Методическое пособие 820

COMPARATIVE EVALUATION

OF THE ENERGY AND ECONOMIC EFFICIENCY

THE GAS SUPPLY SYSTEMS OF SMALL TOWNS

O. N. Medvedeva1, N. S. Bessonova2

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,

Institute of Civil Engineering and Architecture1, 2

Russia, Saratov

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply, Ventilation, Water Supply and Applied Fluid Dynamics, tel.: (8452)99-88-93, e-mail: medvedeva-on@mail.ru

2PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply, Ventilation, Water Supply and Applied Fluid Dynamics, tel.: (8452)99-88-93

Statement of the problem. An important reserve for decreasing the consumption of materials of gas pipelines is to increase the operating pressure in the gas distribution system. The introduction of the practice of design of the gas supply system with household stabilizers of pressure requires developments of scientific methods of calculation and design.

Results. The annual saving of fuel gas due to the pressure stabilization according to experimental research of the authors is 2—3 %. Installation of house regulators gas pressure also ensures saving of fuel gas. In the presence of stabilizers, gas plants operate at a gas pressure close to nominal, i. e. at maximum efficiency.

Conclusions. The results of the study allow us to conclude about the effectiveness of the use of networks of medium pressure gas with the subsequent reduction to the desired values brownies pressure controllers or regulators-stabilizers. Installation of household stabilizers gas pressure also provides fuel savings. In the presence of stabilizers gas-installations can operate at a pressure of the gas is close to par, i. e. with maximum efficiency. The research results lead to the conclusion about the effectiveness of the use gas network of medium pressure, followed by pressure reduction up to the required values of household pressure regulators or regulators-stabilizers.

Keywords: gas distribution network, gas pressure regulator, gas pressure stabilizer, annual adjusted cost, pressure rating, energy efficiency.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ СОВМЕСТНО С СОВЕТОМ ПО ГРАНТАМ ПРЕЗИДЕНТА РФ ОБЪЯВЛЯЕТ КОНКУРС 2018ГОДА НА ПРАВО ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНТОВ ПРЕЗИДЕНТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЛЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Организатор конкурса – Министерство образования и науки РФ.

Заявка на участие в конкурсе подается в электронном виде на специализированном сай-

те ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ (grants.extech.ru).

Инструкция размещена на сайтах Минобрнауки России (минобрнауки.рф) и ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ (grants.extech.ru).

Регистрация соискателя гранта на сайте grants.extech.ru и заполнение им интерактивных форм на своей персональной странице являются обязательными. Завершить работу на сайте необходимо в срок до 16 часов 00 минут московского времени 16 октября 2017 г.

Контактные телефоны ФГБНУ НИИ РИНКЦЭ: (499)259-24-86, (499)259-29-78.

31

Научный журнал строительства и архитектуры

ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

УДК 543.183

ВЛИЯНИЕ ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА КАЧЕСТВО ВОДЫ

Г. В. Славинская1, О. В. Куренкова2

Воронежский государственный технический университет1 Россия, г. Воронеж

Кадетский корпус (инженерная школа) Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Г. Жуковского и Ю. А. Гагарина»2

Россия, г. Воронеж

1Д-р хим. наук, проф. кафедры химии, тел.: (473)249-89-70, e-mail: slavgv@mail.ru

2Канд. хим. наук, учитель химии, тел.: (473)223-46-55, e-mail: kovov84@mail.ru

Постановка задачи. Обработка природной воды в настоящее время производится с применением фильтрующих материалов разного типа — ионообменников и инертных материалов типа активного угля, антрацита, песка, цеолитов и др. В процессе очистки зафиксировано поступление побочных веществ из фильтров. Особенно этим отличаются ионообменники. Необходимо иметь представление о характере примесей и предотвращать вторичное загрязнение воды путем специальной подготовки сорбентов.

Результаты. Установлено, что товарные ионообменники выделяют в воду как минеральные, так и органические соединения. Зафиксирован выброс в воду ранее поглощенных веществ после регенерации фильтров. Впервые показано, что к деструкции ионитов приводит даже поток дистиллированной воды. Кроме того, все сорбенты загрязняют воду микроорганизмами.

