ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИСПОЛЬЗУЯ СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ

Козориз І.А., Столяренко Г.С.

Дата публикации: 03.10.2014

Опубликовано пользователем: Вязовик Виталий

Рубрика ГРНТИ: 70.00.00 Водное хозяйство, 75.00.00 Жилищно-коммунальное хозяйство. Домоводство. Бытовое обслуживание

УДК: 628.12

Ключевые слова: , , , , ,

Библиографическая ссылка:
Козориз І.А., Столяренко Г.С. Очистка поверхностных вод от органических соединений используя способ электрохимической активации // Портал научно-практических публикаций [Электронный ресурс]. URL: http://portalnp.ru/2014/10/2209 (дата обращения: 24.10.2017)

ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИСПОЛЬЗУЯ СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ
Козориз І.А.1, Столяренко Г.С.1
1Черкасcкий государственный технологический университет

Аннотация
Проблема обеспечения населения Украины качественной питьевой водой, как и везде в мире, с каждым годом усложняется, становится более острой. Сложилась ситуация, когда практически все поверхностные воды по уровню загрязнения не соответствуют требованиям стандарта на источники водоснабжения. Особенно это касается содержания органических примесей в реках. Очистку воды от органических загрязнений обычно проводят такими методами как: окисления (разрушения), сорбция (поглощение), а также можно осуществлять коагуляцией и мембранными методами. Все эти методы достаточно затратные, требуют большого аппаратурного оформления, имеют много стадий и достаточно малую степень очистки. Поэтому был рассмотрен метод електрохимической активации воды для очистки ее от органических примесей. В научно-исследовательской лаборатории была разработана и выполнена лабораторная установка для очистки природных вод электрохимической активацией, на которой проводились исследования влияния воздействия электрического тока и времени на степень очистки речной воды. В результате исследований степень очистки воды возрастала прямо пропорционально к увеличению силы тока и потребленной электроэнергии.


TREATMENT OF SURFACE WATER FROM ORGANIC COMPOUNDS USING ELECTROCHEMICAL ACTIVATION
Kozoriz I.1, Stolyarenko G.1
1Cherkasy state technological university

Abstract
The problem of Ukraine’s population with quality drinking water, as elsewhere in the world, every year is complicated, it becomes more acute. Nowadays almost all surface water pollution do not meet the standard for water sources. This is especially true of organic contaminants in rivers. For water purification from organic contaminants typically use methods such as oxidation (destruction), sorption (absorption), and you can coagulation and membrane methods. All these methods are relatively costly, require large hardware design, with many stages and a rather small degree of purification. Therefore, it was considered a method of electrochemical activation of water to clean it from organic impurities. In the research laboratory was designed and executed laboratory plant for purification of natural waters electrochemical activation, which have been studied the influence of the electric current and the time on the degree of purification of river water. As a result of research degree water increased directly proportional to the increase in amperage and electricity consumed.


Постановка проблеми: Проблема забезпечення населення України якісною питною водою, як і скрізь у світі, з кожним роком ускладнюється, стає більш гострою. Склалася ситуація, коли практично всі поверхневі води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту на джерела водопостачання. Аналіз ситуації показав, що малі річки України забруднені більше, ніж великі. Малі річки, які впадають у Дніпро, в тому числі і річка Рось постійно безконтрольно забруднюються стічними водами підприємств, що розташовані на їх берегах. Внаслідок цього склад поверхневих вод річки Рось не відповідає нормативним вимогам, на що вказують дані таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 ­­– Токсикологічні показники поверхневих вод р. Рось станом на жовтень 2011 року

Показник

якості

р. Рось

Одиниця

виміру

Факт.

конц.

с.м.т.

Стеблів

вище ГЕС

Факт.

конц.

району

водоза-

бору

«Сівач»

Гранично

допустима

концентрація

ГДК

СанПіН

ЄС

ВООЗ

Запах

бал

1

1

2

3

3

Кольоровість

град

25

25

20

20

15

Мутність

мг/дм3

2,8

3,8

1,5

5

5

Водневий показник

(рН)

