Деферизація природних вод методом глибокої аерації Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

нлты

УКРЛ1НИ

wi/ган

Науковий BicHMK НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270423

Article received 29.03.2017 р. Article accepted 24.05.2017 р. УДК 628.162.1

ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)

[^1 Correspondence author L. V. Savchuk [email protected]

Л. В. Савчук, О. Г. Курилець, В. О. Васшчук

Нащональнийушверситет "Львiвська полтехшка", м. Львiв, Украша

ДЕФЕРИЗАЦ1Я ПРИРОДНИХ ВОД МЕТОДОМ ГЛИБОКО1 АЕРАЦП

Ввд вмюту сполук Феруму у водi залежить стан здоров'я людей. Тому деферизащя питноТ води е важливою ставдею во-дошдготовлення. Серед вiдомих методiв вилучення сполук Феруму найпоширенiшими е безреагентш, якi покращують по-казники якост води, але не впливають на вартють очищення. Процес очищення зводиться до створення великоТ поверхнi контактування мiж газовою та рiдкою фазами, чого досягали застосуванням горизонтального абсорбера з ковшоподiбними диспергаторами. Дослiджено залежшсть тривалостi процесу деферизацiТ вiд концентрацп сполук Бе2+ у водi. З'ясовано, що за невисокого вмюту сполук Феруму (10-20 мг/дм3) уже за 30-50 с досягали 50 % вилучення, а за 120 с - 100 %. Зростання вмюту сполук Феруму до 40 мг/дм3 i вище збшьшуе тривалють процесу до 10 хв. Виявлено двi област перебiгу процесу. Перша характеризуемся високою фiктивною швиIцкiстю окиснення (9,15-5,75 мг/дм3-хв), друга - меншою (4,00,51 мг/дм3- хв). Це можна пояснити високою концентрацию сполук Феруму та великою швидюстю фiзичного розчинення кисню у водi в початковий перюд, що дае змогу Тм активно взаемодiяти. У другш областi концентрацiя сполук Феруму зменшуеться, а кисню зростае i наближаеться до рiвноважноТ для умов експерименту. Водночас ймовiрнiсть зустрiчi молекул, згткнення i взаемодй зменшуеться, процес гальмуеться. Встановлено, що змiна густини зрошення у межах 48,6-83,7-103 м3/нм3 пришвидшуе процес деферизацп для концентрацiй Бе2+ вiд 10 мг/дм3 до 40 мг/дм3. Шдвищення концентрацй сполук Феруму дещо сповшьнюе процес i погiршуе якiсть очищення води. Вщтак горизонтальний абсорбер з ковшоподiбними диспергаторами е ефективним апаратом для глибокоТ аерацй та очищення природних вод вiд сполук Феруму.

Клю^ое^ слова: очищення; сполуки Феруму; окиснення; горизонтальний абсорбер; ковшоподiбний диспергатор.

Вступ. Попршення стану довюлля супроводжуеться значним зростанням забруднення поверхневих та попр-шенням стану тдземних вод (Ра1шиса, Rusi & Сиг-7Ю, 2016). Вiдомо, що близько 60 % захворювань, як закiнчуються летально, пов'язанi з поганою яюстю води. Уже сьогодш, в деяких кра!нах свiту, поряд з проблемами забезпечення населения енергоноаями та продуктами харчування, все актуальнiшим е постачання чисто! питно! води. Тому якiсть питно! води е одним iз найважливших складникiв повноцiнного людського iс-нування.

