НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРЕДПОДГОТОВКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД ПЕРЕД ОПРЕСНЕНИЕМ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

GABION CONSTRUCTIONS. APPLICATION AREAS

O.M. Presnov, V.A. Bazitov, K.D. Churichev, I.S. Krasov Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation

Abstract.

Today, gabion structures play a decisive role in bank protection and bank protection measures, the construction of highways, bridges and other structures for engineering protection and landscaping. Gabion structures are more effective and promising in solving issues of efficiency, environmental friendliness, reliability and aesthetic appearance in comparison with traditional options. This article examines the use of gabion structures in various fields and draws conclusions about their significant advantages.

Key wordsA

gabions, structures, structures, soil,

landscape, durability, environmental

friendliness, profitability.

Date of receipt in edition: 10.12.21

Date o f acceptance for printing:

15.12.21

УДК 628.162.1

doi: 10.55287/22275398_2021_4_76

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРЕДПОДГОТОВКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД ПЕРЕД ОПРЕСНЕНИЕМ

П.Д. Викулин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация. Ключевые слова:

Рост водопотребления приходится на маловодоёмкие территории, кото- минерализация, опреснение, ионы рые расположены в южных областях страны. При этом водные ресурсы железа, ионы кальция, предподго-распределены неравномерно по территории, большая их часть сосредо- товка, фильтрация, катионит. точены в малонаселённых районах. История статьи:

К таким регионам можно отнести Поволжье, Южный Урал, Калмыкию. Дата поступления в редакцию Эти регионы характеризуются присутствием в подземных водах мине- 10.11.21

рализованных источников водоснабжения. Дата принятия к печати 15.11.21

Отмечается наличие в подземных водах кроме солей ионов железа, кальция, органических примесей, которые резко затрудняют работу опреснительных аппаратов.

Для комплексных схем переработки минерализованных вод должны применяться опреснительные установки, продолжительность работы подобных аппаратов зависит от присутствия в воде дополнительных ионов. Выделяется необходимость предварительной обработки исходной воды перед электродиализными аппаратами. Представлены экспериментальные исследования на подземных водах Саратовской области по методам предварительного удаления ионов железа, кальция методом фильтрования с загрузкой КУ-2-8 перед опреснением. Предварительная обработка воды позволяет увеличить срок службы мембран электродиализного аппарата.

Современные темпы развития промышленности, сельского хозяйства, строительства вызывают строительный рост водопотребления.

Так за последние 30 лет снабжение пресной водой всех отраслей хозяйства увеличивается в 2,5 раза.

Водные ресурсы страны распределены неравномерно по территории, большая их часть сосредоточены в малонаселённых районах.

Острый дефицит природной пресной воды определяется, прежде всего, в Поволжье, в Южном Урале, в Калмыкии. Всё это приводит к необходимости привлечения для целей водоснабжения источников и солёных и солоноватых вод.

Другой аспект проблемы опреснения — присутствие в исходной воде не только ионов, обеспечивающих солоноватость воды, но и ионов железа, кальция, органических примесей, которые резко затрудняют работу опреснительных аппаратов [1, 2].

В технике водоподготовки наибольшие трудности вызывает удаление ионов примеси, к которым относятся вещества, обусловливающие минерализацию воды.

Современный подход к решению этой задачи должны осуществляться с учётом возможности комплексного удаления из воды веществ этой группы.

Особое значение имеют процессы, основанные на извлечении воды из растворов и обеспечивающие получение концентрата растворённых в воде веществ [3, 4].

В комплексных схемах переработки минерализованных вод должны применяться опреснительные установки, позволяющие при достаточной экономичности обеспечить максимальный выход пресной воды.

Известны следующие методы опреснения — дистилляция, электродиализ, ионный обмен, обратный осмос, экстракция, газогидратный.

Наибольшее распространение для опреснения воды в малых масштабах или подготовки воды в отдельных производствах получил метод электродиализа [5, 6].

Несмотря на несомненные успехи, достигнутые при обработке воды методом электродиализа, имеется ещё целый ряд нерешённых вопросов, возникающих при эксплуатации электродиализных установок и препятствующих их широкому внедрению для целей опреснения минерализованных вод.