-

8,4

8,3

6,5-8,5

6,5-9,5

6,5-8,5

Прозорість

см

30

30

> 30

-

-

Завислі речовини

мг/дм3

7,4

9,2

-

-

-

Розчинний кисень

-

2,2

5,6

4

> 0,5

-

Хлориди

мг/дм3

48

48

350

250

250

Сульфати

мг/дм3

42/72

33/73

500

250

250

Амоній сольовий

мг/дм3

0,46

1,2

2,56

2,0

0,5

Нітрити

мг/дм3

0,035

0,053

3,3

0,5

3

Нітрати

мг/дм3

2,25/9,4

2,25/15,6

45

50

10

Продовження таблиці 1.1

Солі твердості

мг-екв/дм3

6,6

6,6

7

1,3

-

ХСК

мг/дм3

95,4

81,0

15

-

-

БСК5

мг/дм3

5,3

4,5

3

-

-

Залізо загальне

мг/дм3

0,35

0,39

0,3

0,3

0,3

Лужність

-

4,8

5,3

-

-

-

Кальцій

-

58,1

62,6

-

-

-

Магній

-

45

42,6

-

-

-

Нафтопродукти

мг/дм3

0,052

0,059-

0,3

-

-

Індекс – ЛКП

в 1 дм3

600

2300

100

-

-

Сухий залишок

мг/дм3

448

478

1000

-

-

Аналізуючи дані таблиці, бачимо, що вміст органічних домішок значно високий. Відомо, що підвищений вміст органічних домішок сприяє утворенню зелених водоростей, які висмоктують з води кисень і перетворюють її на мертву калюжу. Ця вода прямує до Дніпра і тим самим забруднює його.

Очищення води від органічних забруднень як правило проводять такими методами як: окислення (руйнування), сорбція (поглинання) та електрична активація води, а також можна здійснювати коагуляцією та мембранними методами.

При очищенні води від органічних забруднень в якості окислювачів використовують ­­– хлор, озон, кисень, в деяких випадках перманганат калію.

Всі ці методи досить затратні, вимагають великого апаратурного оформлення, мають багато стадій та досить малу ступінь очищення.

Постановка задачі: На кафедрі ХХТНР ЧДТУ в науково-дослідній лабораторії була розроблена і виконана лабораторна установка для очистки природних вод електрохімічною активацією.

Дослідження: Вплив дії електричного струму в межах 4 ­­– 9 А на об’єкт дослідження (вода річки Рось, відібрана у районі міста Корсунь ­­–Шевченківський) та визначення залежності ступеня очищення річки Рось не тільки від органічних домішок, але й від солей твердості, сухого залишку, хлоридів та ХСК від сили струму та від спожитої електроенергії при часу проведення дослідів 5 та 10 хв.

Кліматичні умови: t = 22 °C; тиск ­­– атмосферний; вологість ­­– 65 %; tводи ­­– кімнатна.

Лабораторна установка складається з корпусу, який являється катодом і виконаний зі сталі Х18Н10Т; електродів, які є анодами і виконані із заліза; брезентових мішків, в які занурені електроди і які слугують напівпроникними мембранами; ємкості для аноліту; кранів для відбору аноліту після електроактиваторної установки; блоку живлення для підтримання постійного струму; патрубків для відбору аноліту.

Для очищенням методом електроактивації пробу попередньо очистили від завислих речовин методом фільтрування. Відфільтровану досліджувану воду помістили в реактор-електроактиватор.

Випрямлювач працює від мережі змінного струму напругою 220 В. На панелі є амперметр, вольтметр, регулятор для керування електричними параметрами, які подаються на електроди електроактиватору.

В процесі хімічної електроактивації в корпусі установки утворюється католіт (лужна вода), в просторі між анодом і напівпроникною мембраною утворюється аноліт (кисла вода).  Аноліт відбирається через патрубки в ємкість для аноліту. Відбирання аноліту регулюється кранами. Католіт зливається в окрему ємкість.

Досліди проводили при силі струму 4,7 та 9 А та при часу ­­– 5 та 10 хв.

Вода, що подавалась на очищення в електроактиватор попередньо була проаналізована на твердість, хлориди, сухий залишок та ХСК. Також за допомогою індикаторного паперу було встановлено рН вихідної води. Аналогічним дослідженням піддавалася вода після електроактивації.

На рисунку 1.1 зображена установка для електрохімічної активації води.

 1 – корпус електроактиватору (катод); 2, 3 – електроди (аноди); 4,5 – брезентові мішки для електродів; 6 – ємкість для аноліту; 7, 8– насоси; 9,10 –крани для відбору аноліту; 11 – блок живлення; 12, 13, 14, 15 – патрубки для відбору аноліту.

Рисунок 1.1 – Установка для електрохімічної активації води

Електроактиватор складається з чотирьох основних частин: блоку живлення; реакційного простору; напівпроникних мембран; залізних електродів.

Розроблена установка для електрохімічної обробки води являє собою основну ємність, що являється катодом в яку вставлено два залізних електроди, які слугують анодами. Аноди занурені в брезентові мішки, які слугують напівпроникною мембраною і виконують функцію діафрагми між катодом і анодом, тобто призначені для запобігання переносу іонів під дією електричного струму. Аноди прикріплені до кришки апарату. В кришку електроактиватоа також вставлені два патрубки для виходу анодних газів і один – для виходу катодних газів. У кришці також передбачені отвори, в які вмонтовуються патрубки для відбору аноліту.

Ескіз установки для електроактивації води зображено на рисунку 1.2

1 – корпус апарату (катод); 2,3 – електроди (аноди); 4,5 – брезентові мішки (мембрани); 6 – кришка апарату; 7,8,9,10 – отвори для вмонтування патрубків; 11,12 – патрубки для виходу анодних газів; 13 – патрубок для виходу катодних газів.

