Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева +7 499 9784959, +7 495 7680646

Оборотное водоснабжение предприятий

Оборотное водоснабжение прачечных

Оборотное водоснабжение автомоек

Очистные сооружения

Промышленная очистка воды

Биологическая очистка сточных вод

Мембранные технологии

Электрофлотация

Вакуумное выпаривание

Жидкостная экстракция и SX-EW

ПДК сточных вод

Нормативы питьевой воды

Технологии очистки воды

Участие в федеральном целевом проекте «ЧИСТАЯ ВОДА»

Создание системы питьевой воды для малых населенных пунктов

      Одной из причин загрязнения водной среды является отсутствие в России на данный момент технологий, позволяющих полностью исключить сброс сточных вод и солевых концентратов. В снижении отрицательного влияния сбросов на водный бассейн страны магистральным направлением является максимальное сокращение потребления свежей воды, базирующееся на применении замкнутых систем водоснабжения, при которых не только минимизируется забор природной воды для обеспечения нужд населенных пунктов, но и практически полностью исключаются сбросы в окружающую среду сточных вод, образующихся на станциях водоподготовки питьевой воды.

      Работы по этому направлению ведутся и в ряде зарубежных стран, что обусловлено ужесточением норм по количеству и составу сточных вод, но на данный момент практически нет полностью бессточных технологий очистки воды. В то же время ряд ведущих российских организаций при научном руководстве РХТУ им. Д.И.Менделеева на протяжении ряда лет успешно занимается решением проблем водоподготовки и очистки природной воды. Общий объем вложений в данные разработки за последние 3 года составил 25 млн. руб. На основе проведенных научно-исследовательских и опытно-технологических работ был создан научно-технологический задел для завершения разработки бессточной технологии очистки воды, позволяющей не просто уменьшить, но и полностью предотвратить сброс в окружающую среду каких бы то ни было стоков, что особенно актуально для регионов, где ощущается недостаток природной воды.

      Целью представленной работы являлось создание установок на базе отечественных электрофлотаторов и сорбционных технологий, разрабатываемых в РХТУ имени Д.И. Менделеева, для очистки природных вод до качества питьевой воды. Разработка и способы решений должны были удовлетворять следующим требованиям: исключение вторичного загрязнения очищаемой воды и очистка до норм СанПиН по ионам тяжелых металлов, исключение добавления реагентов для повышения эффективности процесса; компактность установки, высокая производительность; невысокая себестоимость очистки воды; простота эксплуатации и возможность автоматизации. Разработка должна базироваться на созданных и запатентованных в РФ способах и устройствах. При создании оборудования должны использоваться российские комплектующие.

      Была разработана технология очистки питьевой воды для малых населенных пунктов на основе электрофлотационных и сорбционных методов обработки природных вод, включая конструкторскую документацию, опытные образцы оборудования, программно-методическое обеспечение и технологические регламенты. Многие населенные пункты не обеспечены системами очистки питьевой воды или очистные сооружения морально и физически устарели и соответственно не позволяют достичь современных требований к качеству очистки природных вод. Поэтому в рамках данной работы была предусмотрена возможность внедрения отдельных процессов и технологии очистки воды в работу действующих очистных сооружений в режиме реконструкции. Технология была внедрена в нескольких населенных пунктах.

      В настоящее время, как в России, так и большинстве развитых стран особое внимание уделяется контролю качества питьевой воды и снижению сбросов, поэтому работы в этом направлении постоянно интенсифицируются. Сейчас в мире практически не существует бессточных систем водоснабжения населенных пунктов, но проводимые в ряде стран работы, безусловно, приведут к созданию таких систем в ближайшем будущем. Причем, использование российскими предприятиями зарубежных инноваций в этом сегменте будет сопряжено не только с патентными отчислениями, но и с высокой стоимостью требуемого оборудования, поэтому разработка конкурентоспособной отечественной технологии очистки воды позволит значительно улучшить водоснабжение населенных пунктов качественной питьевой водой, сократить потребление воды и за счет резкого снижения количества сточных вод, улучшить экологическую обстановку во многих регионах страны.

