Д.т.н., профессор Ястребов Константин Леонидович,

д.т.н., профессор Байбородин Борис Алексеевич,

доцент Огнев Игорь Анатольевич,

доцент Надршин Владимир Вагизович.

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический

университет

Экология/ Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон.

Решение проблемы безреагентной подготовки и

очистки природных и сточных вод

Вода самое распространённое вещество на земле и в то же время на земле так мало пресных вод пригодных для питья. Воду широко использовали для искусственного орошения полей, водоснабжения, в качестве энергоносителя, что привело к строительству каналов, водяных двигателей, водопроводов. С физической и химической точки зрения вода представляет собой одно из самых сложных веществ, трудно выделяемых в чистом виде, и одно из немногих веществ, обладающих большим количеством аномальных физических и иных свойств. Дефицит пресной воды и её исключительная важность для жизненных, хозяйственных, производственных и иных процессов заставляет серьёзно думать об эффективной подготовке природных и очистке сточных вод, о переходе к полному водообороту на промышленных предприятиях, об очистке во многих регионах страны природных питьевых вод.

К перспективным методам подготовки природных и очистки сточных вод следует отнести методы дезинтеграции-активации, аэрации, электрогидродинамического воздействия на водные системы, методы привноса в эти системы иных видов энергий, более широкого применения методов озонирования очищенных и природных вод, то есть методы, к основным достоинствам которых относятся высокая эффективность, быстрота процесса, универсальность, обеспечивающая удаление растворённых и нерастворимых коллоидных примесей и микроорганизмов, возможность утилизации примесных компонентов сточных вод, концентрирующихся в пенопродукте (пеноконденсате) и камерных продуктах и простота применяемой аппаратуры.

Разработаны и испытаны технология, способ и устройство безреагентной подготовки и очистки природных и сточных вод.

В случае наличия в сточных водах твёрдой фракции предварительный этап включает две операции механической очистки на просеивающих поверхностях с последующей фильтрацией в вакуум-фильтрах. Но в ряде случаях достаточно в голове процесса установить бесприводное дуговое сито.

Для испытаний способа безреагентной комплексной очистки природных и сточных вод изготовлена опытно-экспериментальная установка и испытана в промышленных условиях на наиболее трудно очищаемых стоках: целлюлозно-бумажного и рыбоконсервного заводов (г. Томари, г. Холмск, г. Южно-Сахалинск Сахалинской области), свинокомплекса и бройлерной птицефабрики совхоз «Некрасовский» г. Хабаровск. Все анализы выполнялись лабораториями заказчиков и дублировались лабораториями санэпидстанций и Госкомприроды. При очистке стоков бройлерной птицефабрики в исходной воде были обнаружены бактерии сальмонеллеза. В очищенной воде следов бионики обнаружено не было. При очистке стоков свинокомплекса в исходных водах были обнаружены эмбрионы холеры. В очищенной воде их не было (табл.1-4).

Данный способ очистки природных и сточных вод уничтожает бактерии, микроорганизмы и всю вредную бионику стоков, повышает на порядок степень очистки воды по сравнению с существующими способами с обеспечением комплексности вывода примесей безреагентным, нехимическим путём. Эта очистка универсальна при применении, компактна при технической реализации, подчиняется полной автоматизации. Каждая предыдущая операция обработки воды является в некотором смысле катализатором успешного проведения последующих операций очистки, что обеспечивает практически полное удаление из очищаемых вод взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических соединений хлоридов, азота аммонийного, фосфатов, нитратов, нитридов, бионики, аммиака, железа, СПАВ, токсичных веществ, ядохимикатов, болезнетворных микробов, бактерий, вирусов, обеспечивает выполнение требований действующего ГОСТ 2874-73 по цветности, мутности, углероду суммарному, что определяет значительный экологический эффект.

Рис. 1. Возможная технологическая схема обработки и очистки сточных вод:

1,6,9,14,17,21,27,29-насосы; 2-приёмная ёмкость; 3-грохот; 4-дуговое сито;

5,19,20,25,28-фильт-ры; 7-ёмкость; 8-мех.активатор; 10-инжектор; 11-механический

аэротенк; 12,16-эл.флотомашины.; 13–18-обработка в магнитном и электрическом поле;

22 - инжектор;23-озонатор;24-смеси-тельная и отстойная колонны;26-ёмкость-зумпф.

Первый этап безреагентной очистки, включает (рис.1) последовательно выполняемые операции: обработку стоков в механическом аэротенке с выводом легко извлекаемых примесей, механическую дезинтеграцию-активацию стоков, электрохимическую очистку в электрофлотационных машинах с выводом примесей в виде пенного и камерного продуктов, электромагнитную коагуляцию и электромагнитную обработку воды. В зависимости от содержания и вещества примесей, степени сложности очистки механическую дезинтеграцию - активацию стоков можно заменить гидродинамической активацией при исключении в основном этапе электромагнитной обработки водных систем.

