Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров

Приведена упрощенная модель обезжелезивания воды на фильтрующей загрузке из природного клиноптилолита, основанная на результатах опытных исследований и промышленных испытаний. Обсуждены достоинства и недостатки модели. Показана возможность ее использования при оптимизации процесса деманганации воды...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Тарасевич, Ю.И., Кулишенко, А.Е., Поляков, В.Е., Остапенко, Р.В., Остапенко, В.Т., Кравченко, Т.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2013
Schriftenreihe:	Химия и технология воды
Schlagworte:	Физическая химия процессов обработки воды
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130757
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров / Ю.И. Тарасевич, А.Е. Кулишенко, В.Е. Поляков, Р.В. Остапенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 98-109. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130757
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1307572018-02-22T03:02:36Z Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров Тарасевич, Ю.И. Кулишенко, А.Е. Поляков, В.Е. Остапенко, Р.В. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Физическая химия процессов обработки воды Приведена упрощенная модель обезжелезивания воды на фильтрующей загрузке из природного клиноптилолита, основанная на результатах опытных исследований и промышленных испытаний. Обсуждены достоинства и недостатки модели. Показана возможность ее использования при оптимизации процесса деманганации воды на природном модифицированном клиноптилолите. Наведена спрощена модель знезалізнення води на фільтрувальному завантаженні з природного кліноптилоліту, що заснована на результатах досліджень і промислових випробувань. Обговорені переваги і недоліки моделі. Показана можливість її використання при оптимізації процесу деманганації води на природному модифікованому кліноптилоліті. Article narrates about simplified model of the iron removal with using clinoptilolite filter loading, based on the results of experimental studies and industrial tests. Advantages and disadvantages of the model are discussed. The possibility of its use in the optimization of manganese removal process is showed. 2013 Article Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров / Ю.И. Тарасевич, А.Е. Кулишенко, В.Е. Поляков, Р.В. Остапенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 98-109. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130757 628.161.2 ru Химия и технология воды Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды
spellingShingle	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды Тарасевич, Ю.И. Кулишенко, А.Е. Поляков, В.Е. Остапенко, Р.В. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров Химия и технология воды
description	Приведена упрощенная модель обезжелезивания воды на фильтрующей загрузке из природного клиноптилолита, основанная на результатах опытных исследований и промышленных испытаний. Обсуждены достоинства и недостатки модели. Показана возможность ее использования при оптимизации процесса деманганации воды на природном модифицированном клиноптилолите.
format	Article
author	Тарасевич, Ю.И. Кулишенко, А.Е. Поляков, В.Е. Остапенко, Р.В. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б.
author_facet	Тарасевич, Ю.И. Кулишенко, А.Е. Поляков, В.Е. Остапенко, Р.В. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б.
author_sort	Тарасевич, Ю.И.