Незважаючи на великi запаси води, 0,25 % вщ маси нашо! планети, кiлькiсть прiсних вод обмежена. Вони становлять менше 4 % пдросфери i не завжди добро! якосп. Серед прiсних вод найкращi саштарно-гтешчш показники мають пiдземнi води. 1х, передус1м, рекомен-дують для питного водопостачання. Однак пiдземнi води, як i поверхневi, характеризуються пiдвищеними твердiстю, вмiстом сполук Феруму, частково Мангану, i розчинених газ1в - срководню, амiаку, карбону (IV) оксиду тощо. Сполуки Феруму мають великий вплив на здоров'я людини - беруть участь у перенесены кисню в органiзмi, е каталiзаторами бiохiмiчних процес1в. Водночас, тривале споживання води з високим вмктом сполук Феруму спричиняе накопичення його коло!дно! форми в печiнцi та !! руйнування. Тому вилучення сполук Феруму iз природних вод е одшею з найважливь ших стадiй водопiдготовления.

Вибiр методу усунення сполук Феруму залежить вiд його форм у водi та обсяпв водокористування (Уа-voгskyy, БаусИик & Rubay, 2011). Зазвичай пiдземнi води мктять Ге(ЫС03)2, рiдше - ГеБ04, а в поверхневих водах присутш п ж сполуки та оргатчш сполуки Феруму. Методи вилучення подiляють на безреагентнi та ре-агентнi.

У реагентних методах використовують, в основному, коагулянти, флокулянти (Isakov, е! а1., 2016), сполуки Кальщю (Ыaшdouni, е! а1., 2016), рiзнi окисники, !х комбiнацi! тощо. Основним недолiком реагентних мето-д1в е присутнiсть в очищенш водi залишк1в використа-них хiмiчних речовин. Навiть у таких незначних дозах, за постшного вживання, вони шкодять здоров'ю людей i недопустимi для питно! води. Окрiм цього, для очи-щення питно! води використовують реагенти високо! чистоти, i вiдповiдно, високо! вартостi. П1д час очищення отримують великi обсяги вiдходiв, якi потребують утишзацп. Все це негативно впливае на варткть пiдго-товлення води реагентними методами.

Промiжне мiсце займають фiзико-хiмiчнi методи, у яких очищення здшснюють за допомогою юнообмш-них смол та цеолтв природного та штучного похо-джения (Бокегшапп, е! а1., 2016). Цi сорбенти постiйно потребують регенераци, за багаторазового використан-ня поступово зменшуеться поглинальна здатнiсть до !! повно! втрати. Сорбцiйнi методи характеризуються ут-ворениям великих обсяпв вщходгв: концентрованих розчинiв солей тсля регенерацi! i використаного сор-

Цитування за ДСТУ: Савчук Л. В., Курилець O. Г., Васшчук В. О. Дефериза^я природних вод методом глибокоТ аерацп. Науковий

вкник НЛТУ УкраТни. 2017. Вип. 27(4). С. 103-107. Citation APA: Savchuk, L. V., Kurylec, O. H., & Vasiichuk, V. O. (2017). Natural Water Deferrization by Deep Aeration Method. Scientific Bulletin of UNFU, 27(4), 103-107. https://doi.org/10.15421/40270423

бенту, що потребують утитзаци. Устатковання для цих процес1в громiздке, енергозатратне, перюдично1 ди, займае великi площi. Тому використовувати сорбцшш процеси на станщях п1дготовлення води велико! потуж-носп матерiально затратно та економiчно невипдно.

Найпоширенiшими е безреагентнi, аерацiйнi методи, яш покращують органолептичнi властивостi, не вплива-ють на мiнералогiчний склад та варткть падготовлення води для питних потреб. Для води з високим вмiстом сполук Феруму (II) рекомендують метод глибоко! аера-цл, у якому одночасно вилучають карбону (IV) оксид, що супроводжуеться шдвищенням рН, та збагачують дослiджувану систему киснем. Шд час деферизаци води аеращею вiдбуваються такi фiзико-хiмiчнi процеси: перенесения кисню через пограничний газовий дифу-зiйний шар до границ под1лу фаз повiтря - вода; пере-несення кисню через пограничний шар води ввд гранищ фаз повггря - вода у потш води; дифузiя кисню в шарi води; гомогенна реакцiя окиснення Феруму (II) киснем повiтря до Феруму (III); гiдролiз Феруму (III) з утворен-ням практично нерозчинного у водi Ге(ОЫ)3 (ДР = 3,8-10-38); осадження Ге(ОЫ)3; десорбцiя вiльного карбону (IV) оксиду з води у пов^я; адсорбщя розчинено-го у водi карбону (IV) оксиду i кисню Феруму (III) пд-роксидом (Ка1аеуа, БкоЬееу & Мегкоу, 2016).

