- •8 Экология и промышленность России, ноябрь 2013с
- •1Зона закручивании потока,2зонаформировании опоитвердой фазы. 3иммодтвердых частиц из оеперециоииой зоны
- •2 ГусНа-Зае с.М. Модели размещения населения н населенных пунктов. М Иза-во мгу, 1988
- •5 Медведков ю.В. Экоиомгеографическая изученность районов капиталистического мира. Выл. 2. М.. 1965.
- •1*Рныхнасадок
- •1 Низкая стоимость на единицу объема носителя.
- •9 10 Рис.2. Установка для безреаге- нтной очистки производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов с магнитной системой
- •Гзаре гули ров анне стока]
- •Факторы
- •Внутриводоемные процессы трансформации веществ
насадку из высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ);
Порозность, м3/м3
Рис. 8. Зависимость удельной поверхности регулярных промышленных насадок от величины порозности
Таблица 4. Геометрические харак теристики новых конструкций насадок для биофильтров
Насадка
Удельная
Пороз-
поверхность,
ность,
м2/м3
мэ/м3
Регулярная
ВПЯМ
1500*
0,92
Комбинированная СУГНЭ
1300
0,94
*19].
Рис. 10. Внешний вид комбинированной насадки
рхностью. Выделим основные требования, предъявляемые к насадкам для биофильтров:
большие удельная поверхность, доля свободного объема (порозность), размер диаметра свободного прохода [8];
низкое гидравлическое сопротивление;
жесткий материал насадки для того, чтобы не происходило уплотнение с увеличением количества биомассы;
условия, обеспечивающие формирование биопленки на её поверхности, в частности по таким показателям, как неровность (шероховатость) поверхности, заряд и гидрофобность;
химическая инертность, экологическая безопасность, отсутствие выделений каких- либо токсичных соединений — мономеров, сополимеров и т.п. — в процессе эксплуатации;
1 Низкая стоимость на единицу объема носителя.
Рассмотрим в этой связи два типа насадок:
насадку из свободно упакованных глобул нитевидных элементов (СУГНЭ), вписанных в щелевые каналы из сеток из лавсановых мононитей.
Внешний вид регулярной насадки из высокопористого ячеистого материала представлен на рис. 9.
Внешний вид комбинированной насадки из СУГНЭ, вписанных в щелевые каналы из сеток из лавсановых мононитей, представлен на рис. 10.
Геометрические характеристики насадок типа ВПЯМ и СУГНЭ приведены в таб. 4.
Таким образом, были определены основные требования к конструкции насадок для биофильтров, показана важность увеличения удельной равнодоступной поверхности для создания перспективных конструкций насадок и предложены новые регулярная и комбинированная конструкции насадок для биофильтров на основе высокопористых ячеистых материалов, нитевидных, а также сетчатых элементов.
Литература
Веприцкий А.А., Жуков В.Г., Загустина Н.А. Применение технологии биологической очистки газовоздушных выбросов для alphaset-процесса. Четвертый Международный конгресс "Цветные металлы — 2012". Раздел VII. Литье цветных металлов и сплавов.
Пушнов А., Балтренас П., Каган А., Загорские А. Аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем. Вильнюс: Техника, 2012.
Сокол Б.А., Чернышев А.К., Баранов Д.А., Беренгартен М.Г., Левин Б.В. Насадки массообменных колонн / Под ред. Д.А. Баранова. М.: Инфохим, 2009.
Billet R. Packed Tower in Processing and Environmental Technology. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft mbh, 1995, 380 p.
Mackowiak J. Fluid Dynamics of Packed Columns for Gas //Liquid and Liquid/Liquid Systems. Springer, 2010.
Пушнов A.C., КаганA.M. Структура и гидродинамика колонных аппаратов с насадкой. Введение в химический инжиниринг. СПб.: Издательство политехнического университета, 2011.
Pusnov A., Petrasova Е-,Sinkunas S. Gofruotu polimeriniu vamzdz- iu taisyklingos ikrovos aeroterminiai tyrimai //ENERGETIKA. 2011. T. 57. № 3.