title	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
title_short	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
title_full	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
title_fullStr	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
title_full_unstemmed	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
title_sort	упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Физическая химия процессов обработки воды
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130757
citation_txt	Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров / Ю.И. Тарасевич, А.Е. Кулишенко, В.Е. Поляков, Р.В. Остапенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Химия и технология воды. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 98-109. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT tarasevičûi uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov AT kulišenkoae uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov AT polâkovve uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov AT ostapenkorv uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov AT ostapenkovt uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov AT kravčenkotb uproŝennaâmodelʹobezželezivaniâidemanganaciivodynaklinoptilolitovojzagruzkefilʹtrov
first_indexed	2025-07-09T14:11:07Z
last_indexed	2025-07-09T14:11:07Z
_version_	1837178834195054592
fulltext	98 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 УДК 628.161.2 Ю.И. Тарасевич, А.Е. Кулишенко, В.Е. Поляков, Р.В. Остапенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ДЕМАНГАНАЦИИ ВОДЫ НА КЛИНОПТИЛОЛИТОВОЙ ЗАГРУЗКЕ ФИЛЬТРОВ Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев Приведена упрощенная модель обезжелезивания воды на фильтрующей загруз- ке из природного клиноптилолита, основанная на результатах опытных иссле- дований и промышленных испытаний. Обсуждены достоинства и недостатки модели. Показана возможность ее использования при оптимизации процесса деманганации воды на природном модифицированном клиноптилолите. Ключевые слова: автокаталитический процесс, деманганация, клиноп- тилолитовый туф, обезжелезивание, сорбция, фильтрование. Введение. Как правило, в специальной литературе [1, 2] технологи- ческие методы удаления из подземных вод соединений железа и марган- ца рассматриваются отдельно для каждого из компонентов. Однако в на- стоящее время сформировался подход к обезжелезиванию и деманганации воды как к единому процессу, что обусловлено общим происхождением и химическим родством данных элементов [3, 4]. Этот подход подкреп- лен сходством физико-химических свойств железа и марганца, которые входят в категорию тяжелых металлов, имея удельный вес соответствен- но 7,86 и 7,43 г/см3, атомный вес – 55,847 и 54,938. В периодической системе Менделеева оба элемента располагаются в четвертом периоде в соседних группах. Железо и марганец входят в состав земной коры в минералах, кото- рые особенно распространены в кремнистых породах. При соприкоснове- нии грунтовой воды с этими минералами в определенных условиях проис- ходит образование молекулярного или коллоидного раствора и отвод соединений железа и марганца. На эти процессы влияют температура, концентрации кислорода и диоксида углерода, окислительно-восстано- вительный потенциал, жизнедеятельность бактерий и другие факторы. Общность происхождения вод, содержащих железо и марганец, пре- допределяет и сходство методов их удаления. Поэтому как при обезже-  Ю.И. ТАРАСЕВИЧ, А.Е. КУЛИШЕНКО, В.Е. ПОЛЯКОВ, Р.В. ОСТАПЕНКО, В.Т. ОСТАПЕНКО, Т.