Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область)
Запропоновано двоступеневу схему очищення артезiанської води вiд залiза та мангану iз застосуванням на першому ступенi фiльтра з природним клiноптилолiтом для видалення основної кiлькостi залiза, i на другому — фiльтра з модифiкованим клiноптилолiтом для видалення залишкового залiза та iонiв двовал...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88449 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) / Ю.I. Тарасевич, О.Ю. Кулiшенко, Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 10. — С. 136-143. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88449 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Тарасевич, Ю.І. Кулішенко, О.Ю. Остапенко, Р.В. Кравченко, Т.Б. 2015-11-14T15:53:02Z 2015-11-14T15:53:02Z 2014 Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) / Ю.I. Тарасевич, О.Ю. Кулiшенко, Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 10. — С. 136-143. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88449 628.161.2 Запропоновано двоступеневу схему очищення артезiанської води вiд залiза та мангану iз застосуванням на першому ступенi фiльтра з природним клiноптилолiтом для видалення основної кiлькостi залiза, i на другому — фiльтра з модифiкованим клiноптилолiтом для видалення залишкового залiза та iонiв двовалентного мангану. Пiдтверджено можливiсть застосування на водозаборах технологiї знезалiзнення, що полягає в спрощенiй або глибокiй аерацiї з подальшим фiльтруванням через клiноптилолiтове завантаження як у напiрному, так i безнапiрному виконаннi. Отримання модифiкованого дiоксидом мангану клiноптилолiтового завантаження здiйснено безпосередньо в фiльтрувальнiй колонi. Вiдзначимо, що властивостi таким чином отриманого модифiкованого клiноптилолiту не вiдрiзняються вiд властивостей сорбенту, синтезованого в звичайних умовах. Показано, що модифiковане завантаження може працювати без промивок та регенерацiї впродовж мiсяця. Запропонована технологiя була вiдпрацьована в реальних умовах водозаборiв м. Мукачеве, Україна. Предложена двухступенчатая схема очистки воды от железа и марганца с применением на первой ступени фильтра с природным клиноптилолитом для удаления основного количества железа, и на второй — фильтра с модифицированным клиноптилолитом для удаления остаточного железа и ионов двухвалентного марганца. Подтверждена возможность применения на водозаборах технологии обезжелезивания, которая заключается в упрощенной или глубокой аэрации с последующим фильтрованием через клиноптилолитовую загрузку как в напорном, так и в безнапорном исполнении. Получение модифицированной диоксидом марганца клиноптилолитовой загрузки осуществлено непосредственно в фильтровальной колонне. Отмечено, что свойства таким образом полученного модифицированного клиноптилолита не отличаются от свойств сорбента, синтезированного в обычных условиях. Показано, что модифицированная загрузка может работать без промывок и регенерации в течение месяца. Предложенная технология была отработана в реальных условиях водозаборов г. Мукачево, Украина. A two-step scheme of the artesian water purification from iron and manganese using the first stage filter with natural clinoptilolite to remove the main amount of iron and the second stage filter with modified clinoptilolite to remove the residual iron and manganese divalent ions is proposed. The iron removal technology, which relies on a simplified or deep aeration followed by filtration through clinoptilolite loading either in the pressure or free-flow regime, is shown to be applicable at water intakes. The preparation of a clinoptilolite loading modified by manganese dioxide is implemented directly in the filtration column. The properties of a prepared modified clinoptilolite do not differ from those of the sorbent prepared in usual way. It is shown that the modified loading remains operative without rinsing and regeneration during one month. The proposed technology has been tested under real conditions at water intakes of Mukacheve, Ukraine. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) Деманганация и обезжелезивание артезианской воды в условиях промышленных водозаборов г. Мукачево (Закарпатская область) De-ironing and demanganation of artesian water at industrial water intakes in Mukacheve (Zakarpats’karegion) Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) |
| spellingShingle |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) Тарасевич, Ю.І. Кулішенко, О.Ю. Остапенко, Р.В. Кравченко, Т.Б. Хімія |
| title_short |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) |
| title_full |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) |
| title_fullStr |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) |
| title_full_unstemmed |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) |
| title_sort |
деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. мукачеве (закарпатська область) |
| author |
Тарасевич, Ю.І. Кулішенко, О.Ю. Остапенко, Р.В. Кравченко, Т.Б. |
| author_facet |
Тарасевич, Ю.І. Кулішенко, О.Ю. Остапенко, Р.В. Кравченко, Т.Б. |
| topic |
Хімія |
| topic_facet |
Хімія |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Деманганация и обезжелезивание артезианской воды в условиях промышленных водозаборов г. Мукачево (Закарпатская область) De-ironing and demanganation of artesian water at industrial water intakes in Mukacheve (Zakarpats’karegion) |
| description |
Запропоновано двоступеневу схему очищення артезiанської води вiд залiза та мангану
iз застосуванням на першому ступенi фiльтра з природним клiноптилолiтом для видалення основної кiлькостi залiза, i на другому — фiльтра з модифiкованим клiноптилолiтом для видалення залишкового залiза та iонiв двовалентного мангану. Пiдтверджено можливiсть застосування на водозаборах технологiї знезалiзнення, що полягає
в спрощенiй або глибокiй аерацiї з подальшим фiльтруванням через клiноптилолiтове
завантаження як у напiрному, так i безнапiрному виконаннi. Отримання модифiкованого дiоксидом мангану клiноптилолiтового завантаження здiйснено безпосередньо
в фiльтрувальнiй колонi. Вiдзначимо, що властивостi таким чином отриманого модифiкованого клiноптилолiту не вiдрiзняються вiд властивостей сорбенту, синтезованого
в звичайних умовах. Показано, що модифiковане завантаження може працювати без
промивок та регенерацiї впродовж мiсяця. Запропонована технологiя була вiдпрацьована
в реальних умовах водозаборiв м. Мукачеве, Україна.
