ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Способ очистки подземных вод»

Рекомендуемая область пременения

Промышленное и хозяйственно-питьевое водоснабжение:
производство питьевой воды;
производство воды с пониженной минерализацией;
работа с использованием воды, содержащей железо, растворённые и взвешенные загрязняющие примеси.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка современных высокоэффективных и экологичных технологий, поиск дополнительных методов сохранения водных ресурсов, водоочистка и водоподготовка.

В настоящее время в ряде районов России возникают проблемы, связанные с дефицитом питьевой воды, сдерживающие темпы роста промышленности, создающие социальную напряжённость. Эта проблема усугубляется постоянным, прогрессирующим ростом загрязнения водоисточников. Такие же проблемы существуют и в других странах мира.

Во многих регионах, особенно в северных, существуют подземные воды с повышенным содержанием железа, с растворёнными и коллоиднымизагрязняющими примесями, непригодные без дополнительной подготовки для применения в хозяйственном и хозяйственно-питьевом водоснабжении. Современные технологии надёжного извлечения железа и загрязняющих примесей из такой воды требуют значительных затрат.

Дефицит воды, загрязнённость окружающей среды, делающая во многих случаях водные запасы неприспособленными к реальному употреблению (прежде всего для питья), повышают актуальность проблемы разработки современных высокоэффективных и экономичных технологий водоочистки и водоподготовки.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

До недавнего времени в России производство очищенной воды, получаемой обезжелезиванием подземных вод, осуществлялось преимущественно по схеме аэрация-фильтрование, называемое методом упрощённой аэрации. По этому методу подземная вода, содержащая растворённое двухвалентное железо и свободную углекислоту, подвергается аэрации, и растворённым кислородом железо окисляется до трёхвалентной гидроокиси. Аэрированная вода подается по напорным трубопроводам в мехфильтр, где от воды отделяется осадок гидратированных окислов железа, а фильтрующая среда из-за образования дисперсного осадка периодически промывается восходящим потоком воды. Очищенная вода направляется в накопительную ёмкость и далее к потребителям.

Технология очистки воды по методу упрощённой аэрации в прежние годы получила очень широкое распространение и оборудование для её применения имеется повсеместно. По этой схеме работают практически все типовые станции обезжелезивания. Однако обезжелезивание воды по существующей технологии происходит нестабильно. При окислении двухвалентного железа кислородом в воде образуются коллоидные формы гидроксокомплексов трёхвалентного железа, которые сложно фильтруются.

В современной технологии очистки артезианской воды при затруднённом осаждении железа воду перед фильтрацией дополнительно обрабатывают реагентами. Технология очистки воды с применением реагентов является многоступенчатой. Обработку реагентами производят с целью коррекции величины водородного показателя и окислительного потенциала обрабатываемой воды, при этом вредные примеси переходят в тонкодисперсную взвесь. Основную часть взвешенных веществ отделяют мехфильтрацией, окончательное удаление производят с помощью сорбентов. Качество воды контролируется на всех ступенях её обработки во избежание проскока реагентов в очищенную воду.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Ключевой принцип технологии заключается в безреагентной контактной коагуляции на зернистой загрузке железа, содержащегося в виде растворённой загрязняющей примеси в природной воде. Особенностью контактной коагуляции является высокая скорость процесса, большая полнота извлечения из воды примесей, независимость процесса от щёлочности и температуры воды, меньшее влияние рН. Контактная коагуляция происходит только при условии движения жидкости. Контактная коагуляция железа обеспечивает глубокую деферизацию воды, коагулирующее железо активно абсорбирует из воды остальные примеси.

Абсорбция активным коагулянтом загрязняющих примесей из воды и включение их в образующийся плотный осадок гидроокиси железа позволяет получать воду с высокой степенью очистки и заменить химический метод осаждения примесей на метод контактной коагуляции. Предлагаемая технология в сочетании с коррекционной обработкой воды железосодержащими контактными коагулянтами позволит осуществлять стабильную глубокую очистку поверхностных вод.

На чертеже схематично изображена действующая установка для обезжелезивания подземных вод, с помощью которой проводились испытания данной технологии в производственных условиях.

Установка содержит ёмкость 1 запаса воды, блок 2 напорных фильтров, фильтры 3 с зернистой загрузкой фильтрующего материала, напорные трубопроводы 4, 5 и 6 в прямом направлении и напорные трубопроводы 7, 8 и 9 в обратном направлении движения воды.

Технология реализуется следующим образом:

Исходную воду подают по трубопроводу 4 и непрерывно перемещают по напорным трубопроводам 5, 6, 7, 8 и 9 последовательно, создавая равномерную циркуляцию водопотока в прямом и обратном направлениях движения воды.

