CC BY
8
Нащональний лкотехшчний ун1верситет Украши
УДК 628.161
ЕФЕКТИВШСТЬ ОЧИЩЕНИЯ ПРИРОДНИХ ВОД В1Д АМОН1ЙНОГО АЗОТУ ПРИРОДНИМИ ТА ШТУЧНИМИ КАТ1ОН1ТАМИ
О. О. Мащевська1
Дослiджено процес очищения водних розчишв вiд амоншного азоту природними (цеолiтовi породи Сокирницького родовища, Украша) та штучними (йонообмшна смола Roman Haas) катюнообмшними матерiалами. Перед дослiдженням цеолiти та йоно-обмiнну смолу переведено у Na-форму - оброблено у статичних умовах 5 %-м розчи-ном хлориду натрвд NaCl, приготовленим на дистильованш водi. Визначено повну та робочу динамiчнi мiсткостi зазначених матерiалiв. Йонообмiнна смола мае кращi характеристики пор1вняно з природним цеол^ом.
Ключов1 слова: вода, видалення амошю, природний цеолiт, йонообмiнна смола.
Вступ. Наявшсть у пiдземнiй водi сполук амоншного азоту е показни-ком И забрудненостi. Джерела надходження сполук азоту в природш, зокрема шдземш, води рiзноманiтнi: забрудненi атмосфернi опади, що iнфiльтруються в пiдземнi води; неоргашчш азотнi добрива та гшй; стiчнi води тваринницьких комплексiв, побутовi й виробничi стiчнi води; стоки смГттезвалищ тощо.
Нормативне значения концентрацп амонiйного азоту у водi, призначенш для споживання людиною, зокрема водопроввднш, - не бiльше 0,5 мг/дм3. З урахуванням конкретно!' ситуацп, за погодженням з головним державним саш-тарним лiкарем вiдповiдноí адмГшстративно!' територц, цей показник може бути збшьшений до 2,6 мг/дм3 [1]. Одним iз методiв вилучення амонiйного азоту iз водних розчинiв е фшьтрування 1х крiзь фiльтри з катюштовим завантаженням як природного (цеолiтовi породи Сокирницького родовища, Укра!на), так i штучного (йонообмiнна смола Roman Haas) походження.
Мета дослщжень - визначення повно! та робочо!' йонообмiнних мк-ткостей (за амонiйним азотом) цеолГту Сокирницького родовища та йонообмш-но!' смоли Roman Haas у процес очищення модельного розчину вiд катюшв амонiю NH4+ у динамiчних умовах.
Матер1али та методи. Перед дослвдженням цеолiтовi породи подрГбню-вали на кульовому млиш, просгювали на стандартизованих ситах, промивали дистильованою водою та висушували до стало!' маси. Обраний фракцiйний склад породи (0,5-1,02 мм) потрапляе у спектр грануляцiй, яю застосовують на практицг Наважки сухого цеолггу та йонообмiнноí' смоли брали з точшстю ±0,001 г на аналГтичних терезах марки ВЛА-200 г-М.
Для переведення цеолiту та йонообмшно!' смоли у Na-форму !'х обробля-ли у статичних умовах 5 %-м розчином хлориду натрда NaCl, приготовленим на дистильованiй водг Шсля цього матерiал промивали дистильованою водою до зменшення концентрацп хлорид-анюшв Cl- у промивнш водГ до 10 мг/дм3 та висушували до стало!' маси у сушильшй шафГ за температури 105 °С. Визначення вмкту хлорид-анюшв у фшьтрап здшснювали методом титрування штратом срГбла AgNO3 за стандартизованою методикою [2].
1 доц. О.О. Мащевська, канд. техн. наук - НУ " Львгвська полггехнка"
182
Зб1рник науково-техшчних праць
Науковий вкник НЛТУ Украми. - 2016. - Вип. 26.1
Кожен експеримент повторювали два рази, чим досягалась вiрогiднiсть отриманих результатiв.
Схему лабораторно' установки наведено на рис. 1. На металевому шта-тивi 4 закроена колонка 3 i3 прозорого оргатчного скла. Внутрiшнiй дiаметр колонки d=20 мм. Верхнiй кiнець колонки з'еднаний з мiсткiстю 1 з модельним розчином через лабораторний насос 2 марки 372 C фiрми ELPAN (Польща). За допомогою цього насоса модельний розчин фшьтрували низхщним потоком крiзь шар завантаження. Очищену воду (фiльтрат) вiдводили через нижню час-тину колонки у порожню мiсткiсть 5. Усi з'еднання колонки з мюткостями та насосом виконат силiконовими шлангами 6.