Выводы. Испытан предложенный способ очистки ионитов от мономеров и других веществ, вводимых при синтезе ионообменников, с контролем регенератов. Установлено, что аниониты в основной форме химически менее устойчивы, чем в солевой. Предложены меры, ограничивающие размножение микроорганизмов в промышленных ионообменных фильтрах.

Ключевые слова: ионообменники, мономеры, очистка, реагенты, микроорганизмы.

Введение. В настоящее время в технологии водоподготовки для населения и промышленных производств широко применяются фильтрующие материалы. Они используются и в бытовых фильтрах. Первыми на поведение ионообменников в воде обратили внимание пользователи обессоленной воды, которую невозможно получить без применения синтетических ионитов [1, 8, 19].

Технологи водоподготовки не имеют затруднений при удалении минеральных компонентов из воды. Серьезная причина, осложняющая процесс глубокого обессоливания природных вод, — присутствующие в них органические вещества [5, 22—24, 27—29, 31]. Для удаления последних кроме традиционных применяются специальные методы, в том числе селективные иониты. С их помощью извлекаются вещества многих классов органических веществ, а также гуминовые (ГК) и фульвокислоты (ФК) [1, 30, 33, 34]. Однако при деминерализации воды ионообменники (как обессоливающие, так и поглощающие органические ве-

© Славинская Г. В., Куренкова О. В., 2017

32

щества) добавляют в нее примеси органического характера. Это явление называют вторичным загрязнением [7, 11, 20, 28, 32, 35]. Исследованию таких веществ посвящено много работ, в том числе [2, 13, 14, 35]. Обнаруженная проблема для предотвращения вымывания примесей из ионообменников вынудила исследователей искать способы их очистки от веществ, снижающих качество обессоленной воды [3, 6, 9, 12, 17, 26]. Еще одно осложнение при обработке воды сорбентами любого типа — размножение в ионообменных и сорбционных фильтрах с инертной загрузкой микроорганизмов, следствием чего является бактериальное загрязнение очищаемой воды.

1.Оценка влияния потока воды на физико-химические свойства анионита АВ-17-8.

Вбольшинстве работ, посвященных явлению вторичного загрязнения воды при ее обессоливании, основное внимание уделяется идентификации примесей и методам подготовки ионообменников к эксплуатации в промышленных ионообменных установках. При этом сам ионит исследованиям не подвергался. Нами предпринята попытка изучения физикохимических свойств наиболее часто применяемого анионита АВ-17-8 после длительного контакта с потоком дистиллированной воды.

Аниониты этого типа синтезированы на основе стирола и 8 % дивинилбензола (ДВБ). Полученный сополимер подвергают хлорметилированию с последующим аминированием триметиламином, в результате чего образуются четвертичные бензилтриметиламмониевые функциональные группы, которые обеспечивают обмен ОН-ионов анионита на анионы из воды [4, 21]. В предполагаемой структурной формуле имеются звенья с бензольными кольцами и боковыми метильно-метиленовыми группами (рис. 1).

Рис. 1. Строение элементарного звена анионита АВ-17-8

Аниониты этого типа обладают сильно ионизированными, содержащими азот, положительно заряженными ионогенными группами, которые поглощают из воды не только анионы сильных кислот, но и слабые кислоты — угольную и кремниевую. Содержание последней жестко лимитируется в обессоленной воде, используемой в производстве прецизионных приборов, в атомной и теплоэнергетике и др. [1]. В установках глубокого обессоливания фильтры с такими анионитами располагаются в конце технологической цепочки для доочистки от микроколичеств минеральных и органических веществ, а также для обескремнивания воды. Кроме того, анионит АВ-17-8 используется на второй ступени обессоливания в фильтрах смешанного действия (смесь катионита КУ-2-8 и анионита АВ-17-8) и затем на последнем этапе обессоливания в финишных установках, из которых вода подается непосредственно на рабочее место для использования по назначению [1].

Сведения о химической устойчивости ионитов в таких фильтрах чрезвычайно важны, так как после них в системе уже не будет барьеров для задержания примесей. Судя по строению элементарного звена анионита, это довольно рыхлая структура (рис. 1), что дает повод для сомнений относительно химической устойчивости анионообменника.

