Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Технические средства и технология повышения экологической безопасности торфяно-болотных экосистем

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Технические средства и технология повышения экологической безопасности торфяно-болотных экосистем"

)

ииз4ЭО176

ЖУКОВ Игорь Викторович

На правах рукописи

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТОРФЯНО-БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология по техническим наукам

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ККЗ ?010

Санкт-Петербург - 2009

003490176

Работа выполнена в Северо-Западном государственном заочном техническом университете на кафедре приборов контроля и систем экологической безопасности

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, Потапов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Михайлов Александр Викторович

кандидат технических наук, доцент, Князев Александр Сергеевич

Ведущая организация

Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России

Защита состоится 19 января 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.244.01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5, ауд. 301.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.

Автореферат разослан 18 декабря 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Иванова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Ухудшение экологической ситуации во многих регионах земного шара требует более энергичных усилий для изучения закономерностей региональной и глобальной экодинамики, а также быстрого принятия мер по созданию надежных средств защиты окружающей среды от техногенных воздействий. Во многом ухудшению экологической ситуации способствует горение торфяников, которые являются пожароопасными территориями. Следовательно, решение проблемы обеспечения экологической безопасности и профилактики торфяных пожаров требуют особого подхода. Данные проблемы, как правило, требуют практических действий и не решаются применением только математического анализа. Актуальность же проблемы обусловлена как крайней уязвимостью от техногенных факторов одного из важнейших природных ресурсов, так и масштабными последствиями таких особо трудно ликвидируемых подземных пожаров.

Одними из основных причин торфяных пожаров являются: самовозгорание торфа (47 %); искры, возникающие при работе технологического оборудования и тракторов (24 %); неосторожное обращение с огнем (28 %) и др. Ущерб, наносимый экологическим системам в результате пожара, как правило, приводит к необратимым последствиям. Так, например дым от пожаров загрязняет атмосферный воздух на большой территории. Согласно спутниковым данным, шлейфы дыма от пожаров на торфяниках тянутся относительно существующей розы ветров и составляют десятки и сотни километров, при этом концентрации вредных веществ в зоне шлейфа часто превышают предельно допустимые нормы.

За последние десять лет только в Юго-Восточной Азии было уничтожено огнем около 3 миллионов гектаров торфяников. Из-за такого рода неконтролируемых процессов горения в атмосферу Земли ежегодно поступает около 1,4 миллиарда тонн парниковых газов и паров, что влияет на изменение климата.

В настоящее время для тушения крупномасштабных торфяных пожаров, применяют, как и для обычных пожаров, различные огнетушащие вещества и составы, газы, порошки, жидкости и пены. Однако с позиции требований обеспечения экологической безопасности и масштабов применения средства пожаротушения должны быть исключительно биоразлогаемыми и не токсичными для экосистем.

На сегодняшний день основным средством пожаротушения остается вода, которая отвечает требованиям экологической безопасности и благодаря своим свойствам подходит не только для тушения пожаров практически всех классов, но и при поддержании определенной влажности торфа исключает, возможность его тления.

Кроме того, вода в компактном и распыленном виде, применяется для охлаждения и осаждения токсичных продуктов горения, а также используется для получения пен различной кратности и т.д. Благодаря своим особым (или аномальным) свойствам вода имеет возможность изменять свои физико-химические свойства после различного рода воздействий - магнитного, акустического, электрического,

термического, дегазационного и.т.п., что подтверждено множеством экспериментальных данных.

Таким образом, актуальность выполненного исследования заключается в повышении эффективности используемых огнетушащих веществ при локализации возгораний торфяников, предотвращении первичных и повторных возгораний после пролива потенциальных и скрытых очагов гетерогенного горения (тления), и профилактике самовозгораний торфяных залежей.

Цель работы

Повышение экологической безопасности торфяно-болотных экосистем путем проведения профилактики пожаров и применение более эффективных и безопасных технических средств и технологий тушения.

Основная идея работы

Повысить огнетушащие и нейтрализующие характеристики воды и растворов на ее основе путем разработки и прикладной апробации, при их предварительной обработке переменным частотно-модулированным электрическим потенциалом (ПЧМЭП).

Основные задачи исследования:

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) Установить возможность воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на изменение надмолекулярной структуры воды по изменению ее физико-химических свойств.

2) Определить пороговую длительность воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на воду и оценить сохранение измененных свойств, а также исследовать динамику испарения воды с различных поверхностей, что важно для повышения экологической безопасности торфяников.

3) Оценить воздействие переменного частотно-модулированного электрического потенциала на основной метод биомониторинга по вегетации растений и их устойчивости к негативным воздействиям последствий пожара.

4) Разработать лабораторную установку, моделирующую процесс очистки воздуха от дымового аэрозоля и нейтрализации токсичных продуктов горения торфа при распылении воды обработанной источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала.

5) Экспериментально оценить изменение дисперсного состава капель в факеле распыла и исследовать возможность повышения его огнетушащей эффективности.

6) Оценить изменение качественно-количественных характеристик растворов ПАВ применяемых для тушения, в результате воздействия на них источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала.

7) Оценить возможность применения воды и растворов на ее основе, обработанных источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала, для профилактики и при ликвидации возгораний торфяников.

Объекты исследования. Органическое вещество торфяных залежей и продукты его горения; вода и растворы на ее основе.

Предмет исследования. Процессы физико-химического взаимодействия модифицированной воды с органическим веществом торфа и продуктами его горения

Научная новизна полученных результатов:

1. Установлена линейная зависимость влияния переменного частотно-модулированного электрического потенциала на изменение физико-химических свойств воды, определена пороговая длительность воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на воду и растворы на ее основе.

2. Доказана динамика снижения надструктурных свойств воды при отключении сигнала (выявлена временная характеристика утраты наложенной от переменного частотно-модулированного электрического потенциала информационной составляющей воды).

3. Доказан эффект пониженной испаряемости обработанной воды из пористых структур.

4. Экспериментально установлены закономерности повышения огнетушащих характеристик воды и растворов на ее основе после обработки источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала, предложено объяснение выявленной закономерности.

5. Экспериментально установлены закономерности изменения содержания оксида углерода и дымового аэрозоля в воздухе рабочей зоны в зависимости от физико-химических свойств и размера капель распыляемой воды.

Практическая значимость работы:

1. Предложен метод повышения эффективности конденсационного улавливания увеличивающий эффективность очистки воздуха от дымового аэрозоля и токсичных продуктов горения (торфа) любых горючих материалов, путем внедрения предлагаемого метода обработки воды переменным частотно-модулированным электрическим потенциалом при ее диспергировании.

2. Предложен электрофизический метод, повышения вегетативную способность растений к восстановлению растительного покрова болот пострадавших от пожара.

3. Предложены методы практического применения воды и растворов на ее основе, обработанных источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала.

4. Разработанный метод воздействия на воду показал свою эффективность использования при тушении торфяного пожара 2008 года в районе поселка Кусино Киришского района Ленобласти.

Достоверность и обоснованность результатов

Обоснованность представленных результатов обеспечена репрезентативностью и надежностью экспериментальных данных, полученных в результате выполненных исследований с привлечением аккредитованных лабораторий и использованием современных методов анализа и обработки опытных данных.

Достоверность повышения эффективности разработанных технологий тушения и нейтрализации продуктов горения подтверждена актом, удостоверяющим прикладной эффект при реализации научных результатов работы.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментально определенная линейная зависимость пороговой длительности воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на изменение надмолекулярной структуры воды по изменению ее физико-химических свойств, а также закономерность сохранения измененных свойств с течением времени.

2. Разработка и применение усовершенствованного вододисперга-ционного метода очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля и токсичных продуктов горения, образующихся при горении торфа.

3. Рекомендации практического применения воды и растворов на ее основе обработанных источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала в процессе профилактики и при ликвидации возгораний торфяников.

Методы исследования. Современные аттестованные инструментальные методы определения физико-химических свойств воды. А также стандартные методы определения огнетушащих и нейтрализующих характеристик воды и растворов на ее основе. На специализированных стендах в соответствии с нормативной документацией. Для математической обработки результатов исследований использовался табличный процессор МО EXCEL и программы Mathcad, MATLAB.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на: международной конференции «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых» (Санкт-Петербург, 2006 г.); 7-ом Международном форуме Топливно-энергетический комплекс России (Санкт-Петербург, 2007г.); IV международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» Национальной Академии Наук Беларуси (Минск, 2007).

