Сусь марія олександрівна

Дослідження І розробка процесу безпечної дезінфекції води знезаражувальними агентами неокисної дії
Сусь марія олександрівна

Скачати 1.48 Mb.

Сторінка 1/6 Дата конвертації 22.04.2016 Розмір 1.48 Mb.

  1   2   3   4   5   6

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

На правах рукопису

СУСЬ МАРІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА
УДК 628.166 : 628.161.2
ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКА ПРОЦЕСУ БЕЗПЕЧНОЇ ДЕЗІНФЕКЦІЇ ВОДИ ЗНЕЗАРАЖУВАЛЬНИМИ АГЕНТАМИ НЕОКИСНОЇ ДІЇ

05.17.21 – Технологія водоочищення

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник

Мітченко Т.Є., д.т.н., с.н.с.

Київ – 2015

ЗМІСТ

РОЗДІЛ 3 59

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ СОРБЦІЇ НЕОКИСНИХ БІОЦИДІВ ЙОНООБМІННИМИ МАТЕРІАЛАМИ ДЛЯ РОЗРОБКИ БЕЗПЕЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ 59

3.1. Порівняльні дослідження та вибір оптимальних сорбентів для сорбції ПГМГ та ДБНПА 59

3.2 Дослідження процесу вилучення ПГМГ СлКК 64

3.2.1 Дослідження механізму взаємодії ПГМГ з СлКК [141, 142] 65

РОЗДІЛ 4 106

ТЕХНОЛОГІЇ БЕЗПЕЧНОГО ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ З ВИКОРИСТАННЯМ ПГМГ ТА СОРБЕНТІВ З БАКТЕРИЦИДНИМИ 106

ВЛАСТИВОСТЯМИ 106

ДОДАТКИ 140

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

USEPA – United States Environmental Protection Agency, управління з охорони навколишнього середовища США

АДВБ – акрил-дивініл бензол

БРНД – біоцидні реагенти неокисної дії

БС – бактерицидні сорбенти

ВОА – високоосновний аніоніт

ВООЗ – всесвітня організація охорони здоров’я

ГА – глутаровий альдегід

ГДК – гранично-допустима концентрація

ГК – гумінові кислоти

ГОК – галогенооцтові кислоти

ДБНПА – дибромонітрилопропіонамід

ДХ – діоксид хлору

ЗМЧ – загальне мікробне число

ЗО – зворотний осмос

КУО – колоній утворюючі одиниці

НДХІЦ – натрію дихлоро-ізоцианурат

НОА – низькоосновний аніоніт

ПГМГ – полігексаметиленгуанідину гідрохлорид

ПОЄ – повна обмінна ємність іоніту

ПОР – природні органічні речовини

ППД – побічні продукти дезінфекції

РФЕС – рентгено-фото-електронна спектроскопія

СДВБ – стирол-дивінл-бензол

СиКК – сильнокислотний катіоніт

СлКК – слабкокислотний катіоніт

ТГМ – тригалогенметани

УФ – ультрафіолет

ФК – фульвокислоти

ЧАС – четвертинні сполуки амонію

ВСТУП
«Інфекційні захворювання, що викликані патогенним бактеріями, вірусами і паразитами (наприклад, протозойними і гельмінтами) становлять найбільш загальний і поширений ризик для здоров’я, пов’язаний з питною водою».

(Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ). «Керівництво із забезпечення якості питної води»).
Актуальність теми дослідження

Підвищення актуальності проблеми знезараження води в останні роки викликано сукупністю вагомих чинників, що суттєво інтенсифікували процес пошуку та розробки альтернативних рішень у цій сфері. В першу чергу, це пов’язано з недоліками традиційних методів дезінфекції води, серед яких проблема №1 – це утворення токсичних побічних продуктів дезінфекції (ППД). Зовсім недавно метод хлорування вважався найефективнішим та найбільш поширеним в питному водопостачанні[4, 89,117]. Разом з тим, завдяки розвитку інструментальних методів аналітичної хімії та науковим досягненням в області біології і біохімії було встановлено, що при взаємодії хлору та його похідних з різними домішками води утворюються небезпечні канцерогенні та мутагенні хлорозаміщені ППД [12]. На сьогоднішній день їх налічується більше 100, для всіх встановлені ГДК, розроблені методи аналізу та контролю. Небезпечні ППД утворюються і при озонуванні води. Даний спектр, в основному, представлений альдегідами, кетонами та карбоновими кислотами, що здатні накопичуватись в організмі людини та негативно впливати на його функції[22].