Предложена двухступенчатая схема очистки воды от железа и марганца с применением на
первой ступени фильтра с природным клиноптилолитом для удаления основного количества железа, и на второй — фильтра с модифицированным клиноптилолитом для удаления
остаточного железа и ионов двухвалентного марганца. Подтверждена возможность применения на водозаборах технологии обезжелезивания, которая заключается в упрощенной
или глубокой аэрации с последующим фильтрованием через клиноптилолитовую загрузку
как в напорном, так и в безнапорном исполнении. Получение модифицированной диоксидом
марганца клиноптилолитовой загрузки осуществлено непосредственно в фильтровальной
колонне. Отмечено, что свойства таким образом полученного модифицированного клиноптилолита не отличаются от свойств сорбента, синтезированного в обычных условиях.
Показано, что модифицированная загрузка может работать без промывок и регенерации
в течение месяца. Предложенная технология была отработана в реальных условиях водозаборов г. Мукачево, Украина.
A two-step scheme of the artesian water purification from iron and manganese using the first stage
filter with natural clinoptilolite to remove the main amount of iron and the second stage filter with
modified clinoptilolite to remove the residual iron and manganese divalent ions is proposed. The
iron removal technology, which relies on a simplified or deep aeration followed by filtration through
clinoptilolite loading either in the pressure or free-flow regime, is shown to be applicable at water
intakes. The preparation of a clinoptilolite loading modified by manganese dioxide is implemented
directly in the filtration column. The properties of a prepared modified clinoptilolite do not differ
from those of the sorbent prepared in usual way. It is shown that the modified loading remains
operative without rinsing and regeneration during one month. The proposed technology has been
tested under real conditions at water intakes of Mukacheve, Ukraine.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88449 |
| citation_txt |
Деманганація і знезалізнення артезіанської води в умовах промислових водозаборів м. Мукачеве (Закарпатська область) / Ю.I. Тарасевич, О.Ю. Кулiшенко, Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 10. — С. 136-143. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT tarasevičûí demanganacíâíznezalíznennâartezíansʹkoívodivumovahpromislovihvodozaborívmmukačevezakarpatsʹkaoblastʹ AT kulíšenkooû demanganacíâíznezalíznennâartezíansʹkoívodivumovahpromislovihvodozaborívmmukačevezakarpatsʹkaoblastʹ AT ostapenkorv demanganacíâíznezalíznennâartezíansʹkoívodivumovahpromislovihvodozaborívmmukačevezakarpatsʹkaoblastʹ AT kravčenkotb demanganacíâíznezalíznennâartezíansʹkoívodivumovahpromislovihvodozaborívmmukačevezakarpatsʹkaoblastʹ AT tarasevičûí demanganaciâiobezželezivanieartezianskoivodyvusloviâhpromyšlennyhvodozaborovgmukačevozakarpatskaâoblastʹ AT kulíšenkooû demanganaciâiobezželezivanieartezianskoivodyvusloviâhpromyšlennyhvodozaborovgmukačevozakarpatskaâoblastʹ AT ostapenkorv demanganaciâiobezželezivanieartezianskoivodyvusloviâhpromyšlennyhvodozaborovgmukačevozakarpatskaâoblastʹ AT kravčenkotb demanganaciâiobezželezivanieartezianskoivodyvusloviâhpromyšlennyhvodozaborovgmukačevozakarpatskaâoblastʹ AT tarasevičûí deironinganddemanganationofartesianwateratindustrialwaterintakesinmukachevezakarpatskaregion AT kulíšenkooû deironinganddemanganationofartesianwateratindustrialwaterintakesinmukachevezakarpatskaregion AT ostapenkorv deironinganddemanganationofartesianwateratindustrialwaterintakesinmukachevezakarpatskaregion AT kravčenkotb deironinganddemanganationofartesianwateratindustrialwaterintakesinmukachevezakarpatskaregion |
| first_indexed |
2025-11-24T05:57:16Z |
| last_indexed |
2025-11-24T05:57:16Z |
| _version_ |
1850842959587573760 |
| fulltext |
УДК 628.161.2
Член-кореспондент НАН України Ю. I. Тарасевич, О. Ю. Кулiшенко,
Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко
Деманганацiя i знезалiзнення артезiанської води
в умовах промислових водозаборiв м. Мукачеве
(Закарпатська область)
Запропоновано двоступеневу схему очищення артезiанської води вiд залiза та мангану
iз застосуванням на першому ступенi фiльтра з природним клiноптилолiтом для ви-
далення основної кiлькостi залiза, i на другому — фiльтра з модифiкованим клiнопти-
лолiтом для видалення залишкового залiза та iонiв двовалентного мангану. Пiдтвер-
джено можливiсть застосування на водозаборах технологiї знезалiзнення, що полягає
в спрощенiй або глибокiй аерацiї з подальшим фiльтруванням через клiноптилолiтове
завантаження як у напiрному, так i безнапiрному виконаннi. Отримання модифiко-
ваного дiоксидом мангану клiноптилолiтового завантаження здiйснено безпосередньо
в фiльтрувальнiй колонi. Вiдзначимо, що властивостi таким чином отриманого моди-
фiкованого клiноптилолiту не вiдрiзняються вiд властивостей сорбенту, синтезованого
в звичайних умовах. Показано, що модифiковане завантаження може працювати без
промивок та регенерацiї впродовж мiсяця. Запропонована технологiя була вiдпрацьована
в реальних умовах водозаборiв м. Мукачеве, Україна.
У науковiй лiтературi технологiчнi методи видалення з пiдземних вод сполук залiза (Fe) й
мангану (Mn) розглядаються окремо для кожного з цих компонентiв, однак останнiм часом
посилюється пiдхiд до знезалiзнення та деманганацiї води як до єдиного процесу. Аналiз
iснуючих методiв очищення пiдземних вод [1, 2] показує, що найбiльш простим та економ-
ним способами видалення з води iонiв залiза є спрощена або глибока аерацiя з подальшим
фiльтруванням крiзь природне зернисте завантаження. Пiд час та пiсля аерацiї вода на-
сичується киснем повiтря, вiдбуваються процеси окиснення iонiв залiза (II) в залiзо (III)
та гiдролiз залiза (III) з утворенням гiдроксиду (Fe(OH)3). Останнiй затримується в шарi
фiльтрувального завантаження й створює на поверхнi зерен завантаження автокаталiтичну
плiвку з оксидiв залiза. В свою чергу пластiвцi гiдроксиду залiза адсорбують з води iони
залiза (II) з подальшим його окисненням до залiза (III), отже, вiдбувається процес постiй-
ного нагромадження в фiльтрувальному шарi гiдроксиду та оксидiв залiза до тих пiр, поки
втрати напору в завантаженнi не досягнуть критичної величини.
Процес утворення плiвки з Fe(OH)3 на поверхнi зерен потребує часу для “зарядження”
завантаження. Тому як останнє бажано використовувати матерiал, що на початку фiльтро-
циклу буде дiяти як сорбент, а з часом, коли сорбцiйна ємнiсть завантаження ви́черпаєть-
ся, — за допомогою утвореної на поверхнi зерен сорбцiйної плiвки з оксидiв та гiдроксиду
залiза.
Як такий матерiал для фiльтрiв знезалiзнення нами запропоновано використовувати
цеолiтовий туф (далi — клiноптилолiт) Сокирницького родовища (Закарпатський регiон
України), який мiстить 60. . . 90% клiноптилолiту та 10. . . 40% iнертних включень (кварцу,
слюди, польового шпату тощо) [3]. У порiвняннi з вiдомими завантаженнями такого типу
© Ю. I. Тарасевич, О.Ю. Кулiшенко, Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко, 2014
136 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №10
(Birm, Greensand та iн.) цей матерiал у кiлька разiв є дешевшим, видобувається безпосе-
редньо на Закарпаттi i тому є найбiльш економiчно доцiльним.
На вiдмiну вiд залiза, манган дуже повiльно окиснюється киснем повiтря при pH < 8
i лише пiсля пiдвищення pH до 9,5 можна досягти iстотного збiльшення швидкостi окиснен-
ня в напрямi: Mn(II) → Mn(III) → Mn(IV). Вiдомо також, що вищi оксиди мангану (Mn3O4,
MnO2) є каталiзаторами процесу окиснення Mn(II) i тому на сьогоднi найрацiональнiшим
є шлях окиснення iонiв Mn(II) пiд час фiльтрування крiзь завантаження, яке модифiковане
вищими оксидами мангану (в основному MnO2), звiдки випливає, що принципово процеси
знезалiзнення та деманганацiї подiбнi мiж собою, але вiдрiзняються активнiстю середови-
ща, в якому вони вiдбуваються.
