

Для каждого аспекта сравнения объектов исследования выбираем перечень описывающих его свойств. Определяем значимость свойств каждого аспекта исходя из процентного отношения свойств друг к другу и к сумме свойств в целом. При этом сумма значимостей свойств каждого аспекта должна составлять 100 %.

В качестве к-го свойства (/ = 1), описывающего исследуемые объекты в экологическом аспекте, выбраны:

• содержание растворенных нефтепродуктов в отработанном моющем растворе (к = 1);

• присутствие ПАВ в моющем средстве

(к = 2).

Значимость к-го свойства (у = 1) в экологическом аспекте:

• Zn = 50 % - для содержания растворенных нефтепродуктов в отработанном моющем растворе;

• Z = 50 % - для присутствия ПАВ.

В качестве к-го свойства в технологическом аспекте (j = 2) выбраны качество очистки, %; температура очистки, °C.

Значимость к-го свойства (j = 2) в технологическом аспекте:

• Z21 = 50 % - для качества очистки;

• Z22 = 50 % - для температуры очистки.

В качестве к-го свойства, описывающего

исследуемые объекты в эксплуатационном аспекте (j = 3), выбраны:

• утилизация отработанного моющего раствора (к = 1);

• возможность очистки тяжелых фракций нефтепродуктов (мазута) при 20 °C (к = 2).

Значимость к-го свойства в эксплуатационном аспекте (j = 3):

• Z = 50 % - для утилизации отработанного моющего раствора;

• Z = 50 % - для очистки от мазута при 20 °С.’

4 Определение индекса PQ”k для каждого рассматриваемого свойства определенного аспекта для каждого объекта

Определяем индекс PQ для каждого свойства. Рассчитываем индекс PQ выбранных объектов исследования (n = 1, 2, 3, 4) для выбранных свойств каждого аспекта. Для каждого свойства находим интервал значений, лучшее значение для заданного интервала и разбиваем интервал на диапазоны (категории качества). Каждому диапазону присваиваем коэффициент падения качества (КПК). Для приведения свойства к диапазону от 0 до 1 необходимо задать интервал значений этого свойства для рассматриваемого аспекта, лучшее и худшее значения из заданного интервала и обосновать их. Далее лучшему значению присваивают нормированное значение 1, худшему - 0, а любому значению из интервала какое-то значение в открытом диапазоне от 0 до 1.

Например, для свойства «качество очистки» выбираем интервал значений от 100 до 0, считая, что 100 %-ная очистка является наилучшим значением, 0 % - наихудшее значение. Лучшему значению (100 %) присваивают

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2014/3

120

Современные технологии - транспорту

значение 1, худшему (0 %) - 0. Лучшее значение в данном случае совпадает с правой границей. Разбиваем заданный интервал между 0 и 100 % на четыре равных диапазона для более объективного отражения падения качества. Считается, что качество повышается к правой границе диапазона.

Присваиваем коэффициентам падения качества в каждом диапазоне значения 1, 2, 3, 4, соответственно. В результате получаем диапазоны со следующими характеристиками:

• 1-й диапазон - 100-75 % КПК3 = 1;

• 2-й диапазон - 75-50 % КПК2 = 2;

• 3-й диапазон -50-25 % КПК3 = 3;

• 4-й диапазон - 25-0 % КПК4 = 4.

Находим значения коэффициента нормирования интервала, коэффициенты нормирования каждого диапазона и индексы PQ правой границы диапазонов:

K, = У КПК.Ш - D )

d ^ i v прав./ лев./-7

Kd = 4  (25 - 0) + 3  (50 - 25) +

+ 2  (75 - 50) + 1  (100 - 75) = 250

К„ = КПК/K

1d d

Kid = 1/Kd = 1/250 = 0,004

PQ d = PQ d - (D . - D )  Kd

^•лев. id ^прав. id v прав./ лев.г id

PQ1d = 1 - (100 - 75)  0,004 = 0,9

K2d = 2/Kd = 2/250 = 0,008

PQ2d = 0,9 - (75 - 50)  0,008 = 0,7

K3d = 3/Kd = 3/250 = 0,012

PQ3d = 0,7 - (50 - 25)  0,012 = 0,4

K4d = 4/Kd = 4/250 = 0,016

PQ4d = 0,4 - (25 - 0)  0,016 = 0

По результатам расчетов строим график падения качества свойства технологического аспекта «качество очистки» (см. рисунок).

По графику получаем показатели индекса PQi свойства для каждого объекта технологического аспекта (табл. 1).

5 Расчет индекса PQnjkпо выбранным аспектам и итоговый индекс PQ для каждой технологии

Рассчитываем индекс PQ для каждого аспекта сравнения объектов исследования как сумму произведений значимости свойства аспектов Z на значение индекса PQ свойств этого аспекта:

PQ = EZ/Q”.

PQ

Диапазон выбранного свойства

График падения качества технологии очистки загрязненных металлических поверхностей по технологическому аспекту, %

2014/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

121

ТАБЛИЦА 1. Данные расчета индекса PQ для технологического аспекта

Объект исследования Технологический аспект J = 2)

Качество очистки Z21 = 50 % Температура очистки Z22= 50 %

Индекс PQ Индекс PQ

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС PQ2,1 0,72 pQ2,2 0,8

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1 PQl 1 PQ22,2 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2 pQ32,1 1 PQ2,2 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ПКФ pQ42,1 1 PQ42,2 1

Аналогично определяем индексы PQ" для каждого из рассматриваемых свойств опреде-

Jk

ленного аспекта для всех объектов (табл. 2, 3).