При втором этапе в зависимости от содержания и вещества примесей, степени сложности очистки механическую дезинтеграцию-активацию стоков можно заменить гидродинамической активацией при исключении в основном этапе электромагнитной обработки водных систем.

Таблица 1. Результаты очистки сточных вод целлюлозно-бумажного завода г.Томари

Сахалинской области по способу безреагентной комплексной очистки.

Параметры	Исходные стоки	После 1-й стадии	После 2-й стадии	После 3-й стадии	Очищенная Вода
Запах	Сильно смолистый	Слабо смолистый	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Окраска	Молочно- белая	Мутно-белая	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Прозрач- ность, см	Отсутст- вует	8	15	35	40
рН	6,2	7,0	8,9	9,0	9,1

Примечание: по просьбе заказчика обеспечена щелочная реакция.

Таблица 2. Результаты очистки стоков рыбоконсервного завода г. Холмск

Сахалинской области по способу безреагентной комплексной очистки.

Параметры	Исходные стоки	После 1-й стадии	После 2-й стадии	После 3-й стадии	Очищенная Вода
Запах	Тухлый	Рыбный	Сл.рыбный	Отсутствует	Отсутствует
Окраска	Красно-бур	Тем.-желт.	Св.-желт.	Желт.-я	Отсутствует
Прозрачн.	Отсутств.	6 см.	12 см.	16 см.	26 см.
Вз.вещ.мг/л	7432	202,8	72,6	15,6	6,4
рН	4,8	5,4	6,8	7,0	7,2
Кислорода	Отсутств.	Отсутств.	2,2 мг/л	7,2 мг/л	9,1 мг/л
БПК5,мгО2/л	6710,4	632,6	69,4	36,4	20,5
Окисля-ть	1640 мг/л	232,4 мг/л	184 мг/л	16 мг/л	5,4 мг/л
Нефтепрод.	89,6 мг/л	20,2 мг/л	0,36 мг/л	0,08 мг/л	0,05 мг/л
Масло рас.	36,0 мг/л	10,2 мг/л	5,0 мг/л	1,2 мг/л	Отсутств.
ХПК,мгО2/л	16880	1740	540,9	186,6	62,4
Хлориды (х)	12582 мг/л	10672 мг/л	967,4 мг/л	567,2 мг/л	235,1 мг/л

(х)- завод работает на морской воде.

Таблица 3. Результаты очистки сточных вод свинокомплекса совхоза «Некрасовский»

г. Хабаровск по способу безреагентной комплексной очистки.

Параметры	Исходные стоки	После 1-й стадии	После 2-й стадии	После 3-й Стадии	Очищенная Вода
Запах	Фекальный	Сл.фекальн.	Отсутств.	Отсутств.	Отсутств.
Окраска	Бурая	Желтая	Желтая	Св.желтая	Отсутств.
Прозрачность, см.	Отсутств.	11	13	15	25
Взвеш. вещества, мг/л	4678	28,6	11,6	7,2	3,1
Кислорода, мг/л	Отсутств.	1,4	3,8	9,6	12,0
БПК5, мг.O2/л	4620	46,8	33,2	20,5	13,8
Окисляемость, мг.О2/л	1682	10,3	8,6	5,4	4,3
Хлориды, мг/л	116,3	36,8	5,4	2,8	1,2
Азот аммонийный, мг/л	288,0	86,4	20,7	4,6	1,4
Фосфаты, мг/л	232,4	12,5	4,1	0,6	Отсутсв.
ХПК, мг.О2/л	13860	836	115,1	46,6	21,4
рН	6,8	6,8	7,0	7,0	7,2

Третий этап включает последовательное выполнение операций: электро - механическую и гидродинамическую активацию, электромагнитную коагуляцию, электромагнитную обработку и электрохимическую очистку стоков в электрофлотационных машинах с выводом трудно извлекаемых примесей в виде пенного и камерного продуктов.

Таблица 4. Результаты очистки сточных вод птицефабрики совхоза «Некрасовский»

г. Хабаровск по способу безреагентной комплексной очистки.