Если в процессе обессоливания природной воды фильтр с анионитом АВ-17-8 используется как фильтр первой ступени, то на него действуют анионы слабых и сильных кислот, соединения железа, органические вещества, окислители, кроме того, они претерпевают изменение объема гранул при переводе отработанных солевых ионных форм в ОН-форму при регенерации щелочными растворами.

33

Научный журнал строительства и архитектуры

Но так как чаще всего аниониты типа АВ-17-8 завершают процесс обработки воды, следовательно, они используются для доочистки уже частично обессоленной воды. Поэтому исследовали образец анионита после длительного контакта с дистиллированной водой. К сожалению, нам не удалось изолировать воду от кислорода воздуха и угольной кислоты.

2.Подготовка анионита к испытанию осуществлялась в соответствии с ГОСТ 10986-78, исходя из предположения применения его в фармацевтической, пищевой промышленности и в медицинских целях. Сухой ионит выдерживали в течение 5 ч в насыщенном растворе поваренной соли (24—26 %), затем раствор декантировали и проводили пятикратную отмывку анионита от соли. Затем его переносили в колонку и пропускали через 5-процентный раствор соляной кислоты до выравнивания концентрации ионов железа в растворе кислоты и фильтрате. После отмывки от кислоты водой через загрузку пропускали 5-процентный раствор NaOH до выравнивания окисляемости щелочного раствора на входе и выходе из колонки. Анионит, переведенный в ОН-форму, отмывали глубоко обессоленной водой с удельным электрическим сопротивлением 10…18 МОм∙см до отсутствия электролитов в промывной воде.

Методом мокрого рассева для возможной последующей оценки гранулометрического состава и степени разрушения гранул анионита выделили фракцию с размером зерен 0,42…0,63 мм по ГОСТ 16187-70. Полную обменную емкость определяли по ГОСТ 20255.1-90. Она равна 3,89 мг-экв/г, в том числе 3,15 мг-экв/г приходится на сильно диссоциированные группы. Влагосодержание — 1,47 г Н2О/г анионита.

3.Влияние потока воды на ионит в динамическом режиме. Анионит АВ-17-8 был загружен в четыре стеклянные колонки. Через них пропустили разное количество дистилли-

рованной воды с линейной скоростью потока 15 м/ч. После фильтрования каждых 2000 объемов воды, кратных объему загрузки, анионит регенерировали пятью объемами раствора 1 моль/л NaOH и отмывали 50 объемами дистиллированной воды. В итоге через колонки было пропущено 25, 50 и 100 тысяч объемов воды и проведено 12, 25 и 50 регенераций соответственно. Через еще одну колонку профильтровали 100 тыс. объемов воды, но не регенерировали. Этот эксперимент можно считать «холостым» опытом.

Аниониты были выгружены из колонок и подвергнуты рассеву на ситах с указанным размером отверстий. Выявлен объем гранул анионита, которые остались на сите с размером отверстий 0,42 мм (рис. 2). То есть это объем зерен, которые не разрушены в эксперименте.

Рис. 2. Уменьшение влагоемкости (1) и количества, мл,

исходных зерен анионита (2)

Судя по рис. 2 (кривая 2), количество целых гранул уменьшается с объемом пропущенной воды, и в конце эксперимента, когда объем составил 100000 объемов загрузки анионита АВ-17-8, потеря составила 34 %. Площадь контакта фрагментов неправильной формы с водой значительно возросла, что должно интенсифицировать растворение матрицы. Все продукты деструкции остались в воде, загрязняя ее.

Кривая 1 (рис. 2) отражает уменьшение влагосодержания анионита. Оно при объемах пропущенной воды 25, 50 и 100 тысяч объемов и числе регенераций 12, 25 и 50 раз составляет 4, 9 и 17 % соответственно. Этот показатель является важной характеристикой анионита.

34

Наличие в нем воды обусловлено процессом гидратации функциональных групп, которые имеют положительный заряд (см. рис. 1). Уменьшение влагосодержания свидетельствует об уменьшении их количества. Этот косвенный факт подтверждают данные определения полной обменной емкости анионита (ПОЕ) до и после пропускания воды (рис. 3).

