Защита окружающей среды от вредных веществ промышленного производства делает актуальным развитие новых технологических процессов и оборудования очистки промышленных сточных вод, краскосодержащих стоков лакокрасочных производств, отходящих и дымовых газов и др.

Все годы существования человеческой цивилизации отмечены активным потреблением и переработкой природных ресурсов, особенно в последнее столетие, связанное с периодом бурного развития научно-технического прогресса. Рост объемов промышленного производства неминуемо влечет за собой и рост его отходов — увеличение экологической нагрузки на окружающую среду. Загрязнением считается физико-химическое изменение состава природного вещества (воздуха, воды, почвы), которое угрожает состоянию здоровья и жизни человека, окружающей его естественной среды [1].

Примером эффективного решения экологических задач на производстве являются работы, осуществляемые объединенными усилиями специалистов Физико-технологического института РТУ МИРЭА и компании NANOPLUS TECH (Тайвань) («Наноплюстех»), в т. ч. в рамках технологии производства и использования наноионизированной воды (NSIW).

Наноионизированная вода со значением рН 12,5 производится электролитическим способом, обладает очищающими, дезинфицирующими и стерилизующими свойствами и в то же время полностью безопасна для человека, животных и окружающей среды [2]. Уникальные свойства продукта, получившего официальное название в России «щелочно-ионизированная вода» (ЩИВ), позволяют эффективно использовать его в различных промышленных применениях и в быту [3].

Промышленные применения: очистка готовых изделий и оборудования металлообработки, электронной и оптической промышленности; водяные завесы в лакокрасочной промышленности; в качестве разбавителя для СОЖ при металлообработке и шлифовки широкого круга материалов; очистка отходящих и дымовых газов; средство дезинфекции в сельскохозяйственном производстве и мясомолочной промышленности; стерилизация медицинского оборудования.

Применения в быту: противопылевое, антимикробное, антивирусное средство, распыляемое бытовыми и автомобильными увлажнителями воздуха; приготовление пищи: мытье фруктов и овощей, разделочных досок; уборка в квартире: мытье полов, протирка пыли, очистка бытовой техники; использование щелочной воды в качестве пятновыводителя.

Так, результаты исследований ЩИВ в Физико-технологическом институте в качестве основы и рабочего раствора СОЖ продемонстрировали его антикоррозионные свойства совместно с обеспечением повышения стойкости и эксплуатационного периода шлифовального инструмента по сравнению с обычной СОЖ почти в 2 раза [4]. Этот эффект объясняется высокой очищающей способностью ЩИВ, которая эффективно удаляет из зоны обработки продукты шлифования и частицы абразивного инструмента.

Технология очистки промышленных сточных вод методом вакуумной низкотемпературной дистилляции
(Nano Recycling System — NRS)

Данная технология применима для сепарирования и очистки:
— отработанной СОЖ, загрязненной продуктами шлифования или резания;
— отработанных растворов линий гальванизации (золото, серебро, медь, никель и др.) и анодирования;
— смывных стоков использованной фтористоводородной кислоты;
— отработанных солесодержащих растворов, в том числе сульфата аммония и борсодержащих.

Структурная схема процесса и элементы оборудования показаны на рис. 1.

а)

б)

Рис. 1. Технология очистки промышленных сточных вод методом вакуумной низкотемпературной дистилляции: структурная схема процесса очистки (а); элементы оборудования (б)

Преимуществами данной технологии являются:
— высокая степень осушения, обезвоженная твердая фаза содержит не более 5% влаги;
— очищенная вода, составляющая 90% и более от переработанного объема, может повторно использоваться;
— широкий спектр жидких отходов;
— низкоэнергетические процессы и малый объем отходов;
— низкие эксплуатационные расходы;
— малая занимаемая площадь под размещение оборудования;
— непрерывный процесс, простота эксплуатации оборудования.

