автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.05, диссертация на тему:Очистка воды от поверхностно-активных веществ и разработка водоочистных устройств на основе эффекта пузырьково-пленочной экстракции

ргз од

t, ' i. .'M • MtHtCTEPCTBO OCBtTH YKPAÏHM yRPAÏHCbKHfl ДЕРЖАВНИЙ XÍMÍKO-ТЕХНОЛОПЧНИЙ УШВЕРСИТЕТ

На пра вах рукопи'. ••

КИЛИВНИК Костянтин Евген1йович

УДК 628.1.33:621.92« .17

ОЧИСТКА ВОДИ В|Д ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН ТА РОЗРОБКА ВОДООЧИСНИХ ПРИСТР01В НА OCHOBÍ ЕФЕКТУ БУЛЬБАШКОВО-ПЛ10К0ВО1 ЕКСТРАКЦП

05.26.05 — 1НЖЕНЕРНА ЕКОЛОГ1Я

АВТОРЕФЕРАТ

яисертац» иа здобуття вченого ступеня кандидата техш'чних наук

Дшлропетровгьк —

1995

Дисертац1я е рукопис

Робота виконана в Укра1нському державному х1ы1ко-технолог1чному ун1верситет1 м. Дн1пропетровськ

Науков1 кер1вники : - доктор х1м1чних наук, о.н.о.

ГЕВОД B.C.

- доктор х1м1чних наук, професор КСЕНЖЕК 0.0.

Пауков1й консультант - доктор медичних наук, професор

ПРОКОПОВ В.О.

0ф1ц1йн1 опоненти - доктор техн1чних наук, доцеит

Пивоваров O.A.

- кандидат бюлопчних наук, с.н.с.

Корабльова A.I.

Пров1дна орган1эац1я -

1нотитут б 1 около]дноI х1мП HAH Укра1ни. м. Ки1в

_ оо

Захист в1дбудеться "£S» 1995р. о iL годин1 на

еас1данн1 спец1ал1аовано1 ради К 03.05,01 в Укра1нському державному х1ы1ко-технолог1чному ун!верситет! эа адресов : 320640, ДСП, м.ДШпропетровськ - Б, пр. Гагар1на, 8.

3 дисертац1ею можна оэнайомитися в б1бл1отец1 Укра1ноького державного х1м!ко-технолог1чного ун1верситету

Автореферат роэ!слано "51" 95 р.

Сухий Ы.П. к.т.и., доцент

Вчений секретар спец1ал1вовано1 ради

Загадь на характеристика роботи. Актуальность тени. Повсюдне пог!ршення еколопчного оточення дризвело до 1стотного та багатокошонентного антропогенного забруд-нення джерел водопостачання. За даних.ЕсесгЦтньо! органззацИ охо-рони здоров'я неяк!сна пнтпа вода провокуе до 60% прядбаних захво-рювань. Бар'ерна роль очисних споруд щодо багатьох токс!чних дсм!иок води стае недостаток, а И обрсбка хлором в процес! ДезпфекцП насичуе воду хлороргаичшш пох1дииш, тобто сполуками з тдвищеною канцерогенною та мутагенною активностями.

Серед небезпечних забруднень води особливе м!сце займають по-верхнево-активн! речовинм (ПАР), як синтетичн!, широко зужитковая! в промисловост! та в побут1, так 1 природШ. Вони пссилено вплива-ють на жив! орган!зми, бо накопкчуються в ме;.;брашпх структурах.

Кшшскш анал!з складу ПАР у водопровщпй питн!й вод! нэдто утруднюеться через надзвичайно велику к1ль:с1сгь сполучень, "зарахо-Еаких до поверхнево-активних (до 5С000 найменуваяь).

У зв'язку з цш гостро встае питания про поиук нових мотод!в рег1страц11 наявност! ПАР у. вод1 та способах. 1х видаляння о води, призначено! для лиття та готування 1'ж1.

Мета роботи - досл!дження процес!в очистки води за допокогою бульбаакоЁо-пл1вково1 екстракцП 1 створення на II основ! пристрПв для очистки води.

Наукова новизна роботи. Розрсблений метод 1 створена установка'на основ1 моношарово! техшки для анал1зу малих к!лькостей ПАР у вод!; -

Досл1дкен1 основа1 осоОлиеост1 яввда бульбашково-пл!вково5 екстракцП (БПЕ). Эфект БПЕ знайденкй д.х.н. В.С.Геводом в 1993р. | Розроблен! пристро! для доочкстки пигно! еоди з використанням цього эфекту. Визначен! 1'х ,тш1вост!. • !

Практична ц1нн!сть роботи полягае в тому, и® розроблена нова мег тодика ! створена аларатура для визначення матах к!лькостей ПАР У водних середовищах. Створен! прототкпи побутових очисник!в питно! води 31 сл!дуючими характеристиками: зииження коицентрацП ПАР нэ менше нии на 95%; усунешм валаху на 100%; зняження кольоровост! на 40-50%; каламутшгст! на 50-100%; змениення. концентрадП оргач1чп1!Х речовкн, в то'лу числ! тригалогенметан!в на ,50-90%; аШачного азоту на 60-75%; 1он!в алкшнЗю на 60-70%; Ьшв зая!за на 40-50%.

На захист виносяться: ;

1. Шдходи ! експериментальна техн!гса для анал1зу малих к!лькос-тей (<1мг/л) !ндив!дуалышх ПАР 1 1х сум ¡шей у водних середовищах.

- г -

2. Результата досл!джень эфекту бульбашково-пл1вково1 екстрагаШ ПАР з водних середовщ, в тому чнсяц з водопровода! води i результата дослдаень найпрост!иого бульбашково-пмвкового экстрактора.

