Очищення міських стічних вод мембранними методами
Досліджена ефективність попередньої підготовки стічної води Києва для подальшого її доочищення на установках зворотного осмосу шляхом фільтрування крізь піщаний фільтр з фракцією завантаження 1—2 мм і наступною мікрофільтрацією на керамічному мікрофільтрі із глинистих мінералів. Встановлено, що поп...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125924 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Очищення міських стічних вод мембранними методами / О.О. Семінська, Д.Д. Кучерук, М.М. Балакіна, В.В. Гончарук // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 11. — С. 112-116. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-125924 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1259242017-11-10T03:03:35Z Очищення міських стічних вод мембранними методами Семінська, О.О. Кучерук, Д.Д. Балакіна, М.М. Гончарук, В.В. Екологія Досліджена ефективність попередньої підготовки стічної води Києва для подальшого її доочищення на установках зворотного осмосу шляхом фільтрування крізь піщаний фільтр з фракцією завантаження 1—2 мм і наступною мікрофільтрацією на керамічному мікрофільтрі із глинистих мінералів. Встановлено, що попередня обробка води поєднанням обраних методів сприяє ефективній та стабільній роботі зворотноосмотичної мембрани, забезпечуючи зменшення каламутності вихідної води на 99,9 %, вмісту в ній фосфатів на 98,8 % та загального органічного вуглецю на 94,8…99,9 % при постійних значеннях її питомої продуктивності до коефіцієнта відбору пермеату ~ 80 %. Исследована эффективность предварительной подготовки сточной воды Киева для дальнейшей ее доочистки на установках обратного осмоса путем фильтрования через песчаный фильтр с фракцией загрузки 1— 2 мм и последующей микрофильтрацией на керамическом микрофильтре из глинистых минералов. Установлено, что предварительная обработка воды сочетанием выбранных методов способствует эффективной и стабильной работе обратноосмотической мембраны, обеспечивая уменьшение мутности исходной воды на 99,9 %, содержания в ней фосфатов на 98,8 % и общего органического углерода на 94,8…99,0 % при постоянных значениях ее удельной производительности до коэффициента отбора пермеата ~80 %. The efficiency of the preconditioning of Kyiv’s wastewater for its further purifying by reverse osmosis plants with filtration through a sand filter with the 1—2 mm faction loading followed by the microfiltration on a ceramic microfilter with clay minerals is investigated. It is established that the combination of chosen water pretreatment methods contributes to the efficient stable operation of the reverse osmosis membrane, providing a reduction of the source water turbidity by 99.9 %, phosphate content in it by 98.8 %, and total organic carbon by 94.8...99.9 % at constant values of its specific productivity to the permeate selection ratio of 80 %. 2016 Article Очищення міських стічних вод мембранними методами / О.О. Семінська, Д.Д. Кучерук, М.М. Балакіна, В.В. Гончарук // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 11. — С. 112-116. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2016.11.112 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125924 628.3.033 [66.067.122:66.067.124:66.081.63] uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Екологія Екологія |
| spellingShingle |
Екологія Екологія Семінська, О.О. Кучерук, Д.Д. Балакіна, М.М. Гончарук, В.В. Очищення міських стічних вод мембранними методами Доповіді НАН України |
| description |
Досліджена ефективність попередньої підготовки стічної води Києва для подальшого її доочищення на установках зворотного осмосу шляхом фільтрування крізь піщаний фільтр з фракцією завантаження 1—2 мм і наступною мікрофільтрацією на керамічному мікрофільтрі із
глинистих мінералів. Встановлено, що попередня обробка води поєднанням обраних методів
сприяє ефективній та стабільній роботі зворотноосмотичної мембрани, забезпечуючи зменшення каламутності вихідної води на 99,9 %, вмісту в ній фосфатів на 98,8 % та загального органічного вуглецю на 94,8…99,9 % при постійних значеннях її питомої продуктивності до коефіцієнта відбору пермеату ~ 80 %. |