Подземную воду под напором подают из скважины по напорному трубопроводу 4 и перемещают в прямом направлении движения воды последовательно в ёмкость 1 запаса воды, где вода аэрируется, при этом образуется растворённый в воде кислород путем газообмена воды с воздухом при свободном изливе воды. Одновременно из воды в ёмкости 1 отделяется примесь мелкого песка, выносимого потоком воды из скважины. Очищаемую воду с природной примесью гидрокарбоната двухвалентного железа и свободной углекислоты из ёмкости 1 запаса воды подают и непрерывно перемещают по напорному трубопроводу 5 в блок 2 напорных фильтров 3, которые предварительно загружены промытым зернистым фильтрующим материалом. В качестве загрузки могут применяться обычные инертные фильтрующие материалы, например кварцевый песок, кварцевая крошка, мелкий гравий, в том числе пористые фильтрующие материалы. При непрерывном движении воды в фильтре 3 через зернистую загрузку на поверхности зёрен интенсивно происходит автокаталитическое окисление двухвалентного железа растворённым кислородом до трехвалентного и контактная коагуляция полученного гидроксокомплекса двух- трёхвалентного железа в виде плотной массы на поверхности частиц. Активным коагулянтом абсорбируются в плотную массу отложений растворённые и взвешенные примеси из воды. Для увеличения грязеёмкости загрузки до рабочей (в пересчёте на железо не менее 3?4 кг/м³), а также для поддержания высокой каталитической активности загрузки, способствующей интенсивному образованию коагулянта, скорость фильтрации задают и поддерживают постоянной в зависимости от размера зёрен и высоты их загрузки. В результате равномерной циркуляции водопотока и коагуляции трёхвалентного железа при постоянной скорости фильтрации вода в блоке 2 напорных филътров интенсивно очищается от растворённого железа, при этом коагулянт сорбирует бактерии, гуминовые вещества, ионы тяжелых металлов, коллоидные примеси из воды. Вода приобретает "водочную" прозрачность, исчезают цветность, запах и привкус.

Очищенную воду безостановочно подают под остаточным давлением непосредственно из блока 2 напорных фильтров по трубопроводу 6 потребителю, и одновременно часть потока очищенной воды из блока 2 напорных фильтров отводят в обратном направлении по напорным трубопроводам 7, 8 и 9 при непрекращающейся её циркуляции в ёмкость 1 запаса воды, где чистая "оборотная" вода смешивается с вновь поступающей из скважины железосодержащей подземной водой, разбавляет её, тем самым снижает концентрацию вредных примесей в едином водопотоке и повторно проходит фильтрацию через зернистую загрузку, дополнительно очищается в ней при постоянной скорости фильтрации и далее водопоток равномерно циркулирует под напором по трубопроводам в той же технологической последовательности при непрерывном перемещении воды.

В данной технологии за счёт использования оборотной воды, равномерной циркуляции водопотока по трубопроводам и постоянной скорости фильтрации повышается степень очистки подземных вод и стабильно обеспечивается высокое качество питьевой, экологически чистой воды, идущей на потребление.

Кроме того, данная технология очистки подземных вод для своего использования не требует введения химических реагентов и применения специализированных устройств, в связи с чем может быть реализована на обычном, типовом технологическом оборудовании водоочистки.

Режим работы установки очистки воды должен соответствовать указаниям режимной карты, составляемой для оптимальных условий. Оптимальная скорость фильтрации поддерживается в зависимости от размера зёрен и содержания железа в сырой воде.

Контролируются следующие параметры:

давление воды до фильтра;

давление воды после фильтра;

расход очищенной воды;

содержание железа в исходной воде;

содержание железа в очищенной воде.

Основные задачи, выполнение которых обеспечивает персонал в процессе эксплуатации:

проведение технологического процесса в соответствии с режимной картой и с технологической инструкцией;

получение нормативного качества очищенной воды;

надёжную, безопасную, экономичную работу установки.

Во время работы установки необходимо периодически, не реже 1 раза в день, производить осмотр оборудования установки, во время которого:

контролировать температуру подшипниковых узлов насосов (наложение ладони руки);

следить за плотностью арматуры, сальниковых уплотнений арматуры и насосов;

контролировать состояние элементов установки;

контролировать показания манометров, расходомеров, водосчётчика;

производить отбор проб воды для контроля показателей качества.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Инновационная технология очистки подземных вод реализуется на оборудовании для обезжелезивания воды методом упрощённой аэрации, выпускаемого серийно. Такие установки являются наименее затратными по стоимости и по эксплуатационным расходам среди существующих моделей. Для адаптации оборудования к новой технологии необходимо стандартную установку комплектовать циркуляционным трубопроводом с ответвлениями к нему от фильтров для их подключения. Это малое изменение конструкции практически не влияет на трудоёмкость очистки воды. Себестоимость очищенной воды ниже, чем при её получении с использованием современных реагентов, не менее чем на 25%.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Повышенная производительность. По сравнению с действующими технологиями производительность увеличивается не менее, чем на 25% за счёт повышенной скорости напорной фильтрации воды.

