Пензенские ученые предложили эффективный способ очистки сточных вод

Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) и Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС) усовершенствовали вихревой сатуратор для очистки сточных вод и получили патент на разработку. Устройство насыщает воду воздухом и формирует мелкодисперсные пузырьки, которые захватывают загрязнения и поднимают их на поверхность.

Разработкой заинтересовалась самарская компания «ЭКОЛОС», выпускающая оборудование для очистки стоков. До конца года установку планируют испытать на реальном объекте.

Почему разработчики объединили два метода флотации

Контроль состава и свойств сточных вод предусмотрен Федеральным законом «О водоснабжении и водоотведении». Эту процедуру проводит организация, осуществляющая водоотведение, или уполномоченная ею структура.

Для удаления мелкодисперсных загрязнений из коммунальных и промышленных стоков применяют флотацию. По словам заведующего кафедрой «Транспортные машины» ПГУ, кандидата технических наук, доцента Константина Лебединского, одно из преимуществ метода перед гравитационным отстаиванием — высокая скорость процесса.

При напорной, или компрессионной, флотации можно получить высокое газонаполнение водовоздушной смеси. Однако образующиеся пузырьки сравнительно крупные, поэтому хуже захватывают мелкие частицы. Кроме того, процесс требует значительных энергозатрат.

Вакуумная флотация позволяет получать более мелкие пузырьки и расходовать меньше энергии, но требует сложного и дорогостоящего оборудования.

Как устроен компрессионно-вакуумный сатуратор

Над устройством работали доктор технических наук, профессор кафедры «Водоснабжение, водоотведение и гидротехника» ПГУАС Сергей Андреев, заведующий кафедрой «Транспортные машины» ПГУ Константин Лебединский, кандидат технических наук, доцент ПГУАС Максим Сафронов и ведущий инженер кафедры «Транспортные машины» ПГУ Дмитрий Алексеев.

Разработчики объединили напорный и вакуумный принципы. Сначала вода насыщается воздухом под избыточным давлением, затем давление резко снижается, что приводит к образованию мелких пузырьков.

«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», — пояснил Дмитрий Алексеев.

Устройство состоит из центробежного насоса, эжектора и циркуляционного резервуара — открытого бака, соединенного с атмосферой. Диаметр рабочего сопла в 1,5 раза меньше диаметра трубопровода.

«Такое решение создает нужный перепад давления для эффективного подсоса воздуха и его дробления на микропузырьки», — рассказал Константин Лебединский.

Что показали испытания

На базе ПГУ ученые собрали лабораторный стенд и проверили, как устройство насыщает воду газом. Во время экспериментов они измеряли скорость всплывания, объем и количество пузырьков, а также степень газонасыщения. Последний показатель определяли по изменению объема жидкости при выделении пузырьков.

По данным разработчиков, максимальный требуемый объем устойчивых зародышевых пузырьков воздуха снизился в 20 раз, а энергетический барьер — в восемь раз по сравнению с компрессионным процессом.

«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», — сообщил Дмитрий Алексеев.

Подготовка к внедрению

Разработчики рассматривают применение установки для очистки производственных и бытовых стоков, в том числе на промышленных предприятиях, автомойках и локальных канализационных сооружениях. По их оценке, стоимость 10-кубовой установки составит около 200 тыс. рублей.

На базе ПГУ уже собрана полноразмерная установка. Ее планируют направить в Самару на предприятие «ЭКОЛОС», которое производит флотационное оборудование, а затем установить на реальном объекте. Следующим этапом должно стать серийное производство устройства.

Фото: ПГУ (https://pnzgu.ru/)