3. Результат:! роботи по створенню i оптим1зацп малогабаритного бульбашково-пл1вкового екстрактора пер!одично"1 . дП 1 . результата досл1дження його можливостей при очистщ водних середовищ в!д "м'яш" i "коротких" ПАР, а.також вад imimx' дом1шок (коло!дних часток, зависей, бактер!й, ioHiB мегал1в та гаюгенпох!дних). .

4. Результати розробки проточних очисншив з варИованими. характеристики. ' '

Рузультати висунен1 до захисту одержан! особ!сто пошукувачом. . Апробац1я роботи. MarepiaiH дисертацП допов!дались на конфе-ренЩях: "БИОКОЛЛОИД 93",."FEB3 94", "LB-7 95", "БИОКОЛЖЩ 95". По матер!алам патенпв укладено л1ценз!йнй догов1р. В травн! 1995 року ПОЧаТО ПРОМИСЛОВЙЙ ВИПУСК ПОбуТОВИХ 0ЧИСНИК1Й води.

Публ!кац11. По материалам'досл!джень опубл1ковано" 9 poôir, одержано 3 патента Укра1ш. •

Побудова ! об'ем дисертацП. Дисертац!я скдадаеться з вступу, п'яти роздШв,- висновк1в,- списка л!тератури з 188 назв (з"них 80 на 1ноземних мовах) ■ i додатка. Робота викладена на 153 стор. машинописного тексту i шстить 43. малинка, 1 таблищо i. 1 додаток.

0СН0ВНШ 3MICT ДИСЕРТАЦП'

Розд!л 1 подае огляд лператури, в як!й з!брана !нформац!я про поверхнево-активт речовини, ïx класиф!кащя, галузь ■ вастосування та досягнут! ефекти, способи вилучення !з ст!чних вод та 1з питно! води, BùoMœTi про еколог1чну безпеку,.методи визначення raaciB i к1лькост! !кдив!дуалышх'ПАР у вод!;

. Розд!л 2, ■ присвячений методам, апаратур! та матерiалам, застосовуваним для досл!дження адсорбщйних моношар1в БАР i кон-центращй поверхнево-активних речовин, розчинених у. субфаз! (пробах води). Приведено теоретичне обгрунтув'ання застосування моношарово! техн1ки для контролю за bmîctoK ПАР, описана експериментальна установка i способи обробки одержаних результате'.

При постанови! експерименпв виходили з того, що ПАР, наявн1 в вод1 в будь-яких к!лькостях завжди адсорбуються на меж! розд!лу фаз вода-пов1тря i однаков1 поверхнев! . питом! к!лькост! молекул ПАР створшть однаковГдвуШрн! тиски. Умови експерименпв були такими, щэ швидк1стю десорбц!! молекул ПАР 1з утворених моношар!в можливо . було знехтувати. При цьому поаерхнева концентрац1я молекул ПАР в

- з '

системах вода-псштря пропорцюнапьна об'енн1й концентрацП цих ре-човин i часу ïx накопичення на мш&азн!й меы. Перюдично стискуючи адсорбщйний моношар до однакового ( низького, але вим1рюваного) ' р1вня двум!рного тиску вЦслдаовували 3MiHy пловц, займаноЧ цим моношаром. £Мна площ! з протягом часу в!дображала процес накопичення ■ молекул ПАР на поверхн1 досл1джувано'! проби води i давала !нформац1ю про об'емну концентрацш ПАР:.

(dCjS /dt) = (dûS /dt )n=const = k * Cjv . (1)

При малих об'емних концентрац1ях ПАР у водних середовищах процес нёкопичення цих речовин на м!жфазних межах в1дбуваеться лов1ль-но (тривае годинами i найть добами).- Для прискорення процесу вико-ристовували барбогад, при якому зШьшуеться адсорбщйна поверхня i загальна киьккть молекул ПАР,. винесена на ьижфазну межу в кювет1 Ленгмюра. Використовуючи барботаэк з заданим режимом ( витрата пов1тря, рад1ус бульбашок,' глибина занурення розпилювача), стало можливим' за допомогою сгандартних процедур ленгщлвсько! ,техн!ки досить просто i швидко прослЦкувати за зм1ною кшкосп молекул ПАР на поверхн1 роздщ фаз вода-повиря i тим самим дати оц!нку об'емнш концентрацП ПАР в вивчаем!й систем!.■•

Установка для контролю за bmîctom ПАР у водних середовищах складала як загальюшдом! атрибути моношарово! техн!ки (кювета Ленгмюра, рухомий бар'ер з teHiпулятором, циркулящйний насос, вим!рювач поверхневого тиску), так i додатюш елементи: модуль ае-равдйного виносу молекул ПАР на поверхнюкювети, ' один або декшка модулей бульбашково-шивково! екстракцП, а також механхзм для ycyL нення утворених адсорбщйних монощлв. ■ '

Використання додаткових елемент!в в першу чергу дозволило дооадити процеси доставки молекул ПАР ¡шними способами: . - за рахунок природно!. адсорбцп молекул ПАР на мажфазмй меж1 (тобто при доставщ ïx i3 об'ему на' поверх ню шляхом дифузи);

- примусовим потоком циркулюючо!' ргднини;

- за рахунок виносу молекул ПАР потоком бульбашок гкштря.

