Доочистка артезианской воды с применением модифицированных древесных углей

Ю. Л. Юрьев, Н. А. Дроздова, Т. М. Панова

ДООЧИСТКА АРТЕЗИАНСКОЙ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНЫХ УГЛЕЙ

Ключевые слова: водоподготовка, активный уголь, окисленный уголь.

Исследована артезианская вода Щербаковского пивзавода на наличие нежелательных примесей для пивоваренной и пищевой промышленности. Рассмотрена возможность применения модифицированных древесных углей для улучшения солевого состава воды в пивоварении. В качестве объекта исследования совместно использованы активный и окисленный древесные угли.

Keywords: water treatment, activated coal, oxidized coal.

Was studied artesian water of Scherbakovskiy brewery for the presence of undesirable impurities for the brewing and food industries. The possibility of using of modified charcoal to improve salt composition of the water in brewing. The object of investigation are used jointly active and oxidized charcoal.

Совместное применение модифицированных древесных углей имеет хорошую перспективу в подготовке воды для пищевой промышленности.

В то время как активный древесный уголь имеет высокие сорбционные свойства [1] и свойства анионообменника, окисленный древесный уголь, также являясь эффективным сорбентом, имеет свойства катионообменника. При совместном использовании это позволяет проводить глубокую очистку воды от нежелательных примесей [2].

Древесные активный уголь (БАУ) и окисленный уголь (ДОУ) были применены для доочистки артезианской воды от анионов и катионов металлов до требований технологической инструкции по подготовке воды для пивоваренной и безалкогольной промышленности № 10-5031536-79-90 (далее - ТИ). Некоторые показатели исходной воды на Щербаковском пивзаводе приведены в табл. 1.

Таблица І

Наименование показателя Единица измерения Значение показате- ля Норма по ТИ

Жесткость (общая) мг-экв/дм3 4,3 2...4

Сухой остаток мг/дм3 339 не более 500

рН Ед. рН 7,3 6 6, 5

Кальций мг-экв/дм3 2,9 2.4

Магний мг-экв/дм3 1,4 Следы

Железо мг/дм3 18,5 не более 0,1

Марганец мг/дм3 0,17 не более 0,1

Нитраты мг/дм3 27,0 не более 10

Цинк мг/дм3 3 не более 0,5

Окисляемость мг О2/дм3 1,4 не более 2

Силикаты мг/дм3 13,5 не более 2

Исходная вода с начальной суммарной концентрацией ионов 5,3 мг-экв/л пропускалась последовательно через колонку с ионообменной

смолой КУ-2 (навеска 1г), колонку с БАУ-А (навеска 1г), колонку с ДОУ (навеска 1г).

Пробы элюата отбирались через определенные промежутки времени. Концентрацию

катионовРе3+, Zn2+, Mn2+ в исходном растворе, а также в растворах после контакта с углем, определяли эмиссионным спектральным анализом с индуктивносвязанной плазмой на оптическом эмиссионном спектрометре «ICAP 6300 Duo» фирмы «Thermoscientific» США.

Концентрацию катионов Ca2+, Mg2+ в исходном растворе, а также в растворах после контакта с углем, определяли как общую жесткость титрованием по ПНДФ 14.1:2.99-97. Концентрациюнитратов в исходном растворе, а также в растворах после контакта с углем, определяли по ГОСТ 18826-73 колориметрически с салицилатом натрия. Концентрацию силикатов определяли весовым методом поУМИКВ.4.1. СЭВ, 1987.

В результате проведения многоступенчатой фильтрации воды получены данные, которые отображены на рисунке 1.

Рис. 1 - Изменение суммарной концентрации ионов в воде в динамических условиях (мг-экв/л): 1 -исходная вода; 2 - после обработки КУ-2; 3 - после обработки БАУ; 4 - после обработки ДОУ

Далее мы определили сорбционную емкость фильтрационной установки.

Ранее нами было показано, что необходимое время контакта воды с углем для достижения

требований ТИ, равно 20 мин. Исходя из этого, скорость фильтрации приближена к производственной, т.е. 10 мл/мин на 1см2 сечения фильтра.

Пробы элюата отбирались в течение первого часа через каждые 30 мин., затем через каждый час. Полученные данные представлены на рис.е 2.

угольные фильтры. рН подготовленной воды снижается до 6,5 ед., что соответствует требованиям ТИ.

Рис. 2 - Исследование сорбционной емкости фильтрационной установки

В первой пробе элюата, полученной через 20 мин. суммарная концентрация ионов уменьшилась до 0,12 мг-экв/л и держалась на таком уровне в течение 10 часов. Через 10 часов наблюдается рост суммарной концентрации ионов, а через 12 часов суммарная концентрация ионов в воде после фильтров сравнялась с концентрации ионов в исходной воде.

Таким образом, продолжительность работы угольных фильтров при производственной скорости фильтрации составила 10 часов.

Исходя из экспериментально определенной емкости загрузки, рассчитана технологическая схема водоподготовки на Щербаковском пивзаводе до требований ТИ производительностью 20 тыс. м3 воды в год, которая показана на рисунке 32. Цикл между заменой загрузки фильтров составляет 1 год. При жесткости исходной воды выше 4 мг-экв/л мы предлагаем ввести в схему водоподготовки №- ка-тионитовый фильтр, чтобы снизить нагрузку на

£

Пвз X т X B'J X вз

К і $ 1 td «3

нц нц нц нц

Рис. 3 - Технологическая схема водоподготовки: 1 - накопительная емкость исходной воды; 2 -колонка с КУ-2; 3 - колонка с активным древесным углем; 4 - колонка с древесным окисленным углем; 5 - накопительная емкость кондиционной воды; 6, 7 - исходная вода; 8, 9 -частично обессоленная вода; 10, 11 -

кондиционная вода

В настоящее время стоимость одного декалитра (Дал) рядовых сортов пива находится в пределах 300... 550 руб. Стоимость одного Дал элитных сортов находится в пределах 800 .2000 руб.

Экономический эффект от применения модифицированных углей в технологии водоподготовки применительно к кондиционированию воды для пивоварения образуется за счет перехода предприятия на выпуск элитных сортов пива, что становится возможным при резком улучшении качества используемой воды. Для Щербаковского пивзавода он составляет 98 млн. руб.

Литература

1. Н.А.Дроздова, Ю.Л. Юрьев Активация березового и осинового угля, Вестник КНИТУ, №13, Казань, 147-149 (2012).

2. Ю.Л. Юрьев, Н.А. Дроздова, К.Ю. Тропина, О.С. Пономарев, Т.М. Панова, Пат. 96367 Российская Федерация, Приоритет. Устройство для подготовки воды ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет». - № 96367; заявл. 26.02.2010; опубл. 27.07.2010, Бюл. № 21.

© Ю. Л. Юрьев - канд. техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии древесины Уральского госуд. лесотехнич. ун-та, bluestones@mail.ru; Н. А. Дроздова - асп. той же кафедры; Т. М. Панова - доц. той же кафедры.

B6