CC BY
95
6 Я S I 0 в химик и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 2 (95)
2. Термодинамические и тегоюфизические свойства продуктов сгорания / В.Е.Алемасов [и др.]. М., 1971.
3. Миронова A.B., Бесков B.C., Молдабеков Б.М. О кинетическом методе расчета химического равновесия. // Успехи в химии и хим. технологии: сб. науч. тр. / РХТУ; [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]. М.: Изд-во РХТУ, 2009. Т. XIX. №2 (95).
4. Бесков B.C.. Кузин В.А., Слинысо М.Г. Моделирование химических процессов в неподвижном слое катализатора (продольный перенос вещества и тепла). // Хим. пром-сть, 1965. N 1. С.4-9.
5. Бесков B.C., Давидханова М.Г., Царев В.И. Автоматизированная система расчетных работ в общеиижеиерных курсах по химической технологии / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ, 1997. 83 с.
УДК 628.162.1(043)
Ю. М. Аверина, О. В. Кабанов, С). В. Кацерева, Р. Б. Комляшов, О. Ю. Сальникова, Г. В. Терпугов, А. А. Труберг
Российский химнко-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ИАНОМЕМБРАН
In this work a new technology of deep aeration using nanomembranes was observed. This technology will permit to avoid disadvantages of existing technologies and take present-day water treatment, to a new period of evolution.
В настоящей работе рассмотрена новая технология глубинной аэрации с использованием наномембран. Данная технология позволит уйти от недостатков существующих технологий и вывести современную водоподготовку на новый виток развития.
В настоящее время одной из основных проблем связанных с источниками, является многократное превышение в них содержания железа и марганца. Проблема очистки воды из скважины или колодца от этих соединений является одной из самых распространенных. Процессы обезжелезивания и демалганации заключаются в удалении их избыточного количества из природных вод, которое при длительном использовании такой воды для питья наносит вред здоровью человека. Установлено, что вода с повышенным содержанием Fe вызывает:
• головные боли, потерю аппетита, сильную усталость и головокружение, а также сказывается на кроветворной системе, вызывая различные заболевания крови [1]
» влияет на кожные покровы человека, вызывая сухость, зуд и другие аллергические явлеиия
• при хронической перегрузке организма железом может появится гемо-сидероз или гемохроматоз (этом заболевании возникает бронзовая окраска кожи, развивается цирроз печени, сахарный диабет, поражается сердце) или
С Я $ I II в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 2 (95)
появиться нарушение функции центральной нервной системы, усугубляя психические расстройства [2]
• может ускорить развитие общего старения (способствуя накоплению свободных радикалов) и «плохого» холестерина (ЛПНП), что обусловливает прогрессирование атеросклероза, и вторично - ишемической болезни сердца, так же могут возникнуть боли в животе, артриты и хондрокальциноз [3] Кроме того вода с высоким содержанием железа обладает неприятным вкусом. Так же такая вода не пригодна не только для питья, но и для хозяйственных нужд, например, для стирки, так как на 30-40% увеличивает расход стиральных порошков.
Использование такой воды в производственных процессах (текстильная промышленность, производство бумаги и т.д.) недопустимо, так как приводит к появлению ржавых пятен и разводов на .готовой продукции. Ионы железа и марганца загрязняют ионообменные смолы, поэтому при проведении большинства ионообменных процессов предшествующей стадией обработки воды является их удаление. В теплоэнергетическом оборудовании (котлы паровые и водогрейные, теплообменники) железо - источник образования железонакипных отложений на поверхностях нагрева. В воде, поступающей на обработку в баромембранные, электродиализные. магнитные аппараты - всегда лимитируется, содержание железа [4].
В поверхностных водах железо, как правило, встречается в виде минеральных и органических комплексных соединений с гуминовыми и фуль-вокислотами, а также в виде коллоидных или тонкодисперсных взвесей гид-роксида железа Ре(ОН)э. В подземных водах преобладающей формой существования двухвалентного (закисного) железа является его бикарбонат, устойчивый лишь в отсутствии растворенного кислорода. Рейсе встречаются сульфиды, карбонаты и сульфаты двухвалентного железа.