По-друге, значне погіршення екологічної ситуації на планеті, викликане одночасним науково-технічним прогресом та демографічним ростом, призвело до загострення проблеми дефіциту питної води. Дана проблема найбільш відчутна в країнах третього світу – Африки та Азії. Масові епідемії інфекційних захворювань, викликані споживанням неякісної питної води,забирають щороку тисячі життів населення слаборозвинених держав. Одним з можливих рішень даної проблеми може стати доставка безпечної питної води в країни з її дефіцитом. Але для його реалізації необхідне використання ефективних та надійних способів знезараження води під час транспортування, що гарантуватимуть її якість та безпечність.

Мікробіологічна безпечність води при її транспортуванні є важливим питанням також і для водопостачання різних видів транспорту. На сьогоднішній день основним джерелом питної води для транспорту є бутильована вода. Через відсутність прийнятних рішень, запаси очищеної води на кораблях і літаках не дезінфікуються в ході споживання і використовуються виключно для господарсько-побутового призначення [63, 65, 76]. Інтенсивний розвиток транспорту в останні роки передбачає забезпечення великої кількості пасажирів якісною водою і тому потребує розробки універсальних та уніфікованих способів її знезараження, що можуть бути ефективно реалізовані в обмежених умовах транспорту [82, 84].

Нарешті, в останній час зростає популярність індивідуальних рішень для локальної водопідготовки (фільтри, системи очищення води), з’являються нові напрямки, наприклад, вендинговий бізнес – автомати і пункти розливу питної води. Системи даного типу на основі зворотного осмосу чи засипних фільтрів забезпечують надійне очищення води від різноманітних домішок, включаючи і мікроорганізми. Проте за сприятливих умов останні можуть спричиняти біообростання ЗО мембран, що погіршує їх пропускну здатність, а біообростання різних фільтруючих загрузок і ємностей для накопичення очищеної води може призвести до її повторного зараження [24, 75]. Використання стандартних реагентних методів знезараження в даних системах суттєво ускладнене їх малими розмірами та конструкційними особливостями, тому значний інтерес представляє розробка і використання компактних рішень для знезараження води на стадіях її пре- та пост-очищення.

В сфері знезараження води все більшої популярності набуває використання ефективних і в той же час більш екологічно безпечних біоцидних реагентів неокисної дії (БРНД), що не володіють недоліками традиційних методів. Більшість з них сьогодні орієнтовані на дезінфекцію технологічної води в різноманітних промислових процесах, хоча існують приклади ефективного використання БРНД для знезараження питної води, наприклад, за допомогою реагентів на основі полігексаметиленгуанідину (ПГМГ).

Наряду з очевидними перевагами даного класу біоцидних реагентів, при використанні в локальних установках виникають певні проблеми, пов’язані з необхідністю їх точного дозування. Більш широкому впровадженню в процесах підготовки питної води може посприяти підвищення безпечності технологій застосування БРНД. В першу чергу – мінімізація кількостей використовуваних реагентів, як при внесенні в зону реакції, так і їх залишкових концентрацій. Одним із найбільш перспективних напрямків для вирішення подібних задач є використання йонообмінних технологій. Проте поки що ця можливість детально не досліджувалась.

