CC BY
47
УДК [556.114:574.63] (285.33)
ШЛЯХИ П1ДВИЩЕННЯ ЯКОСТ1 ПИТНО1 ВОДИ ПРИ II ВИРОБНИЦТВ1
З ПОВЕРХНЕВОГО ДЖЕРЕЛА
О.В. Третьяков, професор, к. т.н., Р.В. Пономаренко, ад'юнкт, Ушверситет цивильного захисту УкраУни, м. Харкчв
Анотаця. На основ! проведеного ретроспективного анал1зу визначено основт причини пог1р-шення якост1 питног води при використант води поверхневих джерел як вих1дног в системах 7з традицтною схемою водотдготовки. Розроблено рекомендаци з усунення ¡снуючих недолтв для покращення якост1 питног води для д1ючог системи гг тдготовки.
Ключов1 слова: питна вода, сухий залишок, гонний обмт, катгонування, атонування, мобыьт станцИ.
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ПРИ ЕЁ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗ ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА
О.В. Третьяков, профессор, к. т.н., Р.В. Пономаренко, адъюнкт, Университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Аннотация. На основе проведенного ретроспективного анализа определены основные причины ухудшения качества питьевой воды при использовании воды поверхностных источников как исходной в системах с традиционной схемой водоподготовки. Разработаны рекомендации по устранению существующих недостатков для улучшения качества питьевой воды для действующей системы её подготовки.
Ключевые слова: питьевая вода, сухой остаток, ионный обмен, катионирование, аниониро-вание, мобильные станции.
WAYS OF UPGRADING DRINKING-WATER QUALITY AT ITS PRODUCTION
FROM SURFACE SOURCE
O. Tretyakov, Professor, Candidate of Technical Sciences, R. Ponomarenko, postgraduate, University of Civil Defence of Ukraine, Kharkiv
Abstract. On the basis of retrospective analysis of main causes of drinking water quality deterioration using surface water sources as the original ones in systems with the traditional pattern of water are determined. Recommendations for eliminating of the existing deficiencies to improve water quality of the existing system have been developed.
Key words: drinking water, solid residue, ion exchange, cation exchange, anion exchange, mobile system.
Вступ
Питне водопостачання в Укра!ш до 80 % здшснюеться за рахунок обробки води поверхневих джерел, бшьшють яких, внаслщок штенсивного техногенного навантаження, е
проблемними при використанш для виготов-лення питно! води [1]. Протягом останшх роюв спостер^аеться попршення стану Ка-рачушвського водосховища, яке е одним з джерел питного водопостачання м. Кривий Рт Це водосховище утворене на злитп рiчок
1нгулець, Бiчна i Боковенька та мае проект-ний об'ем - 308,5 млн. м3. Постiйне збшь-шення вмiсту солей жорсткостi та сульфат-iонiв у водi водосховища та юнуюча техно-логiя виробництва питно! води, яка не забез-печуе виведення цих домiшок до рiвня нор-мативних вимог (загальна жорстюсть - до 7,0 мг-екв/л; сульфати - до 500 мг/л, сухий залишок - 1000 мг/л), потребуе отримання дозволу Держспоживстандарту Укра!ни на виробництво води господарсько-питного призначення з тдвищеним !х вмютом (загальна жорсткiсть - до 15,0 мг-екв/л; сульфати - до 700 мг/л; сухий залишок - до 1700 мг/л). Тому питання щодо забезпечення необхщно-го рiвня якост питно! води сто!ть достатньо гостро та потребуе негайних дiй.
Аналiз публiкацiй
Подiбна ситуащя щодо погiршення якостi води спостер^аетъся у Ки!вському та Кашв-ському водосховищах Днiпровського каскаду [2]. На даний момент в Укра!ш бшьшють ю-нуючих станцiй пiдготовки питно! води пра-цюють за спрощеною технологiею обробки води поверхневого джерела: коагулящя, вщ-стоювання, механiчне фшьтрування, обезза-раження (частiше за все хлорування).
Зниження вмiсту у водi солей жорсткостi, сульфат iонiв та загального вмiсту солей до рiвня нормативних значень може здшснюва-тися термiчним, реагентним або юнообмш-ним способами [3].
Реагентний метод, часпше за все, забезпечуе переид юшв кальцiю i магнiю у вихщнш во-дi у тверду фазу у виглядi важкорозчинних сполук СаС03 i Mg(OH)2, якi в подальшому легко затримуються на механiчних фшьтрах. Для цього вихiдну воду обробляють реаген-тами-осаджувачами, якi мiстять у своему складi анiони С032- або ОН-. До таких реаге-ш!в, що використовуються у водопiдготовцi, вщносяться Ка2С03, КаНС03, КаОН i Са(ОН)2 [4]. Все бiльш практичне застосу-вання для пом'якшення води та видалення з не! анiонiв одержуе юнообмшний метод [4].
Мета та постановка задачi
Провести ретроспективний аналiз показникiв якостi води Карачунiвського водосховища, встановити основш причини погiршення !! якостi. Провести експериментальнi досль
дження щодо визначення можливост ви-користання реагентного та юнообмшного методiв при шдготовщ питно! води в умо-вах Карачунiвського водопровiдного комплексу.
