Работа с загрязненным стоком. Технологии принудительного испарения с использованием промышленных вентиляторов. Обзор технологии. Авторы Кондратюк А.А., Томс Л.С.

1. Общее описание проблематики

Загрязненные поверхностные и подземные воды, образующиеся в результате деятельности особенно горнорудных предприятий, часто аккумулируются в шламонакопителях, что в конечном счёте является серьезной проблемой, требующей немедленного решения, поскольку это может негативно влиять на окружающую среду и человеческое здоровье.

Однако процессы очистки таких вод могут быть сложными и дорогостоящими. Например, использование обратного осмоса может обеспечить высокую степень очистки, но такие системы обычно требуют больших капиталовложений и высоких операционных расходов. Проектные решения, включающие работу очистных сооружений, обеспечивающих очистку загрязненного поверхностного и подземного стока для крупных объектов негативного воздействия или горнорудных предприятий как правило, небезосновательно, отрицательно воспринимаются собственниками объектов и экспертным сообществом. И связано это в первую очередь со стоимостью эксплуатации таких сооружений, которая в случае с горнорудными объектами снижает рентабельность работ или в случае с объектами накопленного вреда (ОНВОС) на окружающую среду ложится тяжелым бременем на местную администрацию.

В связи с этим, методы испарения с использованием промышленных вентиляторов могут быть более привлекательными и экономически эффективными решениями. Они могут обеспечить значительное снижение объема загрязненной воды и концентрацию загрязняющих веществ, что упрощает последующую обработку и утилизацию. Кроме того, эти методы могут быть более доступными и адаптируемыми к различным условиям и потребностям.

2. История развития технологии

Точную дату первого предложения и применения технологии испарения с использованием вентиляторов для очистки загрязненных вод из шламонакопителей определить довольно сложно, так как разработка и использование различных методов испарения и вентиляции имеют долгую историю.

Активное использование вентиляторов и других механических устройств для управления водой и улучшения качества воды в промышленности и сельском хозяйстве началось в середине и второй половине XX века. С тех пор технологии испарения и вентиляции продолжают развиваться и совершенствоваться, а их применение распространяется на различные отрасли и области, включая обработку и утилизацию загрязненных вод.

В последние десятилетия, различные компании и исследователи активно работают над разработкой и оптимизацией технологий испарения с использованием вентиляторов, чтобы повысить их эффективность, снизить стоимость и сделать их более экологически безопасными.

Ниже представлен перечень основных компаний, специализирующихся на разработке и производстве испарительных систем:

• Minetek — Австралийская компания, предлагающая решения для управления водой и воздухом в горнодобывающей, нефтегазовой и промышленной отраслях, включая испарители с использованием вентиляторов.
• GEA Group — Германская компания, специализирующаяся на проектировании и производстве промышленного оборудования, включая испарительные системы для горнодобывающей отрасли.
• Veolia Water Technologies — Французская компания, предлагающая решения для управления водными ресурсами, включая испарительные системы для горнодобывающей отрасли.
• IDE Technologies — Израильская компания, специализирующаяся на разработке и производстве испарительных систем для горнодобывающей отрасли.
• Outotec (часть Metso Outotec) — Финская компания, предлагающая технологии и услуги для горнодобывающей и металлургической отраслей, включая испарительные системы.

Список месторождений, где применялась технология принудительного испарения загрязненного стока с применением систем промышленной вентиляции:

• Месторождение “Super Pit Gold Mine” — Австралия
• Месторождение “Donlin Gold Mine (Chuquicamata)” — США, Аляска
• Месторождение “Lefroy Gold Project” — Канада, Онтарио
• Месторождение “Maricunga Gold Mine” — Чили, Атакама
• Месторождение “La Colosa Gold Mine” — Колумбия, Толима

Таким образом, технология принудительного испарения применяется и обширно используется на мировой арене, что требует внимательного рассмотрения и переноса опыта на территорию России и Казахстана как ключевых горнодобывающих стран.

3. Общее описание технологии

Испарители часто используются для обработки загрязненной воды, особенно в промышленных и горнодобывающих предприятиях, поскольку они могут справиться с водой с высоким содержанием солей и твердых веществ. В контексте работы с загрязненным стоком традиционно испарители — это водоёмы с большой площадью водной поверхности, однако скорость испарения с поверхности таких водоёмов крайне ограничена и составляет в зависимости от региона 200-500 мм/год. В таких условиях регулировать производительность водоёма-испарителя возможно площадью водной поверхности, что не всегда представляется технически возможным.