В результат! цих експерименпв було виявлено, що при барбо-таз1 бульбашками лов1тря в модул i аерацп швидк!сть накопичення молекул ПАР на noBepxHi субфази значно зростае в пор!внянн1 з природном адсорбц1ею i адсорбц1ею при циркуляцп. KpiM цього, було виявлено, що при збиыпенш !нтенсивност! виносу молекул ПАР на м!жфаз-

ну ыеку, поверхневий тяск Б гаовеп Ленгмюра досягае значень 3-3,5 мН/м. Anani3 шввдкостеи утворання i розчиненнл адсорбцШих моно-aapiB показав, що при Пгр>ЗмН/м немоюшво нехтувати провесом десорбцП молекул з моношару. Дал1 при стискуванн1 адсорбщйних мо-HoniapiB ыи не допускали скорочекня 1х площ за границ! двуьирних TiicKiB 0-2.5 мН/ti. Бри цьому протягом часу формування моношар1в- i 'ix посл!дуючого стиску-розширення збер1гаяась мсшпшсть вшного накопичення амф1ф1льних молекул на (ажфазнш ыезй.'а при максимальному стиску (П=2.5мН/м) мокосло! все ще знаходшшсь далеко вЦ початку колапса або цомтого розчинення 1х речовин в субфазь

Дал1 ыи прослцкували за швидк!стю виносу ПАР i3 водопров1дно! mmio'i води i очищено! води потоком бульбашок пов!тря з pi3H0'i гли-бюш зачурення розпилювача (L) i р!зною !нтенсивн!стю продувки EOBirpfl в ыодул1 аерацп. В интервал! реал1зованнх глибин зрурень барботера (0-70 см) i витратах пов1тря (100 i 500 мл/хвил.), ивид-liocxi аэрацшюго виносу ПАР вкявшшсь лШйно залегшими в!д глибин аанурення розпилювача i витратами пов!тря, як зображено на мал.1. 3 графшв машонку виходить, що р!вновага адсорбцП на поверхн! бульбашок пови'ря за час 1х руху кр!зь товщу води не'досягаеться нав!ть diS/dt смг/с ' при максимальному зануренн1 барбо-

тера i м£ксимапьн1й продувщ.

Мал Л.. Залеж:исть швидк1ст1 виносу ПАР i3 Еодопров1дно1 ПИТН01 (1-3) i очищено! (4) води потоком бульбашок пов!тря В1д глибини ванурен-ня розпилювача (L) i 1нтенсивност1 продувки гоштря в модул! аерацп.

1нтенсивн!сть продувки (мл/хв): 1 - 100; 2,4 - 250; 3 -500

L,cm

Залежкосп (dAS ./d t), -одерщИ при П - const = 2,5 мН/м в!д ковдентрацП розчшав дзаких синтетичнкх ПАР (дэцилсульфата Na, кяораМлсуяьфагша i адалового еф|ру псшет^енглжоля (препарат ДС-10) приведен! на мал.2. Розчини були приготовлен!-на попередньо очищений в!д ciopoffiJix. ПАР водопровШйй пиши вод! i досиидиува-лксь в решй постШюго потоку i барбога^у. Видно, шо i в данному

2

1

1 - децилсульфата На;

2 - додецилсульфата На;

3 - хлоралк!лсульфанола;

4 - алк!лового еф1ру пол1ет!лен-

Мал,2. Залежност! (с1 Л Б ЛИ), одержан! при П =сопб1= 2,5 мН/м в!д концентрацП розчин1в СПАР

гл!коля (препарат ДС-10)

100 200 300СмКр/л

випадку функцп с!АЗ АН л1н!йн1 на протяз1 всього досл1джуваного Шервалу об'емних концентращй ПАР. Таким чином, в запропонованому нами метод! в1дсл!дкування за зм1ною концентрац!й ПАР у водних се-редовищах пох!дн! в!д зм!ни площ адсорбцШних моношар!в за часом представляе собою величини, прямо пропорц!ш! складу ПАР.

У другому роздШ вивчен1 також 1ндукован1 барботажем процеси доставки молекул ПАР на м1жфазну межу в системах:

- водо_пров!дна вода - повхгря;

- вода, дачи перегнана в присутност! КМПО4' - пов1тря;

- вода, очищена в!д ПАР сорбщйним ф1льтром - пов!тря.

■ Встановлено, що залежност! Д З в!д Ь для перел1ченних систер характеризуются слйуючими похшими: 0,986; 0,042; 0,086 той то склад ПАР в б!д!стилят1 меньше, н!ж в водопров!дн!й вод!, але биьр ше, н!ж в вод!, що була поддана сорбщйн!й очистщ. Результат по-яснювться там, що в водопров1дн!й питн!й вод! разом з 'Легко окислю-ваними орган1чними домиками е 1стотна к!льк!сть ПАР, молекули яких вм1щують насичен! вуглеводн! радикали 1 тому не руйнуються пермац-ганатом. Частина цих дом1шок надходить в конденсат разом з перегоняемою водою 1 забруднюе його. Звичайними методами забруднення такого роду заф!ксувати в б!дистилят! не вдаеться, але на установц!,', створеной нами, вони легко просл!джуються. Так вода, очищена в!д ПАР за допомогои нового сорбц1йного ф!льтра, мае концентрац1ю ПАР приблизно в 100 раз меньшу, н!ж водопров!дна питна вода, а б!дисти-лят мае концентрац!ю ПАР приблизно. в 20 раз!в меньшу. I

Сукупн!сть виконаних експеримент1в показала справедлив!сть те-

оретичних передумав 1 ыожлив1сть застосування моношарово! техн!кч для контролю за складом ПАР в водних середовищах в статищ 1 ди ■ начда в д1апазон! 1х концентращй 10"2 - 1,0 ыг/л,

В третьому розд1л1 розглянут1 ф1зичн1 процеси бульбашко-во-пл!вково'1 екстракцП поверхнево-активних речовин 1 можливост! найпростшого приладу, основаного на цьому принципу.