Таким чином, розробка безпечних рішень для знезараження води різного призначення з використанням БРНД та йонообмінних смол має перспективний і актуальний характер.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась на кафедрі технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» в рамках державної науково-дослідної роботи №2032 «Фізико-хімічні закономірності комплексної обробки і кондиціювання забрудненої води і утилізації відходів водоочищення» (номер держреєстрації 0107U002381) та №2363-п «Дослідження процесу і розробка високоефективної ресурсозберігаючої екологічно безпечної технології глибокої очистки води від сполук арсену» (номер держреєстрації 0110U002384).

Лабораторні та пілотні випробування технологій знезараження води різного призначення за допомогою бактерицидних сорбентів та ПГМГ проводились в рамках договорів № 2/лио-11-15 від 04.01.2011, № 2/лио-12-27 від 04.01.2012 , №2/лио-13-1 від 02.01.2013, №2/лио-14/17-14 від 02.01.2014 про проведення лабораторних та пілотних випробувань процесів кондиціонування води, розроблених з використанням нових сорбційних матеріалів, що укладені між хіміко-технологічним факультетом НТУУ «КПІ» та Науково-виробничим об‘єднанням «Екософт».

Мета і задачі дослідження. Мета даної роботи – вивчення фізико-хімічних засад і розробка технологій знезараження води біоцидними реагентами неокисної дії (БРНД), безпечність якої зумовлюється використанням йонообмінних матеріалів різної природи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

  1. Здійснити порівняльні дослідження сорбційної здатності різних типів йонообмінних матеріалів по відношенню до БРНД на основі ПГМГ та дибромонітрилопропіонаміду (ДБНПА) і вибрати найбільш ефективні для вилучення надлишку ПГМГ з водних розчинів та отримання бактерицидних сорбентів на основі ПГМГ і ДБНПА.
  2. Вивчити механізми сорбції біоцидних реагентів з ПГМГ та ДБНПА обраними йонообмінними матеріалами для встановлення оптимальних умов їх взаємодії.
  3. Дослідити процес глибокої очистки води від надлишку ПГМГ після стадії знезараження і встановити раціональні умови його проведення.
  4. Дослідити і обґрунтувати оптимальні умови отримання та використання бактерицидних сорбентів різного типу для знезараження води.
  5. Розробити технології безпечного знезараження води різного призначення, визначити техніко-економічні показники та порівняти з існуючими аналогами.

Об’єкти дослідження – йонообмінні смоли, біоциди неокисної дії та сорбенти з бактерицидним властивостями на їх основі.

Предмет дослідження – процеси безпечної дезінфекції води знезаражувальними агентами неокисної дії, що базуються на використанні йонообмінних смол.

Методи дослідження – механізми взаємодії біоцидних реагентів з йонообмінними матеріалами встановлювали методами ІЧ-спектроскопії, рентгено-фото-електронної спектроскопії, комплексометрії та еквівалентності обміну. Поверхню ПГМГ-вмісних зразків досліджували з використанням мікро- та макрофотографії. Хімічний склад води визначали методами титриметрії, спектральної фотометрії. Мікробіологічні показники якості вихідної та знезараженої води визначали з використанням фільтраційного методу та тест-методів Quanti-Tray (Colilert, Pseudalert).

Математичну обробку одержаних експериментальних даних здійснювали з використанням однокомпонентної дифузійної моделі динаміки сорбції.

Наукові положення, висновки і рекомендації, приведені в роботі, ґрунтуються на сукупності фактів, паралельно встановлених різними незалежними методами визначення фізико-хімічних властивостей води та отриманих сорбентів, загальноприйнятих в технології очищення води, а їх достовірність доведена експериментально і підтверджена на практиці результатами пілотних випробувань.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше запропонована двостадійна схема процесу взаємодії слабкокислотного катіоніту з ПГМГ, що включає стадію йонообмінної взаємодії полікатіонів ПГМГ з карбоксильними функціональними групами катіоніту та стадію надеквівалентної сорбції ПГМГ на попередньо сформованому шарі біоциду, внаслідок утворення водневих зв’язків між функціональними групами ПГМГ.