У роботах [4–6] для нанесення плiвки дiоксиду мангану (MnO2) на поверхню заванта-
ження нами застосований безтермiчний метод, в основi якого лежить iонний обмiн. Ме-
тод полягає в обробцi клiноптилолiту розчином солi двовалентного мангану з подальшим
окисненням введеного таким чином в обмiнний комплекс Mn(II) перманганатом калiю за
реакцiями:
CaЦ +Mn2+ ↔ MnЦ +Ca2+,
3MnЦ + 6Me+ + 2MnO−
4 + 2H2O → (3Me2Ц) · 5MnO2 + 4H+,
деMe+ — катiони К+ або Na+, а природний клiноптилолiт (Ц) для простоти наведений у ви-
глядi кальцiєвої форми. В другому рiвняннi дiоксид мангану, що утворився, i клiноптилолiт
представленi у виглядi одного продукту реакцiї, щоб пiдкреслити мiцний зв’язок кластерiв
MnO2 з поверхнею клiноптилолiту.
Очищення артезiанської води вiд iонiв залiза та мангану можна здiйснювати в одну
стадiю, але в такому разi витрата модифiкованого сорбента-каталiзатора зростає настiльки,
що його використання стає недоцiльним. Тому рекомендуємо застосовувати комплексну
двостадiйну схему очищення води на фiльтрах iз зернистим завантаженням. На першiй
стадiї з води вилучається залiзо, на другiй — манган.
Об’єкти та методика дослiджень. Для артезiанських вод Закарпатської областi,
в тому числi й для водозаборiв м. Мукачеве, характерна сумiсна присутнiсть iонiв Fe2+ й
Mn2+. Данi табл. 1 пiдтверджують цю тезу i вказують на подiбнiсть води з цих двох дже-
рел. Артезiанська вода водозабору “Ключарки” характеризується дуже високим вмiстом
сполук залiза, концентрацiя якого сягає 13,65 мг/дм3 при вмiстi мангану до 1,2 мг/дм3. На-
томiсть, вода водозабору “Мєчнiкова” при такiй самiй концентрацiї мангану (до 1,2 мг/дм3)
має незначний вмiст залiза 0,4–0,6 мг/дм3. З позицiї проведення дослiджень це дуже зруч-
но, оскiльки дозволяє “роздiлити” вихiднi умови знезалiзнення та деманганацiї води. До-
слiдження, наслiдки яких розглядаються нижче, дали змогу визначити деякi особливостi
перебiгу процесiв знезалiзнення й деманганацiї води при застосуваннi клiноптилолiтового
завантаження фiльтрiв та запропонувати комплекснi технологiчнi прийоми водоочищення
на вказаних об’єктах.
Для здiйснення процесу знезалiзнення на водозаборi “Ключарки” застосована пiлотна
установка, яка включає ежектор та аератор-окиснювач, напiрний та безнапiрний фiльтри
дiаметром 150 мм з об’ємом завантаження 43 дм3. Установка являє собою фрагмент пiлот-
ної установки, повну схему якої iлюструє рис. 1. Враховуючи значний вмiст залiза, в схемi
водоочищення закладено метод глибокої аерацiї, що передбачає подовжений контакт во-
ди з киснем повiтря (вузол аерацiї I). На початковiй стадiї дослiджень для визначення
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №10 137
Рис. 1. Технологiчна схема установки знезалiзнення-деманганацiї:
I — вузол аерацiї, II — блок знезалiзнення, III — блок деманганацiї. 1 — Ежектор; 2 — аератор-окиснювач;
3 — безнапiрний фiльтр знезалiзнення; 4 — напiрний фiльтр знезалiзнення; 5 — напiрний фiльтр деманга-
нацiї; 6 — збiрна ємнiсть; 7 — насос.
Трубопровiд : а — вихiдної води; б — аерованої води; в — знезалiзненої води; г — очищеної води; д —
промивний; е — каналiзацiйний
оптимальних умов реалiзацiї процесу напiрний та безнапiрний фiльтри були включенi “па-
ралельно” (блок знезалiзнення II).
Як завантаження фiльтрiв знезалiзнення використовували природний (немодифiкова-
ний) клiноптилолiтовий пiсок фракцiї 1–4 мм з ємнiстю катiонного обмiну E = 1,45 мг-екв/г.
Обмiнний комплекс матерiалу представлений в основному iонами Ca2+ (1,05 мг-екв/г).
Знезалiзнення виконували таким чином. Воду вiд свердловини через ежектор (див.
