Стихия пить не помешает
В настоящее время в наиболее развитых странах утечки пресной воды составляют до 30%, а в некоторых городах даже до 70%. И это при том, что многим ее не хватает. Использовать в своих целях человек может всего около 1% всех земных запасов воды: 97,5% – это соленая вода озер, морей и океанов, и еще около 2,5% - пресная, но в замерзшем состоянии во льдах ледников, Гренландии и Антарктиды.
Задачу поставило наводнение
Дефицит воды стал проблемой даже для ранее беспроблемных регионов. Только за прошлый век ее потребление человечеством выросло в шесть раз. И сегодня все ярче становится угроза военных конфликтов между странами с целью перераспределения водных ресурсов. В этих условиях особая надежда на решение проблем с водой с помощью науки, новейших технологий, предлагаемых ею и открывающих возможности из непригодной воды делать пригодную для использования человеком. В этом направлении сегодня очень успешно работает и Институт химии ДВО РАН. Благо проблема использования и охраны воды, как стратегического ресурса, стоит и в госпрограмме Приморского края «Охрана окружающей среды Приморского края» на 2013 - 2020 годы.
Руководитель института, председатель Дальневосточного отделения РАН, академик Валентин Сергиенко отмечал, что коллектив этого научного учреждения одной из главных решаемых задач для себя определил отрабатывать все возможные направления, связанные с проблемой сохранения чистоты водных ресурсов Дальнего Востока, а катастрофическое наводнение на Амуре 2013 года заставило заняться разработкой принципиально новых систем очистки воды на основе новых решений и материалов. Это повлекло за собой и создание мобильных производительных установок нового типа для предлагаемых институтом систем очистки питьевой воды.
– После этого наводнения перед нами была поставлена задача: разработать мобильную высокопроизводительную установку для получения питьевой воды в условиях чрезвычайных ситуаций, – говорит заместитель директора Института химии ДВО РАН по научной работе и инновациям, д.т.н. Александр Юдаков. – В техническом задании было определено, что установка должна производить очистку паводковой или иной высокомутной воды из поверхностных источников с повышенной цветностью и с возможным высоким содержанием бактериальных, паразитарных и вирусных загрязнений.
Было задано, что для очистки на установке может быть использована вода, содержащая плавающие или взвешенные твердые макрочастицы крупностью более 0,2 мм, взвешенный ил со временем оседания частиц до нескольких часов, минеральные и органические микросоставляющие размером менее 1 мкм, оседающие несколько суток, а также микробные и вирусные загрязнения различной природы и интенсивности.
По растворенным компонентам на очистную установку для переработки должно было быть возможным подавать воду с цветностью до 100 градусов, с минерализацией до 35-150 мг/л, наличием хлоридов ~ 5-7 мг/л, ионов аммония ~ 1-4 мг/л, с окисляемостью до 11-17 мгО/л, жесткостью - 3,5-0,25 мг*экв/л и рН - 6,5-7, 4 единиц.
К будущей установке тоже были определены очень высокие требования.
Во-первых, это простота конструкции и безотказность ее в работе, чтобы в чрезвычайной ситуации эксплуатировать ее мог бы персонал, не имеющий какой-либо специальной подготовки. Кроме того, установка должна была при модульной конструкции стать минимальной по весу, удобной для перевозки и работы на борту транспортного средства и легко развертываемой на новом месте силами двух человек в срок от получаса до часа.
Во-вторых, требовалось добиться низкого энергопотребления и возможности работы установки от нестабилизированных источников электропитания, соблюдения защиты обслуживающих установку людей от поражения электрическим током при работе на открытой местности во время осадков.
В-третьих, особенно важна безопасность самой продукции на выходе при любых ошибках персонала во время эксплуатации. Вода после очистки должна соответствовать нормам СанПиН «Вода питьевая» или быть еще более качественной. Все микробиологические, паразитарные и вирусные загрязнения должны полностью устраняться.
Поскольку эксплуатировать установку предполагалось от случая к случаю, в периоды чрезвычайных ситуаций, то от нее потребовалась и способность легко подвергаться консервации и выходить из этого режима.
На фото: Задача разработать мобильную высокопроизводительную установку для получения питьевой воды в условиях чрезвычайных ситуаций была поставлена перед учеными после наводнения на Амуре в 2013 году, хотя эта проблема стояла остро уже долгие годы.
Три составные части
Разработка установки в 2013 году была поручена научному сотруднику института, главному специалисту-конструктору Денису Червонецкому. При работе над установкой был предложен принцип глубокой предварительной реагентной и физико-химической очистки воды с баромембранным разделением.
