CC BY
8
4. Орлов О.О. Основш закожмрност мiграцií 137Cs та розподшу його валового запасу в екосистемах люових сфагнових болгт Полiсся Украíни / О.О. Орлов, С.П. 1р^енко // Науковий вюник НАУ : зб. наук. праць. - К. : Вид-во НАУ. - 1999. - Вип. 20. - С. 60-68.
5. Орлов А.А. Особенности биогеохимии 137Cs в олиготрофных лесоболотных экосистемах / А.А. Орлов, В.П. Краснов, В.П. Косинский // Радиоактивность после ядерных взрывов и аварий : тез. докл. Междунар. конф., г. Москва, 5-6 декабря 2005. - СПб. - С. 11-30.
6. Осипов В.Б. Особенности поведения цезия-137 и стронция-90 в торфяных почвах низинных и верховых болот / В.Б. Осипов, С.В. Круглов, Е.В. Просянников // Радиобиологический съезд (г. Киев, 20-25 сентября 1993 г.) : тез. докл. - Пущино, 1993. - Ч. III. - С. 748-749.
7. Cheshire M.V. Translocation and plant availability of radio caesium in an organic soil / M.V. Cheshire, C. Shand // Plant and Soil. - 1991. - Vol. 134. - Pp. 287-296.
8. Svensson G.K. The quantitative accumulation of 9 Zr + 95Nb and 140Ba + 140La in carpets of forest moss. A field study / G.K. Svensson, K. Linden // Health Phys. - 1965. - Vol. 11, № 10. - Pp. 1033-1042.
Краснов В.П., Курбет Т.В., Корбут М.Б., Бойко О.Л. Распределение суммарной активности 137Cs в компонентах биогеоценоза мезоолиготроф-ных болот Полесья Украины
Приведены результаты изучения распределения 137Cs в компонентах биогеоценоза мезоолиготрофних болот Полесья Украины. Результаты свидетельствуют, что на период наблюдений наибольшая доля суммарной активности Cs характерна для очеса (53,31 %) и торфа (32,36 %). В сфагновом покрове содержится 12,96 % суммарного (валового) запаса радионуклида болотного биогеоценоза. Отмечено уменьшение эдифика-торной роли древесных пород и увеличение ее у мохового яруса, который состоит преимущественно из сфагновых мхов. Доля мохового яруса в создании фитомассы ценоза составляет 64,42 %, что в 1,98 раза больше доли древостоя.
Ключевые слова: радионуклиды, радиоактивное загрязнение почвы, удельная активность радионуклида, лесные насаждения, торфяно-болотные почвы.
Krasnov V.P., Kurbet T.V., KorbutM.B., Boyko O.L. Distribution of Summary Activity of 137Cs in the Components of Biogeocoenosis of Mezoolihotrophi-cal Marshes of Polyssia Region of Ukraine
The results of the exploration of 137Cs distribution in the components of biogeocoenosis of mezoolihotrophical marshes of Polyssia Region of Ukraine are presented. The results show that during observation period the largest part of summary activity 137Cs is typical for tow (53.31 %) and peat (32.36 %). There is 12.96 % of summary (gross) reserve of radionuc-lide of marsh biogeocoenosis. The decrease of ediphictar role of ligneous species and its increase in moss tier (which mainly consists of sphagnum moss) is noted. The part of the moss tier in creating of the phytomass of coenosis is 64.42 % which is in 1.98 times more than part of ligneous.
Keywords: radionuclides, soil radioactive contamination, radionuclide specific activity, forest plantations, bog-peat soils.
УДК 628.16 Проф. В. Т. Яворський, д-р техн. наук; проф. Я.А. Калимон,
д-р техн. наук; астр. О.1. Рубай - НУ "Львiвська полтехтка"
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ДЕСОРБЦН КАРБОНУ (IV) ОКСИДУ З П1ДЗЕМНИХ ВОД У ПРОЦЕС1 IX ДЕФЕРИЗАЦН
Дослщжено процес десорбцп карбону (IV) оксиду з води у горизонтальному аб-сорберi з ковшошдабними диспергаторами. Встановлено, що у вибраному апарат вщ-буваються не лише процес окиснення юшв Ре2+ киснем, а й ефективний процес десор-бцп СО2 з води. Визначено оптимальну тривалють процесу десорбцп СО2, що сприяе шдвищенню концентраци юн]в ОН- та штенсифшацп процесу окиснення юшв Ре2 без введення лужного компонента. Проведено спещальш дослщження очищення реально!
