Инновации в развитии систем водоотведения. Новые технологии очистки воды. Промышленные и сточные воды

2005–2015 годы объявлены ООН международной декадой «Вода для жизни». Один из путей обеспечения потребности в чистой воде - внедрение методов гидроволновой очистки жидких сред, который представляет Северо-Западный международный центр чистых производств. Рассказать об этой инновационной технологии мы попросили генерального директора Центра - Александра Александровича Старцева.

Александр Александрович, в чем заключается суть метода гидроволновой очистки?

Гидроволновой метод - это авторское ноу-хау, не имеющее аналогов в мировой практике. Его главное отличие - в отказе от традиционных способов нагрева жидкости и использовании вместо них механических и частотных воздействий (термодинамических циклов). Применение привычных теплообменных систем сопровождается образованием различных отложений - «накипи», новая технология лишена этого недостатка.

Сам же метод заключается в следующем: при прохождении жидкого потока через гидродинамический теплогенератор возникает эффект обтекания «плохо обтекаемого тела». В результате в жидкости образуются содержащие вакуум пустоты, внутри которых идет процесс парообразования. Причем идет он при температуре гораздо ниже 100 °C (например, при 30 °C), за счет этого экономится значительное количество энергии.

Дополнительное высокочастотное воздействие вызывает эффективную термоокислительную реакцию, которая приводит к разрушению молекул загрязняющих веществ, в том числе сложных органических соединений и тяжелых металлов.

Посредством контактных теплообменных процессов идет интенсивное парообразование с последующей конденсацией. В результате образуются чистая дистиллированная вода и влажный иловый осадок, имеющий по российской классификации IV класс опасности. При этом исходные сточные воды могли иметь I - II классы опасности. То есть токсичность отходов существенно снижается, и из жидкой фазы они переходят в твердые шламы.

А что происходит с загрязненной водой при использовании традиционных методов очистки?

Скажем, в результате применения обратного осмоса объем очищенной воды составляет лишь 35–40 % от исходного количества стоков, остальное - концентрированный жидкий высокоактивный «рассол». Гидроволновой же метод позволяет превратить почти всю имеющуюся в стоках воду в дистиллят и вновь использовать в производстве. При этом энергоэффективность нового метода - вне всякой конкуренции: например, на очистку кубометра сточных вод нефтеперерабатывающего завода потребуется лишь около 3 кВт час.

Кроме того, обратный осмос - довольно капризная и «тонкая» технология, она требует постоянного внимания квалифицированных специалистов. Если очищаемый поток неоднороден, то оборудование может просто отказать. Гидроволновой метод позволяет избежать этого.

Где может применяться гидроволновой метод очистки?

Установки, использующие этот принцип, могут использоваться в автономных модульных системах жизнеобеспечения, для опреснения и очистки воды от различных химикатов и тяжелых металлов в водопроводно-канализационном хозяйстве, для уничтожения полихлорбифенилов и пестицидов. Кроме того, они станут идеальным решением для очистки промышленных стоков и удаления нежелательных примесей из сырой нефти и жидкого топлива в нефтегазоперерабатывающей промышленности, для очистки различных емкостей и трубопроводов, для обезвреживания токсичных веществ и жидких радиоактивных отходов, утилизации отработанных ГСМ. Наконец, с их помощью можно готовить модифицированную водотопливную эмульсию. Она может использоваться как топливо для автономных электрогенераторов очистных установок, также мини-ТЭЦ контейнерного типа.

Основные преимущества гидроволнового метода очистки жидких сред Жидкая среда нагревается и испаряется не через теплообменную поверхность, а за счет высокочастотного механического воздействия на жидкость. Все тепло конденсации пара может быть использовано для нагрева и испарения исходной жидкой среды. В результате высокочастотных воздействий происходит разложение органических молекул на безвредные простые компоненты. Технология на основе гидроволнового метода не требует водоподготовки. Возможно сочетание гидроволнового метода с использованием нанотехнологий, в частности, экологически нейтральных наноматериалов на углеродной основе. Имеется возможность осуществления звукохимических реакций, при которых соосаждение элементов и их изотопов из очищаемого потока может стать более эффективным. Процесс отличается малым энергопотреблением. Опасные отходы при использовании метода не образуются. Создаваемое на основе данного метода оборудование отличается надежностью, долговечностью и простотой эксплуатации. Кроме того, контейнерное исполнение установок позволяет избежать значительных капитальных затрат и эксплуатировать оборудование «прямо с колес».

- Расскажите об оборудовании, использующем гидроволновой метод.

