О двух важных разработках учёных кафедры «Водоснабжение и водоотведение»

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.

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 электро-энергии 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.

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 продукта позволит снизить себестоимость очистки стоков: алгоритмы рационализируют энергопотребление насосов, которые нагнетают воздух в аэротенки, а также расход реагента для удаления фосфора.

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 – на 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 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 ионо-обменных 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.

Главная проблема ионообменных загрузок заключается 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.