| format |
Article |
| author |
Семінська, О.О. Кучерук, Д.Д. Балакіна, М.М. Гончарук, В.В. |
| author_facet |
Семінська, О.О. Кучерук, Д.Д. Балакіна, М.М. Гончарук, В.В. |
| author_sort |
Семінська, О.О. |
| title |
Очищення міських стічних вод мембранними методами |
| title_short |
Очищення міських стічних вод мембранними методами |
| title_full |
Очищення міських стічних вод мембранними методами |
| title_fullStr |
Очищення міських стічних вод мембранними методами |
| title_full_unstemmed |
Очищення міських стічних вод мембранними методами |
| title_sort |
очищення міських стічних вод мембранними методами |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Екологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125924 |
| citation_txt |
Очищення міських стічних вод мембранними методами / О.О. Семінська, Д.Д. Кучерук, М.М. Балакіна, В.В. Гончарук // Доповіді Національної академії наук України. — 2016. — № 11. — С. 112-116. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT semínsʹkaoo očiŝennâmísʹkihstíčnihvodmembrannimimetodami AT kučerukdd očiŝennâmísʹkihstíčnihvodmembrannimimetodami AT balakínamm očiŝennâmísʹkihstíčnihvodmembrannimimetodami AT gončarukvv očiŝennâmísʹkihstíčnihvodmembrannimimetodami |
| first_indexed |
2025-07-09T04:00:16Z |
| last_indexed |
2025-07-09T04:00:16Z |
| _version_ |
1837140404307230720 |
| fulltext |
112 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2016. № 11
Надійність і довготривалість стабільної роботи мембранних систем залежить від ефектив-
ності попередньої підготовки води, яка подається на мембрани. Така підготовка спрямована
на усунення можливості пошкодження мембран та утворення відкладень будь-якої природи
на їх поверхні [1]. Однією з вимог до вхідної води, що подається на зворотноосмотичне очи-
щення, є умова, що її каламутність не повинна перевищувати 0,6 мг/дм3 [2].
Відомі випадки використання мікрофільтрації (МФ) як методу попередньої обробки
перед зворотним осмосом (ЗО) [1].
Метою даної роботи є дослідження ефективності мікрофільтраційної обробки стічної
води Києва перед її зворотноосмотичним очищенням.
Експерименти з мікрофільтрації здійснювали на дослідній установці з рециркуляцією.
Як мікрофільтр використовували трубчасту керамічну мембрану із глинистих мінералів, ви-
готовлену в ІКХХВ ім. А.В. Думанського НАН України. Такий вибір мікрофільтра обумов-
лений вогнестійкістю керамічних мембран, стійкістю до агресивних середовищ, можливіс-
тю легкої регенерації, а також широкою розповсюдженістю сировини [3, 4]. На керамічний
мікрофільтр стічну воду подавали зовні трубки, а очищену воду (пермеат) відводили в її
середину. Зворотноосмотичну обробку проводили в комірці фронтального типу з викорис-
танням композитної поліамідної зворотноосмотичної мембрани низького тиску.
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
11 • 2016
ЕКОЛОГІЯ
© О.О. Семінська, Д.Д. Кучерук, М.М. Балакіна, В.В. Гончарук, 2016
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.11.112
УДК 628.3.033 [66.067.122:66.067.124:66.081.63]
О.О. Семінська, Д.Д. Кучерук, М.М. Балакіна,
академік НАН України В.В. Гончарук
Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, Київ
E-mail: olya.sunshine@gmail.com
Очищення міських стічних вод мембранними методами
Досліджена ефективність попередньої підготовки стічної води Києва для подальшого її доочи-
щення на установках зворотного осмосу шляхом фільтрування крізь піщаний фільтр з фрак-
цією завантаження 1—2 мм і наступною мікрофільтрацією на керамічному мікрофільтрі із
глинистих мінералів. Встановлено, що попередня обробка води поєднанням обраних методів
сприяє ефективній та стабільній роботі зворотноосмотичної мембрани, забезпечуючи змен-
шення каламутності вихідної води на 99,9 %, вмісту в ній фосфатів на 98,8 % та загального
органічного вуглецю на 94,8…99,9 % при постійних значеннях її питомої продуктивності до ко-
ефіцієнта відбору пермеату ~ 80 %.