Б. КРАВЧЕНКО, 2013 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 99 лезивании, так и при деманганации подземной воды применяют факти- чески одни и те же процессы: – окисление (восстановление) соединений железа (Fe2+ и Fe3+) и марганца (Mn2+, Mn3+, Mn4+ и Mn6+); – насыщение воды кислородом, удаление из нее свободной углекис- лоты (CO 2 ) и сероводорода (H 2 S); – фильтрование, включая каталитическое (автокаталитическое) окисление, механическое и сорбционное задерживание. Отличия проявляются в интенсивности протекания этих процессов, определяемой составом применяемых реагентов-окислителей или филь- трующих сорбентов. Например, если для окисления железа, как прави- ло, достаточно насыщения воды кислородом воздуха при упрощенной аэрации, то для марганца в воду необходимо вводить более сильные окис- лители. Автокаталитическая пленка из окислов железа, получаемая на зернах загрузки фильтров обезжелезивания природным путем, в случае деманганации заменяется предварительно нанесенной на зерна пленкой из диоксида марганца. Воспользуемся этой аналогией для прогнозирова- ния направлений оптимизации обоих процессов. Обезжелезивание воды в условиях Украины. Опыт показывает, что в условиях Украины очистить подземную воду от железа не составляет особых трудностей [5]. В большинстве случаев железо в подземной воде пребывает в форме бикарбоната Fe(ІІ), который является нестойким со- единением, легко окисляется и гидролизуется с образованием хлопьев гидроксида железа Fe(ІІІ): Fe(HCO 3 ) 2 + 2H 2 O Fe(OH) 2 + 2H 2 CO 3 ; 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 . После глубокой или упрощенной аэрации гидроксид железа выпада- ет в осадок и задерживается на поверхности и в порах загрузки фильт- ров. При использовании инертных фильтрующих материалов (кварцево- го песка, гранитного щебня и др.) требуется их начальная "зарядка", которая заключается в формировании на поверхности зерен автокатали- тической пленки из оксидов и гидроксида железа, других сопутствую- щих элементов (например, оксидов марганца). Наши многолетние исследования, проведенные на крупнозернистых щебеночных загрузках, позволили переосмыслить роль гидроксида же- леза при обезжелезивании. Если раньше основной акцент в автокатали- тическом механизме этого процесса придавался оксидам железа и мар- ганца, то при использовании крупнозернистых щебеночных загрузок 100 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 фракции 1 – 3 мм и более в него активно включался гидроксид Fe(OH) 3 , являющийся и катализатором, и сорбентом. Гидроксид адсорбирует ра- створенный в воде кислород и активизирует его превращение в атомар- ный (активированный) кислород, что значительно ускоряет процесс обез- железивания. Осадок гидроксида адсорбирует ионы железа Fe(ІІ) из воды с последующим окислением их кислородом до Fe(ІІІ). Приведенное описание широко изложено в литературе [6, 7] и пере- шло в разряд "классических". Тем не менее норматив [1] в п. 6.176 ре- комендует осуществлять выбор метода и расчетные параметры обезже- лезивания на основании результатов пробной очистки воды, проведенной непосредственно у источника водоснабжения. Это предохраняет от нео- жиданных ситуаций, связанных с наличием в воде трудноокисляемых соединений железа и неблагоприятными окислительно- восстановитель- ными условиями водной среды. Но за внешней логикой такого подхода скрывается ряд "подводных камней". Во-первых, нет четких методик пробного обезжелезивания, учиты- вающих масштабный переход при интерпретации результатов. Экспери- ментальные данные свидетельствуют о сильном влиянии пристеночных эффектов на результаты опытов. Например, изменение диаметра опыт- ного фильтра от 65 до 150 мм позволяет в два раза увеличить циклы филь- трования при прочих равных условиях. В работе [8] вообще использова- ны фильтровальные колонны высотой 3 м и диаметром не менее 100 мм или сечением 100 х 100 мм. Что же тогда говорить о лабораторных опы- тах, проведенных "в пробирках"? Может случиться, что позитивный ре- зультат подобных исследований просто не будет замечен. Во-вторых, как указано ранее, на начальной стадии процесса проис- ходит зарядка зерен фильтрующего материала, которая может длиться несколько недель. В этот период исследования подвержены так называе- мому "дрейфу данных" (их неконтролируемому изменению), что также усложняет интерпретацию результатов. Особенности обезжелезивания воды на клиноптилолитовом туфе. Отчасти стремление избежать этапа зарядки