Янв 08 2001

ИОНООБМЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Опубликовано в 15:37 в категории Экология города

ИОНООБМЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ

ДЛЯ КОРРЕКТИРОВКИ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА

И ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ ТОКСИЧНЫХ ПРИМЕСЕЙ

 Б.М. Кац, Р.М. Длубовский

Научно – исследовательский институт физики при

Одесском государственном университете им. И.И.Мечникова

                Важнейшим показателем экологического состояния городов и рекреационных зон является качество питьевой воды, подаваемой населению  данной геохимической провинции из определённого водоисточника.

          В последние годы техногенные аварии всё чаще приводят к аварийному загрязнению поверхностных и подземных водоисточников за счёт залповых выбросов огромных количеств минеральных веществ различной природы, включая высокотоксичные соединения. В этом отношении не стала исключением и Одесская область. Так, известная авария на хвостохранилище в Стебнике привела к длительному загрязнению днестровской воды минеральными, а затем и органическими веществами различного типа, а аварийные выбросы на румынских предприятиях в феврале и марте 2000 г. вызвали загрязнение дунайских притоков, да и самого Дуная, высокотоксичными соединениями - сначала цианидами, а затем и тяжёлыми металлами. При этом необходимо учитывать, что техногенное загрязнение водоисточников токсичными веществами зачастую вызвано не только авариями, но и является результатом «нормальной» хозяйственной деятельности отдельных предприятий: например, одной из непосредственных причин онкозаболеваемости населения сельских районов Одесской области является использование для питья загрязнённых нитратами грунтовых вод [1]. Не останавливаясь на описании дальнейших примеров аварийного загрязнения водоисточников, отметим лишь, что техническая очистка крупного водоисточника в целом зачастую представляется нереальной,
так что обеспечение населения питьевой водой гарантированного качества возможно лишь с помощью специальных средств, среди которых наиболее обоснованным, на наш взгляд, является использование локальных водоочистных установок (ВОУ), предназначенных для дополнительной очистки водопроводной воды от вредных примесей [2]. В настоящем сообщении представлены опытные результаты использования многомодульной локальной водоочистной установки третьего поколения «Мидия-05М» для корректировки минерального состава и дополнительной очистки водопроводной воды от токсичных примесей. Указанная водоочистная установка разработана в Научно – исследовательском институте физики при Одесском государственном университете им. И.И. Мечникова на базе известной водоочистной установки второго поколения «Мидия-05» [3], которая уже в течение  10 лет успешно используется  в г. Одессе для дополнительной очистки днестровской водопроводной воды  от вредных примесей [4]. В отличие от ВОУ «Мидия-05», содержащей механический фильтр, фильтр-адсорбер и бактерицидный блок,  ВОУ«Мидия-05М» дополнительно содержит ионообменный фильтр и устройство для его регенерации. Как известно [5-7], ионный обмен достаточно широко используется для очистки и кондиционирования питьевой воды, однако применение этого метода на муниципальных водостанциях ограничено относительно высокой стоимостью ионообменных смол. По иному обстоит дело при использовании ионообменных фильтров в локальных водоочистных установках, где применение ионного обмена вполне обосновано экономически, а наличие гибких многомодульных схем в указанных ВОУ позволяет легко заменять ионообменные фильтры с учётом природы того или иного конкретного загрязнителя.

                Примером удачного применения ионного обмена для очистки и кондиционирования питьевой воды может служить водоочистная установка средней производительности «Мидия-05М», принципиальная схема которой изображена на рисунке. Она работает следующим образом.

Исходная вода по подающему трубопроводу сначала поступает в фильтр механической очистки воды 1, где она очищается от механических примесей (ила, песка и т.п.). Затем с помощью технологического трубопровода очищенная от механических примесей вода   поступает   в   резервуар   исходной   воды   2,   откуда   она    через технологический трубопровод поступает в ионообменный фильтр 3, где

В канализацию

Принципиальная схема локальной водоочистной установки «Мидия – 05М»

1 - фильтр механической очистки воды;

2 - резервуар исходной воды;

3 - устройство корректировки минерального состава воды;

4 - сорбционный фильтр;

5 - фильтр вторичной механической очистки воды;

6 - устройство для бактерицидной обработки воды;

7 - резервуар чистой воды;

8 - устройство для регенерации.