Функционал установки был определен в три блока. Первый – в комплекте – питающий самовсасывающий насос, блоки реагентной обработки и фильтрации воды и первичное ультрафиолетовое обеззараживание, производящее осветление и снижение окисляемости воды. Второй блок - насос высокого давления, баромембранная установка (обратный осмос), вторичное ультрафиолетовое обеззараживание с возможной установкой емкости для накопления очищенной воды. И третьим блоком был предложен генератор на жидком топливе 220 В, 50 Гц, 4 кВт для электропитания первых двух блоков. Он необходим в случае отсутствия постоянного источника электротока. Плюс водозаборный узел.
Как отмечает Денис Витальевич, все принципиальные вопросы «в железе и пластмассе» были решены уже в 2014-м - начале 2015 гг. При создании опытной установки все заданные требования были выполнены. Полевые испытания показали, что производительность первого блока по «предочищенной» воде составляет до 800-1000 литров в час, а второго - до степени питьевой воды - 390-400 литров в час. Если вода достаточно холодная, то производительность несколько меньше. При этом общая минерализация питьевой воды на выходе составила 0,5 мг/л, а мутность и цветность показали нулевые значения.
В настоящее время работы по совершенствованию этой установки продолжаются: подыскивается помощнее генератор, прорабатывается привязка к автоприцепу, чтобы сделать ее мобильнее и пр.
Денис Червонецкий считает, что на практике, вероятно, потенциальным заказчикам потребуются модификации такой установки по мощности, размерам и пр. И их возможно будет сделать с учетом замечаний. Кстати, он собрал уже и более миниатюрную подобную установку весом всего около 15 килограммов (без учета аккумуляторов) производительностью 60-80 литров в час. В качестве ее источника питания предлагается солнечная энергия. Такая установка может, например, обслуживать потребности какой-либо временной мобильной турбазы.
Есть еще один вопрос, который также обязательно надо решить до передачи установки в «тираж», – получить санитарное заключение на соответствие современным нормам производимой ею питьевой воды.
Товар очень нужный, но…
– Внедрение таких установок в отсутствие финансирования и при сложности процедуры закупок федеральными учреждениями науки столкнулось с определенными трудностями, – отметил Александр Юдаков. – Саму потребность в них для того или иного региона оценить сложно, потому что ситуации ЧС труднопрогнозируемы, внезапны и разнятся по масштабам. Конечно, надо принимать во внимание мобильность таких установок, скорость их разворачивания на местности и готовность к немедленной работе. Но при этом следует сравнивать их применение с возможностью и стоимостью доставки в зону ЧС готовой питьевой воды теми или иными способами.
Институт предлагал взять на вооружение эти установки не только МЧС, но и Минобороны РФ, но положительного ответа пока не было.
Естественно, машиностроители не выражают особого энтузиазма на предложение освоить промышленный выпуск установок, которые не получили министерское «добро», а их опытное производство для возможных единичных заказчиков дороже и отвлекает институт от непосредственно научной работы на перспективу.
Серьезной проблемой, которая сдерживает производственников, является и то, что комплектующие опытной установки в основном импортные. То есть, при принятии опытного образца к массовому производству необходимо будет поработать над импортозамещением. Это к тому, что вообще внедрение любого опытного образца в массовое производство связано с решением множества других вопросов.
Институт химии ДВО РАН в последние годы активно внедряет свои разработки, связанные с водоочисткой и получением питьевой воды. Благодаря этому, например, хорошую питьевую воду получили жители Лучегорска и Лучегорская ГРЭС. Дополнительная водоочистка была сделана для самого здания института в Академгородке Владивостока. Появились свои локальные водоочистные на основе использования разработок и реагентов института даже в частном секторе в пригороде.
Вероятно, завтра и установки «для МЧС» могут быть востребованы более широко, чем представлялось ранее, - теми, кто собирается осваивать «дальневосточный гектар» или вести какую-либо иную уединенную хозяйственную деятельность. Не исключено, что есть в этой установке и экспортный потенциал, поскольку во многих странах и проблемы с водой острее, и чрезвычайных ситуаций больше.
КСТАТИ
Цена «чистого» вопроса
Стоимость собранной опытной установки составила около 350-400 тысяч рублей. В дальнейшем расходы диктует эксплуатация.
А она складывается из затрат на куб очищенной воды по 15-25 рублей на реагенты, которые для водоочистки специально созданы Институтом химии, и 250-300 рублей (если рядом нет электричества) на бензин АИ-92. Расходы на бензин, если в зоне чрезвычайной ситуации нет электроснабжения, практически неизбежны.
Газета «Золотой Рог», Владивосток