Вiдтак процес деферизаци гетерогенний, трьохфаз-ний (Г-Р-Т), багатостадшний, швидкiсть його залежить вщ багатьох чинникiв (Ка1аеуа, БкоЬееу & Мегкоу, 2016). Попереднiми дослiджениями встановлено, що стадiя окиснення е дуже швидкою i не лiмiтуе процесу вилучення сполук Феруму, тому потрiбно пришвидшу-вати дифузiйнi стадп, тобто створювати велику повер-хню контактування мiж фазами. З щею метою викорис-товують велику кiлькiсть пристро!в рiзноl конструкцп, але вони енергозатратш та не дають змоги створити достатньо велику поверхню контактування фаз вода -повгтря (Оегош, СгауоИа & Sapsfoгd, 2012). Таку повер-хню контактування можна створити застосувавши ефективне масообмшне обладнання - горизонтальний абсорбер з ковшоподiбними диспергаторами (ГАКД) (Yaуoгskyi & Ые^И, 2015). Попереднi дослiджения показали (Уауогеку1, Ка1утоп & ЯиЬа^ 2015), що такий апарат е ефективним для створення умов, за яких дифу-зiйнi стадп процесу деферизаци пришвидшуються в рази. Ц дослiджения проводили за використання "1м1та-ту", приготованого на кип'яченш дистильованiй водi з додаванням феруму (II) сульфату. Але природна вода -складна багатокомпонентна система, яка мктить велику юльюстъ найрiзноманiтнiших домiшок у молекулярному та юнному виглядi, що впливатимуть на процес деферизаци. Враховуючи це, дослвджували вилучення сполук Феруму з природно1 питно!" води.

Мета i завдання досл1дження

Мета дослiдження - дослвдити процеси деферизаци природно1 води у горизонтальному абсорберi з ковшо-подiбними диспергаторами та встановити оптимальш умови його роботи.

Для досягнення поставлено1 мети потрiбно вирши-ти такi завдання:

• встановити триватсть процесу деферизаци залежно вiд

концентрацп сполук Феруму;

• достдити залежнiсть розчинностi кисню та його взаемо-

дш з юнами Феруму вiд тривалостi процесу деферизаци;

• дослiдити вплив густини зрошення на деферизацiю води за pi3rax концентрацiй сполук Феруму. Методика проведення експерименту. Експеримен-тальнi дослiдження проводили на лабораторий уста-новцi, схему яко! наведено на рис. 1. Основним апара-том установки е горизонтальний абсорбер 1, корпус якого виготовлено з оргашчного скла, що шертне до ре-агуючих речовин i дае змогу вiзуально спостертати за дослiджуваним процесом. Це пустотший цилiндричний апарат дiаметром 0,5 м, завдовжки 0,33 м (V = 0,06476 м3), у нижнш частинi якого на валу встановлено два S-подiбнi ковшового типу диспергатори дiамет-ром 0,2 м. Ковшоподiбнi диспергатори ^пляться на валу (3) болтами i приводяться в рух синхронним дви-гуном (4) через пасову передачу (5) i шк1в (6), що зак-рiплений на кiнцi валу. Кшьюсть обертiв валу 8001420 об/хв, лшшна швидкiсть руху кшщв диспергатора 10-12 м/с. У камерi е два штуцери: для подачi (7) i зли-ву (8) дослщжувано! води. Для запобiгання корози ро-бочих деталей абсорбцiйного апарату вс внутрiшнi ме-талевi частини виконано з нержавдачо! сталi. Дрiбний ремонт i усунення пошкоджень всередиш камери здiйснювали через два з'емш вiкна (9). Дослiджувана система закрита за газовою фазою. Початкова температура досладжувано! води - 18... 23 °С.