рис. 1) подавали в аератор-окиснювач, пiсля якого вона розподiлялась мiж безнапiрним
та напiрним фiльтрами знезалiзнення. Дослiдження проводили в режимi постiйного регу-
Таблиця 1. Показники якостi води базових водозаборiв
Показники якостi води
Водозабори
“Ключарки” “Мєчнiкова”
pH 6,8–7,4 7,0–7,8
Загальна жорсткiсть, ммоль/дм3 3,1–3,7 3,0–5,5
Лужнiсть, ммоль/дм3 3,2–3,4 2,5–3,7
Окиснюванiсть, мг О2/дм3 0,64–1,92 0,40–1,60
Амiак, мг/дм3 0,28 0,05–0,39
Нiтрити, мг/дм3 0,015–0,020 0,003–0,026
Нiтрати, мг/дм3 4,22 0,18–1,38
Кальцiй, мг/дм3 48,1–54,1 40,1–56,1
Магнiй, мг/дм3 8,5–12,1 12,1–19,2
Хлориди, мг/дм3 17,7–28,3 25,1–154,8
Сульфати, мг/дм3 2,0–10,0 2,5–45,0
Fe (total), мг/дм3 12,50–13,65 0,40–0,60
Mn(II), мг/дм3 0,9–1,2 1,0–1,2
Сухий залишок, мг/дм3 271–350 250–505
138 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №10
лювання швидкостi фiльтрування для компенсацiї втрат напору в фiльтрувальнiй колонi.
Роботу безнапiрного фiльтра регулювали таким чином, щоб над поверхнею завантажен-
ня постiйно пiдтримувався шар води, напiрного — здiйснювали при тиску на його входi
0,5–1 атм. У ходi дослiджень концентрацiю залiза у вихiднiй, аерованiй водi та фiльтратi
встановлювали спектрофотометричним методом за iнтенсивнiстю забарвлення комплексу
залiза з сульфосалiцилат-iонами. Закiнчення фiльтроциклу визначали по досягненню гра-
ничної втрати напору, пiсля чого фiльтри промивали.
Основну частину дослiджень з деманганацiї проводили на станцiї знезалiзнення водоза-
бору “Мєчнiкова”. Тут перший ступень водоочищення (див. фiльтр 3 на рис. 1) вже реалiзо-
ваний у виглядi чотирьох безнапiрних фiльтрiв дiаметром 3,2 м, завантажених природним
клiноптилолiтовим пiском фракцiї 1–4 мм. До трубопроводу загального фiльтрату станцiї
знезалiзнення як другий ступiнь фiльтрування був пiд’єднаний напiрний фiльтр демангана-
цiї дiаметром 250 мм i об’ємом завантаження 50 дм3 (блок деманганацiї III). Таким чином,
фiльтри знезалiзнення та деманганацiї були включенi послiдовно, що вiдтворює традицiй-
ну схему водоочищення.
Як завантажений фiльтр деманганацiї використовували той самий клiноптилолiт, що й
при знезалiзненнi, але додатково модифiкований за такою методикою. Отримання моди-
фiкованого завантаження було здiйснено безпосередньо в фiльтрувальнiй колонi за умов,
наближених до природних. Клiноптилолiт впродовж 2 год витримували в контактi з роз-
чином хлористого мангану, потiм промивали очищеною водою. Пiсля цього завантаження
впродовж 2 год витримували в контактi з розчином перманганату калiю i промивали очи-
щеною водою до зникнення з води характерного забарвлення. В результатi на поверхнi
сорбенту утворилась хемосорбована плiвка з MnO2 з масовою часткою 0,25. . . 0,33% вiд ма-
си завантаження. Питома витрата реагентiв на модифiкацiю — 7 г MnCl2 й 2 г KMnO4 на
1 кг завантаження.
У процесi роботи фiльтра деманганацiї регулярно встановлювали концентрацiї мангану
у вихiднiй i фiльтрованiй водi, перевiряли та регулювали швидкостi фiльтрування. Кон-
центрацiю мангану визначали за методикою (ГОСТ № 4974) з видаленням хлор-iона з до-
даванням сiрчанокислої ртутi. Закiнчення циклiв деманганацiї встановлювали за втратою
завантаженням сорбцiйної спроможностi. Пiсля цього фiльтр промивали водою й регенеру-
вали розчином перманганату калiю. Регенерацiйний розчин подавали насосом знизу-вверх
крiзь шар фiльтрувального завантаження в режимi перiодичної циркуляцiї. Потiм фiльтр
знову промивали та включали в роботу.
Результати та їх обговорення. Знезалiзнення. Важливими факторами, що впли-
вають на процес знезалiзнення, є pH, вмiст кисню й спiввiдношення форм залiза у вихiднiй
водi та за ступенем її очищення.