      Реализация данной работы на территории Российской Федерации позволит повысить отечественный экспортный потенциал в направлении трансферта наукоемких технологий в области рационального природопользования и охраны окружающей среды и подтвердить первенство Российской Федерации в области высоких наукоемких технологий.

      В ходе выполнения этой работы были разработаны следующие базовые технологии очистки сточных вод:

• Технология многоступенчатой мембранной гиперфильтрации, обеспечивающей глубокую очистку природных и сточных вод от истинно растворенных минеральных и органических соединений со степенью концентрирования до 95-97% и ресурсом работы мембран не менее 5 лет при удельных затратах энергии после рекуперации не более 0,8-1,2 кВт*час/м³;

• Флотомембранная технология очистки воды от дисперсной фазы неорганической и органической природы с размером частиц 1-50 мкм, со степенью извлечения 98-99%, энергозатратами 0,1-0,5 кВт∙ч/м³ , с ресурсом работы модулей не мене 5 лет;

• Технология сорбционно-каталитической электрофлотационной очистки природных и сточных вод от органических соединений с качеством очистки ХПК – менее 5 мгО₂/л, БПК15 – менее 2 мгО₂/л при удельных затратах энергии не более 0,3 кВт*час/м³;

• Технология мембранной микрофильтрации с обратной промывкой мембран, обеспечивающая глубокую очистку природных и сточных вод от взвешенных веществ, коллоидных соединений и микроорганизмов с качеством очистки мутность - менее 0,2 мг/л, цветность – менее 20, ОМЧ - менее 10³ кое/мл и ресурсом работы мембран не менее 3 лет;

• Технология электроимпульсной и электроразрядной обработки - удельные затраты энергии не более 0,05 кВт*час/м³;

• Технология адиабатного испарения концентратов - удельные затраты энергии не более 80 МДж/т концентрата.

      Было разработано программно-методическое обеспечение для мониторинга количества и состава природных вод на станциях водоподготовки. Проведены стендовые и натурные испытания разработанного оборудования и осуществлена подготовка к его внедрению в различных регионах. Разработаны методические рекомендации и технологические регламенты по применению вновь созданных технологий и оборудования в замкнутых бессточных системах водоснабжения населенных пунктов. Проведены патентные исследования и получены положительные решения на выдачу патентов. Технология внедрена на нескольких станциях водоподготовки питьевой воды. Предполагается также внедрение технологии за рубежом.

      Отличительной особенностью работы является комплексный подход к вопросам получения питьевой воды для объектов с разной степенью ответственности. Комплексный подход позволяет в независимости от источника воды получить воду требуемого качества от питьевой до деионизированной.

      На основании имеющегося в российских организациях научно-технического задела предлагается оригинальная комплексная система водоснабжения и водоочистки, которая включает в себя обработку природных вод с использованием каталитической сорбции и электрофлотации, мембранной микро- и гиперфильтрации, адиабатного выпаривания и сушки осадков с возвратом в цикл не менее 99% от их количества, что значительно превосходит известные мировые аналоги. Предлагаемый способ глубокой очистки природных вод включает в себя:

• Введение сорбирующего агента с последующей электрофлотационной обработкой, в результате чего удаляются как органические примеси, так и большинство микроорганизмов;

• Тонкая очистка природных вод от органических примесей, взвешенных частиц, коллоидных соединений с использованием нового поколения микрофильтрационных мембран с пониженной поверхностной адгезией, позволяющей избежать налипания на поверхность мембран нежелательных примесей, что в конечном итоге сведет к минимуму количество промывных вод;

• Обессоливание и глубокое концентрирование методом обратного осмоса с применением комплексной обработки исходной воды эффективными комплексонами и физическим воздействием для повышения стабильности растворенных соединений;

• Вакуумное выпаривание рассолов и сушка концентрата после установок обратного осмоса.

