ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД

МАГНІТНИМ ПОЛЕМ

Б.А.Баран, В.М.Голонжка, В.М.Хрящевський

Хмельницький національний університет, м. Хмельницький

Для вирішення актуальних проблем охорони довкілля великого значення набувають питання раціонального використання природних ресурсів, зниження кількості механічних і розчинних забруднень, які скидують в природні водоймища разом з промисловими стічними водами. Одним з можливих шляхів вирішення цих питань є створення замкнутих систем водопостачання підприємств з застосуванням глибоко очищених побутових і промислових стічних вод.

Відомо багато методів і способів для покращення та інтенсифікації фізико-хімічних умов процесів водопідготовки. Останнім часом дедалі більшого значення для вирішення цієї проблеми набувають фізичні методи, які базуються на впливі на водні системи зовнішніми полями (магнітними, електричними, ультразвуковими і т.п.) при різних технологічних процесах очищення. Найчастіше для інтенсифікації процесів очищення води застосовують метод накладання на водно-дисперсні системи магнітного поля [1,2].

Недоліком методів іонообмінного корегування мінерального складу природних і стічних вод, які існують на даний час, є невисока робоча обмінна ємність іонообмінного матеріалу, що призводить до зменшення корисної тривалості фільтроциклу, збільшення часу регенерації іонообмінників, росту витрати води на власні потреби і, як наслідок - до підвищення собівартості іонообмінного очищення води. Застосування магнітного поля при такому способі очищення води в значній мірі зменшує ці недоліки. Авторами роботи [2] запропоновано так званий метод магнітної активації іонітів, який передбачає одночасну дію магнітного поля на іонообмінник і рідину, яку фільтрують. Згідно даних, наведених в роботі [2], застосування магнітного поля збільшує робочу обмінну ємність катіоніту КУ-2-8 на 22 – 25%, аніоніту АН-22 – на 21%, сульфовугілля – на 34%. Однак, попри всі переваги даного методу, він також не позбавлений ряду вад. Розміщення магнітів безпосередньо на колонах іонообмінника вимагає виготовлення самих колон з діамагнітного матеріалу і, в залежності від діаметру цих колон, громіздких магнітів. Оскільки, згідно результатів роботи [3], магнітне поле впливає перш за все на саму воду. Зміни фізико-хімічних властивостей омагнічених водних розчинів є результатом післядії магнітного поля на воду. Домішки, або розчинені у воді сполуки в механізмі елементарного акту дії магнітного поля на воду відіграють другорядну роль. Тому можна запропонувати інший спосіб – розміщення магніту перед входом вихідного розчину в колону з іонообмінником (рис.1). Це зумовлює спрощення і здешевлення конструкції очисних систем.

Рис. 1. Схема очисної установки

1 – іонообмінна колона першого ступеня з катіонітом; 2,3 – те ж, відповідно другого і третього ступеня з аніонітами; 4 – магніти; 5,6 – збірники фільтрату; 7,8 – збірні ємності

Колона 1 призначена для видалення із стічної води солей твердості катіонітом КУ-2-8 (в Н-формі), колона 2 – для видалення сульфат-іонів аніонітом АН-31 (в ОН-формі) і колона 3 – для видалення хлорид-іонів аніонітом АВ-17 (в ОН-формі).

Переваги такого способу очевидні. Він не вимагає спеціального створення нової системи сорбційного типу, а передбачає використання будь-якої діючої установки. Для цього плтрібно лише провести невелику модифікацію, а власне – перед сорбційною колоною вмонтувати патрубок з діамагнітного матеріалу, на якому розмістити електромагнітний пристрій промислового виробництва. Так само не має значення природа сорбента – це можуть бути іонообмінні смоли, природні чи синтетичні цеоліти, сульфовугілля тощо.

Для прояснення і знебарвлення води часто використовують методи обробки, що базуються на застосуванні реагентів (коагулянтів), які забезпечують переведення в осад колоїдно-дисперсних домішок і забруднень. Як коагулянти найчастіше використовують солі заліза і алюмінію, зокрема його сульфат. І в цьому способі застосування магнітного поля призводить до інтенсифікації процесу очищення води [1].