Показник pH води водозабору “Ключарки” (див. табл. 1) тяжiє до нижньої межi придат-
ностi методу спрощеної аерацiї та фiльтрування [2]. Натомiсть для водозабору “Мєчнiкова”
вихiднi умови бiльш сприятливi як для знезалiзнення, так i деманганацiї. Також сприятли-
вими умовами для знезалiзнення вважаються концентрацiї кисню, якi приблизно в 4–6 разiв
перевищують його теоретичну витрату (0,143 мг O2 на 1 мг Fe2+) або 0,6–0,9 мг на 1 мг
Fe2+. У нашому випадку для водозабору “Ключарки” це вiдповiдає концентрацiям кисню
7,7–11,5 мг/дм3. Як видно з табл. 2, вузол аерацiї “ежектор–аератор-окиснювач” повнiстю
забезпечує цю умову.
Вибiрковi результати визначення форм залiза демонструє табл. 3. Для ефективного пе-
ребiгу процесу знезалiзнення концентрацiя закисного залiза (Fe2+) у вихiднiй водi повинна
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №10 139
Рис. 2. Залежнiсть концентрацiї iонiв залiза на виходi з фiльтра вiд тривалостi фiльтроциклу (вихiдна
концентрацiя залiза 12,5–13,0 мг/дм3; швидкiсть фiльтрування 3 м/год).
Фiльтр: а — напiрний; б — безнапiрний
становити не менше 70% загальної концентрацiї залiза (Feзаг). Як видно з таблицi, ця умо-
ва виконується зi значним “запасом”.
На рис. 2 зображенi типовi приклади кривих змiн концентрацiї залiза на виходi з на-
пiрного та безнапiрного фiльтрiв. Незважаючи на iонообмiннi та сорбцiйнi властивостi клi-
ноптилолiту, йому властивi епiзодичнi пiки “проскакування” залiза (II) у фiльтрат, особ-
ливо в перiод початкового “зарядження” завантаження. Вочевидь, у нашому випадку цей
ефект посилювався високою вихiдною концентрацiєю залiза. В роботi [7] нами запропонова-
на спрощена модель, що пояснює механiзм утворення таких пiкiв з позицiї змiни сорбцiйного
режиму дiї клiноптилолiту на автокаталiтичний. В процесi водоочищення це явище легко
нейтралiзується завдяки змiщенню в часi графiкiв промивки окремих фiльтрiв. Також мож-
на вiдзначити, що напiрний фiльтр в цiлому показав кращi наслiдки знезалiзнення. Через
добу концентрацiя залiза в його фiльтратi стабiлiзувалась на рiвнi, нижчому за норматив-
ну (0,1 мг/дм3), а тривалiсть фiльтроциклу в 2 рази перевищувала показник безнапiрного
фiльтра й була доведена до 92 год.
Таблиця 2. Вмiст кисню за ступенем водоочищення, мг/дм3
Точка вiдбору Концентрацiя кисню, мг О2/дм3
Вода:
вихiдна 1,98
пiсля аератора-окиснювача 10,23
фiльтрована 8,70
Таблиця 3. Концентрацiї та iонний склад залiза за ступенем водоочищення
Доба
Концентрацiя залiза в точках вiдбору, мг/дм3
Вода Фiльтрована вода з фiльтра
вихiдна аерована напiрного безнапiрного
Feзаг Fe3+ Fe2+ Feзаг Fe3+ Fe2+ Feзаг Fe3+ Fe2+ Feзаг Fe3+ Fe2+
1 13,10 0,18 12,92 12,30 1,05 11,25 0,59 0,08 0,51 1,71 0,47 1,24
2 12,50 0,11 12,39 12,34 0,20 12,19 0,09 0,07 0,02 0,35 0,25 0,10
5 12,81 0,06 12,75 11,56 0,33 11,23 0,04 0,03 0,01 — — —
9 14,10 1,03 13,07 14,80 2,42 12,38 0,27 0,26 0,01 — — —
140 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №10
Слiд зазначити, що кiнець фiльтроциклiв для напiрного i безнапiрного фiльтрiв визна-
чався неможливiстю регулювання швидкостi фiльтрування на виходi. Тобто фiльтри виво-
дились на промивку не за “проскакуванням” залiза в фiльтрат, а за втратами напору. Це,
безумовно, є позитивом з позицiй експлуатацiї. Бiльшу тривалiсть фiльтроциклiв для напiр-
ного фiльтра можна пояснити бiльш повним використанням ресурсу фiльтра в напiрному
режимi.
Виходячи з наведеного вище, для знезалiзнення води на промисловому водозаборi “Клю-
чарки” продуктивнiстю 4000 м3/доба запропоновано застосувати чотири фiльтри D = 3,2 м
зi змiщенням графiка промивок у часi. Саме така станцiя знезалiзнення була впроваджена
на iншому водозаборi м. Мукачеве — “Мєчнiкова”.