Рис. 3. Изменение полной обменной емкости (1)

и количества сильно диссоциирующих функциональных групп (2)

в зависимости от числа регенераций

Отметим, что разность между ПОЕ и количеством сильно ионизированных групп равна количеству низкоосновных, то есть слабодиссоциированных групп. Она составляет 0,72…0,75 мг-экв/л как в товарном образце (3,89-3,15), так и во всех остальных порциях анионита. Из этого следует, что в процессе фильтрации воды анионит теряет только сильноосновные функциональные группы. В результате ПОЕ уменьшается. То есть происходит дезаминирование анионита (уменьшение количества азотсодержащих фрагмен-

тов (рис. 1)) [18]:

R-CH2N (CH3)3OH + H2O R-CH2OH + NH (CH3)3OH.

Так как продукты деструкции постоянно выводятся из ионита, равновесие этой реакции постоянно сдвигается вправо, то есть в сторону его дезаминирования. Как долго продлится этот процесс? Это важный вопрос, так как вымывающиеся из анионита АВ-17-8 вещества загрязняют очищаемую воду на последнем этапе ее обессоливания.

Полученные результаты однозначно свидетельствуют о постоянном выносе примесей из ионообменников даже в дистиллированной воде. В «холостом» опыте ПОЕ снизилась с 3,89 до 3,12 мг-экв/г и количество сильно ионизированных групп уменьшилось с 3,15 до 2,34 мг-экв/г, то есть эти показатели абсолютно такие же, как в случае опыта с 50-ю регенерациями, когда было пропущено 100000 объемов воды. Единственное отличие — доля разрушенных гранул не превышает 14,2 % против 34,0 % в опытах с регенерацией анионита.

То есть с уверенностью можно сказать, что в динамическом режиме просто потоком воды разрушается 14 % анионита, а обработка раствором щелочи способствует растрескиванию еще 20 % загрузки. Такое явление неизбежно: при поступлении раствора щелочи в фильтр зерно анионита сжимается в соответствии с законами осмоса, а также потому что анионит из солевой (углекислотной, мало набухающей формы) переводится в гидроксидную, многоводную ионную форму, в результате чего объем зерна увеличивается.

Во времена создания упомянутого ГОСТа 16187-70 рекомендуемая обработка считалась достаточной, так как не было данных о поведении ионитов при обессоливании воды. Позже, когда при производстве больших интегральных схем потребовалась вода более высокого качества, вновь встал вопрос о предварительной подготовке ионообменников.

4. Исследование эффективности разных способов очистки начали проводить много лет назад [17]. Идея глубокой отмывки ионитов от примесей была реализована с применением аппарата Сокслета [9]. Это экстрактор. В колбу заливается растворитель. В горловину колбы вставлена стеклянная трубка с впаянной пористой стеклянной перегородкой, на которую помещается ионит. При нагревании колбы пары воды проходят через навеску ионита, поступают в обратный холодильник, где конденсируются, а образовавшаяся вода стекает в колбу. Таким образом осуществляется многократная промывка ионита парами растворителя,

35

Научный журнал строительства и архитектуры

при этом испаряется одна и та же порция воды. Через 20 ч экстракции растворитель заменялся новым объемом.

Испытаны товарные (исходные) образцы ионитов (в качестве эталонов сравнения), а также подготовленные двумя способами: по ГОСТ 16187-70 (способ I) и после обработки ионита 1,5 моль/л раствором соляной кислоты, промывки водой, 0,5 моль/л раствором едкого натра и вновь водой (способ II) [9].

Оказалось, что способ предварительной обработки образца влияет на ход процесса отмывки ионита от примесей в экстракторе. Общую сумму извлеченных из катионита КУ-2-8 восстанавливающих примесей отражает рис. 4.

Рис. 4. Сумма вымытых из катионита КУ-2-8 веществ за 100 ч экстракции паром по перманганатной (а)

и бихроматной (б) окисляемости (подготовка по способам I и II)

Судя по полученным в [9] данным, товарные (исходные) образцы в меньшей степени поставляют в воду загрязнения, то есть медленнее, чем подготовленные. Это значит, что они неопределенно долго будут загрязнять воду. Возможно, причина в том, что в процессе обработки анионита по способу I изменялись тип (NaCI, NaOH, HCI) и концентрация реагентов, а также ионная форма катионита, что вызывало сжатие или расширение гранул. Это приводило к «дыханию» ионита, что облегчало выход примесей из раскрывшихся пор. Наглядно показано, что выброс веществ больше из образца, подготовленного по способу I, который выдерживался для равномерного набухания в насыщенном растворе NaCI. Изменение количества вымывающихся органических веществ в единицах окисляемости по циклам показано на рис. 5.