Основний розчин хлориду амонш NH4Cl об'емом 1 см3 мiстив у собi 1 мг NH4+. Модельний розчин хлористого амонш NH4Cl для проведення досль джень готували шляхом додавання певного об'ему основного розчину у водоп-ровiдну воду для досягнення вихадно'* концентрацií амонiйного азоту 6 мг NH^/дм3. Дослiджували цеолiтовi породи укра'нського родовища фрак-цiею 0,50-1,02 мм та йонообмшну смолу марки Roman Haas фракщею 0,501,00 мм. Дослщи проводили до повного "виснаження" катiонiту в колонцi, тоб-то, до того часу, коли концентрацп йошв амонiю в розчинi та фтьтрап були од-наковi (С0=6,0 мг/дм3). Об'ем та маса завантажених у колонку матерiалiв: цеоль ту - Кц=0,1 дм3, m=72,5 г; смоли - Vc=0,1 дм3, m=40,2 г. Швидкiсть фтьтруван-ня модельного розчину ^зь катiонообмiнне завантаження и=9,4 м/год. Витрата фшьтрату q=3 дм3/год.
Рис. 1. Схема лабораторное установки для досл1дження процесу очищення води в1д кат1отв амонш йонообмтними матер1алами з нерухомим шаром завантаження:
1) м1стк1сть з модельним розчином; 2) лабораторний насос; 3) скляна колонка, заповнена йонообмгнним матергалом; 4) металевий штатив; 5) м1стк1сть для збирання фшьтрату; 6) з'еднувальнг силгконовг шланги; 7) блок вимгрювальног
апаратури
Вщлш часу починали одночасно з пуском лабораторного насоса. Через певш промiжки часу вщбирали проби фшьтрату, в яких визначали залишкову концентрацш катюшв амонш методом прямо'1 несслеризацп за допомогою фотоколориметра марки КФК-2МП (Роая) у кюветах з товщиною оптичного шару 4,995 мм проти розчину порiвняння [3]. Визначення проводили за довжини хви-лi Л = 420 нм. Температура модельного розчину - 18±1оС.
2. Еколопя та довкшля 183
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраУни
Результати. За отриманими експериментальними даними побудовано графiчну залежнiсть концентрацií катiонiв амонiю у фшьтрат вiд об'ему розчи-ну W, що пройшов крiзь катюнообмшне завантаження (рис. 2). Як видно з рис. 2 (а), повне "виснаження" цеолiту настае за значення ^=70,5 дм3. Ця цифра вщповщае тривалостi роботи фiльтра до повного виснаження завантаження Т1=23,5 год. Зпдно з рис. 2 (б), повне "виснаження" йонообм^о' смоли настае за значення Ж2=42 дм3, що в^овщае тривалостi роботи фiльтра до повного виснаження завантаження Т2=14 год.
Рис. 2. Залежтсть змгни концентраци катюшв МИ4+ у фтьтрат1 вгд об'ему модельного розчину, профтьтрованого кргзь завантаження 1з:
а) цеол1ту; б) йонообмгнног смоли У серп дослщв з цеолгговим завантаженням концентращя катюшв амо-нш МИ4+ у фiльтратi 0,5 мг/дм3 спостерiгаеться за значення W1=8 дм3, що вщпо-вiдае часу захисно' дп фiльтра (тривалостi робочого перюду) 1^=2,66 год.
Пiд час дослщження завантаження з йонообмiнною смолою концентращя катюшв амонш КИ4+ у фiльтратi 0,5 мг/дм3 спостер^аеться за значення об'ему фiльтрату W2=18 дм3, що вiдповiдае часу захисно' дГ' фiльтра (тривалостi робочого перюду) 1^=6 год. За експериментальними даними методом графiчно-го iнтегрування визначено повну та робочу динамiчнi обмшт мiсткостi досль джуваних йонообмiнних матерiалiв за катiонами амонiю. Результати наведено в таблищ.
Табл. Повна та робоча динам1чт обмтт мiсткостi йонообмтних матер1ал1в
за катюнами амонт
Ионообмшний матерiал Цеолiт Ионообмiнна смола
Повна обмiнна мiсткiсть Еп, мг МИ4+/г катiонiту 2,61 3,62
Робоча обмiнна мiсткiсть Ер, мг КИ4+/г катюшту 0,61 2,70
Висновки. Дослщження процесу очищення водних розчитв вiд амо-нiйного азоту природними та штучними катiонiтами виявило кращi властивостi йонообмшно'' смоли порiвняно з природним цеолгтом.