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы на большинстве этапов разработки систем пожаротушения тонкораспыленной водой в помещениях и дымоподавления на путях эвакуации ООО «КИНЕФ» (г. Кириши Россия). Полученный патент на полезную модель пожарно-спасательной машины реализован на базе АЦ-7-40/4 (53215) «11 отряда государственной противопожарной службы МЧС России по Ленинградской области» (г. Кириши).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 работ, в том числе получен патент на полезную модель.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения, изложенных на 137 листах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 25 таблиц и список литературы из 117 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан краткий обзор состояния проблемы, обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы задачи исследований и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния торфяно-болотных экосистем. Рассмотрены качественные характеристики торфа и торфяной залежи по видам, типам и подтипам. Оценены торфяные ресурсы Российской Федерации и возможные варианты комплексного использования ресурсов торфяно-болотных системы. Торф полезное горючее ископаемое, образующееся в результате биохимического процесса разложения болотных растений при повышенной влажности и недостатке кислорода; в нем содержится не более 50 % минеральных компонентов на сухое вещество. Оценены пожароопасные риски торфяных залежей связанные, как с естественным их состоянием, так и с эксплуатацией существующих и выработанных торфяных месторождений.

Основными горючими веществами, содержащимися в торфе, являются углерод 50-60%, водород 5-6,5%, кислород 30-40%, азот 1-3%, сера 0,1-1,5% на горючую массу. Торфяные пожары характерны для второй половины лета, когда верхний слой торфа высыхает до относительной влажности 25 - 10 %. При таком содержании влаги он может самовозгораться и даже поддерживать горение в нижних, более влажных слоях торфа.

В результате термической деструкции торфа образуются продукты полного горения торфа (С02, Н20 и зола) и неполного горения торфа (СО), а также продукты полного и неполного окисления, пиролиза торфа - метан, водород, сажа, закись азота, дым.

Средние показатели выбросов парниковых газов из единицы объема естественной и осушенной торфяной залежи при пожаре, т/мЗ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Выбросы парниковых газов при пожаре

Наименование парниковых газов Средние показатели выбросов, т/м3

Естественной торфяной залежи Осушенной торфяной залежи

Тип торфяного месторождения

верховой низинный верховой низинный

С02 (диоксид углерода) 0,19 0,2 0,33 0,35

СН4 (метан) 0,0006 0,00064 0,0011 0,00113

N20 (закись азота) 0,000003 0,000003 0,0000051 0,0000053

Для обеспечения экологической безопасности торфяно-болотной экосистемы и тушения торфяных пожаров используют растворы химикатов или воду со смачивателями, подаваемую под давлением методом впрыскивания вглубь торфяного слоя

с помощью пожарных или поливомоечных машин, снабженных шлангами с перфорированными стволами - пиками. Также можно локализовать торфяные пожары, создавая вокруг них канавы с помощью канавокопателей, траншеекопателей, бульдозеров или взрывными методами. Глубина канав должна доходить до уровня грунтовых вод или достигать минерального грунта, заглубляясь в него на 20 см. В качестве способа профилактики торфяных пожаров в местах с ограниченным количеством воды и в прогнозируемых засушливых зонах, слои торфяников необходимо поддерживать во влажном состоянии, при этом влажность должна быть не менее 70%.

Источником увлажнения, прежде всего, служит вода, так как она отвечает требованиям обеспечения безопасности для природы и человека, т.е. биологически мягкая и не токсична. Одним из перспективных способов изменения физико-химических свойств и надмолекулярной структуры воды является воздействие различных полей позволяющих, например, изменять поверхностное натяжение, кинематическую вязкость, динамику испарения и т.д., а также повышающих её огнетушащие и нейтрализующие характеристики, а в целом надмолекулярную структуру воды. Таким методом воздействия является электрофизический способ, основанный на обработке воды источником ПЧМЭП.

На основании проведенного нами анализа ухудшения экологической ситуации и современных подходов повышения экологической безопасности торфяно-болот-ных экосистем, сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе в соответствии с основными задачами были выбраны методики экспериментальных исследований, а также оборудование отвечающие современным требованиям и стандартам. Для проводимых диссертационных исследований в качестве пробы сравнения, использовалась дистиллированная вода (ГОСТ 670972) и слабоминерализированная водопроводная вода ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» (ГОСТ Р 51232 - 98).

В настоящее время известен ряд способов активации воды различными методами и приборы, с помощью которых можно осуществлять тот или иной тип воздействия.

Для данной работы в качестве источника получения модифицированной воды выбрано промышленное крупносерийно изготовленное устройство - генератор источник ПЧМЭП, изготовленный согласно ТУ 4218-001-56316494-2004. Устройство отвечает-следующим требованиям: возможность направленного воздействия, работа в широких диапазонах, скорость готовности к работе, простота использования, востановимость, малогабаритность, дешевизна.

Генератор содержит средства электрофизического воздействия на материал, которые в виде прямого или косвенного приложения к материалу передают электрический потенциал. Средства приложения электрического потенциала содержат источник переменного напряжения и выполнены с возможностью подачи потен-

циала непосредственно на материал, через одиночный электрод, изготовленный из нержавеющей стали, или на емкость, в которой находится материал.

Эквивалентная электрическая схема, моделирующая процессы при электрофизической обработке воды в лабораторных и производственных условиях, представлена на рис.1.

J

<- 5

1 - генератор ПЧМЭП, 2 - емкостное сопротивление диэлектрического слоя, 3 - металлическая емкость для воды, 4 - активное сопротивление диэлектрического слоя, 5 - заземление.

Рис.1. Эквивалентная схема обработки воды.

ПЧМЭП представляет собой нелинейно-искаженный сигнал с двумя интервалами однородности, что математически описывается в формулах.

Первый интервал аппроксимирован синусоидой основной частоты:

г/,(0 = л/2£/ном5т(2;г/мом0

при ,е

Второй интервал аппроксимирован затухающим экспоненциальным сигналом:

и2(() = ^итме-^-Т1^ при , 6[,.+_2_.П,

2(4-1) 2к\

где Т - период промышленной частоты, ^ - момент перехода с первого интервала на второй, к - номер полупериода, а - коэффициент затухания.

Воздействие потенциала на исследуемый объект приводит к понижению энергетических барьеров, протекающих в них процессов физической и химической природы.

Измерения физико-химических свойств воды проводились через 5-10 минут после окончания обработки воды источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала. При обработке воды осуществлялось ее термо-

статирование с применением термостата Lauda Е-119, при этом температура среды составляла 20°С.

Оценка влияния ПЧМЭП на свойства воды и ее растворов поводилась по следующим характеристикам: определение поверхностного натяжения по максимальному давлению газа в пузырьке; кинематическая вязкость с помощью капиллярного вискозиметра типа ВПЖ-2 (ГОСТ 10028-82); рН - электрометрическим методом (ГОСТ 26483-85); кинетику испарения с поверхности зеркала воды, увлажненного торфа и углеродного остатка определяли методом гравиметрии; эффективность очистки воздуха от оксида углерода и дымового аэрозоля в продуктах горения фиксировалась газоанализаторами «Хоббит - Т» и «АВТОТЕСТ-Т»; массовую концентрацию кислорода растворенного в воде определяли йодометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.101 — 97); оценка дисперсности капель в факеле распыла по ГОСТ Р 51043-2002; эффективность тушения модельного очага по ГОСТ Р 51043-02 и НПБ 88-2001*; оценка полученных пен проводилась по ГОСТ Р 50588-93.

В соответствии с поставленной задачей была сконструирована экспериментальная лабораторная установка, моделирующая процесс очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля и нейтрализации токсичных продуктов горения торфа вододиспергационным методом.

Схема лабораторной установки представлена на рис.2.

1 - дымокамера (У=1м3); 2 - распылитель с регулируемым давлением и расходом; 3 - датчик на СО; 4 - датчик дымомера; 5 - блок индикации газоанализатора; 6 - блок индикации дымомера; 7 - емкость с водой; 8 - баллон с воздухом под давлением; 9 - редуктор с манометром; 10 - вентиль.

Рис.2. Схема лабораторной установки, моделирующей процесс очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля и нейтрализации токсичных продуктов горения торфа вододиспергационным методом

Масса сжигаемого материала торфа выбиралась из условий обеспечения степени задымления по коэффициенту ослабления и содержания СО. Значения коэффициента ослабления светового потока в среде находились в пределах Сб = 6,5 - 7,2 м-1 (полная потеря видимости), содержание СО =100 - 120 мг/м3.

