КОНСУЛЬТАЦИОННЫЙ
ИНЖЕНЕРНЫЙ
ЦЕНТР
по проблемам очистки промышленных (сильно загрязненных) сточных вод

Чистая вода и кошке приятна

Результаты испытаний прибора БЭР-49-М на ливневых очистных сооружениях.

      Характеристика сооружения. Сооружение состоит из трёх ванн объёмом по 50 м3 каждая. Сток последовательно проходит первую, вторую и третью ванну, после чего попадает в сливной канал, а оттуда - в реку. Средний сток воды, рассчитанный по принятым методикам и зафиксированный в документах, составляет примерно 12,5 м3/ч. На очистном сооружении был смонтирован прибор БЭР-49-М. Эксперимент по очистке воды проводился с октября 2007 года по январь 2008 года. 

     Описание экспериментальной установки.

    Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1. Применен прибор с током разряда 12 - 15 мА, рассчитанный на обработку сточной воды. Прибор состоял из генератора плазмы и двух эжекторов. Прибор был смонтирован на столе возле первой ванны очистного сооружения. 



         Рисунок 1. Схема эксперимента с применением генератора холодной плазмы БЭР-49-М на очистном сооружении ливневых стоков. 

            На один эжектор вода подавалась из первой ванны, на другой - из третьей. На входе эжектора обеспечивалось давление 3 атм, поток жидкости через каждый эжектор составлял 1,5 м3/ч. С выхода обоих эжекторов обработанная вода сбрасывалась в первую ванну. Эжекторы высасывали из генератора плазмы газовую смесь, содержащую активные частицы. Основную роль играли гидроксильные радикалы: в реакциях с органическими загрязнениями воды они инициировали цепные реакции окисления, которые, после сброса обработанной воды в первую ванну, продолжались во всём объеме очистного сооружения. Для поддержания цепной реакции окисления вода во всех ваннах насыщалась кислородом путём продува через воду воздуха. Воздух подавался компрессором. Внешний вид прибора показан на рисунке 2. 
 


     Рисунок 2. Прибор БЭР-49-М для обработки сточной воды. 1 - генератор холодной плазмы; 2 - эжектор. 

         В процессе испытаний контролировалось значение химического поглощения кислорода (ХПК) сточной воды в первой ванне. Результаты испытаний представлены на рисунке 3. Точки, полученные при отсутствии обработки воды холодной плазмой, обозначены черными квадратами, при включенном генераторе - треугольниками. 


 

 Рисунок 3. Динамика изменения ХПК в процессе испытаний. 

     Точки, полученные до включения генератора (от 5, 12 и 19 сентября) соединены сплошной линией. Следует отметить, что 19 сентября, когда значение ХПК составило около 300 мг О/л, шёл дождь. 
              При работе с прибором у эксплуатационников возникли проблемы с обеспечением штатного режима. В штатном режиме требовалось, чтобы 1) давление на входе эжектора составляло 3 атм; 2) вода на обработку подавалась из первой и третьей ванны; 3) во всех ваннах осуществлялся продув воздухом. Как правило, эксплуатационникам не удавалось выполнить все эти требования одновременно. За 4 месяца эксплуатации работу в штатном режиме удалось обеспечить только в течение 3 недель. Точки 13.11 и 18.12 получены тогда, когда генератор холодной плазмы в течение нескольких дней был выключен. 
          Данные рисунка 3 позволяют сделать следующие выводы. 
    1) В отсутствии обработки значения ХПК находятся в пределах 700 - 1300 мг О/л. Во время дождя ванны промываются, однако значение ХПК остается на уровне 300 мг О/л. 
    2) При осуществлении обработки даже с отклонениями от штатного режима значение ХПК снижается примерно в три раза, от 700 - 1300 до 200 - 500  мг О/л (при мощности, затрачиваемой на обработку, 150 Вт). 
      На рисунке можно выделить три участка, на которых происходит переход от случая, когда генератор по крайней мере несколько дней не работает, к рабочему режиму. Данные сведены в таблицу. 

     Таблица. Сравнение ХПК сточной воды с работающим и неработающим генератором. Погодные и все прочие условия в дни сравнения ХПК одинаковые.

 

        Из таблицы видно, что при выключении генератора ХПК сильно увеличивается, а при включении - уменьшается.
 


Динамика работы очистного сооружения.