Митин A.K., ЗагустинаH.A., НиколайкинаH. Е., Пушнов А.С. Изучение рабочих характеристик комбинированной насадки для процессов очистки газов в биофильтрах // Известия МГТУ "МАМИ". 2012. № 2(14). Т. 4
Либерман Е.Ю., Конькова Т.В. Высокопористые ячеистые катализаторы для решения экологических проблем // Экология и промышленность России. 2013. Апрель. ■
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА СМЕСЕЙ ГАЛОГЕНОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОДЦ ХЛОРОМ И ГИПОХЛОРИТОМ НАТРИЯ
В.С. Петросян, Е.А. Шувалова, О.В. Полякова, А.Т. Лебедев, А.Н. Пономаренко, М.Н. Козлов
ООО "Открытый экологический университет",
МГУ имени М.В. Ломоносова, ОАО "Мосводоканал"
Опыт, накопленный в разных странах в XX в., показал, что из всех предлагавшихся технологий наиболее эффективной для дезинфекции природных вод, используемых при подготовке питьевой воды, являлась технология с использованием сжиженного молекулярного хлора. При этом, однако, существовало две важных проблемы, обусловленных, с одной стороны, высоким риском для населения городов, связанным с перевозкой ёмкостей с высокотоксичным хлором, и, с другой стороны, образованием в воде при её дезинфекции различных галогенорганических соединений (ГОС), некоторые из которых достаточно токсичны [1].
Именно поэтому во всём мире искали оптимальную альтернативу хлорированию — озонирование, фторирование и др. [2], в итоге остановились на технологии с использованием водных растворов гипохлорита натрия (ГХН), которая не создает риска для населения при их перевозке. Это послужило обоснованием для использования растворов ГХН в разных городах мира, в том числе и Москве [3]. При этом оставалась невыясненной вторая вышеуказанная проблема, а именно ответ на вопрос: Сколько и каких галогенорганических соединений будет образовываться в воде источников московского питьевого водоснабжения при использовании в качестве дезинфектанта растворов ГХН?
Для получения экспериментальных данных, которые могли бы дать ответ на поставленный
вопрос, авторами в 2012 г. было проведено исследование, посвящённое изучению состава ГОС, образующихся при смешении растворов ГХН разных концентраций с природной водой и использованием хроматомасс-спектро- метрии (ГХМС). При этом проведён сравнительный анализ с составом смесей ГОС, образующихся при дезинфекции природной воды молекулярным хлором, так как мы исходили из того, что в растворах ГХН в воде, как следует из уравнения (1), непосредственным дезинфицирующим агентом является гипохлорит-ион
NaOCl + 2Н20 | СЮ-1Na+ +I НзО+1 ОН-, (1)
который, как следует из уравнения (2), является дезинфицирующим агентом и при растворении молекулярного хлора в воде:
Cl2 I 3H20 I СЮ-I 2Н30++ + СГ. (2)
Дезинфицирующие свойства гипохлорит-иона основаны на его взаимодействии с микроорганизмами (патогенные бактерии и вирусы), которые при химическом воздействии уничтожают микробы, в результате чего в дезинфицируемой воде образуется какое-то количество продуктов этого воздействия — ГОС, некоторые из которых могут проявлять токсичность.
Следует отметить, что гипохлорит-ион взаимодействует не только с "живой органикой" (микробами), но и с содержащимися в природной воде различными органическими веществами, как природными (прежде всего, гуминовыми соединениями), так и антропогенными, попадающими в природа водоёмы со сточными водами дождём и снегом — химическими спутниками Земли [4]. Эти вещества весьма разнообразны по своей химической природе и свойствам и существенно влияют на качество воды, а также на пригодность её для тех или иных нужд Количество этих природных и антропогенных веществ в поверхностных водах значительно превышает число соединений, для которых установлены гигиенические нормативы (ПДК). Таким образом, для решения поставленной выше задачи необходимо иметь информацию как по общему содержанию в природных водах органического углерода, так и по содержанию индивидуальных органических веществ.
Основные природные органические соединения в водных экосистемах (не считая вышеупомянутых гуминовых веществ) — это углеводороды, фенолы, альдегиды (прежде всего, формальдегид), кетоны (главным образом ацетон), органические кислоты (муравьиная, уксусная, масляная, пропио- новая, молочная и бензойная), углеводы, а также вещества, содержащие азот и серу [5].
В различных водоисточниках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения России наиболее распространёнными загрязняющими веществами техногенного происхождения являются нефтепродукты, фенолы, аммонийные соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) ипестициды.