Параметры	Исходные стоки	После 1-й стадии	После 2-й стадии	После 3-й стадии	Очищенная Вода
Запах	Фекальный	Сл.фекальн.	Отсутств.	Отсутств.	Отсутств.
Окраска	Темн.серая	Св. желтая	Сл. желтая	Желтоватая	Отсутств.
Прозрачность, см.	Отсутств.	12	14	21	28
Взвеш. вещества, мг/л	511,0	8,0	2,1	1,2	0,2
Кислорода, мг/л	Отсутств.	4,6	4,8	10,7	12,1
БПК5, мг.O2/л	680,4	32,8	20,3	16,9	12,8
Окисляемость, мг.О2/л	212,2	5,1	4,2	2,6	1,8
Хлориды, мг/л	38,6	4,2	Следы	Следы	Отсутств.
Азот аммонийный, мг/л	45,2	10,5	8,0	4,1	0,8
рН	5,6	6,8	7,0	7,0	7,3

Четвертый этап включает обработку частично очищенной воды электрическим полем с разделением воды на кислую и щелочную, с последующей раздельной фильтрацией и объединением фильтратов в один поток для обеспечения нейтральной реакции. Осадок фильтров (извлеченные примеси) направляются на обезвоживание. Этот блок является вспомогательным для второго и третьего и позволяет доизвлечь примеси, оставшиеся в воде после обработки воды в первых трёх блоках.

Пятый этап (заключительный) осуществляет озонирование воды. При этом разрушаются, трансформируются, деградируют и выводятся в виде осадка наиболее трудно извлекаемые примеси, окисляются токсичные вещества и ядохимикаты до безвредных и простых соединений, чаще удаляемых в форме газа, вода подвергается дезинфекции, обеззараживанию, изменяется структура воды и вода насыщается кислородом. Контрольной операцией является фильтрация, окончательно удаляющая из очищенной воды примеси.

Все извлеченные примеси объединяются, направляются на обезвоживание и последующее уничтожение или утилизацию. Образующийся при этом фильтрат возвращается в голову процесса как исходные сточные воды в виде циркуляционного потока.

В зависимости от компоновочных решений в каждом конкретном случае решаются вопросы выбора транспортных средств и схем коммуникаций, а также целесообразность использования колонных или камерных машин и устройств.

Ценность и практическая значимость электрохимической очистки воды в том, что при электролизе протекает одновременно ряд физико-химических процессов, вызванных электрической обработкой водных систем, имеется возможность несложного выделения примесей и регулирования величины рН на всех стадиях и этапах обрабатываемой воды и стоков. Деструктивное окисление органических веществ на аноде часто сопровождается их полным распадом с образованием углекислого газа, воды, аммиака и других продуктов. Анодное окисление органических и неорганических веществ происходит с образованием более простых по составу нетоксичных продуктов. При этом хлориды разрушаются и удаляются по схеме: при электролизе воды хлориды интенсивно диссоциируют с образованием активного хлора и далее с выделением хлора как галогена, который выделяется в виде газа в атмосферу. Хлориды трансформируются в иные соединения и их содержание снижается до минимума. Возможно использование растворимых электродов из алюминия и железа для усиления коагуляции и степени извлечения примесей.

Озонирование является незаменимым способом окисления примесей и обеззараживания вод. Доза озона, необходимая для хода этих процессов, зависит от количества примесей, оставшихся в воде и от содержания в воде органических и неорганических примесей, от температуры воды, от величины активной реакции воды (рН). Этому способствует возможность регулировки величины рН. Обработка воды избыточным количеством озона не влечёт за собой никаких нежелательных последствий. Избыточный озон, будучи нестойким, превращается в кислород в течение нескольких минут.

Стоимость одного блока очистных сооружений зависит от производительности по исходным стокам и трудности очистки водных систем.

Способ безреагентной комплексной очистки природных и сточных вод основан на применении нетрадиционной механической, электромеханической и гидродинамической обработки водных систем, усовершенствованных методов электрофлотации и электрогидродинамической активации, озонирования и электроактивной фильтрации с также нетрадиционной предварительной глубокой механической очисткой обрабатываемых вод. Разработанный и запатентованный способ безреагентной комплексной очистки природных и сточных вод (патент РФ №2094394, 27.10.97 г. Бюл. № 30):

- не использует химические реагенты; не применяет дополнительных химических процессов и явлений; все химические превращения, трансформация и деградация примесей вызывается различными методами обработки вод и привнесением различных видов энергии в водные системы;

- не требует применения каких-либо веществ, как-то: измельченного кварца, вспененного полистирола, дробленных и измельченных активных твёрдых веществ, активных илов и пр.;

- не требует накопительных и прочих отстойных емкостей и бассейнов

- компактен при техническом исполнении, не требует больших площадей территории, не зависит от климатических условий; не зависит от колебаний содержания примесей в очищаемых водах; не сложен в регулировке и применим для всех видов и типов вод и стоков;

- обеспечивает глубокую и полную дезинфекцию вод; уничтожает все болезнетворные микробы, бактерии, одноклеточные и простейшие микроорганизмы, всю бионику, вредную для растений, животных и человека;

- обеспечивает максимальное насыщение кислородом очищенной воды; регулировку по рН очищаемой воды; глубокую и полную дезодорацию очищенных вод; подчиняется полной автоматизации.