      Использование электрохимических и электрофлотационных технологий позволяет полностью отказаться от реагентного хозяйства и снизить засоление очищенной воды. Электрофлотатор обеспечивает извлечение ионов Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cr³⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и т.д. Электрофлотационный модуль применим к очистке всех типов природных вод. Электрохимический модуль состоит из электрофлотатора с нерастворимыми электродами, вспомогательных реакторов и емкостей, дозаторов химических реагентов, насосов, источника постоянного тока, вытяжного зонта, системы сбора шлама, системы автоматизации.

Рис.1. Электрофлотационный модуль очистки природных вод

      На электрофлотаторы МУОВ имеется ТУ 4859-050-02066492-2003, гигиенический сертификат 77.01.03.485.П.00643.01.4, сертификат соответствия № РОСС RU.АЕ63.В01568.

Рис.2. Модульная установка очистки воды МУОВ

Рис.3. Установки микрофильтрации

      Высококачественная подготовка исходной воды с использованием электрофлотации и микрофильтрации наряду с применением высокоэффективных комплексонов и набором физических воздействий электромагнитного излучения дает возможность методом гиперфильтрации получить до 95-97% очищенной воды, тогда как лучшие зарубежные гиперфильтрационные (обратноосмотические) системы обеспечивают выход очищенной воды на уровне 65-70%.

Рис.4. Установки гиперфильтрации

      Окончательная переработка образующегося технологического остатка сконцентрированных сточных вод осуществляется с применением специально разработанных вакуумных выпарных установок адиабатного испарения, позволяющих значительно снизить потребление электроэнергии.

Рис.5. Выпарная установка

      Предлагаемая технология очистки воды позволяет не только значительно сократить количество потребляемой воды из природных источников, но и получать воду высокого качества для питьевых целей, использование которой позволит достигнуть больших значений коэффициента использования в технологических процессах очистки. Такая система водоподготовки также сможет гарантировать получение воды высокого качества при сезонных колебаниях состава воды поверхностных источников водозабора.

      Кроме этого, имеется возможность получать воду с разным солесодержанием, рН и щелочностью, позволяя получать для каждого потребителя воду требуемого качества. При использовании данной технологии сброс сточных вод будет полностью исключен, а в конце технологического цикла образуется только твердый солевой остаток.

Основные характеристики технологии очистки воды и оборудования для бессточного водоснабжения населенного пункта:

      Технология бессточного водоснабжения населенного пункта обеспечивает нулевой сброс в окружающую среду при следующих параметрах природных вод и требованиях к качеству питьевой воды - таблица 1:

Таблица.1. Состав природной воды и состав питьевой воды

      Кроме этого для населенного пункта может быть получена качественная питьевая вода. Качество питьевой воды - в соответствии с СанПиН 2.1.4.559.

Таблица.2. Сводные технические характеристики технологии бессточного водоснабжения населенного пункта

      Входящие в состав технологии бессточного водоснабжения промышленного предприятия (например, гальванического производства) базовые технологии очистки сточных вод имеют следующие характеристики:

• Флотомембранная технология очистки воды от дисперсной фазы неорганической и органической природы с размером частиц 1-50 мкм, со степенью извлечения 98-99%, энергозатратами 0,1-0,5 кВт∙ч/м³ , с ресурсом работы модулей не мене 5 лет;

• Технология многоступенчатой мембранной гиперфильтрации, обеспечивающей глубокую очистку природных и сточных вод от истинно растворенных минеральных и органических соединений со степенью концентрирования до 95-97% и ресурсом работы мембран не менее 5 лет при удельных затратах энергии после рекуперации не более 0,8-1,2 кВт*час/м³;

• Технология мембранной микрофильтрации с обратной промывкой мембран, обеспечивающая глубокую очистку природных и сточных вод от взвешенных веществ, коллоидных соединений и микроорганизмов с качеством очистки мутность - менее 0,2 мг/л, цветность – менее 20, ОМЧ - менее 10³ кое/мл и ресурсом работы мембран не менее 3 лет;

• Технология электроимпульсной и электроразрядной обработки - удельные затраты энергии не более 0,05 кВт*час/м³;

• Технология адиабатного испарения концентратов - удельные затраты энергии не более 80 МДж/т концентрата.

