Курбатов А.Ю., к.т.н. Аснис Н.А., д.т.н., проф. Ваграмян Т.А.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Очистка природных вод от железа с использованием волновой технологии

Подготовка воды для питьевого водоснабжения практически повсеместно предусматривает очистку её от растворенных в ней солей двухвалентного железа [1]. Наиболее простым, дешевым и экологически рациональным способом удаления железа из природных вод можно считать окисление его кислородом воздуха с последующей фильтрацией от образовавшихся нерастворимых в воде соединений трехвалентного железа. Недостатком данного способа является большое время выдержки [2] обрабатываемой воды в контакте с воздухом, так как скорость процесса окисления растворенного в воде двухвалентного железа невелика даже при большой площади поверхности раздела фаз вода-воздух.

Для ускорения процесса окисления двухвалентного железа было испытано волновое гидродинамическое устройство (ВГУ) [3], генерирующее в протекающей в нем жидкости пульсации волн давления с определенной частотой и амплитудой [4,5].

Исследования проводились на модельных растворах сульфата железа (II) марки «Ч» в дистиллированной воде.

Было исследовано влияние режимных параметров волновой обработки на скорость окисления ионов железа (II). Установлено, что скорость процесса окисления двухвалентного железа растет с увеличением интенсивности кавитационных процессов, вызванных волновой обработкой. Кроме того, при выдержке на воздухе воды, прошедшей волновую обработку, скорость окисления ионов железа (II) в ней значительно превышает скорость естественного окисления при одинаковых удельных поверхностях контакта воды с воздухом.

При достигнутых на лабораторном оборудовании максимальных скоростях прохождения потока жидкости через ВГУ удалось окислить ионы железа (II) с концентрации 14 мг/л до концентраций ниже ПДК после однократной волновой обработки с последующей двухминутной выдержкой. Давление на входе в ВГУ составляло при этом 5 – 6 МПа, что малопригодно для практического использования в бытовых очистных установках.

На основе анализа литературные данных [6] было сделано предположение, что увеличения скорости окисления ионов железа (II) можно добиться за счет изменения характера схлопывания кавитационных пузырьков в процессе волновой обработки воды, приводящего к возникновению эффекта сонолюминисценции, фиксируемой с помощью специальной оптической аппаратуры [7].

Для этого была создана светоизолированная ячейка [8], в которую помещалось ВГУ, что дало возможность подбора параметров волновой обработки для реализации оптимального характера схлопывания кавитационных пузырьков путем контроля интенсивности сонолюминисценции.

В ходе экспериментов были изменены геометрические параметры ВГУ и установлен узкий диапазон давлений (0,78 – 0,81 МПа), в котором фиксировалось наличие сонолюминисценции, частота вспышек которой составила около 500 Гц.

Исследования процесса окисления ионов железа (II) при использовании модифицированного ВГУ показали, что в режиме, соответствующем устойчивой сонолюминисценции, доля ионов двухвалентного железа, окислившихся после волновой обработки воды, увеличилась более чем в 3 раза в сравнении с волновой обработкой при том же давлении в режимах, не сопровождавшихся сонолюминисценцией.

Таким образом, было установлено, что волновая обработка в режиме сонолюминисценции позволяет значительно интенсифицировать процесс окисления двухвалентного железа в обрабатываемой воде, доработана конструкция ВГУ и определены оптимальные режимные параметры, при которых процесс обработки сопровождается устойчивой сонолюминисценцией. Использование таких режимов волновой обработки позволит снизить рабочее давление в установках для очистки природных вод от железа до вполне приемлемых 0,6 – 0,8 МПа.

Литература:

1. Драгинский В.Л. Очистка подземных вод от соединений железа, марганца и органических загрязнений // Водоснабжение и сантехника. – 1997. - №12. – с.16.

2. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. – М.: Высшая школа. – 1984. – 368 с.

3. Патент RU 2015749 C1 (Российская Федерация). Гидродинамический генератор колебаний/ Авдуевский В.С., Ганиев Р.Ф., Калашников Г.А., Костров С.А. – Опубликовано 15.07.1994. Бюл. №13.

4. Федоткин И.М. Физические эффекты при гидродинамической кавитации и их практическое применение - Киев - 2001.

5. Колебательные явления в многофазных средах и их использование
в технологии / Ганиев Р.Ф., Кобаско Н.И., Кулик Q.B. и др. - Киев: Техника, I960.

6. Маргулис М.А., Маргулис И.М. Особенности динамики и сонолюминесценции кавитационных пузырьков различного типа. ЖФХ, 2005, т. 79, № 12, с. 2283-2291.

7. Маргулис М.А. Электрические явления при расщеплении кавитационных пузырьков. Журн.Физ.Химии, 1997, т.71, N 10, с.1885-1889.

8. Дежкунов Н.В. Связь порога кавитации и максимальной интенсивности звуколюминесценции. Письма в Журнал технической физики, 2008, вып. 8, 59-67.