Эксплуатация электродиализных установок для целей опреснения минерализованных вод показала высокую зависимость как в затратах электроэнергии так и в сроке службы установок от присутствия в исходной воде ионов железа, кальция, меди [7].

Наличие в исходной воде перечисленных выше ионов приводит к выпадению на мембранах аппарата окислов железа, меди, кальция.

Срок службы мембран сокращается в 3-4 раза.

Нарушение режимов работы электродиализных аппаратов появляются при опреснении жестких вод, а также вод, содержащих ионы железа, марганца и некоторые органические примеси.

Ухудшение режимов и рабочих параметров электродиализных аппаратов связывают с изменениями свойств мембран [8, 9].

Выпадение на мембранах окислов металлов приводит к увеличению электрического сопротивления.

Для устранения условий, способствующих выпадению карбоната кальция, двуокиси магния и окиси железа, необходимо предварительно проводить обработку исходной воды в зависимости от исходного качества воды и концентрации ионов.

Для определения влияния осадка карбоната кальция и гидросмеси железа, выпавшего на мембранах электродиализатора, были проведены исследования на подземных водах Саратовской области районов Красный Кут и Краснопартизанский.

03

г

м О

-I

м

Э СО

5

X

и о н о

Сх

« °

■и (л

Я а

с ~

О 4

и и

в &

2 с

° 8

о и

= £

£ Ш

С °

> £

5 га

са а

. <и

С 2

Подземные воды Краснопартизанского района характеризуется следующими показателями:

сухой остаток — до 7000 мг/л;

железо — до 15 мг/л;

общая жёсткость — до 30 мг-экв/л;

pH — 6,5 — 7,5.

На катионитовом фильтре задерживается железо только в ионной форме, а также и ионы кальция. Были проведены исследования с использованием загрузки фильтра сульфоуглем и катионитом КУ-2-8. В табл. 1 приведены экспериментальные данные по обезжелезиванию воды с использованием метода катионирования (сульфоуголь).

Таблица 1.

Экспериментальные данные по обезжелезиванию

Время взятия пробы Бе общ., мг/л исходное Бе общ., мг/л в фильтрате и фильтрования, м/ч Примечание

1 2 3 4 5

1000 10,0 4,5 6,0 высота слоя фильтра 50 мм, диаметр фильтра 30 мм

1100 10,0 4,5 6,0

1200 10,0 4,5 6,0

1300 10,0 5,0 6,0

1400 10,0 7,0 6,0

1500 10,0 8,0 6,0

Как видно из табл. 1, удаления ионов железа из исходной воды составляет ~ 50%, а продолжительность фильтроцикла до 4 часов.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные по удалению ионов железа и ионов кальция из подземных вод с использованием катионной загрузки марки КУ-2-8.

Таблица 2

Экспериментальные данные по удалению ионов железа и ионов кальция

Время взятия пробы Бе общ., мг/л исходное Бе общ., мг/л в фильтрате Жобщ., мг-экв/л исходное Жобщ., мг-экв/л в фильтрате Примечание

1 2 3 4 5 6

800 10,0 0,05 28,0 0

900 10,0 0,05 28,0 0

1000 10,0 0,05 28,0 0 Скорость

1100 10,0 0,05 28,0 0 фильтрации 6 м/ч,

1200 10,0 0,08 28,0 0 высота слоя фильтра

1300 10,0 0,06 28,0 0,7 500 мм, диаметр

1400 10,0 0,5 28,0 5,0 фильтра 30 мм

1500 10,0 1,0 28,0 16,0

1600 10,0 1,5 28,0 20,0

Как видно из табл. 2 экспериментальные данные применения в качестве загрузки катионита марки КУ-2-8 увеличивает продолжительность фильтроцикла ~ до 8 часов, снижает одновременно и ионы железа, и ионы кальция, которые в основном увеличивают сопротивление ионитовых мембран, приводит к сокращению работы электродиализных аппаратов в 3-4 раза.

