Ученые из ПГУ и Беларуси предложили способ безреагентной технологии водоподготовки и очистки сточных вод
.jpg "Ученые из ПГУ и Беларуси предложили способ безреагентной технологии водоподготовки и очистки сточных вод")
Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета совместно с коллегами из Республики Беларусь предложили способ безреагентной технологии водоподготовки и очистки сточных вод. Метод основывается на применении электрохимических модулей. Изобретение поможет очищать воду более безопасно, эффективно и экономично. Разработка экспериментально внедрена в очистные сооружения городских водоканалов и крупного мясокомбината в Беларуси. Об этом сообщило информационное агентство Sputnik Беларусь.
В XXI веке одной из главных проблем человечества стала проблема загрязнения окружающей среды. Это связано с наращиванием мощности промышленных предприятий, которые оставляют после окончания производственных процессов опасные отходы.
Особую угрозу представляют сбрасываемые жидкие отходы: сточные воды, отработанные масла, эмульсии и суспензии и так далее. К их числу относится и вода, задействованная в технологических процессах и в бытовых нуждах человека.
Ежедневно каждый из нас тратит несколько десятков литров воды в хозяйственной деятельности, а расход на промышленных предприятиях измеряется десятками тысяч литров. После использования вода требует очистки, так как она загрязнена различными веществами. При их попадании в окружающую среду экологии наносится огромный ущерб. Поэтому сточные воды подлежат обязательной очистке.
Во всем мире этому вопросу уделяется особое внимание. В коммунальных хозяйствах, на промышленных предприятиях функционируют очистные сооружения. Для них разработан комплекс методов, помогающий очищать сбрасываемые жидкие отходы от загрязнений.
Один из разработчиков способа — декан факультета промышленных технологий, электроэнергетики и транспорта ПГУ, профессор, д-р техн. наук Сергей Киреев пояснил, самыми популярными методами остаются химический и физико-химический. При химическом в загрязненные воды добавляют химические реактивы. Они удаляют загрязнения, и в результате получается очищенная вода. Ее можно сбрасывать в предназначенные для этого места: в почву или в водоемы. А физико-химический удаляет из стоков неорганические и органические загрязнения, в том числе трудно окисляемые, посредством воздействия химических реактивов и физических факторов.
«Чаще применяют окисление, сорбцию и другие методы. И с помощью электролиза удается очистить воду и сделать ее менее опасной. При электролизе разрушаются органические вещества в стоках при одновременном извлечении ионов тяжелых металлов, кислот и других неорганических веществ», — рассказал Сергей Киреев.
Он добавил, способов очистки существует много, но все имеют недостатки. Одни дорогостоящие, а другие не в полной мере справляются с удалением из сточных вод опасных загрязнителей. Реагентами чистить воду дорого и не всегда безопасно. Минус химической очистки воды в том, что реагенты могут частично оставаться в воде после обработки. Кроме того, подобрать оптимальные схемы для очистного сооружения — сложно. Это связано с высокими требованиями, предъявляемыми к сточным водам. В этой отрасли разработаны специальные нормативы: предельно допустимые сбросы и предельно допустимые концентрации веществ.
Для очистки также используют коагулянты — реагенты, объединяющие мелкие частицы в более крупные. Поясним. Они буквально «утягивают» за собой загрязнитель, превращая в осадок. Так происходит очистка.
Традиционно в качестве коагулянта на очистных сооружениях и станциях водоподготовки используют сульфат алюминия, а дезинфицирующих реагентов: гипохлориты и озон. Они токсичные, агрессивные к материалам оборудования и требуют дополнительной обработки после применения.
Научный коллектив Пензенского государственного университета (Россия, ПГУ), Полесского государственного университета (Беларусь, ПолесГУ), Белорусского государственного технологического университета (Беларусь, БелГУ): заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности БелГУ, д-р техн. наук, доцент Владимир Штепа, декан факультета промышленных технологий, электроэнергетики и транспорта ПГУ, д-р техн. наук, профессор Сергей Киреев, д-р техн. наук, профессор кафедры «Транспортные машины» ПГУ Николай Курносов, старший преподаватель ПолесГУ Алексей Козырь, аспирант ПолесГУ Алексей Шикунец, предложил уникальную технологию, способную обойти эти недостатки.