В третей главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия источника ПЧМЭП на физико-химические свойства жидких сред. Экспериментально установлено влияние ПЧМЭП на такие свойства воды, как поверхностное натяжение, кинематическую вязкость, рН.

Обобщенные данные многочисленных исследований по изменению в зависимости от длительности обработки представлены в таблице 2.

Таблица 2

Изменение свойств воды в зависимости от длительности обработки ПЧМЭП

Длительность воздействия, мин 0 5 10 20 30 40

Поверхностное натяжение дистиллированной воды, Н/м • 10"3 72,85 65,93 58,21 52,41 49,10 48,90

Кинематическая вязкость дистиллированной воды, м2 /с -10 6 1,011 0,985 0,970 0,966 0,963 0,961

рН дистиллированной воды 6,89 6,83 6,78 6,74 6,68 6,65

рН водопроводной воды 7,22 7,28 7,37 7,42 7,50 7,53

В результате анализа полученных данных сделан вывод, что пороговая длительность обработки воды источником ПЧМЭП составляет 30 минут. При этом поверхностное натяжение уменьшилось на 32,8%, кинематическая вязкость уменьшилась на 4,7 %, рН дистиллированной воды уменьшилось на 3,0%, рН водопроводной воды увеличилось на 3,9%.

Как показали результаты, допустимое время сохранения измененных свойств воды после обработки источником ПЧМЭП составляет 14 дней, таблица 3, после чего свойства стремятся вернуться к начальным значениям.

Таблица 3

Изменение свойств воды со временем

Время контроля, сутки Поверхностное натяжение дистиллированной воды, Н/м - Ю-3 Вязкость, дистиллированной воды, м2 /с ■ 10-6 рН дистиллированной воды рН водопроводной воды

0 49,10 0,963 6,68 7,50

2 49,25 0,965 6,71 7,46

4 51,35 0,969 6,73 7,44

6 53,46 0,975 6,74 7,42

Продолжение таблицы 3

Время контроля, сутки Поверхностное натяжение дистиллированной воды, Н/м- 10"3 Вязкость, дистиллированной воды, м2 /с ■ 10"6 рН дистиллированной воды рН водопроводной воды

8 56,23 0,978 6,76 7,40

10 57,06 0,981 6,78 7,38

12 59,12 0,982 6,79 7,38

14 60,12 0,984 6,79 7,38

16 60,98 0,993 6,81 7,36

18 61,63 0,996 6,83 7,35

Уменьшение поверхностного натяжения и вязкости воды подтверждает, увеличение ее смачивающей способности, а, соответственно, сила адгезии становится больше силы когезии. Данное изменение позволит увеличить дальность подачи компактной струи и повысить эффективность при проливе локализованного очага возгорания.

Выявлено изменение рН для водопроводной слабоминерализрованной воды, которое объясняется наличием неорганических примесей способных к гидролизу, увеличение рН улучшит качественные характеристики огнетушащих пен.

Динамика испарения предварительно обработанной воды с поверхности водного зеркала и из пористых материалов представлена на рис. 3,4, 5.

5= 10,00 -3 9,00 --

0 8,00 — ш

к 7,00--

1 6,00

| 5,00--

О. 4,00--

го

5 3,00--

го 2,00 —

и 1,00 — я

2 0,00 -I—

12 3 4

1 - без воздействия, 2 - воздействие 10 мин., 3 - воздействие 20 мин., 4 - воздействие 40 мин.

Рис.3. Относительная масса испарившейся воды с поверхности зеркала за 12 часов после розничного времени обработки ПЧМЭП.

За 12 часовой опыт наибольшее количество влаги 9,5% испарилось из образца

с водой обработанной ПЧМЭП в течение 40 минут. Наименьшее количество вла-

ги 3% испарилось из образца с водой необработанной ПЧМЭП. Разность между

массой испарившейся необработанной и обработанной воды в течение 10, 20, 40 минут составила 2,5%, 4,2% и 6,3% соответственно.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что воздействие ПЧМЭП способствует испаряемости воды благодаря увеличению кинетической энергии молекул находящихся в пограничном слое жидкой фазы и понижению энергетических барьеров при фазовом переходе.

1 - без воздействия, 2 - воздействие 10 мин., 3 - воздействие 20 мин., 4 - воздействие 40 мин.

Рис.4. Относительная масса испарившейся воды из увлажненного слаборазложившегося торфа за 12 часов после разчичного времени обработки ПЧМЭП.

За 12 часовой опыт наибольшее количество влаги 13,5% испарилось из образца с водой необработанной ПЧМЭП. Наименьшее количество влаги 10,7% испарилось из образца с водой обработанной ПЧМЭП в течение 40 минут. Разность между массой испарившейся необработанной и обработанной воды в течение 10,20,40 минут составила 1,5%, 2,7 % и 2,9% соответственно.

1 без воздействия, 2 - воздействие 10 мин., 3 - воздействие 20 мин., 4 - воздействие 40 мин.

Рис.5. Относительная масса испарившейся воды из увлажненного древесного угля за 12 часов после различного времени обработки ПЧМЭП.

За 12 часовой опыт наибольшее количество влаги 12% испарилось из образца с водой не обработанной ПЧМЭП. Наименьшее количество влаги 8% испарилось из образца с водой обработанной ПЧМЭП в течение 40 минут. Разность между массой испарившейся необработанной и обработанной воды в течение 10, 20, 40 минут составила 2,6%, 3,5% и 4,0% соответственно.

При испарении из пористых структур, слаборазложившегося торфа или древесного угля моделирующего углеродные остатки после ликвидации пожара, наблюдается эффект обратный испарению с поверхности зеркала воды, поскольку при проливе происходит более полное насыщение пор водой благодаря явлению «капиллярной конденсации». Процесс конденсации, происходит на поверхности адсорбционной пленки, образовавшейся на стенках пор в процессе адсорбции, имеющей не сферическую, а цилиндрическую поверхность. Конденсация на стенках цилиндрической поры уменьшает диаметр, что приводит к ее мгновенному заполнению при давлении, отвечающем началу конденсации. На концах поры образуются сферические мениски жидкости. Десорбция может начаться только при снижении давления менее значений соответствующих радиусам кривизны этих менисков, т.е. определяемых уравнением Томсона (Кельвина):

Анализируя уравнения Томсона (Кельвина) получаем, что чем выше парциальное давление паров воды, тем ниже давление десорбции, следовательно, ниже испаряемость из пор.

Также воздействие ПЧМЭП исследовалось методом биомониторинга по применению всхожести и прорастания семян, по вегетации растений и их устойчивости к внешним негативным воздействиям. Это связано с тем, что после пожара почва обедняется микрофлорой и влагой, а ускоренное развитие растительного покрова имеет особое значение для восстановления окружающих биосистем. В целом прорастание (всхожесть) по росткам после воздействия источника ПЧМЭП на воду и на семена увеличилось на 12%, для корневой системы это увеличение составило 7%, по сравнению с необработанными образцами. Соответственно применение данного метода для торфяно-болотных экосистем стимулирует развитие биоты при восстановлении растительного покрова болот на территориях пораженных пожаром.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия источника ПЧМЭП на огнетушащие и нейтрализующие характеристики воды, а также растворов на ее основе.

Анализ дисперсности капель в факеле распыла для обработанной и необработанной воды представлен на рис.6.

Диаметр капель 1 - <10, 2- 10 - 50, 3 - 50 - 100, 4 - 100 - 150, 5 - 150 - 200, 6 - >200

Рис.6. Относительное распределение числа капель по размерам в фак&пе распыла.

В соответствии с ГОСТ Р 51043-2002 средний диаметр капель в водяном факеле, образуемом распылителем, должен быть не более 150 мкм. Анализируя диаметры капель до 150 мкм получаем, что количество капель обработанной воды увеличилось на 37,5%. Средний объемно-поверхностный диаметр капель для обработанной воды уменьшился на 11,5%, а удельная поверхность капель обработанной воды увеличилась на 21,3 % по сравнению с необработанной водой. Соответственно, более мелкие капли имеют большую концентрацию на единицу массы воды, что повышает их огнетушащую способность при тушении.