Технология очистки краскосодержащих стоков лакокрасочных производств (Nano Painting System — NPS)

Разработанное оборудование (рис. 2) предназначено для эффективного извлечения воды из стоков лакокрасочных производств и состоит из:
— системы разделения краски и воды;
— автоматического дозатора реагента;
— системы автоматизированного управления;
— системы дополнительного окисления воды (опционально);
— системы обработки шлама (опционально).

Рис. 2. Оборудование очистки краскосодержащих стоков лакокрасочных производств

Технологический процесс показан на рис. 3. Продукты разделения краскосодержащих стоков на очищенную воду и обезвоженный шлам показаны на рис. 4.

Рис. 3. Технологический процесс обработки краскосодержащих стоков лакокрасочных производств

а)

б)

Рис. 4. Продукты разделения краскосодержащих стоков: очищенная вода (а); обезвоженный шлам (б)

Преимуществами технологии очистки краскосодержащих стоков лакокрасочных производств являются:
— эффективное очищение различных краскосодержащих стоков на водной основе;
— очищенная вода не имеет запаха и может быть использована повторно несколько раз;
— отделенный шлам краски может выгружаться автоматически, что уменьшает трудозатраты;
— собранный шлам может быть дополнительно обезвожен на 50–80%;
— высокая степень автоматизации процессов, затраты на персонал сокращаются;
— площадь рабочего бассейна значительно меньше, чем у аналогичных систем очистки;
— низкое энергопотребление;
— использование дополнительного оборудования для кислородного окисления воды позволяет обеспечить полную рециркуляцию воды (нулевой сброс и экономию водных ресурсов);
— извлечение шлама краски со дна бассейна может производиться непрерывно, без остановки технологического процесса;
— низкая себестоимость процесса.

Технология очистки отходящих и дымовых газов от вредных веществ с помощью микропузырьков нано- ионизированной воды (Nano Bubble treatment System — NBS)

Загрязнение воздуха может происходить как в результате производственной деятельности человека, так и из-за природных катаклизмов, например, при извержении вулканов. Основными источниками загрязнения воздуха являются: промышленное производство, транспорт, стихийные бедствия.

Факторами загрязнения воздуха, оказывающими негативное влияние на здоровье человека и окружающую среду, являются: взвешенные частицы; органические загрязнители; неорганические загрязнители [5]. Мелкие частицы с размером РМ2.5 и менее являются наиболее опасными, так как могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии длительное время и вызывать смог [6]. Частицы с таким размером обладают, как правило, развитой поверхностью, активной поверхностной энергией и легко захватывают молекулы токсичных и опасных веществ. К органическим загрязнителям воздуха в виде летучих органических веществ (ЛОВ) относятся, например, формальдегид, толуол и другие. ЛОВ могут вызвать головную боль, тошноту, а в больших концентрациях — повреждение печени, почек, мозга и нервной системы [7]. Неорганические загрязнители: сульфиды, нитриды, хлориды — в сочетании с влагой воздуха образуют кислотные дожди, которые крайне негативно влияют на человека, животных и растения [8].

Традиционными способами предотвращения загрязнения воздушной среды вредными веществами являются: использование пылеулавливающих фильтров; каталитическое окисление; каталитическое горение; применение водных и угольных фильтров. Технология использования высокоактивной наноионизированной воды в виде микропузырьков является инновационной разработкой. Структурная схема технологического процесса и основные элементы оборудования очистки отходящих и дымовых газов от вредных веществ с помощью микропузырьков наноионизированной воды показана на рис. 5 и рис. 6.

Рис. 5. Структурная схема технологического процесса очистки отходящих и дымовых газов от вредных веществ с помощью микропузырьков наноионизированной воды

Рис. 6. Схема размещения элементов оборудования очистки отходящих и дымовых газов от вредных веществ с помощью микропузырьков наноионизированной воды

Технологический процесс очистки отходящих и дымовых газов основан на взаимодействии высокоактивных микропузырьков наноионизированной воды с вредными веществами, присутствующими в очищаемом газе. Микропузырьки имеют диаметр от несколько сотен нанометров до нескольких микрометров, обладают большой удельной поверхностью и высокой окисляемостью.