привлекло наше внимание к относительно новому фильтрующему материалу – клиноптилолитово- му туфу, добываемому в карьерах Закарпатья (Сокирницкое месторожде- ние). Его подробная характеристика изложена во многих работах, на- пример в [9]. По минералогическому составу до 75 % цеолитового туфа составляет природный алюмосиликат – клиноптилолит, сорбент с разви- той удельной поверхностью и ионообменными свойствами. В состав туфа также входит до 10 % кварца, 5 – 10 % полевого шпата, 5 – 10 % монт- мориллонита, 3 % карбоната и 1 – 3 % слюды. Этот материал заявлен [10] как базовый для реализации модели, приведенной ниже. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 101 Именно при обезжелезивании наглядно проявились некоторые осо- бенности применения клиноптилолита. Так, зарядка его зерен принци- пиально отличалась от зарядки инертных фильтрующих загрузок. На рис. 1 приведен характерный пример такой зарядки. 3 CFe, мг/дм3 2 1 2,5 23 27,5 47 51 55 76 80 tф, ч Рис. 1. Начальное возрастание концентрации железа С Fe в фильтрате крупнозернистого клиноптилолита в зависимости от продолжитель- ности фильтрования t ф (фракция загрузки – 3 – 10 мм, исходная концентрация железа – 8,4 мг/дм3, скорость фильтрования – 10 м/ч). В начале первых циклов фильтрования (после промывок) отмечают- ся пики повышения концентраций железа в очищенной воде. Эти пики бывают значительно "отодвинутыми" от начала координат, "сжатыми" или "растянутыми" во времени. В принципе, начальное ухудшение каче- ства фильтрата после промывок – явление известное. Но в данном слу- чае "проскоки" происходят за счет Fe (ІІ), т.е. исходного закисного желе- за, транзитом проходящего в фильтрат. Пути устранения этих пиков различны. Так, в [11] предлагается пред- варительно "дозаряжать" клиноптилолитовую загрузку солями железа, что позволяет частично избежать начального ухудшения качества фильт- рата. Однако для реализации такого способа необходимо применение ре- агентной установки, что существенно усложняет относительно простой процесс обезжелезивания. Кроме того, искусственное введение в слой заг- рузки солей железа может приводить к ухудшению качества фильтрата. Упрощенная модель процесса обезжелезивания. Для объяснения причин появления пиков ухудшения качества фильтрата рассмотрим ме- 102 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 ханизм обезжелезивания воды на клиноптилолите. Упрощенно он мо- жет быть проиллюстрирован моделью, показанной на рис. 2, которая пред- ставляет собой графическую интерпретацию происходящих процессов. Cx/C0 C1/C0 X1 X2 X3 3 2 1 C2/C0 C3/C0 0 1 1/ 2/ 3/ 2, 3 Рис. 2. Упрощенная модель обезжелезивания воды на природном клиноптилолите ( – безразмерное время фильтрования (число обменов воды), С/С 0 – безразмерные концентрации железа, X n – условные пики кривых обезжелезивания). 1 – 3 – кривые сорбции, 1– 3 – автокатали- тические кривые. В начальный период эксплуатации клиноптилолит очищает воду в основном за счет сорбции. Концентрация железа в очищенной воде близка к нулю, пока фронт сорбции железа по высоте загрузки ("сорбционная волна") не приблизится к выходу установки. После этого кривая измене- ния качества фильтрата стремится принять типичную форму выходной кривой 1 (см. рис. 2). Однако на процесс накладывается эффект, связан- ный с зарядкой загрузки (кривая 1). Поэтому результирующее качество фильтрата описывается интегральной кривой: С х /С 0 = f ( ) 1 + f ( ) 2 – 1, (1) где f( ) 1 – сорбционная, f( ) 2 – автокаталитическая составляющие про- цесса;  – безразмерное время протекания процесса (число обменов воды). Окисление Fe (II) с образованием пленки из оксидов железа, очевид- но, начинается одновременно с началом работы фильтра на поверхности инертных включений в составе цеолитового туфа. Кроме того, в межпо- ровом пространстве загрузки начинают накапливаться хлопья гидрокси- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 103 да железа. Происходит так называемая автокаталитическая зарядка заг- рузки (см. рис. 2, кривая 