Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка гибридной технологии водоподготовки, в том числе при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Докладчик: Курчатов Иван Михайлович

Должность: доцент, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
Цели проекта: 1. Разработка технологических основ и экспериментального образца установки очистки вод, загрязненных в результате природных и техногенных чрезвычайных ситуаций. 2. Интенсификация и повышение эффективности процессов водоочистки за счёт применения наноструктурированных материалов, средств активации процессов, а также оптимального комбинирования современных технологических приемов и аппаратов очистки вод. В настоящее время, в связи с постоянно появляющимися угрозами безопасности жизнедеятельности, происходящими в результате стихийных природных явлений либо аварий техногенного характера, возникает необходимость специальным службам экстренно реагировать на чрезвычайные ситуации. Зачастую нехватка чистой качественной питьевой воды может стать серьезной проблемой для спасения жизней и здоровья людей. В условиях современной России (изношенное промышленное оборудование, устаревшие системы очистки сточных вод на предприятиях, низкий уровень экологической ответственности) нередки сбросы отходов химического производства в реки и водоемы, при этом происходит заражение мест забора воды, колодцев и т.д. К тяжелым последствиям приводят участившиеся за последние годы катастрофические наводнения, причиной которых становятся интенсивные затяжные ливневые дожди, как это было в Краснодарском крае в июле 2012 года, на Дальнем востоке на реке Амур в конце лета 2013 года и на Алтае в мае 2014 года. Помимо прямого ущерба последствия наводнений (разрушение зданий, травмы и гибель людей и животных, уничтожение сельскохозяйственных угодий, порча сырья и т. д.), создаются неблагоприятные условия для жизни населения, что может быть причиной вспышек массовых инфекционных заболеваний людей и сельскохозяйственных животных, вследствие загрязнения питьевой воды. В связи с вышеперечисленными актуальными проблемами загрязнения водной среды при водоочистке и водоподготовке необходимо иметь на вооружении технологию широкого спектра действия, сочетающую в себе комплекс эффективных методов очистки. В данной работе предлагается разработка гибридной технологии комплексной очистки вод различного происхождения основанной на сочетании гибридной реагентно-сорбционной обработки и мембранного электродиализа. На основе разрабатываемой гибридной технологии планируется создание экспериментального образца установки очистки природных и сточных вод, включающей различные функциональные блоки, причем в зависимости от решаемой задачи состав необходимых блоков может меняться.

Основные планируемые результаты проекта:
Список основных планируемых результатов проекта:
1. Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
2. Методика изготовления гибридного реагента.
3. Методика определения емкости реагента по монозагрязнителям.
4. Математическая модель физико-химических процессов протекающих при обработке загрязненных вод гибридным реагентом, обладающим свойствами коагулянта, флокулянта и сорбента и результаты моделирования физико-химических процессов.
5. Макет установки гибридной реагентно-сорбционной очистки вод для получения питьевой воды
6. Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец установки гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки.
7. Программа и методика исследовательских испытаний экспериментального образца установки гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки.
8. Экспериментальный образец установки гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки
9. Проект технологического регламента на гибридную реагентно-сорбционную технологию водоподготовки.
10. Проект технического задания на проведение ОКР.

