Ученные ПНИПУ создали инновационное решение для очистки воздуха от канализационных выбросов, достигающее 96,8% эффективности. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» совместно с компанией «Вентмонтаж» разработали систему на базе гидрофильтра, которая обеспечивает существенное снижение вредных веществ.
Источник: freepik.com
Канализационные системы, являющиеся скрытым источником городской загрязненности, регулярно выделяют сероводород, патогенную микрофлору и другие агрессивные газы. Это происходит в результате переполнения коллекторов, когда эти вещества выталкиваются на поверхность через вентиляционные шахты. Данная смесь не только представляет угрозу для здоровья человека, но и вызывает разрушение бетонных конструкций самих канализаций. Существующие системы очистки и вентиляции имеют ряд ограничений, включая аварийный режим работы фильтров при достижении предельных концентраций опасных испарений.
Разработанная учеными ПНИПУ и «Вентмонтаж» система представляет собой двухступенчатое решение. Первая ступень гидрофильтр, который обеспечивает очистку воздуха от взвешенных частиц на 99% и поглощает до 65% агрессивных газов, в частности сероводорода. Этот эффект достигается путем пропускания загрязненного воздуха через плотную водяную завесу, создаваемую специальными форсунками. Для усиления нейтрализации кислотных газов в воду добавляются реагенты, такие как известь.
Вторая ступень включает генератор озона, который отвечает за полное обеззараживание воздуха и нейтрализацию стойких загрязнений. Озон, будучи мощным окислителем, эффективно уничтожает бактерии, плесень, вирусы и другие органические соединения, особенно в условиях недостатка кислорода, характерных для канализационных коллекторов. Система автоматически регулирует мощность озонатора в зависимости от уровня загрязнения, обеспечивая максимальную эффективность при минимальном энергопотреблении.
Внедрение данной системы обещает комплексное решение проблемы. Повышается надежность и экономичность, снижаются эксплуатационные расходы и потребность в дорогостоящих расходных материалах. Кроме того, благодаря рециркуляции озонированной воды, система способствует очистке самого коллектора, подавляя источники запаха и бактериального размножения. Это разработка может стать новым стандартом в сфере очистки технологических выбросов, улучшая качество городского воздуха и продлевая срок службы канализационных сетей.
Статья, посвященная этому исследованию, была опубликована в материалах конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды».
Актуальность проблемы подтверждается статистикой Роспотребнадзора: в 2024 году загрязнение воздуха стало причиной 6,7 тысяч преждевременных смертей, а почти половина городского населения (47%) проживает в условиях регулярного превышения допустимых норм вредных веществ. Системы городской канализации, несмотря на свою скрытность, продолжают оставаться одним из значимых источников загрязнения атмосферы.
Канализационные коллекторы, подобно подземным рекам, собирают сточные воды всего города. В этих условиях активно развиваются бактерии, перерабатывающие органические отходы и выделяющие в качестве побочных продуктов сероводород, метан и аммиак. Эти газы, выходя через систему вентиляции, загрязняют воздух.
Опасность этих выбросов не ограничивается неприятным запахом. Сероводород, концентрация которого может достигать опасных значений, вызывает сильную коррозию бетона, разрушая железобетонные конструкции канализационных сетей и создавая угрозу масштабных аварий. Метан, скапливаясь, образует взрывоопасные смеси, а аммиак и метантиол провоцируют хронические заболевания дыхательных путей и аллергии у населения. Недостаток кислорода, тепло и влажность в коллекторах создают благоприятные условия для мутации патогенной микрофлоры, что еще больше ускоряет разрушение конструкций и увеличивает риск аварий.
Значительный износ канализационных сетей в России, достигший к концу 2024 года 46%, усугубляет ситуацию. Инциденты, подобные случаям затопления дворов в Рязани, жалобам на запах сероводорода в Краснодаре и выбросам опасных газов в Новосибирске, свидетельствуют о системной проблеме стареющей городской инфраструктуры и отсутствии эффективных решений.
Традиционные методы борьбы с выбросами, включающие ультрафиолетовую обработку и специальные фильтры, оказались недостаточно надежными и экономически затратными. Основная уязвимость таких систем заключается в их отключении при пиковых концентрациях сероводорода или при засорении фильтров, то есть именно тогда, когда их работа наиболее необходима. Кроме того, громоздкость, необходимость большого пространства для обслуживания и дорогостоящая замена расходных материалов (УФ-ламп, фильтрующих кассет) увеличивают эксплуатационные расходы, часто требуя установки дублирующих комплексов.
Разработанная учеными ПНИПУ под руководством доктора технических наук Я.Э. Вайсмана и специалистами «Вентмонтаж» новая двухступенчатая система, основанная на концепции многобарьерной защиты, устраняет эти недостатки. Гидрофильтр, функционирующий как первая ступень, принимает на себя основную нагрузку, защищая дорогостоящее оборудование второй ступени. Это обеспечивает бесперебойную работу системы и делает ее практичной: на удаленных участках или при низкой нагрузке можно использовать только гидрофильтр, экономя ресурсы.
Эффективность гидрофильтра была подтверждена экспериментально. Испытания показали, что установка улавливает до 99% взвешенных частиц и до 65% вредных газов, таких как сероводород. Генератор озона, как вторая ступень, завершает процесс, уничтожая патогенную микрофлору и стойкие загрязнения, регулируя свою работу в зависимости от уровня опасности.
Таким образом, предложенная технология комплексно решает проблему, повышая надежность, экономичность и экологическую безопасность. Уменьшаются затраты на обслуживание, увеличивается срок службы оборудования, а система работает не только на очистку воздуха, но и на улучшение состояния самих коллекторов. Эта разработка имеет потенциал стать новым стандартом, способствуя улучшению качества городской среды и долговечности инженерных сетей.