1. Постепенно оксиды и гидроксид железа пе- рекрывают доступ воды к пустотам кристаллического каркаса клинопти- лолита, ограничивая возможности сорбции. Автокаталитическая зарядка начинает превалировать над сорбцией. В точке Х 1 формируется пик, после которого интегральная кривая С х /С 0 = f () становится нисходящей. Промывка фильтра частично освобождает межпоровое пространство. Процесс сорбции возобновляется, но возможности его постепенно, от фильтроцикла к фильтроциклу, исчерпываются. Кривая сорбции 2 (см. рис. 2) смещается к началу координат. Автокаталитический процесс уси- ливается, большую роль начинает играть гидроксид железа, который "об- волакивает" зерна материала и частично сохраняется в фильтрующем слое. Соответственно, смещается кривая автокаталитической зарядки заг- рузки 2, а пик в точке Х 2 снижается. И наконец, наступает момент, когда автокаталитический процесс пол- ностью подавляет сорбционный, а клиноптилолитовая загрузка начина- ет действовать как инертный фильтрующий материал. Кривая 3 см. рис 2 смещается вниз по оси ординат; результирующая интегральная кривая качества фильтрованной воды С х /С 0 = f () сглаживается и снижа- ется. Качество фильтрата существенно улучшается (точка Х 3 ). Частные случаи интерпретации модели. Признавая упрощенный и формализованный характер предложенной модели, можно отметить, что она хорошо объясняет случаи кривых изменения качества фильтра- та, которые мы получаем на практике. Так, на рис. 1 показана кривая зарядки загрузки крупной фракции, когда механизм сорбции исчерпал себя, а фильтрующий слой недостаточно зарядился. В таких случаях ос- новную роль в процессе очистки берет на себя гидроксид железа. Поэто- му чрезмерная отмывка фильтра снова приводит к длительным проско- кам железа (ІІ) в фильтрат. Из-за таких неблагоприятных эффектов целесообразно отказаться от применения загрузок фракции > 3 – 4 мм. При менее крупных загрузках пики ухудшения качества воды сдви- гаются к началу координат и снижаются по высоте. Однако при относи- тельно небольших концентрациях исходного железа могут возникать про- блемы с накоплением гидроксида, достаточного для нейтрализации начального ухудшения фильтрата. При этом кривые изменения качества воды приобретают вид, показанный на рис. 3. 104 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 2 6 10 14 18 0,2 0,4 0,6 0,8 CFe, мг/дм3 tф, ч Рис. 3. Начальное возрастание концентрации железа С Fe после клинопти- лолитового фильтра в зависимости от продолжительности фильтро- вания t ф (фракция загрузки – 1 – 4 мм, исходная концентрация железа – 1,5 мг/дм3, скорость фильтрования – 6 м/ч). Можно заметить, что пик ухудшения качества воды в этом случае не сформировался, поскольку в действие, практически с момента начала фильтроцикла, вступил автокаталитический процесс. Кривая изменения качества воды, особенно в правой части, соответствует автокаталитичес- ким кривым 1 – 3 модели (см. рис. 2). Во избежание негативного воз- действия такого ухудшения качества фильтрата в составе станции (уста- новки) следует иметь несколько фильтров, которые необходимо промывать со смещением во времени. Аналитическое определение каждой из составляющих уравнения (1) для натурных условий практически невозможно, так как нельзя разде- лить процессы сорбции и автокаталитической зарядки загрузки. Тем бо- лее, что при длительной эксплуатации сорбционные свойства клинопти- лолита утрачиваются, и на первый план выступает автокаталитический механизм обезжелезивания. С позиции оптимизации процесса важны правые ветви интегральных кривых С х / С 0 = f (), которые в определен- ном приближении можно рассматривать как кривые автокаталитической зарядки загрузки. Установлено, что правые (нисходящие) ветви интегральных кривых (1) достаточно точно описываются степенной функцией: ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 105 С х / С 0 = A ,  , (2) в которой показатель  характеризует кривизну кривой или ее уклон в логарифмических координатах. Наибольшее влияние на  оказывает