Разработчиком и создателем опытно-промышленного оборудования является московский научно-производственный центр «ТЭРОС–МИФИ», руководит которым В. С. Афанасьев. 24 июля 2008 года инновационные разработки компании были представлены Президенту Российской Федерации Д. А. Медведеву и заслужили его высокую оценку. Также компанию «ТЭРОС–МИФИ» поддерживают Совет Федерации и Правительство России.

В марте 2010 года сборочный участок компании «ТЭРОС–МИФИ» посетил Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл. Он с интересом ознакомился с инновационными разработками и благословил начало реализации демонстрационного проекта «Ковчег». Проект подразумевает создание искусственного биосферного объекта с автономными системами жизнеобеспечения на основе гидроволновых технологий.

Области эффективного применения технологий на основе гидроволнового метода: очистка сточных вод различных промышленных, сельскохозяйственных предприятий и сферы ЖКХ любой степени загрязнения; удаление из сточных вод органических веществ, вызывающих «цветение» водных объектов (образование сине-зеленых водорослей); очистка промышленных стоков и подземных вод, загрязненных мышьяком и другими токсичными веществами; очистка ливневых стоков, инфильтрата полигонов и свалок отходов для защиты от загрязнения водоемов, рек и морей; очистка и опреснение морской воды, обезжелезивание, обессоливание природных вод различной степени загрязнения; очистка подземных и поверхностных источников водоснабжения от высокомолекулярных химических загрязнителей (метилтредбутилового эфира, стойких органических загрязнителей, полиароматических углеводородов и т. д.); обезвреживание несжигающим способом стойких органических загрязнителей, химических реактивов и отравляющих веществ; очистка промстоков в процессе нефтегазопереработки, а также очистка сырой нефти и нефтепродуктов от серы и других нежелательных примесей; удаление нефтешламов и остатков различных химических веществ в танках, цистернах, емкостях, трубопроводах; очистка токсичных промстоков в текстильной и кожевенной промышленности; очистка воды от высокосолевых жидких радиоактивных отходов; создание модифицированных водотопливных эмульсий; утилизация отработанных горюче-смазочных материалов путем создания стойких водотопливных эмульсий и последующего высокотемпературного их сжигания с одновременным получением энергии; создание высокоэффективного оборудования для производства биотоплива, например этанола, из отходов лесозаготовки и деревообработки, для очистки стоков ЦБК; создание экономичного вспомогательного оборудования для агропромышленного сектора.

Как уже было сказано выше, оборудование на основе гидроволновых технологий отличается низким энергопотреблением, температурный режим его работы не превышает 100 °С. Расходные материалы (фильтры, мембраны, ионообменные смолы, сорбенты, химические реагенты и т. д.) не требуются. Производительность одного модуля с линейными размерами 10х3х3 метров - до 50 кубометров очищенных стоков или опресненной воды в час (за сутки - железнодорожный состав из 20 цистерн). По существу, это мини-завод по производству дистиллята из морской воды, пресной воды любой степени загрязнения, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков.

Насколько успешно идет внедрение нового оборудования?

В 2002 году была создана и направлена в Саудовскую Аравию опытная установка по очистке и опреснению морской воды производительностью 1 м³ в час. С 2004 года на одном из государственных объектов в Московской области работает установка по очистке артезианских вод производительностью 50 м³ в час. Установка очистки артезианских вод скважин производительностью 3 м³ в час отправлена в Республику Коми на ОАО «Северная нефть». В Нижегородской области на аккумуляторном заводе в г. Бор запущена установка по обезжелезиванию воды производительностью 7 м³ в час.

По линии государственного заказа на основе гидроволнового метода создана установка для обезвреживания отравляющих химических веществ и реакционных масс. Разработана и успешно испытана опытная установка по очистке низкоактивных жидких радиоактивных отходов для предприятий атомной промышленности.

В рамках международной программы запущены шесть установок кавитационной подготовки смеси отравляющих веществ и сточных вод для уничтожения в плазменной печи.

Кроме того, проведены эксперименты по улучшению качества каспийской нефти (удалению серы и других нежелательных примесей) и по понижению температуры замерзания нефти (с +8 до –15 °C).

Получены лицензии на проектирование и производство оборудования для ядерных установок. Изготовленные водоочистные установки имеют все необходимые сертификаты и акты ввода в эксплуатацию. Разработки, в которых используется гидроволновой метод, защищены 15 российскими и зарубежными патентами.