Способ безреагентной комплексной очистки вод при техническом выполнении позволяет повысить степень очистки природных и сточных вод с обеспечением комплексности вывода примесей безреагентным, нехимическим путём. Эта технология универсальна и компактна при техническом выполнении, поддается полной автоматизации, обеспечивает полное удаление из очищаемых вод взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических соединений, хлоридов, азота аммонийного, фосфатов, нитратов, нитридов, цианидов, роданидов, бионики, железа,, марганца, кремниевой кислоты, СПАВ, обеспечивает выполнение требований действующего ГОСТ 2874-82* «Вода питьевая» по цветности, мутности, углероду суммарному, запахам и привкусам.

Данный способ может найти применение для очистки любых природных и сточных вод, для активации чистой воды и водных систем при их применении в гидрометаллургии, химической, фармацевтической, пищевой, строительной промышленности, в сельском хозяйстве, мелиорации и медицине.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований методов обработки водных систем достигнуты положительные и обнадёживающие результаты и получены авторские свидетельства и патенты на изобретения.

Предлагаемая технология, кроме очистки и подготовки воды к использованию, обеспечивает её активацию, что улучшает ход технологических, природных и жизненных процессов, а также обеспечивает улучшение условий жизнеобеспечения и обмена веществ в организмах растений, животных и человека.

Выполненные исследования и экспериментальные проработки позволили создать конструкции основного оборудования и приспособлений для проектирования, изготовления и строительства подготовительных и очистных сооружений любой производительности. Работы выполнены в содружестве с НПП «ЭНРОФ» г.Иркутск.

Литература

1. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В. Пути разработки способа безреагентной комплексной подготовки и очистки природных и сточных вод (материалы конференции). - Технико-экономические проблемы развития регионов. Научно-практическая конференция, Иркутск. 2005.

2. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В. Экспериментальная апробация и в промышленных условиях способа безреагентной очистки сточных и природных вод (материалы конференции). – Технико–экономические проблемы развития регионов. Научно-практическая конференция, Иркутск. 2005.

3. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В., Запов В.З. Безреагентная комплексная подготовка и очистка природных и сточных вод (материалы конференции). - Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств. Научно-практическая конференция посвященная 75-летию ИрГТУ, Иркутск, 2005.

4. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В. Способ безреагентной очистки природных и сточных вод и установка для его реализации (статья). - Научно-практический и учебно-методический журнал «Безопасность жизнедеятельности» №10. Москва. 2006.

5. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В., Куницын Ю.И. Современное состояние проблемы подготовки и очистки природных и сточных вод (статья). - Вестник Иркутского государственного технического университета №4. Иркутск. 2006.

6. Байбородин Б.А., Ястребов К.Л., Надршин В.В., Куницын Ю.И. Развитие и совершенствование методов и процессов подготовки и очистки природных и сточных вод (статья). - Научно-практический и учебно-методический журнал «Безопасность жизнедеятельности» №10. Москва. 2006.

8. Надршин В.В. К вопросу дезинтеграции-активации воды (статья). –Сборник статей «Поиск решения проблем выживания и безопасности Земной цивилизации» Иркутск, 2004.

9. Надршин В.В. Методы отстаивания и осаждения в очистке сточных и природных вод (статья). - Вестник Иркутского государственного технического университета №4. Иркутск. 2006.

12. Ястребов К.Л., Раздолькин В.Н. Способ очистки природных и сточных вод и установка для его осуществления. - /Пат. РФ №2094394.

13. Ястребов К.Л. и др. Дезинтегратор. - А.с. СССР №1560313.

14. Ястребов К.Л. и др. Дезинтегратор. - А.с. СССР №1716653.

15. Ястребов К.Л. и др. Дезинтегратор. – А.с. СССР №1161181.

16. Ястребов К.Л. и до. Дезинтегратор. - А.с. СССР №1560312.

17. Ястребов К.Л., Байбородин Б.А., Надршин В.В., Кычкин А.Е. Перспективные технологии и способы очистки вод (статья). - II Всероссийская школа-семинар молодых учёных. Обогащение руд. Иркутск, 2006.

18. Ястребов К.Л., Байбородин Б.А., Куницын Ю.И., Надршин В.В. Развитие теории и методов очистки природных и сточных вод. Монография. –Иркутск: Изд-во ИрГТУ.- 2007.

19. Ястребов К.Л., Байбородин Б.А., Куницын Ю.И., Надршин В.В., Собенников Н.Е. Совершенствование теории и практики подготовки и очистки природных и сточных вод. Монография. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ.- 2008.