Технология испарения с применением промышленных вентиляторов заключается в превращении загрязненной воды в пар, который затем конденсируется обратно в жидкость, оставляя за собой большую часть загрязнителей. Процесс может быть основан на различных методах испарения, таких как:

— Испаритель с пленочным кипением: Этот тип испарителя использует нагревательные элементы, расположенные внутри камеры, чтобы нагреть воду до температуры кипения. Вода превращается в пар, который поднимается и отводится в атмосферу. Концентрированные загрязнители остаются в камере.

— Вакуумный испаритель: Вакуумные испарители используют снижение давления в камере для снижения температуры кипения воды. Вода испаряется при более низкой температуре, что позволяет сэкономить энергию. Пары затем конденсируются, и очищенная вода собирается.

— Солнечный испаритель: Солнечные испарители используют солнечную энергию для нагрева воды и ее превращения в пар. Это экологически чистый и энергоэффективный способ очистки загрязненной воды. Солнечные коллекторы или фотовольтаические панели используются для сбора солнечной энергии, которая затем преобразуется в тепло для нагрева воды.

— Испаритель с использованием систем вентиляции. Принцип основывается на нагнетании в рабочую камеру воды, в которой она с помощью, например, эжектора превращается в аэрозоль и далее мощным вентилятором передается в атмосферу. При этом чем дольше экспозиция воды в атмосфере тем эффективнее система испарения. Основным фактором, влияющим на эффективность такой системы, является температура, влажность воздуха, направление ветра по отношению к оси вентилятора, длина пути движения аэрозоля, тип поверхности на которую осаждается аэрозоль.

Преимущества технологии испарения включают:

• Высокая степень очистки: Испарение может эффективно удалять широкий спектр загрязнителей, включая растворенные соли, тяжелые металлы, органические соединения и микроорганизмы.
• Энергоэффективность: при определенных климатических условиях испарение с использованием систем вентиляции имеет лучшую энергоэффективность в сравнении с прочими технологиями.
• Восстановление воды: в отличии от фильтрации, когда весь объём загрязненного стока проникает во внешнюю среду испарение снижает нагрузку на подземные воды и очистные сооружения.
• Снижение отходов: Технология испарения позволяет снизить объем отходов, поскольку концентрированные загрязнители могут быть отделены от воды и обработаны отдельно.

Испарение воды из шламонакопителя с использованием мощных вентиляторов достигается путем увеличения потока воздуха и повышения скорости испарения поверхности воды. Вот как это работает:

• Установка вентиляторов: Мощные вентиляторы устанавливаются вблизи шламонакопителя или выше него (желательно), чтобы создать сильный поток воздуха над водной поверхностью. Вентиляторы могут быть стационарными или мобильными и могут быть направлены на определенные участки водоема.
• Увеличение испарения: Сильный поток воздуха, создаваемый вентиляторами, увеличивает скорость испарения воды на поверхности шламонакопителя. Вентиляторы также способствуют перемешиванию воздуха, что улучшает теплообмен между водой и окружающей средой.
• Сокращение объема воды: в результате ускоренного испарения уровень воды в шламонакопителе снижается, что облегчает управление шламом и снижает риск переполнения.
• Обработка шлама: После того как уровень воды достаточно снижается, шлам может быть более легко извлечен и обработан. Это может включать дополнительную дегидратацию, стабилизацию, утилизацию или переработку, в зависимости от характеристик шлама и требований нормативных документов.

Технология испарения с использованием вентиляторов предлагает несколько преимуществ, таких как:

• Энергоэффективность: Использование вентиляторов для ускорения испарения является относительно энергоэффективным, особенно по сравнению с другими методами обработки воды, такими как испарители, которые требуют больше энергии для нагрева воды.
• Простота и низкая стоимость: Технология испарения с использованием вентиляторов является относительно простой и недорогой, что может снизить общие затраты на управление шламонакопителями.
• Меньше химических веществ: в отличие от некоторых других методов обработки шлама, таких как коагуляция или флокуляция, технология испарения с использованием вентиляторов не требует добавления химических веществ. Это может снизить воздействие на окружающую среду и уменьшить риск химического загрязнения.
• Повышение безопасности: Ускорение естественного процесса испарения может помочь снизить риск переполнения шламонакопителей, уменьшить вероятность протечек и снизить нагрузку на существующие системы управления шламом.

В целом, технология испарения с использованием вентиляторов может быть полезным инструментом для управления шламонакопителями в определенных условиях. Она может быть наиболее эффективной в сочетании с другими методами обработки воды и шлама для обеспечения комплексного и устойчивого решения.

4. Конструктивные решения при использовании технологии принудительного (активного) испарения

Тип вентилятора, который лучше всего подходит для технологии испарения, зависит от конкретных требований и условий применения. Однако, осевые вентиляторы могут быть хорошим выбором для некоторых случаев использования технологии испарения.