Судя по всему, новая технология представляет интерес как для России, так и для других стран. Каким образом может быть организовано международное сотрудничество в области внедрения гидроволнового метода очистки?

Наиболее приемлемым вариантом такого сотрудничества является инициирование международного проекта под эгидой Организации Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО). Заинтересованные стороны договариваются на межправительственном уровне. С российской стороны переговоры ведет Росприроднадзор - Федеральная служба по надзору в сфере природопользования, которая входит в структуру Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации. В процессе переговоров определяются предмет проекта, сроки его реализации, ожидаемый результат, участвующие партнеры и доноры. После этого стороны обращаются в Секретариат ЮНИДО и подписывают необходимые соглашения.

В процессе реализации проекта создается инновационное опытно-промышленное оборудование, которое проходит испытания в странах - участницах проекта. Затем принимается решение о масштабном промышленном производстве и при необходимости с помощью ЮНИДО готовятся условия для дальнейшего продвижения оборудования.

Редакция «ЮНИДО в России»

Источники:

www.unido-russia.ru/archive/num1/art14/

www.newsland.ru/News/Detail/id/551725/

Тюмень ждет революция. В системе водоснабжения и водоотведения города. Ее радикально модернизируют к 2031 году. Будет осуществлен переход на подземные источники водоснабжения. Для этого построят новый подземный водозабор, а Метелёвская водоочистная станция, которая сейчас использует воду из реки Туры, будет полностью модернизирована и перестроена под очистку подземной воды. Глобальная реконструкция ждет и очистные сооружения канализации. Она уже начата и коснется всех этапов очистки стоков — появятся дополнительные блоки, увеличится мощность сооружений. Кроме того, планируется создать общесплавную систему водоотведения в городе, что поможет решить вопрос с развитием системы ливневой канализации. Об этом на Межрегиональной научно-практической конференции молодых специалистов группы компаний «Росводоканал» рассказал заместитель главы администрации города Тюмени Павел Перевалов.

Колоссальный объем строительства новых объектов водоснабжения и водоотведения города Тюмени, сопоставимый с объемом уже существующей инфраструктуры, будет выполнен компанией «Тюмень Водоканал», которая входит в состав группы компаний «Росводоканал».

«Тюмень – уникальный город, который имеет долгосрочную стратегию модернизации систем водоснабжения и водоотведения, подкрепленную практическим документом, который содержит в себе финансово-экономическое обоснование, возможности реализации всех планов, — сказал Павел Перевалов. — Тюмень, чуть ли не единственный город в России, где эта стратегия имеет конкретное финансовое и экономическое подкрепление в виде концессионного соглашения».

Он также отметил, что наш город, наверняка, станет площадкой для внедрения современных технологий и подходов к работе в области водоснабжения и водоотведения. Молодые специалисты предлагают огромное количество инноваций, которые призваны улучшить качество водоочистки и, в целом, сделать процессы водоснабжения, водоотведения, а также очистки стоков, и функционирования компании более эффективными.

«Я уверен, что все представленные проекты будут востребованы, — выразил мнение Павел Перевалов, — Потому что, то количество мыслей, свежих, интересных инновационных, которые нам сегодня необходимы, чтобы двигаться вперед, здесь очень много. Может быть, и на этой конференции будут найдены какие-то первые мысли, зачатки новых технологий и подходов. А уже лет через 10-15 мы будем понимать, что вот как раз на таких конференциях молодых специалистов и рождалась та первая, робкая мысль, которая в итоге позволит применить конкретную технологию, бьющую точно в цель решения той или иной проблемы».

Важность мероприятия, в рамках которого молодые специалисты озвучивают свои идеи, направленные на оптимизацию деятельности ресурсоснабжающих организаций, отметил и заместитель губернатора Тюменской области Вячеслав Вахрин.

«Наш город становится центром притяжения для молодых талантов, работающих в сфере водоснабжения и водоотведения. Вероятно, в силу того, что в Тюмени всегда большое количество практических дел, на основе которых можно и поэкспериментировать, и порассуждать, и двигаться дальше. Молодые и пытливые умы рождают новые прогрессивные подходы и технологии. Важно, что в этих дискуссиях и обсуждениях рождается и выкристаллизовывается то, что потом ложится в основу практических действий, в том числе в рамках партнерства региона и группы компаний «Росводоканал», — пояснил Вячеслав Вахрин. — В прошлом году мы лишь обсуждали планы по заключению концессионного соглашения в сфере водоснабжения и водоотведения, а сейчас мы уже в нем живем. Это одно из самых крупных концессионных соглашений в стране. С объемом инвестиций — более 22 миллиардов рублей, предусматривающих масштабное строительство сетей и сооружений. В результате тюменцы будут получать качественную и надежную услугу водоснабжения и водоотведения».

