ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ УГОЛЬНЫМ СОРБЕНТОМ МИУ-С

“Водоснабжение и санитарная техника”, № 6 2006г.

М.Г.Тарнопольская, к.т.н., директор ООО “МИУ-Сорб”

В настоящее время найти источник чистой питьевой воды практически невозможно из-за антропогенного воздействия на природную среду. Поэтому гигиенические требования к составу воды, сбрасываемой в водоемы после контакта с жизнедеятельностью человека, очень высоки.

Основными примесями воды, от которых ее необходимо очистить, являются нефтепродукты, металлы, соединения азота в виде аминов и нитратов, различные органические и неорганические вещества, придающие воде цветность, мутность, запах, повышенную перманганатную окисляемость и пр. В решении этой комплексной проблемы – глубокой очистки воды,  с высокой эффективностью используются  фильтры с загрузкой из угольного порошка МИУ-С

Сырьем для производства МИУ-С служат некоторые пласты каменного угля марки Д.  Как известно,  процесс углеобразования  из  остатков органического вещества растений  проходит несколько стадий. На торфяной стадии в результате действия биохимических процессов  возникают элементы угольной структуры (гуминовые вещества) в форме молекулярных образований с ядрами конденсированного ароматического углерода. На следующей стадии-образования бурых углей преобладают химические процессы поликонденсации с возникновением и развитием полимерной структуры ароматического ядра, связанного с неароматическими боковыми радикалами. Метаморфизм следующей стадии, приводящий к образованию каменных углей, состоит в накоплении углерода в форме ароматических слоев, при этом часть боковых радикалов вместе с водородом и кислородом удаляется в виде газов через пласты угля и окружающих его пород, в результате чего в толще угольных пластов образуются поры.

Длиннопламенные угли, из которых производится МИУ-С, являются малометаморфизованными. Они представляют собой углеродные слои, связанные боковыми радикалами, содержащими большое количество активных кислых групп- карбоксильных и фенольных. В зависимости от природных условий, сопутствующих углеобразованию, даже соседние  пласты длиннопламенных углей могут характеризоваться различной пористостью, отличающейся по величине поверхности на два порядка, и различной химической структурой поверхности.

Исследованиями проф. И.Л. Эттингера были найдены месторождения длиннопламенных углей с поверхностью 10-80 м2 \г, образованной порами в виде цилиндрических каналов радиусом 19-20 ангстрем. Дальнейшие наши исследования многочисленных образцов   длиннопламенных углей различных месторождений позволили найти в России мощное промышленно разрабатываемое месторождение углей с требуемой для очистки воды повехностью от 55 до 100 кв.м\г.  Из  этих углей предприятие  “МИУ-СОРБ”  по  разработанной  им  технологии изготавливает сорбент МИУ-С с площадью поверхности около 70 м2 \г. Насыпная  плотность сухого сорбента – 700 кг/м3, плотность в воде после замачивания – 1300 кг/м3. Сорбент МИУ-С сертифицирован для очистки  воды.   Технология использования этого материала для очистки воды от растворенного железа и других катионов (металлов, аммония и пр.) основана на замещении ионов водорода в активных кислотных группах, входящих в состав периферийных групп угольного скелета МИУ-С, извлекаемыми из воды катионами. Наличие  кислотных групп (карбоксильных и фенольных) придает этому сорбенту свойства слабокислотного катионита. Обмен ионов металлов с ионом водорода карбоксильных групп на поверхности МИУ-С происходит в  диапазоне рН от 2 до 8, а обмен с фенольными группами при рН от 8 до 10.  Широкое применение МИУ-С получил для очистки питьевой воды от железа, так как при этом не требуется предварительная аэрация воды или какая-либо другая подготовка ее состава. Кроме того  сорбент МИУ-С имеет ряд других преимуществ перед прочими загрузками фильтров обезжелезивания, о  чем указано ниже.

   При очистке воды с исходной концентрацией железа до 3 мг/л фильтрование проводится со скоростью 7-10 м/ч через слой сорбента высотой 1 м, а при исходной концентрации до 7 мг/л – высотой 2 м. При этом содержание железа в очищенной воде соответствует   значению ПДК. Очистка  происходит за счет сочетания двух процессов - ионного       обмена     и      окисления       двухвалентного        железа присутствующим в воде воздухом  в трехвалентное с образованием хлопьев гидрооксида трехвалентного железа повышенной плотности.   Нерастворенные оксиды трехвалентного железа являются катализатором окисления, они эффективно задерживаются  частицами  сорбента МИУ-С и легко удаляются при промывке загрузки фильтра восходящим потоком воды со скоростью 20 м\час.  За прошедшие 7 лет от начала использования этого материала для удаления из воды железа он получил хорошую и  устойчивую репутацию у всех его потребителей. Емкость МИУ-С по железу составляет 7-10 мг\г. На основе обобщения опыта работы фильтров очистки питьевой  воды   в реальных условиях эксплуатации ООО “МИУ-Сорб” разработаны технологические регламенты пуска в эксплуатацию, фильтрования, промывки и регенерации.  Преобладание в очищаемой воде трехвалентного железа над двухвалентным позволяет увеличить производительность фильтра в 1,3 - 1,6 раза.

   Регенерация МИУС солью, лимонной кислотой или питьевой содой концентрацией 1,5-2 г\л  обеспечивает продолжительность работы МИУ-С без замены в фильтрах обезжелезивания от 2,5 до 3-х лет.

   Поровая структура МИУ-С обеспечивает извлечение этим сорбентом из воды высокомолекулярных соединений, в том числе нефтепродуктов. Проведенные нами  исследования  угольных сорбентов с различной пористой структурой,  используемых для очистки воды от углеводородов, позволяют  утверждать, что именно наличие развитой области переходных пор  диаметром от 20 до 40 ангстрем оказывает максимальное влияние на адсорбцию углеводородов. В этих порах происходит физическая адсорбция нефтепродуктов. МИУ-С в течение последних 20 лет использован в  в фильтрах очистки воды от нефтепродуктов более 300 объектов и к его эффективности  не было никаких  претензий. Разработанные нами технологические регламенты “МИУ-Сорб” позволяют стабильно в течение 3 - 7 лет без замены фильтрующей загрузки из МИУ-С  высотой 1 – 2 муменьшать концентрации нефтепродуктов в диапазонах:

   

 1 2 3 4 5 6 7 8