Для оценки эффективности тушения обработанной тонкораспыленной водой, проведено тушение модельного очага класса А (торф, уголь, древесина) с использованием тонкораспыленной воды, рис.7. В качестве распылителей использовался ороситель для тонкораспыленной воды «Аквамастер» (сертификат пожарной безопасности ССПБ.Яи.УП 001.В0431).

Рис. 7. Длительность тушения модельного очага класса <

Время, затраченное на тушение модельного очага, при использовании обработанной воды сократилось на 17%, по сравнению со временем, затраченным на тушение необработанной водой. Соответственно секратилось количество воды подаваемой на тушение.

Результаты экспериментов по очистке воздуха от дымового аэрозоля и токсичных продуктов горения торфа, показали высокую степень очистки и снижения концентрации СО при диспергировании обработанной воды, рис. 8 и 9.

з напуск дыма диспергирование воды в объеме

▲модифицированная вода ■необработанная вода

ц/' М —*»• Л. л X л а

/ /

/ /........

■ л—,—,—,—,—,—.—,—,—I—.—,—,—,—,—,—,—,—.—>—,—,—.—,—,—,—,—.—,—»

О 10 20 (, мин 30

Рис.8. Снижение концентрации СО при диспергировании воды.

Полученные данные свидетельствуют об усилении эффекта смачивания обработанной распыленной воды и ее повышенной абсорбционной способности к оксиду углерода, концентрация СО при этом снизилась на 12% по сравнению с использованием необработанной воды.

о, м

614"'

2' ■ 0 ,

0 10 20 1, мин

Рис.9. Снижение степени ослабления светового потока при диспергировании воды.

напуск дыма

диспергирование воды в объеме

* модифицированная вода ■ необработанная вода

/V' "... •

/. « /ы * 1 ------ * - *_£___----"---

// /

Изменение степени ослабления светового потока характеризует эффективность очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля, при использовании обработанной воды степень увеличилась на 15% по сравнению с использованием необработанной воды.

Повышение коагулирующей способности капель воды с размерами в диапазоне 10... 150 мкм к дисперсной фазе (частицам) дымового аэрозоля объясняется тем, что капли данного размера, имеют более низкую скорость седиментации, следовательно, более длительное время эффективного контакта со средой.

Для подтверждения данных сниження концентрации СО в продуктах горения проведен эксперимент по дегазации кислорода, растворенного в воде после насыщения и обработки воды источником ПЧМЭП, рис. 10.

о

г

со §

а

0

5

X

К

а га а ь х

<Ъ

=т

1

о ье

1 2 3 4 5 6

1, 3, 5 - вода без воздействия; 2, 4, 6 - вода воздействие 10, 20, 40 мин.

Рис.10. Зависимость содержания растворенного кислорода от длительности обработки воды ПЧМЭП.

Концентрация кислорода, растворенного в пробах необработанных и обработанных 10, 20, 40 минут изменилась на 2,4%, 3,0% и 3,4% по сравнению с контрольным значением. Следовательно, дегазация воды от растворенного в ней кислорода способствует абсорбции СО из продуктов горения.

Для оценки эффективности пенообразования при воздействии ПЧМЭП на водные растворы ПАВ был выбран пенообразователь ПО - 6 НП (ТУ 38-00-0580799933-95), как наиболее часто применяемый. В результате проводимых исследований было установлено, что для пен полученных на основе обработанной воды или 6 % водного раствора, наблюдается повышение кратности (К) и стойкости пены, рис.11, по сравнению с пенами без обработки.

60 т

1 2 3 4 5 6

1,2- необработанный раствор; 3, 4 - обработанная вода; 5, 6 - обработанный раствор

Рис. 11 - Результат воздействия ПЧМЭП на водные растворы ПАВ

Значения А" для пены средней кратности при использовании обработанной воды увеличились на 24 %, а для низкой на 50 % по сравнению с кратностью пены полученной из необработанного раствора.

Значения К для пены средней кратности при использовании обработанного раствора увеличились на 18 %, а для низкой на 46 % по сравнению с кратностью пены полученной из необработанного раствора, что существенно повысит огнетушащую эффективность получаемых пен.

При этом стойкость (время до полного разрушения пены) полученной на основе предварительно обработанной воды увеличилось на 23%, а для обработанного раствора увеличилось на 18% по сравнению со стойкостью пены полученной из необработанного раствора.

Следовательно, обработка воды и растворов на ее основе источником ПЧМЭП должна использоваться для получения пен различной кратности, т.к обработка ПЧМЭП позволяет изменить структуру получаемой пены и в целом повысит эффективность тушения пожаров.

В пятой главе представлены результаты практического применения обработанной воды и растворов на её основе. Полученные данные позволили разработать полезную модель пожарной машины с улучшенными огнетушащими характеристиками.

Формула полезной модели

1. Пожарная машина, содержащая шасси с кабиной водителя, соединенное с опорным основанием, на котором установлена цистерна с огнетушащим составом, источник энергии и пульт управления агрегатами, отличается тем, что на опорном

основании дополнительно размещено устройство воздействия на огнетушащий состав переменным частотно-модулированным электрическим потенциалом, состоящее из генератора, трансформатора, модулятора и электрода. Одиночный электрод устройства помещен в цистерну с огнетушащим составом, питание генератора осуществляется от источников энергии пожарной машины, органы управления устройством выведены на пульт управления агрегатами.

2. Пожарная машина по п. 1, отличается тем, что питание генератора устройства воздействия на огнетушащий состав переменным частотно-модулированным электрическим потенциалом может осуществляется от аккумуляторной батареи.

Пожарно-спасательная машина с расположенным внутри электродом представлена рис. 12.

1 - кабина водителя и пульт управления устройством, 2 - цистерна с электродом внутри Рис.12. Общий вид пожарно-спасателъной машины

Воздействие источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала повысит эффективность используемого огнетушащего вещества (дальность подачи струи, дисперсность распыла, смачиваемость, кратность, стойкость).

Оснащение пожарно-спасательной машины источником ПЧМЭП позволит доставлять к месту возникновения пожара более эффективное огнетушащее вещество, что, несомненно, повлияет на развитие пожара.

Монтаж схемы воздействия ПЧМЭП на огнетушащие составы не требует больших затрат на переоснащение автомобиля, что позволяет провести модернизацию многих моделей пожарной техники.

Использование обработанной воды с повышенной смачивающей способностью позволит глубже на 20 % проникать в пористую структуру вещества, а при проливе ликвидированного очага возгорания, позволит снизить на 40% вероятность образования повторных очагов возгорания. Поддержание слоя торфа во влажном состо-

янии в качестве меры профилактики при проливе через перфорированные стволы - пики, определенных участков в прогнозируемых пожароопасных зонах, позволит снизить вероятность возникновения пожара.

Также использование обработанной воды рекомендовано для применения ее в ранцевых огнетушителях, позволяющих более эффективно бороться с лесными низовыми пожарами в последствии переходящими в торфяные пожары на краях болот в условиях труднопроходимой для пожарной техники местности. При этом снижается воздействие токсичных продуктов на самих пожарных. Также обработанную воду рекомендовано использовать для тушения и нейтрализации продуктов горения авиацией на больших площадях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных исследований и расчетов были получены следующие результаты:

1. Установлена степень воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на изменение надмолекулярной структуры воды в виде линейной зависимости от ее физико-химических свойств. После обработки воды поверхностное натяжение дистиллированной воды уменьшилось на 32,8%, кинематическая вязкость дистиллированной воды уменьшилась на 4,7 %, рН дистиллированной воды уменьшился на 3,0%, рН водопроводной воды увеличился на 3,9% по сравнению со свойствами необработанной воды. Данные изменения приводят к увеличению дальность подачи компактной струи на 15% и повышают смачивающую способность воды на 40%.

2. Определена пороговая длительность воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на воду равная 30 минутам, сохранение измененных свойств воды составляет 14 суток. Оценена динамика испарения обработанной воды с различных поверхностей, так с поверхности водного зеркала она выше на 6,3%, из пористых структур слаборазложившегося торфа ниже на 2,9%, а из древесного угля ниже на 4% по сравнению с испаряемостью необработанной воды.

3. Установлено повышение восстанавливающей способности торфяно-болотных экосистем, оцененной по вегетации растений в условиях обеднения микрофлорой и влагой. Пролив обработанной водой после ликвидации пожара увеличит прорастание (всхожесть) на 12%, а прирост корневой системы на 7%, по сравнению с образцами, политыми необработанной водой, что стимулирует более быстрый рост растительного покрова на болотах.

