Створення екологічно безпечних ресурсозберігаючих систем водоспоживання в промисловості та енергетиці

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

МАКАРЕНКО ІРИНА МИКОЛАЇВНА

УДК 628.162: 66.097.7/.8

СТВОРЕННЯ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНИХ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ СИСТЕМ ВОДОСПОЖИВАННЯ В ПРОМИСЛОВОСТІ ТА ЕНЕРГЕТИЦІ

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України на кафедрі екології та технології рослинних полімерів.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Радовенчик В'ячеслав Михайлович,

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри екології та технології рослинних полімерів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Висоцький Сергій Павлович,

Автомобільно-дорожній інститут Донецького національного технічного університету, завідувач кафедри екології та безпеки життєдіяльності

доктор технічних наук, професор,

Хоружий Петро Данилович,

Інститут гідротехніки і меліорації НААНУ, завідуючий лабораторією водопостачання та водовідведення

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д26.002.05

кандидат технічних наук, доцент О.М. Мовчанюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна з розрахунку запасів води на душу населення або одиницю площі території відноситься до держав з обмеженими водними ресурсами. Річний запас відновлюваних водних ресурсів складає 80 км³, а в маловодний рік - 48,8 км³. Загальний запас водних ресурсів, з підземними водами включно, досягає 210 км³. Проте, головні проблеми в водозабезпеченні населення та підприємств України пов'язані не стільки з кількістю, скільки з якістю води в природних водоймах та нерівномірним розподілом водних ресурсів. Найбільші об'єми води споживаються в густозаселених регіонах з розвиненою промисловістю - Донбасі та Приазов'ї, де відсутні потужні джерела водопостачання. Більше того, вода в Сіверському Донці та ріках Приазов'я, так само як і підземні води, характеризується підвищеним рівнем мінералізації (>1000 мг/дм³). Головною причиною засолення природних вод є скид стічних вод підприємств, об'єктів теплоенергетики, скид шахтних вод.

Сьогодні склалась така ситуація, що більша частина населення України через системи централізованого водопостачання із поверхневих водойм, частково із артезіанських свердловин, споживає неякісну питну воду, а в окремих регіонах використовується вода з недопустимо високою мінералізацією та жорсткістю. В ряді регіонів підземні води, що використовують для питного водопостачання, забруднені іонами заліза та марганцю, нітритами та нітратами. Це негативно впливає на здоров'я людей, умови їх проживання. пом'якшення вода іон мідь

Відомо, що в Україні за об'ємами забору природної води, за об'ємами скиду стічних вод, а значить за рівнем впливу на природні водні об'єкти, промисловість значно випереджає інші галузі водоспоживання. Єдино правильним підходом вирішення складної задачі захисту водних об'єктів від забруднення, створення умов для їх відновлення є широке впровадження замкнутих систем водоспоживання в промисловості та енергетиці. Тому розробка сучасних маловідходних технологій отримання високоякісної води для забезпечення переходу до замкнутих систем водокористування, їх надійної експлуатації є актуальною та важливою проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась по пріоритетних напрямках «Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології» на замовлення Міністерства освіти і науки України в межах держбюджетної науково-дослідної роботи «Розробка екологічно чистих інгібіторів корозії металів, накипоутворення та біообростання (біопошкодження)» (номер держреєстрації 0100U000940) та «Збереження навколишнього середовища та сталий розвиток» на замовлення Міністерства освіти і науки України в межах держбюджетних науково-дослідних робіт: «Розробка комплексної технології стабілізаційної обробки води для ресурсозберігаючих замкнутих систем водокористування» (номер держреєстрації 0104U003432); «Розробка комплексної технології вилучення із стічних вод важких металів та виділення їх у вигляді продуктів, придатних для повторного використання», (номер держреєстрації 0103U008592); «Розробка наукових основ хімічної технології очищення вод від пріоритетних екологічно-небезпечних забруднювачів сорбційно-каталітичними методами» (номер держреєстрації 0108U000674).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було створення наукових основ стабілізаційної обробки води для забезпечення широкого впровадження та надійної роботи замкнутих, екологічно безпечних систем водоспоживання в промисловості та енергетиці.

Для досягнення поставленої мети та успішного вирішення комплексної наукової задачі розробки нових засобів та технологій при створенні ресурсозберігаючих систем промислового водокористування були поставлені наступні завдання:

- вдосконалення процесів реагентного пом'якшення води, визначення ефективності процесів в залежності від характеристик води, типів та витрат реагентів;

- визначення взаємного впливу характеристик води, складу композицій реагентів, рН середовища, дози магнетиту на ефективність освітлення та пом'якшення води;

- вивчення процесів вилучення іонів міді з води в присутності іонів жорсткості флокулянтами та коагулянтами;

- дослідження процесів пом'якшення та освітлення відпрацьованих регенераційних розчинів реагентним методом, створення маловідходної технології натрій-катіонного пом'якшення води;

- вивчення процесів відновлення відпрацьованих кислих регенераційних розчинів, що утворюються при іонообмінному знесоленні води, визначення граничних умов їх повторного використання;

- визначення умов ефективного очищення води від іонів заліза та міді в процесах її іонообмінного пом'якшення;

- вивчення процесів та визначення основних параметрів електрохімічної переробки відпрацьованих кислих та лужних регенераційних розчинів, що утворюються в процесах пом'якшення та знесолення води.

Об'єкт дослідження - екологічна безпека експлуатації водоциркуляційних теплообмінних систем в промисловості та енергетиці.

Предмет дослідження - процеси реагентного, іонообмінного пом'якшення, знесолення та стабілізаційної обробки води для водоциркуляційних теплообмінних систем, переробки та утилізації елюатів, які при цьому утворюються.