размер фракций фильтрующе- го материала. В примере, показанном на рис. 3,  составляет 1,57. Комп- лекс данных свидетельствует, что при  < 1,2 (крупнозернистые загруз- ки) процесс зарядки развивается медленно, а качество фильтрата может так и не выйти на нормативный уровень. Но и превышение > 2,5 (мел- кие загрузки) приводит к негативному результату, поскольку процесс обезжелезивания смещается к верхним слоям фильтра, которые быстро загрязняются. Таким образом, удаление ионов железа из воды с применением кли- ноптилолитовой загрузки осуществляется при взаимодействии двух ме- ханизмов: сорбционного и автокаталитического. Одновременность дей- ствия этих механизмов, их практическая нераздельность усложняют выбор оптимальных параметров водоочистки. Но определив на стадии проб- ного обезжелезивания коэффициенты  для правых ветвей интеграль- ных кривых, можно предварительно выбрать фракционный состав мате- риала, скорость фильтрования и другие показатели, оптимальные для данных условий. Особенности деманганации воды на модифицированном кли- ноптилолите. При деманганации воды загрузка из природного кли- ноптилолита предварительно покрывается диоксидом марганца, т. е. мо- дифицируется [12]. В идеальном случае отработка сорбционного ресурса загрузки происходит так, как показано на рис. 4. По мере исчерпания сорбционной способности загрузки фронт концентраций марганца сме- щается по высоте установки, пока в фильтрате не появляется марганец, концентрация которого возрастает с ускорением, достигая исходного уровня. Однако данные рис. 4 свидетельствуют, что еще до исчерпания сорб- ционного ресурса (через четыре часа) концентрация марганца на выходе установки не соответствует нулю и устанавливается на некотором уров- не. "Послойный" анализ концентраций марганца в ходе фильтроцикла, показанный на рис. 5, позволяет отметить, что при внешнем "благополу- чии" на выходе установки в глубине слоя загрузки наблюдаются значи- тельные колебания концентраций, свидетельствующие о послойном пе- реносе марганца, возможно, вследствие нестабильности локальных скоростей фильтрования. 106 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0 I II III IY Y Слои загрузки 1 ч 4 ч 9 ч 23 ч Норматив CMn, мг/дм3 Рис. 4. Движение фронта сорбции по высоте модифицированного клиноптилолита (фракция загрузки – 1 – 2 мм, исходная концентрация марганца – 1,6 – 1,7 мг/дм3, скорость фильтрования – 5 м/ч). Подобные исследования, проведенные на напорной пилотной уста- новке, загруженной модифицированным клиноптилолитом фракции 1 – 4 мм, позволили получить в течение пяти суток нулевую концентрацию марганца на выходе (рис. 6). Остальные 24 сут график качества фильтра- та имел нестабильный характер, зависящий от качества исходной воды. Концентрация марганца в исходной воде также была крайне нестабиль- ной, поскольку зависела от режима работы действующей станции обез- железивания, после которой подключена установка, а также от графика включения действующих скважин и других факторов, связанных с эксп- луатацией промышленного водозабора. Но концентрация марганца в фильтрате в течение всего месяца соответствовала нормативу с тенден- цией к возрастанию. То есть и в этом случае фактически проявлялась кривая сорбции типа 1 (см. рис. 2), сильно "растянутая" во времени. Но при этом отсут- ствовал автокаталитический элемент процесса, столь важный для обез- железивания. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 107 СMn, мг/дм3 Исходная вода Слой І Слой ІІ Слой ІІІ Слой ІV Слой V Норматив tф, ч 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 3 15,5 18 24 27 41 43 47 51 64 66 71,5 73 74,5 88 Рис. 5. Послойное изменение концентрации марганца по высоте модифицированного клиноптилолита (исходные параметры – см. рис. 4). СMn, мг/дм3 tф, ч 0,6 0,4 0,2 25 78 143 166 195 236 331 427 523 616 Рис. 6. Изменение концентрации марганца на входе (1) и выходе (2) пилотной напорной установки, загруженной модифицированным клиноптилолитом (фракция – 1 – 4 мм, исходная концентрация марганца – 0,1 – 0,7 мг/дм3, скорость фильтрования 5 – 7 м/ч). 