УДК 628.161:544.723
DOI 10.35776/VST.2024.05.01

Гора Н. В., Беляева О. В., Чернышёв Д. А., Голубева Н. С.

Исследование возможности применения углеродных сорбентов для очистки природных вод от железа

Аннотация

Работа посвящена изучению адсорбции железа из водных растворов активными углями. Приведены данные по содержанию общего железа в поверхностных и подземных водах Кузбасса. Представлены результаты экспериментальных исследований адсорбции железа из водных сред в статических условиях углеродными материалами разной ценовой категории. Определено, что наилучшим из исследуемых сорбентов для извлечения железа является активный уголь СКД-515. При этом полукокс АБГ не может быть рекомендован для дальнейшего исследования адсорбции железа. Оценен приблизительный расход сорбента, необходимый для очистки воды от железа до нормативных показателей. Установлено, что с учетом стоимости, расхода сорбента и возможности эффективной утилизации в промышленности для очистки природных вод от железа может быть использован более дешевый углеродный материал – полукокс Пуролат-Стандарт.

Ключевые слова

железо , адсорбция , природные воды , углеродные сорбенты

bbk 000000

УДК 628.166

Журба М. Г., Говорова Ж. М., Бахир В. М., Ульянов А. Н.

К обоснованию методов обеззараживания природных вод

Аннотация

Обоснование метода обеззараживания природных вод связано с необходимостью оценки влияния множества факторов (качественный состав воды, свойства дезинфектантов и характеристики технических средств обеззараживания и пр.), а также проведения предварительных технологических испытаний по выбору дезинфектанта, отвечающего следующим требованиям: пролонгированное антимикробное действие; безопасность для человека и животных; отсутствие образования сопутствующих балластных солей, трансформируемых органических веществ, тригалогенметанов; экономическая выгода. Приведены результаты сравнительных исследований эффективности различных дезинфектантов для реагентной обработки воды рек Дона и Томи на экспериментальных стендах производительностью 1–1,5 м³/ч.

Ключевые слова

ультрафиолетовое облучение , природные воды , метод обеззараживания , хлороформ , хлорсодержащий реагент , ультразвук

bbk 000000

УДК 628.16/.3:615.31

Кофман В. Я.

Лекарственные препараты в сточных, природных и питьевых водах
(обзор)

Аннотация

Присутствие лекарственных препаратов в природной водной среде становится предметом широкого внимания. В настоящее время в разных странах мира в вод­ной среде зафиксированы более 180 лекарственных препаратов (анальгетики и противовоспалительные средства, антибиотики, бета-блокаторы, контрастные вещества, гиполипидемические, психиатрические, гормональные и антисептические препараты) и их метаболитов, сохраняющих биологическую активность. Из их числа наиболее часто выявляют диклофенак, карбамазепин, клофибровую кислоту, ибупрофен, безафибрат, сульфаметоксазол, триметоприм, феназон, кетопрофен, рокситромицин, триклозан, иопрамид. Источниками лекарственных препаратов в городских сточных водах являются жилищный сектор, лечебные учреждения, фармацевтические предприятия, ветеринарные клиники и животноводческие комплексы. Концентрация отдельных препаратов в сточных водах в среднем может достигать 40 мкг/л. Основными процессами, приводящими к удалению лекарственных препаратов на традиционных очистных сооружениях, являются биодеградация/биотрансформация и адсорбция активным илом. При этом для многих из них характерна низкая эффективность удаления. Концентрация отдельных лекарственных препаратов в поверхностных водах достигает в среднем 10 мкг/л, в подземных водах 1 мкг/л. Это приводит к бионакоплению наиболее распространенных препаратов в тканях рыб и других водных организмов. В процессе подготовки питьевой воды удаление лекарственных препаратов происходит на стадиях коагуляции, фильтрации, адсорбции активированным углем, хлорирования и озонирования. Целый ряд препаратов не подвергается полному удалению. В результате во многих странах их концентрация в питьевой воде выявлена на уровне от нескольких нанограммов до 1 мкг/л. В настоящее время отсутствуют надежные данные о токсикологическом действии лекарственных препаратов, присутствующих в водной среде, но исследования в этой области активно развиваются.