Экспериментальные исследования по предочистки подземных минерализованных вод были проведены в Краснокутском районе Саратовской области.

При проведении экспериментов использовался многослойный фильтр.

Подземная вода Краснокутского района характеризуется следующими показателями:

жёсткость общая — 36 мг-экв/л;

железо общее — 20 мг /л;

pH — 7,5;

Ca2+ — 500 мг /л.

Загрузка фильтра двухслойная:

первый слой — кварцевый песок d = 0,5-1,2 мм, высота слоя песка h = 0,85 м; второй слой — катионит марки КУ-2-8, высота слоя катионита h = 0,7 м.

Регенерация катионита производилась раствором HCl (1-15%), с последующей промывкой водой. В табл. 3 приведены экспериментальные данные по удалению ионов железа с использованием многослойного фильтра.

Таблица 3

и

Z м

О

-I

м

D CD

Экспериментальные данные по удалению ионов железа в многослойном фильтре

Время взятия пробы Fe общ., мг/л исходное Fe общ., мг/л в фильтрате pH Жобщ., мг-экв/л в фильтрате Примечание

1 2 3 4 5 6

800 20,0 4,2 5,5 4,4 Скорость фильтрования 10 м/ч. Высота слоя загрузки 1,5 м. Высота фильтра 2,0 м. Диаметр фильтра 100 мм.

900 20,0 2,7 6,0 4,6

1000 20,0 1,8 5,0 4,6

1100 20,0 0,6 5,0 5,0

1200 20,0 0,3 5,5 5,0

1300 20,0 0,1 5,5 5,4

1400 20,0 0,1 6,0 10,0

1500 20,0 0,1 6,0 14,0

1600 20,0 0,1 5,0 20,0

1700 20,0 0,3 6,0 28,0

1800 20,0 2,4 6,0 28,0

Как видно из табл. 3, использование многослойного фильтра для удаления ионов железа и кальция одновременно с применением в качестве загрузки кварцевого песка и ионообменной смолы приводит к снижению ионов железа и ионов кальция.

Продолжительность фильтроцикла составила 10 часов. Проведённые эксперименты показали, что предварительная подготовка минерализованной воды перед её опреснением с использованием метода фильтрования с различными загрузками позволяет снизить содержание ионов железа до 0,1 мг/л, а ионов кальция до 4,4 мг-экв/л. Такое снижение улучшает работу электродиализных аппаратов, увеличивает срок службы мембран, а также позволяет снизить их электросопротивляемость.

s

X со о н о

I*

Е®

« °

■и (ц

Я О.

С w

О 4

m и

« &

2 с

° 8

0 и

s S

= i

1 5

S Ш

с °

> 2

% *

S га

m а

. <u

С Z

Дальнейшие исследования по применению предподготовки минерализованных вод перед их опреснением должны быть продолжены с целью использования сильных окислителей перед процессом фильтрования воды и дальнейшей подачей её на опреснительные аппараты.

Выводы.

1. Предварительная подготовка минерализованной воды перед её опреснением с использованием метода фильтрования с различными загрузками позволяет снизить содержание ионов железа до 0,1 мг/л, а ионов кальция до 4,4 мг-экв/л.

2. Снижение ионов железа и кальция улучшает работу электродиализных аппаратов, увеличивает срок службы мембран, а также позволяет снизить их электросопротивляемость.

3. Дальнейшие исследования по применению предподготовки минерализованных вод перед их опреснением должны быть продолжены с целью использования сильных окислителей перед процессом фильтрования воды и дальнейшей подачей её на опреснительные аппараты.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Апельцин И.Э., Клячко В.А. Опреснение воды. М., Стройиздат, 1968 260 с.

2. Лукавый Л.С. и др. — В кн.: Массообменные процессы химической технологии, 3, Химия, М., 1968, 88 с.

3. Лукавый Л.С. и др. Тезисы докладов совещания по методам разделения растворов и опреснения воды с помощью полупроницаемых мембран, МХТИ им. Д.И .Менделеева, М., 1976, 9 с.

4. Тверской В.А. Мембранные процессы разделения. Полимерные мембраны. Учебное пособие. Москва, Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 2008 г. 59 с.

