Встановлення закономірностей перетворення і глибокого вилучення природних органічних речовин з поверхневих вод на біологічно активному вугіллі і можливостей підвищення ефективності процесу для забезпечення екологічної безпеки при споживанні питної води.
Аннотация к работе
Основними факторами, які визначають ефективне функціонування систем з БАВ, є адсорбційні характеристики активованого вугілля (АВ) та розчиненої речовини, спроможність її засвоєння мікроорганізмами біоплівки БАВ та наявність у воді необхідних для життєдіяльності мікроорганізмів сполук, зокрема розчиненого кисню. Контроль та регулювання цих характеристик визначає можливість ефективного керування процесами фільтрування води через БАВ та одержання біологічно стабільної води. Таким чином, дослідження можливостей і шляхів підвищення ефективності процесів глибокого вилучення ПОР при підготовці питної води з метою досягнення її біологічної стабільності шляхом застосування БАВ є актуальним питанням, як з точки зору забезпечення екологічної безпеки при споживанні питної води, так і для забезпечення екологічно сприятливих умов протікання процесів глибокої очистки води і відновлення адсорбційної здатності АВ. Конкурсні теми НАН України: “Фізико-хімічні принципи управління хімічними реакціями у водних середовищах” (2002-2006 рр., № держреєстрації 0102U000940) та “Стратегія розвитку досліджень в галузі хімії, фізики, біології води та фундаментальних основ колоїдної хімії” (2007-2011 рр., № держреєстрації 0107U000148) за програмами відділення хімії НАН України; “Розробка сучасних економічних і екологічно безпечних методів і технології підготовки високоякісної питної води” (2004-2006 рр., № держреєстрації 0104U007041) та “Розробка нових комплексних підходів очистки, знезараження та оцінки токсичності води” (2007-2008 рр., № держреєстрації 0107U005636) в рамках програми прикладних досліджень НАН України “Новітні медико-біологічні проблеми та оточуюче середовище людини”; “Оцінка еколого-гігієнічного стану і перспектив використання поверхневих вод України як джерел питного водопостачання ”(2007-2009 рр., № держреєстрації 0107U006462) в рамках програми прикладних досліджень НАН України “Стратегічні мінеральні ресурси України”; грант НАН України для молодих вчених “Біосорбція органічних та неорганічних сполук в процесах очищення природних та стічних вод” (2005-2006 рр., № держреєстрації 0105U006217). Дослідити особливості вилучення ФК з різним вмістом біологічно доступного органічного вуглецю (БДОВ) у процесах фільтрування через шар БАВ і встановити фактори, які впливають на підвищення їх ефективності та досягнення біологічної стабільності води.Розглянуто питання адсорбції ПОР активованим вугіллям та особливості їх вилучення БАВ в процесах очищення води. Додаткову регенерацію БАВ проводили шляхом кипятіння у воді, прогрівання при температурі 140°С, обробки ультразвуком, промивання водою, розчинами гідроксиду натрію та соляної кислоти. Озонування розчину протягом 6 і 20 хв збільшує вміст БДОВ до ~14,3 мг С/дм3, що може суттєво підвищити ефективність наступного вилучення ЗОВ і БДОВ з води при фільтруванні через БАВ. У відповідності до цієї моделі при адсорбції з багатокомпонентного розчину ПОР ізотерма адсорбції в логарифмічних координатах рівняння Фрейндліха має принаймні дві області у вигляді прямих ліній, які характеризують: 1) слабкоадсорбовану частину ПОР, де при середніх дозах адсорбенту видаляється сильноадсорбований компонент і пропорційна частина фракції більш слабкоадсорбованого компонента; 2) сильноадсорбовану частину ПОР, що визначається областю, де компоненти з високою адсорбційною здатністю конкурують за доступну поверхню АВ. При адсорбції з аерованих розчинів ФК зниження частки БДОВ призводить до підвищення величини рівноважної адсорбції в порівнянні з озонованим розчином, а озонування аерованого розчину викликає зниження величини рівноважної адсорбції при збільшенні частки БДОВ, що видно з табл.У дисертації вирішена задача зниження екологічного ризику для населення при споживанні питної води шляхом досягнення біологічної стабільності води при водопідготовці за рахунок трансформації та глибокого вилучення природних органічних речовин, що перешкоджає утворенню токсичних хлорорганічних сполук і біообростанню водорозподільних мереж. Багатоступеневе озонування розчинів ФК суттєво підвищує вміст БДОВ, загальну ефективність біофільтрування і призводить до зниження БДОВ до величини 0,3 мг С/дм3 після біофільтрування, що відповідає стану біологічно стабільної води. Вперше встановлено, що ступінь самовільної біорегенерації БАВ від ПОР в процесі довготривалої роботи фільтра з очистки питної води досягає 68-83% у верхній частині фільтра і 90-99% в нижній частині фільтра. Практично повне відновлення адсорбційних властивостей БАВ після тривалого фільтрування в доповнення до самовільної біорегенерації може бути здійснене шляхом поєднання низькотемпературної теплової обробки АВ із промиванням його розчином лугу. На основі отриманих даних запропоновано раціональну послідовність здійснення технологічних процесів при підготовці питної води з поверхневих джерел водопостачання з високим вмістом ПОР для отримання високоякісної біологічно стабільної води із вмістом БДОВ 0,3 мг С/дм3.
План
2. Основний зміст
Вывод
У дисертації вирішена задача зниження екологічного ризику для населення при споживанні питної води шляхом досягнення біологічної стабільності води при водопідготовці за рахунок трансформації та глибокого вилучення природних органічних речовин, що перешкоджає утворенню токсичних хлорорганічних сполук і біообростанню водорозподільних мереж.
1. Показано, що ефективність біофільтрування розчинів ФК на БАВ залежить від рівня БДОВ у загальному вмісті органічного вуглецю та зміни вільної енергії адсорбції, які добре між собою корелюють. Зниження частки БДОВ шляхом попереднього аерування знижує ефективність біофільтрування розчинів ФК.
2. Багатоступеневе озонування розчинів ФК суттєво підвищує вміст БДОВ, загальну ефективність біофільтрування і призводить до зниження БДОВ до величини 0,3 мг С/дм3 після біофільтрування, що відповідає стану біологічно стабільної води.
3. Вперше встановлено, що збагачення розчинів ФК розчиненим киснем шляхом додавання до них пероксиду водню з концентрацією 5 мг/дм3 призводить до підвищення ефективності біофільтрування в 2 рази.
4. Вперше встановлено, що ступінь самовільної біорегенерації БАВ від ПОР в процесі довготривалої роботи фільтра з очистки питної води досягає 68-83% у верхній частині фільтра і 90-99% в нижній частині фільтра.
5. Практично повне відновлення адсорбційних властивостей БАВ після тривалого фільтрування в доповнення до самовільної біорегенерації може бути здійснене шляхом поєднання низькотемпературної теплової обробки АВ із промиванням його розчином лугу.
6. На основі отриманих даних запропоновано раціональну послідовність здійснення технологічних процесів при підготовці питної води з поверхневих джерел водопостачання з високим вмістом ПОР для отримання високоякісної біологічно стабільної води із вмістом БДОВ 0,3 мг С/дм3. біологічний вугілля вода безпека
Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації
1. Гончарук В.В. Современные проблемы технологии подготовки питьевой воды / В.В. Гончарук, Н.А. Клименко, Л.А. Савчина, Т.Л. Врубель, И.П. Козятник // Химия и технология воды. - 2006. - Т. 28, №1. - С.3-95.
2. Клименко Н.А. Оценка ресурсных возможностей активного угля в процессах доочистки водопроводной питьевой воды / Н.А. Клименко, Л.А. Савчина, А.О. Самсони-Тодоров, И.П. Козятник // Химия и технология воды.- 2006. - Т.28, №4. - С.356-369.
3. Клименко Н.А. Взаимодействие пероксида водорода со слоем активного угля в процессе фильтрования раствора Н2О2 / Н.А. Клименко, И.П. Козятник, Л.А. Савчина // Химия и технология воды. - 2006. - Т.28, №5. - С.438-445.
4. Гончарук В.В. Естественная биорегенерация активных углей в фильтрах доочистки питьевой воды при их длительной эксплуатации / В.В. Гончарук, И.П. Козятник, Н.А. Клименко, Л.А. Савчина // Химия и технология воды. - 2007. - Т.29, №6. - С.546-559.
5. Klymenko N.A. Estimation of features of activated carbon materials used for drinking water purification / N.A. Klymenko, L.A. Savchyna, I.P. Kozyatnyk // Polish J. Chem. - 2008. - V.82. - P.283-290.
6. Козятник И.П. Использование пероксида водорода для повышения эффективности работы фильтра с биологически активным углем / И.П. Козятник, Н.А. Клименко, Л.А. Савчина, Т.Л. Врубель // Химия и технология воды. - 2008. - Т.30, №2. - С.136-149.
7. Пат. 76034 Україна, МПК7 C02F 1/28 C02F 3/34. Спосіб очистки води від органічних забруднень / Мєшкова-Клименко Н.А., Савчина Л.А., Гречаник С.В., Невинна Л.В., Швиденко О.Г., Титаренко Н.З., Козятник І.П.; заявник і патентовласник Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України. - №20040907759; заявл. 24.09.2004; опубл. 15.06.2006, Бюл. №6.
8. Пат. 82627 Україна, МПК7 C02F 1/28 C02F 3/06 C02F 3/26. Спосіб роботи адсорбційного фільтра / Козятник І.П., Мєшкова-Клименко Н.А., Савчина Л.А., Врубель Т.Л., Титаренко Н.З.; заявник і патентовласник Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України. - №а200703361; заявл. 28.03.2007; опубл. 25.04.2008, Бюл. №8.
9. Клименко Н.А. Сочетание биорегенерации активных углей с другими методами регенерации / Н.А. Клименко, Л.А. Савчина, И.П. Козятник // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2008.- №2. - С.51-55.
10. Kozyatnyk I.P. Biodegradable organic carbon change during drinking water treatment / I.P. Kozyatnyk, N.A. Klymenko, L.A. Savchyna // IWA Natural Organic Matter: From Source to Tap: 2-4 September 2008.: conference proceedings. - Bath, 2008. - P.632-638.
11. Kozyatnyk I.P. Influence of hydrogen peroxide on activated carbon surface during filtration / I.P. Kozyatnyk, N.A. Klimenko // NATO Advanced Research Workshop “Pure and Applied Surface Chemistry and Nanomaterials for Human Life and Environment Protection”, Kyiv, Ukraine: 15-16 September 2005.: book of abstract. - K., 2005 - P.102.
12. Козятник І.П. Визначення ресурсу використання активованого вугілля в процесах доочистки водопровідної питної води / І.П. Козятник, Л.А. Савчина, Н.А. Клименко // Сьома Всеукраїнська конференція студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”, Київ, Київський Національний Університет ім. Тараса Шевченка, 18-19 травня 2006 р.: збірка тез доповідей. - K., 2006 - С.171.
13. Kozyatnyk I.P. Release of activated carbon microporosity after drinking water preparation / I.P. Kozyatnyk, N.A. Klimenko // X Ukrainian-Polish Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications”, Lviv-Uzlissia, Ukraine, 26-30 September, 2006.: proceedings. - Lviv, 2006 - P.175-176.
14. Kozyatnyk I.P. Regeneration of activated carbon by ecologically acceptable methods after longtime drinking water purification / I.P. Kozyatnyk, L.A Savchyna, O.O. Samsoni-Todorova // XI Polish-Ukrainian Symposium “Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications”, Krasnobrod-Zamosc, Poland, 22-26 August, 2007.: program and proceedings. - Krasnobrod-Zamosc, 2007. - P.67.
15. Kozyatnyk I. Using of hydrogen peroxide for increasing of biologically active carbon filter work efficiency / I. Kozyatnyk, N. Klymenko // VI European Congress of Chemical Engineering, Copenhagen, Denmark, 16-20 September 2007.: book of abstracts. - Copenhagen, 2007. - P.357-358.
16. Kozyatnyk I.P. Effect of hydrogen peroxide and microbiological activity on the structural characteristics of activated carbon / I.P. Kozyatnyk, L.A Savchyna, T.V. Poliakova // 22nd Conference of the European Colloid and Interface Society, Crakow, Poland, 31 August - 5 September 2008.: book of abstracts. - Crakow, 2008. - P.481.
17. Kozyatnyk I. Changing of biodegradable organic carbon value in some drinking water treatment processes / I. Kozyatnyk, L. Savchyna // The 3rd Central and Eastern Europe Conference on Health and the Environment, Cluj-Napoca, Romania, 19-22 October 2008.: abstracts. - Cluj-Napoca, 2008. - P.50.