Ключові слова: очищення стічних вод, каламутність, фосфати, керамічний мікрофільтр, зво-
ротний осмос.
113ISSN 1025-6415. Доп. НАН України. 2016. № 11
При проведенні досліджень каламутність визначали на спектрофотометрі КФК-3-01
[5]; загальний органічний вуглець (ЗОВ) — методом високотемпературного окислення на
платиновому каталізаторі з використанням приладу ТОС VCSN Shimadzu; вміст фосфатів —
ванадатно-молібдатним методом з використанням фотоколориметра КФК-2МП [6].
Мікрофільтраційну обробку проводили в двох варіантах. У першому варіанті стічну
воду безпосередньо подавали на мікрофільтр, у другому — після фільтрування крізь піща-
ний фільтр із фракцією кварцового піску 1—2 мм.
Як показано на рис. 1, в першому випадку (криві 3, 4) внаслідок закупорювання пор
забрудненнями води з наступним осадоутворенням на поверхні мікрофільтра [3, 7] зменшу-
вався вміст ЗОВ і спостерігалося затримування фосфатів на 54,1…56,1 %. З тих же причин
каламутність поступово зменшувалась, однак цей показник перевищував регламентовану
норму на вхідну воду для зворотного осмосу в 1,9…4,2 раза (крива 1). У другому випадку
(крива 1') якість очищеної води за каламутністю забезпечувалась відразу і зберігалась про-
тягом ~5,4 год. Як і у першому варіанті, вміст ЗОВ зменшувався (крива 3').
Відомо, що міські стічні води містять до 24,0 мг/дм3 фосфатів, які згубно впливають на
навколишнє середовище [8, 9], тому очищення від них є важливою екологічною задачею. Як
було показано раніше в роботах [10, 11], зворотний осмос дозволяє видаляти фосфати на
~99 % в широкому інтервалі вихідних концентрацій, але при всіх перевагах цього способу
головним його недоліком вважається утворення ретентату. Однак у даному випадку в ре-
тентаті накопичуються фосфати, які можна в подальшому утилізувати, наприклад, з отри-
манням цінних мінеральних добрив. Тому дуже важливо, щоб фосфати не затримувались на
стадії попередньої обробки стічної води. За даними рис. 1 (крива 4') у другому випадку ви-
далення фосфат-іонів не відбувалось протягом ~4,0 год, забезпечуючи умови для подальшої
переробки фосфатів.
В обох випадках питома продуктивність (Iw) поступово знижувалась (рис. 1, криві
2—2'). При мікрофільтраційному очищенні стічної води вже за 6 хв це зниження досягло
40,5 %, надалі процес уповільнився, і за 6,9 год зменшення Iw становило 68,1 %. Для попе-
редньо обробленої води в ті ж самі проміжки часу зниження Iw дорівнювало відповідно 34,9
та 49,8 % внаслідок видалення частини речовин, які обумовлювали каламутність води.
Для забезпечення ефективної роботи мембран рекомендовано робити їх промивку зво-
ротним потоком пермеату при зниженні значень Iw на 10…15 % від початкових [1, 7]. З наве-
Рис. 1. Зміни каламутності (1, 1'), питомої продуктивності (2, 2'), ЗОВ (3, 3') і вмісту фосфатів (4, 4') у
процесі очищення стічної води на керамічному мікрофільтрі без попередньої її обробки (1—4) та із попе-
реднім фільтруванням крізь піщаний фільтр (1'—4') при Р = 0,2 МПа. Горизонтальна штрихова лінія відпо-
відає вимогам за показником каламутності води, яка подається на зворотноосмотичне очищення
114 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2016. № 11
дених даних (див. рис. 1, криві 2—2') видно, що питома продуктивність мембрани зменшу-
ється до відповідних значень через 13—15 хв від початку експерименту, тобто мікрофільтр
потребує регенерації, яку здійснювали зворотним потоком води.