Осевые вентиляторы предлагают ряд преимуществ для технологии испарения:

• Высокая пропускная способность: Осевые вентиляторы могут обеспечить большой объем воздуха при сравнительно низком давлении, что может быть полезно для обеспечения равномерного распределения влажного воздуха и ускорения процесса испарения.
• Энергоэффективность: Осевые вентиляторы имеют относительно высокий КПД, что позволяет снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы.
• Гибкость: Осевые вентиляторы доступны в различных размерах и мощностях, что позволяет подобрать оптимальное оборудование для конкретного проекта.
• Простота установки и обслуживания: Осевые вентиляторы обычно проще установить и обслуживать по сравнению с другими типами вентиляторов, что снижает затраты на инсталляцию и обслуживание.

Однако, перед выбором определенного типа вентилятора для технологии испарения необходимо проанализировать все параметры процесса, включая требования к давлению, объему воздуха, энергопотреблению и шумовому фону. В некоторых случаях другие типы вентиляторов, такие как центробежные, могут быть более подходящими для определенных условий и задач.

Рис. 3.1 – работа вентиляционных испарителей на месторождении. Фото компании Minetek

Для максимального испарения воды при использовании вентилятора рекомендуется следующий подход:

• Распыление: Вода должна быть равномерно распылена перед вентилятором, чтобы обеспечить максимальный контакт водяных частиц с воздухом. Это можно достичь с помощью распылителей или форсунок, которые могут создавать мелкие капли воды. Чем мельче капли, тем быстрее происходит испарение.
• Распределение: Распылители или форсунки должны быть равномерно расположены перед вентилятором, чтобы обеспечить равномерное распределение водяных частиц в потоке воздуха. Это поможет увеличить общую площадь контакта воды с воздухом, улучшая тем самым процесс испарения.
• Оптимизация скорости воздуха: Скорость воздуха, создаваемая вентилятором, должна быть оптимизирована, чтобы обеспечить максимальное испарение воды, не вызывая одновременно излишней струи воды (разбрызгивания). Важно найти баланс между достаточной скоростью воздуха для ускорения испарения и минимизации потерь воды.
• Направление воздушного потока: Вентилятор должен быть направлен таким образом, чтобы воздушный поток был направлен вверх или под углом к горизонту, чтобы максимально увеличить время контакта водяных капель с воздухом.
• Температура и влажность воздуха: Процесс испарения будет более эффективным при низкой влажности и высокой температуре воздуха. Если возможно, необходимо использвать технологию в условиях, которые обеспечивают эти параметры, или рассмотреть возможность предварительного подогрева или снижения влажности воздуха перед его подачей на вентилятор.

Применяя вышеуказанные принципы, можно максимизировать эффективность технологии испарения загрязненных вод с использованием вентиляторов.

Рис. 3.2 – работа вентиляционных испарителей на месторождении. Фото компании Minetek

5. Применимость технологии в России и Казахстана

Эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов для управления шламонакопителями в различных климатических зонах России может варьироваться в зависимости от погодных условий, таких как температура, влажность и сила ветра. Вот как это может работать в разных климатических зонах России:

• Тундра и Северный полярный край: В этих районах с низкими температурами и продолжительным сезоном морозов эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов будет низкой. Вода будет испаряться медленно, и снижение объёма воды в шламонакопителе может быть незначительным.
• Таежная зона: В таежной зоне с умеренными температурами и средней влажностью эффективность технологии будет выше, чем в тундре. Однако в зимние месяцы с низкими температурами процесс испарения может замедлиться, а влажность воздуха может снизить эффективность метода.
• Смешанный лес и лесостепь: В этих районах с более теплым климатом и низкой влажностью воздуха эффективность технологии будет выше. Более высокие температуры и низкая влажность воздуха способствуют более быстрому испарению воды из шламонакопителя.
• Степь и полупустыня: В этих районах с жарким и сухим климатом технология испарения с использованием вентиляторов будет наиболее эффективной. Высокие температуры, сухой воздух и сильные ветры обеспечивают быстрое испарение воды и снижение объёма воды в шламонакопителе.
• Влажные субтропики (например, побережье Черного моря): В этих районах с высокой влажностью и теплым климатом эффективность технологии может быть снижена из-за высокой влажности воздуха, которая может замедлить испарение.

Эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов может быть оптимизирована путем применения различных стратегий в зависимости от климатической зоны:

В регионах с низкой эффективностью технологии испарения с использованием вентиляторов можно сочетать этот метод с другими методами обработки воды и шлама, такими как фильтрация/закачка, дегидратация, коагуляция или флокуляция, для обеспечения оптимального управления объёмом загрязненного стока в шламонакопителе.