Межрегиональная научно-практическая конференция молодых специалистов группы компаний «Росводоканал» — мероприятие ежегодное, в рамках которого сотни молодых ученых делятся своими идеями и наработками, поднимают острые проблемы и предлагают их решения. Нередко, озвученные здесь идеи впоследствии внедряются в практику.

«Идея проведения такого важного для всей отрасли мероприятия принадлежит тюменскому водоканалу, впервые молодые инноваторы в сфере водоснабжения и водоотведения встретились в Тюмени в 2012 году, — рассказала Марина Александрова, директор по персоналу компании «Тюмень Водоканал» (группа компаний «Росводоканал»), курирующая организацию этого мероприятия в нашем городе, — ежегодно для участия в конференции в каждом из городов присутствия группы компаний «Росводоканал», выбирают лучшие проекты. За несколько лет проведения научно-практической конференции десятки идей молодых специалистов были реализованы и большинство из них заслужили признание на федеральном уровне».

В этом году в конференции принимают участие победители региональных этапов из 6 крупных городов России: Краснодара, Воронежа, Омска, Барнаула, Оренбурга, Тюмени, а также представители из Москвы и малых городов Тюменской области. Их проекты рассчитаны как на применение новых технологий в области очистки воды и стоков, так и внедрения новых подходов, в частности – мобильных приложений, позволяющих сделать общение с клиентами еще более эффективным. Поднимаются вопросы введения новых коммерческих услуг и энергоэффективных технологий.

Вот несколько тем, предложенных молодыми учеными к обсуждению: «Интенсификация процессов биологической очистки путем применения биозагрузки» (Барнаул), «Технология благоустройства после проведения аварийно-восстановительных работ» (Омск), «Утилизация снежных масс с использованием тепловой энергии сточных вод системы водоотведения» (Тюмень), «Энергосберегающие технологи в производственном процессе» (Воронеж), «Продажа доочищенной воды» (Воронеж), «Программа лояльности Water Баллы» (Омск), «Коммерческий отпуск воды с использованием автоматизированной водоразборной колонки» (Омск), «Легализация использования ГИС на мобильных устройствах для эффективной работы аварийных бригад» (Барнаул), «Антимонопольный комплаенс как мера предупреждения антимонопольных рисков» (Тюмень), «Интеллектуальная система информирования о задолженности» (Краснодар), «Создание лаборатории по поверке приборов учета на базе ООО «Тюмень Водоканал»», «Увеличение внетарифной выручки за счет лабораторных услуг» (Омск), «Оптимизация учета запасов как эффективный инструмент управления издержками на предприятиях ВКХ» (Тюмень), «Экономия бюджета за счёт перевода автопарка на компримированный природный газ» (Оренбург), «Повышение эффективности производственных процессов за счет использования мобильных решений» (Тюмень).

Как уточнили в пресс-службе «Тюмень Водоканала», защита проектов молодыми специалистами проходит по трем направлениям -«Производство и технологии, организация производственных процессов», «Экономика и финансы, коммерция, маркетинг», а также «Поддержка бизнеса». Представленные на конференции проекты, получат экспертную оценку и могут стать основой новых технологических и бизнес-решений как на региональных предприятиях, так и в масштабах страны.

На долю бытового, коммунального и промышленного потребления приходится менее одной пятой объема водопользования во всем мире, и всего лишь 5% в Африке, Центральной Америке и Азии. Большой дефицит имеется в развивающихся странах, где более 1 миллиарда человек лишены доступа к чистой воде, и гораздо большее число людей зависят от ненадежных источников снабжения. Неравенство также наблюдается и при распределении воды: бедное городское население получает ее из ненадежных и низкокачественных источников, чрезмерно переплачивая поставщикам. Спросу городского населения зачастую отдаются большие предпочтения по сравнению с потребностями сельских районов.

Между промышленно развитыми и развивающимися странами существуют различия как в характере проблем, так и в вариантах водоснабжения.

В промышленно развитых странах расход воды, как правило, выше, спрос умеренный, а основное внимание уделяется снижению потребления и более рациональному водопользованию в целях предотвращения необходимости подключения новых источников снабжения или же общего снижения их количества.