4. Установлено, что при диспергировании обработанной воды эффективность очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля повышается на 15%, а концентрация СО снижается на 12% по сравнению с необработанной водой. Обработка воды снижает концентрацию кислорода растворенного в воде на 3,4% по сравнению с необработанной водой. Следовательно, дегазация воды от растворенного в ней кислорода способствует абсорбции СО из продуктов горения.

5. Экспериментально оценен дисперсный состав капель в факеле тонкораспыленной воды и повышение огнетушащих характеристик в результате воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала. Количество капель до 150 мкм обработанной воды увеличилось на 37,5%, средний объемно-поверхностный диаметр капель уменьшился на 17,5%, а удельная поверхность капель увеличилась на 21,3 % по сравнению с необработанной водой. Время, затраченное на тушение модельного очага, тонкораспыленной обработанной водой сократилось на 17%, соответственно, количество воды подаваемой на тушение также сократилось.

6. Установлено изменение огнетушащих характеристик пен получаемых после обработки воды или 6% раствора пенообразователя переменным частотно-модулированным электрического потенциалом. Значения К для пены средней кратности увеличились на 24% и 18%, а для низкой на 50% и 46% по сравнению с К пен полученными без обработки. Стойкость пен полученных на основе предварительно обработанных воды и раствора увеличилась на 23% и 18%, по сравнению со стойкостью пен полученных без обработки.

7. Рекомендовано практическое применение воды и растворов на ее основе, обработанных источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала в процессе профилактики и ликвидации возгораний торфяников, с использованием модифицированной пожарной техники, авиации и лесных ранцевых огнетушителей.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах

Научные статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Жуков И.В., Степанов В.П., Родионов В.А., Федоров В.Н. Влияние электромагнитных полей на огнетушащие свойства воды и способность поглощать токсичные продукты горения // Вестник Санкт-Петербургского института Государственной противопожарной службы МЧС России, 2006, №4(15). - СПб., 2006. с. 54 - 58.

2. Жуков И.В., Родионов В.А., Вагапов P.P. Электрофизический способ повышения огнетушащих свойств веществ, применяемых для тушения пожаров Класса В // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения передовой опыт. №3, - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2007. с. 40 - 43.

3. Жуков И.В. Модифицированная вода и ее растворы для тушения объектов нефтегазовой отрасли // Бурение и нефть, 2009, №2 - М., 2009. с. 58 - 59.

4. Жуков И.В. Защита торфяно - болотных экосистем и повышение их способности к восстановлению // Естественные и технические науки, №5(43),- М., 2009. с. 342 -345.

Тезисы и доклады по материалам конференции

5. Жуков И.В., Ивахнюк Г.К., Родионов В.А., Степанов В.П., Электрофизический метод получения тонкораспыленной воды для тушения нефтепродуктов и поглощения токсичных продуктов горения»// материалы международной конференции «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых» СПб, 2006. с. 173- 175.

6. Жуков И.В., Ивахнюк Г.К., Родионов В.А. Электрофизический способ повышения эффективности огнетушащих составов на основе воды // сборник материалов 7-го международного форума «Топливно-энергетический комплекс России» СПб, 2007. с. 69-71.

7. Жуков И.В., Ивахнюк Г.К., Родионов В.А. Новый подход к тушению пожаров с использованием электрофизического воздействия на огнетушащие средства // Сборник тезисов докладов IV международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» Министерства по чрезвычайным ситуациям республики Беларусь Минск, 2007. с. 153- 155.

Патент полученный на полезную модель

8. Жуков И.В., Родионов В.А., Ивахнюк Г.К.„ Вагапов P.P. Патент на полезную модель № 77161 заявка №2008118538/22(021489) 05.05.08 зарегистрирован 20.10.08.

Подписано в печать 16.12.2009. Формат 148x210. Бумага Multicopy. Печать цифровая. Заказ 1187. Тираж 100 экз.

Сверстано и отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленных диапозитивов в типографии ООО «КИНЕФ». Россия, 187110, Ленинградская область, г.Кириши, шоссе Энтузиастов, д.1.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Жуков, Игорь Викторович

Введение.

Глава 1 Анализ современного состояния торфяно-болотных экосистем и их экологической безопасности.

1.1 Природные экосистемы и их назначение.

1.2 Состав, свойства и качественные характеристики торфа и торфяных месторождений.

1.3 Торфяные ресурсы Российской Федерации.

1.4 Комплексное использование ресурсов торфяно-болотной системы

1.5 Обеспечение экологической безопасности торфяно-болотной экосистемы.

1.6 Структуры воды и ее модели.

1.7 Изменение физических и физико-химических свойств воды и надмолекулярной структуры.

Выводы по главе.

Цели и задачи диссертационного исследования.

Глава 2 Объекты и методы исследования.

2.1 Источник получения модифицированной воды.

2.2 Время контакта и условия обработки воды.

2.3 Методы оценки эффективности воздействия ПЧМЭП на физико-химические свойства, огнетушащие и нейтрализующие характеристики воды и растворов на ее основе.

2.3.1 Метод определения поверхностного натяжения по максимальному давлению газа в пузырьке.

2.3.2 Метод определения вязкости.

2.3.3 Метод определения рН раствора.

2.3.4 Метод определения испаряемости воды.

2.3.5 Метод определения биологической активности по скорости прорастания семян.

2.3.6 Метод определения эффективности снижения задымленности и нейтрализации токсичных компонентов продуктов горения при диспергировании в объеме модифицированной воды.

2.3.7 Метод определения массовой концентрации кислорода растворенного в воде йодометрическим методом.

2.3.8 Метод определения дисперсного состава капель в факеле распыла.

2.3.9 Метод определения пены средней и низкой кратности.

2.4 Метод обработки экспериментальных данных.

Глава 3 Экспериментальные исследования воздействия ПЧМЭП на физико-химические свойства воды.

3.1 Результаты исследования поверхностного натяжения.

3.2 Результаты исследования вязкости.

3.3 Результаты исследования рН раствора.

3.4 Результат определения рабочего времени воздействия и сохранения воздействия.

3.5 Результаты исследования кинетики испарения воды из различных сред.

3.6 Результаты исследований биологической активности растений

Выводы по главе.

Глава 4 Огнетушащие и нейтрализующие характеристики воды, а также растворов на ее основе.

4.1 Результаты исследований дисперсного состава капель в факеле распыла.

4.2 Результаты исследований огнетушащей эффективности воды

4.3 Результаты исследований вододиспергационного метода снижения задымленности и нейтрализации токсичных компонентов продуктов горения.

4.4 Результаты исследований изменения массовой концентрации кислорода растворенного в воде.

4.5 Результаты исследований пен средней и низкой кратности.

Выводы по главе.

Глава 5 Практическое применение обработанной воды и ее растворов

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Технические средства и технология повышения экологической безопасности торфяно-болотных экосистем"

Ухудшение экологической ситуации во многих регионах земного шара требует более энергичных усилий для изучения закономерностей региональной и глобальной экодинамики, а также быстрого принятия мер по созданию надежных средств защиты окружающей среды от техногенных воздействий. Во многом ухудшению экологической ситуации способствует горение торфяников, которые являются пожароопасными территориями. Следовательно, решение проблемы обеспечения экологической безопасности и профилактики торфяных пожаров требуют особого подхода. Данные проблемы, как правило, требуют практических действий и не решаются применением только математического анализа. Актуальность же проблемы обусловлена как крайней уязвимостью от техногенных факторов одного из важнейших природных ресурсов, так и масштабными последствиями таких особо трудно ликвидируемых подземных пожаров.

Одними из основных причин торфяных пожаров являются: самовозгорание торфа (47%); искры, возникающие при работе технологического оборудования и тракторов (24%); неосторожное обращение с огнем (28%) и др. Ущерб, наносимый экологическим системам в результате пожара, как правило, приводит к необратимым последствиям. Так, например, дым от пожаров загрязняет атмосферный воздух на большой территории. Согласно спутниковым данным, шлейфы дыма от пожаров на торфяниках тянутся относительно существующей розы ветров и составляют десятки и сотни километров, при этом концентрации вредных веществ в зоне шлейфа часто превышают предельно допустимые нормы.

За последние десять лет только в Юго-Восточной Азии было уничтожено огнем около 3 миллионов гектаров торфяников. Из-за такого рода неконтролируемых процессов горения в атмосферу Земли ежегодно поступает около 1,4 миллиарда тонн парниковых газов и паров, что влияет на изменение климата.

В настоящее время для тушения крупномасштабных торфяных пожаров применяют, как и для обычных пожаров, различные огнетушащие вещества и составы, газы, порошки, жидкости и пены. Однако с позиции требований обеспечения экологической безопасности и масштабов применения, средства пожаротушения должны быть исключительно биоразлагаемыми и не токсичными для экосистем.

На сегодняшний день основным средством пожаротушения остается вода, которая отвечает требованиям экологической безопасности и благодаря своим свойствам подходит не только для тушения пожаров практически всех классов, но и при поддержании определенной влажности торфа исключает, возможность его тления.

Кроме того, вода в компактном и распыленном виде применяется для охлаждения и осаждения токсичных продуктов горения, а также используется для получения пен различной кратности и т.д. Благодаря своим особым (или аномальным) свойствам вода имеет возможность изменять свои физико-химические свойства после различного рода воздействий -магнитного, акустического, электрического, термического, дегазационного и.т.п., что подтверждено множеством экспериментальных данных.

В настоящее время ведутся многочисленные работы по повышению огнетушащей эффективности воды с помощью различных физико-химических методов воздействия. В первую очередь электрофизических, так как применение химических реагентов отражается на экологии. Поэтому в последнее десятилетие особое внимание уделяется возможности активации водных систем различными физическими воздействиями — магнитными, акустическими, электрическими, термическими, дегазационными и другими воздействиями.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Жуков, Игорь Викторович

Выводы по главе

Подводя итог по главе можно сформулировать следующие выводы: 1. Установлено, что при диспергировании обработанной воды эффективность очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля повышается на 15%, а концентрация СО снижается на 12% по сравнению с необработанной водой. Обработка воды снижает концентрацию кислорода, растворенного в воде на 3,4% по сравнению с необработанной водой. Следовательно, дегазация воды от растворенного в ней кислорода способствует абсорбции СО из продуктов горения.

2. Экспериментально оценен дисперсный состав капель в факеле тонкораспыленной воды и повышение огнетушащих характеристик в результате воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала. Количество капель до 150 мкм обработанной воды увеличилось на 37,5%, средний объемно-поверхностный диаметр капель уменьшился на 17,5%, а удельная поверхность капель увеличилась на 21,3% по сравнению с необработанной водой. Время, затраченное на тушение модельного очага, тонкораспыленной обработанной водой сократилось на 17%, соответственно, количество воды подаваемой на тушение также сократилось.

3. Установлено изменение огнетушащих характеристик пен, получаемых после обработки воды или 6% раствора пенообразователя переменным частотно-модулированным электрического потенциалом. Значения К для пены средней кратности увеличились на 24% и 18%, а для низкой - на 50% и 46% по сравнению с К пен, полученными без обработки. Стойкость пен, полученных на основе предварительно обработанной воды и раствора увеличилась на 23% и 18%, по сравнению со стойкостью пен, полученных без обработки.

Глава 5 Практическое применение обработанной воды и ее растворов

На основании экспериментальных данных полученных при изучении различных свойств воды по предлагаемому в настоящей работе методу воздействия источником ПЧМЭП, также были определены рабочие условия и время воздействия на воду, и ее растворы. Полученные нами данные стали основой для дальнейших рекомендаций в предлагаемой представленной ниже полезной модели.

Предлагаемая нами полезная модель позволила существенно улучшить боевые качества пожарно-спасательной машины (ПСМ) (патент РФ на полезную модель №50842) на базе которой мы и проводили свои исследования.

ПСМ содержит шасси с кабиной водителя, соединенное с опорным основанием, бункер пожарно-технического оборудования, пульты управления, выдвижные и задние опоры, опорную стойку пакета колен и опорно-поворотное устройство. На опорном основании установлена цистерна с огнетушащим составом и кабина для боевого расчета.

Рассматриваемая ПМС удовлетворяла по всем своим параметрам за исключением самых главных, связанных с эффективностью используемого ОТВ. В связи с тем, что данная ПМС является машиной первой помощи, то на ней должны вывозиться к очагу возгорания самые эффективные средства тушения.

Недостатком данной полезной модели являлась малая эффективность воздействия огнетушащего состава на источник возгорания.

Для устранения данных недостатков мы предложили установить дополнительное оборудование, которое повысит огнетушащие характеристики ОТВ и ряд других параметров (дальность подачи, дисперсность распыла, смачиваемость и др.).

Питание устройства, источника ПЧМЭП, может осуществляться электроэнергией бортовой сети транспортного средства, если автомобиль заведен или от аккумуляторной батареи. Воздействие ГТЧМЭП на огнетушащий состав осуществляется через одиночный электрод, который размещен непосредственно в автоцистерне огнетушащим составом.

Управление устройством воздействия ПЧМЭП на ОТВ вынесено в кабину водителя на приборную панель тумблер с надписью ПИТАНИЕ и световой индикатор ФАЗА., а также кнопка КОНТРОЛЬ ЦЕПИ и два световых индикатора с общей надписью КОНТРОЛЬ 1 и КОНТРОЛЬ 2.

Возможные варианты неисправности и их решения представлены в таблице 12

Заключение

В результате выполненных в настоящей работе теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие результаты.

1 .Установлена степень воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на изменение надмолекулярной структуры воды в виде линейной зависимости от ее физико-химических свойств. После обработки воды поверхностное натяжение дистиллированной воды уменьшилось на 32,8%, кинематическая вязкость дистиллированной воды уменьшилась на 4,7%, рН дистиллированной воды уменьшился на 3,0%, рН водопроводной воды увеличился на 3,9% по сравнению со свойствами необработанной воды. Данные изменения приводят к увеличению дальности подачи компактной струи на 15% и повышают смачивающую способность воды на 40%.

2.0пределена пороговая длительность воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала на воду равная 30 минутам, сохранение измененных свойств воды составляет 14 суток. Оценена динамика испарения обработанной воды с различных поверхностей, так с поверхности водного зеркала она выше на 6,3%, из пористых структур слаборазложившегося торфа ниже на 2,9%, а из древесного угля ниже на 4% по сравнению с испаряемостью необработанной воды.

3.Установлено повышение восстанавливающей способности торфяно-болотных экосистем, оцененной по вегетации растений в условиях обеднения микрофлорой и влагой. Пролив обработанной* водой после ликвидации пожара увеличит прорастание (всхожесть) на 12%, а прирост корневой системы - на 7%, по сравнению с образцами, политыми необработанной, водой, что стимулирует более. быстрый рост растительного покрова на болотах.

4.Установлено, что при диспергировании обработанной воды эффективность очистки воздуха рабочей зоны от дымового аэрозоля повышается на 15%, а концентрация СО снижается на 12% по сравнению с необработанной водой. Обработка воды снижает концентрацию кислорода растворенного в воде на 3,4% по сравнению с необработанной водой. Следовательно, дегазация воды от растворенного в ней кислорода способствует абсорбции СО из продуктов горения.

5.Экспериментально оценен дисперсный состав капель в факеле тонкораспыленной воды и повышение огнетушащих характеристик в результате воздействия источника переменного частотно-модулированного электрического потенциала. Количество капель до 150 мкм обработанной воды увеличилось на 37,5%, средний объемно-поверхностный диаметр капель уменьшился на 17,5%, а удельная поверхность капель увеличилась на 21,3 % по сравнению с необработанной водой. Время, затраченное на тушение модельного очага, тонкораспыленной обработанной водой; сократилось на 17%, соответственно, количество воды подаваемой- на, тушение также сократилось.

6. Установлено изменение огнетушащих характеристик пен, получаемых после обработки воды или 6% раствора пенообразователя переменным частотно-модулированным электрическим потенциалом. Значения 1С для пены средней кратности увеличились на 24% и 18%, а для низкой - на 50% и 46% по сравнению с К пен полученными без обработки. Стойкость пен, полученных на основе предварительно обработанной воды и раствора пенообразователя, увеличилась на 23% и 18%, по сравнению со стойкостью пен, полученных без обработки.

Рекомендовано практическое применение воды и растворов на ее основе, обработанных источником переменного частотно-модулированного электрического потенциала в процессе профилактики и ликвидации возгораний торфяников с использованием модифицированной пожарной техники, авиации и лесных ранцевых огнетушителей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Жуков, Игорь Викторович, Санкт-Петербург

1. И. С. Масленникова, В.Е.Сороко. Управление эффективностью использования невозобновимых природных ресурсов. СПб.: РТП ИК «Синтез», 2004. - 135 с.

2. А.И. Камнева; В.В.Платонов. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. М.: Химия, 1990. 288 с.

3. Бобылев С.Н. Экономика природопользования / С.Н. Бобылев, А.Ш. Ходжаев. -М.: ТЕИС, 1997. 272 с.

4. Экология и экономика природопользования: Учебник для ВУЗов / Под ред. проф. Э.В. Гирусова, проф. В.Н. Лопатина. М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2002. - 519 с.

5. Пичугин A.B. Торфяные месторождения: Учебник. — М.: Высшая школа, 1967. — 275 с.

6. Комарова Н.Г. Геоэкология и природопользование: учебное пособие для высших пед. учеб. заведений/ Н.Г. Комаров -3-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2008 — 192 с.

7. Камнева А.И. Химия горючих ископаемых. — М.: Химия, 1974. — 217 с.

8. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. Изд. 3-е перераб. И доп. -М.: Недра, 1976. 488 с.

9. Ковалев В.А. Болотные минералого-геохимические системы. Мн.: Наука и техника, 1985. 327 с.

10. Природа болот и методы их исследований //Современные пути и методы исследования болот. Л.: Наука. 1967. — 291 с.

11. Торф: ресурсы, технологии, геоэкология / В. И. Косов и др. ; Российская академия наук; СПбГПУ; под ред. В. И. Косова. — СПб. : Наука, 2007. —451 с.

12. Справочник по торфу / Под ред. A.B. Лазарева и С.С. Корчунова. М.: Недра, 1982. 760 с.

13. Боч М.С., Мазинг B.B. Экосистемы болот СССР. М.: Наука, 1979. -188 с.

14. Варенцов B.C., Лазарев A.B. Технология производства фрезерного торфа: Учебное пособие для вузов. — М.: Недра, 1970. — 314 с.

15. Химическая технология твёрдых горючих ископаемых: Уч. для вузов/ Под ред. Г. Н. Макарова и Г. Д. Харламповича. М.: Химия, 1986. -496 с.

16. Пьявченко Н.И. Торфяные болота, их природное и хозяйственное значение. М.: Наука. 1985. — 152 с.

17. Газификация фрезерного торфа / Под ред. H.H. Богданова, M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. — 120 с.

18. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения.- Мн.: Наука и техника 1975.— 320 с.

19. Использование торфа и торфяных месторождений в народном хозяйстве: учеб.пособие / Р.А.Крупнов, Е.Т.Базин, М.В.Попов. М. : Недра, 1992.-232 с.

20. Протасов Ю.И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.: Недра, 1985. - 242 с.

21. Горфин О.С., Зайцев B.C. Технология переработки торфа. М.: Недра, 1986.-248 с.

22. Физика и химия торфа/ И.И. Лиштван, Е.Т. Базин, Н.И. Гамаюнов, A.A. Терентьев. М.: Недра, 1989. - 304 с.

23. Биологическая экология. Теория и практика: ученик для студентоввузов, обучающихся по экологическим специальностям/ А. С. Степановких М.: ЮНИТИ-ДАНА. 2009. - 791 с.

24. Коробкин В.И. Экология в вопросах и ответах :учебное пособие/ В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. — Изд. 4-ое доп. и прераб. — Ростов н/Д: Фекикс, 2009.-376 с.

25. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. СПб, 2000: — 230 с.

26. Дмитриев В.В. Прикладная экология :учебник для высших учебн. заведений/ В.В. Дмитриев, А.И.Жиров, А.Н. Ласточкин. М.: Издательский центр «Академия», 2008 — 608 с.

27. Стадников, Г. Л. Самовозгорающиеся угли и породы, их геохимическая характеристика и методы опознавания. — М.: Углетехиздат, 1956. 479 с.

28. Шпынев В.М. Исследования торможения процесса саморазогревания фрезерного торфа в штабелях // Торфяная промышленность. 1983. № 12.

29. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Косов В.И. Физические процессы в торфяных залежах. Мн: Наука и техника, 1989. 290 с.

30. Чистяков А.Н. и др. Лабораторный практикум по химии и технологии горючих ископаемых: Учеб. Пособие для вузов по спец. "Хим. технология топлива и углеродных материалов". /А.Н. Чистяков, Т.П. Соболева, A.M. Сыроежко.- М.: Металлургия, 1993.- 238с.

31. Баратов А.Н. Горение пожар - взрыв - безопасность. - М.: ВНИИПО, 2003. - 363 с.

32. Баратов А.Н., Корольченко А.Я. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средство их тушения: Справ.изд.: в 2 книгах. -М.: Химия, 1990. 264 с.

33. Волков О.М. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации ППБ 01-03 с комментариями / О.М. Волков, Изд. 2-е -Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 304 с.

34. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров/пер. с англ. К.Г. Бомпггейна; Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е.Маркова. М.: Стройиздат, 1990. - 424с.

35. Чулюков М.А., Чайков В.И. Торфяные пожары и меры борьбы с ними. М.: Недра, 1969. - 232 с.

36. Шрайбер Г., Порет П. Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении. Пер. с нем. М.,Стройиздат, 1975. — 240 с.

37. Клубань B.C. и др. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса: Учеб. Для пожарно-техн.училищ /В.С.Клубань, А.П. Петров, B.C. Рябиков. М.: Стройиздат, 1987. - 477 с.

38. Бродский А.И. Водородная связь. М.: «Наука», 1964. — 115 с.

39. Иванкова Е.А. Физико-химические свойства воды — основного природного растворителя.-М.: МГИ, 1992. 48 с.

40. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М.:Изд. МГУ, 1974. - 48 с.

41. Вода: структура, состояние, сольватация. Достижения послед, лет / Ю.М. Кесслер, В.Е. Петренко, А.К. Лященко и др.; Под. ред. A.M. Кутепов. М.: Наука, 2004, - 404 с.

42. Близняк Е.В. Водные исследования. М.: Мир, 2000. — 69 с.

43. Душкин С.С., Евстратов В.Н. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях. М.: Химия, 1986. — 194 с.

44. Гуриков Ю.В Физико-химические аспекты реакции водных систем на физические воздействия. Труды агрофизического НИИ JL, 1979. —159с.

45. Кульский JI.A. и др.Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Часть 1. — Киев: Наук, думка, 1979. — 500 с.

46. Миненко В. И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. Киев, 1970.-231 с.

47. Вонсовский C.B. Современное учение о магнетизме. М.: Гостеоретиздат, 1953. - 182 с.

48. Миненко В. И., Петров С. М., Миц M. Н. Магнитная обработка воды. Харьков: Книжное издательство, 1962. 232 с.

49. Кульский Л.А., Душкин С.С. Магнитное поле и процессы водоподготовки. Под ред. Кульского JI.A. Киев: Наук, думка, 1987.112 с.

50. Слесарев В.И., Шабров A.B. Структурное информационное состояние воды. Явление аквакоммуникации // Слабые и сверх слабые поля и изучения в биологии и медицины: Тезисы III международного конгресса. СПб.: 2003. - 19 с.

51. Зенин C.B. Структурированное состояние воды как основа управления повреждением и безопасностью живых систем. Автореф. дисс. доктора биологич. наук. М.: 1999.

52. Franks F. Water: A matrix of Life The Royal Society of Chemistry, 2000. - 225 c.

53. Трохан A.M., Лапшин А.И., гудзенко О.И. Криолюминисценция жидкости // Доклады АН СССР. 1984,т.275, №1

54. Классен В.И. Омагничивание водных систем. 2-е изд. М.: Химия, 1982.-296 с.

55. Бучаченко А.Л., Сагдеев Р.З., Сахилов K.M. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. — Новосибирск: Наука, 1978. — 378 с.

56. Понамарев O.A., Фесенко Е.Е. Свойства жидкости воды в электрических и магнитных полях// Биофизика. 2000, т.45,№3. - с. 389-398.

57. Давидзон М.И. О действии магнитного поля на слабопроводящие водные системы//Изв. Вузов. Физика. — 1985 -№4. с. 89-94.