Методи дослідження. При виконанні досліджень були використані спектрофотометричний, потенціометричний, хімічний і масометричний методи аналізу для ідентифікації реагентів, контролю фізико-хімічних процесів очищення води. Для оцінки експериментальних результатів були використані математичні методи обробки даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

- визначено взаємний вплив характеристик природної води, типу та дози реагентів, рН середовища на ефективність пом'якшення та освітлення води, її залишкову лужність, обґрунтовано механізм дії гідроксоалюмінату натрію в процесах пом'якшення води; вперше визначено умови глибокого пом'якшення води з підвищеною жорсткістю та мінералізацією, умови повного очищення води від іонів міді при застосуванні коагулянтів та флокулянтів;

- вперше встановлено залежність ефективності регенерації сильно- та слабокислотних катіонітів розчинами соляної кислоти від вмісту в них іонів магнію, концентрації кислоти, встановлено граничні умови повторного використання відпрацьованих солянокислих регенераційних розчинів після вилучення з них іонів кальцію;

- вперше показано, що отруєння катіонітів сполуками заліза при натрій-катіонному пом'якшенні води відбувається внаслідок підвищення рН середовища за рахунок зростання концентрації карбонатів натрію у воді при її катіонуванні і гідролізу іонів заліза, що унеможливлює їх десорбцію при регенерації катіонітів нейтральними сольовими розчинами;

- встановлено залежність між співвідношенням концентрацій іонів жорсткості та іонів міді і ефективністю очищення води від іонів міді сильно- та слабокислотними катіонітами в присутності іонів жорсткості, величинами обмінних ємностей іонітів по різних іонах в статичних та динамічних умовах;

- вивчено процеси електрохімічного розділення відпрацьованих нейтральних, кислих та лужних регенераційних розчинів в дво- та трикамерних електролізерах з використанням катіонних та аніонних мембран з отриманням розчинів кислот та лугів; вперше визначено вплив кислотності (лужності) вихідного розчину, його іонного складу на виходи за струмом кислоти, лугу, активного хлору, кінцеві концентрації їх розчинів.

Практичне значення одержаних результатів. В роботі визначено параметри та розроблено технологію реагентного пом'якшення води, що дозволяє на існуючому обладнанні підвищувати ступінь пом'якшення води в 5 - 8 разів і дає можливість значно знизити об'єми відходів та стічних вод при пом'якшенні та знесоленні води, спростити перехід до замкнутих безстічних систем охолодження. Розроблено процеси іонообмінного знезалізнення та пом'якшення води з ефективним захистом іонообмінних матеріалів від отруєння сполуками заліза. Розроблено нові процеси відновлення кислих, лужних та нейтральних регенераційних розчинів, що дозволило створити маловідходні технології пом'якшення та знесолення води, які є основою екологічно безпечних ресурсозберігаючих водоциркуляційних теплообмінних систем. Розроблені технології були апробовані на ВАТ «Алчевський металургійний комбінат» та заводі з виробництва питної води ЗАТ «Аквасервіс».

Особистий внесок здобувача. Критичний огляд літератури та аналіз стану проблем в вибраній галузі досліджень, основний обсяг експериментальних досліджень, обробка отриманих результатів, підготовка та оформлення друкованих праць, презентація доповідей на наукових конференціях виконана особисто здобувачем. Постановка завдань, визначення напрямку досліджень, мети та головних завдань роботи, аналіз та узагальнення одержаних результатів проводились разом з науковим керівником к.т.н., доцентом кафедри екології та технології рослинних полімерів Радовенчиком В.М., апробування результатів роботи на підприємствах проводила разом з к.т.н., докторантом тієї ж кафедри Шаблій Т.О.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень були представлені на: Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми та шляхи вирішення» (м. Алушта, 2005 р.); конференції «Проблеми безпеки життєдіяльності людини та охорона оточуючого середовища» (Свалявський р-н, 2007р.); Х Міжнародній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (м. Київ, 2007 р.); ХVІ Міжнародній науково-практичній конференції «Екология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (м. Щелкіно, 2008 р.); конференції «Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод» (м. Миргород, 2009 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових праць з них 8 статей у фахових виданнях, 4 патенти, 5 статей та тез доповідей в збірниках матеріалів конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація включає вступ, 5 розділів, висновки, список використаних джерел, додатки. Загальний обсяг складає 198 сторінок, з них 147 сторінок основного тексту, включаючи 33 таблиці, 51 рисунок, обсяг бібліографії 153 джерела, 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету, задачі дослідження, наукову новизну, практичну цінність одержаних результатів.

Перший розділ присвячено аналізу патентної та науково-технічної інформації про сучасні методи кондиціювання та очищення води в промисловості, охарактеризовано загальний стан проблем промислового водопостачання. В розділі показано, що раціонального водоспоживання при експлуатації теплообмінних водоциркуляційних систем можна досягти завдяки ефективному пом'якшенню та знесоленню води на стадії її підготовки та переходу від відкритих до замкнутих безстічних систем. В цьому розділі обґрунтовано основні завдання роботи та вибрані напрямки їх вирішення.

У другому розділі представлено об'єкти та методи дослідження. Об'єктами дослідження були природні, водопровідні води, модельні розчини, води циркуляційних систем підприємств та електростанцій. В розділі приведені основні методи оцінки стабільності води щодо накипоутворення, методи стабілізаційної обробки води, очищення води від іонів міді та заліза, способи регенерації іонітів, реагентні та електрохімічні методи відновлення регенераційних розчинів.

Третій розділ присвячено визначенню показників стабільності води в теплообмінних водоциркуляційних системах, інтенсифікації процесів реагентного пом'якшення води.

В роботі показано, що стан водоциркуляційної системи охолодження описується рівняннями:

Q_п = Q_вип + Q_вир.п. + Q_кр.в. + Q_ск, (1)

C_п = C_об*(Q_кр.в. + Q_вир.п. + Q_ск)/Q_п, (2)

C_об/C_п= (Q_вип+ Q_вир.п.+ Q_кр.в.+ Q_ск)/(Q_кр.в.+ Q_вир.п.+ Q_ск) = K_в, (3)

L = pH - pH_s, (4)

ІLS = ([Cl^-] + [SO₄^2-])/([HCO₃^-] + [CO₃^2-]), (5)

де Q_п - подача води на підживлення; Q_вип - втрата води на випаровування в градирні; Q_вир.п. - витрата води на виробничі потреби; Q_кр.в - втрата води за рахунок крапельного виносу; Q_ск - скид води при продувці системи; C_п - концентрація солей в воді, що подається на підживлення; C_об - концентрація солей в водоциркуляційній системі; K_в - граничний коефіцієнт концентрування солей (випаровування); L - індекс насиченості Ланглієра; pH_s - показник концентрації солей; ІLS - індекс Ларсона-Скольда.

З багаторічного досвіду експлуатації водоциркуляційних систем відомо, що добові втрати води на випаровування складають 2,5%, на крапельний винос - 0,3 - 0,5%, скид води на продувку системи сягає 6 - 10% (частіше 8%), витрата води на виробничі потреби складає 1% від загального об'єму водоциркуляційної системи.

