Обезжелезивание природных вод с применением наномембран

6 Я S I 0 в химик и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 2

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

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

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

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

• низкая эффективность удаления органического Б'е

• низкая скорость процесса

• 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

• 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

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

• имеет высокую скорость процесса, обезжелезивания

• 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

5. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М.: Стройиздат, 1978.