5. Свитцов А.А. Введение в мембранную технологию. Учебное пособие. Москва, РХТУ им.Д.И Менделеева, 2006 г.,170 с.

6. Никоненко С.В. Математическое моделирование процессов переноса в мембранных системах с учетом зависимости кинетических коэффициентов от концентрации: Автореф. дис. ... к-та ф.-м. наук. — Краснодар, 2011. - 25 с.

7. Липин А.Г. Очистка растворов органических веществ от электролитов в электромембранном аппарате / А.Г. Липин, М.П. Бурчу, А.А. Липин // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. - Москва. 2015. - № 2(86). - С. 20-26.

8. Козадерова О.А. Перенос ионов и диссоциация воды при электродиализе водных растворов с катионообменной фосфоновокислой мембраной: Дис. к-та хим. наук. — Воронеж, 2008. — 150 с.

9. Козмай А.Э. Нестационарная электродиффузия ионов в системе с ионообменной мембраной в условиях протекания постоянного и переменного токов: Дис. к-та хим. наук. — Краснодар, 2010. — 147 с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

П.Д. Викулин. Некоторые вопросы предподготовки минерализованных вод перед опреснением. — Системные технологии. — 2021. — № 41. — С. 76—81.

doi: 10.55287/22275398_2021_4_76

SOME ISSUES OF PRETREATMENT OF MINERALIZED WATERS BEFORE DESALINATION P.D. Vikulin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

Key words:

Gabions, structures, structures, soil,

landscape, durability, environmental

friendliness, profitability.

Date of receipt in edition: 10.11.21

Date o f acceptance for printing:

15.11.21

Abstract.

The increase in water consumption falls on low-water-intensive territories located in the southern regions ofthe country. At the same time, water resources are distributed unevenly across the territory, most of them are concentrated in sparsely populated areas.

Such regions include the Volga region, the Southern Urals, and Kalmykia. These regions are characterized by the presence of mineralized water supply sources in underground oxen.

There is the presence in the groundwater, in addition to salts of iron ions, calcium, organic impurities, which dramatically complicate the operation of desalination devices.

Desalination plants are used for complex schemes of processing mineralized waters, the duration of operation of such devices depends on the presence of additional ions in the water.

The need for pretreatment of the source water before electrodialysis machines is highlighted.

Experimental studies on the groundwater of the Saratov region on the methods of preliminary removal of iron and calcium ions by filtration with KU-2-8 loading before desalination are presented.

Pretreatment of water allows to increase the service life of the membranes of the electrodialysis apparatus.

ID Z

H Û

УДК 628.17

doi: 10.55287/22275398 2021 4 81

tÛ

ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Р.Е. Хургин1, И.Д. Тюрин2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва 2ОАО ПИК-проект, г. Москва

Аннотация.

Вся жизнедеятельность человека связана с использованием воды, потребность в которой все возрастает. Система водоснабжения обеспечивает холодной и горячей водой более 80% населения (приблизительно 115 млн. чел.) и все предприятия народного хозяйства. Ни одна отрасль промышленности не обслуживает такое количество потребителей. Основной задачей водоснабжения является обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарно-гигиеническим требованиям. По мере развития систем водоснабжения, расширения их территориальных границ, усложнения структуры, роста водопотребления, фактор надежности приобретает все возрастающие значения, поскольку качество работы системы непосредственно отражается на условиях жизни населения и эффективности работы предприятий.

В статье рассмотрены факторы, влияющие на надежность работы системы здании и возможные способы ее обеспечения.

Ключевые слова:

трубопроводы, надежность, интенсивность отказов, восстановление, водопотреби-тели, срок службы, водоснабжение.

История статьи:

Дата поступления в редакцию 14.12.21

Дата принятия к печати 15.12.21

внутреннего водоснабжения в

S

н

и

0

1

£ и

ГО I

<и s

I

S к S 1 S s

и VC и re

s 5

3C 0

s О

{L U

g e

I- щ à £ «S

, IIi

g a

£ 3

X щ

. I-

ш и £L