Щербаков В.И, Алексеев Л.С., Ивлева Г.А., З.Аль-Амри

ОЧИСТКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЛИМИТИРУЮЩИХ

МИКРОЭЛЕМЕНТОВ

1

Федеральное Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального обучения Воронежский государственный

архитектурно-строительный университет;

2

Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального обучения Российский государственный аграрный университет;

3 ОАО «НИИ Водоснабжения канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии»;

4 Федеральное Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального обучения Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Оценен способ очистки воды от стабильного стронция, основанный на электрохимическом воздействии на воду и осаждении стронция в виде карбоната. В диапазоне предварительно исследованных значений концентраций стронция (до 50 мг/л) этот способ позволяет снизить его содержание до 2-5 мг/л при предельно-допустимом значении – 7 мг/л. Также обсуждаются проблемы очистки воды от бора и избыточного фтора, кальцинации и стабилизации воды.

A technique of water purification from stable strontium has been evaluated by the authors. The discussed technique is based on electrochemical treatment of water which leads to strontium sedimentation in the form of carbonate. In the range of the studied parameters of strontium concentration ( up to 50 mg/l) this technique allows to decrease its concentration up to 2-5mg/l under the maximum permissible level – mg/l. Also it is discussed problems of water purification from boron, surplus fluorine, calcinations and stabilization of water.

Ключевые слова: подземные воды, очистка воды от стронция, бора, фтора, электрохимия.

В настоящее время население России в большинстве мегаполисов и районов потребляет питьевую воду, не отвечающую в полной мере основным требованиям нормативных документов РФ по микрокомпонентам, биологически активным элементам, биогенным веществам, органическим соединениям природного и искусственного происхождения. Взаимосвязь химического состава питьевой воды и состояния здоровья человека, проявляющаяся в увеличении заболеваемости, установлена медицинскими исследованиями как в России, так и за рубежом. На необходимость коррекции качества питьевой воды указано во многих Постановлениях Главного Государственного врача РФ. Всемирная организация здравоохранения обеспечение населения качественной питьевой водой признает главным разделом программ охраны здоровья человека [1,4].

В связи с устойчивым ростом использования подземных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения актуальна проблема их очистки от отдельных лимитирующих компонентов загрязнений, в первую очередь, бора, стабильного стронция, фторидов, удаление которых не решает традиционная схема водоподготовки и ее варианты, предусматривающие в основном удаление железа и марганца. В связи с этим санитарно-эпидемиологическая служба не согласовывает проекты строительства новых подземных водозаборов и расширения существующих для питьевых целей. Указанная ситуация усугубляется тем, что в настоящее время многие производства и население снабжаются питьевой водой с недопустимо высоким содержанием этих микроэлементов [2].

Проблема очистки воды от стабильного стронция остро возникла в последнее десятилетие в связи с вовлечением в питьевое водоснабжение больших объемов артезианской воды водоносных горизонтов с содержанием стабильного стронция в 5-20 раз превышающим предельно-допустимое – мг/л. Это межпластовые воды Московского артезианского бассейна, территории которого охватывают Московскую, Смоленскую, Тульскую, Калужскую, Калининскую, Ярославскую, Владимирскую, Рязанскую области и частично Мордовию. Повышенные концентрации стабильного стронция обнаружены в скважинах Архангельской, Воронежской областей, Нижнем Новгороде и др. Установлена закономерная тенденция увеличения содержания стронция с глубиной залегания подземных вод.

Длительное употребление такой воды приводит к развитию заболеваемости среди детского и взрослого населения. Стронций на организм человека оказывает общетоксическое действие как нервный и мышечный яд.

Гидроксид стронция вызывает ожоги слизистой оболочки и кожи. Попадание солей стронция пероральным путем приводит к кишечно-желудочным расстройствам и параличам. При избытке стронция в организме теплокровных поражается, прежде всего, костная ткань, печень и кровь. Наиболее характерный эффект токсического действия стронция – уровская болезнь, проявляющаяся в повышенной ломкости и уродстве костей.

Из методов очистки от стабильного стронция возможно отметить фильтрационный с применением клиноптилолита в Nа+-ионной форме. Способ требует значительного количества химических реагентов (на регенерацию загрузки фильтров при производительности установки 10 м 3/ч затрачивается 30-60 т/год кальцинированной соды). Способ пока не имеет промышленного внедрения. Для метода умягчения также характерен большой расход реагентов (коагулянта, флокулянта, извести и др.) – 150-300% по массе от содержания стронция и кальция; значительные количества образующегося шлама, что усложняет и удорожает процесс очистки. Способы обратного осмоса и электродиализа не селективны, образуются большие количества концентратов, содержащих стронций, которые необходимо очищать, например, методом дистилляции, что экономически не оправдано.