шдземно! води родовища, розмiщеного у селищi Сокшьники Львiвськоl обл., якi показали високу ефектившсть деферизацп води.
Ключов1 слова: деферизацш, десорбцiя карбону (IV) оксиду, рН, окиснення iонiв Ре2+.
Вступ. Здайснен рашше дослвдження показали, що для очищения шд-земних вод ввд сполук Феруму (II) киснем повиря доцшьним 1 ефективним е за-стосуваиня горизонтального абсорбера з ковшоподГбними диспергаторами (ГАКД) [1]. Виведене кшетичне р1вняння процесу окиснення юшв Ге2+ киснем [2], 1з якого видно, що на швидккть процесу значно впливае концентращя юшв ОН- у систем! (порядок реакцл за СОН-, дор1внюе 1,9). Вдаак Гнтенсивнкть процесу окиснення юшв Ге2+ можна збшьшити шляхом шдвищення лужносп води, тобто додаванням лужних реагенпв, наприклад №ОЫ. Зазначене призведе до введення у систему сторонах юшв, що е небажаним.
Значення рН шдземних вод визначаеться наявнктю у них, в основному, пдрогенкарбонатш 1 перебувае в межах 4,5-6,5. У воднш систему окрiм пдро-генкарбонапв, е певна кшьккть СО2 у розчиненому сташ. М1ж цими двома станами вуглекислого газу кнуе певна рiвновага. Вщтак, в1ддувши розчинену форму СО2, можна зсунути р1вновагу у бш розпаду юшв НСО3-, у наслщок чого зросте концентращя iонiв ОН-. Отже, появляеться можливкть штенсифжацц процесу окиснення юнв Ге2+ без введення лужного компонента.
В апарап ГАКД рвдка фаза шддаеться постшному диспергуванню з ут-воренням велико!' та активно!' поверхн крапель [3]. Оскшьки у повГтрГ концентращя СО2 поршняно низька (0,045 % об.), то можна очжувати, що у процес диспергування буде ввдбуватися штенсивна десорбщя СО2, що безумовно, при-
• -П 2+
зведе до пришвидшення процесу окиснення юнв ге .
Враховуючи зазначен вище аргументи, дощльно провести спещальн дослвдження з метою шдтвердження викладених вище мГркувань.
Мета роботи - дослщження процесу десорбцп СО2 з води та и впливу на швидккть окиснення юнт Ге2+ киснем повГтря у ГАКД.
Постановка задачi дослiджень. Для високого ступеня насичення води киснем повиря та одночасно! десорбцп карбону (IV) оксиду з ферумвмкних вод, без введення лужних реагенпв, рекомендують застосовувати посилену ае-ращю води. Такий процес реалГзують у контактних градирнях, де насичення води киснем сягае до 5 мгО2/дм3, тобто лише на половину вщ рГвноважного насичення (за 1 = 20 оС), а стушнь десорбцп СО2 становить лише 20-25 %. ОкрГм цього, насадка градирень швидко заростае сполуками Феруму (III) Г, як насль док, збшьшуеться пдравлГчний ошр та необхщнкть перюдичного промивання насадки градирн [4]. У вентиляторних градирнях повГтря подають в апарат через барботер Г диспергують його рГзними перемтуючими пристроями, що де-що штенсифшуе процеси насичення води киснем Г десорбцп СО2. Недолжом застосування такого обладнання е значний гГдравлГчний опГр, а вГдтак пГдвище-н пигаш енерговитрати [5].