Ключевые слова

питьевая вода , сточные воды , природные воды , лекарственные препараты , токсическое действие , биодеградация , адсорбция активным илом

bbk 000000

УДК 628.161.2.66.081.63

Аскерния А. А., Хамизов Р. Х., Миголь В. Г.

Особенности массопереноса соединений кремния через обратноосмотические мембраны

Аннотация

При обработке кремнийсодержащих природных вод с различной минерализацией на двухступенчатых обратноосмотических установках преимущественно имеет место перенос коллоидных (полимерных) форм кремнекислоты через полупроницаемые мембраны на второй ступени обескремнивания воды. На основании результатов исследований, выполненных на двухступенчатых обратноосмотических установках в промышленных условиях, предпринята попытка анализа полученных данных на модели, учитывающей эффективность осадкообразования на активной поверхности обратноосмотической мембраны. Дано обобщение экспериментальных результатов по обратноосмотической обработке кремнийсодержащих природных вод. Предложена физико-химическая модель переноса коллоидного кремния через мембраны, предусматривающая эффекты намывной фильтрации и процессы деполимеризации и полимеризации кремния при прохождении раствора через соответствующие фильтрационные слои. При наличии подвижного фазового равновесия намывная фильтрация приводит к увеличению концентрации растворенного кремния, подаваемого на рабочую поверхность мембраны, и последующему (обратному) восстановлению равновесного состава фаз в пермеате. Предложена приближенная математическая модель для стационарного режима массопереноса.

Ключевые слова

сорбция , обратный осмос , природные воды , коллоидный кремний , намывная фильтрация , мемб­ранный перенос

УДК 628.161.3
DOI 10.35776/VST.2023.03.02

Гандурина Л. В., Будыкина Т. А., Янцен О. В.

Очистка природных вод от тонкодисперсных глинистых примесей

Аннотация

Изучено влияние природы глинистых примесей (суглинков, глин, бентонитов, каолина), определяющих мутность природных вод, на кинетику их отстаивания. Определено процентное содержание глинистых примесей с гидравлической крупностью 0,11 мм/с. Рассмотрена эффективность самостоя­тельного применения катионного флокулянта Праестол 650 для очистки мутных вод от глинистых примесей разной природы. Установлено, что эффективность очистки природных вод зависит от минерального состава и дисперсных характеристик глинистых частиц и может быть увеличена для каолинитсодержащих глинистых примесей с 69 до 91% путем оптимизации параметров хлопьеобразования. Показано, что оптимальная доза флокулянта Праестол 650 не зависит от природы и дисперсных характеристик глинистых частиц и составляет 0,2 мг/л при исходной мутности воды 107–187 мг/л. Рассмотрена возможность использования кинетических и флокуляционных характеристик глинистых примесей природных вод для идентификации их минерального состава.

Ключевые слова

очистка , отстаивание , мутность , хлопьеобразование , гидравлическая крупность , природные воды , катионный флокулянт , градиент скорости , глинистые примеси

bbk 000000

УДК 628.16.094.3:66.074.371

Фесенко Л. Н., Черкесов А. Ю., Игнатенко С. И., Щукин С. А.

Очистка сероводородсодержащих природных вод железо-каталитическим окислением в реакторе с ультрафильтрационным разделением

Аннотация

Очистка природных сероводородных вод на сегодняшний день по-прежнему является проблемной зоной в области водоподготовки и требует новых, высокоэффективных технологий, установок и сооружений с одновременным решением хозяйственно-питьевых и экологических задач. В качестве перспективного решения очистки природной воды от сероводорода предложена технология, основанная на железо-каталитическом окислении сульфидов в присутствии кислорода воздуха и совмещенная с мембранной обработкой. Приведены данные практической проверки предлагаемой технологии на лабораторной установке. По результатам проведенных экспериментальных исследований обоснована область применимости разработанной технологии при очистке природных сероводородсодержащих вод. Отмечается отсутствие сопутствующего выброса сероводорода из реактора в процессе очистки воды и ее экологическая безопасность. На основании полученных результатов технология рассматривается как возможная и актуальная на сегодняшний день. При этом требуется дальнейшее изучение с проведением исследований, направленных на поиск оптимальных технологических параметров.