Рисунок 1.2 – Ескіз установки для електроактивації води

Дані результатів показані в таблицях. Результати очищення річки Рось методом електроактивації.

Таблиця 1.2  –  Результати експерименту 1

№ дос-ліду

Вихідна вода

Параметри проведення процесу

Результати експерименту

твердість, мг – екв.

/дм3

Сухий Залишок, мг/дм3

Cl-, мг/дм3

ХПК, мгО/дм3

pH

I, А/ U, В

P, Вт/ E, кВт год/м3

t, хв

твердість, мг –екв.

/дм3

сухий залишок, г/дм3

Cl-, мг/дм3

ХПК, мгО/дм3

pH

1

5,2

650

72,62

135,1

6

4/30

120/1,7

5

4,7

512

54,9

120,7

12

2

5,2

650

72,62

135,1

6

7/35

245/3,4

5

2,8

436

44,31

77,5

12

3

5,2

650

72,62

135,1

6

9/40

360/5

5

1,4

318,5

37,22

19,9

12

 

 

 

 

Таблиця 1.3 – Ступінь очищення від домішок в результаті експерименту 1

№ досліду

Твердість, мг – екв./дм3

Хлориди, мг/дм3

Сухий залишок, г/дм3

ХПК, мгО/дм3

вихідна вода

очищена вода

ст. оч.,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

 оч. ,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

оч. ,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

оч. ,%

1

5,2

4,7

9,6

72,62

54,9

24,4

650

512

21,2

135,1

120,7

10,7

2

5,2

2,8

46,1

72,62

44,31

39,0

650

436

32,9

135,1

77,5

42,6

3

5,2

1,4

73,1

72,62

37,22

48,8

650

318,5

51,0

135,1

19,9

85,3

Таблиця 1.4  –  Результати експерименту 2

№ дос-ліду

Вихідна вода

Параметри проведення процесу

Результати експерименту

твердість, мг – екв.

/дм3

Сухий Залишок, мг/дм3

Cl-, мг/дм3

ХПК, мгО/дм3

pH

I, А/ U, В

P, Вт/ E, кВт год/м3

t, хв

твердість, мг –екв.

/дм3

сухий залишок, г/дм3

Cl-, мг/дм3

ХПК, мгО/дм3

pH

1

5,2

650

72,62

135,1

6

4/30

120/3,3

10

3,7

472

51,40

115,9

12

2

5,2

650

72,62

135,1

6

7/35

245/6,8

10

1,6

357

40,77

39,1

12

3

5,2

650

72,62

135,1

6

9/40

360/10

10

1,1

312

33,68

6,1

12

 

 

 

 

Таблиця 1.5  – Ступінь очищення від домішок в результаті експерименту 2

№ досліду

Твердість, мг – екв./дм3

Хлориди, мг/дм3

Сухий залишок, г/дм3

ХПК, мгО/дм3

вихідна вода

очищена вода

ст. оч.,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

 оч. ,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

оч. ,%

вихідна вода

очищена вода

ст.

оч. ,%

1

5,2

3,7

28,8

72,62

51,40

29,3

650

472

27,4

135,1

115,9

14,2

2

5,2

1,6

69,2

72,62

40,77

43,9

650

357

45,1

135,1

39,1

71,1

3

5,2

1,1

78,8

72,62

33,68

53,7

650

312

52,0

135,1

6,1

95,5

Результати експерименту зображені на графіках.


Рисунок 1.3  – Графічна залежність ступеня очистки води від сили струму при часу перебування води в активаторі 5 хв

Рисунок 1.4  – Графічна залежність ступеня очистки води від сили струму при часу перебування води в активаторі 10 хв

Рисунок 1.5 – Графічна залежність ступеня очистки води від спожитої електроенергії при часу перебування води в активаторі 5 хв

Рисунок 1.6 – Графічна залежність ступеня очистки води від спожитої електроенергії при часу перебування води в активаторі 10 хв

Обговорення результатів: Аналізуючи отримані дані можна зробити висновок, що найвищий ступінь очищення від солей твердості досягається при силі струму 9 А,  від сухого залишку – 9 А, від хлоридів – 9 А, від органічних домішок – 9 А. Отже ступінь очищення води має прямопропорційну залежність від сили струму, тобто чим більша сила струму – тим більший ступінь очищення.

Найвищий ступінь очищення від солей твердості досягається при затратах електроенергії 10 кВт·год/м3, від сухого залишку – 10 кВт·год/м3, від хлоридів – 10 кВт·год/м3, від органічних домішок – 10 кВт·год/м3.

Оптимальними умовами, при яких максимально найбільше відбувається ступінь очищення від домішок буде значення витрат електроенергії 10 кВт·год/м3.


Количество просмотров публикации: -

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором публикации (комментарии/рецензии к публикации)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.