Критика кавитационной очистки сточных вод различной природы

 Основное противоречие данного предложение состоит в преувеличении возможностей кавитационного воздействия для очистки воды. Мы не располагаем данными об использовании кавитационных установок для очистки хоз-бытовых и промышленных стоков в промышленном масштабе, как в России, так и в других странах, хотя нам известен интерес к этой теме...

  Кавитация до недавнего времени рассматривалась сугубо, как негативное явление, приводящее к разрушению металлических поверхностей гребных винтов или иных быстродвижущихся элементов в жидкой среде. Особую тревогу вызывала кавитация на неровностях поверхностей каналов течения ракетного топлива, приводящая к локальному нагреву и дальнейшему разрушению этих каналов (ЖРД производства ВМЗ, техническая проблема). Однако у кавитации есть и позитивный аспект, нашедший своё применение в технике, например, в системах очистки твёрдых поверхностей от твёрдых загрязнений. Кавитация может рассматриваться и как один из перспективных методов обеззараживания, описанный в статье «Безреагентное обеззараживание воды» Климов В.Я., 2009г:
«Непосредственно в зоне кавитационного факела создаются экстремальные условия – возникают короткоживущие парогазовые микросферы, которые появляются в момент локального снижения давления в воде и схлопываются при "сжатии" воды. Скорость схлопывания очень высокая и в окрестности точек схлопывания возникают экстремальные параметры – огромные температура и давление. Вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы и в небольшом количестве пероксид водорода. Каверны возникают с частотой несколько десятков кГц, преимущественно на неоднородностях. В качестве неоднородностей могут служить споры грибков, бактерии, играющие роль своеобразной мишени. Кроме того, под воздействием ультразвукового излучения в объеме обрабатываемой жидкости возникают многочисленные микроскопические газовые пузырьки – происходит объёмная дегазация.

 Предпосылки выглядели обнадёживающе. Пришло время практической реализации. Для формирования кавитационного факела был использован гидродинамический принцип. После прохождения фильтров предварительной очистки, вода, освобожденная от мелких твердых включений, попадает в насос высокого давления; затем под давлением порядка 20 атм. в гидравлический излучатель – кавитационную камеру, организованную на основе модели трубы Вентури, где и формируется факел. Как показала практика, на эффективность кавитации не влияет ни мутность, ни солевой состав обрабатываемой воды, ни цветность. Бактерицидное действие кавитации прямо пропорционально ее интенсивности, скорости потока и числу ступеней возбудителей кавитации.

  При сравнении экономических затрат различных методов на обеззараживание условной единицы объема питьевой воды кавитация оказывается эффективным методом. Но и здесь возникли трудности. Размер кавитационного факела всегда оказывается небольшим, а потому обеззараживаемую воду необходимо пропускать через него несколько раз. Изменение скорости течения воды приводит к исчезновению кавитационного факела вообще, а поддерживать скорость течения постоянной технически сложно. Попадание любой взвешенной частицы в поток воды способно также сбить факел. Да и к тому же элементы кавитационной камеры сами подвергаются беспощадному воздействию, что неизбежно приводит к их разрушению. Таким образом, заманчивые перспективы кавитационного обеззараживания оказались сопряжены с целым комплексом технических противоречий, для преодоления которых было предложено использовать другой принцип формирования кавитационной зоны – с помощью пьезоэлектрического или магнитодинамического эффектов.

  Ультразвуковые колебания, возникающие в пьезокерамическом излучателе при воздействии на него электрического тока высокой частоты, способны сформировать в водной среде кавитационную зону в непосредственной близости к кавитатору. Ультразвуком, сформированным благодаря пьезоэлементам, легко управлять, изменяя параметры подаваемого тока. Однако зона кавитации и в этом случае остается небольшой, а энергетические затраты для её поддержания значительными. При этом большая часть объёма воды, в котором находится излучатель, не испытывает кавитационного воздействия, хотя и подвергается действию ультразвуковых колебаний. В связи с этим возникает необходимость организовать такое движение жидкости, при котором кавитации подвергнется весь объём за короткий промежуток времени. Также необходимо отметить, что пьезоэлемент в рабочем состоянии генерирует не только ультразвук, но и паразитные акустические колебания высокой мощности, находящиеся в диапазоне слышимости вблизи порога болевой непереносимости звука. В данном случае уже можно говорить об акустическом загрязнении окружающей среды, избежать которого можно лишь экранированием всего объёма жидкости с излучателем от внешней среды.»

  Предложение от компании N по кавитационно-ферментной технологии очистки производственных и хозяйственно-бытовых стоков не рассматривает негативные аспекты технологии, описанные выше, а именно:
  1. Поддерживать кавитационный факел, имеющий максимальный размер всего в несколько сантиметров, чрезвычайно трудно даже для исходно чистой воды. Любые взвешенные частицы и нестабильность потока жидкости будут его разрушать.
  2. Через кавитационный факел нужно пропустить весь объём очищаемой воды, что потребует значительного времени. Сам факел не захватывает весь объём проходящей воды; в лучшем случае – 30%.
  3. Для формирования кавитационного факела требуется значительное сужение магистрали подачи воды (принцип трубки Вентури и сопла Лаваля). Движение через зауженное сечение магистрали загрязнённой воды с аморфными частицами неизбежно приведёт к засорению, изменению гидравлических характеристик и исчезновению кавитационного факела.
  4. Сильнее всего в кавитационных установках разрушается сам кавитационный узел. Он будет требовать очень частой замены. Не существует материала, способного длительное время выдерживать кавитацию. Даже карбид вольфрама, рекомендуемый к изготовлению узлов кавитации, не способен к длительному функционированию.
  5. Удачный эксперимент по гидравлической кавитации, проведённый в комфортных лабораторных условиях, невозможно корректно транслировать на реальные условия непрерывной и длительной работы без остановок.
  6. Промышленный сток, прошедший через кавитационный факел, изменится по химическому составу, но не очистится. Очистка подразумевает полное устранение загрязнений до нормативных показателей, а не их видоизменение.
  7. Хозяйственно-бытовой сток, содержащий аморфные органические вещества, не претерпит серьёзных превращений в кавитационном факеле из-за высокой вязкости компонентов. Ультразвуковая ванна, в которой происходит кавитационная очистка твёрдых поверхностей от твёрдых загрязнений, совершенно неэффективна для вязких (масляных, вязких, пластичных) загрязнений, - они остаются нетронутыми.
  8. Создание высоких и сверхвысоких давлений для формирования кавитационного факела потребует значительных затрат электроэнергии в единицу времени, высокопрочных конструкций кавитационных узлов, будет представлять опасность гидравлического взрыва.
  В предложении фигурирует не только кавитационная, но и ферментная составляющая очистки. В этом случае, вероятно, речь идёт об ускоренном компостировании избыточного ила и сырого осадка. Но даже активированный искусственно привнесёнными биопрепаратами процесс компостирования потребует значительного времени и послужит лимитирующим фактором всего процесса очистки. Кроме того, формирование осадков данного типа свидетельствует об использовании классического процесса биологической очистки, тогда зачем вообще нужно кавитационное расщепление?
  Заявление «никаких запахов нет» применительно к хозяйственно-бытовым стокам не выдерживает критики. Каким бы совершенным не был метод очистки, запахи будут присутствовать хотя бы из-за того, что такие компоненты, как сероводород, тиолы (меркаптаны), аммиак и др. в той или иной мере растворимы в воде, и удалить их можно только при длительном воздействии на эту воду, например, методом отдувки или аэрации. Такой процесс происходит синхронно с насыщением воды кислородом в аэротенках классических очистных сооружений.
  Основное противоречие данного предложение состоит в преувеличении возможностей кавитационного воздействия для очистки воды. Мы не располагаем данными об использовании кавитационных установок для очистки хоз-бытовых и промышленных стоков в промышленном масштабе, как в России, так и в других странах, хотя нам известен интерес к этой теме. В реальных (нелабораторных) условиях кавитация будет формироваться очень несистемно, если вообще будет, а основным явлением будет так называемая псевдокавитация – энергичное перемешивание с усиленным диспергированием частиц загрязнений на более мелкие. Но в этом случае говорить об очистке совершенно некорректно, напротив, такой показатель загрязнённости, как мутность воды, возрастёт многократно.