Деманганацiя. Наявнiсть у складi водозабору “Мєчнiкова” станцiї знезалiзнення на-
дала можливiсть дослiдити особливостi роботи наносорбенту в умовах “класичної” двох-
ступеневої схеми: “знезалiзнення спрощеною аерацiєю та фiльтруванням — деманганацiя
на модифiкованому фiльтруючому матерiалi”, що вiдповiдає блокам II й III з рис. 1. Як
блок II цiєї схеми можна розглядати дiючi промисловi фiльтри ФОУ, завантаженi приро-
дним клiноптилолiтом, блока III — пiлотний фiльтр, завантажений модифiкованим клi-
ноптилолiтом.
Зведення усереднених результатiв головного дослiду, проведеного на водозаборi “Мєч-
нiкова” демонструє табл. 4. Видно, що дiючi промисловi фiльтри ФОУ виконують роль
як фiльтрiв деманганацiї, так i знезалiзнення. При середнiй вихiднiй концентрацiї манга-
ну 0,8 мг/дм3 (максимум — 1,26 мг/дм3), вмiст мангану у водi, що надходила на пiлотний
фiльтр, в середньому становив 0,26 мг/дм3, тобто зменшився в 3 рази. Останнє є надзвичай-
но цiкавим, оскiльки при завантаженнi фiльтрiв першого ступеня застосовувався клiнопти-
лолiтовий пiсок, не модифiкований оксидом мангану, а “заряджений” при знезалiзненнi та
дiючий вже протягом 7-ми рокiв. Подiбний результат вiдомий з практики деманганацiї [8],
але нами в умовах України зустрiчається вперше.
Цього, звичайно, недостатньо для забезпечення нормативу, але навантаження по манга-
ну на запропонований нами пiлотний фiльтр стало набагато меншим. З табл. 4 видно, що
перший ступень (спрощеної аерацiї та фiльтрування) дозволив значно пiдвищити концен-
трацiю розчиненого кисню у водi при забезпеченнi вiдносно високого показника pH. Такi
сприятливi вихiднi умови призвели до зростання фiльтроциклу на другому ступенi — деман-
ганацiї до одного мiсяця. На рис. 3 наведенi кривi змiн концентрацiй мангану у фiльтратi
пiлотного фiльтра за цей перiод. I в цьому випадку зафiксований пiк погiршення якостi
фiльтрату, аналогiчний тим, що мають мiсце при знезалiзненнi. Проте цей пiк змiщений
у часi на 5 дiб.
Значна тривалiсть фiльтроциклу засвiдчила достатньо високу ефективнiсть клiноптило-
лiту, модифiкованого за методом, описаним у статтi [5]. Всього за фiльтроцикл на пiлотнiй
Таблиця 4. Показники якостi води за фiльтроцикл
Показник якостi
води, мг/дм3
Точка вiдбору
вихiдна вода фiльтрат фiльтрiв ФОУ фiльтрат пiлотного фiльтра
Концентрацiя Mn 0,80 0,26 0,04
Концентрацiя Fe 0,27 0,05 0,03
Вмiст О2 0,11/4,31∗ 9,4 9,4
pH 7,0–7,8 7,2–7,9 7,3–7,8
∗ Вихiдна вода до/пiсля спрощеної аерацiї.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №10 141
Рис. 3. Динамiка змiни концентрацiй мангану пiд час роботи установки
установцi було очищено 185,9 м3 пiдземної води i затримано 0,72 г Mn(II) на 1 кг матерiалу.
За даними наших лабораторних дослiджень [5], повна сорбцiйна ємнiсть модифiкованого
клiноптилолiту становить приблизно 0,77 г Mn(II) на 1 кг матерiалу. Отже, результати, що
отриманi в реальних умовах, виявились максимально наближеними до оптимальних.
Таким чином, головним результатом пробного знезалiзнення води є пiдтвердження мож-
ливостi застосування на промислових водозаборах м. Мукачеве методу спрощеної або гли-
бокої аерацiї та фiльтрування через клiноптилолiтове завантаження, як у напiрному, так
i безнапiрному виконаннi. Для досягнення надiйностi водоочищення на станцiї знезалiзнен-
ня доцiльно встановлювати не менше чотирьох фiльтрiв, якi треба промивати з 0,5. . . 1-до-
бовим змiщенням у часi.
Дослiдження з деманганацiї пiдтвердили можливiсть отримання модифiкованого клiно-
птилолiту безпосередньо в фiльтрувальнiй колонi та його застосування для деманганацiї
пiдземної води. Фiльтрування через це завантаження забезпечило концентрацiю мангану
в очищенiй водi в межах до 0,05 мг/дм3 впродовж 29 дiб.