Виходячи з цих даних, а також прийнявши індекс L<0 (вода не схильна до накипоутворення), та індекс ІLS<0,8 (хлориди та сульфати не стимулюють корозію металів) було визначено допустимі значення гідрокарбонатної жорсткості в воді системи та в воді, що подається для підживлення системи, а також допустимий сумарний вміст хлоридів та сульфатів.

Згідно розрахованих показників, вода в циркуляційних системах буде стабільною щодо осадовідкладень та буде мати низьку корозійну агресивність при досить низьких концентраціях солей жорсткості, хлоридів та сульфатів. Ці концентрації повинні бути тим нижчими, чим вища мінералізація природних вод в джерелах водопостачання, чим менший об'єм скиду води на продувку систем і чим вища температура води в системі. Для замкнутих безстічних систем карбонатна жорсткість води, що подається на підживлення, повинна бути в межах 0,242 - 0,512 мг-екв/дм³. Це значно нижче в порівнянні з рекомендованим СНіП 2.04.02.84 показником карбонатної жорсткості, значення якого сягає 1,9 мг-екв/дм³.

Виходячи із цих даних можна сказати, що існуючі на сьогодні технології реагентного пом'якшення води які забезпечують зниження жорсткості води до 1,5 - 4,0 мг-екв/дм³, не задовольняють вимогам щодо стабільності води в замкнутих системах охолодження. Були проведені дослідження щодо підвищення ефективності пом'якшення води з використанням наряду з традиційними реагентами - фосфату, фториду та гідроксоалюмінату натрію.

Проведені дослідження показали, що найвищої ефективності пом'якшення води було досягнуто при використанні в композиціях з вапном, лугом та содою алюмінату натрію. Ефективність пом'якшення зростає із підвищенням рН середовища та із збільшенням дози гідроксоалюмінату натрію. При цьому залишкова жорсткість води знижується до 0,2 мг-екв/дм³, а вміст алюмінію сягає 0,0 - 5,2 мг/дм³, що цілком допустимо для систем охолодження. Показник рН пом'якшеної води становить 8,35 - 10,17, гідратна лужність відсутня, карбонатна сягає 0,09 - 3,5 мг-екв/дм³.

Виходячи із складу осадів, що утворюються при пом'якшенні води, співвідношення реагентів і солей жорсткості вплив алюмінату натрію на процеси пом'якшення води не можна пояснити лише утворенням малорозчинних сполук з іонами жорсткості. Краще отримані результати можна пояснити коагулюючою дією алюмінату натрію. Механізм процесу пом'якшення води алюмінатом натрію можна описати рівняннями:

{m[Mg(OH)₂]nMg²⁺2(n-x)OH^-}2хОН^- + 2xNa⁺[Al(OH)₄]^- >

{(m+n)[Mg(OH)₂]2xAl(OH)₃} + 2xNaOH, (1)

{m[CaСО₃]nCa²⁺(n-x)СО₃^2-}xCO₃^2- + 2xNa[Al(OH)₄]^- >

{(m+n)[CaСО₃]xAl(OH)₃} + xNa₂CO_3, (2)

(m+n)Mg²⁺ + 2(m+n)NaOH = {m[Mg(OH)₂]nMg²⁺2(n-x)OH^-}2хОН^- +

+ 2(m+n)Na⁺_, (3)

(m+n)Ca²⁺ + 2(m+n)Na₂CO₃ = {m[CaСО₃]nCa²⁺(n-x)СО₃^2-}xCO₃^2- +

+ 2(m+n) Na⁺ _. (4)

Рівняння (1), (2) описують процеси укрупнення золів, а рівняння (3) та (4) описують процеси утворення золів гідроксиду магнію та карбонату кальцію під дією лугу та соди, що утворюються в процесах (1) та (2). Крім пом'якшення карбонатно-кальцієвих вод із мінералізацією < 1000 мг/дм³ гідроксоалюмінат натрію було вперше використано при пом'якшенні вод з підвищеним рівнем мінералізації (> 1000 мг/дм³) із підвищеним вмістом сульфатів. При застосуванні традиційних підходів залишкова жорсткість цих вод, як видно з досвіду експлуатації станцій пом'якшення води ряду підприємств Донбасу (ВАТ «Северодонецьке ВО «Азот», «Лисичанський НПЗ», ВАТ «Алчевський металургійний комбінат») сягала 3,2 - 4,8 мг-екв/дм³, а інколи і 10 мг-екв/дм³. Про ефективність процесу пом'якшення можна судити по результатах приведених на рис.1.

Рис.1. Залежність залишкової жорсткості (1), рН (2), залишкової гідратної (3) та загальної (4) лужності води з водооборотної системи ВАТ «Алчевський металургійний комбінат» (рН =7,85, Ж=36,4 мг-екв/дм³, Л=12,0 мг-екв/дм³, [Ca²⁺] = 14,4 мг-екв/дм³) від дози алюмінату натрію, при доведенні рН лугом до 10,5

Ефективність пом'якшення зростає із підвищенням рН середовища з 9,0 до 10,5 та при збільшенні дози алюмінату натрію з 0,1 до 4,0 мг-екв/дм³, залишкова жорсткість знижується до 0,3 - 1,0 мг-екв/дм³ при залишковій загальній лужності 2 - 4 мг-екв/дм³, гідратній лужності 0,0 - 1,2 мг-екв/дм³.

Для підвищення ефективності освітлення води при її пом'якшенні використовували магнетит. Всупереч відомим даним про інтенсифікацію освітлення води магнетитом було показано, що помітного ефекту можна досягти лише при високих концентраціях магнетиту, краще при використанні магнетиту насиченого іонами жорсткості (табл. 1).

В роботі було проведено дослідження по вилученню іонів міді з вод водоциркуляційних систем. Було проведено оцінку ефективності різних комплексоутворювачів - поліетиленіміну (ПЕІ), полігексаметиленполігуанідіну (Акватон), диетилдитіокарбамінату натрію (ДДКН). Кращі результати забезпечував полікатіоніт Акватон. Проте в даному випадку концентрація міді знижувалась лише до 1 мг/дм³. При використанні гідроксоалюмінату натрію було досягнуто повного вилучення іонів міді (табл.2).

Таблиця 1

Залежність ефективності пом'якшення та освітлення київської водопровідної води (Ж=5,0 мг-екв/дм³) вапном від дози алюмінату натрію та магнетиту (час відстоювання 15 хв.)