Сутн!сть бульбашково-гиЦвково! екстракцП ПАР Лз водних сере-довгац полягае в тому, що бульбашки повхтря, як1 подаються в об'ем р!дини вЦ розпилювача шштря, адсорбують молекули ПАР на свош поверхн! 1 доставляють '¡х на м1жфазну межу з атмосферою. При малих об'емних концентршцях ПАР к!льк1сть молекул цих речовин на поверхн! рщшни виявляеться недостаток) для утворення п1нного шару (мал.З.а) 1 усунення !х безпосередньо з поверхн1 практично неможли-во. Проте, при доставщ ПАР на поверхню р!дини з! спец1альною гео-метрхею оточуючого простору створюються умови для утворення плоских рданних шивок (мембран), що мають достатню к!льк1сть ПАР в своему склад! ! стаб1л!зованих моношарамй ПАР зовн!. При оптималь-них розм1рах цього простору (площа поперечного перер!зу простору 2,0-4,0 см2, довжина - декшка десяшв сантиметр!в, наприклад, труба) час. !снування пл!вок виявляеться достатн!м для !х руху 1 усунення !з об'ема системи (ыал.З.в). При великих плодах цього простору (мал.З.г) зменшуеться 1мов1рн!сгь утворення ршнних ил1-вок ! час !х ^снування, а при малих плотах поперечного пергр!зу в труб1 утворюеться суцшний газор!динний пот!к (аерол!фт,мал.З,б).

Схематично будова найпрост!шого бульбашково-шйвкового екст-рактора зображена на мал.З.д.. В!н складаеться з л1йки, що збирае бульбашки пов!тря, 1 двох патрубмв (вх1дний ! вих!дний) з з'еднанням у форм! конфузора та дифузора.. Сполучення проведено в м!сц1 утворення р!динних шивок, при цьому шавки втрачають зайву р!дину, моношари ущльнюються, що зб1льшуе стаб1льн1сть пл!вок. Просуваючись л1д натиском пов!тря до верхньо! ' основи, вони утончюються ! виводяться в окрему емк!сть.

Динашка процес!в виведення концентрата ПАР за допомогою БПЕ з ф1Ксованих об'ем1в водопров!днд1 питно! води зображена на мал.4. крива 1. Крив! 2-6 деыонструють вм!ну процесу при введен! р1зних к!лысостей дещшсульфата Иа. Як видно, виведення концентрата ПАР з води в!дбуваеться по експонент1 з внходом на плато при досягенн! м!н1мально! залшково! концентрацП ПАР.

Х1д кривих право! половши мал. 4 дозволяе стверджувати, що

- ? -

I o J

Мал.4. Динамика процес1в виведення концентрата ПАР за допомогою БПЕ з ф1ксовашх об'ем!в водопров1дно! питно! води (1) 1 розчин!в децшь сульфата Иа з концентрац1ями: (2) - 5*10~8 М; (3) - 'МО'7 М; (4) -,3*10~7 М; (5) - 1*1(Г6 М.

БПЕ забезпечуе зниження концентра-Щй детергент!в у вод! в десятки раз!в. Так, нижня межа очистки для розчин!в децилсульфата Иа досягае 5*10~8М (0,013 мг/дмЗ) при початков!й концентрац!'! розчину 3*10-6М.

Це п!дтверджуеться досл!дженнями 1зотерм стйску кваз1р!вноваж-них адсорбц!йних моношар!в на поверхнях очищено! води, концентрата забруднень та початково! води, як! показали, що концентрат виведен-них забруднень е розчином поверхнево-активних речовин з об'емним складом ПАР в 20-50 раз1в вишим, «аяс в вих!дн1й вод!. .

Для пор!вняння з розповсюдженими способами очистки води щка-вим 1 важливим уявлялось.з!ставити ефективн!сть вилучення ПАР за допомогою БПЕ 1 одного всорбЩйних ф!льтр!в, Був взятий в1домий ф!льтр "Родничок" з ресурсом по об'ему очищувано'1 води 3 м3. Через ф!льтр !з швидк1стю 1,5 л/хв (рекомендований режим) пропускали во-допров!дну воду ! в М1ру досягнення загальних об'ем1в очищено! води, р1вних в1дпов!дно 25, 250 , 500-1 1000 Л.,' видбирали проби одна-кового об'ему для !х доочистки в БПЕ та визначали залишковх кон-центрац!! ПАР в них. Мал.5 - показуе, як зм!нюеться эфективйсть очистки в!д ПАР в м!ру. зб1льшення к!лькост1 води, що пройшла через ф1льтр. Повнота очистки води в1д ПАР за допомогою ф!льтра "Родничок" 1 методом БПЕ зб!гаеться лише в випадку абсолютно нового ф!ль-тра. При пропускана! через цей фильтр 140, 400 !'7б0 л. води в Шй залишаеться 50, 80, 1 1007. вихЦного складу ПАР. При ще больших к!лькостях води, що прошили через ф!льтр, в результат! "очистки" на виход! ф!льтра одержуеться вода з концентрац1ею ПАР, що дереб!льшуе концентрац!» на вход!. Цей результат не -дивний, . бо в фШко-хМчисму план! сорбцШ! ф] ль три ловодять себе подобно хро-матограф!чним колонкам..

V л

..........[■" " ■■' '")■ ■■ р. ....." у1

0 12 3 \.,го<).

Мал.5. Залежность ефективност! очистки в!д ПАР в!д зб!льшення к!лькост! пропущенно! водопро-в!дно! води

1 - сорбцШшй ф!льтр "Родничок"

2 - БПЕ

-20

О 200 400 600 800 у

Очистка питно! води за допомогою БПЕ не торкаеться П основного сшового складу. Виняток скла-

дають лише 1они важких 1 пол!ваяентних метал!в, як1 мщно звязу-ються р1знеман!тнмд1 ПАР 1 усуваються разом з ними в процес! БПЕ.