происходит корректировка минерального состава воды либо удаление токсичных неорганических веществ  путем ионного обмена. Из фильтра 3 вода, отвечающая нормативным требованиям к показателям физиологической полноценности её минерального состава, через технологический трубопровод поступает в сорбционный фильтр 4, заполненный  активным углем, который поглощает из воды свободный хлор и вредные вещества органической природы (синтетические поверхностно- активные вещества, тригалогенметаны, пестициды и т.д.). Выход резервуара исходной воды 2 параллельно соединен технологическим трубопроводом с входом сорбционного фильтра 4 для того, чтобы путем разделения потоков очищаемой воды перед ионообменным фильтром можно было наиболее экономично корректировать значение отдельных показателей качества, используя для того лишь часть от общего потока очищаемой воды.

          Вода, очищенная в сорбционном фильтре 4, поступает через технологический трубопровод в фильтр вторичной механической очистки воды 5, где она очищается от угольной пыли, образующейся в сорбционном фильтре 4. Из фильтра вторичной механической очистки воды 5 через технологический трубопровод вода, очищенная от механических и химических примесей, поступает в устройство для бактерицидной обработки воды 6, выполненное в виде ультрафиолетового облучателя. Здесь под влиянием УФ – лучей вода полностью обеззараживается от всех видов бактерий, в том числе и споровых, и далее через технологический трубопровод поступает в резервуар чистой воды 7, откуда она используется для реализации населению.

 Регенерацию ионообменного фильтра 3 осуществляют с помощью специального устройства 8, соединённого с фильтром 3 технологическим трубопроводом. ВОУ «Мидия-05М» комплектуется набором различных ионообменных фильтров, отдельные примеры которых описаны ниже.

          Для корректировки минерального состава питьевой воды, содержащей избыточное количество катионов жёсткости (кальция и магния), ионообменный фильтр 3 снаряжают сульфостирольным катионитом КУ-2-8чс в натриевой форме, разрешённым к использованию в хозяйственно-питьевом водоснабжении [8]. Применение указанного катионита особенно эффективно для умягчения вод с относительным преобладанием катионов постоянной жёсткости (Жпост). Существенные преимущества этого классического метода умягчения заключаются в его простоте, дешевизне, отсутствии токсичных веществ в промывных водах, а также в возможности удаления из воды всех катионов жёсткости (Жобщ). Процесс умягчения протекает по схеме:

RSO3Na+       (RSO3)2+2Na+

Периодическую регенерацию катионита осуществляют путём промывки его раствором NaCl, находящемся в устройстве для регенерации 8. Опыты показали, что по затратам воды и времени оптимальным условиям отвечает использование 5 - 8 %-ного раствора NaCl, взятого в тройном избытке от стехиометрического количества, что хорошо совпадает с данными литературы [5-7, 9] и обеспечивает почти полное восстановление  ёмкости смолы (на 85-90 %). При этом ёмкости фильтра 3 объёмом 6 л достаточно для снижения общей жёсткости в 5 м3 воды на 2,5 г-экв/м3.

          Для очистки питьевой воды от тяжёлых металлов (меди, свинца, кадмия и т.п.) применение сульфокатионита КУ-2 не всегда целесообразно, так как при достаточно высокой селективности этого катионита к ионам Ni2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+, Zn2+ и Fe3+ он достаточно хорошо поглощает также катионы Mg2+   и особенно Ca2+ [10]. По этой причине ионообменный фильтр 3 снаряжают полиамфолитом - ионитом аминокарбоксильного типа,  для которых характерен следующий ряд селективности [10]:  Mg2+‹ Ca2+‹ Sr2+‹ Ba2+‹ Mn2+‹ Fe2+‹ Cd2+‹ Co2+‹ Zn2+‹ Ni2+‹‹ Cu2+‹‹ Hg2+. Сорбция на полиамфолитах происходит по механизму комплексообразования [11], так что любая концентрация щелочных и щёлочноземельных металлов никак не сказывается на сорбции тяжёлых металлов [12].           Периодическую регенерацию полиамфолита осуществляют путём промывки его раствором NaHCO3, находящемся в устройстве для регенерации 8. Опыты показали, что по затратам воды и времени оптимальным условиям отвечает использование 3 - 5  %-ного раствора NaHCO3, взятого в 5 - 10-ти кратном избытке по отношению к  стехиометрическому количеству, что  обеспечивает частичное восстановление  ёмкости смолы (на 30-35 %). При этом ёмкости фильтра 3 объёмом 2 л достаточно, например, для снижения концентрации меди  от 10 до 1 ПДК (с 10 до 1 мг/дм3) в 7 м3 воды.

