Пензенские ученые предложили новый способ очистки сточных вод
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) разработали и запатентовали инновационное устройство для очистки сточных вод. Они объединили преимущества двух методов флотации — напорного и вакуумного. При новом подходе очистка происходит эффективнее, а энергозатраты снижаются в 20 раз. Устройство готово для запуска в серийное производство.
Сегодня в России и в мире применяют множество методов очистки сточных вод, среди которых особое место занимает флотация — процесс удаления загрязняющих веществ путем их подъема на поверхность.
«Флотационный метод особенно востребован для удаления мелкодисперсных загрязнений из сточных вод населенных пунктов и промышленных предприятий, а его главное преимущество перед альтернативными подходами, например, гравитационным отстаиванием, — высокая скорость процесса», — рассказал один из разработчиков, заведующий кафедрой «Транспортные машины» ПГУ, кандидат технических наук Константин Лебединский.
Наиболее распространенные виды флотации — напорная (компрессионная) и вакуумная, каждая со своими преимуществами и недостатками. Напорная флотация позволяет достичь высокого коэффициента газонаполнения водовоздушной смеси, однако пузырьки формируются сравнительно крупного размера, что снижает эффективность захвата мелких частиц загрязнений. Кроме того, метод отличается высокими удельными энергозатратами. Вакуумная флотация дает более мелкие и дисперсные пузырьки и требует меньше энергии, но для ее реализации необходимо высокотехнологичное и дорогостоящее оборудование.
Ученые ПГУ совместно с коллегами из Пензенского государственного университета архитектуры и строительства объединили преимущества двух методов, усовершенствовав конструкцию вихревого сатуратора — устройства, насыщающего жидкость газом и формирующего тонкодисперсные пузырьки, и собрали лабораторный стенд. В предложенной системе реализован компрессионно-вакуумный принцип. Вода сначала насыщается воздухом под избыточным давлением, как в напорной флотации, а затем давление резко снижается, провоцируя выделение мельчайших пузырьков, как при вакуумной флотации.
«При этом воздух не подается принудительно, а эжектируется, то есть засасывается за счет гидродинамических эффектов. Мы одновременно добиваемся высокого газонаполнения и очень мелкой дисперсности пузырьков. Поэтому загрязнители будут эффективно захватываться», — объяснил еще один из авторов разработки, ведущий инженер кафедры «Транспортные машины» ПГУ Дмитрий Алексеев.
Устройство включает центробежный насос, эжектор и циркуляционный резервуар в виде открытого бака, соединенного с атмосферой. Ключевым элементом является рабочее сопло, диаметр которого в 1,5 раза меньше диаметра трубопровода. Именно это новшество делает устройство технологичнее.
«Такое новшество создает нужный перепад давления для эффективного подсоса воздуха и его дробления на микропузырьки», — пояснил Константин Лебединский.
В ходе экспериментов ученые оценивали скорость всплывания пузырьков, связанную с их диаметром, объем и количество пузырьков, а также степень газонасыщения, которую определяли по изменению объема жидкости при выделении пузырьков. Результаты показали, что предложенный метод в 20 раз энергоэффективнее традиционных решений.
«В 20 раз снизилась требуемая максимальная величина объема устойчивых зародышевых пузырьков воздуха, а энергетический барьер уменьшился в восемь раз по сравнению с показателями чисто компрессионного процесса», — поделился результатами Дмитрий Алексеев.
По оценкам разработчиков, разработка найдет широкое применение на промышленных предприятиях для очистки производственных стоков, на автомойках, в локальных канализационных системах, для обработки бытовых сточных вод. Внедрение компрессионно-вакуумного метода на локальных канализационных сооружениях позволит существенно снизить себестоимость очистки и одновременно повысить ее эффективность.
До конца года устройство планируют установить на реальном объекте.