Экологический метод очистки природной воды Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.162.1(043)

Аверина Ю. М., Курбатов А.Ю., Зверева О.В. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЧИСТКИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Курбатов Андрей Юрьевич - генеральный директор ООО «КОБГАРД»

Аверина Юлия Михайловна - к.т.н., доцент каф. ИМиЗК, председатель ОСМУСС РХТУ имени Д.И. Менделеева, e-mail: averinajm@mail.ru

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская пл., 9

Зверева Ольга Владимировна - заведующий лаборатории, ООО «БИНАКОР-ХТ», Россия, Москва.

В работе рассматривается экологический вариант комплексной очистки природных вод от растворенных и нерастворённых форм железа. Приведена последовательность процесса окисления растворимых солей железа с последующей удалением растворенных форм железа, с применением устройства, для образования кавитационных явлений в жидкости за счёт гидродинамических характеристик самого потока жидкости - гидродинамического генератора колебаний.

Ключевые слова: обезжелезивание, природная вода, экологический метод очистки, гидродинамический генератор колебаний

ECOLOGICAL METHOD OF PURIFICATION OF NATURAL WATER

Averina Yu.M., Kurbatov A.Yu., Zvereva O.V.*

Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *LLC "BINAKOR-HT", Moscow, Russia.

The paper considers an ecological variant of complex purification of natural waters from dissolved and undissolved forms of iron. The sequence of the process of oxidation of soluble iron salts with the subsequent removal of dissolved forms of iron, using the device, is used to form cavitation phenomena in the liquid due to the hydrodynamic characteristics of the fluid flow itself - the hydrodynamic oscillator.

Key words: deironing, natural water, ecological cleaning method, hydrodynamic oscillator

Владельцы частной загородной недвижимости, малых предприятий сельского хозяйства, небольших котельных и производственных предприятий с децентрализованным водоснабжением (скважина) в первую очередь сталкиваются с выбором и индивидуальной организацией процесса

водоподготовки под собственные нужды. Основная проблема, толкающая потребителя на очистку природной воды является наличие в ней растворенных и нерастворённых форм железа (Рис.1).

А) Б) В)

Рис. 1 - «Забитый железом» сеточный картридж магистрального фильтра (А и Б) в сравнении с фильтром

очищенным (В)

Экологичные методы удаления (без применения химических реагентов) из природной воды растворенного двухвалентного железа основываются на необходимости окисления его соединений с целью перевода их в нерастворимую форму. Затем образовавшиеся окисленные формы железа достаточно отфильтровывать механически.

В процессе окисления растворимых солей железа двухвалентное железо сначала переходит в малорастворимый гидрат закиси:

Fe(HCOз)2 + 2H2O = Fe(OH)2 + 2Н2СО3

Далее гидрат закиси окисляется в гидроксид (плохо растворимый в воде) по уравнению: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)з

Суммарная реакция окисление железа:

4Fe(HCOз)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)з + 8ТО2

Гидроксид трехвалентного железа Fe(OH)3 коагулирует и переходит в оксид железа Fe2O3 ' 3 H2O, выпадающий в осадок в виде бурых хлопьев.

Следовательно, практически единственным доступным и одновременно экологичным способом интенсификации процесса окисления

двухвалентного железа кислородом воздуха является существенное увеличение поверхности контакта с ним обрабатываемой воды.

В настоящее время существует большое количество разнообразных экологичных методов очистки воды от железа, но стоит отметить, что помимо экологии огромная доля выбора потребителя зависит от итоговой стоимости очистки 1 метра кубического природой воды.

Нами было предложено применение устройства, для образования кавитационных явлений в жидкости

за счет гидродинамических характеристик самого потока жидкости - гидродинамического генератора колебаний (ГДГК). ГДГК-устройство (рис. 2) способствует интенсификации массообменных процессов лишь за счет использования собственной кинетической энергии обрабатываемого потока жидкости.

Рис. 2 - ГДГК - гидродинамический генератор колебаний

Обрабатываемая вода подается сверху, подача воздуха (при необходимости дополнительно аэрирования) осуществляется слева.

Для определения конкретных параметров устройства и его работы в реальных условиях необходимым этапом являлось проведение экспериментальные исследований. Данные исследования были проведены в поселке Переделкино (Московская область), где на базе представленного ГДГК-устройства, нами была собрана экспериментальная установка (рис. 3).

Принципиальная схема работы установки представлена на рис. 4.

Рис. 3 - Экспериментальная установка в Переделкино

Рис. 4. Принципиальная схема лабораторной установки для волновой обработки воды: Н1 - насос, Р1 - манометр, VL1-VL5 - вентили, FT - ротаметр, R - расходомер, Г -гидродинамический генератор колебаний.

Выбор применяемого ГДГК-устройства основывался на сопоставлении гидродинамических характеристик потока жидкости создаваемого насосом и устройством (рис. 5).

Как видно из графика, наиболее подходящие гидродинамические условия работы каждого из тестируемых ГДГК-устройств лежат выше линии характеристик работы применяемого насоса.

15 14.5

14 13.5

13 12.5

12 11,5

11 10,5

10

*, атм^

-14 - юте 1,4 - 2оте 1.6 - 10-Ш 1,6-2отв -2,0 - 1отв ^—2,0 - 2отв ^—2,0 - Зотв ^—2,0 - 4отв насос повт

500

1000

1500 Q, л/ч

Рис. 5 - Сопоставление гидродинамических характеристик.

Для подтверждения возможности применения ГДГК-устройств в выбранных ранее диапазонах, нами были проведены исследования по степени очистки природной воды от растворённого железа. С этой целью при помощи прибора HACH DR900 были измерены концентрации двухвалентного железа до момента подачи воды в ГДГК-устройство и сразу на выходе из него. Начальное содержание железа (II) при этом составляло порядка 1,2 мг/л, конечное не превышало 0,1 мг/л.

Следовательно, для подтверждения

работоспособности заявленной технологии очистки природной воды при более высоких концентрациях железа необходимо проведение дополнительных исследований на реальной воде «более плохого качества».

Список литературы

1. «Проблема пресной воды. Глобальный контекст политики России». Ежегодник, институт международных исследований, 2013, Москва, под редакцией Ректора МГИМО Торкунова А.В., выпуск 1 (3) - 9с.

2. Курбатов А.Ю., Аснис Н.А., Ваграмян Т.А. Способы очистки воды от растворенного железа и марганца. Химическая промышленность сегодня. Москва, 2012. № 4. - С. 48-56.

3. Аверина Ю.М., Терпугов Г.В., Павлов Д.В., Вараксин С.О. Комплексный подход к проблеме обезжелезивания воды. Водоподготовка. Москва, 2010. № 12 (декабрь). - С. 23-26.

4. Аверина Ю.М. Интенсификация процесса аэрации при удалении ионов железа из воды. Дисс. ... канд. тех. наук. Москва - 2016. с. 130 -143.

5. Курбатов А.Ю. Интенсификация процесса очистки воды от железа с применением волновых гидродинамических устройств. Дисс. . канд. тех. наук. Москва - 2015. с. 55-80.