На рис. 2 наведені результати промивки мікрофільтра при різних значеннях тиску. Так,
при Р = 0,4 МПа (крива 3) вже через 5 хв спостерігалося підвищення Iw на 39,5 %, а через
20 хв ця величина збільшилася приблизно в 2 рази. Використання меншого тиску не забез-
печує ефективного відновлення питомої продуктивності мікрофільтра (криві 1—2), а біль-
ший тиск підвищує ефективність регенерації всього на 2,4…2,8 % (крива 4). Водночас при
Р = 0,1…0,2 МПа збільшується кількість промивних вод.
Результати зі зворотноосмотичного очищення стічної води, попередньо обробленої
фільтруванням на піщаному фільтрі та керамічному мікрофільтрі показані на рис. 3.
З отриманих даних видно, що зворотноосмотична мембрана проявила ефективність
та стабільність роботи до коефіцієнта відбору пермеату (k) ~ 80 %, яка супроводжувалась
зниженням каламутності на 99,9 % (крива 1), вмісту фосфатів на 98,8 % (крива 2), ЗОВ на
94,8…99,9 % (крива 3) та постійністю значень Iw (0,0485…0,0481 м3/(м2·год)) (крива 4). Подаль-
ші погіршення даних показників спричинені впливом концентраційної поляризації [1, 3].
Таким чином, проведені дослідження показали ефективність попередньої підготовки
стічної води Києва до вимог на вхідну воду для зворотноосмотичних установок шляхом
фільтрування її крізь піщаний фільтр з фракцією завантаження 1—2 мм з наступною мікро-
фільтрацією на керамічному мікрофільтрі із глинистих мінералів. Така попередня обробка
забезпечила стабільну і тривалу роботу зворотноосмотичної мембрани при високому ступе-
ні очищення води та стабільними значеннями її питомої продуктивності до k ~ 80 %.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Первов А.Г. Современные высокоэффективные технологии очистки питьевой и технической воды с при-
менением мембран: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация. — Москва: Изд-во Ассоциа-
ции строит. вузов, 2009. — 232 с.
Рис. 2. Вплив тривалості промивки на ефективність відновлення питомої продуктивності мікрофіль-
траційної керамічної мембрани (за дист. водою) при різних значеннях Р, МПа: 0,1 (1); 0,2 (2); 0,4 (3) та
0,6 (4)
Рис. 3. Вплив коефіцієнта відбору пермеату на затримуючу здатність за каламутністю (1), фосфатами (2),
ЗОВ (3) та питому продуктивність (4) зворотноосмотичної мембрани при очищенні води, яка була по-
передньо відфільтрована крізь піщаний фільтр з наступною мікрофільтрацією на керамічних трубчастих
мембранах; Р = 2,0 МПа
115ISSN 1025-6415. Доп. НАН України. 2016. № 11
2. Черкасов С.В. Обратный осмос. Теория, практика, рекомендации // Сантехника. Отопл. Кондиц. —
2005.— № 11. — С. 18—24.
3. Свитцов А.А. Введение в мембранную технологию. — Москва: ДеЛипринт, 2007. — 208 с.
4. Goncharuk V.V., Kucheruk D.D., Balakina M.N., Dul’neva T. Yu. Water treatment by baromembrane methods
based on ceramic membranes // J. Water Chem. and Technology.— 2009, 31, Nо 6. — Р. 396—404.
5. ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. — Утв. По-
становлением Гос. комитета стандартов Совета Министров СССР от 24 мая 1974 г., № 1309.
6. Бабко А.К., Пилипенко А.Т. Методы определения неметаллов. — Москва: Химия, 1974. — 360 с.
7. Водоподготовка: Справочник / Под. ред. С.Е. Беликова. — Москва: Аква-Терм, 2007. — 240 с.
8. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод. — Москва: Мир, 2006. — 480 с.
9. Андрусишина И. Берегись — фосфаты // Вода и водоочистные технологии. — 2012. — № 5 (5). —
С. 4—9.
10. Семінська О.О., Кучерук Д.Д., Балакіна М.М., Гончарук В.В. Використання зворотного осмосу та нано-
фільтрації в очищенні стічних вод від фосфатів // Доп. НАН України. — 2015. — № 7. — С. 150—156.
11. Семинская О.О., Балакина М.Н., Кучерук Д.Д., Гончарук В.В. Основные закономерности обратноосмо-
тического дефосфатирования воды // Химия и технология воды. — 2016. — 38, № 1. — С. 67—76.
