Фильтр с ускорителем

В ТПУ создан комплекс для очистки сточных вод в отдаленных районах Сибири, Дальнего Востока и Арктики

НАУЧНЫЙ КОЛЛЕКТИВ ЛАБОРАТОРИИ № 1 ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАЗРАБОТАЛ МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО УСКОРИТЕЛЯ. ОН МОЖЕТ ОЧИЩАТЬ КАК БЫТОВЫЕ, ТАК И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СТОКИ. КОМПЛЕКС РАБОТАЕТ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ БЕЗ УЧАСТИЯ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, НАПРИМЕР В ОТДАЛЕННЫХ РАЙОНАХ СИБИРИ, НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ И ДАЖЕ В АРКТИКЕ. СЕЙЧАС РАЗРАБОТКА ПРОХОДИТ АПРОБАЦИЮ НА ОДНОМ ИЗ ОБЪЕКТОВ ПРЕДПРИЯТИЯ «ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ ТОМСК».

Зачем очищать бытовые и промышленные стоки, говорить, пожалуй, излишне. Чего только не попадает в канализацию из наших квартир! Взять только бытовую химию, которой без перчаток и пользоваться-то нельзя. А на производствах и вовсе в ход идет тяжелая химическая «артиллерия»...

Как рассказывает старший научный сотрудник лаборатории № 1 ТПУ Роман Сазонов, очищают сточные воды сегодня разными путями. Самый популярный — с применением биотехнологий, когда при очистке стока используются определенные бактерии (в зависимости от содержимого стока), которые уничтожают вредные примеси в воде.

— Это дешевый, относительно простой и эффективный метод. Но в ряде случаев он не работает. Например, биологическая культура может погибнуть, если в сток попадет реагент, способный ее уничтожить. Биосистемы не любят резких перемен: если текла сточная вода с одним составом и вдруг там появились другие примеси, быстро перестроиться биосистеме будет проблематично, а значит, она пропустит часть неочищенной воды. Но главная проблема — бактерии погибают в холодном климате, — объясняет Роман Сазонов. — На Севере, Дальнем Востоке, да и у нас, в Сибири, лучше работают технологии на основе электронных ускорителей — когда очистка сточных вод производится при воздействии на них пучка электронов. Подобные технологии не редкость. Например, наши коллеги из Новосибирска производят линейные ускорители. Но и здесь проблема — они весьма мощные. А это значит, их выгодно применять только на крупных производствах, где очистка воды ведется минимум сотнями кубометров в час. Не все производства вырабатывают такое количество сточных вод. Например, в «Газпром трансгаз Томск» существуют небольшие объекты, где вырабатывается всего один кубометр в час.

Именно поэтому «Газпром трансгаз Томск» обратился за помощью к ученым ТПУ. По заказу предприятия коллектив лаборатории № 1 должен был разработать такой комплекс очистки, производительность которого составила бы до одного кубометра в час, при этом он должен быть мобильным и работать автономно, без дополнительного обслуживания, в течение трех месяцев в условиях низких температур. И в 2015 году такой комплекс был создан политехниками.

Глубокая очистка

Разработка представляет собой два мобильных блок-бокса, каждый шириной в 2,5 метра, длиной в 10 метров и высотой около трех. Блок-боксы совмещены между собой, оснащены электроникой, датчиками, узлами для очистки сточных вод и другими компонентами. В состав комплекса также входит электрокоагулятор — емкость, в которую помещены алюминиевые электроды. В него вливается сточная вода на первом этапе очистки. Дальше на электроды подается напряжение, они растворяются и чистый алюминий переходит в форму гидроксида алюминия, начинает укрупняться, сорбируя при этом загрязняющие вещества из стока. В результате образуются «хлопья», которые отсеиваются на стадии фильтрации.

Затем сточная вода подвергается электро-pH-коррекции — разделяется на две емкости, в одну из которых поступает вода с высоким содержанием кислотности (pH), а в другую — с низким. Та часть стока, где pH высокий, проводится через дегазатор (аппарат для отдувки аммиака из воды) после чего два стока с разной кислотностью снова смешиваются, и уровень pH воды нейтрализуется.

— Лишь после этого начинается основная стадия очистки — обработка импульсным электронным пучком, — описывает Роман Сазонов. — На этом этапе происходят сразу два процесса. Во-первых, ведется радиолиз воды с наработкой таких активных частиц, как OH-радикалы — это один из самых активных видов радикалов. Эти частицы начинают вступать в реакции с химическими примесями, которые содержатся в стоке. Во-вторых, под воздействием радиации, которую излучает пучок электронов, вода очищается от паразитов и вредных микроорганизмов.

Сама вода при этом радиоактивной не становится. Энергия пучка — порядка 450 кэВ. Таким образом, выделяется доза радиации, достаточная, чтобы уничтожить вредные микроорганизмы, но малая для того, чтобы беспокоиться о наведении радиации. И, наконец, финальная стадия — доочистка. На этом этапе при помощи ионно-обменного модуля удаляются следовые количества примесей и загрязнений. В итоге мы получаем чистую воду, которую можно сливать в реку, не боясь причинить вред ее экосистеме.

«Умный» и морозостойкий

— Процесс, как видите, многоступенчатый, — продолжает научный сотрудник лаборатории № 1. — Добавлю, при очистке жидких отходов образуются свои отходы — вещества, которые нецелесообразно продолжать очищать дальше. Например, это может быть какая-нибудь кашеобразная масса, мелкие твердые частицы. Для решения этой проблемы в наших блок-боксах стоят еще два аппарата: вакуумно-выпарной, позволяющий эффективно испарять жидкость из этой кашицы, и инфракрасная сушилка, выпаривающая влагу и обеззараживающая эту часть стока. На выходе образуется твердый осадок, который может быть пакетирован и отвезен на полигон твердых бытовых отходов. Такие отходы приравниваются к 4-му классу опасности, то есть любой полигон может их принять для дальнейшего захоронения. Для этого нами получен соответствующий паспорт. При необходимости их можно будет и вовсе утилизировать. Но это уже другая задача.

Сейчас, по словам Романа Сазонова, водоочистной комплекс способен работать при температурах до ?56 C°. Впрочем ученый уверен, что в более теплом климате на него тоже будет спрос, ведь этот метод очистки имеет свои плюсы, выгодно отличающие его от других. — Мы постарались максимально упростить и контроль качества очистки, оснастив комплекс системой онлайн-мониторинга. Экологической службе предприятия не нужно будет раз в неделю отбирать образцы и проводить анализы. Система сама раз в минуту готова отправлять все нужные данные прямо на мобильный телефон сотрудника, — подчеркивает Роман Сазонов.

Более того, комплекс оснащен еще и «умной» автоматикой. Если один из датчиков покажет, что какой-то загрязнитель из стока не выведен, система вернет процесс очистки на ту стадию, где из жидкости устраняется именно этот компонент. После повторной очистки цикл продолжится. Если же вредная примесь не устранена, сработает сигнализация, и система подскажет сотрудникам предприятия, как поступить дальше.

— Комплекс прошел всю необходимую сертификацию. Сейчас опытно-промышленный образец установлен на одном из объектов компании «Газпром трансгаз Томск» в поселке Кузовлево (в черте Томска). Когда апробация завершится, мы займемся его доработкой с целью дальнейшего внедрения в промышленность, — заключает Роман Сазонов.

Виталина Михетко