Умягчение подземных вод Алтайского края сорбционным и обратноосмотическим методами

• Автор: Куртукова, Любовь Владимировна
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 118 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ с.

Введение

Г ЛАВА 1 Литературный обзор * ®

1.1 Характеристика природных вод Алтайского края * ®

1.2 Жесткость воды 1 ^

1.3 Методы удаления ионов жесткости

1.3 Л Химические методы

1.3.2 Термические методы

1.3.3 Электрохимические методы

1.3.4 Физико-химические методы
1.4 Физико-химические основы процессов сорбции и мембранного 34 разделения
1.4.1 Механизмы процессов адсорбции ^
1.4.2 Физико-химические основы мембранного разделения ^
1.5 Сорбционные и мембранные материалы ^
1.5.1 Бентонитовые глины ^
1.5.2 Материалы мембран ^
1.6 Цель и задачи работы
ГЛАВА 2 Методики анализа и эксперимента
2.1 Методики анализа ионов жесткости в водных растворах
2.2 Методика получения сорбционных материалов
2.3 Методика изучения ИК-спектров
2.4 Методика изучения статической и динамической емкости сорбентов
2.5 Методика эксперимента на обратноосмотических установках
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть
3.1 Исследования по извлечению ионов жесткости сорбционно-

ионообменным методом
3.1.1 Определение сорбционной емкости бентонитовых глин различных типов активации
3.1.2 Изучение статической сорбционной емкости материалов на основе бентонитовых глин
3.1.3 Определение динамической обменной емкости и возможности регенерации сорбента
3.2 Исследования по удалению ионов жесткости методом обратного осмоса

3.1.4 Математическое описание динамической обменной емкости
3.1.5 Изучение структуры сорбционных материалов и их составляющих

3.2.1 Изучение проницаемости мембран
3.2.2. Определение селективности мембран
3.2.3 Разделение растворов с повышенным солесодержанием

ГЛАВА 4 Разработка принципиальных технологических схем умягчения подземных вод
4.1 Технологическая схема сорбционной очистки подземных вод от солей жесткости
4.2 Технологическая схема обратноосмотического умягчения подземных

Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Рациональное водопользование является одним из приоритетных направлений в области охраны окружающей среды. Стремительно растущая потребность в воде и ограниченность ее запасов наряду с удорожанием процессов водоподготовки приводят к необходимости создания новых технологий обработки воды. Качество воды выступает как характеристика ее состава и свойств, определяющая пригодность для конкретных видов водопользования. Одним из важных показателей качества воды, регламентированных нормативными документами при использовании ее для хозяйственно-питьевых или технических нужд различных отраслей промышленности, является показатель общей жесткости воды. Значение общей жесткости для питьевой воды не должно превышать 7 мг-экв/л [1]. При этом норма «физиологической полноценности» определяется потребностью организма в жизненно важных макро- и микроэлементах, которые должны находиться в питьевой воде в оптимальных количествах. Критерий физиологической полноценности для ионов кальция и магния по рекомендации ВОЗ составляет 1-4 мг-экв/л. Такое содержание обеспечивает нормальное функционирование организма без ущерба здоровью [2].
Водные ресурсы Алтайского края представлены поверхностными и подземными водами, неравномерное распределение которых по территории края и их интенсивное использование создают проблемы водообеспечения, что усугубляется загрязнением и нерациональным использованием вод. Обеспечение экономически эффективного и экологически безопасного водопользования и водопотребления является одной из наиболее важных задач. Географическое положение и гидрогеологические условия определяют основные потенциальные источники водоснабжения: для городов -
преимущественно поверхностные воды, для сельских населенньгх пунктов -подземные. По данным ежегодного государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае, ряд районов центральной и

концентрации распределяемого вещества ведет к адсорбционному насыщению поверхности адсорбента [45].
При выводе уравнения изотермы адсорбции Лэнгмюра принимаются следующие допущения: 1) адсорбция происходит лишь на свободных участках поверхности, любое попадание молекул на уже занятые места не приводит к акту адсорбции; 2) поверхность является однородной; 3) взаимодействия адсорбированных молекул отсутствует, т.е. время пребывания молекулы на поверхности не зависит то того, в какое место она ударилась — в непосредственной близости от другой молекулы или на большом от нее расстоянии [44].
Уравнение, описывающее данный процесс, приводится в следующем виде:

а =------;
1 + ЬС
где ат - предельная адсорбционная способность (емкость монослоя), Ь -константа, С - концентрация вещества в растворе.
Уравнение Ленгмюра сыграло большую роль в развитии теории адсорбции как первое уравнение, основанное на простой, физически обоснованной модели процесса.
Теория полимолекулярной адсорбции
При физической адсорбции молекулы могут адсорбироваться, образуя пленку толщиной в несколько слоев.
Согласно теории Полями физическая адсорбция определяется ван-дер-ваальсовыми силами, радиус действия которых больше, чем остаточных валентностей в теории Лэнгмюра, и поэтому адсорбция не локализуется в первом мономолекулярном слое, а приводит к образованию полимолекулярного слоя. Действительно, при широком исследовании изотерм адсорбции на различных адсорбентах, было показано, что наиболее общим типом являются не лэнгмюровские изотермы, а Б-образные изотермы,