Hi
'•К,
Вещество |
Концентрация, мкг/л |
ПДК (СанПин), мг/л |
Класс опасности |
бромдихлорметан |
0,27 - 3,0 |
0,03 (к)* |
1 |
Хлорйодметан |
0,10-0,30 |
- |
Щ ‘ |
Дихлорнитрометан |
0,02-0,35 |
| - |
ф |
Тетрахлорметан |
0,01-0,10 |
0,002 (к)* |
1 |
Дибромхлорметан |
0,02 - 040 |
0,03 |
2 |
Йоддихлорметан |
0,03-1,80 |
- |
— |
Дихлорацетонитрил |
0,04-2,20 |
0,09 |
|
Тетрахлорэтилен |
0,001-1,80 |
0,005 (к)* |
1 |
111 -диметил-3-хлорпропанол |
0,23-13,0 |
— |
Щ |
2,3-дихлор-2-метилбутан |
0,08 - 20,0 |
- |
— |
2-хлорметил-1 -бутен |
0,1 -2,60 |
— |
|
Дихлорциклопентан (изомеры) |
0,01-5,0 |
- |
— |
2,3-дихлор-2-метилпропаналь |
0,3-1,0 |
- |
— |
Трихлорэтилен |
0,20 - 0,85 |
— |
— |
З-хлор-2-бутанон |
0,01 - 0,03 |
- |
3 |
2-хлор-3-метил-2-бутен |
0,01-0,85 |
- |
- |
111 -дихлор-2-пропанон |
0,10-0,70 |
- |
- |
1-хлор-2-гексен |
0,04 - 0,80 |
- |
- |
1,1,1 -трихлор-2-пропанон |
0,05-2,10 |
- |
- |
1,3-дихлор-3-метилбутан |
0,8012,0 |
- |
|
1,1,2,2-тетрахлорэтан |
0,02 - 0,60 |
- |
3 |
1,4-дихлор-2-бутанол |
0,02 - 0,55 |
- |
- |
2-хлор-З-метилбутан |
0,01 -0,06 |
- |
- |
Метилдихлорацетат |
0,06-0,12 |
- |
ррг |
Тетрахлорпропан (изомеры) |
0,06 - 0,70 |
0,01 |
4 |
*(к) — канцероген. |
|
|
|
ШНМ фикп^м при хлорировании
ноды I \ц ,,у,,и ,,юг>ым другим Дезинфицирующим агентом. В зависимости от содержащихся в природной воде органических соединений и их количества можно прогнозировать появление тех или иных ГОС после проведения дезинфекции воды.
Следовательно, в каждом но
Таблица 1. Список образующихся ГОС, наиболее характерных длядезинфекции природной воды ГХН разных концентраций при разномаремони контакта
i ..ц'ши при-HHfa'ia.M'WH "п„ю-
вом источнике природной воды будет неидентичный состав продуктов хлорирования. При этом, однако, некоторые продукты будут образовываться чаще других.
Экспериментальные данные и обсуждение результатов. Объектами нашего исследования была природная и хлорированная вода из двух разных источников: Москворецкого и Волжского. В первую очередь проводилось исследование состава органических соединений в исходной воде экстракцией хлористым метиленом с последующим упариванием и ГХМС — анализом.
Далее был проведён ряд экспериментов I применением высококонцентрированного ГХН (ВКГХН) с разными дозами реагента и временем их контакта с природной водой (2,5 ч и 3 мин). Основной упор в ГХМС-анализе данных проб был сделан на ГОС, содержащиеся в наибольшем количестве и встречающиеся в данных пробах чаще остальных.
Затем проводилась дезинфекция этой же воды высоко- и низкоконцентрированным ГХН, а так же хлорной водой в более жестких условиях (увеличение доз и времени контакта) с целью выявления определённых закономерностей в образовании обнаруженных соединений, осуществления детального анализа других ГОС и проведения сравнительного анализа влияния альтернативных хлорирующих реагентов на образование ГОС. Это позволило получить более полную картину влияния ГХН на появление различных ГОС в природной воде не только с точки зрения зависимости от добавляемой дозы, но и от концентрации ГХН в целом, а также для сравнения продуктов реакции хлорирования воды ГХН с продуктами, образующимися при хлорировании воды другими хлорсодержащими агентами, в данном случае — хлорной водой.
Для дезинфекции воды использовался ВКГХН марки А (ООО "Скоропусковский синтез", ООО "Новомосковский хлор") отобранный по ГОСТ 11086-76 на складе хранения ГХН ЦОВ №1 Западной станции водоподготовки.