В некоторых климатических зонах, где эффективность технологии варьируется в зависимости от сезона, можно использовать технологию испарения с использованием вентиляторов в теплые и сухие месяцы, а в холодные и влажные месяцы переключаться на другие методы обработки. Известны случаи эффективной работы систем в зонах с холодным климатом в течение ограниченного по году времени – до трёх месяцев (например, в Канаде).

Оптимизация работы вентиляторов: вентиляторы могут быть настроены для работы только в определенные часы дня или при определенных погодных условиях, когда эффективность испарения наиболее высока. Это может включать в себя использование датчиков погоды или температурных датчиков для автоматического включения и выключения вентиляторов. Оптимальным является автоматизация системы на основании показаний метеостанции размещенной непосредственно на объекте.

Улучшение теплообмена: В регионах с низкими температурами можно использовать теплообменные устройства или системы обогрева для увеличения температуры воды и повышения скорости испарения.

В целом, технология испарения с использованием вентиляторов может быть адаптирована и оптимизирована для различных климатических зон России, учитывая местные условия и потребности. Однако эффективность этого метода будет варьироваться, и он может быть наиболее успешным, когда используется в сочетании с другими методами обработки воды и шлама.

Применение технологии принудительного испарения в Казахстане:

Казахстан обладает разнообразными климатическими зонами, что влияет на эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов для управления объёмом загрязненного стока в шламонакопителе. Рассмотрим эффективность этой технологии в различных климатических зонах Казахстана:

• Аридные зоны (пустыни и полупустыни): В этих регионах наблюдаются низкая влажность, высокая температура воздуха и сильные ветры, что способствует ускоренному испарению. Технология испарения с использованием вентиляторов будет наиболее эффективной в этих условиях, поскольку влажность воздуха низкая, а температура высокая. Примеры регионов: Мангистауская и Кызылординская области.
• Степные зоны: Степные районы Казахстана характеризуются умеренными температурами и сравнительно низкой влажностью воздуха. Здесь технология испарения с использованием вентиляторов также будет эффективной, хотя и несколько менее, чем в аридных зонах, из-за умеренных температур. Примеры регионов: Акмолинская, Карагандинская и Жамбылская области.
• Горные районы: В горных районах Казахстана температура воздуха обычно ниже, чем в других климатических зонах, и влажность может быть выше. Это может снизить эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов. Однако в некоторых случаях, когда влажность воздуха невысока, эффективность может быть приемлемой. Примеры регионов: Восточно-Казахстанская и Алматинская области.
• Лесостепные и лесные зоны: В этих районах температура воздуха обычно умеренная, но влажность воздуха может быть выше. Такие условия могут снижать эффективность технологии испарения с использованием вентиляторов. Однако в зависимости от конкретных метеорологических условий и специфических параметров процесса, такая технология все же может быть использована с определенной степенью эффективности. Необходимо провести дополнительные исследования и анализ, чтобы определить степень эффективности в каждом конкретном случае. Примеры регионов: Северо-Казахстанская и Западно-Казахстанская области.

В целом, технология испарения с использованием вентиляторов для управления шламонакопителями в Казахстане будет наиболее эффективной в аридных и степных зонах, где температура воздуха высокая, а влажность воздуха низкая. В горных, лесостепных и лесных зонах эффективность технологии может быть ниже, но все же приемлемой в зависимости от конкретных условий. Для определения эффективности технологии в конкретном месторождении рекомендуется проводить дополнительные исследования и анализ, учитывая местные климатические условия и параметры процесса.

6. Общие принципы расчёта технологии принудительного испарения с использованием вентиляторов

Технология принудительного испарения с использованием вентиляторов включает активное распыление загрязненной воды, что ускоряет процесс испарения и сокращает объем жидкости. Общие принципы расчета этой технологии включают следующие шаги:

• Определение параметров системы: определение основных параметров системы, таких как объем жидкости, требуемую производительность вентиляторов, типы вентиляторов и конфигурацию системы.
• Оценка климатических условий: учёт местные климатических условий, таких как средняя температура, влажность и скорость ветра, которые влияют на процесс испарения.
• Расчет коэффициента испарения: используя модели и формулы, такие, как например уравнение Пенмана, для оценки коэффициента испарения в зависимости от параметров системы и климатических условий.
• Определение требуемого количества вентиляторов: на основе расчетов коэффициента испарения и требуемой производительности системы определяется количество и мощность вентиляторов, которые потребуются для достижения желаемого уровня испарения.
• Расчет энергетических затрат: оценка энергетических затрат на работу вентиляторов и других элементов системы для определения экономической эффективности технологии принудительного испарения.
• Оценка экологического воздействия: анализ возможных экологических последствий технологии принудительного испарения, такие как испарение загрязняющих веществ и их последующее осаждение на землю.
• Моделирование и оптимизация: при необходимости проводится моделирование процесса испарения с использованием численных методов и оптимизация параметров системы для достижения максимальной эффективности и минимального экологического воздействия.

