Томские учёные предлагают очищать воду путём взрывного измельчения капель

Специалисты Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый способ очистки промышленных сточных вод и питьевой воды от вредных примесей путём взрывного разрушения капель. Технология позволит быстро и качественно очищать воду даже с очень высоким содержанием токсичных и горючих примесей. Это поможет не только снизить негативное антропогенное воздействие на окружающую среду, но и существенно экономить в процессе очистки воды на энергоресурсах, отмечается в пресс-релизе вуза. По данным экспертов, в мировой водный бассейн со стоками попадают миллионы тонн нефтепродуктов, тяжёлых металлов, радиоактивных элементов, 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 миллиардов м³/год. Более 1,8 миллиарда человек в качестве питьевой используют загрязнённую 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 его командой технология термической очистки воды с использованием эффектов взрывного дробления капель позволит очищать воду качественно и сравнительно недорого.Процесс очистки производится в несколько стадий. Сначала загрязнённую воду преобразуют в эмульсии и суспензии. В первом случае в воду добавляют жидкости, нерастворимые в воде, а во втором — твёрдые вещества, которые распределяются в воде в виде мельчайших частиц во взвешенном состоянии.Далее такие эмульсии и суспензии впрыскиваются в специализированную 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 твёрдых частиц). Он-то и приводит к взрывному разрушению межфазных границ. Из «родительской» капли образуется аэрозоль — множество капель, некоторые из которых при нагревании тоже взрываются и измельчаются. Эти процессы протекают в виде цепных реакций. Таким образом учёным удается быстро разделить примеси и воду.При нагревании вода испаряется, негорючие примеси выпадают в осадок, а горючие — выгорают. Затем водяной пар конденсируется и получается очищенная вода, которая может быть повторно использована, например, для технологических нужд, поясняет 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 загрязнённой воды можно использовать огневой метод с применением топливных горелок», — добавляет учёный.Преимущества нового 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 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», — подчёркивает 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.Теперь команда планирует провести цикл дополнительных исследований и оценить перспективу применения технологии для предприятий Томской области. Научная статья с более подробным описанием работы опубликована в издании International Journal of Thermal Sciences.Кстати, для очистки воды учёные предлагают использовать бактерии, солнечную энергию и особую бумагу. Также мы рассказывали о новом фильтре, который будет ловить и уничтожать микропластик в сточных водах, и ещё об одной разработке томских исследователей — устройстве для очистки воды в экстремальных условиях. .