2. Встановлена відмінність в протіканні сорбції ПГМГ на Н+ та Na+-формах катіоніту. В першому випадку обидві стадії процесу відбуваються на поверхні зерна, в другому – йонообмінна стадія реалізується і на поверхні, і в порах сорбенту, а надеквівалентна – на поверхні. Причиною даного ефекту є підвищення концентрації йонів ОН­­­- в результаті гідролізу слабкокислотного катіоніту (СлКК) в Na+-формі, яке призводить до часткової компенсації заряду на поверхні ланок ПГМГ, згортання його молекул та полегшення їхнього проникнення в пори катіоніту на початковій стадії сорбції.

3. Вперше показана можливість отримання бактерицидних сорбентів-дозаторів ПГМГ на основі низькоосновного макропористого аніоніту. Вивчено механізм сорбції-десорбції ПГМГ аніонітом і показано, що переважну роль в процесі відіграє фізична адсорбція в порах останнього. Встановлено, що величина сорбції може підвищуватись в разі зменшення розміру молекул ПГМГ, яке досягається при підвищенні концентрації індиферентного електроліту NaCl в елюенті. При використанні сорбенту-дозатору для дезінфекції води зі значно меншим вмістом NaCl відбувається розгортання молекул ПГМГ в порах йоніту, що гальмує процес їхнього вилучення і забезпечує дозування біоциду в розчин.

4. Вперше показана можливість отримання бактерицидних сорбентів з дезінфікуючою поверхнею на основі високоосновного гелевого аніоніту ІІ типу та ДБНПА. Встановлено, що взаємодія аніоніту з (ДБНПА) відбувається за рахунок утворення комплексу координаційних та водневих зв’язків між молекулами ДБНПА і функціональними групами аніоніту, що містять атоми четвертинного Нітрогену. В процесі взаємодії не беруть участь атоми брому, які визначають біоцидну активність ДБНПА. Це дозволяє йому зберегти антимікробну здатність в сорбованому стані.

Ступінь обґрунтованості наукових положень та висновків, сформульованих в дисертаційній роботі, підтверджено узгодженням теоретичних висновків і експериментальних результатів, застосуванням визнаних стандартних методів аналізу, сучасних методик проведення аналізів якості води, використанням сучасних вимірювальних приладів, порівнянням отриманих результатів.

Основні теоретичні положення та експериментальні результати отримали позитивні рецензії та були опубліковані у фахових виданнях, а також доповідались на всеукраїнських і міжнародних конференціях та конгресах.

Практична цінність результатів роботи полягає в розробленні ефективних та екологічно-безпечних способів знезараження води різного призначення. Результати роботи використані для:

  1. розробки технологій перед- та пост-знезараження води в малогабаритних установках з використанням бактерицидних сорбентів та сорбентів-дозаторів;
  2. розробки та впровадження технології знезараження води в різних видах транспорту та в екстремальних ситуаціях шляхом обробки води ПГМГ з подальшим видаленням його надлишку на СлКК.

Впровадження та пропозиції з використання отриманих результатів. На основі проведених досліджень було розроблено багатоциклову замкнену маловідходну технологію знезараження води в екстремальних ситуаціях на основі ПГМГ та технології отримання бактерицидних сорбентів на основі аніонітів і біоцидів неокисної дії, що можуть бути використані для знезараження води в малогабаритних установках очищення води. Розробки успішно пройшли пілотні випробування і були впроваджені в установках кондиціонування води виробництва Науково-виробничого об‘єднання «Екософт».

