Чистая вода в чистых трубах: в СКФУ предложили инновационный способ очистки водозаборов

Ученые Северо-Кавказского федерального университета нашли способ бороться с биообрастанием водозаборов в системах водоснабжения. Технология, предложенная учеными СКФУ, поможет сэкономить ресурсы и повысит качество водоснабжения.

Трубопроводы на водозаборах, особенно на зарегулированных источниках и при теплом климате, часто зарастают гидробионтами. Наиболее распространены двустворчатые моллюски дрейссены. Иногда этот процесс бывает настолько интенсивный, что приводит к критическим потерям напора во всасывающей системе водозабора и к угрозе остановки насосных станций, к излишнему потреблению электроэнергии, износу оборудования и возможным авариям.

– Отмечу, что ученые СКФУ разрабатывают актуальные технологии, которые могут быть применимы в социально-экономической сфере макрорегиона. Предложенная инновационная разработка будет способствовать бесперебойному водоснабжению, а также экономии электроэнергии, что, в конечном счете, скажется на стоимости потребляемых населением ресурсов, – прокомментировал ректор СКФУ Дмитрий Беспалов.

Слой двустворчатых моллюсков на внутренних стенках трубопроводов достигает толщины в 7-10 сантиметров, а масса обрастаний – до 7 килограммов на квадратный метр. Резко возрастает сопротивление трубопроводов, что влечет дополнительные расходы электроэнергии на подачу воды. Дополнительные затраты электроэнергии составляют, по оценке экспертов, 10-12% от общего потребления электроэнергии.

Существуют традиционные способы борьбы с дрейссеной. Для этого используют реагенты – воду хлорируют, озонируют или добавляют препараты серебра. Но исследователи СКФУ пошли другим путем. Они обратили внимание, что без биопленки, которая образуется на трубопроводе, личинки моллюсков не могут закрепиться на поверхности. Если электрически заражать бактерии, то молекулы воды выстраиваются полярно вокруг нее, образуя вокруг микроорганизма несколько упорядоченных слоев чистой на молекулярном уровне воды. Так возникает осмотическое давление, которое заставляет молекулы воды со всех сторон проникать через мембрану внутрь бактерии, что мгновенно приводит к разрыву ее оболочки.

– Мы предложили придавать слабый положительный заряд внутренним поверхностям трубопроводов. Таким образом подавляется рост бактерий на стенках трубопроводов и не образуется биопленка. Аналогично бактериям и частицам загрязнений, электрически заряжаются и находящиеся в воде личинки дрейссены и прочих микроорганизмов. Вследствие этого клетки личинок начинают испытывать высокое внешнее осмотическое давление. У них нарушаются процессы метаболизма. Клетка, пытаясь стабилизировать внутреннее давление, непрерывно выбрасывает во внешнюю среду свою цитоплазму, получая взамен вместо питательных веществ только чистую воду, – рассказывает один из авторов исследования, профессор кафедры теплогазоснабжения и экспертизы недвижимости СКФУ Николай Стоянов.

Для защиты от моллюсков используют специальную электрическую станцию постоянного тока. «Плюсовой» электрод подключают к металлической трубе, которую следует защитить от биообрастания. Делают это через специальный протектор, который защищает металл от анодного разрушения. «Минусовой» - к катоду.

Такой подход гораздо дешевле традиционных методов. К примеру, городской водоканал среднего российского города может тратить до 50 миллионов рублей на борьбу с биообрастанием в год. Идея ученых СКФУ обойдется в десятки и даже сотни раз дешевле. При этом такой подход можно применять и в других отраслях – например, чтобы защищать погруженные в воду части судов. Скопившиеся на металле ракушки значительно влияют на быстроходность.

По результатам исследования ученые оформили патент.