В системе распыления с помощью многоступенчатого насоса высокого давления и осевого вентилятора формируется туман из микропузырьков наноионизированной воды, который смешивается в реакционных резервуарах с подаваемым отходящим или дымовым газом. Из-за эффекта кавитации микропузырьки разрушаются за время не более 10 секунд, при этом генерируется большое количество теплоты и высокое давление в зоне их схлопывания. В результате данных процессов происходит быстрое разложение летучих органических веществ и газов, а также захват и осаждение взвешенных твердых частиц.

Система фильтрации и циркуляции воды обеспечивает вывод окисленных органических загрязнителей, осажденных микроскопических твердых частиц, а также возврат очищенной наноионизированной воды в систему распыления для формирования микропузырьков. При этом сброс сточных вод значительно сокращается. Опыт эксплуатации оборудования показал, что при очистке отходящих газов объемом 60 000 м3 в течение двух недель количество сточных вод составило не более 4‑х тонн.

На рис. 7 показан внешний вид установленного на производстве оборудования по очистке отходящих газов.

Рис. 7. Внешний вид оборудования очистки отходящих газов: колонна установки (1); емкость с расходной наноионизированной водой (2)

В таблице 1 приведены данные по объемам очистки отходящих газов с помощью микропузырьков наноионизированной воды на ряде предприятий Китая и Тайваня.

В таблице 2 и таблице 3 приведены результаты испытаний очистки отходящих и дымовых газов от органических и неорганических загрязнителей.

Таким образом, высокая эффективность оборудования по очистке отходящих и дымовых газов от вредных веществ с помощью микропузырьков наноионизированной воды позволяет применять данную технологию на лакокрасочных, химических, деревообрабатывающих, металлургических производствах, в том числе производствах по изготовлению пластмассовых изделий, а также на тепловых электростанциях и мусоросжигательных заводах.
В России более подробно о возможностях данных технологий можно будет узнать на крупнейшей выставке природоохранных технологий ВэйстТэк–2019, которая пройдет с 4 по 6 июня в Москве.

Литература

1. Голубев Г. Н. Учебник по геоэкологии. М.: Изд-во ГЕОС, 1999. — С. 338.
2. Кондратенко В. С., Кобыш А. Н., Рогов А. Ю., Сакуненко Ю. И. Международный трансфер технологий научной школы профессора Кондратенко В. С.//Русский инженер. 2018. № 1 (58). С. 40–47.
3. Кондратенко В. С., Кобыш А. Н., Рогов А. Ю., Кондратенко Е. В. Щелочно-ионизированная вода, перспективы промышленного применения. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» («МНТК ФТИ‑2017»). Московский технологический институт. Выпуск 23 (XXIII)/Под редакцией д. ф.-м. н., проф. Булатова М. Ф. — М., 2017.
4. Кондратенко В. С., Кобыш А. Н. Бурляй Д. А. Применение наноионизированной воды при изготовлении СОЖ. Сборник научных трудов: материалы Всероссийской научно-технической конференции «Оптические технологии, материалы и системы» («ОПТОТЕХ–2016»): Московский технологический университет, Физико-технологический институт. Выпуск I (электронный ресурс)/Под редакцией д. т.н., проф. Кондратенко В. С. — М., 2016.
5. Влияние загрязненного воздуха на человека. [Электронный ресурс]. https://studfiles.net/preview/5171679/page:2/(дата обращения 15.03.2019).
6. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека // Региональные публикации ВОЗ,. Европейская серия. № 85. 2001. Копенгаген. — С. 38.
7. Опасность летучих органических соединений. [Электронный ресурс]. http://иванов‑ам.рф/obzh_kabinet/kultura/37.html (дата обращения 15.03.2019).
8. Кислотные дожди — отрицательные последствия выпадения вредных осадков. [Электронный ресурс]. https://vtorexpo.ru/ekologiya/kislotnye-dozhdi.html (дата обращения 15.03.2019).

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 3-2019