Особистий внесок здобувача. Дисертаційну роботу було виконано на кафедрі технології неорганічних речовин та загальної хімічної технології Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» під керівництвом д.т.н. Мітченко Т. Є. Особистий внесок автора в одержанні наукових результатів, представлених в дисертаційній роботі, полягає в постановці конкретних досліджень, плануванні та проведенні експериментів і пілотних випробувань, аналітичному огляді літератури на тему дослідження, обробці, публікації експериментальних даних та апробації їх на наукових конференціях.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на ІІІ Міжнародній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології (м. Київ, Україна, 2010, 2011 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Вода в харчовій промисловості» (м. Одеса, Україна, 2010, 2012 рр.), Міжнародній науковій конференції «Мембранні та сорбційні процеси та технології» (м. Київ, Україна, 2011 рр.), Міжнародній науково-технічній конференції «Современные проблемы нано-, энерго-, ресурсо-сберегающих и экологически-ориентированных химических технологий» (м. Харків, Україна, 2010 р.), 19th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2010 and the 7th European Congress of Chemical Engineering ECCE-7 (м. Прага, Чехія, 2010 р.), IWA Specialist Conference «Water and Wastewater Treatment Plants in Towns and Communities of the XXI Century: Technologies, Design and Operation» (м. Москва, Росія, 2010 р.), XVI Sixteenth International Water Technology Conference (IWTC16) (м. Стамбул, Турція, 2012 р.), VI Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, Україна, 2013 р.), IWA 5th Eastern European Young and Senior Water Professionals Conference (г. Киев, Украина, 2013), Міжнародній науково-практичній конференції «Технічні, біологічні та екологічні аспекти технології очищення води» (м. Київ, Україна, 2013).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 18 наукових праць, у тому числі 5 статей у провідних наукових фахових виданнях, 1 патент на винахід, 12 тез доповідей в збірниках матеріалів конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та додатку. Загальний обсяг 149 сторінок, у тому числі 26 таблиць, 42 ілюстрації. Список використаних джерел включає 154 найменування.

Подяки. Автор висловлює щиру вдячність науковому керівникові д.т.н. Мітченко Тетяні Євгенівні, співробітникам лабораторії іонного обміну та адсорбції ХТФ, кафедри ТНР і ЗХТ НТУУ «КПІ», ТОВ НВО «Екософт», які надавали допомогу при проведенні лабораторних і пілотних досліджень.

РОЗДІЛ 1

СУЧАСНІ МЕТОДИ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ

    1. Критичний аналіз традиційних методів знезараження води

На сьогоднішній день існує досить широкий спектр методів знезараження води, які з врахуванням переваг і недоліків знайшли застосування в різних областях водопідготовки. Найчастіше дані методи розділяють в залежності від способу дії на мікроорганізми, а саме: хімічні, або реагентні; фізичні, або безреагентні, і комбіновані. У першому випадку належний ефект досягається внесенням у воду біологічно-активних хімічних сполук; в безреагентних методах знезараження обробка води здійснюється внаслідок застосування фізичних впливів, а в комбінованих використовуються одночасно хімічна і фізична дії [90, 133].

Класифікація сучасних методів знезараження води представлена на схемі 1.1.

Рис. 1.1. Класифікація методів знезараження води

    1. Сучасні фізичні методи знезараження води

Останнім часом фізичні методи набувають все більшої популярності в сфері знезараження питної води. Одночасно з високою ефективністю до видалення мікроорганізмів, дані методи не здійснюють негативного впливу на склад води, що очищається, та не приводять до утворення токсичних компонентів. Безперечно найбільш поширеним фізичним методом дезінфекції є УФ-знезараження. На сьогоднішній день саме цей метод складає основну конкуренцію хлоруванню та має великі перспективи в майбутньому. Також в промисловій та локальній водопідготовці все більшого застосування для вилучення мікроорганізмів знаходять мембранні методи, зокрема ультрафільтрація та зворотний осмос. В даному випадку знезараження води є додатковою опцією, оскільки технології УФ та ЗО дозволяють видалити значну кількість домішок води і, тим самим, здійснити її комплексне очищення.
Ультрафіолетове опромінення

Ультрафіолетове випромінювання є частиною діапазону оптичних випромінювань, що простягається в межах від 100 до 400 нм. Бактерицидним ефектом володіє лише частина спектру УФ-випромінювання в діапазоні хвиль 205-315 нм при максимальній ефективності в області 260 ± 10 нм.