Ключевые слова

природные воды , водоочистка , сероводород , железо-каталитическое окисление сульфидов , мембранное разделение

bbk 000000

УДК 628.16

Гандурина Л. В.

Применение коагулянта ВПК-402 для очистки воды от взвешенных веществ различной природы и дисперсности

Аннотация

Рассмотрена коагулирующая способность органического коагулянта ВПК-402 для снижения мутности воды, обусловленной тонкодисперсными минеральными частицами различной природы и дисперсности. Коагуляцию воды осуществляли в лабораторных условиях по схеме: смешение – хлопьеобразование – отстаивание. Содержание взвешенных веществ в воде определяли по мутности, дисперсность – по гидравлической крупности частиц U0. Исследования проводились на модельных водах мутностью не более 115 мг/л, содержащих преимущественно тонкодис­персную взвесь бентонитовых глин, каолина, кварца, карбоната кальция и диоксида титана с гидравлической крупностью менее 0,2 мм/с. Установлено, что гидравлическая крупность глинистых взвесей определяется их набухаемостью в воде, а взвеси кварца, карбоната кальция и диоксида титана – дисперсным составом исходных минералов. Оптимальная доза ВПК-402 для коагуляции глинистых минералов не зависит от их дисперсных характеристик и составляет 0,5 мг/л, что в 5–10 раз выше доз коагулянта для модельных вод с тонкодисперсными частицами кварца, диоксида титана или карбоната кальция. Эффективность осветления воды уменьшается с увеличением процентной доли частиц с гидравлической крупностью менее 0,05 мм/с независимо от их природы. Результаты, достигнутые при очистке воды реки Кубани, подтвердили полученные закономерности. Рассмотрена эффективность применения органического коагулянта ВПК-402 для снижения мутности воды в зависимости от природы и дисперсности (гид­равлической крупности) взвешенных веществ, представленных частицами бентонитовых глин, каолина, кварца, карбоната кальция и диоксида титана. Полученные результаты могут быть использованы на практике для оптимизации коагуляционной очистки воды от взвешенных веществ.

Ключевые слова

мутность , взвешенные вещества , цветность , коагуляция , гидравлическая крупность , природные воды , органический коагулянт , полиэлектролит

bbk 000000

УДК 628.162

Гандурина Л. В., Гаврилова Н. Н., Кузин Е. Н., Рафф П. А.

Применение метода динамического светорассеяния  для характеристики гумусовых кислот природных вод

Аннотация

Приведены результаты исследований влияния солей нат­рия, кальция и алюминия на дисперсные характеристики гумусовых кислот природных вод с использованием анализатора Photocor Compact-Z. Дисперсность гумусовых кислот по молекулярной массе в значительной степени определяет эффективность обесцвечивания природной воды солями алюминия. Показано, что метод динамического светорассеяния может служить быстрым и эффективным способом изучения конформационных изменений макромолекул гумусовых кислот в щелочных и кислых растворах и химических взаимодействий гумусовых кислот с ионами металлов. Исследования проводились на реальных природных и модельных водах, полученных экстрагированием гумусовых кислот из торфа дистиллированной водой и разбавлением полученных растворов до требуемой цветности. Ионный состав модельной воды изменяли добавлением хлорида кальция, сульфата алюминия, полиоксихлорида алюминия марки «Аква-Аурат™30», гидрокарбоната натрия и соляной кислоты.

Ключевые слова

цветность , природные воды , сульфат алюминия , полиоксихлорид алюминия , гумусовые кислоты , щелочность , светорассеяние

bbk 000000

УДК 628.166.085

Шувалов М. В., Кирсанов А. А., Шувалов С. В., Болденков В. С.