      Удельная стоимость технологического оборудования при его серийном производстве будет находиться на уровне 1000-3000 руб./м³ в сутки.

Сопоставление с лучшими отечественными и зарубежными аналогами:

      Проблемы сокращения потребления воды из природных источников для нужд населенных пунктов и полная ликвидация сброса сточных вод в окружающую среду является чрезвычайно актуальной задачей для всех без исключения государств. Прямых отечественных и зарубежных аналогов создаваемого технологии замкнутого бессточного водоснабжения населенных пунктов в настоящее время не существует, но проводимые в ряде стран работы, безусловно, приведут к созданию таких систем в ближайшем будущем. Лучшие зарубежные технологии оборотного водоснабжения («Water Systems» - США, «DeGremont» - Франция, «AquaTech Systems» - Индия, «TriSep Corporation» - США, «Zenon» - Канада, «Pall» - Германия, «Norit» - Нидерланды, «Koch» - Германия, «Toray» и «Kubota» - Япония, «GE Water & Process Technologies», «Osmonics» и др.) обеспечивают возврат в производственный цикл 70-80% от объема природных вод, что приводит к сбросу большого количества сточных вод в окружающую среду и нерациональному использованию водных ресурсов. Разрабатываемая технология должна обеспечить возврат в цикл не менее 95-97% сточных вод и полностью исключить сброс сточных вод в окружающую среду.

      Ресурс микрофильтрационных мембран при использовании в технологиях глубокого концентрирования у лучших зарубежных фирм («Norit», «Koch», «Zenon») не превышает 3-6 месяцев, в предлагаемом проекте не менее 3 лет. Энергетические затраты при гиперфильтрационной обработке сточных вод у ведущих фирм («Hydronautic», «Osmonics») составляет не менее 1,5 кВт*час/м³, в предлагаемом проекте менее 0,9 кВт*час/м3. Удельные энергетические затраты при выпаривании осадков сточных вод у ведущих зарубежных фирм («Westengause», «AlfaLaval») составляют 150-200 МДж/тонну, в предлагаемом проекте – не более 80 МДЖ/тонну.

      По уровню капитальных и эксплуатационных затрат разрабатываемая технология очистки воды в 1,5-2 раза дешевле лучших зарубежной технологий в области оборотного водоснабжения и очистки сточных вод.

      Реализации данного проекта на территории Российской Федерации позволит повысить отечественный экспортный потенциал в направлении трансферта наукоемких технологий в области рационального природопользования и охраны окружающей среды. По предварительным оценкам доход от экспорта разработанных технологий и оборудования составит не менее 1,5 млрд. руб. в год. Кроме этого, учитывая несомненную необходимость прав интеллектуальной собственности на эту разработку, Российская Федерация сможет подтвердить первенство в области высоких наукоемких технологий.

      Разработанная технология замкнутого бессточного водоснабжения населенных пунктов, разработанные базовые технологии очистки природных вод, а также оборудование для их реализации полностью соответствуют международным стандартам управления качества серии ISO 9000 и их дополнениям ISO 14 000, российским нормативным документам СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»; СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения»; а также отраслевым стандартам. Разработка программных комплексов, программных средств обработки и анализа данных по мониторингу объема и состава сточных вод промышленного предприятия полностью соответствует требованиям Единой системы программной документации (ЕСПД).

      Приоритет по разрабатываемым технологиям принадлежит РХТУ им. Д. И. Менделеева. Есть патенты РФ на новые технические решения.

      Статья опубликована в журнале «Чистая вода: проблемы и решения». Учредитель и издатель журнала ОАО «Институт микроэкономики». Приобрести и заказать журнал можно по адресу: 117218, Москва, ул. Б. Черемушкинская, д. 34.