1з водопров^но! води в процесГБПЕ вилучаються ! р1зноман1Тн1 коло!дн! дом!шки, що пшверджуеться зниженням оптично! густост! оброблювано! водопровдао! води 1 розчинхв тушь

Бактерицидний. фон у вод!, що очищуеться методом бульбашко-во-шивково! екстракцИ, тёж зменшуегься. Якщо початкова концент-рац!я бактер!й знаходиться на р!вн! 4*105,то в процес! очистки води вона понижуеться до величин порядка 2*103.

(Мд зауважити^ що доочистка питно! води за допомогою БПЕ е економ!чним процесом. Енергозатрати на п!дготовку 1 л!тра очищено! питно! води не переб1льшуе 0,6 Вт*год. При вартост! 1 кВт*год електроенергП 450 крб., ц!на доочистки 1 лира водопров!дно! води складае 0,27 крб.

В четвертому роздШ описаний малогабаритний очисник питно! води, представлен!- результати*його сан!тарно-г!г!ен1чних досл!джень та визначен! можливост! при обробц1 водних розчин!в "жорстких" ПАР.

При вс!х описаних вище дост!йностях конструкц!я найпрост1шого очисника мае. суттевий ■ недол!к. В1н полягае в тому, що об'ем вилу-ченого концентрату забруднень в найпростшому БПЕ обернено пропорцию залежить в!д довжини його вих!дного патрубка та для отри-мання об'ем!в в1дход!в очистки на р!вн1 2-47, в!д об'ем!в очищувано! води, необх!дно мати вяххдний патрубок довжиною б1льш н!ж 0,5 метру, що не завжди припустимо.

Тому ми ' розробили- малогабаритний бульбашково-пл!вковий

экстрактор. В1к вдазнявться тим , що в середин! вх!дного патрубка встановлено роздшник потоку, а вюидний патрубок мае кон!чне зву-ження на верхньому к1нц1. При цьому пристр1й для виведення концентрату забруднень виконано у вигляд! замкнено! оболонки, що охошоое вюидний патрубок, та закр1плено1 на ньому з зазором. В нижнш частшп оболонки втановлений зливний патрубок (мал. 6, а).

Введения розд1льника потащу (обыеження вихрових ! цирку-ляцшшх потоив) та зм1на конф1гурац11 верхньо! частини вихцного патрубка забезпечуе граничну алррбщю ПАР на межах розд!лу фаз р1дина - газ ! досягнення максимально! концентрацП ПАР у вершини бульбашсоЕо-рщшного стовпа. При цьому вдалось скоротити довжину вюидного патрубка в 2-3 рази в порхвняшп з конструкщею БПБ, описаною раите, ! досягти б1лыи вищого ступеню вилучення ПАР з очищуваного об'ему еоди при меньш!й к1лькост! вцгцляемого концентрату забруднень.

Зютавлення об'еьив концентрат1в забруднень (мал.6,6.), що вщцляються удосконаленим ! найпроспшим очисником показало,, що об'ем вилучених забруднень зменшився у 3 рази. Контролыи експери-ментк по вилученню децилсульфату На з розчин!в цього препарату, приготовлених з р1зним складом детергента на вод!, що не м!стить сторошш ПАР (заздалег!дь очищено! методой БПЕ) показали, що по ефекптюст! очистки малогабаритний БПЕ не поступав прототипу ! кшцентраци .децилсульфату Иа в цих розчинах в результат! очистки

Мал.6. Малогабаритний бульбашково-тпвковий екстрактор (а) та об'ем концентрат! в забруднень (б) г.идшсшх удосконаленим (1), удосконаиеним з рогд1лшпш (?) I клйпрсстИиии очисником (3)

У,л

С 0,5 1 1,5 1/с5,

- И -

опускаються до 10 мкг/л.

На основ1 малогабаритного БПЕ був створений побутовий очисник, що предсгавляе собою прилад занурювального типу 1 дозволяв перюдично доочищати В1Д 3 до 20 л!тр1в водопровщю! питно! води. Три зразка малогабаритних побутових очисник!в питно! води були представлен! в 1нститут комунально! ппени МШстерства охорони здоров'я Укра!ни для комплексно! сан1тарно-г1г!ен!чно1 екснертизи.

Сан1тарно-гШен1чна експертиза здшснювалась по напрямам:

1. 0ц!нка ефективносп доочистки води по сан1тарно-х1м1чним та сан!тарно-бактер!олог1чним показникам при р!внях Зх складу, харак-терних для води питно! якоот.

2. Оцхнка ступеню очищения води в1д додатково введених СПАР, а таком !к вплив на очистку води в1д !нших хш!чних речовин.

3. Сан1тарно-токсиколог!чна оцшка води П1сля обробки у побутово-му очиснику-для встановлення ступеню,!! нешкдаивосп для водоспо-живачхв.

Сукупйсть виконаних дослЦжень показала, що у водопров!днш гошпй вод!, оброблено! побутовим БПЕ, повн1стю зникае запах, на 40-50% знижуегься кольоровкть ! на 30-100£ зменшуеться' кала-мутн!сть. В1дбуваеться зменшення концентрацП тригалогенметан!в, зокрема, хлороформа (на 50-90 1 при його склад1 в вихрим вод1 75-125 мкг/л). А1 з концентращями 0,1-0,2 мг-екв/л з очищувано! води'усуваеться повн!стю. При склад! А1 0,5-0",6 мг-екв/л ефект очистки складае 60-75£. Концентрац1я Ге зменшуеться на 40-50Х, та-кож встановлено зменшення концентрацП атачного азоту та нхтрутв.

Що стосуеться основного с!льового складу оброблено! води (¡они Иа, К, Са, М? в-вигляд! !х хлорид¡в та сульфапв), то цей склад та зм!сг перел!чених !он!в в процес! очистки не змнпоються.

