CC BY
8УДК 536.42
ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ ПОЛИМЕРНЫХ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН
И.Г. Чигаев, Е.В. Кондратюк, Л.Ф. Комарова
Рассмотрено состояние подземных вод Алтайского края, современные методы обез-железивания и перспективы применения мембранных процессов. Приведены результаты исследования полимерных ультрафильтрационных половолоконных мембран по очистки воды от железа.
Ключевые слова: обезжелезивание, мембранные методы.
ВВЕДЕНИЕ
Алтайский край обладает значительными ресурсами питьевых и технических вод, однако по санитарно-химическим показателям удельный вес нестандартных проб воды подземных источников в 2006-2010 гг. составляет 23,6% [1] (Рисунок 1).
чО О4
2007 2008 2009 2010 2011 годы
■ по санитарно-химическим показателям
■ по микробиологическим показателям
Рисунок 1 - Удельный вес нестандартных проб воды подземных источников Алтайского края по годам
Данный показатель характеризует качественный состав воды, используемой для питьевых целей, в ней отмечается превышение в 1,5-2 раза показателей минерализации: сухой остаток, жесткость, хлориды, сульфаты и недостаточное содержание фтора. Острой проблемой остается превышение содержания железа в подземных водах, которое составляет 3-10 ПДК, марганца - до 40 ПДК. В некоторых источниках наблюдается сверхнормативная жесткость воды. Повышенное содержание железа в воде вызывает зарастание трубопроводных сетей и водоразборной арматуры, делает воду непригодной для питья и крайне вредной для здоровья человека [2].
На сегодняшний момент предложено и внедрено большое число методов удаления железа, которые можно разделить на две
группы: реагентные и безреагентные. Для обезжелезивания подземных вод широкое распространение получили безреагент-ные методы, такие как аэрация с последующим фильтрованием, электрокоагуляция, «сухая» фильтрация. Из реагентных методов применяется фильтрование через модифицированную загрузку. Основным недостатком безреагентных способов очистки является необходимость комбинирования нескольких методов обезжелезивания для достижения требуемой эффективности, что приводит к значительному увеличению габаритов установки и ее стоимости. К недостаткам реагентных методов относятся необходимость использования реагентов для формирования (модифицирования) загрузки и для ее регенерации, что сопровождается увеличением эксплуатационных затрат таких установок [3,4].
Для очистки питьевых и технических вод от железа наряду с классическими методами интересно применение мембранных технологий очистки. Современные микро-, ультра-, нанофильтрационные и обратноосмотические мембраны отличаются большим разнообразием материалов как самих мембран, так и конструкций мембранных модулей. Мембранные технологии начинают все шире использоваться в водоочистке для обессоливания воды, получения ультрачистой воды и т.д [5,6].
Однако применение мембран для обез-железивания подземных вод ограничивается рядом факторов, таких как концентрационная поляризация и гелеобразование на поверхности мембраны, существенно снижающие их характеристики, низкая удельная производительность установок, высокая стоимость мембранных модулей.
При этом некоторые типы мембран менее подвержены влиянию описанных факторов. Наиболее подходящими для обезжеле-зивания природных вод являются микро- и
Рисунок 3 - Зависимость эффективности (Э) очистки от объема (V) пропущенной воды
1 —■—с = 1 мг/л 2—*—с = 2 мг/л з-*—с = з мг/л
Рисунок 4 - Зависимость эффективности (Э) очистки от объема (V) пропущенной воды при применении упрощенной аэрации
ультрафильтрационные половолоконные (УФ) мембраны. Это тип мембран обладает рядом существенных преимуществ, таких как: большая плотность укладки волокон (м2/м3), относительно невысокие требования к качеству исходной воды, возможность визуально оценить состояние мембраны.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Для исследования, нами была выбрана полимерная ультрафильтрационная полово-локонная мембрана (Рисунок 2) производства компании РПеоге (Корея).
Мембрана представляет собой и-образный пучок из полых волокон с внешним диаметром 0,59 мм, размер пор 0,1 мкм, общая площадь 0,35 м2, максимальная производительность мембраны 2 л/мин, максимальное давление 0,41 МПа, максимальная температура 40 °С, материал мембраны - по-лисульфон. Исследовались модельные растворы с концентрациями 1, 2 и 3 мг/л иона Ре2+. Фиксировались время фильтрации (общее время 50 мин.), концентрации ионов Ре2+ фотометрическим методом, температура и давление. Значение рН в модельных растворах выдерживалось в диапазонах 6,7-6,9, так как в природных водах значение рН обычно колеблется в пределах 6,2-7,5. Температура воды выдерживалась в диапазонах 12-15°С. Результаты экспериментов показаны на рисунке 3.
Как видно из рисунка 3, эффективность очистки по Ре2+ при рН 6,7-6,9 не превышает 70%, что объясняется незначительным содержанием железа в коллоидной форме. Однако при проведении предварительной упрощенной аэрации эффективность очистки с применением ультрафильтрационных мембран возрастает до 90-98% (рисунок 4).
Улучшение эффективности очистки связано с интенсификацией процесса окисления железа кислородом воздуха, образовании
коллоидов в объеме воды, а также пленки на поверхности мембраны из ионов и оксидов железа. Для интенсификации описанных процессов возможно использование и других методов водоочистки, таких как предварительная электрокоагуляция, окисление, известкование.
При дальнейшем фильтровании, в обоих случаях, не наблюдается изменения эффективности очистки в большую или меньшую сторону. Обрастание поверхности мембраны загрязнениями приводит к постепенному снижению производительности и росту давления над мембраной.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследования показали, что эффективное использование полимерных ультрафильтрационных половолоконных мембран для обезжелезивания подземных вод возможно лишь в сочетании с другими методами очистки, в частности с упрощенной или глубокой аэрацией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае в 2011 году. - Барнаул, 2012. - 200 с.
2.Е.Л. Войтов. Подготовка питьевой воды из подземных источников в экологически неблагоприятных регионах: монография/ Е.Л. Войтов, Ю.Л. Сколубович; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин) - Новосибирск: НГАСУ, 2010. 220 с.
3.Водоподготовка: Справочник. /Под.ред. д.т.н., С.Е. Беликова. М.: Аква-терм, 2007. -240с.
4.Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М., Стройиздат, 1978. 160 с.
5.Мудлер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир. 1999г.
6.Колзунова Л.Г. Баромембранные процессы разделения: задачи и проблемы // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2006. №5. 65-76 с.
УДК 536.42
ОЧИСТКА ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ ОТ ФЕНОЛА
Т.А.Краснова, Н.С.Голубева, О.В.Беляева
В настоящей работе представлены результаты изучения адсорбции фенола в присутствии минеральных солей активным углем СКД-515 в статических и кинетических условиях. Установлено, что присутствие в растворе минеральных компонентов влияет на адсорбционную емкость и увеличивает скорость процесса массопереноса фенола. Ключевые слова: активные угли, адсорбция, фенол.