В развивающихся странах низкий уровень объема снабжения сопряжен с высоким спросом, основное внимание сосредотачивается на поиске новых источников воды. Повсеместно наблюдается низкая эффективность существующих систем водоснабжения и неудовлетворительная организация управления. Доступа к водоснабжению лишена большая часть бедного городского населения и неимущих слоев.

Истощение источников воды вызывает ухудшение качества последней как в развитых, так и в развивающихся странах.

Существует целый ряд возможностей для удовлетворения самых разнообразных потребностей в водоснабжении. В развивающихся странах приоритетами являются расширение области предоставления водоснабжения в городских и сельских районах, а также восстановление источников снабжения водой городских территорий.

Регулирование спроса

Регулирование спроса приобретает все более широкое распространение во многих промышленно развитых странах. Его потенциал по снижению потребления прямо пропорционален преобладающему уровню водопользования. Регулирование спроса обладает большими возможностями в Соединенных Штатах, где средний уровень потребления на человека составляет около 400 литров в день. В развивающихся странах этот показатель, как правило, ниже. Тем не менее эта ситуация существенно отличается в разных странах, и у наиболее интенсивных водопотребителей также есть потенциал для экономии. В Нью-Дели, к примеру, диапазон ежедневного потребления водопроводной воды на семью разнится от 700 литров на семью с низким уровнем дохода до 2200 литров для богатых. Тарифы преимущественно субсидируются за счет государства, и для экономии потребления воды остается мало стимулов.

Расход воды на стирку и санитарно-гигиенические цели составляет значительную долю от потребления воды в бытовом и промышленном секторе. Необходима выработка стандартов, нормативов и санкций для продвижения водосберегающих технологий, в том числе для производителей бытовых устройств и оборудования, а также выплата субсидий потребителям, которые решают перейти на водосберегающие устройства. В Дании за 10 лет потребление воды на душу населения упало на 24% за счет широкого распространения водосберегающих технологий, в том числе для туалетов, душевых и стиральных машин.

Во многих регионах мира, включая Соединенные Штаты, Южную Африку и Европу, блочные тарифы с низким уровнем оплаты за расход воды и прогрессивным ее ростом по мере повышения уровня потребления оказались успешной мерой для сдерживания или снижения спроса на воду. Для их эффективности крайне важно внедрять дешевые, но эффективные счетчики расхода воды.

Альтернативные источники водоснабжения

Уровень водопотерь от протечек, нелегальных подключений и проблем с замерами по-прежнему остается высоким. В азиатских городах на него приходится 35-40% от общего объема водоснабжения, а в отдельных городах этот показатель доходит до 60%. Стабилизация и снижение потерь в трубопроводных системах может помочь улучшить сферу водоснабжения. К примеру, данные по Великобритании свидетельствуют о снижении ежесуточного душевого потребления воды на 29 литров в результате введения властями обязательного профилактического осмотра, позволяющего обнаружить протечки. Реализация этой программы и другие меры по рациональному водопользованию привели к тому, что рассмотрение планов строительства новой плотины в Йоркшире было решено отложить.

Сбор дождевой воды с помощью емкостей на крышах, резервуаров и других методов является эффективным способом бытового водоснабжения.

Врезка 5.6: Сбор дождевой воды в городах приобретает все большее распространение

В Германии существуют специальные субсидии, которые стимулируют жителей сооружать емкости для сбора дождевой воды и использовать затем профильтрованную воду. Из-за экономии на ежемесячных расходах за водоснабжение и благодаря другим льготам вложенные в сбор дождевой воды средства окупаются за 12 лет. В Токио (Япония) водоснабжение 70% всех туалетов в «Риогоку Кокугкан» — здании для проведения схваток борцов сумо — обеспечивается запасами дождевой воды.

Еще одним существенным источником может быть рециркуляция сточных вод. К 1999 году в области залива Сан-Франциско в Калифорнии вторично использовалось большое количество сточных вод — достаточное, чтобы удовлетворить потребности 2 млн человек. К 2020 году планируется обеспечить таким образом потребности уже 6 млн человек. В сельском хозяйстве используется 32% такой воды, 27% идет на пополнение запасов подземных вод, 17% — на поддержку орошения земельных участков, 7% — на нужды промышленности. Оставшаяся часть расходуется на экологические и иные цели.

В качестве решения проблемы дефицита воды на местах часто предлагается вариант ее переброса между речными бассейнами. Последствия таких действий требуют тщательного изучения, особенно в тех случаях, когда не предусмотрен возвратный сток в бассейн, как это происходит при других методах водозабора.