Доза	рН	Ж, мг-екв/дм3	[Al3+], мг/дм3	К, мг/дм3	Z, %
магнетиту, г/дм3	NaAl(OH)4, мг-екв/дм3	І	ІІ	ІІІ
0,10	0,0	10,0	-	8,72	2,8	-	290,0	44
	0,3	10,0	10,11	9,07	2,1	2,0	195,0	58
	1,0	10,0	10,42	9,89	1,2	12,0	345,0	76
0,25	0,0	10,0	10,02	9,26	2,2	-	260,0	56
	0,3	10,0	10,31	9,83	1,5	2,5	730,0	70
	1,0	10,0	10,75	10,21	0,5	14,5	365,0	90
7,00	0,0	10,0	-	8,44	2,7	-	195,0	46
	0,3	10,0	10,32	8,43	2,3	0,0	141,0	54
	1,0	10,0	10,54	8,72	1,0	0,0	365,0	80
7,00*	0,0	10,0	-	9,74	2,5	-	45,0	50
	0,3	10,0	10,26	9,93	1,5	2,6	87,0	70
	1,0	10,0	10,50	10,03	0,7	7,5	107,0	86
7,00**	0,0	10,0	-	9,75	2,0	0,0	27,0	60
	0,3	10,0	10,18	9,88	1,1	0,5	20,3	78
	1,0	10,0	10,42	10,02	0,3	1,1	22,4	94

Примітки:

1. І - після додавання вапна.

2. ІІ - після додавання алюмінату натрію.

3. ІІІ - після відстоювання.

4. * - магнетит, насичений іонами жорсткості.

5. ** - магнетит, насичений іонами жорсткості, час відстоювання 2,5 год.

В даному випадку рН середовища змінювався в межах 7 - 9. При доведенні рН лугом залишкова концентрація міді сягала 4 - 15 мг/дм³, при використанні алюмінату в дозі 1 мг-екв/дм³ було досягнуто повного вилучення іонів міді незалежно від її початкової дози. Це свідчить, що мідь з води виділялась не тільки за рахунок гідролізу, але і в результаті утворення нерозчинних осадів з алюмінатом натрію. Можливо в даному випадку реалізується механізм подібний до описаного при пом'якшенні води з допомогою алюмінату.

У четвертому розділі приведено результати отримані при розробці маловідходних іонообмінних процесів кондиціювання води для теплообмінних водоциркуляційних систем.

Таблиця 2

Вплив гідроксиду та алюмінату натрію на ефективність очищення води від іонів міді

Реагент	Доза, мг-екв/дм3	рН	[Cu2+], мг/дм3	Z, %
		І	ІІ	початкова	залишкова	І	ІІ
					І	ІІ
Na[Al(OH)4]	0,50	6,90	8,00	25	1,5	6,0	94,00	76,00
		6,35	7,10	50	4,5	12,3	91,00	75,40
		5,95	6,50	100	23,0	47,5	77,0	52,50
	0,75	8,35	9,40	25	0,0	0,0	100,00	100,00
		7,65	8,05	50	1,5	1,2	97,00	97,60
		7,00	6,70	100	13,0	7,0	87,00	93,00
	1,00	8,69	9,65	25	0,0	0,0	100,00	100,00
		7,90	7,95	50	0,0	0,0	100,00	100,00
		7,15	7,05	100	5,0	0,0	95,00	100,00
NaОН	-	6,00	6,00	15	12,5	15	16,67	0,00
		7,00	7,00	15	7,5	15	50,00	0,00
		7,50	7,50	15	6,5	13,5	56,77	10,00
		8,00	8,00	15	4,5	13,0	70,00	13,33
		9,00	9,00	15	4,0	9,5	73,33	36,67

Примітка: І - київська водопровідна вода, ІІ - дистильована вода.

Детально було вивчено процеси відновлення регенераційних розчинів, що утворюються при натрій-катіонному пом'якшенні води. На сьогодні такі відпрацьовані розчини з грубим порушенням нормативів екологічної безпеки щодо мінералізації та вмісту хлоридів скидаються в каналізації міст або водойми. В роботі було детально вивчено ефективність регенерації сильнокислотного катіоніту КУ-2-8 в залежності від концентрації хлориду натрію та рН середовища та показано, що ефективність процесу зростає з підвищенням концентрації солі і практично не залежить від реакції середовища при рН від 6,0 до 10,8. При пом'якшенні відпрацьованих розчинів содою та лугом (соду додавали в стехіометричних співвідношеннях до вмісту іонів кальцію, а луг - до вмісту іонів магнію) залишкову жорсткість регенераційних розчинів знижували до 0,6 - 5,2 мг-екв/дм³, залишкові значення рН 9,4 - 11,0. Дуже важливим параметром відновленого регенераційного розчину є залишковий вміст карбонатів (карбонатна лужність). При високому вмісті карбонатів можливе утворення нерозчинного карбонату кальцію в порах катіоніту, що є небажаним. При вмісті карбонатів у воді до 10 мг-екв/дм³ утворення нерозчинних осадів на іоніті не спостерігали. Кращі результати отримали при застосуванні реагентів у стехіометричних співвідношеннях та при застосуванні лугу у надлишку до 5%. В цілому, ефективність освітлення пом'якшених розчинів зростає з часом і залежить від вмісту іонів жорсткості. При концентрації іонів жорсткості ~ 400 мг-екв/дм³ основна маса осаду осідає протягом 1 години, а відносний об'єм осаду складає 130 - 160 см³/дм³ (13 - 16% від об'єму розчину). При максимально можливому вмісті солей жорсткості в регенераційному розчині 1700 мг-екв/дм³ відносний об'єм осаду через годину складає 47 - 65%, а через 6 годин - 24 - 27%. В разі повторного використання відновлених (пом'якшених) розчинів хлориду натрію було відмічено, що вони за ефективністю десорбції іонів жорсткості ідентичні свіжим розчинам хлориду натрію з відповідними концентраціями.

Слід відмітити, що виділені осади карбонату кальцію і гідроксиду магнію є нетоксичними, добре зневоднюються на фільтр-пресах і можуть бути сировиною при виготовленні будівельних матеріалів.

При вивченні процесів кислотної регенерації катіонітів, що сорбували іони жорсткості було показано, що при обробці відпрацьованих регенераційних розчинів сірчаною кислотою при додаванні її в стехіометричній кількості до вмісту іонів кальцію з розчину видаляється основна кількість цих іонів у вигляді сульфату кальцію. При цьому розчин, в якому крім соляної кислоти присутні іони магнію, забезпечує ефективну регенерацію іоніту як в кальцієвій так і в магнієвій формі. Як видно з рис.2 та табл.3, ефективної регенерації сильнокислотного катіоніту КУ-2-8 було досягнуто при вмісті іонів магнію на рівні 1646 мг-екв/дм³, а слабокислотного катіоніту Lewatit TP-207 при вмісті іонів магнію до 2000 мг-екв/дм³.

