Аспирант Хилюк А.В.
Д.т.н Рогов В.А.
Сибирский государственный технологический университет, Россия
«Влияние электростатического
поля на процесс очистки воды »
Потребность
в пресной воде возрастает по мере развития промышленного потенциала, расширения
ирригационной сети в сельском хозяйстве, улучшения санитарных условий
окружающей среды.
В целом по России, по данным Санэпиднадзора, каждая четвертая проба, питьевой
воды не соответствует гигиеническим требованиям по санитарно - химическим и
каждая девятая - по бактериологическим показателям действующих норм.[4]
Сегодня преимущественно
для доочистки воды рекомендуются фильтры. Предъявляемые к ним требования по
механической очистке от твердых и взвешенных частиц, химической очистке от
растворенных органических и неорганических примесей, микробиологической очистке
от возбудителей инфекционных заболеваний, не каждым фильтром могут быть
обеспечены. Особенно это касается микробиологической очистки, учитывая, что
зачастую сами фильтры могут являться источником вторичного загрязнения.
Сравним
основные методы обеззараживания воды, такие как: хлорирование, озонирование,
ультрафиолетовое облучение.
Каждая из технологий, если она применяется в
соответствии с нормами, может обеспечить необходимую степень инактивации
бактерий, в частности, по индикаторным бактериям группы кишечной палочки и
общему микробному числу:
• По
отношению к цистам патогенных простейших высокую степень очистки не
обеспечивает ни один из методов. Для удаления этих микроорганизмов
рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с процессами уменьшение
мутности.
• Озон и
ультрафиолет имеют достаточно высокий вируцидный эффект при реальных для
практики дозах. Хлорирование менее эффективно по отношению к вирусам.
•
Технологическая простота процесса хлорирования и недефицитность хлора
обусловливают широкое распространение именно этого метода обеззараживания.
•
Ультрафиолетовое излучение не меняет химический состав воды даже при дозах,
намного превышающих практически необходимые. Хлорирование может привести к
образованию нежелательных хлорорганических соединений, обладающих высокой
токсичностью и канцерогенностью. При озонировании также возможно образование
побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные – альдегиды,
кетоны и другие алифатические ароматические соединения.
•
Ультрафиолетовое излучение убивает микроорганизмы, но требует последующей
тонкой фильтрации.
• Хлорирование
обеспечивает консервацию воды в дозах 0,3–0,5 мг/л, то есть обладает длительным
пролонгированным действием.
Учитывая, что методы очистки
хлорированием, озонированием и ультрафиолетовым облучением требуют специального
оборудования, а очистка при помощи мембран, которые дороги, недолговечны,
постоянно ведется поиск альтернативных методов.
К одному из наиболее
перспективных направлений очистки воды следует отнести электрохимические
методы, и в частности применение ионно-электронной технологии (ИЭТ) с использованием
постоянного тока промышленной частоты.
Электрохимические методы
позволяют без дополнительных затрат химических реагентов эффективно очистить
природную воду до норм ПДК.
В Сибирском
государственном технологическом университете на кафедре безопасности
жизнедеятельности разработан способ очистки природной воды от основных
источников загрязнений, таких как железо общее, а также бактериологических
загрязнений электрохимическим методом с применение нерастворимых электродов и
постоянного тока. В результате злектрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на
нерастворимых электродах, в растворе образуются вещества (хлор, кислород),
разрушающие сольватные соли на поверхности частиц и способствующие
бактерицидному обеззараживанию воды.
Эксперименты проводились
в лабораторных условиях на опытной установке. На стадии подготовки эксперимента
определялись переменные факторы - расстояние между электродами и величина
напряжения на электродах. В процессе реализации предлагаемого способа очистки
природной воды выявлялось влияние
определенных факторов на изменение содержания в воде растворенного железа
общего.