Применяя эти общие принципы расчета, можно оценить эффективность и экономическую целесообразность применения на объекте технологии принудительного испарения с использованием вентиляторов для конкретного случая и определить оптимальные параметры системы.

Рис. 5.1 – работа вентиляционных испарителей на месторождении. Фото компании Minetek

Ключевым показателем при расчёте системы является процент испарения зависит от множества факторов, включая температуру, влажность, скорость ветра и интенсивность солнечного излучения. Ниже приведена таблица, иллюстрирующая приблизительный процент испарения в зависимости от температуры и влажности воздуха. Значения в таблицах являются ориентировочными и могут отличаться для конкретных условий и систем испарения.

Ниже представлены три таблицы в которых указан процент испарения воды в зависимости от объема, прошедшего через вентилятор при различных скоростях на выходе из системы, а также в зависимости от температуры и влажности воздуха.

Отметим ещё раз, что показатели в таблицах являются ориентировочными и могут не полностью отражать реальные условия испарения. Для достижения наилучших результатов в конкретных условиях может потребоваться адаптация и оптимизация расчёта испарения, учитывая местные климатические условия и потребности. Наиболее точным способом является применение компьютерного моделирования.

Для аналитических расчетов и получения значений, основанных на научных методах, можно использовать модели испарения, такие как Пенман-Монтейта и Торнтвейта.

Один из наиболее известных и широко применяемых методов расчета испарения — это уравнение Пенмана. Этот метод объединяет радиационный и аэродинамический компоненты испарения и базируется на следующей формуле:

E = (Δ(Rn — G) + ρa * cp * (es — ea) / ra) / (Δ + γ * (1 + rs / ra))

где:

E — скорость испарения (мм/день)

Δ — угловой коэффициент кривой насыщения паров воды (кПа/°C)

Rn — нетто радиационный поток (МДж/м²/день)

G — поток тепла в почву (МДж/м²/день)

ρa — плотность воздуха (кг/м³)

cp — удельная теплоемкость воздуха (кДж/кг/°C)

es — насыщение паров воды (кПа)

ea — фактическая парциальная давление водяных паров (кПа)

ra — аэродинамическое сопротивление (с/м)

γ — психрометрическая константа (кПа/°C)

rs — поверхностное сопротивление (с/м)

Эта формула учитывает различные факторы, такие как радиационный поток, температура, влажность, скорость ветра и давление водяных паров. Однако уравнение Пенмана может быть сложным для применения в некоторых случаях, особенно когда данные о метеорологических параметрах ограничены.

Другой пример модели испарения — это метод Торнтвейта. Этот метод основан на расчете потенциального испарения (P_E) с использованием температуры воздуха:

P_E = 16 * (10 * T / I) ^ a

где:

P_E — потенциальное испарение (мм/день)

T — среднемесячная температура воздуха (°C)

I — сум ма солнечного излучения за месяц (часов)

а — коэффициент, зависящий от широты и сезона

Метод Торнтвейта прост в использовании и требует минимальных входных данных, но он менее точен, чем метод Пенмана, поскольку учитывает только температуру и солнечное излучение, а не влажность, скорость ветра и другие факторы, которые могут влиять на испарение.

Чтобы получить точные результаты для испарения с использованием мощных вентиляторов, необходимо разработать и использовать модель, которая учитывает специфические характеристики технологии испарения, такие как производительность вентиляторов, размер и форму шламонакопителя, а также факторы, связанные с окружающей средой, такие как география и растительность. Это может потребовать интеграции аэродинамических и термодинамических моделей с существующими методами расчета испарения.

Важно отметить, что представленные таблицы были приближенными оценками, предназначенными для качественной оценки влияния различных параметров. Для получения более точных данных и определения оптимальных условий для конкретного процесса испарения рекомендуется разрабатывать обоснованные математические модели, учитывающие все ключевые факторы, влияющие на процесс испарения.

Для оценки процента испарения распыляемой вентилятором жидкости (воды) можно использовать следующий подход, который состоит из нескольких этапов:

• Оценка характеристик распыления: оценить параметры распыления, такие как диаметр капель, скорость капель и распределение размеров капель. Это может потребовать экспериментальных измерений или использования предварительно определенных данных, предоставленных производителем вентилятора.
• Оценка времени испарения: оценить время испарения для капель различных размеров на основе физических и термодинамических свойств жидкости, а также условий окружающей среды, таких как температура, влажность и скорость ветра. Это может потребовать использования теоретических моделей испарения, таких как модель д’Аламбера, или экспериментальных данных.
• Оценка процента испарения: использование оценки времени испарения и характеристик распыления для определения процента испарения. Это может включать интеграцию данных по времени испарения и распределению размеров капель, чтобы получить общую оценку процента испарения для всего объема распыляемой жидкости.
• Учет влияния окружающей среды: учесть влияние окружающей среды на процесс испарения, такие как солнечное излучение, конвективный теплообмен, влияние растительности и географических особенностей. Это может потребовать использования более сложных моделей испарения, которые учитывают микроклимат и другие факторы.
• Валидация и калибровка: сравнить оценки процента испарения с экспериментальными данными или наблюдениями, чтобы проверить точность и достоверность модели. При необходимости скорректируйте модель или параметры для улучшения соответствия между оценками и данными.