Слiд звернути окрему увагу на особливостi змiн концентрацiй мангану у фiльтратi пiд
час циклiв фiльтрування. Початкове погiршення якостi очищеної води пояснюється ефек-
тами, пов’язаними зi змiною режиму роботи завантаження з сорбцiйного на автокаталi-
тичний [7]. В наступних роботах цi ефекти будуть дослiдженi бiльш детально. Дослiдже-
ну схему знезалiзнення й деманганацiї води можна вважати оптимальною для наведених
об’єктiв — водозаборiв м. Мукачеве.
1. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода. – Москва:
Стройиздат, 1975. – 176 с.
2. Николадзе Г. И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. – Москва: Стройиздат, 1978. – 120 с.
3. Пат. 95840 Україна, МПК С02F 1/64, C02F 7/00, B01D 24/02. Спосiб очищення пiдземної води вiд
залiза / О. Ю. Кулiшенко, В.Т. Остапенко, В. В. Гончарук та iн. – № 95840; Заявл. 10.02.2010; Опубл.
12.09.2011, Бюл. № 17.
4. Tarasevich Yu. I., Goncharuk V.V., Polyakov V. E. et al. Efficient technology for the removal of iron
and manganese ions from artesian water using clinoptilolite // J. Ind. and Eng. Chem. – 2012. – 18. –
P. 1438–1440.
5. Поляков В. Е., Полякова И. Г., Тарасевич Ю.И. Очистка артезианской воды от ионов марганца и
железа с использованием модифицированного клиноптилолита // Химия и технология воды. – 1997. –
19, № 5. – С. 493–505.
6. Тарасевич Ю.И., Поляков В. Е., Иванова З. Г., Крысенко Д. А. Получение и свойства клиноптилоли-
та, модифицированного диоксидом марганца // Там же. – 2008. – 30, № 2. – С. 159–170.
142 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №10
7. Тарасевич Ю.И., Кулишенко А.Е., Поляков В. Е. и др. Упрощенная модель обезжелезивания и де-
манганации на клиноптилолитовой загрузке фильтров // Там же. – 2013. – 35, № 2. – С. 98–109.
8. Teodorescu M. Optimizarea deferizarii si demanganizarii apei. – Bucuresti: Tehnica, 1979. – 204 p.
Надiйшло до редакцiї 30.04.2014Iнститут колоїдної хiмiї i хiмiї води
iм. А.В. Думанського НАН України, Київ
Член-корреспондент НАН Украины Ю.И. Тарасевич, А. Е. Кулишенко,
Р.В. Остапенко, Т.Б. Кравченко
Деманганация и обезжелезивание артезианской воды в условиях
промышленных водозаборов г. Мукачево (Закарпатская область)
Предложена двухступенчатая схема очистки воды от железа и марганца с применением на
первой ступени фильтра с природным клиноптилолитом для удаления основного количест-
ва железа, и на второй — фильтра с модифицированным клиноптилолитом для удаления
остаточного железа и ионов двухвалентного марганца. Подтверждена возможность при-
менения на водозаборах технологии обезжелезивания, которая заключается в упрощенной
или глубокой аэрации с последующим фильтрованием через клиноптилолитовую загрузку
как в напорном, так и в безнапорном исполнении. Получение модифицированной диоксидом
марганца клиноптилолитовой загрузки осуществлено непосредственно в фильтровальной
колонне. Отмечено, что свойства таким образом полученного модифицированного клино-
птилолита не отличаются от свойств сорбента, синтезированного в обычных условиях.
Показано, что модифицированная загрузка может работать без промывок и регенерации
в течение месяца. Предложенная технология была отработана в реальных условиях водо-
заборов г. Мукачево, Украина.
Corresponding Member of the NAS of Ukraine Yu. I. Tarasevich, O.Yu. Kulishenko,
R.V. Ostapenko, T.B. Kravchenko
De-ironing and demanganation of artesian water at industrial water
intakes in Mukacheve (Zakarpats’karegion)
A two-step scheme of the artesian water purification from iron and manganese using the first stage
filter with natural clinoptilolite to remove the main amount of iron and the second stage filter with
modified clinoptilolite to remove the residual iron and manganese divalent ions is proposed. The
iron removal technology, which relies on a simplified or deep aeration followed by filtration through
clinoptilolite loading either in the pressure or free-flow regime, is shown to be applicable at water
intakes. The preparation of a clinoptilolite loading modified by manganese dioxide is implemented
directly in the filtration column. The properties of a prepared modified clinoptilolite do not differ
from those of the sorbent prepared in usual way. It is shown that the modified loading remains
operative without rinsing and regeneration during one month. The proposed technology has been
tested under real conditions at water intakes of Mukacheve, Ukraine.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №10 143
|