В качестве сорбента
использовалось два вида смеси - на основе кварцевого песка и цеолита. В сорбирующую
смесь включена система чередующихся нерастворимых электродов, выполненных в
виде пластин на которые подавался ток постоянной величины 0,3-0,5 А. Смесь
каждого из сорбентов подвергалась дополнительной обработке, согласно Гост [2,3] и СанПиН [6]. Природная вода,
подвергающаяся очистке предварительно загрязнена до показателей воды,
поступающей в распределительную сеть (питьевой водопровод) г. Лесосибирска на
основании протокола лабораторных испытаний № 121-1151 от 27 июля 2012 г.
В ходе предыдущих
исследований [1] наилучшие показатели по Fe получены при применении сорбента
на основе кварцевого песка. Оптимальное расстояние между электродами составило
0,025 м и напряжение на электродах равное 82-100 В.
Основные нормативные показатели качества очищенной воды определялись с
помощью фотоколориметра КФК-3 и фотометра Milwaukee MV-14. Полученные данные
обработаны в программе STATGRAPHICS [5].
В таблице 1 представлены значения экспериментальных данных: расстояние
между электродами L м, напряжение на электродах U В, температура подаваемой
воды T 0C и содержание
в воде железа общего Fe мг/л.
|
L=м |
T=5 0C |
T=15 0C |
T=25 0C |
||||||
|
U=42 |
U=62 |
U=82 |
U=42 |
U=62 |
U=82 |
U=42 |
U=62 |
U=82 |
|
|
Fe |
|||||||||
|
0,025 |
0,69 |
0,50 |
0,48 |
0,68 |
0,34 |
0,32 |
0,68 |
0,36 |
0,32 |
|
0,05 |
0,69 |
0,50 |
0,50 |
0,69 |
0,36 |
0,36 |
0,68 |
0,36 |
0,36 |
|
0,075 |
0,70 |
0,52 |
0,50 |
0,70 |
0,40 |
0,40 |
0,70 |
0,40 |
0,42 |
Таблица 1 –
Результаты экспериментальных исследований влияния переменных факторов на
процесс очистки природной воды
В диаграмме
Порето (рис.1), показано взаимодействие и влияние основных факторов на процесс
удаления из природной воды железа двухвалентного (Fe). Наибольшее
воздействие оказывает напряжение (U), подаваемое на
чередующиеся нерастворимые электроды в системе очистки воды ИЭТ.
На рисунке 2
и 3 – графике поверхности отклика видно минимальное и максимальное значения
содержания общего железа (Fe) в воде, а так же
можно оценить параметры, при которых они были получены. Минимальное
содержание, растворенного в воде железа общего (Fe) равное 0,32 мг/л, которое
по нормам на основании ГОСТ [3]
не должно превышать 0,3 мг/л. достигается при максимальном
напряжении (U) и наименьшем расстоянии между электродами (L).
Невысокие показатели при среднем напряжении и минимальном расстоянии связаны с
недостаточным временем воздействия электрического поля.
При
рассмотрении поверхности отклика видно, что показатели железа общего (рис.2) в
очищенной воде максимально приближаются к нормативным при увеличении напряжения
на электродах.
Рисунок 1-Диаграмма Парето
Рисунок 2-Поверхность отклика
Рисунок 3-Контуры оценки поверхности отклика
Выводы:
Экспериментальные
исследования показали, что наименьшее содержание железа общего достигается при
максимальном напряжении , минимальном расстоянии между электродами и
температуре находящейся в пределах от 15-25 0С, что обусловлено
оптимальными условиями среды для прохождения процесса электрофлотокоагуляции.
Список использованных
источников:
1 Взаимодействие электростатического поля и
адсорбентов при очистке природной воды для питьевых нужд. Материалы II
международной научно-практической конференции "Актуальные направления
фундаментальных и прикладных исследований" -М.: НИЦ «Академический»,
10-11.10.2013.
2 ГОСТ Р 51641-2000 Материалы фильтрующие
зернистые. Общие технические условия
– М.: ИВС «УРАЛТЕСТ», 2000.
3 ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения
массовой концентрации общего железа
– М.: ИПК Издательство
стандартов, 1974.
4 Государственный доклад «О состоянии и об охране
окружающей среды Российской Федерации в 2012 году» - М.: Министерство России,2013.