Висока ефектнвн!сть очистки питно! води по вшошенню до три-галогенметану, !он1в А1 та Ге мае першорядне значения, так як нон-центрац!! хлоршшдних ! коагулянт!в в гоший вод! багатьох населе-них пунктах часто перёвищують р1вень ГДК, а очисник забезпечуе !х зниження до безпечних концентрац!й, незале.кно В1Д строку експлуа-тац1! прялада.

Концентрат забруднень, вид!лений очисником представляв собою каламутну опалесцируючу р1дину з високим вм!стом орган1чних речовин (до 13,5 мг/л по орган!чному вуглецю) 1 з вмятом алюмшя та зал!за до 3,0 ! 4,0 мг-екв/л вдаовдао.

• В процес! сантрно-бактерюлопчних доопджень встановлено,

що ефект очистки води зростае з ростом початкового числа бактер1й. В цьому полягае друга BiflMiHa i перевага БПЕ над приладаш фшътру-ючого типу.- В остаийх ф!льтр-пакети з часом обростають колон!ями бактерш i викидають 'ix в очищену воду.

Хрон1чкий санiTapHo-токсиколог1чний 6-м1сячний експеримент не дав будь-яких негативних наслоив споживання тваринами (бйими па-цюками) очищено! водопровдао! питно! води. Mix. тим експерименти по доочистщ води в1д синтетичних ПАР, штучно введених в очмцувану воду, показали що вони не во! однаково ефективно вилучаються з ще! води. Так, в раз: обробки розчинГв децилсульфата Na !х як!сть п!сля обробки побутовими очисникаш покращалась по bcim тестованим показ-никам, включаочи внесений децилсульфат Na, а при обробц! св1жопри-готовлених розчшпв алкибензосульфоната Na, концентращя ще! ПАР знижувалась вдвхч!, але не було встановлено суттевого покращення якосп води по imitfiM показникам. Причина цього явица залишилась нез'ясованою i шцшвала подалыиий розвиток наших ,досл!джень.

При досл!дженн! процемв вилучення жорстких ПАР за допомогою малогабаритного БПЕ ми використовували водн! розчини сл!дуючих ПАР: 1). - синтанол ДС-10; 2). - синтетичного шючого засобу "Ока"; 3). - х!м!чно чистого препарату додецилсульфата Na; 4). - техщчно-го препарату - хлоралкилбензосульфонату Na. СумМ готували: а) на водопроводам пиши вод!, безпосередньо з-шд крана; б) на водоп-poBiflHin вод!, заздалег1дь очищено! в1д ПАР; р) на б!диотилят!.-

Шд час експерименпв слцкували за динамкою накопичення кон-центрат!в забруднень, вилучених очисником. По завершенн! очистки визначали залишков! концентраци ПАР в обробдованих розЧинах.

Характер прот!кання npoueciB очистки В1Д ПАР.'розчин!в ДС-10 та СМЗ "Ока" не мае будь-яких особливоотей, що в!др!зняють Hi про-цеси В1д "ix пропкання при очистц! власне водопровцно! питно! води, або води, забруднено! децилсульфатом натр!я.

При обробц1 розчшпв додецилсульфата Na i хлоралкилсульфонолу виявилось явище, з яким зикнулись експерти 1КГ МОЗ Укра!ни, Д0СЛ1ДЖУЮЧИ МОЖЛИВ1СТЬ роботи очисник!в ПЙГН01 води в умовах штучного забруднення !! жорсткими ПАР."' SoBHii№i прояви Цього явища. складаються в тому, що при визначених конценгращях вказаних препа--рапв в водних середовищах.(звичайно у !нтервал! 0,25-1,0. мг/л), св!жовиготовлен1 розчини додецилсульфату Na 1 хлоралкилсульфонолу в початковий перюд часу обробки методом БПЕ не вщйляють концент-paTiB забруднень. Проте, з теч!ею часу "холостого" барботажу

Р1диннг шивки набувають все б!льшу спймсть. В1дпов1дно межа !х спонтанного зруйнування просуваеться вгору по вих1дному патрубку БПЕ. Досягнувши "критичного" запасу мщносп, утворен1 шивки дола-ють всю довжину вих!дного патрубка 1 збираються пристргем для виво-ду . концентрату забруднень. В п!дсумку бульбашково-шивкова екстракцхя входить в иормальний режим очистки 1 забезпечув зникення концентрацП ПАР у досл1джуваних розчинах в десятки раз1в. При цьо-му нормальне пропкання процес1в бульбашково-шйвково! зкстракцп додевддсульфату На досить шввдко починаеться в середовщах, що вмщують сторонн! неоргашчн! та орган!чн1 сполуки, в тому числ1 поверхнево-активщ.

3 ютотною затримкоо у час! процеси БПЕ починаються у середовщах, • частково або повн1стю звшнених в!д неорган1чних солей та ПАР. М!ж тим ефект холостого ходу при очистщ спостер1гаеться лише в св!жовиготовлених розчинах. 0дн1ею з причин холостого ходу БПЕ юте бути перетворення коротко! форми ПАР в быьщ м'яку за рахунок окислювання молекул цих речовин у вод1 та на »«жфазних межах киснем говоря, а також йшими газопод!бними окислювачами, присутйми в шштр! (N02, БОг 1 тЛн.) га подаючими в БПЕ разом з пов1грям 1з атмосфери. ■

Роль газопод1бних окислювач!в в процесач вилученни коротких ПАР з IX водних розчин!в ми спробували ощнити, виконавши серш експэримент1в з застосуванням в очиснику продувки пов1трям, збага-ченим озоном. Озоноване повиря в певн!й тр! прискорюв вилучення коротких ПАР з розчшив цих речовин, але не забезпечуе кардинального прискорення процесу очистки.