Из применяемых в настоящее время методов обезжелезивания воды перспективными являются:
Безреагентные методы:
1) упрощенная аэрация (и фильтрование);
2) глубокая аэрация (с последующим отстаиванием и фильтрованием);
3) «сухая фильтрация»;
4) фильтрование на каркасных фильтрах;
5) электрокоагуляция;
6) двойная аэрация, обработка в слое взвешенного осадка и фильтрование;
7) фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды;
8) аэрация и двухступенчатое фильтрование;
9) мембранная фильтрация. Реагентные методы:
1) упрощенная аэрация, окисление, фильтрование;
2) напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием;
3) известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование;
С й 9 X К В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. Ыа 2 (95)
4) аэрация, окисление, известкование, коагулирование, флокулирование с последующим отстаиванием или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование;
5) фильтрование через модифицированную загрузку;
6) катионирование;
7) биологическое обезжелезивание;
8) озонирование;
9) хлорирование;
10) каталитическое окисление с фильтрацией;
11) ионный обмен;
Обезжелезивание поверхностных вод можно осуществлять реагент-ными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентиые методы, в частности методы упрощенной и глубокой аэрации, которые широко применяются как в нашей стране, так и за рубежом. Упрощенный метод аэрации не позволяет достаточно эффективно окислить органическое железо и не может быть использован при содержании железа более 8-10 мг/л. Из реагентных методов наиболее распространен метод коагулирования сульфатом алюминия с предварительным хлорированием, а иногда и известкованием с последующим отстаиванием.
Многообразие методов обезжелезивания воды исключает их равноценность в отношении надежности, технологичности, экономической целесообразности, простоты, области применения и т.п. Степень изученности того или иного метода тоже различна. Наиболее глубоким и всеобъемлющим исследованиям были подвергнуты методы глубокой аэрации, упрощенной аэрации, коагуляции и известкования. Остальные методы по разным причинам имеют ограниченное применение или недостаточно изучены для широкого внедрения в практику [5], К недостаткам существующих технологий обезжелезивания относят:
• токсичность(хлорирование и озонирование)
• низкая эффективность удаления органического Б'е
• низкая скорость процесса (до 2 часов)
• необходимость применения химических реагентов - катализаторов и/или коагулянтов
• необходимость дальнейшей сорбционной очистки и обеззараживания после последней стадии процесса обезжелезивания
• образование большого количества железосодержащего шлама при регенерации катализаторов и водовмещающих пород (песка, кварца)
• проблемы с утилизацией образующихся шламов и промывных вод
• зарастание и засорение применяемых мембран,фильтров,катионита и т.п.
• высокая стоимость некоторых методов
Особенно остро стоит проблема конечной стадии процесса в классических методах аэрации: трудоемкость регенерации фильтрующей засыпки, образование большого количества стоков, сложность утилизации стокового шлама
Проблемы существующих технологий обезжелезивания с успехом решаются с помощью применения нашей разработки - технологии разделе-
С П в 1' U в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №2(95)
ния жидких смесей с использованием керамических мембран. Окисление железа проводится под давлением Р=3-5атм. с использованием киноматериалов. Данный метод можно классифицировать как метод глубинной на-ноаэращш.
Данная технология имеет следующие преимущества:
• является безреагентной (использует только воздух, вместо токсичных СЬ и О?)
• имеет высокую скорость процесса, обезжелезивания (10-15 мин)
• проста в обслуживании
• компактна
• не требует больших капитальных затрат
• минимизирует количество сточных вод и шлам
• не требует расходных материалов на осуществление процесса
• проточный мембранный узел имеет срок службы без зарастания и засорения мембран до 5 лет
Мембраны используются на 2-ух стадиях процесса аэрации:
• непосредственно на стадии аэрирования: на ней с помощью наших нано-мембран удается получить пузырьки воздуха размером в десятки микрометров
• на последней стадии фильтрования: помимо удаления железа происходит снижение содержания в воде марганца, микроорганизмов, понижается содержание солее хлора и тяжелых металлов. Также производится частичное умягчение воды, сохраняя при этом 80-ПО мг/л солей, необходимых для человеческого организма. Вода при этом делается прозрачной и повышаются её вкусовые качества.
Основными стадиями новой технологии являются:
1. аэрирование поступающей воды под давлением с использованием на-номембран
2. узел контакта фаз
3. узел окисления
4. мембранный узел отделения окисленных соединений железа.
Разработанная технология с использованием наиоматериаяов послужит основой получения воды в России и за рубежом в XXI веке.
Библиографические ссылки
1. Бытовые водоочистные устройства / Г.В.Терпугов [и др.]. учебное пособие/ РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. 60с
2. Аткинс Р. Биодобавки. Природная альтернатива лекарствам. ООО «Попурри». Минск, 2004.
3. Горбачев В.В., Горбачева В.Н. Витамины. Макро- и микроэлементы: Справочник. Минск: Книжный Дом Интерирессервис, 2002.
4. Водоподготовка [под ред. С.Е. Беликова] // Сайт Библиотека Акватерм. URL: www.aqua-therm.ru (дата обращения 01.02.2007)
5. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М.: Стройиздат, 1978.