Рис. 1. Схема лабораторноТ установки для дослвдження процесу деферизаци природних вод

Дослвдження проводили з 'Штатом", який готували з водопровщно1 води. Фiзично розчинений кисень з "1мишу" усували кип'ятiниям. Отриманий робочий роз-чин мав такi показники: рН = 7,87; вшьна вуглекисло-та - 2-4 мг/дм3; загальна лужнiсть - 2,4-2,6 мекв./дм3; загальна твердiсть - 2,8-2,9 мекв./дм3; розчинений кисень - 0,2 мг О2/дм3; окиснювашсть - 2,3 мг О2 /дм3; загальна мiнералiзацiя - 332,4 мг/дм3. Вмiст сполук Феруму (II) в "шпат!" коректували додаванням наперед роз-раховано1 кiлькостi FeSO4•7 Ы2О i вш становив (мг/дм3): 13,2; 20,6; 30,2; 40,8; 50,2.

Рвдку фазу аналiзували до i пiсля проведення досль д1в на визначення концентрацiй (мг/дм3): сполук Fe2+, розчиненого кисню, карбону (IV) оксиду та рЫ. Аналiз катiонно-анiонного складу природних вод проводили за:

• ДСТУ ISO 6332:2003 "Спектрометричний метод визна-чення Феруму i3 використанням 1,10-фенантролшу";

• МВВ 081/12-0008-01. Поверхневi та очищенi стiчнi води. Методика виконання вимiрювань масово'1 концентрацй розчиненого кисню методом йодометричного титру-вання за Вiнклером (1-14 мг О2/дм3);

• МВВ 081/12-0016-01 Поверхневi води. Методика виконання вимiрювань перманганатно!' окиснюваностi (110 мг О2/дм3);

• МВВ 081/12-0006-01. Поверхневi та очищенi стiчнi води. Методика виконання вимiрювань масово'1 концентрацй кальщю та магтю титрометричним методом (10150 мг/дм3);

• МВВ 081/12-0004-01. Поверхневi та очищеш стiчнi води. Методика виконання вимiрювань масово'1 концентрацй хлоридов методом аргентометричного титрування (10-1500 мг/дм3);

• МВВ 081/12-0007-01. Поверхневi та очищенi стiчнi води. Методика виконання вимiрювань масово'1 концентрацй сульфатiв гравiметричним методом (15-5000 мг/дм ). Для використання дослвджуваного процесу в нащ-

ональному господарствi, дуже важливо встановити оп-тимальну густину зрошення - це ввдношення об'емних витрат дисперговано! рвдини i газу (Yavorskyi & Helesh, 2015). У лабораторних умовах дослвдження проводили за таких густин зрошення (10-3, м3/нм3): 48,6; 65,8; 83,7.

Результати дослщження. Деферизацiю води, що мктить до 10 мг/дм3 юшв Fe2+ у виглядi Fe(HCO3)2, ре-комендують здiйснювати методом спрощено! аерацп (Palmucci, Rusi & Di Curzio, 2016). За збшьшено! концентрацй iонiв Fe2+ рекомендують глибоку аеращю. Оз-найомившись з особливостями роботи горизонтального абсорбера з ковшоподiбними дипергаторами (Yavorskyi & Helesh, 2015) та попередшми достижениями щодо використання цього апарату для деферизаци (Yavorskyi, Kalymon & Rubai, 2015), здiйснили серто дослiдiв, ре-зультати яких наведено на рис. 2-4.

У першiй серп дослвд1в встановлювали змiну концентрацй iону Феруму (II) в час залежно вiд його по-чаткового вмкту (див. рис. 2). Пвдвищення концентрацй сполук Феруму у водi спричиняе збiльшения трива-лосп процесу, але навiть за вмкту >40 мг/дм3 за 10 хв практично повшстю очищають воду.