Ця особлив1сть схилила нас- до висновку, що при вилучеши жорстких ПАР з водних середовиц важливим фактором е мшроструктура очицуваних розчин1в, пов'язана, напеВне, з особливостями пдратацП молекул коротких ПАР та порядком !х розташування в оточеннг молекул води та шших компонент^.

'• Ефекти, що супроводжують вилучення жорстких ПАР з свмовиго-. товлешшх розчин13 цих речовин, стимулювали створення очисника води, що мае зворотний зв'язок мш. потоком вилучаючого концентрату забруднень та часом перебування рданних шивок в простор! вюидно-го патрубка бульбашково-шЦвкового экстрактора. При цьому датчик потоку забруднень, звязаний з виконавчим механи!змом,. керував часом знаходження рЦинних пл!вок концентрату забруднень в простор! вих1дного патрубка бульбашково-пл!вкового екстрактора. Було розроб-

лено 4 вар1анта управлшя часом'перебування- рданих шпвок кон-' центрату, усунених поверхнево-активних забруднень в простор1 вих1дного патрубка БПЕ. Випробування вар1анпв. удосконалених очисник1в показали, що вони не тГльки вир!шують проблему Ейлучення ' жорстких ПАР з св1жовиготовлених розчюив цих речовин, але також 1стотно прискоршть. процес очистки води а звичайними складами та концентраЩями ендогенних та екзогенних ПАР. При цьому запежн!сть зниження концентрацП забруднень в заданому об'ем! .очищувано! води в1д часу трансформуеться з экспоненщально! функцн у лшйну. Кр!м цього, введения зворотного зв'яз&у по потоку' дозволяе уникнути зу-/ пинок процес1в очищения води в випадку попадания" в . очисник м!не-ральних, рослинних' та тваринних масел, що являються ефективними шногасниками.

,В виконан!й робот! поруч' з вивченням к!нетики накопичення концентрапв забруднень ми зд1йснили експерименти' по в1дстеженню динам1Ки зниження концентрацп ПАР. Результата.показали, що залишкова концентращя використаних ПАР в очищеий вод1 не перевищуе декшкох мкг/л. При ступен! очистки, р1вдому 90%, залишкова кон-центращя вказаних ПАР не перевищуе 20-Мкг/л, ; що в повйй м1р1 за-довольняе вимогам В003 до якоси питно! води по вм1сту ПАР в н!й.

П'ятий розд1л присвячений ,розробц1 конструкцП проточного очцсника води. . " '

При розробц1 проточного очисника встало питания про адди-тивмсть ефекпв очистки води в!д ПАР, що досягаються, при. робот! одиничного экстрактора та сукупносп экстрактов. Для виршення цього питания в установку для дослдаення мнетики вилучення ПАР з водних середовищ та визначення мал их .кДлькостей.ПАР У вод: додатко-во ввели 3 модул1 БПЕ, з'едканих послхдовно, 1 була дослщена К1нетика зниження складу ПАР при робот1 1, 2 та 4 очисник!в при р!зних швидкостях прокачки водопровхдно! води.

0триман1 результат« дозволили створит.и модель проточного очисника та визначити к1льк1сть зкстракщнв потр1бних для досяг-нення необх!дного ступ.еня очистки при заданому протоць

Був створений проточний.очисник, з1браций з 10 экстрактор!в 1 шдключений безпосередньо • до крана водопрсшдно! води. Показники 'проточного очисника (залишкова концентраЩя ПАР, об'еми вилучених ■ концентрапв забруднень при р1зних протоках) добре узгоджуються.з моделлю. ' . .•'"■■'

Установка, з1брана з 25 панелей (10 модул1в БПЕ у кожн!й) при ■

iuotui опори 1.'мг и, висот! 1 н представляв собою, очисник води безпе-рервно! дп з продуктивнютю 1,5 м3/год. (36 мэ/добу), i у вигляд1 концентрату забруднень в1дкидае не вшит 27» в1д об'ему оброблювано! води. Витрати електроенерП на очистку 1 м3 води при цьому не перебиьшують 300 Вт*год при витрап пов1тря у одиничному модул! БПЕ 0,15 м3/год.

' " ' Основн! висновки

1. Розроблений ■ метод- та створена апаратура для контролю за в1диостши зм1нами концентратй екзогенних та ендогенних ПАР в водних середовидах в стативд та динамЩ. Чутлив1сть методу та апара-тури - 10 мкг/л.' Д1апазон контролюючих концентрац!й ПАР в1д 10 мкг/л до Юмг/л.'

2. Дослужено явище бульбашово-шпвково!" екстракц!! екзогенних та ендогенних ПАР -з питно! води та синтетичних ПАР з 'ix штучно при-готовлених розчшпв. ■ Показано, що концентращя цих ПАР в процес1 обробки води знижуеться до р1вня 10-20 мкг/л.

3. Розроблен1 конструкцп'та створен! зразки бульбашково-шпвко-вих екстрактор1в' (БПЕ) для побутових очисниК1В водопровшо! питно! води. Вони забезпечують:

■ - Зниження концентрат! вс!х вщЦв ПАР (синтетичних та природних) в питнш вод! не менше, н!ж на 907. ■ (залишкова концентрац!я ПАР в вод! - не б!льш- 20 мкг/л),

- Зменшення складу 1онних та коло'1дних форм коагулянт1в:

алюмШя . - не менше, Hi« на 80Z

запза - не менше, н1ж на 60%.

• .- Усунення хлорорган!чних сполук - не менше, His на 90%,' " - Зниження концентрацН ам!ачного азоту - не менше, Hint на 50%.

- Зниження. кольоровостг очищувано! води- не менше, н!ж на 40%. " - Зменыпення каламутност! " на 80-100%.

- Зниження !ндексу ЗМЗ . Повне'усунення запаху води. '

' - Основний сЦьовий'склад та рН питно! води очисник не зм1нюе.