В работе предполагается разработать технологию гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки, разработать и создать экспериментальный образец установки водоподготовки. Для выполнения этой задачи предполагается провести систематическое изучение процессов образования и роста цеолитоподобных структур, их сорбционной способности по отношению как, к моно загрязнителям, так и поли загрязнениям. На этой основе будут разработаны методика получения нового реагента, обладающим комплексным действием и способы его применения.
Увеличить эффективность гибридной схемы реагентной обработки можно за счет применения различных методов активации. Коллективом исполнителей предложено в качестве таких методов использовать активирующие жидкие (водорастворимые полиэлектролиты и др.) и газообразные (воздух, кислород) добавки (патент РФ № 2114787). В работе предполагается провести оптимизацию процессов реагентной обработки с использованием различных технологических вариантов активации: реагентной, гидродинамической и флотационной. Активационные методы позволяют интенсифицировать действие реагента, значительно снизить время образования твердой фазы, сократить продолжительность процесса водоочистки и повысить качество очищенных вод. Разрабатываемые способы позволят снизить расход реагентов, увеличить полноту извлечения загрязняющих компонентов. При этом осуществление предлагаемого способа обеспечит ускоренное осаждение и отделение образовавшегося осадка. Применение реагентов совместно с активирующей добавкой для обработки шламов позволит повысить эффективность сгущения и уменьшить влажность осадков различных загрязненных вод.
Для доочистки воды после реагентной обработки планируется использование низкоэнергетичного блока электродиализа. Удельные энергозатраты на получение одного литра чистой воды в данном блоке должны составлять 0,003 кВт ч/л, что примерно в 300 раз ниже, чем при выпарной дистилляции. Планируемое снижение энергопотребления будет достигаться тем, что электродиализная установка будет работать в прямоточном режиме без насосов, электроэнергия расходуется только на перенос ионов через мембрану. Важным отличием электромембранных установок от установок ионного обмена является то, что не требуется применения дополнительных реагентов на регенерацию ионитов.
Для тонкой очистки воды предполагается использование фильтрующих элементов, полученных с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) обладающих высокими фильтрационными характеристиками, сорбционной способностью и простой регенерируемостью обратным током.
Особенности СВС метода позволяют также широко варьировать состав и структуру фильтров, обеспечивая при этом высокую чистоту и хорошие качества получаемых материалов. Кроме этого, например, СВС-фильтры на основе карбида титана обладают хорошими бактерицидными свойствами, высокой коррозионной и термостойкостью.
Сравнительный анализ цен на современные фильтры фирм различных стран показали преимущества СВС-фильтров.
Новизна работы заключается в разработке реагентно-сорбционной технологии водоочистки на базе нового реагента, действие которого основано на синергетическом действии и явлении объемной сорбции, возникающих при обработке различных типов загрязненных вод, а также оптимизации процессов реагентной обработки с использованием различных технологических вариантов активации: реагентной, гидродинамической и флотационной.
Новый технический результат заключается в уменьшении энергозатрат на единицу объема получаемой чистой воды, с повышением качества очищенных вод путем создания гибридной технологии основанной на сочетании реагентного метода, электродиализа и сорбционно-мембранных технологий:
1. Использование нового реагента позволяет снизить давление при флотации почти в 2 раза, а значит и затраты энергии.
2. Предлагаемые гидродинамические средства активации процесса и добавки снижают время обработки воды, что в совокупности с гибридным действием реагента приводит к уменьшению габаритов блока реагентной обработки.
3. Предполагается использование низконапорных керамических СВС-фильтров после блока реагентной обработки, которые могут работать на остаточном давлении реагентного блока (0,5-1.0 ати) и при этом обеспечивать необходимый уровень очистки воды для подачи в блок электродиализной обработки.
4. Электродиализный блок обеспечивает высокую степень очистки при малом энергопотреблении (в сравнении с обратноосмотическим или термодистилляционным методами).
Таким образом, применение наноструктурированных сорбентов нового поколения и активационных процессов и экономичной схемы электродиализа позволит создать компактную энергоэффективную установку очистки воды, который может быть использован при ликвидации последствий природных и техногенных катастроф.
Коллектив исполнителей имеет большой научно-технический задел по исследуемой проблеме, что позволяет находить кратчайший путь к решению поставленных целей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые научно-технические решения в области водоочистки и водоподготовки будут использованы для создания быстро развертываемого низкоэнергоемкого мобильного модульного комплекса (установки) водоподготовки, способного обеспечить эффективную и экономичную очистку воды от большинства загрязнителей и быть конкурентоспособными с применяемыми в настоящее время в России и за рубежом методами.
Области применения:
- питьевое водоснабжение;
- системы оборотного и индустриального водоснабжения;
- очистка поверхностных стоков;
- очистка сточных вод;
- очистка вод при ликвидации последствий природных и техногенных катастроф и чрезвычайных ситуациях;
Разрабатываемая технология предполагает очистку вод, загрязненных до уровня 10 и более ПДК. органическими веществами, в том числе нефтепродуктами, солями, тяжелыми металлами, таким образом, она ориентирована на широкое применение для подготовки питьевой воды, очистки сточных вод предприятий пищевой, легкой, химической и нефтехимической отраслей промышленности, а также при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. При очень высоких уровнях загрязнения (превышение ПДК в несколько десятков раз) возможно увеличение степени очистки либо за счет уменьшения производительности установки, либо за счет введения двухступенчатой схемы реагентной очистки.
Полученные результаты могут быть рекомендованы для разработки комплексов водоочистки и водоподготовки, в том числе передвижных мобильных установок способных очищать воду до норм СанПиН.
Результаты работы могут быть также использованы в дальнейшем при создании схем очистка сточных вод промышленных предприятий, а также вод содержащих жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) при ликвидация последствий аварий на предприятиях атомной отрасли.

Текущие результаты проекта:
Составлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, технологии очистки природных вод, загрязненных техногенными примесями.
Разработаны научно-технические решения очистки вод, загрязненных техногенными примесями.
Разработан модуль фильтрационной очистки на основе технологии самораспротраняющегося высокотемпературного синтеза.
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Проведен поиск решений по созданию эжекционной системы подготовки и подачи реагента.