Проектирование и строительство станций УФ-обеззараживания на сооружениях МП «Самараводоканал»

Аннотация

Рассмотрены преимущества технологии ультрафиолетового обеззараживания природных и сточных вод по сравнению с хлорированием и озонированием. По результатам технологических исследований и опытно-промышленных испытаний установлено, что применение УФ-облучения на этапе первичного обеззараживания позволит создать условия для корректировки технологической схемы хлорирования с уменьшением доз применяемого хлора. Специалистами МП «Самараводоканал» совместно с сотрудниками кафедры «Водоснабжение и водоотведение» СГАСУ и ООО НПФ «ЭКОС» разработана проектная документация для строительства станций УФ-обеззараживания на двух наиболее крупных объектах водоснабжения и водоотведения г. Самары – насосно-фильтровальных станциях.

Ключевые слова

сточные воды , ультрафиолетовое обеззараживание , насосно-фильтровальная станция , природные воды

DOI 10.35776/VST.2022.01.06
УДК 628.16.065.2:553.635.1

Комаров М. А., Камлюк Т. В.

Синтетический гипс из осадков коагуляции природных вод

Аннотация

Представлены результаты исследований получения гипса из отходов отработанной серной кислоты производства химических волокон и отходов кальцийсодержащего осадка коагуляции природных вод. При синтезе отработанной серной кислоты и осадка коагуляции образуется дигидрат сульфата кальция с заданными размерами и формой кристаллов, а также побочный продукт – фильтрат с высоким содержанием Mg, Na, S и Ca. Наличие данных элементов открывает возможность использования фильтрата в качестве микроудобрения, а наличие сульфата железа (около 11 масс. %) – в качестве коагулянта. Наличие железа в фильтрате также открывает перспективы его использования в качестве прекурсоров для получения каталитических материалов для фотокаталитической очистки сточных вод от растворенных органических веществ или получения сорбционных материалов для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Железо в составе данных материалов позволит дополнительно придать им магнитные свойства, что облегчит их извлечение из обрабатываемых водных сред. Технико-экономический анализ показал, что при использовании фильтрата значительно повышается эффективность капиталовложений предлагаемого технологического процесса.

Ключевые слова

фильтрат , природные воды , гипс , осадок коагуляции , удобрение

bbk 000000

УДК 628.16.065.2

Гетманцев С. В.

Система выбора эффективных технологий очистки природных вод с применением алюмосодержащих коагулянтов

Аннотация

Накопленный экспериментальный материал по использованию алюмосодержащих коагулянтов для очистки природных вод нашел отражение в многочисленных публикациях и монографиях. Результаты этих исследований позволяют судить об эффективности применения сернокислого алюминия и полиоксихлоридов алюминия для очистки поверхностных вод разного состава, а также оценить влияние различных показателей качества воды на эффективность использования коагулянтов. Систематизированы и обобщены данные и результаты собственных исследований по применению коагулянтов марки «АКВА-АУРАТ™», которые позволили выявить определенные закономерности. Разработан алгоритм выбора коагулянтов серии «АКВА-АУРАТ™» и технологии их применения в зависимости от показателей качества природных вод и характеристик коагулянтов. Предложенная система, реализованная в виде программного модуля, может служить практическим инструментом для выбора реагента и определения технологических параметров очистки природных вод на существующих или вновь проектируемых очистных сооружениях.

Ключевые слова

мутность , цветность , коагуляция , природные воды , алюмосодержащий коагулянт , эффективность очистки

bbk 000000

УДК 628.16

Гандурина Л. В., Квитка Л. А., Шахгалдян М. К.

Снижение цветности природных вод с применением органических коагулянтов

Аннотация

Представлены результаты исследований по эффективности снижения цветности маломутных природных вод фильтрованием с применением органических коагулянтов отечественных марок: ВПК-402, Каустамин-15 и Биопаг. Показано, что снижение цветности природных вод органическими коагулянтами происходит преимущественно вследствие коагуляционных процессов при низкой щелочности, близкой к нулю, и химических взаимодействий полианиона гумусовых кислот с поликатионом коагулянта при щелочности более 1,2 ммоль-экв/л. Установлено, что оптимальные дозы органических коагулянтов увеличиваются с уменьшением молекулярной массы в ряду ВПК-402 < Каустамин-15 < Биопаг и увеличением щелочности очищаемой воды, а с увеличением жесткости – уменьшаются. В диапазоне щелочности 1,2–2 ммоль-экв/л удельный расход коагулянтов ВПК-402 и Каустамин-15 возрастает с 0,04–0,06 до 0,12 мг/град исходной цветности, а низкомолекулярного коагулянта Биопаг практически не меняется и составляет 0,09 мг/град. Дисперсность образующихся частиц взвеси растет при снижении жесткости очищаемой воды, увеличении щелочности и содержания низкомолекулярных фракций гумусовых кислот в очищаемой воде, что сопровождается возрастанием цветности очищенной фильтрованной воды. Показано, что нормативное снижение цветности воды ниже 20 град достигается при удалении фильтрованием коагулированных частиц с размером более 0,3 мкм.