Знезаражуючий ефект УФ- випромінювання, в першу чергу, обумовлений проходженням під його впливом фотохімічних реакцій в структурі молекул ДНК і РНК, що приводять до їх незворотних ушкоджень. В ДНК живої клітини зберігається вся інформація, що контролює процеси її нормального розвитку та функціонування. При поглинанні УФ-випромінювання порушується структура ДНК і РНК, вони не здатні виконувати свої функції, в результаті чого клітина втрачає здатність до розмноження. Крім того, дія ультрафіолетових променів викликає порушення в структурі мембран та клітинних стінок мікроорганізмів, що спричиняє поступовий лізис клітини та загибель мікроорганізму в цілому[5, 133].

Ультрафіолетове випромінювання володіє широким спектром активності, включаючи найбільш небезпечні для людини патогенні види вірусів, бактерій та найпростіших. Разом з тим, недостатню ефективність даний метод забезпечує по відношенню до спор, а також водоростей, грибів та біоплівки, що становлять суттєву проблему в промисловому водопостачанні.

Сьогодні метод УФ широко використовується в багатьох областях водопідготовки, зокрема для знезараження питної та стічних вод як в централізованому так і локальному водопостачанні/водовідведенні; води басейнів; технологічної води в харчовій та фармацевтичній промисловості; в пунктах розливу питної та бутильованої води.

Метод УФ володіє великою кількістю переваг, а саме: висока ефективність і широкий спектр дії; екологічність, безпечність для здоров’я людини (за відсутності безпосередньої дії УФ променів); відносно низька ціна, невисокі експлуатаційні та капітальні затрати; компактність і простота обслуговування установок, універсальність застосування; збереження фізико-хімічного складу води; відсутність утворення ППД[37].

Основним недоліком УФ є повна відсутність пролонгованої дії, внаслідок чого використання даного методу має місце лише на етапах фінішної очисти (в точці використання) або в комбінації з пост-хлоруванням[36, 133]. Крім того, дія УФ променів суттєво залежить від складу води, оскільки механічні та колоїдні домішки здатні розсіювати випромінювання і значно знижувати ефективність знезараження, а також забруднювати чохли УФ-ламп. Тому для ефективної дезінфекції, вода повинна проходити попереднє очищення перед подачею на УФ-знезараження[10]. Враховуючи механізм дії УФ, при тривалій обробці УФ-променями не виключена можливість утворення і розвитку резистентних штамів внаслідок мутацій.
Фільтрування

На даний час баромембранні процеси відіграють провідну роль в сфері водоочищення та водопідготовки [35]. До цих процесів належать зворотний осмос, нанофільтрація, ультрафільтрація та мікрофільтрація. Проте найбільшого поширення для знезараження води набула саме ультрафільтрація [52, 59]. Крім того, новим досягненням в області фільтрування та знезараження питної води можна назвати розробку американської компанії Ahlstrom – технологію фільтрації Disruptor.

Ультрафільтраційні мембрани з розміром пор 0,01 – 0,1 мкм вже тривалий час ефективно використовуються в промисловій водопідготовці для вилучення з води різноманітних домішок, включаючи колоїдні частинки, крупні органічні молекули, більшість вірусів, бактерій та водоростей. Суть процесу ультрафільтрації представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Принцип процесу ультрафільтрації

Тобто вода під дією різниці тисків проходить через напівпроникну мембрану з порами малого діаметру та очищується від різних домішок (в тому числі, мікроорганізмів) [2, 44].

В той же час механізм технології Disruptor полягає у використанні спеціальних фільтрувальних матеріалів, що вилучають домішки води за рахунок електроадсорбції. Матеріали містять велику кількість скляних мікроволокон діаметром до 2 нм та довжиною до 250 нм, щільно покритих псевдобімітом чи гідрокси-оксиалюмнієм AlO(OH) (рис. 1.3). Кристалічна структура останнього створює природній електрокінетичний заряд на поверхні волокна. Мікроволокна, перекриваючись, утворюють пори розміром до 1 мікрона, на поверхні яких рівномірно розподіляється електричний заряд. Фільтрувальні матеріали Disruptor містять до 400 шарів з пористою структурою, що одночасно з високою швидкістю фільтрації забезпечує ефективне очищення води [1, 29, 50].