Рис. 5. Изменение бихроматной (1) и перманганатной (2) окисляемости экстрактов

Как следует из положения и формы кривых на рис. 5, показатели окисляемости резко снижаются в течение первых четырех циклов экстракции. Далее результат практически не изменяется, что делает продолжение отмывки нецелесообразным. Этот вывод подтверждается результатами объективного определения оптической плотности экстрактов во всех циклах, измеренной при длине волны 215 нм.

Можно заключить, что в воду из катионита КУ-2-8 постоянно поступает некоторое количество восстанавливающих соединений. Данный факт авторы расценивают или как растворимость, или как результат деструкции катионита.

Сопоставление оптической плотности экстрактов из катионита КУ-2-8 и анионита АВ-17-8 позволяет сделать вывод о меньшей химической стойкости катионита, о чем свидетельствуют более высокие цифры этого теста (рис. 6).

36

Рис. 6. Кривые отмывки анионита АВ-17-8 от органических примесей (красный цвет)

и катионита КУ-2-8 (синий цвет) в циклах 1—5 по величине оптической плотности фракций при длине волны 240 нм

Эти ионообменники синтезированы на одной и той же матрице — сополимере стирола и дивинилбензола. Различным является тип носителя функциональных групп: в катионит их вводят путем сульфирования, в анионит — аминирования. Возможно, на этом этапе имеет место поступление в иониты загрязняющих веществ или их образование в ионите.

В поисках эффективного способа отмывки ионитов использовали растворители — диоксан и бензол. В этой серии экспериментов экстракцию проводили в течение 100 часов. Один цикл — 20 часов. Использовали по 50 мл ионита и 100 мл растворителя. Через 20 часов меняли объем растворителя. Экстракты анализировали. Результаты измерения их оптической плотности приведены на рис. 7.

Рис. 7. Спектры поглощения чистого диоксана в бидистилляте (1) и диоксановых экстрактов из катионита КУ-2-8 товарного (2)

и обработанного по способу I (3)

Как показано на рис. 7, диоксан, как и пары воды, извлекает примеси из ионита, в результате этого оптическая плотность растворителя возрастает, причем в равной мере как после контакта с товарным, так и с предварительно подготовленным образцом катионита КУ-2-8. Нужно отметить, что такая же зависимость наблюдается при исследовании бензольных экстрактов, только максимум поглощения не при 240, а при 250 нм.

Таким образом, обработкой ионитов бензолом и диоксаном также не удалось остановить вымывание примесей. Создается впечатление, что ионообменные материалы постоянно загрязняют очищаемую воду и получить их чистые формы невозможно [9]. Этот неутешительный вывод сделан на основании результатов работы [25].

Нами исследовано влияние кратности попеременной обработки анионитов АВ-17-2П и АВ-17-10П растворами КОН и НС1 на качество пропускаемой дистиллированной воды, которое оценивали по величиной ее оптической плотности при = 205 нм и длине кюветы 100 мм, а также перманганатной окисляемости промывных вод и регенератов [25].

Нам удалось, возможно, полностью освободить от примесей эти два образца анионообменников. Такой вывод сделан исходя из того, что при их длительном выдерживании в дистиллированной воде не увеличивалась ее оптическая плотность. Однако прекратить вынос незаполимеризовавшихся мономеров и других нежелательных продуктов стало возможным ценой огромного расхода реагентов и воды: в лабораторных условиях было затрачено 50 экв. NaOH, 30 экв. HCl и 900 кратных объемов дистиллята в расчете на 1 л ионита [25]. При ис-

37

Научный журнал строительства и архитектуры

пользовании подготовленных таким образом сорбентов для обессоливания воды оказалось, что аниониты не выделяют, а наоборот, активно поглощают содержащиеся в ней органические вещества, при этом оптическая плотность снижается от 0,39 до 0,14 (АВ-17-10П) и от 0,39 до 0,075 (АВ-17-2П). Однако такой расход реагентов создает большие экологические проблемы. Поэтому технологи пытаются проводить предварительную подготовку ионитов экологически более щадящими методами.