Одним з методів одержання коагулянтів, зокрема солей заліза, є метод електрокоагуляції, тобто анодне розчинення металу у водних середовищах під дією електричного струму з подальшим утворенням відповідних гідроксидів [4]. На підставі цього був створений пристрій для магнітно-електричної активації розчинів реагентів, який передбачає одночасну дію на вихідний розчин магнітного поля і електрокоагуляцію. Промислові випробовування показали достатньо високе покращення прояснення води: вміст завислих частинок зменшився на 28.6 – 60.5%, забарвленість – на 32.5 – 50.0 %, витрати коагулянта зменшилися на 15.0 – 22.0 %. Однак, результати досліджень, наведених в роботі [3], показали, що вплив магнітної обробки на коагуляцію є ефективнішим в тому випадку, коли магнітне поле діє на розчин після початку міцелоутворення. Тому магнітний пристрій доцільніше розміщувати в очисній системі після змішування вихідного розчину з коагулянтом, як це показано на рис.2.

Рис. 2. Схема очищення води з двома прояснювачами

Вихідна вода з ємності 1 потрапляє в перший прояснювач 2 через повітровіддільник 3 і розподільну гратку 4, де вона зустрічає завислий шар відпрацьваного осаду 5. Частково знебарвлена і прояснена вода змішується з розчином коагулянту, який дозується з ємності 6 і через магнітний пристрій 7 потрапляє в другий прояснювач 8. В другому прояснювачі вона проходить через завислий шар свіжого осаду 9, після чого подається на фільтри. Таким чином, осад адсорбенту зустрічається з водою, що містить речовини, які адсорбуються, з концентрацією вище рівноважної. Відпрацьований осад з прояснювача 8 через шламовіддільник 10 потрапляє в ємність 11, а потім – в прояснювач 2. Як і в попередньому випадку, таку модифікацію можна провести на основі наявної очисної системи.

Застосування магнітного поля може дати значний ефект і при очищенні стічних вод деструктивними методами, зокрема окисненням. Одним з найпоширеніших окиснювальних методів обробки води є знешкодження стічних вод хлором, або його його сполуками – діоксидом хлору, гіпохлоритами, хлораміном. Іноді з цією метою застосовують пероксид водню, озон тощо. Таким методом видаляють з води домішки біологічного походження, гумусові речовини, молекулярні органічні речовини, в тому числі пестициди та ін. Як було показано в роботі [3], під впливом магнітного поля швидкість переважної більшості окисно-відновних хімічних реакцій зростає, а це призводить до інтенсифікації очищення стічних вод методом окиснення. Один з можливих варіантів такого процесу показано на рис.3.

Рис. 3. Схема очищення води окисно-відновним методом

1 – ємність для розчину Na₂SiO₃ (флокулянт); 2 – хлоратор; 3 – циркуляційна помпа; 4 – ємність для приготування розчину активної кремнієвої кислоти; 5 – пісчаний фільтр; 6 – вугільний фільтр; 7 - магнітний пристрій;

За іншою технологічною схемою очищення технічної води (рис.4) вихідна вода потрапляє у вертикальний змішувач, потім в горизонтальний устійник з вмонтованою камерою для утворення пластівців і потім – в резервуар чистої води, звідки помпами подається на виробничі потреби підприємства.

Застосування магнітного поля в системах очищення стічних вод має ще одну перевагу, окрім вже зазначених. При утилізації мінералізованих стічних вод після попереднього прояснення від завислих і колоїдно-дисперсних речовин їх піддають концентруванню одним із відомих методів: електродіалізом, зворотним осмосом, виморожуванням або випарюванням.

Рис.4. Технологічна схема очищення технічної води з устійником

1 – вертикальний змішувач; 2 – магнітний пристрій; 3 – камера утворення пластівців; 4 – горизонтальний устійник; 5 резервуар чистої води

У разі простого випарювання розсолів їх потрібно нагрівати до температури кипіння (понад 100 ˚С), що пов’язано з великими витратами теплоти. Оскільки після магнітної обробки температура кипіння води знижується на декілька градусів та зменшується теплота її випаровування [3], це призводить до значної економії енергоресурсів.

Література

1. Душкин С.С. Улучшение технологии очистки природных и сточных вод магнитным полем. – Харьков: Изд. ХГУ, 1988. – 147 с.

2. Душкин С.С, Евстратов В.Н. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях. – М.: Химия, 1986. – 143с.

3. Баран Б.А. Фізико-хімічне обгрунтування дії магнітного поля на водні розчини для розробки систем техногенно-екологічної безпеки. Дис. …д-ра хім. наук: 21.06.01. – Хмельницький, 2006. – 326 с.

4. Душкин С.С. Интенсификация процессов очистки воды магнито-электрической активацией раствора коагулянта // Изв. Вузов. Стр-во и архитектура. – 1985. – №6. – С.105 – 107.