В статье «Сточные науки» представлены две важные разработки ученых кафедры «Водоснабжение и водоотведение».
В новом выпуске журнала "Технополис Поволжья" представлены разработки группы ученых кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Самарского Политеха. Группой руководит доктор технических наук, профессор кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Сергей Степанов, он же основатель ГК «Эколос».
Статья размещена ниже или ее можно прочитать в оригинале здесь:
https://samgtu.ru/reader/index?id=62&count=102#page/46/mode/2up
В минувшем году больших научных успехов добились коллективы под руководством доктора технических наук, профессора кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Сергея Степанова.
Расчёт «Потенциала»
Повышение качества очистки сточных вод повсюду считается одним из приоритетов работы предприятий жилищно-коммунального хозяйства, которые эксплуатируют сооружения биологической очистки. С новыми технологиями в ЖКХ связаны большие надежды если не на преобразование бытия, то хотя бы на модернизацию быта.
Вот команда профессора Степанова, в состав которой входят доцент кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Политеха Павел Авдеенков, технолог московского ООО «Архитектура водных технологий» Оксана Харькина и программист самарского ООО «ЭкоСмарт» Максим Лазунин, придумала программное обеспечение (ПО), которое автоматически рассчитывает качество очищенных сточных вод и позволяет заинтересованным пользователям сократить затраты: в конечном итоге, речь идёт о снижении себестоимости очистки за счёт экономии электроэнергии на подачу воздуха в аэротенки, уменьшения расхода реагента для удаления фосфора и снижения платежей за загрязнение окружающей среды.
Разработка получила название «Потенциал». Она представляет собой новую динамическую математическую модель процессов очистки сточных вод в аэротенках.
– Мы использовали широко применяемую в мировой практике модель процессов биологической очистки с активным илом ASM-2d и методику ВОДГЕО/СамГТУ, которую совершенствуем на протяжении нескольких лет, – говорит Сергей Степанов. – Наша математическая модель позволяет рассчитать качество очищенных сточных вод, исходя из известных значений технологических параметров.
ВОДГЕО – это научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии. Методика ВОДГЕО/СамГТУ представляет собой теоретическую модель, которая основана на фундаментальных закономерностях ферментативной кинетики. С её помощью специалисты не только получают алгоритм расчёта, но и методы, примеры определения значений необходимых кинетических коэффициентов и констант.
1980-е гг. Отечественные учёные из ВОДГЕО впервые подробно описали с помощью теоретических закономерностей процессыокисления органических веществ в сточных водах и биологического удаления из них соединений азота.
2010-е гг. К совершенствованию методики ВОДГЕО подключились самарские специалисты. В названии методики появилось упоминание нашего университета.
2020 г. Опубликовано учебное пособие Сергея Степанова «Технологический расчёт аэротенков и мембранных биореакторов», в котором был обобщён весь накопленный опыт работы над этой методикой.
Научный коллектив разработал программу, которая позволяет автоматизировать выполняемые расчёты. По словам учёных, подобного программного обеспечения в России нет, а зарубежные аналоги требуют длительного обучения инженеров-технологов по работе с ПО.
– Наиболее распространённые импортные программы (GPS-X и BioWin) очень громоздкие и моделируют сразу большинство известных технологий очистки сточных вод, – рассказывает Степанов. – Мы же предлагаем предприятию модель одной, именно его технологической схемы, проводим её верификацию на сооружениях заказчика и даём технологические рекомендации.
Предлагаемое решение ещё и оправдано экономически. Специалисты подсчитали, что использование оригинального программного продуктапозволит снизить себестоимость очистки стоков: алгоритмы рационализируют энергопотребление насосов, которые нагнетают воздух в аэротенки, а также расход реагента для удаления фосфора.
Принцип работы «Потенциала».
1. ПО устанавливается на компьютер пользователя, работающего в локальной сети предприятия. Программа подстраивается под основные параметры сточных вод.2. «Потенциал» получает данные с приборов учёта и электронных баз данных предприятия.
3. При появлении новых значений (расхода, концентрации загрязнений, изменения технологических параметров и т.д.) программа проводит
Программа «Потенциал» уже используется в тестовом режиме на городских очистных канализационных сооружениях Самары. Сейчас перед коллективом разработчиков стоит задача автоматизировать сбор исходных данных. В дальнейшем планируется установка на другие очистные сооружения, в первую очередь, эксплуатируемые ОАО «Российские коммунальные системы».
Разработка была поддержана грантом в размере 4 млн рублей по программе «Старт-1», реализуемой «Фондом содействия инновациям». В сентябре 2024 года «Потенциал» был представлен на международной выставке технологий и оборудования для водоснабжения, водоотведения и водоподготовки «ЭкваТэк». Программное обеспечение демонстрировали на стенде группы компаний «Эколос», в которую входит «ЭкоСмарт».
Аммоний, уходи!
Под руководством Сергея Степанова выпускник факультета инженерных систем и природоохранного строительства Сергей Ангалышев разработал новый метод доочистки сточных вод, позволяющий избавиться от аммония – химического соединения азота и водорода. Конечно, эта разработка не может стать полноценной альтернативой биохимическим процессам денитрификации стоков, но она поможет в тех случаях, когда биологическое удаление соединений азота невозможно.
Темой ионного обмена Ангалышев занимался с первого курса. Вместе со Степановым они проводили эксперименты с различными конфигурациями и сочетаниями фильтрующих загрузок. В бакалаврской выпускной квалификационной работе Сергей Ангалышев представил итоги исследований ионообменных свойств цеолитов (водных алюмосиликатов кальция и натрия), показал возможности их применения в водоподготовке для котельных.
Следующим этапом научного поиска стала работа над магистерской диссертацией.
– Мы нашли новый способ применения ионообменной загрузки для удаления ионов аммония из водных растворов, – рассказывает Ангалышев. – Метод, который я описываю, может использоваться в тех случаях, когда традиционное биологическое удаление азота невозможно: например, при очистке холодных сточных вод в небольших посёлках на Севере или в случаях недостатка органических веществ для денитрификации. В качестве ионообменных загрузок мы предложили уже сильнокислотные катиониты, которые обычно не применяли в процессах очистки от аммония. Раньше для этой цели также использовались цеолиты, но они, как выяснилось, имеют низкую эффективность и обменную ёмкость, а содержание вещества в очищенной таким образом воде всё равно в несколько раз превышает предельно допустимую концентрацию.
Принципиальная схема установки (фото)
Компоненты системы:
- Сильнокислотный катионит;
- Электролитическая подсистема;
- Дегазатор и хранилище рассола;
- Система дозирования бисульфита натрия;
- Система разбавления выбросов электролизера;
- Дозирование щёлочи.
Главная проблема ионообменных загрузокзаключается в быстрой потере ёмкости. Для регенерации (восстановления) используется поваренная соль, а отработанный регенерационный раствор содержит всё тот же аммоний, но в сто раз более высокой концентрации. Разработанная технология включает электролитическое окисление аммония с получением газообразного азота. Азот – основной компонент воздуха, его в нём почти 80 процентов, соответственно, он безопасен для окружающей среды. А солевой раствор, очищенный таким образом от аммония, может использоваться повторно.
Разработку коллектива оценили в научном сообществе. Так, Ангалышев занял первое место в номинации «Работы научно-исследовательского характера» на Всероссийском конкурсе выпускных квалификационных работ. Кроме того, новый метод доочистки сточных вод был представлен в финале Всероссийского конкурса на медаль Российской академии архитектуры и строительных наук имени Н.В. Никитина, где занял второе место.