Лiтература
1. ДСанШН 2.2.4-171-10. Гiгieнiчнi вимоги до води питно' призначено'' для споживання людиною // Затвердженi наказом Мiнiстерства охорони здоров'я Укра'ни вiд 12.05.2010 р., № 400.
2. ГОСТ 4245-72. Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов.
3. ГОСТ 4192-82. Вода питьевая. Методы определения минеральных азотсодержащих веществ.
Надклано до редакци 24.02.2016 р.
184
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. - 2016. - Вип. 26.1
Мациевская О.А. Эффективность очистки природных вод от аммонийного азота природными и искусственными катионитами
Исследован процесс очистки водных растворов от аммонийного азота природными (цеолитовые породы Сокирницкого месторождения, Украина) и искусственными (ионообменная смола Roman Haas) катионообменными материалами. Перед исследованием цеолиты и ионообменная смола переведены в Na-форму - обработаны в статических условиях 5 %-м раствором хлорида натрия NaCl, приготовленным на дистиллированной воде. Определены полная и рабочая динамические емкости указанных материалов. Ионообменная смола имеет лучшие характеристики по сравнению с природным цеолитом.
Ключевые слова: вода, удаление аммония, природный цеолит, ионообменная смола.
Matsiyevska О.О. The Purification Efficiency of Natural Waters from Ammonium Nitrogen by Natural and Synthetic Cation-Exchange Materials
The process of purification of aqueous solutions of ammonium nitrogen by natural (Sokyrnytsky zeolite rock deposits, Ukraine) and synthetic (ion exchange resin Roman Haas) cation-exchange materials. Before the study zeolites and ion exchange resin transferred to Na-form - were treated in static conditions 5 % solution of sodium chloride NaCl, prepared in distilled water. Complete and working dynamic capacity of these materials is determined. Ion exchange resin is proved to have better performance compared to the natural zeolite.
Keywords: water, ammonium removal, natural zeolite, ion exchange resin.
УДК 66.084:541.182:628.1
КАВ1ТАЦ1ЙНЕ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ CTOKIB ПИВОВАРНОГО
ВИРОБНИЦТВА У ПРИСУТНОСТ1 ГА31В Р13НО1 ПРИРОДИ
Л.1. Шевчук1, I.E. Никулишин2, Т.С. Фалик3
Дослщжено вшив природи ra3iB (аргону, кисню та вуглекислого газу) на процес 3ByKo-xiMi4Horo знезараження стоюв пивоварного виробництва. Проведено мшробюло-пчну щентифжащю спчно! води i3 "Пивоварш "Кумпель" та встановлено, що найбшьш типовими представниками ще'1 води е дрiжджi роду Saccharomyces та бактерй (Micrococcus, Bacterium, Pseudomonas та Sarcina). Шдтверджено, що каштацшний процес знезараження пивоварних стоив, незалежно вiд природи барботованого газу, можна опи-сати, застосувавши кшетичне рiвняння першого порядку. Встановлено ряд ефективнос-ri впливу природи газiв на процес кавiтацiйного очищення дослщжувано'! води, де найбiльшу ефективнiсть проявив аргон.
Ключовi слова: мшрооргашзми, спчна вода, кавiтацiйне очищення води, ультразвук, мшробне число.
Вступ. Пивоварне виробництво пов'язане зi значними витратами води, що зумовлюе утворення виробничих стоюв. Великий об'ем стiчних вод утво-рюеться на стадп миття та замочування ячменю, промивання дрiжджiв, миття виробничих мiсткостей, трубопроводiв, тари, а також внаслвдок скидання ос-таннiх промивних вод варильного цеху.
Аналiз останшх дослiджень i публжацш. Стiчнi води пивоварного виробництва мктять розбавленi розчини цукрiв, бшк1в, неорганiчних солей, у них також е частинки землi та зерна. Найбшьш забрудненими е стоки, що утворю-
1 доц. Л.1. Шевчук, д-р техн. наук - НУ " Львгвська полггехшка";
2 доц. I.G. Никулишин, д-р техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнка";
3 acnip. Т.С. Фалик - НУ "Льв1вська полггехнка"
2. Екологiя та довкшля
185
