Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ КОАГУЛЯНТОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА ТЮМЕНИ

Загорская А.А. 1 Пимнева Л.А. 1 Лапик О.И. 1 Сидунов С.А. 1 Щекин А.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
На текущий момент в воде поверхностных источников водоснабжения в Тюменской области значение органолептических показателей и концентрация химических веществ превышает допустимые значения. Этот фактор значительно осложняет подготовку воды перед подачей для нужд населения и приводит к перерасходу реагентов, увеличению эксплуатационных расходов на станциях водоподготовки и снижению качества питьевой воды. В данной работе проведен анализ качества воды р. Туры как поверхностного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения. В качестве средства очистки воды был опробован комплексный коагулянт с использованием замутнителя на базе природных материалов. Произведено сравнение условий применения различных замутнителей, входящих в состав комплексного коагулянта. Определен оптимальный состав коагулянта для действующей водоочистной станции Метелево (г. Тюмень). Проведено исследование эффективности коагуляции по основным технологическим показателям и сравнение полученных данных с используемой на действующей водоочистной станции технологией. В результате исследования была установлена возможность применения разрабатываемого коагулянта для очистки поверхностных вод, снижение концентраций сернокислого алюминия (Al2 (SO4)3 и хлорсодержащих реагентов при обработке воды, уменьшение времени коагуляции природных вод.
очистка природных вод
коагуляция
мутность
цветность
замутнители
глинистые сорбенты
1. Магомета С.Д. Факторы окружающей среды и состояние здоровья населения / Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2011. № 141. С. 141–149.
2. Лапик О.И., Сидунов С.А., Щекин А.Н., Загорская А.А. Экологическая оценка методов очистки на водохозяйственных объектах Тюмени // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Междун. науч.-практ. конф. студ., аспир., молодых уч. и спец. Тюмень: ТИУ, 2018. Т. 2. С. 171–174.
3. Лапшин А.П., Игнатьева Л.П. Особенности химического состава питьевой воды города Тюмени // Сибирский медицинский журнал. 2014. № 8. С. 79–82.
4. Шишов С.Ю., Трошкова Е.А., Жукова В.Я., Смирнов А.Д., Давлятерова Р.А., Смагин В.А. Повышение барьерных функций Метелевских водоочистных сооружений г. Тюмени // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 6. С. 32–38.
5. Ермакова Н.А., Архипова А.Р., Крапотина П.В., Сиюткина А.Ю., Фахрутдинова Л.К. Гидрохимическое состояние тюменских источников хозяйственно-питьевого водоснабжения в весенне-летний период / // Вестник Тюменского государственного университета (Экология). 2014. № 12. С. 38–149.
6. Черников Н.А., Наврузова А.С., Попова М.В. Применение коагуляции, флокуляции и флотации при очистке воды // Бюллетень результатов научных исследований. 2012. С. 182–187.
7. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин, Андрианов А.П. Образование и пути снижения содержания тригалогенметанов в водопроводной воде Багдада // Политематический сетевой электронный научный журнал. КубГАУ. 2013. № 91 (07). 20 с.
8. Луцевич И.Н. Гигиеническая оценка трансформации сложных органических веществ, образующихся в результате обеззараживания питьевой воды хлором // Казанский медицинский журнал. 2003. Т. 84. № 2. С. 142–145.
9. Коньшина Л.Г., Лежнин В.Л. Оценка качества питьевой воды и риска для здоровья населения // Гигиена и санитария. 2014. № 3. С. 5–10.
10. Драгинский B.Л., Алексеева Л.П. Образование токсичных продуктов при использовании различных окислителей для очистки воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 2. С. 9–14.
11. ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2010. 18 с.
12. Турнаева Е.А., Сидоренко О.В., Прикащикова М.С., Турнова М.Н. Изменение качественных характеристик воды в результате вторичного загрязнения в водопроводных сетях города Тюмени // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 12. С. 53–57.
13. ГОСТ Р 51592-2000 Вода. Общие требования к отбору проб. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 50 с.
14. ГОСТ Р 51642-2000 Коагулянты для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Общие требования и метод определения эффективности. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. 15 с.
15. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. М.: Издательство «Технорматив», 2006. 21 с.

Вода – жизненно важный ресурс, который необходим человеку для выживания. Наличие чистой питьевой воды напрямую влияет на здоровье и благополучие населения, поэтому обеспечение чистой питьевой водой является одной из первостепенных задач [1, 2].

В настоящее время большинство поверхностных водоемов Тюменской области относятся к категории грязных и очень грязных, поэтому подача воды для хозяйственно-питьевых нужд из них без предварительной очистки невозможна, так как концентрация химических веществ и значения органолептических показателей превышают нормативно установленные значения, в связи с чем вопрос о разработке новых способов очистки встает более остро [3, 4].

Очистка воды осложняется сезонными изменениями качества воды. В осенний период это связано с поступлением большого количества дождевых вод, а в весенний талых, вследствие чего увеличивается содержание взвешенных частиц и загрязняющих веществ [5]. Также снижение температуры в зимний период, в результате чего увеличивается вязкость воды, что приводит к использованию большей дозы реагентов и повышенному содержанию остаточных веществ в очищенной воде [6].