108 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 Выводы. Клиноптилолитовый туф широко используется в Украине при обезжелезивании воды. В настоящее время разработан способ приме- нения этого материала, модифицированного окислами марганца, для де- манганации воды. Общность происхождения вод, содержащих железо и марганец, и подобие железа и марганца как химических элементов позволяют рас- сматривать процессы их удаления с позиций аналогии. Так, из двух механизмов обезжелезивания (сорбционного и автокаталитического) в процессе деманганации на модифицированном клиноптилолите за- действован только первый – сорбционный. Автокаталитический ме- ханизм, если и проявляется, то только на уровне пленки, нанесенной на поверхность зерен материала. С другой стороны, относительно большой размер фракций применяемого материала и, соответствен- но, локальных каналов для протока воды усиливает нестабильность процессов, протекающих при деманганации. При обезжелезивании эти каналы частично заполнены гидроксидом железа, который выполняет роль своего рода буфера, стабилизирующего работу фильтра. Таким обра- зом, деманганацию воды можно усилить и стабилизировать путем допол- нительного включения в работу автокаталитического механизма, что, по нашему мнению, может быть достигнуто в присутствии незначительных концентраций Fe (ІІ) (в диапазоне 0,2 – 0,3 мг/дм3). Резюме. Наведена спрощена модель знезалізнення води на фільтру- вальному завантаженні з природного кліноптилоліту, що заснована на ре- зультатах досліджень і промислових випробувань. Обговорені переваги і недоліки моделі. Показана можливість її використання при оптимізації процесу деманганації води на природному модифікованому кліноптилоліті. Y.I. Tarasevych, O.Y. Kulishenko, V.O. Poliakov, R.V. Ostapenko, V.T. Ostapenko, T.B. Kravchenko SIMPLIFIED MODEL OF REMOVING IRON AND MANGANESE FROM THE WATER USING CLINOPTILOLITE FILTER LOADING Summary Article narrates about simplified model of the iron removal with using clinoptilolite filter loading, based on the results of experimental studies and industrial tests. Advantages and disadvantages of the model are discussed. The possibility of its use in the optimization of manganese removal process is showed. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2013, т. 35, №2 109 Список использованной литературы [1] СНиП 2.04.02 - 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат, 1985. – 136 с. [2] Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий / Под ред. И.А.Назарова. – М.: Стройиздат, 1977. – 288 с. [3] Teodorescu M. Optimizarea deferizarii si demanganizarii apei. – Bucuresti: Tehnica, 1979. – 204 p. [4] Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. – М.: Стройиздат, 1987. – 240 с. [5] Кулішенко О.Ю., Остапенко В.Т., Кравченко Т.Б. // Отопление, водоснабжение, вентиляция и канализация. – 2009. – № 4/5. – С.44 – 45. [6] Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. – М.: Стройиздат, 1978. –160 с. [7] Tarasevich Yu.I.,Goncharuk V.V., Polyakov V.E., Krysenko D.A., Ivano- va Z.G., Aksenenko E.V., Trifonova M.Yu.// J. Ind. and Eng. Chem. – 2012. – 18.– P. 1438 – 1440. [8] Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. – М.: Стройиздат, 1964. – 156 с. [9] Rudenko G.G., Kravchenko V.A., Kulishenko A.E., Tarasevich Yu.I., Kravchen- ko N.D. // J. Water Chem. and Technol. – 1988.– 10, N2. – Р. 115 – 118. [10] Пат. 95840 Україна, МПК С02F 1/64, C02F 7/00, B01D 24/02 / О.Ю. Кулі- шенко, В.Т. Остапенко, В.В. Гончарук та ін. – Опубл. 12.09.2011, Бюл. №17. [11] Пат. 15868 Україна, МПК С02F1/64 / В.А. Кравченко, Н.Д. Кравченко, О.Ю. Кулішенко та ін. – Опубл. 30.06.1977, Бюл. №3. [12] Пат. 23026 Україна, МПК C02F 1/64 / В.О. Поляков, В.Т. Остапенко, І.Г. Полякова та ін. – Опубл. 30.06.1998, Бюл. №3. Поступила в редакцию 04.07. 2012 г.

Упрощенная модель обезжелезивания и деманганации воды на клиноптилолитовой загрузке фильтров

Institution

Ähnliche Einträge