Исследователи предлагают применять электрохимический модуль генерации ферратов в общей схеме очистки сточных вод. Такая технология способна очищать загрязненную жидкость от различных соединений без реагентов.
Электрохимический модуль — это емкость прямоугольной формы с перегородками. Последние разделяют катодное и анодное пространства. Они заполняются соответствующим электродным материалом — железной стружкой из низколегированной стали или графитом. Пространства полупроницаемые. Благодаря этому растворы не смешиваются, но контакт между ними остается.
Электродный материал из железа при определенных режимах его поляризации током, растворяясь, превращается в феррат щелочных металлов. Поясним. Ферраты щелочных металлов — это соли железной кислоты. Они сильные окислители. Ферраты способны воздействовать на загрязнители воды и их окислять, превращая в менее опасные продукты. Кроме того, при таком взаимодействии образуется гидроксид железа (ржавчина). Он выпадает в осадок, утягивая за собой мельчайшие частицы нерастворенного загрязнителя. Так производится дополнительная очистка воды.
Загрязняющие вещества такие, как мышьяк, эстрогены, фармацевтические препараты и другие разрушаются.
«Мы не добавляем реагенты в воду, а генерируем их с помощью электрического тока», — поделился Сергей Киреев.
Использование ферратов сочетает в себе функции коагулянта, окислителя, дезинфицирующего средства. Предложенный способ не только экологически малоопасный, но и не вызывает коррозию технологического оборудования.
«Ферраты — ингибиторы коррозии, то есть они приостанавливают этот процесс. Значительно снижается коррозия стали в этих условиях. Они надежно защищают стальные трубы, стенки электрохимических модулей от коррозионных разрушений», — добавил ученый.
Еще одно из преимуществ разработки — мобильность ее установки. Такой вариант подойдет для промышленных предприятий с небольшим сбросом загрязненных вод. Как правило, на их базах имеются специальные резервуары-накопители.
«Поэтому нецелесообразно строить стационарные очистные сооружения», — пояснил Сергей Киреев.
Ученые предлагают реализовать метод на базе ассенизационной машины с электрохимическими модулями.
«Это будет передвижная установка, которой необходимо только электропитание и подача сточных вод», — рассказал Сергей Киреев.
Так удастся сэкономить на постройке стационарных очистных сооружений.
На основе ноу-хау от коллектива ученых России и Беларуси станет возможным создавать персонализированные очистные сооружения, ориентированные под потребности каждого промышленного предприятия и коммунального хозяйства. Применять универсальные технологии и строить типовые очистные сооружения для каждого предприятия неэффективно.
«Каждое предприятие специализируется на разных производствах. Разумеется, отходы также будут разные: в одних случаях преимущественно органические, в других — неорганические. Соответственно, технологии нужно применять разные», — поделился Сергей Киреев.
Предложенный метод очистки сточных вод внедрен на мясокомбинат в городе Пинск (Республика Беларусь) и на нескольких очистных сооружениях городских водоканалов. В ходе эксперимента загрязненная вода прокачивалась с помощью циркуляционного насоса через электрохимические модули.
Эксперименты показали, что метод, предложенный коллаборацией российских и белорусских ученых, достигает нужных показателей для последующей утилизации и использования очищенной воды. При этом он экономичнее, а также расщепляет сложные загрязнители и не оставляет реагентов в воде.
«Нам удалось достигнуть такого эффекта. Без добавления реагентов вода после обработки будет соответствовать требованиям. Наш способ позволяет сбрасывать в водоемы чистую воду, которая не только не повредит природе, но и сохранит природный баланс», — рассказал Сергей Киреев.
Очистить воду можно за несколько часов. Все зависит от объема. Ученый также добавил, что пропускать электрический ток через модуль не нужно на постоянной основе. В среднем хватает пяти минут подачи электрического тока в час. Протекающие электрохимические реакции в загрязненной воде приводят к образованию компонентов, которые продолжают производить обработку без пропускания электрического тока.
В настоящее время научный коллектив продолжает исследование.