Рис.2. Вихідні криві десорбції Са²⁺(1 - 3) і Мg²⁺(4 - 5) з катіоніту КУ-2-8 в залежності від питомої витрати (q_п ) і складу регенераційного розчину: 1 - НСl (10%); 2,4 - НСl (10%), МgCl₂ (547 мг-екв/дмі); 3,5 - НСl (10%), МgCl₂ (1646 мг-екв/дмі).

Це дає можливість багаторазово використовувати солянокислий регенераційний розчин. Після насичення його хлоридом магнію вище критичних значень надлишок кислоти нейтралізували оксидом магнію. В результаті отримали розчин хлориду магнію з концентрацією біля 3300 мг-екв/дм³ (160 г/дм³), з якого після випаровування можна отримати технічний хлорид магнію.

Складною є проблема отруєння катіонітів іонами заліза в процесах натрій-катіонного пом'якшення води. Проведені дослідження показали, що сильнокислотні катіоніти добре сорбують іони жорсткості в присутності іонів заліза. Вони добре регенеруються розчинами

Таблиця 3

Вплив складу регенераційного розчину на ефективність десорбції іонів кальцію із катіоніту Lewatit TP-207

№	Концентрація соляної кислоти, %	Концентрація хлориду магнію, мг-екв/дмі	ПОДЄ, г-екв/дмі	Кількість кальцію, мг-екв/дмі	Ступінь регенерації по кальцію,%
				Сорб.	Десорб.	Z'п.с.	Z'д
1	10	-	1,525	30,0	30,0	97,40	98,36
2	10	320	2,200	44,0	44,0	88,60	100,0
3	10	1100	1,950	39,0	29,6	100,00	75,89
4	10	2150	2,075	41,5	24,0	95,20	57,83
5	5	-	2,100	42,0	31,2	98,80	74,29
6	5	940	2,400	48,0	34,8	93,80	72,50
7	5	2000	2,250	45,0	38,8	97,80	86,22
8	5	2800	2,200	44,0	35,6	59,00	80,22

хлориду натрію без помітного зниження обмінної ємності. Але це відбувається лише за відсутності в воді карбонатів або гідрокарбонатів натрію. При натрій катіонному пом'якшенні природної води відбувається підвищення рН середовища через перехід гідрокарбонатів кальцію та магнію в гідрокарбонат натрію та гідроліз останнього.

За умови підвищення рН відбувається гідроліз іонів заліза, сорбованих на катіоніті. Продукти гідролізу заліза нерозчинні в воді в нейтральному середовищі, тому при регенерації іоніту розчином хлориду натрію вони не вимиваються з іоніту, блокуючи гелеві ділянки. З часом, коли більшість гелевих зон стають недоступними для іонного обміну, іоніт стає неактивним.

Проблему вирішували за рахунок використання сумішей кислих і сольових форм катіонітів, суміші сольових форм катіоніту та низькоосновного аніоніту, за рахунок переходу до застосування кислих форм катіоніту. Кращі результати отримали при використанні на першій стадії слабокислотного катіоніту в кислій формі (рис.3).

В цьому випадку не відбувалося значного підкислення води (рН ? 3), на іоніті задовільно сорбувалися іони жорсткості та іони заліза. При пропусканні на другій стадії води через сильнокислотний катіоніт в сольовій формі досягається глибоке пом'якшення води при рН в межах 6 - 7. Така схема дозволяє не лише ефективно пом'якшувати воду, уловлювати іони заліза (або будь-які інші іони), але і забезпечує простоту регенерації іонітів. Її доцільно застосовувати при іонообмінному пом'якшенні води, що містить іони міді внаслідок корозії латунних та мідних елементів водоциркуляційних систем.

В роботі було показано, що в цілому іони міді вилучаються із води на сильно- та слабокислотних катіонітах в присутності іонів жорсткості, але жоден із використаних іонітів не має достатньої селективності за іонами міді, щоб вилучати їх із водоциркуляційних систем без одночасного пом'якшення води.

Рис.3.Залежність жорсткості (1,2) та рН (3,4) від пропущеного об'єму київської водопровідної води (Ж = 4,4 мг-екв/дм³, рН = 7,80, Л = 4,0 мг-екв/дм³) через слабо кислотний катіоніт Lewatit TP-207 в Na⁺ (1,3) та Н⁺ (2,4) формі (Vi=10см³) (ПОДЕ_Na+=2115мг-екв/дм³) (ПОДЕ_Н+=3857 мг-екв/дм³)

Одним із перспективних підходів при утилізації регенераційних розчинів є електроліз відпрацьованих розчинів з отриманням кислот та лугів. В роботі були вивчені процеси електролізу кислих розчинів сульфату натрію та магнію, а також нейтральних розчинів, що містили хлориди та сульфати натрію.

При переробці кислих розчинів що містили сульфат натрію та надлишок сірчаної кислоти в трикамерному електролізері (катіонна мембрана МК-40, аніонна - АВ-17-8) було отримано в анодній області сірчану кислоту, в катодній - луг (рис.4).

Вихід кислоти за струмом досяг 57,9%, вихід лугу за струмом досяг всього 18,2%. Таке низьке значення виходу лугу пов'язане з високою кислотністю (625 мг-екв/дм³) робочого розчину. В даному випадку протони складають конкуренцію іонам натрію при трансмембранному перенесенні.

Рис.4. Залежність кислотності в анодній області (1), лужності в катодній області (2), виходу за струмом кислоти (ВК)(3) та лугу (ВЛ)(4) від часу електролізу розчину сульфату натрію (324 мг-екв/дм³) та сірчаної кислоти (625 мг-екв/дм³) в трикамерному електролізері (катіонітна мембрана МК40; аніонітна мембрана АВ-17-8) при щільності струму 6,62А/дм² (ВКс=57,9%; ВЛс=18,2%)

При електролізі лужних регенераційних розчинів в трикамерних електролізерах отримали кислоту з виходом 50 %, луг з виходом 48%, в двокамерних електролізерах відповідно з виходом 33% та 27%.