Этот подход может быть адаптирован и модифицирован в зависимости от доступности данных, целей исследования и ресурсов, но в целом он должен предоставить основу для оценки процента испарения распыляемой вентилятором жидкости.

После предварительного расчёта систем испарения выполняется их опытно-производственное опробование на объекте и, при необходимости, корректировка проектных решений.

7. Отрицательные стороны технологии

Одним из интересных требующих внимания аспектов использования испарения с помощью вентиляторов является то, что при распылении воды из шламонакопителей в атмосферу некоторые макрокомпоненты могут испаряться вместе с водой. Это может привести к дополнительному уменьшению концентрации загрязняющих веществ в оставшейся жидкости.

Рассмотрим пример, показывающий соотношение загрязняющих веществ в паре и обратно конденсировавшихся с жидкостью в процессе подачи жидкости на вентиляторы. Предположим, что исходная жидкость содержит 1000 мг/л загрязняющих веществ. После распыления воды вентиляторами и ее испарения, в паре содержится 100 мг/л загрязняющих веществ, а в обратно конденсировавшейся жидкости – 900 мг/л. Это указывает на то, что на практике около 10% загрязняющих веществ удаляются из системы вместе с паром, что может дополнительно облегчить задачу очистки воды.

У технологии испарения также есть некоторые дополнительные недостатки, такие как более высокие инвестиции в оборудование по сравнению с некоторыми другими методами обработки воды и важно учитывать, что технология испарения может не быть идеальным решением для всех видов загрязненной воды, и другие методы, такие как обратный осмос или ионный обмен, могут быть более подходящими в определенных ситуациях.

Помимо прочего технологии испарения с использованием вентиляторов имеет следующие недостатки:

• Зависимость от погодных условий: эффективность этого метода может быть сильно зависима от погодных условий, таких как температура, влажность и сила ветра. В регионах с низкими температурами или высокой влажностью процесс испарения может замедлиться.
• Ограниченная обработка загрязнителей: в отличии от некоторых других технологий очистки воды, испарение с использованием вентиляторов не полностью удаляет загрязнители из воды. Вместо этого они концентрируются в оставшемся шламе (при конденсации), что может потребовать дополнительной обработки или утилизации.
• Шум: мощные вентиляторы могут создавать шум, который может быть проблемой для окружающих жилых или рабочих зон.
• Энергопотребление: несмотря на то что использование вентиляторов является относительно энергоэффективным способом ускорения испарения, все же требуется определенное количество энергии для работы вентиляторов.

Таким образом, испарение с помощью вентиляторов представляет собой перспективное решение для работы с загрязненными водами в шламонакопителях. Оно может обеспечить ряд преимуществ, таких как снижение объема загрязненной воды, уменьшение концентрации загрязняющих веществ и экономическая эффективность, однако всегда следует принимать во внимание и недостатки технологии.

При использовании методов испарения с помощью вентиляторов следует учитывать возможные негативные аспекты, такие как выбросы загрязняющих веществ в атмосферу или увеличение потребления энергии для работы вентиляторов. В связи с этим, необходимо тщательно анализировать экологические и экономические последствия применения данной технологии и разрабатывать комплексные стратегии управления отходами и загрязненными водами.

В целом, испарение с использованием вентиляторов представляет собой инновационный и эффективный подход к работе с проблемой загрязненных вод в шламонакопителях. Несмотря на некоторые возможные недостатки, данная технология может служить важным инструментом для повышения уровня экологической безопасности и устойчивости промышленных и городских систем водоснабжения и водоочистки.

8. Перспективы применения технологии в России и Казахстане

Учитывая климатические особенности России и Казахстана, технология испарения загрязненных вод с помощью вентиляторов может быть потенциально эффективна на месторождениях, расположенных в регионах с более теплым и сухим климатом, так как это способствует более быстрому испарению воды.

Технология испарения загрязненных вод с помощью вентиляторов будет наиболее эффективной в регионах с более сухим и теплым климатом, а также с достаточной скоростью ветра. Ниже приведены регионы России и Казахстана, где технология может обеспечить максимальную эффективность:

Россия:

Южный федеральный округ (Ростовская область, Краснодарский край, Ставропольский край);

Северо-Кавказский федеральный округ (Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкессия, Ингушетия, Чеченская республика, Дагестан);

Приволжский федеральный округ (Астраханская область, Волгоградская область, Самарская область).