50'

диспергаторами для створення велико1 поверхн1 кон-

тактування м1ж рвдкою та газопод1бною фазами. 9 ■

0 100 200 300 400 5,00 600 700 800 Рис. 2. Залежнють змши концентрацй' Fe + в "¡мигал" вщ тривалостi процесу деферизацй' за початкових концентрацiй Fe2+ (мг/дм3): 1 - 13,2; 2 - 20,6; 3 - 30,2; 4 - 40,8; 5 - 50,4

Оскшьки процес окиснення Fe2+ до Fe3+ дуже зале-жить ввд концентрацй' розчиненого кисню, дослвджува-ли змшу концентрацй' кисню у вод1 залежно ввд трива-лосп процесу (див. рис. 3). Попередш дослвдження (Yavorskyi, Kalymon & Rubai, 2015) та отримаш результати (див. рис. 3) сввдчать про високу ефектившсть використання горизонтального абсорбера з ковшопод1бними

0 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис. 3. Залежнють змши в]шсту розчиненого кисню у дослвджуваних пробах води вщ тривалосп процесу: початкова концентрация Fe2+ (мг/дм3): 1 - 13,2; 2 - 20,6; 3 - 30,2; 4 - 40,8; 5 - 50,4

0 100 200 300 400 5,00 600 700 800 Рис. 4. Залежнють ступеня вилучення Fe + вщ тривалосп процесу деферизацй' за початкових концентраций Fe2+ (мг/дм3): 1 - 13,2; 2 - 20,6; 3 - 30,2; 4 - 40,8; 5 - 50,4

Одним 1з основних показниюв, що характеризуе ефектившсть дослвджуваного процесу, е стушнь вилучення сполук Феруму 1з води. Результати дослвджень щодо ступеня вилучення наведено на рис. 4. Незалежно ввд вмкту Fe2+ у дослвджуваному розчиш, у вс1х випад-ках досягали 100 % його вилучення. Однак тривалкть процесу була р1зною i дуже залежала ввд вмкту сполук Феруму.

Обговорення отриманих результатiв. Як видно з рис. 2, чим вищий вмiст сполук Fe2+ у вод^ тим триваль шим е процес деферизацй'. Так, для CFe2+ = 13,2 мг/дм3 повного видалення досягали за 90 с, для CFe2+= 20,6 мг/дм3 - 300 с, а за подальшого пвдвищення концентрацй' сполук Феруму окиснення протшае повшьно. Тривалiсть процесу може сягати понад 600 с для води з CFe2+ > 40 мг/дм3 (див. рис. 2). Водночас, для вах кон-центрацiй чггко простежено двi областi перебiгу процесу. Перша характеризуеться рiзким, майже прямоль нiйним, зменшенням концентрацй' сполук Феруму (у межах перших 120 с), тобто високою швидюстю окиснення, а в другш обласп ni процеси протiкають повшь-шше (див. рис. 2). Одночасно для вах дослiджуваних концентрацiй у першш областi спостережено деяке пвд-вищення рН (вiд 7,87 до 8,05). На незначне пвдвищення впливае десорбщя в газову фазу карбону (IV) оксиду.

Фжтивна швидюсть перебiгу процесу окиснення Fe2+ до Fe3+ у першш обласп зменшуеться iз пвдвищення концентрацй' сполук Феруму i знаходиться в межах 9,15-5,75 г/м3-хв. Високу швидюсть окиснення сполук

Феруму (II) у першш обласп можна пояснити наявнк-тю високих початкових концентрацш сполук Феруму та швидкого насичення води киснем, завдяки конструкци горизонтального абсорбера з ковшоподiбними диспер-гаторами. За даними автор1в (Yavorskyi, Kalymon & Ru-bai, 2015), у такому апарап впродовж 180 с досягають рiвноважного, за дослвджуваних умов, вмiсту розчине-ного кисню, що рiвний близько 9 мг/дм3.