4. Дослдаен! особливост! вилучення жорстких ПАР з р1зноман!тних водних середовищ у д1апазон! . критичних концентращй цих речовин Створено екстрактор з автоматичним управлотям режимом процесс, очистки води в1д ПАР.

5. Досл!джена'динам!ка вилучення ПАР з водних середовищ в ста. тиЩ та у протоц1 р!дини одиничним БПЕ та батареей бульбашко во-пл1вкових екстрактор!в. Розроблена конструкЩя, створена та вип

робувана проточна установка для доочисгки питно! води в!д ПАР. Блочно-модульне виконання д1е'1 установки дозволяв ебирати очискики води проточно! дп з ступеней очистки Г! в!д ПАР до 95% при бажайй продуктивность •

Основний Зм1ст ДисертацП Опубл!ковано В Працях: 1.. B.C. Гевод, О.С. Ксенжек, И.Л. Решетник, К.Е. Киливник, и. др. Взаимосвязь граничных скачков потенциала и двумерного давления с условиями протонного равновесия на монослоях фосфатидююерина./7 М. ¡Наука, Биологические мембраны, том 10, N5, 1993, с, 544-550.

2. Gevod V.S., Reshetnjak 1.1., Ksenzhek O.S., Plashenko'A.S., Kilivnik K.E., Rybalchenko V.K. Interconnection of the boundary potential aid surface pressure with proton equilibrium on the phosphatidilserine monolayers. Biol. Mem., Vol. 7(5), pp.527-534.

3. Пат. Укр. N 2635, MKB5 С 02F1/24, Установка для очистки воды, преимущественно питьевой, от ПАВ. B.C. Гевод, К.Е.Киливник,. О.С. Ксенкек, дата per. 15.03.94.

4. Пат. Укр. N 5243,_МКВ5 С 02F1/24, Установка для очистки, во-дьг, преимущественно питьевой, от поверхностно-активных вещестЕ. B.C. ГеБод, К.Е.Киливник, О.С. Ксенжек. дата per. 31.10.94,

5. B.C. Гевод; К.Е.Киливник, О.С. Ксенжек, И.Л.Решетнягс. Установка для очистки воды от ПАВ. МКВ5 С 02F1/24,.N94061786, 22.06.95.

6. B.C. Гевод, И.Л. Реа1етняк,' К.Е. Киливник, О.С. Ксенжек Пузырь ково-пленочная экстракция - новый эффективный метод извлечения ПАВ из водных сред. АНУ, Изд-бо ин-та биоколлоидкой химии Международные чтения по коллоидной и биоколлоидной химии: " БИОКОЛЛОИД 93" Киев, июнь 1993г.

7.. Gevod V.S. * Kilivnik К.Е., Reshetnjak I.L.,' Ksenzhek O.S. Investigation of the dipole component of the boundary potential jumps in PC monolayers. Biological membranes FEBS Special Meet. Helsinki/Espoo, Findland, June 26-July 1, 1994, abstr N 273.

8. Gevod V.S., AstoneR.H., Reshetnjak I.L., Kilivnik K.E., Ksenzhek O.S. Bubble-film extraction - new effective method for surface-aktive substances withdrawal from water media. Biocolloid -95., 2nd International Conference, 20-22 June, 1995, Kyev, Ukraine.

9. Gevod V.S., Astone R.H., . Reshetnjak I.L., Kilivnik K.E., •Ksenzhek O.S. Bubble-film extraction - new effective method for surface-aktive substances withdrawal from water media. The 7 International Conference on Organized Molecular Films, Sept. 11-16, 1995, Numana, Italy. ■ .

Кшшвник К.Е. "Очистка воды от поверхностно-активных веществ и разработка ■ водоочистных устройств' на основе эффекта пузырько-,во-пленочной экстракции". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.05 - инженерная экология. Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 1995.

На базе монослойной техники Ленгмюра создана установка для регистрации малых количеств ПАВ в водных средах. Чувствительность -10 мкг/л. Исследован эффект пузырьково-пленочной экстракции ПАВ из водопроводной питьевой воды и растворов синтетических препаратов. Созданы устройства для очистки водопроводной питьевой воды (объем 3-20'л) в быту. Начат их промышленный выпуск. Показана эффективность извлечения экзогенных и эндогенных ПАВ (суммарная остаточная концентрация 20 мкг/л), коллоидных примесей, ионов тяжелых и поливалентных металлов, галогенпроизводных. Разработан проточный вариант очистителя питьевой воды (производительность 1,5 м3/час; габариты

1 ■* 1 * 1 м).

Kilivnik К.Е. "Purification of water from surface^active substances and design of water-purification devices on the basis of bubble-film extraction phenomenon". Thesis competition for a candidate of technical science. Speciality 05.26.05 - engineering ecology. Ukrainian State University of Chemical Technology, Dniepropet-rovsk, 1995. -

On the monolayers technique a new scientific instrument for registration, of small amounts of surface-active siibstances in water medium was created. Sensitivity of this instrument is 10 mkg/1. The effect of bubble-film extraction of surface-active substances from sanitized water-supply systems and:from atificial solutions of different synteti с detergens has been studied. The water-purification devices for everyday usage has been designed (volume '3-20 1). Theirs industrial production was started. The ability this devices for withdrawal from water of exogenic and endogenic surface-active substances ( residual concentation 20 mkg/1), colloid impurities, ions of hard and polyvalent metals, halogen derivatives was tested. The stream running purificators modification for drinking water was elaborated ( productivity 1,5 m3/hour, dimensions 1 * 1 * 1 m).

Ключов1 слова: поверхнево-актива речовини, очистка водоп-poBiflHoi питног води, бульбашково-шпвкова екстракщя.