При електролізі нейтрального розчину сульфату натрію отримано розчин лугу концентрацією 1012 мг-екв/дм³ (вихід за струмом 53%) та розчин кислоти концентрацією 824 мг-екв/дм³ (вихід за струмом 44,1%). Недоліком процесу було утворення кислоти в робочій зоні (К=586 мг-екв/дм³). Це пов'язано, очевидно, з кращою дифузією гідроксид аніонів через аніонну мембрану АВ-17-8 в присутності сульфатів, в порівнянні з дифузією протонів в присутності іонів натрію через катіонітову мембрану МК-40, що в свою чергу пояснюється низькою селективністю мембрани за протонами.

Слід відмітити, що в присутності іонів жорсткості процес електролізу кислих регенераційних розчинів проходить ефективно в двокамерному електролізері при розміщенні робочого розчину в катодній зоні при застосуванні аніонообмінних мембран. В даному випадку (рис. 5), як показано на прикладі сульфату магнію, при зниженні кислотності в робочій зоні відбувається виділення гідроксиду магнію внаслідок гідролізу. При цьому лужність в робочій зоні має низькі значення (до 10 мг-екв/дм³), що створює сприятливі умови для утворення сірчаної кислоти в анодній області, концентрація якої сягає 1400 мг-екв/дм³, а вихід за струмом 39%.

При проведенні електролізу в трикамерному електролізері розчину лугу, хлориду та сульфату натрію наряду з лугом та сірчаною кислотою отримано активний хлор. Хлориди в цілому спричиняють зниження виходу за струмом сірчаної кислоти за рахунок конкуруючої реакції утворення хлору на аноді. Сірчана кислота в анодній області містить домішки соляної кислоти. Вміст останньої знижується з підвищенням кислотності в анодній зоні за рахунок окислення хлоридів до вільного хлору. Вихід сірчаної кислоти при цьому сягає 24%, а вихід лугу - 59%.



Рис. 5. Залежність лужності (1) в катодній області, кислотності (2) в анодній області, виходу кислоти за струмом (3) в залежності від часу електролізу розчину сірчаної кислоти (408 мг-екв/дм³) сульфату магнію (667 мг-екв/дм³), сульфату натрію (363 мг-екв/дм³) в двохкамерному електролізері (мембрана АВ-17-8) при щільності струму 3,97 А/дм² (ВКс=39,0%)

У розділі 5 приведені схеми маловідходних технологій кондиціювання води. Маловідходну іонообмінну схему пом'якшення води показано на рис.6.

Рис. 6. Принципова технологічна схема іонообмінного пом'якшення води: 1 - резервуар освітленої води; 2 - 6, 14, 20, 23 - насоси; 3 - катіонообмінний фільтр (кисла форма); 4 - катіонообмінний фільтр (натрій форма); 5 - резервуар знесоленої води; 7 - резервуар розчину соляної кислоти; 8 - резервуар розчину хлориду натрію; 9, 26 - резервуари промивних вод; 10, 11 - резервуари регенераційних розчинів; 12, 13, 24, 25 - вентилі; 15, 17, 18 - змішувачі; 16, 19, 22 - відстійники; 21 - стрічковий фільтр; І - подача освітленої води; ІІ - відведення води; ІІІ - подача води; ІV - подача соляної кислоти; V - подача хлориду натрію; VІ - подача сірчаної кислоти; VІІ - подача гідроксиду натрію; VІІІ - подача карбонату натрію; ІХ - осад на переробку; Х - скид промивної води в каналізацію.

Дана технологічна схема передбачає повторне використання регенераційних розчинів, вона, крім пом'якшення води, дозволяє ефективно вилучати з води домішки іонів заліза, міді, цинку, марганцю та інших важких металів, без отруєння катіонітів. Це завдання вирішується застосуванням на першій стадії слабокислотного катіоніту в кислій формі, що дозволяє вилучати катіони важких металів без їх гідролізу, та сильнокислотного катіоніту в натрій-формі, що забезпечує глибоке пом'якшення води та доведення рН до нейтральних значень.

У додатках наведено акти впровадження результатів досліджень, результати математичної обробки отриманих результатів, економічна оцінка впровадження результатів досліджень.

ВИСНОВКИ

1. На основі критеріїв термостабільності води в водоциркуляційних системах охолодження, її корозійної агресивності, сталості хімічного складу та об'єму системи розроблені вимоги щодо жорсткості та сумарного вмісту сульфат- та хлорид-аніонів як в воді системи, так і в підживлюючій воді для відкритих та замкнутих систем.

2. Визначено ефективність пом'якшення та освітлення карбонатно-кальцієвих вод наряду з традиційними реагентами фторидом, фосфатом та алюмінатом натрію в залежності від витрати реагентів і реакції середовища. Відмічено високу ефективність алюмінату натрію, при використанні в дозах 2 - 4 мг-екв/дм³. При комбінованому застосуванні алюмінату з лугом, содою та вапном ефективні дози алюмінату натрію знижуються при рН 10,0 - 10,5 до 0,1 - 1,0 мг-екв/дм³ при зниженні залишкових концентрацій алюмінію до 0,0 - 6,5 мг-екв/дм³ та залишковій жорсткості води до 1,2 - 0,2 мг-екв/дм³.

3. Встановлено, що при обробці води з підвищеним рівнем мінералізації та з високим рівнем жорсткості (Ж > 7 мг-екв/дм³) ступінь пом'якшення при застосуванні традиційних методів сягає 50 - 65 % при рН 10,0 - 10,5. При застосуванні алюмінату натрію в композиції з лугом або вапном ступінь пом'якшення досягає 80 - 96 % при залишковій гідратній лужності 0,00 - 0,25 мг-екв/дм³.

4. Визначено вплив магнетиту на ефективність освітлення та пом'якшення води. Встановлено, що суттєве підвищення ефективності освітлення води відбувається при високих концентраціях магнетиту (>10 г/дм³) та при використанні магнетиту, насиченого іонами жорсткості.

5. Вивчено процеси вилучення іонів міді з води методом флотації при застосування катіонних флокулянтів та сульфанолу в присутності іонів жорсткості та реагентним методом із застосуванням гідроксоалюмінату натрію. Показано, що при застосуванні флокулянтів в концентраціях 2 - 10 мг/дм³ можна досягти ефективного очищення води від міді при ступені переходу води в піну 1,3 - 3,0 %. Встановлено, що при застосуванні гідроксоалюмінату натрію в реагентному пом'якшенні води іони міді видаляються повністю при дозах гідроксоалюмінату натрію 0,5 - 1,0 мг-екв/дм³.