Але за високих концентрацш сполук Феруму в по-чатковий перюд кисню недостатньо i тому фштивна швидюсть окиснення нижча. Це припущення шдтвер-джують отриманi результати дослщжень (див. рис. 3). Кисень, що розчиняеться у водi, вiдразу вступае в реакцию окиснення, тому за високо! концентрацй сполук Феруму вш повнiстю використовуеться (див. рис. 3). Така ситуацiя характерна для розчишв "iмiтатiв" з кон-центращею сполук Феруму понад 30 мг/дм3. Однак уже через деякий час (> 180 с) у водi з CFe2+ > 40 мг/дм3 з'яв-ляеться надлишок розчиненого кисню.

Друга область деферизаци характеризуеться низь-ким значениям фiктивноï швидкостi ввд 4,0 до 0,51 г/м3-хв для вах робочих розчинiв. Водночас кон-центрац1я розчиненого кисню рiзко зростае i набли-жаеться до рiвноважноï для умов експерименту. Це можна пояснити низькою концентращею юшв Fe2+ та малою ймовiрнiстю згткнення реагуючих речовин. Можливiсть взаемодiï зменшуеться, процес галь-муеться. Зростання концентрацй розчиненого кисню для друго! обласп бгльш яскраво виражене.

Результати дослвджень показали (див. рис. 4), що за низького вмюту сполук Феруму (10-20 мг/дм3) упро-довж 60-90 с можна досягнути близько 50 % його вилучення, а вже за наступних 300 с - 100 %. Однак для проб води, що мютять 30-50 мг/дм3 юшв Fe2+, вже за 400 с досягали практично 90 % вилучення. Залишковий вмют сполук Феруму, в цьому випадку, понад 2 мг/дм2, що недопустимо для питноï води. Тому, незважаючи на невисоку швидюсть окиснення, процес проводили понад 10 хв для досягнення мшмального залишкового вмюту сполук Феруму.

Для промислового втшення дослвджуваного процесу дуже важливо визначитися Гз продуктивною апарату. За даними авторш (Yavorskyi & Helesh, 2015), унаслвдок зiткнения диспергованих крапель Гз стшками камери та мГж собою формуеться вторинна крапельна зашса, ввд-буваеться багаторазове утворення, подрГбнення та ко-алесценц1я крапель у вгльному об'емГ апарату, що ввд-чутно оновлюе мГжфазну поверхню та рГзко штенсифь куе масоперенесення з боку рiдинноï ишвки. Це зви-чайно буде позитивно впливати на процес деферизаци. Дослщження змши густини зрошення у межах 48,683,7-10-3 м3/нм3 пришвидшуе процес деферизаци води. Шдвищення ж концентрацй сполук Феруму понад 40 мг/дм3, за вище наведених умов густини зрошення, дещо сповгльнюе процес i попршуе показники якосп очищено! води.

Висновки. Встановлено, що тривалють процесу деферизаци в горизонтальному абсорберi з ковшоподiб-ними диспергаторами залежить вiд концентрацй сполук Феруму. Для нижчих концентрацш (10-20 мг/дм3) процес тривае до 300 с, для вищих 30 мг/дм3 - понад 400 с. Розчиннють кисню в час зростае, проте за низь-ких концентрацiй сполук Феруму в дослвджуванш сис-темi його достатньо для процесу окиснення, а за високих - у початковий перюд бракуе. З часом конце нтращя кисню рiзко зростае i наближаеться до рiвноважноl для умов експерименту. Густина зрошення в межах 48,683,7-10-3 м3/нм3 пришвидшуе процес деферизаци води iз вмiстом сполук Феруму ввд 10 до 40 мг/дм3. Пвдвищен-ня концентрацй сполук Феруму понад 40 мг/дм3, за наведених густин зрошення, дещо сповшьнюе процес i погiршуе показники якосп очищено! води. Проведенi дослiдження е шдставою для подальшого детального вивчення процес1в деферизаци природних вод рiзного катiонно-анiонного складу в проточному прямо- та про-титечiйному режимах руху фаз.