Благоприятствующие факторы

Как и в случае с другими секторами, крайне важно применение политических, институциональных и организационных реформ для реализации регулирования спроса и поиска альтернативных решений в области водоснабжения. В число инициатив входит следующее:

• в Великобритании, Соединенных Штатах и Австралии выдача лицензий на новый водозабор предусматривает обязательное изучение всех экономически оправданных предложений в области регулирования спроса;
• эффективность управления является основой для рационального водопользования и улучшенного планирования, но единого для всех ситуаций метода руководства со стороны государства или частного сектора не существует. Для улучшения эффективности работы государственных органов необходимо усиление институциональных полномочий и ответственности за принятые решения;
• в целях сохранения доступа к водоснабжению необходимо введение эффективных законодательных механизмов и приемлемой оплаты для бедных слоев населения городских и сельских районов.

В МТИ разработали робота для поиска утечек в трубах

Cовременные системы водоснабжения теряют в среднем 20% воды из-за утечек. Они не только ухудшают качество водоснабжения, но также могут нанести серьезный ущерб зданиям и дорогам, размывая фундаменты. Системы обнаружения утечек стоят дорого и медленно работают: они плохо справляются там, где установлены трубы из дерева, глины или пластика, из которых состоит большинство систем водоснабжения в мире.

Исследователи (МТИ) пытаются решить эту проблему. По словам ученых, новая система способна быстро и дешево искать даже крошечные утечки, независимо от материала, из которого изготовлены трубы. Разработка и тестирование такой системы заняли девять лет — все это время над ней трудился профессор машиностроения Камаль Юсеф-Туми (Kamal Youcef Toumi) и его команда PipeGuard. Ученые готовы представить результаты своего труда на предстоящей Международной конференции IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS) в сентябре.

Летом 2017 года команда проводит испытания на 12-дюймовых бетонных водораспределительных трубах в городе Монтеррей, Мексика. В этом городе администрация разрешила провести испытания не случайно - каждый год Монтеррей теряет около 40% воды из-за утечек, а ущерб в виде упущенной выгоды оценивают в примерно 80 миллионов долларов. Вместе с этим утечки приводят к общему загрязнению воды, поскольку утекшая вода иногда возвращается в распределительные трубы.

В системе используется небольшой резиновый робот, который внешне похож на волан для бадминтона. Устройство можно внедрить в систему подачи воды через любой пожарный гидрант. Там оно пассивно плывет по течению, регистрируя свое местоположение по мере продвижения. Параллельно робот обнаруживает даже небольшие изменения давления, измеряя его величину с помощью резиновой «юбки», которая заполняет собой диаметр трубы.

Затем устройство извлекается сетью из другого гидранта, данные анализируют. При этом не нужно ничего копать или даже прерывать водоснабжение. Помимо пассивного робота, который движется по трубе, влекомый силой воды, команда ученых разработала активную версию, которая может контролировать собственное движение.

PipeGuard намерена коммерциализировать свою роботизированную систему обнаружения утечек, чтобы сократить общие потери. Например, в Саудовской Аравии, где большая часть питьевой воды обеспечивается за счет дорогих опреснительных установок, около 33% теряется из-за утечки. И первые полевые испытания в начале 2017 года прошли именно там.

Компания Pipetech LLС, обслуживающая трубопроводы в Аль-Хобаре, предоставила для эксперимента ржавый отрезок трубы длиной около 1,6 км и диаметром 2 дюйма. Эта трубопроводная система часто используется для проверки и сертификации новых технологий. Испытания роботов в трубах с изгибами и Т-образными соединениями предполагали создание искусственной утечки для демонстрации возможностей системы.

В ходе этого эксперимента робот успешно обнаружил утечки и отличил их от ложных сигналов, вызванных изменениями давления или размера трубы, шероховатостями или ориентацией трубы в пространстве. Тесты проводили 14 раз в течение трех дней, и каждый раз, по словам члена команды PipeGuard, аспиранта Ю Ву (You Wu), проходили успешно. Более того, робот обнаружил крошечную утечку, которая составляла около 3,5 литров (галлона) в минуту, что на одну десятую меньше минимального размера, который стандартные методы обнаружения в среднем могут определить.

После полевых испытаний в Монтеррее команда планирует создать более гибкую складную версию своего робота, которая может быстро адаптироваться к трубам разного диаметра. Например, трубопроводная система Бостона представляет собой «микс» из 6-, 8- и 12-дюймовых труб. Многие из них устанавливались так давно, что в городе нет точных данных об их точном местоположении. Новая версия робота сможет раскрываться, как зонтик, и работать в трубах разного диаметра.

