Очищення питної води від іонів амонію природними дисперсними сорбентами

Перевищення вмісту в питній воді амонійного азоту, який викликає гострі та хронічні захворювання населення, стало останнім часом поширеним негативним фактором для систем водопостачання України.

Серед різних методів усунення амонійного азоту, сорбційні видаються одними із найбільш ефективних. Їх перевагою є можливість заміни в технологіях водоочищення, де раніше застосовували активоване вугілля або синтетичні смоли, дешевих природних сорбційних матеріалів [1].

Природні сорбенти України) відзначаються доброю іонообмінною селективністю катіонів різних важких металів, крім цього вони доступні і не вимагають попередньої складної обробки. Зазвичай, сорбенти застосовуються в подрібненому або меленому вигляді [2-3]. Найбільш перспективним, на наш погляд, є використанням як сорбентів для очищення питної води від іонів амонію природних цеолітів, палигорськіту та глауконіту.

Очищення водних розчинів за допомогою дисперсних сорбентів відповідає багатьом вимогам екологічно чистого та енергозберігаючого виробництва, що базується на принципі безвідходності. Потужні геологічні запаси, дешеве видобування породи, проста підготовка до транспортування та використання, можливість використання відпрацьованих сорбентів у інших технологіях, завдяки чому відпадає потреба у дорого вартісній регенерації - основні переваги використання природних мінералів.

Результати експериментальних досліджень представлені на рис.1.


Рис. 1. Залежність залишкової кількості іонів амонію в розчині від кількості доданого сорбенту в систему, темостатовану за температури 200С

Перед проведенням експериментів приготовлялись модельні розчини шляхом розчинення солі NH4Cl в дистильованій воді, у всіх випадках концентрація іонів амонію в розчині складала 14 мг/л Це приблизно відповідає десятикратному перевищенню допустимого вмісту іонів амонію в питній воді, що відповідає реальним рівнянь забруднень. Модельні розчини у кількості 200 мл. заливались у герметичні посудини, куди засипались попередньо зважені порції досліджуваного сорбенту (цеоліту, палигорськіту чи глауконіту). У всіх випадках ці порції становили 2; 5; 10; 15; 20 та 30г.  Досліджувана система забруднена вода – сорбент витримувались у герметичному термостатованому стані на протязі 8 діб в умовах періодичного струшування, що служило гарантією досягнення системою адсорбційної рівноваги на момент відбору проби. Разом з тим на протязі такого тривалого відстоювання вдавалось добитись повного осадження сорбенту, завдяки чому забезпечувалась коректність фотометричного аналізу відібраної проби. Температура адсорбції для всіх серій досліджень витримувалась на рівні 200С та 350С.

Дані, представлені на рис.1. використовувались для побудови ізотерм адсорбції , які представлені на рис.2.


Рис. 2. Ізотерми адсорбції іонів амонію в розчині для різних типів сорбентів за температури 200С

Результати досліджень показали, що в границях досліджуваних температур (200С та 350С) температура мало впливає на процес масообміну. Експериментальні дані для цих температур можуть бути описані однією залежністю. На основі аналізу експериментальних даних встановлено, що у випадку застосування як адсорбентів цеоліту та глауконіту, експериментальні ізотерми можуть бути апроксимовані прямолінійною ділянкою ізотерми (Ізотермою Генрі). Встановлені значення кінетичних коефіцієнтів (коефіцієнта швидкості іонного обміну) для цих досліджуваних випадків, які склали:
- для природного цеоліту k = 1,227 м/кг
- для глауконіту k = 0,0227 м/кг.

Для палигорськіту процес описується нелінійною ізотермою, тому для ідентифікації цього процесу відомим теоретичним моделям сумісно із кафедрою Інженерії хімічної і процесової Жешувської політехніки була розроблена спеціальна програма, яка працює в середовищі Windows. Програма дає можливість проводити ідентифікацію всім відомим типам теоретичних моделей. У нашому випадку досліджувалась апроксимація експериментальних даних моделям Ленгмюра, бі-Ленгмюра, Френдліха і Нікольського. Аналіз значень критерію Фішера для досліджуваних теоретичних ізотерм дозволяє стверджувати, що найбільш коректно описує процес адсорбції ізотерма Ленгмюра. Разом з тим можна стверджувати, що з достатньою мірою точності для опису процесу можуть бути використані всі три ізотерми: Ленгмюра, бі-Ленгмюра та Нікольського. Ізотерма Френдліха у цьому випадку неприйнятна, оскільки її вигляд корінним чином відрізняється від експериментальної.