Критичний аналГз масообмшно! апаратури для систем газ-рщина показав, що зазначенГ недолГки можна усунути в апаратГ ГАКД, розробленому на ка-федрГ хши та технологи неоргашчннх речовин НУ "ЛьвГвська полпехшка" [3]. За низьких питомих витрат енергп та пдравлГчного опору, яю характерн для
цього апарату, а також завдяки конструктивним особливостям, у ньому ство-рюеться велика i активна поверхня крапель води. Це забезпечить штенсивну де-сорбщю карбону (IV) оксиду з води i, як наслiдок, зросте значен-ня 11 рН, що сприятиме окисненню iонiв Fe2+.
Результати дослщжень. Для дослщжень процесу десорбци СО2 вико-ристовували води iз змiнним вмiстом загального СО2 (25-130 мг/дм3), у вщсут-ностi iнших iонiв, зокрема iонiв Fe2+. Проби вод готували шляхом розчинення розраховано'1 кiлькостi Са (ОН)2 у водi з наступним насиченням 11 вуглекислим газом. Дослщи проводили за температури води 18-20 оС та атмосферного тиску. Диспергування здiйснювали у апаратi за сшввщношення об'емiв мiж рiдкою та газовою фазами 1: 18,4 (3,1 дм3: 56,9 дм3). Оскшьки навггь за повного вщдуван-ня СО2 iз води його кiлькiсть у газовому об'емi збтьшиться лише на 0,04...0,2 дм3, при цьому концентращя СО2 у газовiй фазi становитиме 0,34 % об., що е далеким вщ рiвноважного вмiсту (87,8 % об.), то подавати повггря в апарат не дощльно. Десорбцш здiйснювали до зниження концентраци СО2 у водi приблизно 50 мг/дм3. Така концентрац1я е рекомендованою [6] для ефек-тивного перебiгу процесу деферизаци.
Визначення вмiсту СО2 у водi здiйснювали волюмометричним методом, вимiрюючи у часi об'ем СО2, який видщився внаслiдок взаемоди Са (НСО3)2 з 10 % розчином хлоридно'1 кислоти. Узагальненi результати дослiджень наведено на рис. 1.
Ссо5,
, з мг/дм
0 60 120 180 240 300 т, с
Рис. 1. Залежшсть концентраци СО2у воЫ (ССО2) вiд часу диспергування (т).
Початковг концентращ СО2урознит, мг/дм : 1) 127,6; 2) 92,4; 3) 52,8; 4) 26,4
З наведених кривих (див. рис. 1) видно, що незалежно вщ початкових концентрацш СО2 у водi iнтенсивна десорбц1я вщбуваеться за першi 60 с. У по-дальшому процес сповiльнюеться, залежшсть мае практично прямолЫйний характер. Чим нижча початкова концентрац1я СО2 у водi, тим вищий стутнь десорбци за першi 60 с процесу. Так, за початково'1 концентраци СО2 у водi 127,6 мг/дм3 стутнь десорбци СО2 становив 45 %, за 92,4-52 %, за 52,8-72 % i за 26,4-83 %.
У повнш вiдповiдностi до зменшення концентрацií СО2 у водi, як i очку-вали, зростала величина 11 рН, що зображено на рис. 2.
Рис. 2. Залежшсть значення рН води вiд часу диспергування (т).
Почаmковi концентраци СО2урознит, мг/дм : 1) 127,6; 2) 92,4; 3) 52,8; 4) 26,4
З рис. 2 видно, що, як i у попередньому випадку, тдвищення рН вщбу-ваеться за першi 60 с незалежно в1д початково! концентраци СО2 у водi, тдвищення рН становило 0,52... 0,59. Так, для дослщжуваних проб води рН збшьшува-лося в1д 6,88 до 7,47; вщ 6,95 до 7,53; вщ 7,05 до 7,59; вщ 7,13 до 7,65 вщповщно.
Така змша рН води, безумовно, впливатиме на збтьшення швидкостi процесу окиснення iонiв Бе2+ у процеа деферизацп. Так, зпдно з виведеним ки-нетичним рiвнянням [2], зростання величини рН води вiд 6,4 до 7,2 призводить до збтьшення швидкосл процесу окиснення iонiв Бе2+, приблизно, у 30-35 ра-зiв. Подальше диспергування води практично не впливало на змшу рН води.
Як зазначено вище, першу серто дослiджень здiйснювали за вiдсутностi юшв Бе2+ та iнших, якi зазвичай наявш у пiдземних водах. Зрозумто, що наявнi iони будуть певним чином впливати на основний процес - окиснення Бе2+. Вра-ховуючи мету дисертаци, не вважали за дощльне вивчати вплив наявних зазна-чених iонiв. Практичний iнтерес представляють дослiдження процесiв десорбци СО2 i окиснення Бе2+ на реальнiй пiдземнiй водi. Нижче наведено узагальненi результати дослщжень процесу деферизацií пiдзеноí води родовища, розмще-ного у селищi Соктьники Львiвськоí обл. Пiдземна вода зазаначеного родовища залягае на глибиш 15-45 м i мае такий хiмiчний склад (табл.).
Дослщи проводили в апаратi ГАКД за таких же сшввщношень газовох та рщко! фаз, як i в попередшх дослiдженнях. Експерименти здiйснювали без до-даткового пiдведення повiтря у апарат. Оскшьки частина кисню витрачаеться на окиснення присутшх у водi сполук Феруму (II), то дослщи проводили i з тд-веденням св1жого повiтря (витрата повiтря 5 дм3/хв.). Визначали змiну концентраци iонiв Бе2+ у часi. Сталими параметрами були температура води (18-20 оС) та атмосферний тиск. Процес проводили до досягнення залишковоí концентраци юшв Бе2+ 0,2 мг/дм3, що вщповщае нормативу, яку визначали за стандартною методикою [7], а рН - з допомогою рН-метра типу 150-М з комбшованим електродом ЭСКЛ-08М 1.
Табл. ХШчний склад тдземно'1 води до очищення
Назва показника, одиниця вимiрювання Значення показника
По НД* фактичне
Гiдрогенний показник, рН 6,5-8,5 6,6
Твердють загальна, мг-екв/ дм3 <10,0 0,7
Ферум загальний, мг/дм3 <0,2 5,9
Ферум (II), мг/дм3 - 4,1
Карбону (IV) оксид, мг/дм3 - 58,4
Кисень розчинений, мгО2/дм3 - 0,40
Кальцш, мг/дм3 - 12,0
Магнiй, мг/дм3 - 1,2
Натрш, мг/дм3 <200 37,0
Сульфати, мг/дм3 <500,0 76,8
Хлориди, мг/дм3 <350,0 44,3
Штрити, мг/дм3 < 3 0,001
Нiтрати, мг/дм3 <50,0 0,001
Амонш, мг/дм3 <2,6 2,0
Окиснюванiсть перманганатна, мгО2/дм3 <5 3,5
Сухий залишок, мг/дм3 <1500,0 206,1
Загальна мiнералiзацiя, мг/дм3 <1000,0 237,8
*НД - нормативний документ ДСанШН 2.2.4-171-10 "Ппетчш вимоги до води
питно! призначено! для споживання людиною".
Як видно з наведено'' табл., дослщжувана проба питно'1 води, в основному, вщповщае вимогам нормативного документа, за винятком показника "Фе-рум загальний", вмiст якого перевищив допустиму норму у 30 разiв. Вмiст роз-чинених кисню i СО2 у водi, як зазначено вище, не буде сприяти процесу окис-нення iонiв Fe2+. Залежносп змши концентрацп iонiв Fe2+ вщ часу диспергуван-ня зображено на рис. 3.
5
4
СгЛ з мг/дм3 2
1
0
0 100 200 300 400 500 600 т, с Рис. 3. Залежшсть концентраци ютв Гв2+ у водi (СГв2+) вiд часу диспергування (т):
1) без введения повтря; 2) !з введениям повгтря в апарат
Як видно з рис. 3, концентращя юнш Fe2+ сягае 0,2 мг/дм3 за 300 с процесу в обох випадках. Введення в апарат свiжого повиря дещо пришвидшуе про-цес. Шсля диспергування воду вщстоювали впродовж 2 дiб та проводили и ана-лiз. Порiвняно з вихэдною водою концентрац1я СО2 зменшилася до 41,4 мг/дм3
без шдведення свiжого повiтря та до 39,6 - з шдведенням, а концентрация роз-чиненого кисню пiдвищилася до 6,2 мгО2/дм3 без пiдведення пов^я та до 7,1 -з шдведенням.