           Работа ливневого очистного сооружения заключается в следующем. Поток воды с территории объекта, содержащий взвешенные вещества и другие загрязнения, проходит последовательно через три ванны. Из одной ванны в другую вода переливается через верх. При этом взвешенные вещества осаждаются, и очищенная от них вода поступает в реку. 
           Когда осадков нет, потока практически нет. На вход может поступать только вода, содержащая высокий процент загрязнений, появляющихся при мойке территории, автомашин и др. Загрязнения накапливаются в ваннах и начинают гнить. Вокруг очистного сооружения стоит неприятный запах. Первый же дождь смоет накопившуюся и разлагающуюся органическую массу (с ХПК до 1300 мг О/Л) в реку. Этот момент представляет наибольшую опасность для экологии, так как значительная часть накопленных в сухой период осадков попадает в реку. 
        При обработке воды генератором холодной плазмы в ваннах осуществляется разложение за счет цепных реакций накопленных органических и других окисляющихся соединений. В эксперименте зафиксировано снижение ХПК в несколько раз. Вокруг очистного сооружения нет неприятного запаха. На вид вода прозрачная. 
             Качественно влияние обработки холодной плазмы на воду в очистном сооружении иллюстрируется рисунком 4, где представлены фотографии проб воды из первой ванны. 

           Рисунок 4. Фотографии проб воды из первой ванны.  Цифры на бутылях - дата отбора пробы. 

             В нижнем ряду помещены фотографии проб, взятых из первой ванны до начала эксперимента 5 - 19 сентября, и в первые три недели после включения прибора. Видно, что при работе установки вода стала чище, хотя следует подчеркнуть, что все условия оптимальной эксплуатации установки (требования технических условий) не выполнялись. 
 


Сущность процесса очистки.

          Очистка осуществляется путём обработки воды в ваннах генератором холодной плазмы БЭР-49-М. Активные частицы, вырабатываемые генератором, являются сильным универсальным окислителем, способным разложить практически все вещества. Эти частицы обладают способностью инициировать цепные реакции, которые могут продолжаться в объеме жидкости при наличии кислорода. Насыщение воды кислородом должно осуществляться дополнительно. Цепные реакции могут продолжаться несколько суток. Количество вещества, провзаимодействовавшего в цепных реакциях, растёт с увеличением объёма жидкости. Количество кислорода, поглощенного окисляющимся веществом при первом контакте с активными частицами, т.е. уменьшение химического поглощения кислорода (ХПК) обрабатываемой жидкости, порядка 5 мг/л. За счёт цепных процессов уменьшение ХПК может составлять десятки и сотни грамм кислорода в час во всём объеме обрабатываемой жидкости. Органические вещества окисляются до воды и углекислого газа. При неполном окислении, связанном с недостатком кислорода, углерод окисляется до нерастворимых соединений, подобных торфу, которые выпадают в осадок. Вода, обработанная холодной плазмой, лучше отстаивается. В сильно загрязненной воде отстаивание будет основным механизмом её очищения.
           Уменьшение ХПК (в миллиграммах поглощенного кислорода) за 1 час работы генератора при условии протекания цепных процессов определяется полуэмпирическим соотношением:
               
   Здесь изменение ХПК (мг О в час), I - ток разряда генератора (мА), Vж - объем жидкости в бассейне , который обрабатывается (литры). 
    Оценим окислительную способность установки. Объем жидкости в трех колодцах примем 3 х 50 = 150 куб м. Ток разряда генератора 14 мА. 
     
    Таким образом, уменьшение ХПК во всем объеме составит 83,6 г в час. Среднее время удержания воды в ваннах очистного сооружения 150/12,5 = 12 часов. При окислительной способности установки 83,6 г О/ч уменьшение ХПК за время удержания воды будет равно: 83,6 х 12 = 1003 г О. Т.е. окислительная способность установки составляет ~1  кг кислорода за время удержания воды 12 часов.
     Как видно из приведённой выше формулы, окислительная способность метода увеличивается с увеличением объема бассейна, где находится обрабатываемая вода. Окислительная способность увеличивается также с увеличением тока разряда генератора, однако увеличение мощности генератора приводит к потере активных частиц во взаимодействиях между собой. Поэтому значительное увеличение тока разряда не даст увеличение выхода процессов окисления. 
      В процессе обработки холодной плазмой разлагаются все окисляющиеся вещества. Будут окисляться нефтепродукты, двухвалентное железо окисляется до трёхвалентного и выпадает в осадок. Однако при этом не следует забывать закон действующих масс. Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Возьмём для примера воду с ХПК = 1000 мг О/л и содержанием нефтепродуктов 1 мг/л. Химическое поглощение кислорода самих нефтепродуктов с такой концентрацией будет не более 2 мг О/л. Таким образом, вклад нефтепродуктов в полный ХПК порядка 1/500, поэтому скорость окисления нефтепродуктов будет в 500 раз меньше, чем остальных загрязнений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


    
Руководитель центра: Пискарев Игорь Михайлович