Предприятием-резидентом Троицкого технопарка ФИАН – ООО ИТЦ «Комплексные исследования» разработана технология очистки воды на основе процессов интенсивного окисления, на сегодняшний день уже имеющая опыт успешного внедрения на различных предприятиях. Уникальность технологии, в том числе, заключается в ее «всеядности», т.е. широком спектре применения – от бытовых до промышленных масштабов, и полном нивелировании вреда от токсичных загрязнений.

    Пожалуй, не найдется ни одного человека, который оспорил бы величайшую ценность такого природного ресурса как вода. Вода является средой обитания множества живых существ, определяет климат. Для человека она стала еще и важнейшим компонентом в промышленной деятельности: транспортная артерия, источник энергии, сырье, теплоноситель и т.д.

    Интенсивное использование воды в промышленных целях (зачастую с пренебрежением экологическими нормами) привело к проблеме загрязнения водных источников. Отдельные экологи заговорили о грядущем вымирании всего живого на планете: загрязнение воды пагубно влияет на развитие флоры и фауны, ведет к росту тяжелых заболеваний, в том числе онкологических, и ухудшению уровня жизни людей в целом. И хотя такие апокалиптические прогнозы сегодня вызывают определенный скепсис, ясно, что с загрязнением воды необходимо интенсивно бороться.

    Среди множества различных загрязнений особую тревогу вызывают т.н. стойкие органические загрязнения – ядовитые химические вещества, оказывающие негативное влияние на здоровье людей и окружающую среду. Распространяясь по воздуху и воде, они, к тому же, весьма устойчивы к распаду, что приводит к заражению территорий, достаточно удаленных от места их непосредственного производства. В результате происходит их постепенное накапливание в растениях и организмах животных, потребляемых в пищу, а также нарастание загрязнения всей планеты. Источником токсичных органических соединений является, прежде всего, промышленное производство. Список «злоумышленников» весьма широк: практически любое производство в качестве побочного продукта получает те или иные токсичные органические соединения.

             Существует множество различных методов борьбы с подобными загрязнениями, которые обладают определенной степенью эффективности. Но наиболее перспективными являются процессы интенсивного окисления (АОР)^[1], позволяющие производить деструкцию токсичных соединений до безопасных и биоразлагаемых.

    ООО ИТЦ «Комплексные исследования», которое является предприятием-резидентом Троицкого технопарка ФИАН, разработаны технологии, позволяющие производить очистку воды с использованием данной методики.

             Процессы, о которых мы говорим, хорошо известны, – рассказывает Евгений Юрьевич Щекотов, генеральный директор компании. – Вся технология связана с контролем процессов окисления в воде, реализованных в виде цепных реакций, которые в свое время исследовались академиком Семеновым Н.Н. и группой ученых. Собственно, академик Семенов за эти исследования получил Нобелевскую премию^[2]. Мы же просто довели эти технологии до прикладного применения.

    Принцип очистки воды, заложенный в предлагаемой технологии, основан на деструкции токсичных органических соединений и их производных в результате интенсивного окисления, активированного с помощью гидроксильных радикалов (ОН-радикалы).

Сравнение окислительного потенциала различных групп окислителей.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»

    Объясняет Сергей Викторович Изюмов, директор по развитию ИТЦ «Комплексные исследования»:

    Константы скоростей реакций гидроксильного радикала, – так называют соединение одного атома водорода с одним атомом кислорода (ОН-радикал), – с различными органическими соединениями в миллионы раз выше, чем, например, у озона! При столкновении с органической молекулой ОН-радикал, оторвав от нее атом водорода, превращается в воду, или разорвав двойную связь, присоединяется к молекуле. Органическая молекула в этом случае приобретает лишнюю валентность и легко окисляется кислородом, будучи до этого к нему нейтральной. Таким образом ОН-радикал активирует реакции окисления.

    Если процесс генерации ОН-радикалов поддерживать постоянно, то в результате будет иметь место длинная цепочка окислительных реакций, в результате которой образуются молекулы CO₂, воды и некоего, более «легкого», органического соединения. Принципиально возможно полное разложение примесей, когда в качестве конечных продуктов останется лишь вода, CO₂, некоторые соли и неорганические кислоты, которые образуются при наличии в органических соединениях азота, серы, хлора или других элементов.

    Но такой вариант не всегда оправдан экономически. Можно за счет частичного окисления перевести токсичное или трудноудалимое соединение в более легкую биоразлагаемую форму и на этом остановить процесс. А вот как узнать, достигнут ли желаемый результат, в какой момент остановить процесс окисления – это уже ноу-хау разработчиков.

    Предлагаемая методика принципиально отличается от наиболее распространенных сегодня методов очистки органических соединений, таких как фильтрация, окисление хлором и биологическая очистка. Во-первых, данные методы имеют выборочный спектр действия. Так, например, не все органические соединения можно отфильтровать, а некоторые из них не подлежат окислению хлором. Во-вторых, после них возникает новая проблема: куда девать полученный осадок, который также зачастую небезопасен для окружающей среды? В-третьих, проблемой являются невысокие скорости реакций и, следовательно, медленный процесс очистки.

