Ученые ПГУ нашли способ очищать сточные воды эффективнее и экономичнее
Версия для печати
Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета и Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС) создали и запатентовали инновационное устройство для очистки сточных вод. Они готовы предложить производителям очистных сооружений новый подход, превосходящий известные. Очистка будет проходить эффективнее и менее энергозатратно. Предложением заинтересована крупная самарская компания, специализирующаяся на производстве очистного высокотехнологичного оборудования. Об этом сообщило ТАСС.
Сточные воды требуют очистки. Этот процесс регулируется Федеральным законом «О водоснабжении и водоотведении». Контролем состава и свойств сточных вод занимается организация, осуществляющая водоотведение. Или же другая, уполномоченная ею организация.
Кроме контроля этого вопроса на государственном уровне очистка использованной воды требуется с точки зрения экологии. Химический состав сточных вод содержит токсические вещества и различные загрязнения, например, осадки, известь. Кроме того, такие воды перенасыщены бактериями, бытовой химией и прочими загрязнителями.
В мире, в том числе и в России, существует множество способов для фильтрации использованной воды. На водоочистных сооружениях стоит высокотехнологическое оборудование, работающее по разным методам.
Один из разработчиков инновационного предложения Константин Лебединский рассказал, что в настоящее время широкое распространение получил метод флотационного удаления мелкодисперсных загрязнений из сточных вод, отводимых с территории населенных пунктов и промышленных предприятий.
Поясним. Флотационная очистка сточных вод — это процесс удаления загрязняющих веществ путем подъема на поверхность с использованием газа.
«В жидкость „запускают” воздух, там идет процесс образования пузырьков. Они поднимают загрязнения наверх, где их удаляют. Флотокомплекс „пузырек воздуха — частица загрязнения” формируется в результате молекулярного прилипания дисперсной частицы к поверхности раздела фаз „жидкость — газ”. Флотокомплекс всплывает на поверхность жидкости, образуется пенный слой. После его удаляют. Вот такой принцип флотационной очистки», — пояснил Константин Лебединский.
Отметим, флотационный способ очистки сточных вод выигрывает перед другими методами. Он протекает значительно быстрее, чем, например, при осветлении сточных вод при гравитационном отстаивании.
Ученый добавил, что самые используемые способы флотационной очистки: вакуумная и напорная (компрессионная). При вакуумной в герметичной флотационной камере создается давление. Растворенный в воде воздух начинает интенсивно выделяться и образует микропузырьки, которые уносят загрязнения в слой пены.
«Получившиеся фотокомплексы, как правило, не разрушаются, то есть не отсоединяются друг от друга. А значит очистка проходит эффективно, энергии тратится минимально, так как не требуется подавать дополнительного давления», — поделился Константин Лебединский.
Напорная флотация работает по-другому принципу. В жидкость под высоким давлением подается воздух, затем резко понижается давление. Так выделяются необходимые пузырьки небольшого размера.
Научному коллективу ПГУ и ПГУАС — д-р техн. наук, профессор кафедры «Водоснабжение, водоотведение и гидротехника» ПГУАС Сергей Андреев, канд. техн. наук, доцент кафедры «Транспортные машины» ПГУ Константин Лебединский, канд. техн. наук, доцент ПГУАС Максим Сафронов, ведущий инженер кафедры «Транспортные машины» ПГУ Дмитрий Алексеев — удалось объединить эти два способа. Ученые разработали новую конструкцию вихревого сатуратора и собрали лабораторный стенд.
Поясним. Вихревой сатуратор — специальное устройство, которое насыщает жидкость газом и выделяет из перенасыщенного раствора тонкодисперсные пузырьки (мелкие пузырьки газа). Сатураторы повсеместно встроены в очистное оборудование на предприятиях, где очищают сточные воды методом флотации.
«Наша конструкция совмещает основное преимущество процесса вакуумной флотации — малая величина среднестатистического размера образующихся пузырьков воздуха. А также напорной — высокое значение газонаполнения жидкости», — поделился Константин Лебединский.
Вихревой сатуратор пензенских ученых состоит из: патрубков (труб) для подачи жидкости и воздуха, кольцевой и вакуумной вихревых камер (устройства для закручивания жидкости и создания условий выделения пузырьков воздуха), эжектора (устройство для забора воздуха из атмосферы и газонасыщения потока жидкости), запорной арматуры (кран для перекрытия воды), манометра (устройство для измерения давления).
Конструкция устройства позволяет «закручивать» очищаемую воду под определенным давлением. При ее переходе из одной камеры в другую давление падает.
«Под действием перепада давлений в жидкости возникают условия кавитации и из жидкости выделяются пузырьки воздуха. В вихревой камере ее „закручивают” сначала в одном направлении, затем в другом. При этом меняется давление с повышенного на пониженное и наоборот. Такой механизм позволяет получать необходимые мелкие пузырьки газа за счет их интенсивного дробления в закрученном потоке», — пояснил принцип работы конструкции Лебединский.
Так, мелкие пузырьки захватывают загрязнители и поднимают их на поверхность.
Новая конструкция вихревого сатуратора благодаря «закручиванию» воды (реализованному принципу вращательно-поступательного движения нисходяще-восходящего потока воздушной смеси) позволяет поэтапно насыщать воду воздухом, а затем выделять из жидкости мелкие пузырьки.
«Нам удалось насыщать сточные воды воздухом в кольцевой вихревой камере при повышенном давлении, а при пониженном выделять мелкие пузырьки в вакуумной вихревой камере», — добавил ученый.
Такой подход позволит сэкономить на очищении сточных вод. Отметим, в существующих установках требуется подавать давление от 4 до 6 атмосфер, а устройство пензенских ученых требует всего лишь 2–3 атмосфер.
«Жидкость более эффективно насыщается мелкими пузырьками воздуха с меньшим давлением, а значит с меньшими затратами потребления электроэнергии. Чем больше мелких пузырьков образуется — тем лучше», — уверен Константин Лебединский.
Ученым удалось проверить свое изобретение. Эксперименты показали, при незначительной величине перенасыщенного водного раствора формируется мелкодисперсная воздушная смесь.
В настоящее время исследователи продолжают ставить эксперименты. Они определяют форму и размер образующихся пузырьков, отрабатывают режимы работы установки.
Кроме того, научный коллектив находится в тесном сотрудничестве с крупной самарской компанией, специализирующейся на производстве очистного высокотехнологичного оборудования. После завершения лабораторных исследований на предприятии пройдет апробация ноу-хау с последующим внедрением.