Перелж використаних джерел

Geroni, J., Cravotta, C., & Sapsford, D. (2012). Evolution of the chemistry of Fe bearing water during CO2 degassing. Appl. Geoc-hem, 27(12), 2335-2347. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2012.07.017 Hamdouni, A., Montes-Hernandez, G., Tlili, M., & Findling, N. (2016). Removal of Fe (II) from groundwater via aqueous portlan-dite carbonation and calcite-solation interactions. Chemical Enginiring Jornal, 283, 404-411. Isakov, Ya., Ksandrov, N., Pavlov, Ya., & Rekhalov, A. (2016). Tekhnolohyya udalenyya soley zheleza iz pyt'evykh vod s pryme-nenyem orhanycheskykh flokulyantov. Fundamental'nye issledo-vanyya, 6(2), 277-281. [in Russian]. Kataeva, N., Skobeev, D., & Merkov, S. (2016). Issledovanye kynetyky ochystky pryrodnykh vod ot rastvorennoho zheleza. Zhurnalprykladnoy khimii, 89(5), 677-683. [in Russian]. Palmucci, W., Rusi, S., & Di Curzio, D. (2016). Mobilization processes responsible for iron and manganese contamination of gro-undwater in Central Adriatic Italy. Environ. Sci. and Pollut. Res. 23(12), 11790-11850. Soltermann, D., Baeyens, B., Bradbury, M., & Fernandes, M. (2016). Fe (II) uptake on natural montmorillonites. II. Surkace complexati-on modeling. Environ. Sci. and Technol, 48(15), 8698-8705. https://doi.org/10.1021/es501902f Yavorskyi, V., & Helesh, A. (2015). Theoretical analisis of efficiency of horizontal apparatus with bucket-like dispersers in the dust trapping system theoretical analisis of efficiency of horizontal apparatus with bucket-like dispersers in the dust trapping system. Chemistry, & chemical technology, 9(4), 471-478. Retrieved from: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/31743 Yavorskyi, V., Kalymon, Y., & Rubai, O. (2015). Kinetics of ferum (II) ions oxidation by air oxygen in water in horizontal absorber with bucket-like dispersers. Chemistry, & chemical technology, 9(4), 503-507. Retrieved from: http://ena.lp.edu.ua: 8080/handle/ntb/31748

Yavorskyy, V., Savchuk, L., & Rubay, O. (2011) Perspektyvni napryamky ochyshchennya sverdlovynnykh vod vid spoluk Feru-mu. Visnyk NU "Lvivska politekhnika". Seriya: Khimiya, tekhnolo-hiya rechovyn tayikh zastosuvannya, 700, 50-54. [in Ukrainian].

Л. В. Савчук, О. Г. Курилец, В. О. Васийчук

Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина

ДЕФЕРРИЗАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД МЕТОДОМ ГЛУБОКОЙ АЭРАЦИИ

Соединения Ферума имеют большое влияние на здоровье людей. Поэтому удаление соединений Ферума - важнейшая стадия подготовки питьевой воды. Среди известных методов деферризации наиболее популярны безреагентные методы, которые улучшают качественные показатели воды и не влияют на стоимость подготовки. В этих методах создают большую поверхность взаимодействия между жидкой и газообразной фазами. Этого достигали используя горизонтальный абсорбер с

