Обезжелезивание природных подземных вод Алтайского края с применением мембранных методов

• Автор: Чигаев, Илья Геннадьевич
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ с.

Введение

ГЛАВА 1 Литературный обзор

1Л Водные ресурсы Западной Сибири и Алтайского края

1.2 Характеристика подземных вод Алтайского края и генезис железосодержащих вод ^

1.3 Физико-химические свойства соединений железа

1.4 Методы очистки воды от железа

1.4.1 Безреагентные методы обезжелезивания

1.4.2 Реагентные методы обезжелезивания

1.4.3 Каталитические и ионообменные методы обезжелезивания

1.5 Характеристики станций обезжелезивания в Алтайском крае
1.6 Физико-химические основы мембранного разделения
1.6.1 Модель мембранной селективности
1.6.2 Параметры мембранного процесса разделения
1.6.3 Методы получения мембран
1.6.4 Осажденные мембраны
1.7 Применение мембранного метода для очистки железосодержащих

1.8 Цель и задачи работы
ГЛАВА 2 Методики анализа и эксперимента
2.1 Методики анализа
2.2 Методика эксперимента
2.3 Методика получения осажденной мембраны

ГЛАВА 3 Экспериментальная часть
3.1 Исследование процесса обезжелезивания на мембранной полимерной ультрафильтрационной ячейке ^
3.2 Исследование процесса обезжелезивания на осажденной мембране
3.3 Исследование процесса обезжелезивания на капиллярных, рулонных
и трубчатых полимерных ультрафильтрационных модулях ^
3.4 Изучение процесса регенерации мембран
3.5 Выбор оптимального режима и изучение интенсификации процесса мембранного разделения ^
3.6 Математическая обработка экспериментальных данных и моделирование процесса обезжелезивания на ультрафильтрационной 85 полимерной мембране
3.7 Выводы по экспериментальной части
ГЛАВА 4 Разработка принципиальной технологической схемы очистки подземных вод от ионов железа мембранными методами
4.1 Технологическая схема очистки подземных вод от ионов железа
4.2 Расчет основных параметров установки
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Подземные воды играют значительную роль в хозяйственно питьевом водоснабжении населения РФ, в том числе Западной Сибири, при этом отмечается тенденция к увеличению их использования, что обусловлено лучшим качеством, защищенностью от антропогенного загрязнения и меньшей подверженности сезонным колебаниям по сравнению с поверхностными источниками. Эти и другие преимущества предопределили широкое использование подземных вод для водоснабжения [1]. Однако подземные воды в ряде случаев не отвечают требованиям питьевого водоснабжения [2].
В подземных водах Западной Сибири и Алтайского края наблюдаются значительные превышения концентраций по ионам железа (до 16,6 мг/л), марганца и общей жесткости. При этом повышенное содержание железа не только вызывает зарастание трубопроводов и запорной арматуры, но и является опасным для здоровья населения, что снижает экологическую безопасность водопотребления. На сегодняшний день, для получения воды питьевого качества, используются различные способы очистки от железа. Наибольшее распространение получили методы, основанные на фильтровании через модифицированную загрузку, активным компонентом которой является оксид марганца (IV), также используется технология очистки, включающая аэрацию и фильтрование через песчаную загрузку. К основным недостаткам указанных методов относятся склонность к истиранию загрузки или длительная наработка каталитического слоя, снижение эффективности очистки к концу фильтроцикла и большое количество воды, требуемой для регенерации фильтров.
Перспективным методом обезжелезивания подземных природных вод является мембранный способ разделения, в том числе с применением осаж-

- для некоторых материалов не допускается присутствие в исходной воде сероводорода;
- присутствие в воде марганца снижает эффективность обезжелезивания;
- использование для регенерации перманганата калия, производство и обращение которого с недавнего времени весьма ограничено [51].
Ионообменный метод обезжелезивания основывается на фильтровании воды через слой ионита. При этом ионы железа, согласно лиотропному ряду, будут поглощаться и задерживаться раньше и лучше ионов кальция и магния, поэтому ионообменный метод рекомендуется применять при необходимости одновременного обезжелезивания и умягчения воды, при отсутствии в воде ионов Бе3+. В качестве ионита используют сильнокислый катионит в 14а-форме, в результате пропускания воды через который извлекаются ионы Бе2+ и замещаются на ионы Ыа+. Регенерация катионита осуществляется аналогично регенерации при умягчении воды [33, 44, 52].
При наличии в воде растворенного кислорода на поверхности ионита осаждается гидроксид железа (III), при этом существенно снижается ресурс материала. Поэтому производители ионитов ограничивают содержание железа в исходной воде значениями 0,05-0,3 мг/л.
Известен ионообменный материал на основе базальтовых волокон, модифицированных бентонитовой глиной. Сорбент получил название «Бентосорб». В качестве ионообменного материала выступает активированная бентонитовая глина с содержанием монтмориллонита более 80%, базальтовое волокно выполняет функцию каркаса [48,53]. Причем обезжелезивание за счет ионного обмена осуществляется в начальный период времени, в дальнейшем обезжелезивание осуществляется за счет каталитического действия образованных гидроксида и оксидов железа (III). Недостаток «Бентосорба», также как и описанного выше «Марганосорба», заключается в высоком гидравлическом сопротивлении.