Казахстан:

Южный Казахстан (Туркестанская область, Жамбылская область, Кызылординская область);

Восточный Казахстан (Восточно-Казахстанская область);

Центральный Казахстан (Карагандинская область, Акмолинская область).

Эти регионы характеризуются сравнительно высокой температурой, низкой влажностью воздуха и умеренной скоростью ветра, что способствует более быстрому испарению воды. Однако, на практике эффективность технологии также зависит от множества других факторов, таких как особенности месторождения, содержание загрязняющих веществ в воде, размер шламонакопителей и доступность электроэнергии для работы вентиляторов. Для более точной оценки эффективности технологии на конкретных объектах рекомендуется проведение дополнительных исследований.

Вот некоторые месторождения в России и Казахстане, где данная технология может быть потенциально эффективна:

Россия:

• Месторождение Удокан (республика Забайкальский край) — климат холодный, сухой. Технология может быть менее эффективна из-за низких температур.
• Месторождение Чита (Забайкальский край) — аналогично Удокану, климат холодный, сухой. Меньшая эффективность из-за низких температур.
• Месторождение Титимукта (Магаданская область) — климат холодный, умеренно влажный. Технология может быть менее эффективна из-за низких температур.
• Месторождение Верхне-Мунское (Якутия) — климат холодный, континентальный. Меньшая эффективность из-за низких температур.

Казахстан:

• Месторождение Актогай (Восточно-Казахстанская область) — климат континентальный, засушливый. Технология может быть эффективной, особенно в теплые и сухие месяцы.
• Месторождение Букштарма (Восточно-Казахстанская область) — аналогично Актогаю, континентальный, засушливый климат. Эффективность может быть высокой в теплые и сухие месяцы.
• Месторождение Коксай (Жамбылская область) — климат континентальный, сухой. Технология может быть эффективной, особенно в теплые и сухие месяцы.
• Месторождение Сарыарка (Карагандинская область) — климат континентальный, засушливый. Технология может быть эффективной, особенно в теплые и сухие месяцы.

Для месторождений в России климатические условия являются менее благоприятными для использования технологии испарения загрязненных вод с помощью вентиляторов из-за холодного и сухого или холодного и умеренно влажного климата. Это может снижать эффективность технологии, особенно в холодные месяцы. Однако в теплые месяцы и при оптимизации технических решений использование данной технологии на месторождениях Удокан, Чита, Титимукта и Верхне-Мунское может быть рассмотрено, но стоит учитывать меньшую эффективность по сравнению с месторождениями в рекомендуемых регионах.

В целом, при выборе месторождений для применения технологии испарения загрязненных вод с помощью вентиляторов, следует учитывать климатические условия и оценивать потенциальную эффективность технологии на основе температуры, влажности и скорости ветра в регионе.

9. Список источников и литературы

Ниже представлен список основных источников, которые могут быть полезными для изучения вопроса испарения и применения вентиляторов для работы с загрязненным стоком:

1 Brutsaert, W. (2013). Evaporation into the Atmosphere: Theory, History, and Applications. Springer Science & Business Media.

Книга предоставляет обширный обзор теории испарения, его истории и приложений, включая механизмы испарения и методы измерения.

2 Monteith, J. L., & Unsworth, M. H. (2013). Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere. Academic Press.

В учебнике рассматриваются основные принципы физики окружающей среды, включая процесс испарения и его влияние на растения, животных и атмосферу.

3 Şentürk, F. (2019). Evaporation and Evapotranspiration: Measurements and Estimations. Springer.

Книга предоставляет подробную информацию о методах измерения и оценки испарения и испаряемого транспирационного потока.

4 Lhomme, J. P., & Boyer, J. F. (2012). Investigation of the evaporation from non-saturated surfaces: a new framework. Journal of Hydrology, 420, 144-150.

Статья рассматривает исследование испарения с ненасыщенных поверхностей, предлагая новый подход для изучения этого явления.

5 Xu, C. Y., & Singh, V. P. (2005). Evaluation of three complementary relationship evapotranspiration models by water balance approach to estimate actual regional evapotranspiration in different climatic regions. Journal of Hydrology, 308(1-4), 105-121.

Статья оценивает три модели испарения на основе комплементарных отношений с использованием подхода водного баланса для оценки фактического регионального испарения в различных климатических регионах.

6 Jensen, M. E., Burman, R. D., & Allen, R. G. (Eds.). (2016). Evapotranspiration and Irrigation Water Requirements. ASCE Publications.

