CC BY
29
УДК 66.067.8.09
Багнычев И.П., Кузнецов В.А.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МИНИМИЗАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЛОКАЛЬНЫХ СТАНЦИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Багнычев Иван Петрович, магистрант 2-го года обучения, u.w.family@yandex.ru
Кузнецов Владимир Алексеевич, д.т.н., профессор кафедры ЮНЕСКО "Зеленая химия для устойчивого развития", vakuz@inbox.ru. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Данная статья посвящена актуальной проблеме, а именно получению качественной питьевой воды на локальных станциях водоподготовки и совершенствованию процессов очистки сточных вод при минимизации воздействия на окружающую среду. Многие методы очистки воды не соответствуют принципам зеленой химии, и оказывают отрицательное воздействие на состояние окружающей среды. Анализ литературных источников показал, что уменьшить воздействие на состояние окружающей среды позволяют электрохимические методы очистки воды. Как показали наши исследования для достижения необходимой степени очистки воды, при минимальном воздействии на состояние окружающей среды, следует совместить процессы электрокоагуляции и электрофлотации.
Ключевые слова: электрокоагуляция; электролиз; электрохимия; очистка; зеленая химия; минимизация воздействия, окружающая среда.
TECHNOLOGICAL ASPECTS OF MINIMIZING THE IMPACT ON THE ENVIRONMENT AT LOCAL WATER TREATMENT STATIONS
Bagnychev Ivan Petrovich, Kuznetsov Vladimir Alekseevich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This article is devoted to an urgent problem, namely obtaining high-quality drinking water at local water treatment plants and improving wastewater treatment processes while minimizing environmental impact. Many methods of water purification do not comply with the principles of green chemistry, and have a negative impact on the environment. As shown by the analysis of literary sources, electrochemical methods of water purification allow reducing the environmental impact. As our studies have shown, in order to achieve the required degree of water purification, with minimal impact on the environment, it is possible with the simultaneous use of electrocoagulation and electroflotation processes.
Keywords: electrocoagulation; electrolysis; electrochemistry; cleaning; green chemistry; waste-free technologies.
В настоящее время одним из важнейших вопросов требующих решения для устойчивого развития является обеспечение всех людей качественной питьевой водой. Процессы получения воды питьевого качества, обычно являются многостадийными и протекают, с использованием различных методов очистки вод [1]. Во многих случаях эти процессы не отвечают основным принципам зеленой химии, при их использовании образуются отходы представляющие опасность для окружающей среды. Так, например, применение мембранных и сорбционных методов неизбежно приводит к образованию сильно концентрированных вод, которые часто являются источниками загрязнения окружающей среды. Широко известные физико-химические методы, основанные на использовании реагентов -коагулянтов и флокулянтов, приводят к образованию осадков, которые, часто не находят применения и переходят в отходы. Помимо этого данный метод водоподготовки требует организации производства коагулянтов и флокулянтов, что неизбежно вызывает дополнительное воздействие на окружающую среду, вследствие потребления электроэнергии и образования отходов.
К методам лишенных этих недостатков, позволяющих минимизировать воздействие на состояние окружающей среды, следует отнести электрохимические методы очистки природных и сточных вод. Среди, них следует выделить методы электрокоагуляции и электрофлотации. Эти методы, использующие процессы прямого преобразования электрической энергии в химическую энергию, находят свое применение в различных процессах водоподготовки. Они основаны на протекании химических процессов на электродах при пропускании через воду постоянного электрического тока [2].
Очистка воды от загрязняющих примесей в процессе электрокоагуляции, осуществляется при
использовании электролизеров с растворимыми электродами. Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят, в зависимости от материала электродов катионы железа или алюминия. При этом в воде образуются преимущественно гидроксиды алюминия или железа с высокоразвитой поверхностью, которые сорбируют примеси, коагулируют и удаляются в дальнейшем в процессе отстаивания или фильтрации. Гидроксиды железа и алюминия, как известно, хорошие сорбенты. Они сорбируют на
поверхности своих частиц бактерии, гуминовые вещества и некоторые растворенные соединения, например, ионы тяжелых металлов [3]. В процессе электрофлотации в электролизерах используются нерастворимые электроды. В этом случае удаление примесей происходит при их захвате образующимися в процессе электролиза пузырьками газа и совместном подъеме на поверхность. На аноде образуются пузырьки кислорода, а на катоде - водорода. Поднимаясь к поверхности воды, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. [4].
Электрохимические методы отлично подходят для локальных установок по очистки вод подземных источников водоснабжения. Плюсами являются относительная дешевизна по сравнению с другими методами, простота установки, высокая эффективность и снижение негативного влияния на
Данная работа непосредственно связана с решением проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой и полностью соответствует 6 Цели устойчивого развития принятой Генеральной ассамблеей ООН в 2015 году («Чистая вода и санитария»).
Список использованной литературы
1. В.А. Филимонова. Водоснабжение и водоотведение промышленных предприятий. - М.: Проспект, 2016. С. 10-12.
2. Нико Исомаки, Концентрация элементов в промышленных сливах воды. Электронный ресурс: https://www.outotec.ru/products-and-services/newsletters/minerva/minerva-vypusk-2--
окружающую среду, отсутствие необходимости доставки и хранения реагентов. Как показали наши исследования, наиболее перспективным способом, который бы отвечал принципам зеленой химии и безотходным технологиям является совмещение методов электрокоагуляции и электрофлотации. При этом, использование в процессе на стадии электрокоагуляции растворимых железных электродов позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду. Образующиеся при этом твердые отходы могут быть использованы при получении чугуна и стали [5]. В качестве примера в таблице 1 представлены результаты очистки речной воды (река Кума). В таблице 2 представлены результаты очистки ливневых сточных вод, образовавшихся на территории бывшего завода ЗИЛ.
2018/elektrohimicheskaya-ochistka-vody/. Дата
обращения 4.04.2020.
3. И. В. Николаенко, С. Ф. Катышев. Электрокоагуляционная очистка сточных вод. Электронный текстовый ресурс. https://study.urfu.ru/. Дата обращения 4.04.2020.
4. Когановский А. М. Очистка и использование промышленных сточных вод в промышленном водоснабжении / А. М. Когановский, Н. А. Клименко. М.: Химия, 1983. 287 с.
5. Станкевич К.С., Усова Н.Т., Лукашевич О.Д. Выделение и утилизация отходов водоподготовки Томского водозабора // Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2016. -№ 3. - С. 1215.
Таблица 1. Основные показатели качества воды реки Кума после очистки.
Основные показатели Требования Сан.Пин Конечная вода
качества воды 2.1.4.559-96
Железо 0,3мг/л 0,003 мг/л
Медь 1 мг/л 0,01 мг/л
Свинец 0,03 мг/л 0,0011 мг/л
Марганец 0,1 мг/л 0,001 мг/л
Перманганатная 5 мг/л 2 мг/л
окисляемость
Жесткость 7 ммоль/л 5 ммоль/л
Ионы хлорида 350 мг/л 67,6 мг/л
Взвешенные частицы 3,5 мг/л 3 мг/л
Запах 3 балла 0 баллов
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в ливневых сточных водах до и после очистки.
Примеси Исходная вода, мг/л Вода после очистки, мг/л Требования для воды рыбохозяйственных водоемов, мг/л
Железо 0,484 0,005 0,1
Марганец 1,996 0,0001 0,01
Медь 0,011 не обнаружено 0,001
Никель 0,284 0,009 0,01
Цинк 0,033 0,004 0,01
Хром 0,097 0,006 0,07
Кобальт 0,003 не обнаружено 0,01
Свинец не обнаружено - 0,006