Рис. 1.3. Структура матеріалу Disruptor

В першу чергу, даний фільтрувальний матеріал виконує роль ефективного механічного фільтру, що затримує крупні домішки води (пісок, колоїди). Крім того, за рахунок алюмінію гідроксиоксиду на поверхні волокон створюється рівномірно розподілений позитивний заряд, що дозволяє видаляти мікроорганізми, які в більшості випадків мають негативний заряд, а також сполуки важких металів (Pb, Hg, As, Cr, ін.) та ендотоксини (продукти життєдіяльності різноманітних мікроорганізмів) [1].

Оскільки всі відомі мікроорганізми мають розміри від кількох мкм і більше, а пори УФ мембран та матеріалу Disruptor менше 1 мкм, вони затримують весь спектр існуючих мікроорганізмів, включаючи віруси та спори.

Метод ультрафільтрації найчастіше використовується для видалення з води механічних та органічних домішок, колоїдів, разом з тим сьогодні особлива увага приділяється його використанню для знезараження питної води в локальних установках водоочищення.

Комплексна дія технології Disruptor має широкі перспективи для застосування в побутових фільтрах очищення води, а також в якості перед- та постфільтрів для процесів з використанням мембран зворотного осмосу для запобігання їх забруднення (як механічного, так і біологічного)[1].

До переваг даних методів дезінфекції можна віднести: комплексне очищення води від мікроорганізмів та інших домішок, вони не потребують застосування агресивних та токсичних реагентів, не призводять до утворення ППД, тобто є абсолютно екологічно безпечними.

На відміну від всіх методів знезараження води, ультрафільтрація та Disruptor лише фізично затримують мікроорганізми, не здійснюючи безпосереднього впливу на їхні життєво важливі функції [59]. Тобто, останні, перебуваючи у зафіксованому на волокнах матеріалу стані, зберігають свою дієздатність і з часом утворюють стійку плівку, що призводить до біообростання мембран і, як наслідок, зниження їх проникності [75]. Також, у випадку пошкодження мембран мікроорганізми можуть потрапляти у фільтрат і призводити до його вторинного забруднення.

Знезараження води сонячною енергією (SODIS)

Впровадження доступних методів дезінфекції, незважаючи на їхні недоліки, в Індії, країнах Африки та ін. потребує суттєвих капітальних затрат, що обумовлене низьким відсотком централізованого водопостачання. На сьогоднішній день, оптимальним методом, дешевим, простим та водночас досить ефективним в даній ситуації є технологія дезінфекції води за допомогою сонячної енергії SODIS (Solar Disinfection) [69].

Механізм дії SODIS полягає в комбінації двох ефектів: безпосереднього впливу ультрафіолетового випромінювання на мікроорганізми та нагрівання води за рахунок сонячної енергії, що суттєво прискорює процес знезараження. Найбільш простий спосіб реалізації даної технології, що не потребує додаткового обладнання (водяні бані, концентратори сонячного проміння), полягає у використанні пляшок з поліетилену чи поліетилен терефталату. Дані матеріали добре пропускають сонячні промені та забезпечують ефективну дезінфекцію води.

На сьогоднішній день SODIS є найбільш доступним і дешевим методом, рекомендованим Всесвітньою організацією Охорони здоров’я як реальний спосіб для очищення і безпечного зберігання води в домашніх умовах[27].

Даний метод має дуже обмежене використання, оскільки для бажаного ефекту знезараження вода повинна перебувати під прямим сонячним промінням за температури 30 0С не менше 6 годин. За інших умов (хмарна погода, дощі, низька температура) даний метод є неефективним [34, 54].

  1   2   3   4   5   6
База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка
Інформація Автореферат Анализ Диплом Додаток Доклад Задача Закон Занятие Звіт Инструкция

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий