Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) усовершенствовали и запатентовали инновационное устройство для очистки сточных вод. Предлагаемый подход превосходит известные аналоги. Очистка проходит эффективнее и с меньшими энергозатратами. Предложением уже заинтересована крупная самарская компания, специализирующаяся на производстве высокотехнологичного очистного оборудования. В этом году устройство планируется запустить в серийное производство.
Проблема очистки сточных вод остается одной из ключевых в сфере экологии и коммунального хозяйства. Согласно Федеральному закону «О водоснабжении и водоотведении», контроль состава и свойств сточных вод — обязательная процедура, которую проводит организация, осуществляющая водоотведение, либо уполномоченная ею структура. В сточных водах содержатся токсичные вещества, осадки, известь, избыток бактерий, бытовая химия и другие загрязнители, способные нанести серьезный вред окружающей среде. Поэтому очистка воды — еще и важнейший экологический приоритет.
Сегодня в России и мире применяют множество методов очистки, среди которых особое место занимает флотация — процесс удаления загрязняющих веществ путем их подъема на поверхность. Как отметил один из разработчиков, заведующий кафедрой «Транспортные машины» ПГУ, кандидат технических наук, доцент Константин Лебединский, флотационный метод особенно востребован для удаления мелкодисперсных загрязнений из сточных вод населенных пунктов и промышленных предприятий, а его главное преимущество перед альтернативными подходами, например, гравитационным отстаиванием, — высокая скорость процесса.
Среди наиболее распространенных видов флотации — напорная (компрессионная) и вакуумная, каждая со своими преимуществами и недостатками. Напорная флотация позволяет достичь высокого коэффициента газонаполнения водовоздушной смеси, однако пузырьки формируются сравнительно крупного размера, что снижает эффективность захвата мелких частиц загрязнений. Кроме того, метод отличается высокими удельными энергозатратами. Вакуумная флотация дает более мелкие и дисперсные пузырьки и требует меньше энергии, но для ее реализации необходимо высокотехнологичное и дорогостоящее оборудование.
Научный коллектив ПГУ и совместно с коллегами из Пензенского государственного университета архитектуры и строительства объединил преимущества двух методов. Ученые усовершенствовали конструкцию вихревого сатуратора — устройства, насыщающего жидкость газом и формирующего тонкодисперсные пузырьки, и собрали лабораторный стенд.
В предложенной системе реализован компрессионно-вакуумный принцип. Вода сначала насыщается воздухом под избыточным давлением, как в напорной флотации, а затем давление резко снижается, провоцируя выделение мельчайших пузырьков, как при вакуумной флотации.
При этом воздух не подается принудительно, а эжектируется, то есть засасывается за счет гидродинамических эффектов. Мы одновременно добиваемся высокого газонаполнения и очень мелкой дисперсности пузырьков. Поэтому загрязнители будут эффективно захватываться, — рассказал один из разработчиков, ведущий инженер кафедры «Транспортные машины» ПГУ Дмитрий Алексеев.
Устройство включает центробежный насос, эжектор и циркуляционный резервуар в виде открытого бака, соединенного с атмосферой. Ключевым элементом является рабочее сопло, диаметр которого в 1,5 раза меньше диаметра трубопровода. Именно это новшество делает устройство технологичнее.
Такое новшество создает нужный перепад давления для эффективного подсоса воздуха и его дробления на микропузырьки, — пояснил Константин Лебединский.
На базе Пензенского госуниверситета научная группа проверила газонасыщение воды в предложенном устройстве. В ходе экспериментов ученые оценивали скорость всплывания пузырьков, связанную с их диаметром, объем и количество пузырьков, а также степень газонасыщения, которую определяли по изменению объема жидкости при выделении пузырьков. Результаты показали, что предложенный метод в 20 раз энергоэффективнее традиционных решений.
В 20 раз снизилась требуемая максимальная величина объема устойчивых зародышевых пузырьков воздуха, а энергетический барьер уменьшился в восемь раз по сравнению с показателями чисто компрессионного процесса, — поделился результатами Дмитрий Алексеев.
Разработка найдет широкое применение на промышленных предприятиях для очистки производственных стоков, на автомойках, в локальных канализационных системах, для обработки бытовых сточных вод. По оценкам разработчиков, стоимость 10-кубовой установки составит около 200 тысяч рублей. В настоящее время ученые работают над промышленным внедрением технологии: на базе ПГУ собрана полноценная установка, которая в ближайшее время будет направлена в Самару на предприятие «ЭКОЛОС», занимающееся производством флотационных установок. До конца года устройство планируют установить на реальном объекте. Внедрение компрессионно-вакуумного метода на локальных канализационных сооружениях позволит существенно снизить себестоимость очистки и одновременно повысить ее эффективность.
На разработку получен патент.
Источник: Минобрнауки России