Ключевые слова

мутность , цветность , коагуляция , природные воды , фильтрование , жесткость , щелочность , органические коагулянты

bbk 000000

УДК 628.161.3

Журба М. Г., Говорова Ж. М., Петров Ю. В., Говоров О. Б.

Технология очистки воды из водоисточников с повышенными антропогенными  нагрузками (обоснование, разработка, внедрение)

Аннотация

Предложено понятие «эффективная технология водоподготовки», сформулированы критерии ее выбора. Разработана технологическая схема водозаборно-очистного комплекса, включающая: предварительную очистку воды от взвешенных веществ и фитопланктона на предварительных фильтрах с плавающей загрузкой; реагентную обработку воды осветлением в отстойниках с тонкослойными модулями и фильтрованием через двухступенчатые фильтры с инертной и тяжелой загрузкой с периодическим вводом между ступенями мелкогранульного сорбента; комбинированное обеззараживание воды с использованием низкоконцентрированного раствора гипохлорита нат­рия и ультрафиолетового облучения. Представлены результаты предпроектных испытаний на экспериментальном стенде технологии очистки природных вод р. Дон (рукав Большая Каланча) с повышенной антропогенной нагрузкой. Безреагентное фильтрование воды через загрузку префильтра позволяет снизить нагрузку на основные сооружения по фитопланктону и взвешенным веществам примерно на 26–38 и 10–35% соответственно при скорости фильтрования до 50 м/ч. Равномерное и эффективное смешение и хлопьеобразование обеспечиваются соответственно в течение 0,5–1,5 и 10–15 минут при скорости вращения лопасти мешалки 185 и 60 об/мин и рекомендуемой дозе коагулянта 2,5 мг/л (10 мг/л при резком ухудшении качества воды). Применение нанофильт­рационной установки в период ухудшения качества воды обеспечило снижение жесткости, общей минерализации, содержания сульфатов и хлоридов. Определены основные технологические параметры работы отдельных блоков технологической схемы, позволяющие стабильно обеспечивать нормативную степень очистки воды. На основании результатов исследований разработаны рекомендации на проектирование и выполнен проект водозаборно-очистного комплекса мощностью 150 тыс. м3/сут. В настоящее время осуществляется строительство объекта.

Ключевые слова

реагентная обработка , взвешенные вещества , фитопланктон , природные воды , фильтрование , антропогенная нагрузка , эффективная технология водоподготовки , водозаборно-очистной комплекс , предпроектные испытания

bbk 000000

УДК 628.16.081:546.72/.711

Рязанцев А. А., Глазков Д. В., Просяников Е. Д.

Удаление железа и марганца из природных вод

Аннотация

Целью исследований было изучение влияния кавитации, инициированной в низконапорных устройствах струйного типа, на кинетику окисления ионов Fe²⁺ и Mn²⁺, а также разработка метода удаления марганца и железа из природных вод без использования химических реагентов. Приведены результаты исследований и механизмы каталитического окисления железа Fe²⁺ и марганца Mn²⁺ в воде под воздействием кавитации. Устройство струйного типа снабжено кассетой, выполненной в виде конуса, с помещенной в нее загрузкой из дробленого природного марганцевого минерала псиломелана или мелких кусочков стальной стружки. Частицы катализатора MnO₂ и (или) FeOOH, попадающие в воду вследствие коррозии загрузки под воздействием кавитации, становятся центрами, на которых осуществляется адсорбция и окисление ионов Fe²⁺ и Mn²⁺. Установлено, что в этих условиях окисление Fe²⁺ не является лимитирующей стадией, а полное окисление ионов Mn²⁺, исходная концентрация которых составляла 2 мг/л, происходит за 5 минут. Причинами быстрого окисления марганца в реакторе с загрузкой из стальной стружки служат высокая скорость коррозии Fe⁰ под воздействием кавитации и каталитическое действие аморфных гидроксидов железа, образующихся при коррозии загрузки. Полученные экспериментальные данные позволили разработать технологическую схему очистки воды от марганца и железа, включающую кавитационный модуль и керамические мембранные фильтры, работающие в режиме кросс-фильтрации. Рассчитаны размеры и объем очистных сооружений для станции водоподготовки производительностью 60 м³/сут.