    Главным преимуществом предлагаемой технологии является неселективный характер окисления, за счет чего появляется возможность перекрывания весьма широкого спектра токсичных соединений, а сама она приобретает характер универсальности: гидроксильным радикалам все равно, что окислять – органические соединения или же неорганические.

    Известна, например, международная база данных из более, чем 650 органических соединений, требующих нейтрализации. Так вот, бо́льшая часть этих веществ попадает в область наших возможностей, – продолжает Сергей Викторович. – Более того, хотя наша основная мишень – органические соединения, благодаря работе с окислителями мы можем попутно удалять и некоторые неорганические соединения (например, железо и марганец – основные «болевые» точки загрязненной воды), бороться с микробиологическими опасностями и т.д. Нашей технологии оказалось под силу даже улучшение органолептических свойств воды, таких как удаление постороннего запаха, вкуса и цветности.

    Такая универсальность технологии позволяет говорить о дальнейшем расширении спектра решаемых задач как относительно списка нейтрализуемых органических соединений, так и для удаления веществ техногенного происхождения.

    В основе технологии лежит применение различных принципов получения ОН-радикалов в воде. Один из них – использование уникального генератора озона и ОН-радикалов, запатентованного под названием XENOZONE, на базе эксимерных ксеноновых ламп, излучающих свет в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 172 нм.

На рисунке: наверху – генератор XENOZONE;
внизу – схема очистки воды с помощью генератора XENOZONE.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»

    Использование вакуумного ультрафиолета эксимерных ксеноновых ламп генераторов XENOZONE направлено на одновременную реализацию двух процессов:

• получение гидроксильных ОН-радикалов и перекиси водорода H₂О₂ при облучении воды вакуумным ультрафиолетовым излучением;

• получение озона при облучении кислорода в воздухе.

Не менее важным является возможность встраивания предлагаемых систем в уже существующие системы очистки воды, что также позволяет повысить качество, скорость обработки загрязнений и расширить спектр нейтрализуемых веществ, а также обеспечить способность «подстраивания» системы под конкретные задачи заказчика.

    На сегодняшний день технология XENOZONE не просто научная разработка, а активно внедряемая на предприятиях система очистки. Среди предлагаемых объектов применения крупные предприятия, такие как АЭС, ТЭС, муниципальные водоканалы, предприятия микроэлектроники, а также небольшие организации – предприятия пищевой промышленности, бассейны.

Установка очистки конденсата и промывочной воды для Нововоронежской АЭС
(стоп-кадр видеосюжета «Системы очистки воды XENOZONE для промышленности и энергетики»)

         Рассказывает Евгений Юрьевич:

Одним из предприятий-заказчиков была Нововоронежская АЭС (НВ АЭС), где в 2015 году была запущена установка очистки конденсата от органических соединений. Как результат внедрения установки мы можем представить заключение миссии OSART МАГАТЭ^[3].

    Помимо данного опыта, за «плечами» компании программы по очистке воды на муниципальных водоканалах Троицка и Подольска, Верхнетагильской ГРЭС и многих других.

Установка по очистке воды на предприятии водоканала Троицка.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»

    Летом 2017 года был успешно завершен проект по созданию установки очистки сточных вод от токсичных органических соединений из промышленных стоков предприятий микроэлектроники, осуществленный по заказу японской компании «SANBIC». Таким образом, можно говорить, что данная технология получила международное признание.

    Самое важное, на мой взгляд, состоит в том, что все работы – от «железа» до автоматизации и наладки – мы полностью проводим своими силами, на площадке Троицкого технопарка ФИАН. Для реализации крупных проектов, подобных Нововоронежской АЭС или Верхнетагильской ГРЭС, конечно, необходимы определенные финансовые вложения, которые мы обеспечиваем самостоятельно, за счет реализации небольших коммерческих проектов. Такое самоинвестирование – наша принципиальная позиция. И в этом мы также видим залог своего успеха, – отметил в заключение Сергей Викторович.

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»

____________________

От редакции. Дополнительно предлагаем ознакомиться с видеосюжетом, рассказывающим об опыте применения разработки на муниципальном предприятии по очистке вод Троицка.

Примечания:

       ^[1] Международное название процессов активного окисления: AOP – Advanced Oxidation Processes. К тексту ↑

        ^[2] Семенов Николай Николаевич – советский физико-химик, один из основоположников химической физики. Единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии. Получил премию в 1956 г. «За исследования в области механизма химических реакций» (совместно с С.Н. Хиншелвудом). К тексту ↑

        ^[3] OSART (англ. Operating Safety Analysis Review Team) – группа анализа эксплуатационной безопасности. Миссии OSART имеют целью повысить эксплуатационную безопасность АЭС за счёт обмена опытом эксплуатации, накопленным в мире. Такие миссии проходят на различных АЭС мира. На основании проведённой ими оценки разрабатывается отчёт, содержащий описание положительной практики эксплуатации (признаваемой таким образом на международном уровне), а также предложения и рекомендации. Источник: (https://ru.wikipedia.org/wiki/Международное_агентство_по_атомной_энергии)

    Сайт OSART Good Practices: http://www-ns.iaea.org/reviews/good-practices.asp?s=7&l=49.    К тексту ↑