ковшеобразными диспергаторами. Оценено влияние концентрации соединений Fe2+ в воде на время прохождения процесса. Установлено, что при невысоком содержании (10-20 мг/дм3) 50 % соединений Fe2+ уже за 30-50 с окислялись и выпадали в осадок, а за 120 с - 100 %. Повышение содержания соединений Ферума до 40 мг/дм3 и больше увеличивает время очистки до 10 мин. Установлено две области протекания процесса. Первая характеризуется высокой фиктивной скоростью окисления (9,15-5,75 мг/дм3- мин), вторая - меньшей (4,0-0,51 мг/дм3-мин). Это оббясняется высокой концентрацией соединений Ферума и большой скоростью растворения кислорода в воде в начальный период, что позволяет им активно взаимодействовать. Во второй области концентрация соединений Ферума уменьшается, а кислорода возрастает, вероятность их встречи, столкновения и взаимодействия уменьшается, процесс тормозится. Установлено, что изменение плотности орошения в пределах 48,6-83,7-10-3 м3/нм3 ускорит процесс деферризации для концентраций Fe2+ 10-40 мг/дм3. Повышение концентрации соединений Ферума несколько замедлит процесс и ухудшит качество очистки воды. Таким образом, горизонтальный абсорбер с ковшеобразными диспергаторами является эффективным аппаратом для очистки природных вод от соединений Ферума.

Ключевые слова: очистка; соединения Ферума; окисление; горизонтальный абсорбер; ковшеобразный диспергатор.

L. V. Savchuk, O. H. Kurylec, V. O. Vasiichuk

Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine

NATURAL WATER DEFERRIZATION BY DEEP AERATION METHOD

Natural water, both groundwater and surface water, is characterized by high hardness, content of iron and partly manganese, and also dissolved gases. However, prolonged consumption of water with high content of iron compounds can cause the accumulation of its colloidal form in the liver and lead to its destruction. Therefore, water deferrization is an important step in water treatment. Therefore, the purpose of the study is to choose an effective device for water processing and deferrization, and to define optimal conditions of work. The main unit is a horizontal absorber with bucket dispersant. This is a hollow cylindrical device with a diameter of 0.5 m and a length of 0.33 m. The study is conducted with a "simulator" that contains Fe2+ (mg/dm3): 13.2; 20.6; 30.2; 40.8 and 50.2. When working with low content of iron compounds (from 10 to 20 mg/dm3), 50 % of it can be removed in 30-50 seconds and 100 % - in 2 minutes. The duration of the complete extraction of iron compounds increases significantly with an increase in concentration of Fe2+ and can reach up to 10 minutes (CFe2+ > 40 mg/dm3). Nevertheless, two regions of the process can be observed for all concentrations. The first region is characterized by a sharp decrease in the concentration of iron compounds, namely, oxidation at high speed, and in the second region, these processes are slower. Fictitious oxidation flow rate of Fe2+ to Fe3+ in this region decreases with an increase in iron compounds concentrations and ranges from 9,15 to 5.75 g/m3-min. The oxygen that dissolves in water reacts immediately. In the second region, the concentration of Fe2+ ions is lower, so the probability of their collision and interaction decreases, and the process slows down. This is evident from the fictitious values of the process speed as they are reduced from 4.0 to 0.51 g/m3 -min for all concentrations. The watering density between the volumes of liquid and gas phases positively affects the process of deferrization of water containing up to 40 mg/dm3 of iron compounds. In this case, the speed of the process increases. Increase in concentration of iron compounds over 40 mg/dm3 slows down the process and affects the quality of water purification. Thus, the absorber with horizontal bucket dispersants can be used for deep aeration and effective purification of natural water from iron compounds.

Keywords: purification; iron compounds; oxidation; horizontal absorber; bucket dispersants.

1нформащя про aBTopiB:

Савчук Людмила Bac^niBHa, канд. техн. наук, доцент, Нацюнальний ушверситет '^bBiBCbKa полггехшка", м. Львiв, Укра'на.

E-mail: [email protected]

Курилець Оксана TpmopiBHa, канд. техн. наук, доцент, Нацюнальний ушверситет '^bBiBCb^ полп-ехшка", м. Львiв, Укра'ша.

E-mail: [email protected]

Васшчук BiKTop Олексшович, канд. техн. наук, доцент, Нацюнальний ушверситет '^bBiBCb^ полггехшка", м. Львiв, Укра'на.

E-mail: [email protected]