ТАБЛИЦА 2. Данные расчета индекса PQ для экологического аспекта

Объект исследования Экологический аспект J = 1)

Содержание растворенных нефтепродуктов в отработанном моющем растворе Zu = 50 % Присутствие поверхностно- активных веществ Z12 = 50 %

Индекс PQ Индекс PQ

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС pQ1,1 0 PQ1,2 0

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1 PQ2,1 0,48 PQ212 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2 PQ3,1 0,49 pQ3,2 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ПКФ pQ4,1 0,5 pQ4,2 1

Рассчитав индекс PQ"k по различным объектам, получаем массив данных (табл. 4).

С учетом значимости аспектов суммируем данные и индекс PQ для каждой технологии:

PQ = EZ.PQ”.

Технология очистки с использованием моющего средства ОБИС:

PQ 1 = SZjPQ1 = 0,7  0 + 0,76  0,15 +

+ 0,28  0,15 = 0,16.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2014/3

122

Современные технологии - транспорту

ТАБЛИЦА 3. Данные расчета индекса PQ для эксплуатационного аспекта

Объект исследования Эксплуатационный аспект

Утилизация отработанного моющего раствора Z31 = 50 % Очистка от мазута при 20 °C Z3,2 = 50 %

Индекс PQ Индекс PQ

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС pQ3,i 0 PQ3,2 0,56

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1 pQ2,i 1 PQ2,2 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2 pQ33,i 1 PQ3,2 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ПКФ pQ4,i 1 PQ4,2 0,94

ТАБЛИЦА 4. Суммарные данные индекса PQ по выбранным аспектам

Объект исследования Аспект

Экологический j = 1) Т ехнологиче ский

Расчет

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС pQ1 = ^, *pQ1, * = = 0,5 • 0 + 0,5 • 0 = 0 PQ2 = ^,*pQ1, * = = 0,5 • 0,72 + + 0,5 • 0,8 = 0,76 pQ3 = SVQ * = = 0,5 • 0 + + 0,5 • 0,56 = 0,28

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1 PQ2 = ^, *pQ2, *= = 0,5 • 0,48 + + 0,5 • 1 = 0,74 pQ22 = ^,*pQ2, *= = 0,5 • 1 + 0,5 • 1 = 1 pQ23 = ZVQ * = = 0,5 • 1 + 0,5 • 1 = 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2 PQ3 = 2Z/Q3, * = = 0,5 • 0,49 + + 0,5 • 1 = 0,75 pQ32 = ^,*pQ3, * = = 0,5 • 1 + 0,5 • 1 = 1 pQ33 = ZVQ * = = 0,5 • 1 + 0,5 • 1 = 1

Технология очистки металлических поверхностей с использованием моющего средства ПКФ PQ4 = ^/Q4, * = = 0,5 • 0,5 + + 0,5 • 1 = 0,75 pQ42 = ^,*pQ4, * = = 0,5 • 1 + 0,5 • 1 = 1 pQ43 = ^/Q4, * = = 0,5 • 1 + + 0,5 • 0,94 = 0,97

2014/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Современные технологии - транспорту

123

Технология очистки с использованием моющего средства ГЕЛЕС-1:

PQ 2 = SZjPQ 2 = 0,7  0,74 + 0,15  1 +

+ 0,15  1 = 0,82.

Технология очистки с использованием моющего средства ГЕЛЕС-2:

PQ 3 = SZjPQ 3 = 0,7  0,745 +

+ 0,15  1 + 0,15  1 = 0,82.

Технология очистки с использованием моющего средства ПКФ:

PQ4 = SZlPQ/; = 0,7  0,75 +

+ 0,15  1 + 0,15  0,97 = 0,82.

Выводы

Оценено качество технологий очистки металлических поверхностей с использованием моющих средств, разработанных на кафедре «Инженерная химия и естествознание», в сравнении с технологией очистки металлических поверхностей с использованием моющих средств, применяемых на железнодорожном транспорте. По результатам расчетов установлено, что технология очистки загрязненных металлических поверхностей с использованием моющего средства ОБИС имеет минимальное значение индекса PQ = 0,16, технологии очистки загрязненных металлических поверхностей с использованием моющих средств ГЕЛЕС-1, ГЕЛЕС-2 и ПКФ имеют индексы PQ = 0,82. По экологическому аспекту технология очистки загрязненных металлических

поверхностей с использованием моющего средства ОБИС имеет PQ = 0, а технология с использованием моющих средств ГЕЛЕС-2 и ПКФ - 0,75. Если учесть, что в данной методике значение индекса PQ = 1 считается лучшим значением, то полученный результат свидетельствуют о более высоком качестве разработанных технологий и перспективности их использования.

Библиографический список

1. Новые экозащитные технологии на железнодорожном транспорте / Л. Б. Сватовская, А. М. Сычева, Е. И. Макарова и др. - Москва : УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте, 2007. - 159 с.

2. Пат. № 2247770 Моющее средство для очистки металлической поверхности / Л. Б. Сватовская, Е. И. Макарова. Опубл. 10.03.2005 г. Бюл. № 7.

3. Пат. № 2272070 Моющее средство для очистки емкостей и металлических поверхностей / Л. Б. Сватовская, Е. И. Макарова. Опубл.

20.03.2006 г. Бюл. № 8.

4. Пат. № 2293110 Моющее средство для очистки емкостей и металлических поверхностей / Л. Б. Сватовская, Е. И. Макарова. Опубл.

10.02.2007 г. Бюл. № 4.

5. Использование гелеобразования в геоэкологии для утилизации отходов и обезвреживания нефтезагрязнений транспорта / Л. Б. Сватовская, Е. И. Макарова и др. // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - № 3. - С. 90-94.

6. Естественно-научные основы создания технологий защиты окружающей среды на транспорте / Е. И. Макарова, А. А. Кондрашов // Естественные и технические науки. - 2011. - № 1 (51). - С. 55-58.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2014/3