По словам исследователей, значение робота не только в том, чтобы сократить потери воды, но и в обеспечении более безопасного и надежного водоснабжения. Способность роботизированной системы обнаруживать мельчайшие утечки позволит проводит своевременные ремонтные работы задолго до действительно серьезной аварии. Более того, роботов можно использовать как в водопроводных трубах, так и в других системах распределения, например, природного газа.

Такие трубы тоже зачастую стары и не отмечены на картах. В них может накапливаться газ, что приводит к серьезным взрывам. Однако утечки в газопроводе обычно трудно обнаружить до тех пор, пока они не станут достаточно большими, чтобы человек мог чувствовать запах добавленных одорантов. Фактически система МТИ изначально была разработана для обнаружения этих утечек, а впоследствии адаптирована для водопровода.

PipeGuard надеется, что в конечном счете робот будет не просто искать утечки, но и получит специальный механизм, с помощью которого можно ремонтировать небольшие утечки на месте.

Полторацких Святослав

Пресная вода является самым ценным элементом жизни на Земле. Она крайне необходима для удовлетворения самых элементарных потребностей человека, здравоохранения, производства продуктов питания, выработки электроэнергии и поддержания региональных и глобальных экосистем. П о данным ЮНЕП, Россия обладает третьей частью всех мировых запасов пресной воды. Однако водные ресурсы распределены неравномерно: 80% населения России живет там, где сосредоточено всего 8 % воды. К тому же, с каждым годом обостряется дефицит экологически чистой воды, ухудшается ее качество. В этой работе описаны современные методы очистки воды, а так же другие современные экологичные методы в водоснабжении и водоотведении.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Современные экологичные технологии в водоснабжении и водоотведении.

Пресная вода является самым ценным элементом жизни на Земле. Она крайне необходима для удовлетворения самых элементарных потребностей человека, здравоохранения, производства продуктов питания, выработки электроэнергии и поддержания региональных и глобальных экосистем. Хотя 70 процентов поверхности Земли покрыто водой, лишь незначительная ее часть - 2,5 процента - это пресная вода, 70 процентов которой - это ледники. Остальная вода присутствует в качестве почвенной влаги. В результате, человек может пользоваться лишь менее 1 процента ресурсов пресной воды мира.

Россия обладает, по данным ЮНЕП, третьей частью всех мировых запасов пресной воды. Однако водные ресурсы распределены неравномерно: 80% населения России живет там, где сосредоточено всего 8 % воды. К тому же, с каждым годом обостряется дефицит экологически чистой воды, ухудшается ее качество.

Современная экологическая ситуация способствует более широкому использованию современные технологии в очистке воды.

К ним относятся:

1. озоносорбция - озонирования с последующей сорбционной очисткой на фильтрах с гранулированным активированным углем. Этот метод очистки показал значительное повышение эффективности очистки воды по органическим загрязнениям, снижение концентрации хлорорганических веществ, остаточного алюминия и запахов в питьевой воде.
2. мембранные технологии.

В мировой практике питьевого водоснабжения мембранные технологии в последние годы начинают занимать лидирующее положение благодаря универсальной способности повышать эффективность очистки по многим группам загрязнений, включая показатели эпидемической безопасности воды. Интерес к мембранным технологиям связан также с обеспечением максимальной компактности и автоматизации при минимуме вводимых в воду химических реагентов и гарантии высокой надежности функционирования сооружений.

Современные мембраны демонстрируют бесспорную эффективность и универсальность в очистке воды от различных видов загрязнений. Главной чертой современных мембранных технологий является их «экологическая» чистота - отсутствие потребляемых реагентов и, соответственно, опасных для окружающей среды сбросов и осадков, создающих проблему их утилизации.

Существуют технология нанофильтрации и ультрафильтрации .

Мембранные процессы ультрафильтрации и нанофильтрации давно привлекают внимание специалистов по водоснабжению благодаря своей «универсальности» - возможности одновременного удаления ряда загрязнений различной природы: биологических (бактерий и вирусов), органических (гуминовых кислот и др.), коллоидных, взвешенных, а также растворимых в ионном виде. Различия в мембранных процессах состоят в уровне очистки воды, зависящем от размера пор мембран.

Технология нанофильтрации которые известна достаточно давно и уже начинает применяться в питьевом водоснабжении благодаря эффективному снижению содержания органических соединений и железа, а также жесткости. Метод нанофильтрации уже широко применяется для очистки поверхностных и подземных вод, в том числе и на крупных городских сооружениях (например, на станциях в Париже - 10000 м 3 /ч и Нидерландах - 6000 м 3 /ч).