Ключевые слова

железо , марганец , природные воды , деманганация , обез­железивание , каталитическое окисление , кавитация , кросс-фильтрация

bbk 000000

УДК 628.16.052.2

Потапов В. В., Бровкин А. Е.

Улучшение качества очистки природных вод с применением реагентов нового поколения

Аннотация

Рассматриваются основные проблемы очистки природных вод с применением коагуляции. Представлены данные по составу поверхностных источников питьевого водоснабжения в районе города Петропавловск-Камчатский. Определена средняя молекулярная масса гумусовых веществ, присутствующих в природной воде. Приведены результаты экспериментальных исследований по применению коагулянтов и флокулянтов нового поколения для очистки природной воды на очистных сооружениях МУП «Петропавловский водоканал». Изучено действие коагулянтов: сернокислого алюминия, гидрооксихлорида алюминия и оксихлорида алюминия. Установлено, что максимальная эффективность очистки природной воды по цветности для условий Петропавловска-Камчатского обеспечивается применением сульфата алюминия и гидрооксихлорида алюминия, меньшая эффективность – использованием окси­хлорида алюминия. Эффективность очистки по мутности при использовании всех трех коагулянтов была высокой – 70–100%. Флокулянты Praestol 650 TR и Praestol 2515 TR при взаимном подборе доз повышают эффективность очистки природной воды коагулянтами по цветности: Praestol 2515 TR – от 49–66 до 63–100%. Применение флокулянтов позволило увеличить скорость хлопьеобразования, размер хлопьев осадка, скорость оседания хлопьев, снизить объем осадка. Для перевода работы очистных сооружений на использование нового современного коагулянта необходима отработка режима коагуляции с помошью сульфата алюминия совместно с флокулянтом. С целью устранения возможности образования трудноудаляемых хлорорганических соединений до того, как успеет подействовать коагулянт и произойдет осаждение гумуса, следует обратить внимание на точку ввода гипохлорита кальция при коагуляции воды с повышенной цветностью.

Ключевые слова

мутность , цветность , коагуляция , хлопьеобразование , природные воды , флокуляция , эффективность очистки воды

bbk 000000

УДК 628.168.4

Гандурина Л. В., Гетманцев С. В., Рафф П. А., Никифорова А. Ю.

Химические аспекты обесцвечивания маломутных природных вод солями алюминия

Аннотация

Рассмотрен механизм обесцвечивания природных вод сульфатом и полиоксихлоридом алюминия. Основной вклад в снижение цветности природных вод вносят реакции комп­лексообразования гумусовых кислот с солями алюминия. Параллельно протекающая реакция гидролиза сульфата и полиоксихлорида алюминия способствует уменьшению содержания ионов алюминия в очищенной воде и не снижает ее цветность. Найдены эмпирические зависимости дозы коагулянтов от цветности и щелочности исходной воды. Более высокая эффективность и меньшие дозы полиокси­хлорида алюминия по сравнению с сульфатом алюминия для снижения цветности определяются полимерным характером полиоксихлорида алюминия. Применение коагулянтов совместно с катионным флокулянтом Праестол 650 позволяет повысить эффективность снижения цветности на 10–20% при оптимальном соотношении коагулянт:флокулянт, которое составляет 50:1 для полиоксихлорида алюминия и 20:1 для сульфата алюминия.

Ключевые слова

цветность , природные воды , сульфат алюминия , катионный флокулянт , полиоксихлорид алюминия , гумусовые кислоты , щелочность , гидролиз , комплексо­образование