Книга посвящена испарению и транспирации, а также потребностям в орошении в сельском хозяйстве.

7 Бурдин, Д. А., & Васильев, В. Н. (2018). Испарение воды с поверхности водоемов: теория, расчет и измерения. Вестник КазНУ. Серия География и экология, 43(1), 52-59.

Статья, написанная на русском языке, рассматривает теорию, расчет и измерение испарения воды с поверхности водоемов.

8 Marti, C. L., & Glick, R. E. (2003). Evaporation of industrial wastewater by spraying. Environmental Progress, 22(3), 155-162.

Статья исследует применение распыления для испарения промышленных сточных вод, а также оценивает эффективность и воздействие на окружающую среду.

9 Saltelli, A., Ratto, M., Andres, T., Campolongo, F., Cariboni, J., Gatelli, D., Saisana, M., & Tarantola, S. (2008). Global sensitivity analysis: the primer. John Wiley & Sons.

Книга представляет собой исчерпывающий обзор глобального чувствительного анализа, который может быть использован для оценки и оптимизации процессов испарения, включая применение вентиляторов для работы с загрязненным стоком.

10 Mancosu, N., Snyder, R. L., Kyriakakis, G., & Spano, D. (2015). Water scarcity and future challenges for food production. Water, 7(3), 975-992.

Статья рассматривает проблему водного дефицита и вызовы для производства пищевых продуктов в будущем, включая управление водными ресурсами и использование технологий испарения для снижения потребления воды.

11 Simpson, M. E., & Stratton, G. E. (1982). Evaporation of water with single-blowdown and mechanical-draft cooling towers. Argonne National Laboratory.

Отчет об исследовании использования механического драфта и охлаждения с испарением для повышения эффективности промышленных систем охлаждения.

12 Narayan, G. P., Sharqawy, M. H., Summers, E. K., Lienhard V, J. H., Zubair, S. M., & Antar, M. A. (2010). The potential of solar-driven humidification-dehumidification desalination for small-scale decentralized water production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(4), 1187-1201.

Статья рассматривает потенциал солнечных установок с использованием влажного деаэрации-испарения для маломасштабных децентрализованных систем очистки воды.

13 Wang, Z., & Ma, G. (2012). Experimental study of the evaporation characteristics of a water spray in a high-temperature environment. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(23-24), 7630-7638.

Экспериментальное исследование характеристик испарения водяного распыления в условиях высокой температуры.

14 Cao, X., Zhang, J., & Hong, S. M. (2012). Evaporation and wind drift loss of sprinkler irrigation with different sprinkler heads and operating pressures. Agricultural Water Management, 115, 36-43.

Статья исследует испарение и потери в результате ветровой дрейфа при спринклерном орошении с использованием разных насадок и рабочих давлений.

15 Kim, M. H., & Choi, Y. J. (2012). Evaporation of free falling droplets in a high temperature and low humidity environment. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(1-3), 60-69.

Исследование испарения свободно падающих капель в условиях высокой температуры и низкой влажности, с использованием вентиляции для создания определенных условий.

16 Jiang, L., Yuan, Z., & Xia, J. (2015). Effect of wind speed on evaporation from water surface: A wind tunnel experiment. Journal of Hydrology, 528, 512-520.

Эксперимент в аэродинамической трубе, исследующий влияние скорости ветра на испарение с водной поверхности и применение вентиляции для создания различных скоростей ветра.

17 Aboukhedr, M. A., & Hamed, M. S. (2018). The effect of forced air draft on the evaporation rate of water in open shallow basins: An experimental study. Sustainable Water Resources Management, 4(4), 1003-1014.

Экспериментальное исследование влияния принудительного потока воздуха на скорость испарения воды в открытых мелких водоемах, демонстрирующее роль вентиляции.

18 Song, W., Zhu, L., & Higgitt, D. (2013). A comparison of artificial neural networks and cluster-wise regression techniques for estimating evaporation from open water surfaces. Journal of Hydrology, 495, 82-91.

Сравнение искусственных нейронных сетей и кластерной регрессии для оценки испарения с открытых водных поверхностей, включая рассмотрение влияния ветра и влажности.

19 Cai, J., Liu, Y., Lei, G., & Pereira, L. S. (2007). Estimating reference evapotranspiration with the FAO Penman-Monteith equation using daily weather forecast messages. Agricultural and Forest Meteorology, 145(1-2), 22-35.

Применение уравнения FAO Penman-Monteith для оценки референсного испарения, используя прогноз погоды, с учетом ветра и других метеорологических параметров.

20 Brutsaert, W. (2013). Evaporation into the Atmosphere: Theory, History, and Applications. Springer Science & Business Media.

Книга, представляющая теорию, историю и применение испарения в атмосферу, включая факторы, влияющие на процесс, и практические примеры использования.