6. Вивчено процеси відновлення розчинів, що утворюються після регенерації фільтрів при натрій катіонному пом'якшенні води. Показано, що ефективність освітлення пом'якшених содою та лугом регенераційних розчинів зростає із часом відстоювання та зниженням концентрації хлориду натрію. Встановлено допустимі витрати соди та лугу в залежності від вмісту кальцію та магнію в регенераційному розчині. Визначено вплив вмісту карбонатів та рН пом'якшеного розчину хлориду натрію на ефективність регенерації катіоніту при повторному його використанні.

7. Вивчено умови повторного використання кислих регенераційних розчинів після виділення з них іонів кальцію для регенерації сильно- та слабокислотних катіонітів в кальцієвій та магнієвій формі. Встановлено, що вміст іонів магнію в розчинах може досягати 2000 мг-екв/дм³.

8. Встановлено взаємний вплив іонів жорсткості та іонів заліза на ефективність їх сорбції та десорбції на сильно- та слабокислотних катіонітах. Показано, що головною причиною «отруєння» катіонітів сполуками заліза в процесах натрій-катіонного пом'якшення води є підвищення рН середовища. Розроблено схему іонообмінного пом'якшення води, що включає послідовне застосування слабокислотного катіоніту в кислій формі та сильнокислотного катіоніту в натрієвій формі, яка забезпечує глибоке пом'якшення води без підлужнення при ефективному її знезалізненні.

9. Показано, що сильно- та слабокислотні катіоніти ефективно сорбують іони міді в присутності іонів жорсткості. При цьому іони жорсткості за низьких концентрацій іонів міді менше знижують обмінну ємність по міді сильнокислотних катіонітів, а за високих концентрацій іонів міді - слабокислотних іонітів.

10. Вивчено процеси електрохімічної переробки відпрацьованих регенераційних розчинів в дво- та трикамерних електролізерах. Показано, що найвищих виходів за струмом продуктів електролізу (кислоти та лугу) досягнуто при застосуванні трикамерного електролізеру. При використанні кислих та лужних розчинів, що містили іони жорсткості або хлориди наряду із сульфатами вихід за струмом суттєво знижувався. Зниження ефективності електролізу спостерігалось і після переходу від трикамерних до двокамерних електролізерів.

11. Розроблено маловідходні іонообмінні технології пом'якшення та знесолення води, основані на використанні двостадійного катіонування, що забезпечує ефективне пом'якшення води в присутності іонів заліза, міді та інших важких металів, а також ефективне знесолення води із скороченням об'ємів регенераційних розчинів на 60 - 90 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Андрияш С.В. Регенерация катионита КУ-2-8 при создании малоотходных технологий умягчения и обессоливания воды/ С.В. Андрияш, И.Н. Гомеля, Т.А. Шаблий // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2007. - №2. - С. 34 - 39. Здобувачем вивчено процеси регенерації катіоніту КУ-2-8 солянокислими розчинами та розчинами хлориду натрію, процеси переробки та відновлення цих розчинів, підготовлено матеріали до друку.

2. Гомеля И.Н. Влияние ионов железа на эффективность натрий-катионного умягчения воды на катионите КУ-2-8 / И.Н. Гомеля, Ю.А. Омельчук, В.М. Радовенчик // Збірник наукових праць СНУЯЕ та П. - 2007. - вип.3(23). - С. 174 - 179. Здобувачем визначено вплив форми іоніту на реакцію середовища при пом'якшенні води, вивчено процеси сорбції та десорбції іонів жорсткості та заліза на іоніті КУ-2-8.

3. Боженко А.М. Выбор смеси ионитов для эффективного умягчения и обезжелезивания воды / А.М. Боженко, И.Н. Гомеля, Ю.А. Омельчук // Збірник наукових праць СНУЯЕ та П. - 2007. - вип.4(24). - С. 144 - 149. Здобувачем вивчено процеси пом'якшення води та сорбції іонів заліза на сумішах іонітів, визначено умови їх ефективної регенерації.

4. Гомеля И.Н. Оценка эффективности ионитов КУ-2-8 и Aqualite K-100FC при умягчении воды в присутствии ионов железа / И.Н. Гомеля, Ю.А. Омельчук, В.М. Радовенчик // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2008. - №3. - С. 62 - 65. Здобувачем проведено порівняння ефективності сильнокислотних катіонітів в процесах пом'якшення води при регенерації їх хлоридом натрію, вивчено процеси сорбції та десорбції на них іонів заліза.

5. Крисенко Т.В. Вилучення іонів міді з водних розчинів в присутності іонів жорсткості / Т.В. Крисенко, І.М. Гомеля, О.В. Глушко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2008. - №6. - С.81 - 84. Здобувачем вивчено процеси флотаційного очищення води від іонів міді з допомогою флокулянтів в присутності іонів жорсткості.

6. Гомеля И.Н. Натрий-катионное умягчение воды в присутствии ионов железа / И.Н. Гомеля, Ю.А. Омельчук, В.М. Радовенчик // Вісник НТУУ «КПІ» хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. - 2008. - №1(1). - С. 67 - 70. Здобувачем вивчено процеси пом'якшення води на катіонітах в сольовій формі, регенерації катіонітів хлоридом натрію, вивчено процеси сорбції та десорбції іонів заліза в нейтральному середовищі.

7. Макаренко И.Н. Применение гидроксоалюмината натрия при кондиционировании воды для систем охлаждения в промышленности и энергетике / И.Н. Макаренко, Т.А. Шаблий, Т.В. Крысенко // Химия и технология воды. - 2009. - том 31, №5. - С. 542 - 551. Здобувачем оцінку різних реагентів при пом'якшенні води, визначено вплив гідроксоалюмінату натрію на ефективність реагентного пом'якшення води.

8. Шаблій Т.А. Разработка эффективной технологии умягчения воды для промышленного водопотребления / Т.А. Шаблий, И.Н. Макаренко, Е.В. Голтвяницкая // Энерготехнологии и ресурсосбережение. - 2010. - №1. - С.53-58. Здобувачем розроблено ефективну технологію пом'якшення води з вузлами переробки регенераційних розчинів для їх повторного використання.

9. Пат.43183 Україна МПК В01Д33/04 Спосіб відновлення регенераційних розчинів натрій-катіонного пом'якшення води / М.З. Згуровський, І.М. Гомеля, В.В. Рисухін, М.Ю. Ільченко, В.М. Радовенчик, В.С. Камаєв, Г.Ю. Черноволов. - №200901203; заявл. 16.02.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл.№15. Здобувачем вивчено процеси пом'якшення відпрацьованих розчинів хлориду натрію лугом та содою.