Однако применение ультрафильтрационных мембран (с размером пор 0,01-0,1 мкм) имеет весьма ограниченную область применения и не универсально при очистке вод различного состава. Поэтому в схемах очистки воды ультрафильтрация используется в сочетании с другими технологиями (коагуляционной и окислительно-сорбционной). Главными достоинствами ультрафильтрации является очень высокая удельная производительность и возможность проведения промывки мембран обратным током для удаления с мембран загрязнений.

Таким образом, пытаются создать тенологии, сочетающей эффективность нанофильтрации и простоту ультрафильтрации .

Для определения эксплуатационных характеристик мембранных схем с использованием аппаратов обратного осмоса и нанофильтрации разработана специальная компьютерная программа.

Описанные технологии применяются при разработке:

1. Систем очистки воды для централизованного водоснабжения.
2. Систем очистки воды для микрорайонов и комплексов промышленных и торговых зданий;
3. Систем улучшения качества водопроводной воды для отдельных жилых и офисных зданий;
4. Систем подготовки воды подпитки теплосетей и бойлеров жилых и промышленных зданий;
5. Систем улучшения качества питательной воды из технических водопроводов городских предприятий;

Бестраншейные методы ремонта и восстановления

Из-за неудовлетворительного состояния водоотводящих коммуникаций резко увеличилась потребность в модернизации и ремонте водоотводящих труб с акцентом на использование экономичных и оперативных бестраншейных технологий, а в условиях плотной городской застройки и заторов на дорогах экономически целесообразно применение бестраншейных методов ремонта и восстановления.

Последствиями негативных явлений на водоотводящих сетях является просачивание сточных вод в подземные горизонты, что приводит к загрязнению грунтовых вод, вымывание почв в затрубном пространстве и, как следствие, к провалам трубопроводов и других сооружений в образующиеся пустоты. В то же время, через имеющиеся дефекты в теле трубопровода могут проникать подземные воды, что отражается на увеличении общего расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, и серьёзном нарушении режима их работы, что в конечном итоге ведёт к снижению эффективности очистки сточной жидкости.

Современные технология местного ремонта трубопроводов с использованием бестраншейных технологий, позволяют производить оперативный и эффективный ремонт трубопроводов в единичных и множественных местах нарушения стыков по трассе трубопровода, резко снижая потери транспортируемой жидкости.

На сегодняшний день применяются самые современные методы, в их числе:

• нанесение цементно-песчаного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода,
• протяжка сплошных полимерных рукавов,
• полиэтиленовых труб в существующий трубопровод,
• освоен метод ремонта трубопроводов большого диаметра "труба-в-трубе".

В качестве материалов для местного ремонта рекомендуется использовать отходы производства, в частности вышедшие из употребления изделия из полиэтилена, полипропилена, других полимеров, а также старые автомобильные покрышки.

Отходы подвергаются мелкому размолу и обработке связующими составами.

Эти технологии позволяет вернуть в активную эксплуатацию потерявшие работоспособность коммуникации, увеличить их срок службы минимум на 50 лет, увеличить пропускную способность, а для водопроводных сетей, что особенно важно, сохранить высокое качество транспортируемой воды, снизить количество аварий, минимизировать непроизводительные потери воды.

Современные технологии очистных сооружений

Основными направлениями развития канализационных очистных сооружений является их реконструкция с переходом на современные технологии удаления азота и фосфора и внедрение систем обеззараживания ультрафиолетом . Сочетание этих двух технологий позволяет сегодня возвращать в природу воду, которая полностью соответствует отечественным санитарно-гигиеническим требованиям и европейским стандартам.

Удаление биогенных элементов

Ультрафиолетовое обеззараживание сточных вод

Для анализа вышеперечисленного можно использовать ГИС

ГИС – географическая информационная система, основывается на базе данных характеристик качества в различных элементах пространственно-распределенной информации.

Например, используются ГИС для анализа качества питьевой воды, системы слежения за водой и стоком, оценки канализационных систем, для оценки текущих и будущих потребностей в водосточных и канализационных линиях. ГИС дает возможность каждой службе автоматически обновлять свои данные и поддерживать их целостность.

Водоканалы и ЖКХ применяют ГИС для идентификации коллекторов стока, насосных станций, напорных магистралей. После идентификации эти объекты и проекты картируются в единой системе.

ГИС помогают в идентификации и поиске мест повреждений сетей, возникших вследствие стихийных бедствий, например, землетрясения.