Аналiз можливих шля\1в пiдвищення якостi води
Вихздним матерiалом для проведення аналiзу i визначення кореляцiйних залежностей по-казникiв якостi води були результати хiмiч-ного аналiзу води за перюд з 2002 до 2006 року. Аналiз показав, що технолопя виробництва питно! води, яка реалiзуеться вiдповiдно до дiючого технологiчного регламенту [5], забезпечуе повне видалення ко-ло!дних часток з вихщно! води, але майже нульове виведення юнних домiшок.
При iснуючому сшввщношенш загально! жорсткостi (Ж0) та лужносп (Щ) води, якi мають прояв протягом усього перiоду, за який проводився аналiз: Щ ~ 0,5 Ж0, за умо-ви, що лужшсть була б карбонатною або пд-рокарбонатною, на стадi!' коагуляци повинно було б вiдбуватися утворення карбонату кальщю, за iснуючих рiвнiв концентрацi! ю-ну кальцiю [6], що дозволяло б знизити жорстюсть води до рiвня нормативу, але цього не вщбуваеться. Розрахунки показують, що до-буток активних концентрацiй iонiв Са2+ та СО32- перевищують добуток розчинностi Са-СО3 в умовах проведення процесу коагуляци у 240-640 разiв.
Це дозволяе зробити наступи припущення: лужнiсть води водосховища зумовлена не тшьки наявшстю карбонат- та гiдрокарбонат iонiв, а скорше анiонами слабких органiчних кислот, здатних у звичайних умовах утворю-вати стшю комплекси з iонами кальщю, що i запобiгае утворенню твердо! фази карбонату кальщю на стади коагуляци та вщстоювання води.
Було виявлено кореляцiйну залежнiсть загально! жорсткост води вiд !! лужностi за той же перюд (Ж0 = / (Щ)) (рис. 1), яка тдтвер-джуе це припущення.
Додатковим свiдченням такого припущення е те, що мiж концентращями солей жорсткостi та сульфатами у водi водосховища достатньо чiтко спостер^аеться лiнiйна кореляцiя (рис. 2).
а о
N
Лужшсть, ммоль/л
Рис. 1. Залежшсть загально! жорсткост води водосховища вщ и лужносп за перюд з 2002 до 2006 рр.
й
ь
л у
О
Жорстюсть, ммоль/л
Рис. 2. Залежшсть концентраци сульфат-юшв вщ вмюту солей жорсткосп у вод1 водосховища за перюд 2002-2006 рр.
Хроматограф1чним анатзом у пробах води з Карачушвського водосховища щентифшова-но наявнють таких оргашчних сполук, як гу-мшова кислота (ГК) та етилендиамштетраоц-това кислота (ЕДТА).
ЕДТА у воду Карачушвського водосховища потрапляе з1 скидами теплових станцш шд-приемств збагачення бурого вугшля м. Олек-сандр1я. В силу сво!х комплексоутворюючих властивостей ЕДТА здатна розчиняти { пере-водити у воду кальцш { магнш з донних вщ-кладень, тим самим збшьшувати !х вмют у вод1 р1чок Карачушвського басейну.
Гумшова кислота потрапляе до води разом ¡з грунтовими водами буровугшьного родови-ща (м. Олександр1я), оскшьки вона входить до складу бурого вугшля (20-40 %) [7]. Ком-плексоутворююч1 властивосп гумшово! кис-лоти по вщношенню до юшв кальщю 1 маг-шю поки що вивчеш не достатньо. Але виходячи з будови молекули гумшово! кис-лоти, можна припустити, що вона здатна
утворювати комплексн1 сполуки з юнами кальщю 1 магшю.
Для зниження вмюту солей жорсткосп у вод1 водосховища були випробуваш на стади р1з-номаштш реагенти: карбонат натр1ю -Ка2С03, пдрокарбонат натр1ю - КаНС03, фосфат натрда - Ка3Р04, фторид натр1ю -КБ, сульфат зал1за (II) - Бе804 та !х р1зно-маштш композици. Тшьки застосування Ка2С03 разом з1 штатним коагулянтом дозволяло знизити вмют солей жорсткосп до нормативного р1вня (< 7,0 мг-екв/л). Проведет дослщження дозволили визначити, що при концентраци карбонату кальщю бшьше 600 мг/л досягаеться максимально стабшьна ефективнють виведення юшв кальщю у тве-рду фазу на р1вш 45 % (рис. 3), 1 загальний вмют солей жорсткосп досягае нормативного р1вня.