58. Синицин Н.И., Петросян В.И., Елкин В.А. и др. Роль резонансных молекулярно- волновых процессов, в природе и их использование для контроля и корреции состояния экологических систем // Биомедицинская радиотехника. — 2001, №5-6 с. 62-129.

59. Синицин Н.И., Петросян В.И., Елкин В.А. «СПЕ эффект» -Радиотехника. 2000,№8. - с. 25-31.

60. Головин И.И., Курт М.В. Влияние геомагнитного поля на питьевую воду// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. — 2001. —№3. с. 32-34.

61. Кузницов П.Е., Усанов А.Д., Ромазанов А.К. и др. Химические системы для индикации действия магнитного поля на воду// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. — №1. с. 4548.

62. Левченко В.Ф., Тарелин A.A. Электромагнитная технология обработки воды в процессах водоподготовки // Промышленная технология. — 1999.-№6.-с. 39-42.

63. Березин М.В., Зацепин Г.Н., Киселев В.Ф. и др. Вода и лед, как реверсивные информационные среды// Журн. физ. Хим. — 1991. — №5. -с.1338-1344.

64. Горбунов А.М. Изучение состояния воды, подвергнутой обработке низкочастотным полем// Конф. «Институт химии на рубеже веков», -Москва, 2000. Тез. Докл. -М., 2000. 106 с.

65. Самойлов О .Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов, изд-во АН СССР, М.: Наука, 1986.- 196 с.

66. Синюков В.В. Структура одноатомных жидкостей, воды и водных растворов электролитов: историко-химический анализ. М.: Наука, 1976.- 256 с.

67. Сокольский Ю.М. Ультрозвуковые и магнитные поля в химической технологии. -М.: Наука, 1997. 185с.

68. Соколов Н.Д. Водородная связь. М.: Наука, 1964. — 115 с.

69. Ривкин С.Л., Левкин А.Я. Вязкость воды и водяного пара. М.: Издательство стандартов, 1979. - 58 с.

70. Теребихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. М.: Энергия, 1977. - 183 с.

71. Миклашевский Н.В., Королькова С.В. Чистая вода. Системы очистки и бытовой фильтры. — СПб.:БХВ Санкт-Петербург, «Издательская группа «Арлит»», 2000. — 240 с.

72. Летников Ф.А., Кащеева Т.В. Минцис А.Ш. Активированная вода. -Новосибирск: Наука, 1976. — 106с.

73. Пат. 2137548 РФ; МКИ4 6 В 02 С 19/18. Устройство и способ интенсификации процессов физической, химической и/или физико-химической природы / Нвахнюк Г.К. (ВШ), Шевченко А.О. (1Щ), Бардаш М. (Ш).- №98108132; Заявлено 27.04.98; Опубл. 20.09.99; БИ №26.

74. Практические работы по физической химии. Учебное пособие для вузов. Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя и А.П. Пономарева. 5-е изд., перераб. СПб, Изд-во «Профессия», 2002. — 384 с.

75. Чертов А. Г. Физические величины: (Терминология, определения, обозначения, размерности, единицы). М. Высш. школа, 1990. 334 с.

76. Азин Л.А. Предпосевная обработка семян в электрическом поле // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1961. №4.

77. Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Ехе1 7.0. -СПб.: ВНУ-Санкт-Петербург, 1997. -384 с.

78. Батчер Е., Парнэлл А. Опасность дыма и дымозащита. -М. :Стройиздат, 1983. 215 с.

79. Карпов Л.И., Махонин A.A., Соснпн Б.С. Определение необходимого времени эвацуации людей из многоэтажных зданий: Безопасность людей при пожарах. Сб. научн. тр.-М.: ВНИИПО, 1981, с. 78-90.

80. Чижиков В.П., Кулёв Д.Х. Теоретические основы осаждения частиц дыма в судовых помещениях с помощью двухфазных потоков. В сб: Противопожарная защита судов. М.: ВНИИПО, 1986. 232 с.

81. Грин X., Лейн В, Аэрозоли — пыли, дымы и туманы. Л.: Химия, 1969.-212 с.

82. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. М.:Химия, 1979. -236 с.

83. Шароварников А.Ф., Молчанов В.П.,Воевода С.С., Шароварников С.А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов Extinguishing of fines oils and Petroleum M.: Калан, 2002. - 436 с.

84. Корольченко Л. Я. Корольченко Д. А. Основы пожарной безопасности предприятия. Полный курс пожарно-технического минимума: Учебное пособие. М.: "Пожнаука". 2006.-314 с.

85. Звонов B.C., Иванов А.Н., Поляков A.C. Физика. Физические измерения: Учебно-методическое пособие. СПб. — СПб.: ИГПС МЧС России, 2004 81 с.

86. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие. — М.:изд. высш.обр., 2006. — 426 с.

87. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник: Спр. изд. / Под ред. A.A. Потехина и А.И. Ефимова.- 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1991. 432 с.

88. Рид. Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие/Пер. с англ. Под ред. Б. И. Соколова — 3-е изд., перераб. И доп. — Л.: Химия, 1982, 592 с.

89. Волощук В. M., Седунов Ю. С. Процессы коагуляции в дисперсных системах. JI.: Гидрометиздат, 1975. - 235 с.

90. Жуков И.В. , Ивахнюк Г.К., Родионов В.А. «Электрофизический способ повышения эффективности огнетушащих составов на основе воды» // сборник материалов 7-го международного форума «Топливно-энергетический комплекс России» СПб, 2007. с. 69 —71.

91. Комаров B.C. Адсорбенты и их свойства. Минск, «Наука и техника», 1977. — 248 с.

92. L.H. Cohan. J.Am.Chem.Soc., 433, 1944

93. Foster. A. G. Trans. Faraday Soc., 645, 1932.

94. Лисенков Ф.Ф., Барабанова А.И. Действие электрического поля и слабого тока на посевные качества семян лиственницы. Красноярск, 1968.-214 с.

95. ЮО.Азин Л.А. Предпосевная обработка семян в электрическом поле // Вестник сельскохозяйственной науки. 1961. - №4.

96. Жуков И.В. Защита торфяно — болотных экосистем и повышение их способности к восстановлению // Естественные и технические науки,, №5(43)-М., 2009. с. 342 -345.

97. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. -М.:Химия, 1984. 240 с.

98. Шувалов М.Г. Основы пожарного дела.- М.:Стройиздат, 1979. — 323 с. Юб.Безбородный И.Ф. Пожаротушение на объектахнефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Сборник, научных трудов/ВНИИ противопожарной обороны -М.:ВНИИПО, 1991. 103 с.

99. Кулев Д.Х., Китайгоров Е.А., Головенко Н.И., Мозжухин В.Б. Проблемы снижения горючести и дымообразующей способности материалов на основе пластифицированного ПВХ.: Обзорная информ. М.; НИИТЭХИМ, 1986. - 37 с.

100. Иличкин B.C., Фукалова A.A. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Обзорная информация. М.:ГИЦ, 1987. — 58 с.

101. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер с англ. -М.: Мир, 1989., 672 с.

102. ПО.Тиунов JI.A., Кустов В.В. Токсикология окиси углерода. М.:

103. Медицина, 1980. -192 с. Ш.Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества: Свойства и применение. 2-е изд., перераб. и доп. — Л. : Химия, 1981. — 304 с.

104. Шароварников А.Ф. Противопожарные пены: Составы, свойства, применение // Шароварников А.Ф. — М.: Знак 2000. — 464 с.

105. ПЗ.Шароварников А.Ф. Шароварников С.А.Пенообразователи и пены для тушения пожаров . Состав, свойства, применение. — М.: Пожнаука, 2005, 335 с.

106. Жуков И.В. Модифицированная вода и ее растворы для тушения объектов нефтегазовой отрасли // Бурение и нефть, 2009, №2 М., 2009. С. 58-59.

107. Патент №77161 РФ на полезную модель; Пожарная машина/ Жуков И.В. (RU), Родионов В .A. (RU), Ивахнюк Г.К. (RU), Вагапов Р.Р. (RU).- Заявка №2008118538; Заявлено 05.05.08; Зарегистрировано 05.10.08.

108. Российская Федерация. Законы. Пожарная безопасность. Сборник нормативных документов. — М.: ГроссМедиа, 2006. — 336 с.

109. Теоретические основы процессов горения: Учебное пособие /Р.Х. Кутуев, В.Р. Малинин, Н.Ю. Кожевникова и др. —СПб: СПбВПТШ МВД РФ, 1996. 236 с.