Раствор ГХН для проведения хлорирования в лабораторных условиях с концентрацией 2,95 мг/мл (исходная концентрация 190 мг/мл) готовился непосредственно на Западной станции водоочистки.
ГХМС-анализ проводили на масс-спектрометре "Pegasus 4D" фирмыLECO (США) с газовым хроматографом"Agilent 6890N".
Параметры масс-спектрометра: электронная ионизация, энергия ионизации 70 эВ, температура ионного источника 220 °С, интервал сканируемых масс 29 — 500 дальтон, скорость сканирования 10 спектров в секунду.
Параметры и режим работы газового хроматографа: капиллярная силиконовая колонка с неполярной фазой RTX-5MS, длина 30 м, внутренний диаметр 250 мкм, толщина плёнки неподвижной фазы 0,25 мкм. Температура инжектора
250 °С; газ — носитель — гелий, скорость потока 1 мл/мин, деление потока 1/10, температура трансферной линии 280 °С.
Поскольку хроматографическое поведение некоторых важных с токсикологической точки зрения продуктов хлорирования различно, в процессе для них были подобраны индивидуальные параметры (скорость, плотность, разрешение) хроматографической программы для анализа именно этих соединений.
Определение строения образующихся соединений проводилось на основе спектро-структурных корреляций с использованием электронных библиотек масс- спектров WILEY275 — библиотеке на 275 тысяч соединений,"main- lib/ieplib" — библиотеки на 130 тысяч соединенийNIST (National Institute of Science and Technology) и Агентства по охране окружающей среды США.
В ходе исследования получены достаточно обширные данные, но в данной статье освещаются только основные результаты исследования, а также выборочно результаты некоторых отдельных экспериментов на примере результате^
Экология и промышленность России, май 2014 г.
4
PV
I/
|ИИ ГИДР
йств д<
пич
И
'* I
V#
ппо
ма, свинца и др. в окружающую среду. Избыточное количество ТМ в водных объектах, в доступном для живых организмов виде, является потенциально опасным. Они, включаясь в пищевую цепь, способны концентрироваться в организме до количеств, в сотни и тысячи раз превосходящих их содержание в водной среде. Кроме того, ТМ обладают ярко выраженным эффектом суммации, из-за чего совместное присутствие нескольких элементов усиливает их токсическое действие. В связи с этим проблема качественной очистки производственных сточных вод от этих металлов очень актуальна.
Полноценное извлечение ионов ТМ из сточных вод объясняется не только необходимостью защиты окружающей среды, но и ценностью самих металлов. Поэтому все более пристальное внимание обращают на себя технологии очистки сточных вод, позволяющие эффективно извлекать ионы металлов из очищаемых сточных вод и создавать замкнутые системы обратного водоснабжения.
Гальваническое производство является одним из крупных пот
ШжШ
В.В. Буренин
МАДИ (ГТУ)
Шдно из основных требований современного производства — повышение экологической безопасности. Внедрение экологичных и ресурсосберегающих технологий, бессточного производства — наиболее эффективное средство охраны окружающей среды.
Промышленные предприятия являются в настоящее время источником выбросов в окружающую среду большого объема сточных вод. Для природы и человека недостаточно очищенные производственные сточные воды очень вредны. В них содержатся опасные для здоровья человека концентрации взвешенных и растворенных загрязняющих примесей различной природы: твердые и пластичные частицы, кислоты и щелочи, соли, разнообразные металлы, токсичные вещества, болезнетворные бактерии и др. Поэтому перед сбросом промышленных сточных вод в канализацию, водоемы, на рельеф местности или перед повторным их использованием на предприятиях они должны бьггь очищены и обезврежены от вредных примесей.
Одной из острых проблем, связанных с развитием различных отраслей промышленности, является антропогенное вмешательство в кругооборот тяжелых металлов (ТМ), в том числе соединений меди, цинка, галлия, молибдена, кадмия, марганца, железа, никеля, хрома, вольфра
ребителей пресной технической воды, а его сточные воды — одними из самых токсичных и вредных. Основным видом отходов гальванического производства являются промывочные сточные воды, содержащие в большом количестве ионы ТМ. Для снижения количества ионов ТМ в этих водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения, т.е. промывочные сточные воды, подвергающиеся качественной очистке от вредных примесей, следует возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси направлять на захоронение или переработку. Круговорот пресной технической воды считается одним из важнейших способов ее экономии в промышленности. При производстве различных видов продукции требования к качеству используемой технической воды могут быть очень высокими. Обеспечить соответствие очищенной сточной воды выдвигаемым требованиям можно только при использовании современного высокопроизводительного очистительного оборудования, интегрированного в производство.
Экология и промышленность России, июнь 2014 г.
4
Рис.1. Фильтровальная установка для комплексной очистки производственных сточных вод от ионов железа и других загрязнений
5
Экология ипро*, тленность России, июнь 2014 г.
|i>* качественной комплексной оч мс1к и производственных сточныхиод от 1 М%напримерже к4 *а,ра 1рабо гаи а фил ьтро-HiUhiuw установка (рис. 1) [1) с расположенными на ее боковой поверхности патрубками для подачи сжатого воздуха2и исходной сточной водыJ, выходным патрубком4для подачи сточной воды в фильтр, и узлом обработки сточной воды магнитным полем5.
Исходная сточная вода на очистку через патрубок 3поступает в камеру аэрирования 1, куда подается сжатый воздух, который далее выходит в очищаемую сточную воду через аэратор12в виде пузырьков. После аэрирования очищаемой сточной воды в течение 30 — 90 мин присутствующие ионы железа гидролизуются, образуя гидрооксиды. Далее сточная вода с образовавшимися гидрооксидами железа перепускается через патрубок4в узел обработки магнитным полем 5, где гидрооксиды намагничиваются и агрегатируются в большие флокулы. После воздействия магнитным полем сточная вода поступает через патрубок11в рабочее пространство фильтра6и, пройдя через слой песка9и слой активированного угля <?, очищается от вредных примесей. Очищенная сточная вода выводится из фильтра6через патрубок 7. Образующийся осадок, содержащий загрязнения в виде гидрооксидов металлов, выводится через патрубок10на утилизацию. Очищенные в такой установке сточные воды можно сбрасывать в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Комплекс очистных сооружений для удаления из сточных вод гальванического производства ионов ТМ разработан в ООО "Санэнвиро" (Россия, г. Самара) [2]. Весь процесс очистки сточных вод от ТМ делится на следующие стадии: перекачивание
кромосодержащих сточных вод в оеактор, основной функцией которого является перевод высоко- гоксичного хрома(У1) в менее оксичный хром(Ш); поступление сточных вод в коагулятор, предназначенный для удаления ТМ из хромосодержащих и кислощелочных сточных вод, а также для обработки сточных вод
коагулянтом и флокулянтом; направление смеси сточных вод и образовавшихся хлопьев в отстойник, в бункере которого накапливается шлам, а очищенные сточные воды направляются в канализационную систему; обезвоживание в приемной емкости шлама из отстойника с помощью центрифуги.
Комплекс очистных сооружений гальванического производства полностью автоматизирован, перекачивание сточных вод, дозирование реагентов, перемешивание и другие операции запрограммированы. Комплекс обеспечивает высокое качество очистки сточных вод и отличается компактностью, экономичностью, простотой в обслуживании и удобством в эксплуатации.
Качественную безреагентную очистку производственных сточных вод от ионов ТМ и возврат их в производство обеспечивает способ очистки, включающий обработку загрязненных сточных вод в электрокоагуляторе с последующим отделением взвеси и обессоливанием в магнитопьезо- диализаторе [3]. Установка для очистки сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов, работает следующим образом (рис. 2). Сточные воды на очистку подают между трубчатым корпусом 7 и сердечником 6из диамагнетика через входной патрубок <?. Заглушки12и13препятствуют проникновению сточных вод в концетрические камеры1и 3, и они поступают в камеру2,При подаче тока на соленоид15и включении привода17в результате вращения соленоида на ио
ны, содержащиеся в обрабатываемых сточных водах, начинают действовать силы Лоренца, которые перемещают их в сторону камер / и 3.Сточные воды поступают в камеру2под давлением около 0,95 МПа, которое обеспечивает просачивание сточных вод через проницаемые перегородки 4 и 5 (поры в перегородках диаметром15—100мкм). В результате в камерах 1и 3концентрируются ионы одного знака. Сточные воды, насыщенные катионами, отводятся через патрубокР, насыщенные анионами — через патрубок /7, а обессоленные сточные воды — через патрубок10.
Магнитная система в виде соленоида 15позволяет избежать опасных повышенных динами-