Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.575.21.0086

Руководитель: Курчатов Иван Михайлович

Должность: доцент каф.№10 НИЯУ МИФИ

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
водоочистка, мобильный комплекс, реагент, коагулянт, флокулянт, наноструктурированный сорбент, объемная сорбция, активация, электродиализ, фильтрация

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение задачи очистки вод, загрязненных в результате природных и техногенных чрезвычайных ситуаций для последующего использования этих вод в качестве питьевой воды. 2. Целью проекта является разработка технологических основ и экспериментального образца установки водоочистки, основанной на применении наноструктурированных материалов, средств активации процессов, а также оптимального комбинирования современных технологических приемов и аппаратов очистки вод.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основными результатами проекта являются методика получения и применения низкоселективного по загрязнителям реагента, обладающего комплексным действием, методика определения емкости реагента по загрязнителям и экспериментальный образец установки гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки.
2. Разработанный низкоселективный реагент должен обладать комплексным действием, т.е. работать как коагулянт, флокулянт и сорбент. Экспериментальный образец установки гибридной реагентно-сорбционной водоподготовки должен иметь следующие основные характеристики: производительность не менее 200 л/час и очищать воду до норм СанПиН для питьевой воды.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемые научно-технические решения в области водоочистки и водоподготовки будут использованы для создания быстро развертываемого низкоэнергоемкого мобильного модульного комплекса (установки) водоочистки и 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;
- очистка поверхностных стоков;
- очистка вод при ликвидации последствий природных и техногенных катастроф и чрезвычайных ситуациях;
Полученные результаты могут быть рекомендованы для разработки комплексов водоочистки и водоподготовки, в том числе передвижных мобильных установок способных очищать воду до норм СанПиН.
Новизна работы в сравнении с результатами аналогичных работ состоит в разработанном реагента комплексного действия (коагулянт-флокулянт-сорбент), а также применение эжекторов для гидродинамической активации процесса, что в совокупности позволяет снизить габариты блока реагентной обработки. Применение низконапорных керамических СВС-фильтров после блока реагентной обработки, которые могут работать на остаточном давлении реагентного блока (0,5-1.0 ати) снижает затраты энергии на очистку воды.
Основной задачей данной работы является разработка гибридной реагентно-сорбционной технологии водоподготовки. Для достижения заявленных результатов в рамках этой задачи необходимо исследовать физико-химические процессы при обработке воды реагентами с использованием активирующих методов. Необходимо исследование массообмена в процессах водоочистки и водоподготовки, основанных на явлениях объемной сорбции на наноструктурированных сорбентах, способов активации процесса очистки воды, применение комбинации различных методов (электродиализ, мембранная фильтрация и др.).
В рамках работы разработываются схемы гидродинамической активации, включающие эжекторные, кавитационные и флотационные устройства. Проведится поиск активирующих добавок, способных усилить действие сорбционных материалов.В рамках данной работы ставятся следующие задачи: исследование динамики роста коллоидных частиц, исследование объемной сорбции и процессов самоорганизации сорбционных материалов нового поколения и образования макроскопических структур с развитой межфазной поверхностью и повышенной адсорбционной способностью.
Активационные процессы позволят интенсифицировать самосборку сорбционных комплексов, значительно снизить время образования новой, твердой фазы, уменьшить продолжительность процесса и повысить качество очищенных вод. Предлагаемые способы активации позволяют снизить расход реагентов, увеличить полноту извлечения загрязняющих компонентов. При этом осуществление предлагаемого способа обеспечит ускоренное осаждение образовавшегося осадка, применение реагентов совместно с активирующей добавкой для обработки шламов позволит повысить эффективность сгущения и уменьшить влажность осадков различных загрязненных вод.
При помощи прибора StabiSizer будет проводиться изучение характеристик коллоидных дисперсий (модельных и реальных растворов загрязненных вод, растворов реагента АКФК), что поможет предсказывать устойчивость суспензий или склонность к образованию агломератов. Этот прибор позволяет определять величину электрического потенциала (дзета-потенциал) поверхности макроскопических твердых частиц, который дает информацию о процессах адсорбции или адгезии, существовании на поверхности кислотных или основных групп - и соответствующих свойствах. Анализатор Nanotrac используется в работе для определения размеров образующихся агломератов и самоструктурирующихся алюмокремниевых комплексов, а также позволяет исследовать динамику роста коллоидных частиц. Емкость реагента исследуется, в том числе, с применением методов прикладной ядерной спектроскопии.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
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 сод промышленных предприятий, растворов тяжелых и редких металлов, вод содержащих жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) и ликвидация последствий аварий на атомных электростанциях (АЭС).

Текущие результаты проекта:
Основные промежуточные результаты проекта:
1. Предложены новая технологическая схема организации процесса фильтрации воды после обработки гибридным реагентом. Схема использует тангенциальную фильтрацию на композиционных керамических двухслойных мембранах, основа которых получена методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
2. На базе известного коагулянта-флокулянта АКФК разработан новый гибридный реагент, обладающий свойствами коагулянта, флокулянта и сорбента. Показано, что существует возможность образования цеолитоподобных структур, обладающих повышенной сорбционной способностью загрязнений различной природы, разработана методика получения такого реагента.
3. Разработана и создана многофункциональная эжекторная система моделирования загрязненной воды и подачи реагента с активирующими добавками. Точная дозировка обеспечивается системой перестальтических насосов, а полное перемешивание реагентов с водой обеспечивается комплексом эжекторов типа жидкость-газ и жидкость-жидкость. Выявлены оптимальные режимы работы проточных кавитаторов (эжекторов) при реагентной очистке вод, обеспечивающей эффективный режим работы водоочистных сооружений при надлежащем качестве очищенных вод.
4. Разработана методика определения емкости реагента по монозагрзнителям (на примере удаления примеси железа из воды) при помощи Мёсбауэровской спектроскопии.
5. Проведены исследовательские испытания макетного образца системы водоподготовки производительностью более 200 л/час, установлено, что ввод реагента и активирующих добавок следует осуществлять в разных точках системы, кроме того, установлено, что ввод реагента в кавитационном режиме работы эжектора увеличивает время очистки воды, т.е. снижает эффективность системы в целом. Показана эффективность процесса фильтрации воды после обработки гибридным реагентом на низконапорных керамических СВС-мембранах.
6. Разработана эскизная конструкторская документация и программа и методики исследовательских испытаний экспериментального образца системы водоочистки.
7. На основе полученных исследований макетного образца подготовлена заявка на полезную модель на устройство очистки вод.