REFERENCES
1. Pervov A.G. Modern high-technology of drinking and process water treatment using membranes: reverse
osmosis, nanofiltration, ultrafiltration. Moscow: Publ. house of building universities association, 2009 (in
Russian).
2. Cherkasov S.V. Reverse osmosis. Theory, practice, recommendations. Plumbing. Heating. Conditioning, 2005,
No 11: 18—24 (in Russian).
3. Svitzov A.A. Introducion in membrane technology, Moscow, DeLeеprint, 2007 (in Russian).
4. Goncharuk V.V., Kucheruk D.D., Balakina M.N., Dul’neva T.Yu. Water Chem. and Technology. 2009, 31, Nо 6:
396—404.
5. State Standart 3351-74 Drinking water. Methods of determination the taste, odor, color and turbidity. — Ap-
proved by the Resolution of the State Committee of the USSR, the Council of Ministers of standards from
May 24, 1974, № 1309 (in Russian).
6. Babko A.K., Pilipenko A.T. Methods of non-metals determination. Moscow: Chemistry, 1974 (in Russian).
7. Water treatment: A Guide, Ed. Belikova S.E. Moscow: Aqua-Therm, 2007 (in Russian).
8. Henze М., Armoes P., Jes la Cour Jansen, Аrvаn E. Wastewater treatment, Moscow: Mir, 2006 (in Russian).
9. Andrusishina I. Water and water purification technologies. 2012, No 5: 4—9 (in Russian).
10. Seminska O.O., Kucheruk D.D., Balakina M.M., Goncharuk V.V. Dopov. NAS of Ukraine, 2015, No 7: 150—156
(in Ukrainian).
11. Seminskaya O.O., Balakina M.N., Kucheruk D.D., Goncharuk V.V. J. Water Chem. and Ttechnology, 2016, 38,
No 1: 67—76 (in Russian).
Надійшло до редакції 18.04.2016
О.О. Семинская, Д.Д. Кучерук, М.Н. Балакина, академик НАН Украины В.В. Гончарук
Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, Киев
E-mail: olya.sunshine@gmail.com
ОЧИСТКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД МЕМБРАННЫМИ МЕТОДАМИ
Исследована эффективность предварительной подготовки сточной воды Киева для дальнейшей ее доочист-
ки на установках обратного осмоса путем фильтрования через песчаный фильтр с фракцией загрузки 1—
2 мм и последующей микрофильтрацией на керамическом микрофильтре из глинистых минералов. Установ-
лено, что предварительная обработка воды сочетанием выбранных методов способствует эффективной и
стабильной работе обратноосмотической мембраны, обеспечивая уменьшение мутности исходной воды на
99,9 %, содержания в ней фосфатов на 98,8 % и общего органического углерода на 94,8…99,0 % при постоян-
ных значениях ее удельной производительности до коэффициента отбора пермеата ~80 %.
Ключевые слова: очистка сточных вод, мутность, фосфаты, керамический микрофильтр, обратный
осмос.
O.O. Seminska, D.D. Kucheruk, M.M. Balakina, Academician of the NAS of Ukraine V.V. Goncharuk
A.V. Dumansky Institute of Colloid and Water Chemistry of the NAS of Ukraine, Kiev
E-mail: olya.sunshine@gmail.com
THE TREATMENT OF URBAN WASTEWATERS BY MEMBRANE METHODS
The efficiency of the preconditioning of Kyiv’s wastewater for its further purifying by reverse osmosis plants with
filtration through a sand filter with the 1—2 mm faction loading followed by the microfiltration on a ceramic micro-
filter with clay minerals is investigated. It is established that the combination of chosen water pretreatment methods
contributes to the efficient stable operation of the reverse osmosis membrane, providing a reduction of the source
water turbidity by 99.9 %, phosphate content in it by 98.8 %, and total organic carbon by 94.8...99.9 % at constant
values of its specific productivity to the permeate selection ratio of 80 %.
Keywords: wastewater treatment, turbidity, phosphates, ceramic microfilter, reverse osmosis.
|