10. Пат. 43185 Україна МПК С02F 1/52 Спосіб очищення природних та стічних вод від змулених речовин/ М.З. Згуровський, І.М. Гомеля, В.В. Рисухін, М.Ю. Ільченко, В.М. Радовенчик, В.С. Камаєв, Г.Ю. Черноволов. - №200901205; заявл. 16.02.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл.№15. Здобувачем визначено вплив зернистості матеріалів на ефективність освітлення води.

11. Пат. 43186 Україна МПК С02F 5/00. С02F 1/54 Спосіб пом'якшення води з використанням алюмінату натрію / М.З. Згуровський, І.М. Гомеля, В.В. Рисухін, М.Ю. Ільченко, Т.О. Шаблій, В.С. Камаєв, Г.Ю. Черноволов. - №200901206; заявл. 16.02.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл.№15. Здобувачем визначено ефективні дози реагентів та рівні рН середовища.

12. Пат. 43187 Україна МПК С02F 5/08 Спосіб стабілізації води щодо солевідкладень / М.З. Згуровський, І.М. Гомеля, В.В. Рисухін, М.Ю. Ільченко, В.М. Радовенчик, В.С. Камаєв, Г.Ю. Черноволов. - №200901207; заявл. 16.02.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл.№15. Здобувачем вивчено процеси пом'якшення води на слабокислотному катіоніті, визначено ефективність пом'якшення води та діапазон зміни рН середовища.

13. Незвиська Т.А. Стабілізаційна обробка води для замкнутих систем / Т.А. Незвиська, І.М. Гомеля, А.В. Овсяник // Міжнародна науково-практична конференція «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» Збірник наукових статей у 2-х томах, (м. Алушта, 2005), Харків. - 2005. - т.1. С. 334 - 342. Здобувачем вивчено корозійну агресивність води при підвищених температурах по відношенню до нелегованої сталі.

14. Гомеля И.Н. Регенерация катионита КУ-2-8 в малоотходной технологии умягчения воды / И.Н. Гомеля, В.М. Радовенчик, Т.А. Шаблий // Матеріали конференції «Проблеми життєдіяльності людини та охорони оточуючого середовища» (2007р., Свалявський р-н), Київ, тов. «Знання», - 2007. - С.116 - 118. Здобувач визначив ефективність регенерації катіоніту в залежності від складу регенераційного розчину.

15. Гомеля І.М. Оцінка впливу складу регенераційного розчину на ефективність десорбції іонів кальцію та магнію із слабокислотного іоніту Lewatit TP-207 в динамічних умовах / І.М. Гомеля // Збірка тез доповідей Х Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство», Київ, - 2007. - С. 94.

16. Гомеля И.Н. Умягчение и обезжелезивание води для энергетических систем / И.Н. Гомеля, В.М. Радовенчик, Ю.А. Омельчук // Сборник научных статей XVI Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов» (г. Щелкино, 2008г.), Харьков. - 2008. - С. 61 - 67. Здобувачем визначено вплив форми іоніту на рН середовища в пом'якшеній воді, вивчено процеси регенерації катіонітів хлоридом натрію.

17. Гомеля І.М. Флотаційне очищення низькоконцентрованих розчинів від іонів міді / І.М. Гомеля, Т.В. Крисенко, О.В. Глушко // Труди конференції «Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очищення природних і стічних вод» (Миргород, 2009), Київ - 2009. - С. 64 - 66. Здобувачем було вивчено процеси флотаційного очищення води від іонів міді з допомогою катіонних флокулянтів в присутності іонів жорсткості.

АНОТАЦІЇ

Макаренко І.М. Створення екологічно безпечних ресурсозберігаючих систем водоспоживання в промисловості та енергетиці. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». - Київ, 2010.

На основі критеріїв термостабільності води у промислових водоциркуляційних системах охолодження визначено вимоги до якості води при переході від відкритих до замкнутих безстічних систем.

Визначено умови глибокого пом'якшення води реагентним методом при комбінованому використанні гідроксоалюмінату натрію з вапном, лугом або содою. Показано, що при застосуванні даного методу можливе зниження жорсткості води від 4,0 - 38,0 мг-екв/дм³ до 0,2 - 1,0 мг-екв/дм³ за невисоких значень залишкової лужності води. На прикладі вилучення іонів міді з води показано, що наряду з ефективним пом'якшенням води гідроксоалюмінат натрію забезпечує ефективне вилучення іонів важких металів з води.

Вперше показано, що отруєння іонітів сполуками заліза в процесах іонообмінного пом'якшення води відбувається внаслідок підвищення рН середовища при натрій катіонуванні води. Створено схему іонообмінного пом'якшення води, що забезпечує ефективне вилучення з води іонів заліза, міді та інших важких металів.

Вивчено процеси реагентної та електрохімічної переробки відпрацьованих регенераційних розчинів іонообмінного пом'якшення та знесолення води. Розроблено маловідходні технології кондиціювання води для безстічних водоциркуляційних систем охолодження.

Ключові слова: водоциркуляційна система, пом'якшення води, накипоутворення, катіоніт, аніоніт, регенерація іоніту.

Макаренко И.Н. Создание экологически безопасных ресурсосберегающих систем водопотребления в промышленности и энергетике. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01. - экологическая безопасность. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». - Киев, 2010.

На основе критериев термостабильности воды в промышленных водооборотных системах охлаждения определены требования к качеству воды при переходе от открытых до замкнутых бессточных систем охлаждения.

Определено влияние различных реагентов на эффективность умягчения воды и установлено, что существенного повышения эффективности реагентного умягчения можно достичь при комбинированной обработке воды известью, щелочью или содой и гидроксоалюминатом натрия. При этом степень умягчения возрастает на 30 - 50 % при снижении жесткости воды от 4,0 - 38,0 мг-екв/дм³ до 0,2 - 1,0 мг-екв/дм³ при невысоких значениях остаточной щелочности воды.

Изучены процессы очистки оборотных вод от ионов меди. Показано, что методом флотации при использовании катионных флоккулянтов можно эффективно извлекать медь в присутствии ионов жесткости. Полной очистки от меди было достигнуто при использовании гидроксоалюмината натрия.

Впервые показано, что отравление ионитов соединениями железа в процессах ионообменного умягчения воды происходит за счет повышения рН среды при натрий-катионировании. Изучены процессы умягчения воды при использовании разных комбинаций катионитов и анионитов в кислой и солевой формах. Разработано схему ионообменного умягчения воды, которая обеспечивает удаление из воды ионов железа, меди и других тяжелых металлов при эффективной регенерации ио...