Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Храмов К.С.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Очистка воды от органических примесей методом сорбции

Природная вода питьевых источников Северо-Западных регионов РФ в связи со значительным содержанием гуминовых веществ характеризуется повышенной цветностью (до 78-94 град) и перманганатной окисляемостью (до 29 мгО₂/л), особенно в весеннее и летнее время года, вследствие чего, в паводковый период возрастает актуальность доочистки питьевой воды от природных органических веществ.

Одним из наиболее эффективных методов, успешно применяющихся для решения этой задачи, является сорбционная очистка воды. К преимуществам сорбционного метода относятся возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом.

Объектом исследования служили вода источников р. Тулома, р. Лавна, о. Первое и водопроводная вода г. Мурманска. В качестве сорбентов было предложено использовать местные материалы (Карелия, Мурманская область): шунгит, вермикулит, шлак медно-никелевого производства (МНП).

Процесс статической сорбции исследовался на лабораторной установке с механической мешалкой. Механическая мешалка была оснащена индикатором мощности, затрачиваемой на перемешивание, и устройством плавного регулирования числа оборотов.

Экспериментальные исследования сравнения адсорбционных характеристик материалов (шунгита, вермикулита, шлака МНП) проводились на природной воде со следующими исходными показателями: концентрация органических загрязнений (по перманганатной окисляемости) в интервале – 5-30 мг/л, цветность – 20-90 град.

По результатам исследования адсорбции органических загрязнений из водных растворов построены изотермы адсорбции, которые являются одним из основных критериев оценки сорбционных свойств исследуемых материалов и определяют зависимость активности адсорбента от концентрации адсорбата в условиях равновесия (рис.1, 2).

Рис.1. Изотермы адсорбции органических загрязнений

(перманганатная окисляемость) из природных вод:

1 – шунгит; 2 – шлак МНП; 3 – вермикулит

Рис.2. Изотермы адсорбции органических загрязнений

(перманганатная окисляемость) из водопроводной воды:

1–шунгит; 2 – шлак МНП; 3 - вермикулит

Экспериментальные исследования процесса адсорбции органических загрязнений из водных растворов в динамических условиях проводились на пилотной установке сорбционной очистки, состоящей из фильтровальной колонки с пробоотборником, насоса и резервуара для сбора очищенной воды.

Скорость потока воды, при которой проводилась экспериментальные исследования, выдерживалась в интервале 2 – 6 м/ч. Следует отметить, что в данной серии опытов процесс сорбции не достигал равновесного состояния.

На рис. 3 приведены кинетические зависимости эффективности сорбции органических соединений из водопроводной воды от скорости фильтрования воды с использованием шунгита.

Рис.3. Эффективность процесса адсорбции (С₀ и C_к – соответственно концентрации органических соединений в исходной и очищенной воде) от времени работы фильтра при разных скоростях фильтрования (v) с использованием в качестве адсорбента шунгита:

1 – v = 2 м/ч; 2 – v = 4 м/ч; 3 – v = 6 м/ч

Как следует из полученного экспериментального материала, скорость адсорбции для всех адсорбентов наглядно возрастала при увеличении скорости подачи жидкости на пилотную установку. Таким образом, установлено, что лимитирующей стадией адсорбции органических загрязнений из водных растворов для всех исследованных сорбентов является внешнедиффузионный массоперенос.