Улучшение качества воды. Остаточное содержание железа ниже 0,1 мг/л, общее солесодержание уменьшается до 3 раз, содержание взвешенных веществ много ниже пределов норм. Улучшение качества достигается за счёт использования оборотной воды и фильтрации с постоянной скоростью.

Экологическая безопасность. Отсутствие применения реагентов.

Простота используемого оборудования. Используется серийное отечественное широко распространённое и недефицитное оборудование. Отсутствует многоступенчатый технологический химконтроль.

Производство очищенной воды предлагаемым способом – это:

защита здоровья за счёт отсутствия проскоков загрязнений в воду;

защита окружающей среды за счёт сокращения сбросов, так как оборудование работает без применения реагентов;

отсутствие экологической нагрузки на водоёмы по сбросу растворов солей;

отсутствие дорогостоящих реагентов – NaOH, KMnO₄, угля активированного, каталитических фильтрующих сред (MGS, Birm, Магнофилт, Дамфер), а также уменьшение неизбежно связанных с этим затрат (закупка, доставка, разгрузка, спецхранение).

Предлагаемая технология очистки подземных вод используется на оборудовании установок для обезжелезивания подземной воды методом упрощённой аэрации. Стоимость блочной комплектной станции, включающей установку обезжелезивания подземной воды методом упрощённой аэрации производительностью 50-100 м³/ч, составляет               1 650 000 руб.

Для сравнения: стоимость завода по производству питьевой воды методом многоступенчатой очистки производительностью 10 м³/ч составляет $ 4 млн., в том числе оборудование химлаборатории $ 1,5 млн.

По технико-экологическим и экономическим показателям предлагаемая технология обеспечивает получение очищенной воды при низких эксплуатационных затратах, быстрой окупаемости и минимально вредном воздействии на окружающую среду. Это позволит получить неоспоримые экономические преимущества по сравнению с технологией, основанной на использовании химреагентов, обеспечит снижение капитальных затрат и производственных издержек, что в целом даст значительный экономический эффект на предприятиях.

Новые потребительские свойства продукции

Надёжность и техническая простота очистки воды до питьевого качества: остаточное содержание железа ниже метрологически досто-верного предела определения 0,1 мг/л, солесодержание снижается до 3 раз, содержание взвешенных веществ много ниже предела обнаружения.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Очищенная вода соответствует государственным стандартам ГОСТ Р 51 232-98 "Вода питьевая" и СанПиН 2.1.4.1074-01.

Стадия и уровень разработки

Разработана исполнительная документация. Технология по своему функциональному назначению прошла этап экспериментального освоения на предприятиях ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» НК «Роснефть» и ПЖКХ в г. Губкинский ЯНАО.
Успешный опыт промышленной эксплуатации оборудования установок очистки подземных вод подтверждает конкурентные преимущества инновационной технологии очистки подземных вод и свидетельствует об её высокой эффективности.
Трудности в освоении технологии отсутствуют, так как наладочные работы выполняются под авторским надзором в производственных условиях Заказчика и обслуживание установки подобно обслуживанию известных установок, работающих по методу упрощённой аэрации.
Данному оборудованию не требуются усилия для сопровождения, кроме соблюдения правил эксплуатации.

Предлагаемые инвестиции

0,09 млн. руб.
Оплата наладочных работ и авторского надзора за монтажом. Единица оборудования – установка обезжелезивания воды. Сумма инвестиций на единицу оборудования составляет в среднем 90 тыс. руб.

Рынки сбыта

Технология отработана и эксплуатируется на оборудовании установок обезжелезивания подземных вод ряда предприятий ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» НК «Роснефть» и ПЖКХ в г. Губкинский ЯНАО.
Учитывая проблемы водообеспечения северных и приравненных к ним регионов, использующих в качестве исходной артезианскую воду, а значит с повышенным содержанием железа и с растворёнными и взвешенными примесями, предлагается оптимальное и менее затратное решение этих вопросов с применением инновационной технологии очистки подземных вод.
Как показывает опыт промышленной эксплуатации данной технологии очистки подземных вод, она обеспечивает высокое качество очищенной воды: остаточное содержание железа менее ПДК, солесодержание уменьшается до 3 раз, содержание взвешенных и коллоидных веществ много ниже предела обнаружения.
Таким образом, применение этой технологии на базе широко распространённого оборудования для промышленного и питьевого водоснабжения позволит оптимально и при минимальных затратах уменьшить сбросы загрязнённых стоков, значительно снизить издержки по производству очищенной воды, а главное, позволит существенно расширить базу водоснабжения за счёт использования источников подземных вод с повышенным содержанием как растворённых, так и взвешенных примесей.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

12

Дата поступления материала

28.09.2006