Известен способ очистки воды от стабильного стронция, основанный на электрохимическом воздействии на воду и осаждении стронция в виде карбоната. В диапазоне предварительно исследованных значений концентраций стронция (до 50 мг/л) этот способ позволяет снизить его содержание до 2-5 мг/л при предельно-допустимом значении – 7 мг/л.

Для решения проблемы очистки воды от стабильного стронция электрохимический метод является более перспективным: он – безреагентен, экономичен, технология электрохимической очистки может быть легко автоматизирована, количество образующегося шлама минимально.

Кроме того, практически вся обрабатываемая вода направляется потребителю. В результате проведенных испытаний ячейки по очистке реальной подземной воды (г. Егорьевск, Московской области) от стабильного стронция достигнут эффект 93-97%.

В ряде регионов (Южный Урал, Западная Сибирь, Центральный район РФ – области Воронежская, Московская, Тульская и др.) подземные воды содержат бор в концентрациях, превышающих предельно-допустимую в 6-10 раз.

Учитывая изложенное, поставленная задача по разработке и освоению надежного и эффективного метода глубокой очистки воды от бора имеет исключительно важное народно-хозяйственное и экологическое значение.

Однако эта задача применительно к системам хозяйственно-питьевого водоснабжения решается не удовлетворительно.

Имеются технологии очистки подземной воды от бора с использованием дорогостоящих селективных импортных анионитов, в частности S-108 фирмы «Рurolite», IRA-743 фирмы «Rohm and Нааs», Lewatit МК 51 фирмы «Ваyer» и Diaion СRВ 02 компании Resindion SRI. Однако данный способ очистки требует доработки, в частности, отыскания условий повторного использования регенерационных растворов и их финишной переработки с выделением ценных продуктов для обеспечения безотходности технологии. Кроме того, в настоящее время разработан новый отечественный сорбент для селективного извлечения бора из природных вод с целью увеличения эффективности и снижения расходов на процесс обезборивания. Однако исследования для оптимизации технологии очистки воды от бора и создания отечественных высоконадежных установок и станций водоподготовки находятся с начальной стадии [3,4].

Фтор в подземных водах встречается повсеместно. Повышенные концентрации его оказывают отрицательное влияние на организм человека (заболевание печени, флюороз зубов). Рекомендуемая СНиП 2.04.02 технология обесфторивания с применением фильтрации через активированный оксид алюминия в нашей стране не получила практического осуществления из-за отсутствия качественного сорбента, отвечающего требованиям водоподготовки (гранулометрический состав, химическая стойкость, механическая прочность).

активированная окись алюминия имеет ограниченную сорбционную емкость по фтору и требует значительного расхода реагентов на многостадийную регенерацию: щелочи или сульфата алюминия 30-40 г/г удаляемого фтора, промывной воды – 10% от объема воды, пропущенной за фильтроцикл.

К перспективным методам глубокого обесфторивания воды можно отнести электрохимическим способом в электрокоагуляторе с растворяемыми представляют электрокоагуляторы новой конструкции с низким расходом фторгидроксокомплексы отделяются на водоочистных сооружениях по двухступенчатой схеме (осветление – фильтрование).

подземной воды для питьевых целей основаны на использовании реагентов (СаО и Nа2СО3) или взаимодействии агрессивного диоксида углерода с кристаллическим карбонатом кальция с образованием растворенного гидрокарбоната кальция. Процесс требует значительного количества реагентов и не эффективен при низкой температуре подземных вод, особенно для северных районов РФ, где помимо стабилизации необходимо обогащение подземной воды кальций-ионом. Указанные вопросы кальцинирования и стабилизации воды возможно одновременно осуществлять с применением интенсифицирован с применением современных нерастворяющихся электродов, конструктивно оформленных в виде модулей, используемых для производства химреагентов.

Изложенное свидетельствует об актуальности решения проблем очистки подземной воды, используемой в питьевых целях, от бора, стабильного стронция и фтора, а также ее стабилизации.

Для регионов Западной Сибири и Крайнего Севера актуально решение проблемы кальцинирования и магнизации мягких подземных вод (2-5) мг Са2+/л