Не менее важной проблемой существующих методов химической очистки воды является образование вторичных продуктов реакции, зачастую негативно влияющих на здоровье человека. В целях снижения цветности воды на действующих станциях Тюменского региона применяется метод первичного хлорирования. Содержание остаточного хлора в воде, с одной стороны, препятствует повторному загрязнению воды в процессе транспортировки, но с другой, приводит к образованию галогенорганических соединений. Основными побочными продуктами хлорирования являются тригалогенметаны – хлороформ или трихлорметан (CHCl3), бромдихлорметан (CHBrCl2), дибромхлорметан (CHBr2Cl) и трибромметан (CHBr3). Также побочными продуктами хлорирования являются галогензамещённые уксусные кислоты, галонитрилы, галокетоны, альдегиды и хлоралгидрат [7, 8]. Побочные эффекты поступления этих веществ связаны с увеличением риска развития рака, аллергических реакций, воспаления слизистых, развития сердечно-сосудистых заболеваний, а также увеличением риска неправильного развития плода при беременности [9, 10].

Основной целью данного исследования является разработка комплексного коагулянта, в состав которого будут входить естественные компоненты и проверка его эффективности на примере воды из водоема, используемого для хозяйственно-питьевых нужд.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования является вода р. Туры, являющейся основным поверхностным источником водоснабжения г. Тюмени.

Вода реки имеет гидрокарбонатно-кальциевый [11] химический состав и отличается повышенной окисляемостью и цветностью, а также малой мутностью. В зависимости от сезона и объемов поступления в реку дождевых и талых вод значение показателей может изменяться в широком диапазоне.

На рис. 1 представлены минимальные и максимальные значения качественных показателей речной воды.

zagor1.wmf

Рис. 1. Качественные показатели воды р. Туры

Жесткость воды находится в пределах 1,94–3,6 ммоль/дм3, среднее значение водородного показателя составляет чуть больше 7. Значения перманганатной окисляемости колеблются от 14,28 до 28,86 мгO2 / дм3. Цветность и мутность воды изменяются в зависимости от сезона и находятся в пределах 40–260 градусов цветности и 3,09–10,16 мг/ дм3 соответственно [12].

Отбор проб проводился в весенний и зимний периоды 2017–2018 гг.. Все пробы были отобраны в соответствии с требованиями [13].

Места отбора проб представлены на рис. 2.

zagor2.tif

Рис. 2. Точки отбора проб

Контроль качества воды и измерение основных показателей были выполнены в соответствии с методиками [11].

Для измерения показателей качества воды до и после очистки был использован фотометр КФК-3-01.

В ходе исследования изучались следующие комбинации реагентов: сернокислый алюминий (СА), активированный уголь марки БАУ-А (АУ), полиакриламид (ПАА), каолинитовая глина (К), монтмориллонитовая глина (ММТ). Дозы замутнителей (АУ, К, ММТ), представленных в таблице, находились в пределах 1–3 мг/дм3, дозы коагулянта (СА) – в пределах 30–50 мг/дм3, доза флокулянта (ПАА) – 0,5–1,5 мг/дм3.

Характеристики замутнителей

Наименование замутнителя

Эквивалентный диаметр, мм

Пористость

Удельная площадь поверхности пор, м2/м3

БАУ-А

2,2

0,82

4800

Каолинит

0,52

0,9

1420

Монтмориллонит

0,8

0,78

1680

Процесс коагуляции проводился на основании [14]. Процесс коагуляции длился 30 минут с последующим фильтрованием через бумажный фильтр.

Полученные результаты после очистки воды сравнивались с нормативными значениями, установленными в [15].

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведения процесса коагуляции с помощью проб комплексного коагулянта с использованием активированного угля в качестве замутнителя были получены следующие данные (рис. 3, 4).

zagor3.wmf

Рис. 3. Значения технологических показателей работы станции водоподготовки после использования замутнителей

zagor4.wmf

а) б)

Рис. 4. Эффективность очистки разрабатываемой и существующей технологий: а) по мутности, б) по цветности

zagor5.tif

Рис. 5. Результаты исследования осадка с применением электронного спектрометра

Использование активированного угля в качестве замутнителя на пробах природной воды с исходным показателем мутности, равным 1,92 мг/дм3, и цветности, равным 108 градусов, позволяет достигнуть в среднем 90 % эффекта очистки, что превосходит используемую на Метелёвской водоочистной станции систему на 10–15 %.

Активированный уголь продемонстрировал лучшие показатели по снижению цветности, являющейся характерной особенностью тюменских природных вод. При исследовании образовавшегося в результате коагуляции с участием БАУ-А осадка на электронном спектрометре были получены следующие результаты (рис. 4).

Как видно из полученных данных, осадок имеет пористую структуру, что позволяет сорбировать содержащиеся в воде загрязняющие вещества. Так как основным химическим веществом в составе осадка является углерод, это позволяет произвести регенерацию при помощи прокаливания и, в последующем, повторно использовать его в качестве замутнителя.

Выводы

В результате работы установлены эффекты внедрения природных замутнителей. Произведена сравнительная оценка эффективности природных материалов, входящих в состав комплексного коагулянта, по отношению друг к другу. Получены предпосылки для исследования сорбционной способности разрабатываемых материалов.

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о пригодности к использованию исследуемых комбинированных коагулянтов для очистки воды из поверхностного источника. Полученные данные служат поводом для дальнейшего исследования оптимальной концентрации реагентов и подбора формы использования коагулянта в качестве конечного продукта.


Библиографическая ссылка

Загорская А.А., Пимнева Л.А., Лапик О.И., Сидунов С.А., Щекин А.Н. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ КОАГУЛЯНТОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА ТЮМЕНИ // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 3-2. – С. 166-170;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37459 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074