48 -1
46 44 42 40
38 36 34 32 30 28 26 24 22 20
0 200 400 600 800 1000 1200 1 [N82003], /д/1
Рис. 3. Ефективнють виведення з вихщно! води солей жорсткосп залежно вщ концентраци карбонату натр1ю
Для виведення сульфат юшв та зниження р1вня сухого залишку до нормативного р1вня тдходять, з досвщу виршення аналопчних завдань при приготуванш теплоносив атом-них та теплових електростанцш, юнообмшш процеси (Н-катюнування та ОН-анюнування) води пюля стади коагуляци { вщстоювання. Найкращих результата було досягнуто при використанш сильно-кислотного катюшту в1тчизняного виробництва КУ-2-8 та сильноосновного анюшту АВ-17-8 (табл. 1, 2). Най-менш1 значення концентрацш речовин, що контролювалися, досягалися при реал1заци наступно! послщовносп стадш обробки води: 1) коагулящя (Ка2СО3); 2) катюнування (КУ-2-8); 3) декарбошзащя; 4) анюнування (АВ-17-8). Але при цьому кшцеве значення рН води (рН=10,46) перевищуе допустиме для питно! води значення (рН=6,5-8,5) [9].
2
0
8
4
14
12
10
Таблиця 1 Основт показники оброблено!' методом юнного обмiну вихщно! води
1) 700 мг/л 1) 700 мг/л
Режим обробки №2С0э 2) КУ-2-8 №2С0э 2) АВ-17-8
3) АВ-17-8 3) КУ-2-8
рНс 7,97 7,97
Ж0, ммоль/л 10,5 10,5
[804]0, мг/л 556 556
Сух. залиш.вих, мг/л 1246 1246
рНк 2,03 2,19
рНа 10,46 11,29
Жк1н, ммоль/л 0,45 0,2
[804]кш, мг/л 27 21
Сух. залиш.к1н, мг/л 55 323
Таблиця 2 Основт показники оброблено!
методом юнного обм^ попередньо коагульовано!' сульфатом алюмшто води
Уникнути цього недолшу можна за рахунок поеднання вщповщних об'ем1в води з р1зних стадш обробки у певному сшввщношенш. При змшуванш води шсля вс1х стадш обробки з водою шсля катюнування та шсля коа-гуляцп в об'емному сшввщношенш (2:1:2) можна отримати воду з показниками, що по-внютю вщповщають нормативним вимогам до питно! води [9]. Дана технолопчна схема може бути реал1зована у пересувному вар1ан-т1, що може забезпечити оргашзащю поста-чання питно! води з використанням поверх-невого джерела в умовах надзвичайних ситуацш техногенного та природного характеру.
Висновки
Застосування карбонату натр1ю на стади коа-гуляцп з подальшим використанням методу юнного обм1ну при шдготовщ питно! води з поверхневого джерела, в умовах його висо-кого забруднення, забезпечуе отримання пи-тно! води, що задовольняе чинним саштарно-ппешчним вимогам.
Лiтература
1. Нацюнальна доповщь про стан техноген-
но! та природно! безпеки в Укра!ш у 2006 рощ. - К. : МНС Укра!ни, 2007. -236 с.
2. Линник П. Н. Причины ухудшения качест-
ва воды в Киевском и Каневском водохранилищах / П. Н. Линник // Химия и технология воды. - 2003. - Т. 25. - № 3.
- С. 384-403.
3. Маргулова Т. Х. Водные режимы тепловых
и атомных электростанций / Т. Х. Маргулова, О. И. Мартинова. - М. : Высш. школа, 1981. - 320 с.
4. Белан Ф. И. Водоподготовка / Ф. И. Белан.
- М. : Энергия, 1980. - 256 с.
5. Технолопчний регламент Карачушвського
водопровщного комплексу. Кривий Рш : ДПП «Кр1вбасводопостачання», 2007. -100 с.
6. Слепцов Г. В. Экотехнологии умягчения
воды / Г. В. Слепцов, Р. Б. Ибрагимов // Тез. докл. м1жнар. конгресу, 22-23 трав-ня 2007 р. - Ялта. - С. 100-103.
7. Кухаренко Т. А. Окисленные в пластах
бурые и каменные угли / Т. А. Кухарен-ко. - М. : Недра, 1972. - 354 с.
8. Розробка рекомендацш з корегування тех-
нолопчного регламенту Карачушвського водопровщного комплексу : звгг з НДР (пром1жний) / УЦЗУ ; кер1вник Третьяков О. В. - Харюв, 2008. - 76 с. -держ. реестр. № 0108Ш04230.
9. ДСанПЩ 383. Вода питна. Ппетчш вимо-
ги до якосп води централ1зованого гос-подарсько-питного водопостачання. -К. : МОЗ Украины, 1996. - 105 с.
Рецензент В. О. Юрченко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Режим обробки 1) №2СОЭ 2) КУ-2-8 3) АВ-17-8 1) №2СОЭ 2) АВ-17-8 3) КУ-2-8
рНс 8,25 8,25
Ж0,ммоль/л 11,4 11,4
[804]0,мг/л 556 556
Сух. залиш.вих, мг/л 1246 1246
рНк 2,08 10,01
рНа 9,15 2,11
Жк1н, ммоль/л 0,4 0,15
[804]кш,мг/л 22 79
Сух.залиш.к1н, мг/л 306 357
Стаття надшшла до редакцп 6 жовтня 2009 р.