Авторы [3] сделали вывод: есть иониты, которые при любом способе отмывки постоянно выделяют в воду биологически активные примеси. К таким относится анионит АНТ-251 на основе дивинилбензола и 2-метил-винилпиридина. Их применять в технологиях, которые обрабатывают воду, контактирующую с пищевыми продуктами, нельзя. Они выделяют в воду фенол (КУ-1), формальдегид (аниониты на основе анионита ИА-2), полиэтиленполиамины (аниониты АВ-16ГС, ЭДЭ-10П, АН-31 и др.). При этом количество выделяющихся мономеров превышает ПДК.

Химическая стойкость ионитов в вышеприведенных работах [12, 14, 25] изучалась в водных растворах. Авторы [7] исследовали поведение ионитов в сахарных растворах, так как с их помощью проводилось удаление красящих веществ в сахаро-рафинадном производстве при высокой температуре. Из ионитов получали экстракт: 1 объем ионита и 7 объемов воды, выдерживая 1 и 8 часов при температуре 80 оС. Кроме окисляемости в экстрактах определяли бромное число (непредельные соединения) и сухой остаток (нелетучие вещества). Все эти группы примесей были обнаружены в экстрактах. ИК-спектры констатируют присутствие фрагментов ионообменников. То есть иониты на стирольной основе частично переходят в растворимое состояние как в воде, так и в растворах сахара. Причем в наибольшем количестве, как установили в [7], они извлечены из партий ионитов, которые были в эксплуатации в промышленных фильтрах.

Последняя информация нас заинтересовала в связи с тем, что в ионообменных установках обессоливания ионообменники эксплуатируются годами. Влияние работавшего катионита на состав примесей воды было исследовано нами на промышленной ионообменной установке обессоливания речной воды производительностью 40 м3/ч.

На протяжении рабочего периода отбирали пробы воды до и после фильтра с катионитом КУ-2-8. В них определяли содержание гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), которые всегда присутствуют в природных водах и придают им желтоватую окраску. Результаты анализа проб представлены в таблице.

Из представленных данных следует, что в процессе всего рабочего периода концентрация гуминовых СГК и фульвокислот СФК в Н-катионированной воде больше, чем в воде исходной, даже в конце фильтроцикла. Но их содержание в фильтрате со временем становится меньше, то есть катионит как бы «отмывается» от органических примесей, десорбированных при кислотной промывке. Результат неожиданный. Считается, что катиониты, имеющие отрицательно заряженные функциональные группы ( SO3-), вообще не могут сорбировать эти органические кислоты. Однако данный эксперимент (таблица) говорит об обратном.

38

5. Микробиологическое загрязнение фильтрованной воды стали констатировать на предприятиях электронной промышленности. Одно из требований к качеству воды — отсутствие твердых частиц. К таковым относятся и микроорганизмы.

Анализ обессоливаемой воды показал [10], что наиболее активно растут бактерии на анионитовом фильтре, что, на наш взгляд, легко объясняется тем, что в его структуре имеются аминогруппы, азот которых является биогенным элементом, то есть необходимым для жизни других организмов. Кроме того, на гранулах анионита в процессе очистки воды сорбируются гуминовые и фульвокислоты, также содержащие азот. Это способствует усиленному росту числа микроорганизмов в воде.

Значительный рост числа бактерий имеет место в замкнутых контурах [16]. Такие системы имеют место в циклах охлаждения электрофизической аппаратуры. Их заполняют обессоленной водой. Она циркулирует через контур и колонну с ионитами: катионитом КУ-2-8 и анионитом АВ-17-8. Результаты оценки числа бактерий на рис. 8.

Рис. 8. Содержание микроорганизмов на входе (1) и выходе из колонки (2)

Здесь выявлена интересная зависимость: вначале микробное число профильтрованной воды меньше, чем таковое воды входящей. Потом они становятся равными (40…70 часов работы). Через некоторое время в воде фильтрованной микрофлоры становится больше, чем в исходной. Отметим, что количество микроорганизмов определялось методом посева, то есть нанесением аликвоты воды на питательную среду.

Такой прирост микрофлоры объясняется тем, что вначале бактерии закрепляется на поверхности гранул ионитов и на ней остаются. Затем следующие бактерии адсорбируются, образуя несколько слоев. Их энергия взаимодействия с твердой поверхностью невелика. При значительной заполненности поверхности часть микрофлоры просто смывается и оказывается в потоке воды. Затем их место занимают другие микроорганизмы, и их численность в потоке воды вновь уменьшается [16].

Тип бактерий и их количество оценивали в [15]. При контроле верхнего слоя ионообменника установили, что он зарос микроорганизмами. Были отобраны пробы воды и использована 21 среда для посева. Количество бактерий в исходной водопроводной воде в среднем — 2…7. После обессоливания их количество возрастает до 13000… 24000 в 1 мл.

Был определен тип микроорганизмов и число проб N, в которых они были обнаружены (всего отобрано 15 проб). Данные представлены на рис. 9.

Как видим, микроорганизмы всех типов, попавшие с исходной водопроводной водой на ионообменные материалы, не погибают, а начинают размножаться [15]. Они приспосабливаются к условиям, которые сформировались в фильтре, образуют капсульные формы, которые продуцируют много слизи. Она скапливается в трубопроводах и вокруг зерен ионитов. Причем количество примесей быстро растет в воде в течение всего времени наблюдений.

Большой интерес представляют данные о бактериальном загрязнении воды при ее фильтрации через инертные материалы. Такое исследование описано в [15]. Сопоставлено количество микроорганизмов, появившихся в воде, пропущенной через активный уголь и песок. Вода водопроводная была практически свободна от них (2…8 бактерий в 1 мл).

39

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 9. Изменение количества микроорганизмов воды водопроводной (синий цвет) и обессоленной (желтый цвет). Под номерами

следующие виды микроорганизмов: 1 — серобактерии; 2 — пурпурные; 3 — тионовые; 4 — железобактерии; 5 — десульфирующие; 6 — масляные

Результаты подсчета числа микроорганизмов разного типа в воде исходной и после фильтрации показаны на рис. 10.

Рис. 10. Изменение содержания микроорганизмов

в водопроводной воде при фильтрации через активный уголь (1) и песок (2)

Видно, что контакт с обоими компонентами обогащает воду микроорганизмами в сотни

итысячи раз. Причем степень загрязнения воды больше после угля. Это легко объяснимо: уголь поглощает органические примеси, в том числе азотосодержащие, которые являются пищей для бактерий.

Таким образом, вторичное загрязнение очищаемой воды имеет место как при использовании ионитов разного типа, так и инертных фильтрующих материалов.

Выводы. Синтетические ионообменники содержат не только матрицу из сополимеров. Одним из компонентов стиролдивинильных ионитов является дивинилбензол, в котором присутствуют этилстирол, этилбензол, стирол, ксилол, диэтилбензол [21]. Поэтому часть этих веществ участвует в реакции полимеризации, при этом некоторое их количество остается в синтезированной матрице и вымывается водой.

Показано, что основное их количество можно удалить трехкратной попеременной обработкой ионитов растворами кислоты и щелочи. Для сокращения расхода реагентов нужно уменьшить концентрацию реагентов (в сравнении с режимом [25]) в 3—4 раза, но увеличить продолжительность выдерживания ионитов в данных средах.

Перед включением фильтров в работу первые порции воды нужно сбрасывать и контролировать ее качество по оптической плотности. При равенстве этого показателя на входе

ивыходе из фильтра воду подавать дальше по технологической цепочке.

Рекомендуется отработанные иониты в фильтрах регенерировать сразу после отключения. Если этого не сделать, ионит при стоянии обрастет колониями микроорганизмов, особенно анионит, который активно поглощает из воды ГК и ФК — азотсодержащую органику, питающую микрофлору. Чтобы избежать поступления таких веществ в фильтры с анионитами и катионитами, требуется тщательная очистка воды от органических примесей сочетанием разных методов до подачи ее на обессоливание.

Регенерированные фильтры следует отмывать от кислоты и щелочи не полностью — в такой среде прекратится размножение микроорганизмов (или замедлится). Окончательное удаление регенерантов осуществлять непосредственно перед включением фильтров в работу.

40