Научный коллектив лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета предложил новый способ очистки промышленных сточных вод и питьевой воды от вредных, в том числе токсичных и горючих примесей, путем взрывного разрушения капель, сообщает пресс-служба ТПУ. Технология политехников позволит быстро и качественно очищать воду даже с очень высоким содержанием примесей. Это поможет не только снизить негативное антропогенное воздействие на окружающую среду, но и существенно экономить в процессе очистки воды на энергоресурсах. Последние результаты исследований опубликованы в International Journal of Thermal Sciences.

Как отмечают ученые, в мировой водный бассейн со стоками попадают миллионы тонн нефтепродуктов, тяжелых металлов, пестицидов и других опасных веществ. Сброс таких стоков без предварительной обработки является недопустимым, поскольку многие загрязняющие компоненты губительны для экосистемы.

«По данным ООН, дефицит пресной воды на планете уже составляет 230 млрд м³/год. Более 1,8 млрд человек в качестве питьевой используют загрязненную воду. К 2030 году 47 % мирового населения будут жить под угрозой водного дефицита. В таких условиях развитие эффективных технологий нейтрализации вредных примесей, в первую очередь промышленных стоков, является особенно важным», — описывает проблему руководитель научного коллектива, профессор ТПУ Павел Стрижак.

Предлагаемая томскими политехниками технология термической очистки воды с использованием эффектов взрывного дробления капель позволит очищать воду качественно и сравнительно недорого.

Процесс очистки производится в несколько стадий. Сначала исходную загрязненную воду преобразуют в эмульсии и суспензии. Для создания эмульсий в воду добавляют жидкости, нерастворимые в воде, а для суспензий — твердые вещества, которые распределяются в воде в виде мельчайших частиц во взвешенном состоянии. Далее такие эмульсии и суспензии впрыскиваются в специализированную нагревательную камеру, в которой каждая капля, содержащая примеси, нагревается до относительно невысоких температур — 300–500 ºC. При нагревании возникает перепад давления на границе разнородных компонентов капли (в эмульсии — двух жидкостей, а в суспензии — жидкости и твердых частиц). Перепад давления приводит к взрывному разрушению межфазных границ. Из исходной родительской капли образуется аэрозоль — множество капель, некоторые из которых при нагревании тоже взрываются и измельчаются. Эти процессы протекают в виде цепных реакций. Таким образом ученым удается быстро разделить примеси и воду.

«При нагревании вода испаряется, негорючие примеси выпадают в осадок, а горючие — выгорают. Затем водяной пар конденсируется и мы получаем очищенную воду, которая может быть повторно использована, например, для технологических нужд, — объясняет Павел Стрижак. — В промышленных масштабах такая термическая очистка может производиться в теплообменных камерах различной конструкции при использовании разных греющих сред, например, в контактных теплообменных аппаратах. Такие установки конструктивно похожи на сушильные аппараты с распылительными насадками или на контактные водонагреватели. Для очистки сильно загрязненной воды можно использовать огневой метод с применением топливных горелок».

Преимущества метода заключаются в том, что он позволяет эффективно удалять из воды химически агрессивные, токсичные и горючие примеси.

«По сравнению с известными достижениями зарубежных исследователей нам удалось реализовать устойчивое взрывное дробление капель именно для группы существенно неоднородных по составу и по структуре жидкостей. Полученные результаты являются основой для разработки технологии очистки воды при малых затратах времени и энергии», — подчеркивает профессор ТПУ.

Этот метод можно будет использовать для очистки технологических вод на промышленных предприятиях (химия, нефтехимия, металлургия, целлюлозно-бумажное производство и другие), поскольку он экономически оправдан при сочетании нескольких загрязняющих примесей. Также технология позволит использовать вторичные энергоресурсы. Например, тепло дымовых газов функционирующей на территории промпредприятия котельной можно будет утилизировать в водоочистной установке.

Отметим, на экспериментальные и теоретические исследования эффекта взрывного измельчения капель воды с различными примесями ученые ТПУ получили грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых и докторов наук (МД-1221.2017.8).

«Также нашим научным коллективом подана заявка на конкурс проектов фундаментальных научных исследований, проводимый Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) и администрацией Томской области. В рамках реализации этого проекта мы планируем провести цикл исследований и оценить перспективу применения нашей технологии по очистке сточных вод для предприятий Томской области», — заключает Павел Стрижак.