Висновок. В абсорберi типу ГАКД ввдбуваються одночасно iнтенсивнi процеси окиснення iонiв Fe2+ i десорбцц СО2. Десорбцiя СО2 призводить до шд-вищення лужностi води, що свою чергою, забезпечуе бшьшу швидккть окиснення iонiв Fe2+ без введения ззовш лужного реагенту.
Лггература
1. Рубай, О.1. Застосування горизонтального абсорбера з ковшоподiбними диспергаторами для очищення пiдземних вод : тези доп. / О.1. Рубай // V Мiжнародна конференщя студентГв, ас-пiрантiв та молод. вчених з хГми та хГмГчно! технологи. - К. : Вид-во "Наука", 2014. - С. 194.
2. Яворський, В.Т. ДослГдження процесу окиснення ГонГв Феруму (II) киснем повГтря у водi : тези доп. / В.Т. Яворський, Я.А. Калимон, О.1. Рубай // Хiмiя та сучаснГ технологи : матер. VII Мiжнар. наук.-техн. конф. студ., астр. та молод. вчених. - Д., 2015. - С. 39.
3. Яворський В Т. Диспергатор рГдини ковшоподГбно! форми. Дослiдження на стендовГй установцГ / ВТ. Яворський, В.В. Калмиков, Я.А. Калимон // Хiмiчна промисловГсть Украши : наук.-виробн. журнал. - 2006. - № 4. - С. 24-28.
4. Болотова О.В. Исследования по снижению содержания углекислоты из подземной воды Тюменского региона : дисс. ... канд. техн. наук: спец. 05.23.04 / О.В. Болотова. - Тюмень, 2006. -159 с.
5. Герасимов Н.Г. Технический справочник по обработке воды : пер с франц. - В 2-ух т. / ред. Н.Г. Герасимов и др. - СПб. : Изд-во ООО "Новый журнал", 2007. - Т. 1. - 1696 с.
6. Шарапов В.И. Декарбонизаторы водоподготовительных установок систем теплоснабжения / В.И. Шарапов, М.А. Сивухина. - М. : Изд-во АСВ, 2000. - 200 с.
7. ДСТУ ISO 6332:2003 "Спектрометричний метод Гз використанням 1,10-фенантролГну".
Яворский В. Т., Калымон Я.А., Рубай О.1. Исследование процесса десорбции углекислого газа из подземных вод в процессе их деферризации
Исследован процесс извлечения углекислого газа из воды в горизонтальном абсорбере с ковшеобразными диспергаторами. Установлено, что в выбранном аппарате происходят не только процесс окисления ионов Fe2+ кислородом, но и эффективный процесс десорбции СО2 из воды. Определена оптимальная продолжительность процесса десорбции СО2, что способствует повышению концентрации ионов ОН- и интенсификации процесса окисления ионов Fe2+ без введения щелочного компонента. Проведены специальные исследования очистки реальной подземной воды месторождения, расположенного в поселке Сокольники Львовской обл., которые показали высокую эффективность деферризации воды.
Ключевые слова: деферризация, десорбция СО2, рН, окисление ионов Fe2+.
Yavorskiy V. T., Kalymon YaA., Rubay O.I. Investigation of the Process of Carbon Dioxide Desorption from the Underground Waters in the Course of their Deferrization
The process of desorption of СО2 from water in a horizontal absorber with bucket-like dispersers was investigated. The process of desorption of CO2 from water is found to be efficient, and oxygen Fe2+ ions oxidation also takes place in the selected device. The optimum duration of CO2 desorption, which contributes to the OH- ion concentration and intensification of the oxidation of Fe2+ ions without introducing an alkali component is determined. Special study of real groundwater purification located in the town of Sokilnyky, Lviv region, which showed high promises for more effective water deferrization, is conducted.
Keywords: deferrization, desorption of СО2, рН, oxidation of Fe2+ ions.