Для очистки питьевой воды от цианидов ионообменный фильтр 3 снаряжают сильноосновным анионитом АВ-17 в ОН-форме, разрешённым к использованию в хозяйственно-питьевом водоснабжении [8]. Ряд селективности для этого анионита имеет следующий вид [10]: OH-‹ F-‹ CH3COO-‹HCOO-‹ H2PO4-‹ HCO3-‹ Cl-‹ HSO3-‹ CN-‹ Br-‹ HSO4-‹ NO3-‹ I-. Ещё более высокую селективность анионит АВ-17 проявляет по отношению к цианидным комплексам переходных металлов типа Fe(CN)64- или Co(CN)63- , в виде которых цианиды обычно присутствуют в питьевой воде. При условии регенерации фильтра 3 объёмом 2 л 3 - 5  %-ным раствором NaHCO3 его ёмкости достаточно, например, для снижения концентрации цианидов от 10 до 1 ПДК (с 1,0 до 0,1 мг/дм3) не менее чем в 75 м3  водопроводной воды.

Литература

1.  Ротарь М.Ф., Лиходедова О.Г., Ротарь Е.М. Подземные источники хозяйственно-бытового водоснабжения Одесской области, качество воды и его роль в формировании онкозаболеваемости населения // Вода и здоровье - 98: Сб. научн. статей.- Одесса: Астропринт.-1998.-С.38 - 40.

2.  Гончарук В.В., Подлеснюк В.В., Фридман Л.Е., Рода И.Г. Научные и прикладные аспекты подготовки питьевой воды // Химия и технология воды. - 1992. - Т.14, №7. - С. 506 - 525.

3.  Кац Б.М., Стрикаленко Т.В., Попова Е.В., Длубовский Р.М., Нестеренко Н.П., Гурская Н.В. Оценка эффективности доочистки питьевой воды с помощью водоочистной установки средней производительности «Мидия-05» //Там же. - 1996.- Т.18, №1.-С.90-94.

4.  Кац Б.М., Длубовский Р.М., Нестеренко Н.П., Петренко Н.Ф., Созинова Е.К. Водоочистные установки средней производительности «Мидия - 05»: особенности конструкции и опыт эксплуатации // Вода и здоровье - 98: Сб. научн. статей.- Одесса: Астропринт.-1998.-С.120- 124.

5.  Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев: Наукова думка, 1991. -568 с.

6.  Мамченко А.В., Лебедев П.К. Иониты в процессах кондиционирования питьевой воды // Химия и технология воды.-1992.-Т.14, №4. - С.250-275.

7.  Мазо А.А., Гребенюк В.Д. Экологические проблемы очистки воды // Там же.-1993.-Т.15, №11-12. - С.745-766.

8.  Омельянец Н.И. Гигиена применения ионообменных смол в питьевом водоснабжении. - Киев: Здоров΄я,1979. - 104 с.

9.  Меквабишвили Т.В., Лукьянова Н.Л., Гефтер Е.Л. Ионитное умягчение воды перед её обессоливанием электродиализным методом // Химия и технология воды.-1996.-Т.18, №3. - С.258-269.

10. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов.-            Л.: Химия, 1983. - 295 с.

11.     Салдадзе К.М., Копылова-Валова В.Д. Комплексообразующие иониты. М.: Химия, 1980.

12.     Кац Б.М., Длубовский Р.М., Кутовая Л.М., Авасапова А.Н., Макаренко И.В. Обмен катионов меди, свинца, кадмия и марганца на карбоксильном ионообменном волокне // Укр. хим. журн. - 1998. - Т.64, №1. - С.30 - 34.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.