Проведений комплекс досліджень дав можливість запропонувати принципову технологічну схему періодичного процесу промислового очищення питної води, яку раціонально застосовувати для систем водопостачання невеликої потужності, вода яких забруднена іонами амонію. Слід зауважити, що пропонована схема має обмежене застосування – вона може застосовуватись за умов забруднення води тільки іонами амонію (наприклад сільськогосподарськими фермами чи селянськими господарствами) з тим щоб відпрацьовані сорбенти могли з успіхом використовуватись як добрива. А оскільки таких випадків забруднень зустрічається достатньо (за даними [4] тільки у Львівській області у 20% свердловин вода не може використовуватись як питна лише по причині перевищення вмісту іонів амонію, яке у деяких випадках становить 5 ГДК), пропонована схема очищення може мати широке застосування.

Технологічна схема представлена на рис. 3. Забруднена питна вода перекачується насосом Н-1 в реактор з мішалкою Р-1. Туди ж завантажується через шнековий транспортер Ш-1 та ваговий дозатор Д-1 певна порція сорбенту, маса якого визначається із використанням даних описаних вище досліджень виходячи з концентрації іонів амонію у питній воді, яка поступає на очищення. Співвідношення між сорбентом та забрудненою питною водою регулюється з допомогою вентиля В-1. В схемі пропонується використовувати дрібнодисперсний сорбент, оскільки в такому природному стані є глауконіт та палигорськіт, а подрібнення цеоліту до цього ж стану дозволить збільшити його обмінну ємність. Звичайно, такий підхід зменшує швидкість очищення води у зрівнянні з застосуванням змінних фільтрів, але дозволяє зменшити трудозатрати на обслуговування установки та повноту використання сорбенту, до того ж схема рекомендується для застосування в локальних системах водоочищення де великої швидкості водоочищення не вимагається.
 


Рис. 3. Принципова технологічна схема очищення стоків від іонів амонію із застосуванням природних дисперсних сорбентів: В-1 - В-6 – регулювальні вентилі; Ш-1, Ш-2, - шнековий транспортер; Д-1  – ваговий дозатор; Р-1 – реактор з мішалкою; Н-1, Н-2 –. насос; О-1 освітлювач

Оскільки в результаті проведених досліджень встановлено, що для очищення питної води від іонів амонію можуть застосовуватись всі 3 типи природних сорбентів, то на нашу думку вибір конкретного сорбенту повинен визначатись рядом факторів, а саме:

  • концентрацією іонів амонію в питній воді;
  • об’ємом питної води, яка підлягає очищенню;
  • вартістю сорбенту і вартістю його перевезення до місця встановлення установки очищення питної води;
  • можливістю утилізації відпрацьованих сорбентів.

Після завантаження реагентів включається мішалка і на протязі певного часу, який визначається із використанням даних досліджень, проходить процес очищення питної води сорбентом.

Після закінчення стадії очищення води (тривалість якої визначається виходячи із отриманих нами кінетичних залежностей), пульпа через регулюючий вентиль В-2 поступає в освітлювач О-1 у якому проходить освітлення суспензії. Освітлена питна вода насосом Н-2 подається в схему водопостачання.

Осад з використаним сорбентом з освітлювача О-1 поступає на шнековий транспортер Ш-2, звідки подається на утилізацію, яка може здійснюватись шляхом подальшого використання для облаштування захисних екранів, використанням як добрив та в інших цілях.Таким чином запропонована технологія може використовуватись з ціллю очищення питної води від іонів амонію в схемах водопостачання невеликої потужності, зокрема в сільській місцевості, де питна часто забруднюється іонами амонію стоками від тваринницьких ферм. Це дозволить підвищити рівень екологічної безпеки територій та забезпечити належний рівень здоров’я населення України.

Список літератури
1. Запольський А. К. Водопостачання, водовідведення та якість води/ Вища школа, К.: 2005.-671 с.
2. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита.- М.: Мир, 1976.-778 с.
3. Яременко Л.В., Ершов А.В., Лебеда Л.В. Использование природных цеолитов для доочистки сточных вод//Сообщ.- Республ.научн.-практ.конф. “Использование природных цеолитов Сокирницкого месторождения в народ­ном хозяйстве”. - Виноградово: НИИТЭХИМ.- 1991.-С.39-40.
4. Екологія Львівщини 2009/Бюлетень Державного управління охорони навколишнього природного середовища в Львівській області, 2009. – 83 с.

УДК 541.183:628.515
Мальований м. с. Очищення питної води від іонів амонію природними дисперсними сорбентами  [Електронний ресурс]  / [Мальований М.С., Чорномаз Н.Ю., Сакалова Г.В.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.10–12. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet