Створення маловідходної технології демінералізації природних та стічних вод

На сьогоднішній день досить гостро стоять проблеми забруднення водних об’єктів, що викликано різким підвищенням мінералізації води в поверхневих водоймах, особливо це стосується промислових густозаселених регіонів. Підвищення мінералізації відбувається внаслідок скиду недостатньо очищених шахтних та промислових стічних вод. Для вирішення даної проблеми в промисловості, комунальних господарствах та побуті використовуються високоефективні процеси знесолення води – баромембранні процеси, такі як зворотній осмос та нанофільтрування. Наразі нанофільтраційні мембрани мають величезні перспективи при застосуванні їх у системах підготовки води. Для широкомасштабного застосування мембранних технологій необхідно спрощення і здешевлення технологій очищення води, підвищення їх надійності та ефективності. Для широкого впровадження даних процесів необхідно вивчити процеси ефективного освітлення та знебарвлення води та вирішити проблему стабілізаційної обробки води перед стадією мембранного очищення, для запобігання осадовідкладенням на мембранах.В роботі для вирішення проблеми демінералізації води розроблено метод, що дозволяє ефективно знесолювати воду. При нанофільтраційному знесоленні в концентраті накопичуються лише сульфати та іони жорсткості, при допустимих рівнях хлоридів у воді, це дає можливість їх подальшої переробки реагентними методами з висадженням у вигляді гідроксосульфоалюмінатів кальцію. Для підвищення ефективності процесу та збільшення терміну експлуатації мембран розроблено метод стабілізаційної обробки розчинів. Запропонована технологічна схема опріснення мінералізованих вод, що дозволяє отримувати очищену воду при повній переробці утворених відходів у цільові продукти.There is a significant problem of water pollution today, which is caused by the sharp increase in water mineralization in surface water bodies, especially in the industrial densely populated regions. Increased mineralization results from the discharge of insufficiently treated mine and industrial wastewater. Highly efficient water desalination processes are exploited to tackle this challenge in the industry, public utilities, and everyday life. First and foremost, these are baromembrane processes such as reverse osmosis and nanofiltration. At present, there are great prospects for the application of nanofiltration membranes in water treatment systems. Large-scale application of membrane technologies requires the simplification and reduction of the cost of water purification technologies, increasing their reliability and efficiency. There are two challenges that have to be tackled before the widespread application of the processes mentioned above. First of all, the processes of efficient lightening and bleaching of water have to be studied. Secondly, one has to cope with the problem of stabilizing water treatment before the membrane cleaning stage that is necessary for the prevention of sedimentation on the membranes. A method that can effectively desalinate water is developed in this paper. Also, this method can solve the problem of water demineralization. With nanofiltration desalination and permissible chloride levels in the water, sulfates and rigidity ions are the only substances accumulated in the concentrate, which enables them to be further processed by reagent methods of precipitation in the form of calcium hydroxosulfoaluminates. A method of stabilization treatment of solutions is developed to improve the efficiency of the process and increase the membrane lifetime. A technological scheme of desalination of mineralized waters, which makes it possible to receive purified water at full processing of the generated waste into target products, is given in the paper

Стан поводження з твердими побутовими відходами на території України у 2018 році

У статті проаналізовано основні аспекти поводження з твердими побутовими відходами на території України у 2018 р. Встановлено, що основним методом знешкодження твердих побутових відходів в Україні є захоронення на сміттєзвалищах (94,23 % усіх твердих побутових відходів). В результаті такого способу поводження за попередні роки було накопичено понад 1,38 млрд. т твердих побутових відходів. Більше того, більшість сміттєзвалищ не відповідають вимогам екологічної безпеки. Лише 46 сміттєзвалищ з 6107 в Україні мають систему збору фільтратів, і лише 33 мають технологічні можливості для знешкодження фільтрату. Тільки 18 сміттєзвалищ мають системи збору біогазу, який вони спалюють у факелі або використовують для живлення когенераційних установок. В Україні є лише одне сміттєспалювальне підприємство, яке утилізує лише 2 % утворених відходів. Оскільки на цьому підприємстві немає ефективної системи очищення викидів газу, вона може видаляти лише частинки пилу та золи за допомогою електрофільтрів, усі інші забруднювачі викидаються у навколишнє середовище без нейтралізації. Впровадження систем роздільного збору твердих побутових відходів має дуже низьку швидкість. Офіційно сьогодні такі системи впроваджені у 4,2 % населених пунктів України, багато з яких працюють на невеликих територіях або взагалі не працюють. Системи компостування органічних відходів взагалі не використовуються. У 2018 році було компостовано менше 0,03 % твердих побутових відходів. Усі ці факти свідчать про те, що сьогодні держава не має єдиної стратегії у сфері поводження з твердими побутовими відходами та необхідної уваги до таких надзвичайно гострих екологічних проблем.The paper analyzes the key aspects of solid household waste management in the territory of Ukraine in 2018. It has been explored that the main method of municipal solid waste disposal in Ukraine is landfill disposal (94,23 % of all municipal solid waste). As a result of this treatment, more than 1,38 billion tonnes of municipal solid waste has been accumulated in previous years. Moreover, most landfills do not meet environmental safety requirements. Only 46 landfills out of 6107 in Ukraine have a filtrate collection system and only 33 have the technological capacity to dispose of the filtrate. Only 18 landfills have biogas collection systems, where biogas is burnt in a torch or used to power cogeneration plants. There is only one incineration plant in Ukraine, which disposes of only 2 % of waste generated. Since there is no efficient gas treatment system at the plant, it can only remove dust and ash particles with the help of electrostatic precipitators, and all other pollutants are released into the environment without neutralization. The implementation of separate collection systems for solid waste is very slow. Officially, such systems are implemented in 4,2 % of Ukrainian ettlements today. Many of them operate in small territories or do not work at all. Organic waste composting systems are not used at all. In 2018, less than 0,03 % of municipal solid waste was composted. All these facts indicate that the government does not have a single strategy in the field of solid waste management, and it does not pay the necessary attention to such extremely acute environmental problems

Evaluation of the contribution of ion exchange in the process of demanganization with modified cation exchange resin KU-2-8.

An effective method of water purification from manganese compounds is the use of magnetite, so it is advisable to improve the way it is used. The main disadvantage of using dispersed microcrystalline magnetite is the difficulty of implementing water purification in dynamic conditions, due to the significant resistance to water filtration. In the case of the use of magnetite in static conditions, there is a constant consumption of magnetite after settling and filtration, and the demanganization process requires the use of bulky and poorly mobile installations (mixers, settling tanks and filters). Therefore, water purification from manganese ions was carried out under dynamic conditions by filtering water through a layer of strong acid cation exchange resin KU-2-8 in H+, Na+, Ca2+ forms modified with magnetite. This allows constant contact of the solution with the ion exchange material and reduces the role of the limiting diffusion factor on the water purification process. When evaluating the effectiveness of cation exchange resin KU-2-8 in the extraction of Mn2+ ions from water depending on the form of the resin, it was found that the FEDC for the resin in H+ form is 2198 mg-eq/dm3, for Na+ it is 2175 mg-eq/dm3 and for Ca2+ the value is 1717 mg-eq/dm3. Therefore, during the transition from H+ to Na+ and to Ca2+ form there is a decrease in the sorption capacity for Mn2+ ions in the cation exchange resin KU-2-8. On the cation exchange resin in Ca2+ form the efficiency of demanganization decreases with increasing concentration of manganese ions. When increasing the initial concentration from 5 to 10 and 30 mg/dm3 in distilled water, the residual concentration increases from 0.14 to 0.35 and up to 1.95 mg/dm3 when filtered through 10 cm3 of resin in Ca2+ form. When removing Mn2+ ions from artesian water, the residual concentration was 4.0; 7.0 and 27.0 mg/dm3 respectively. Thus, on magnetite-modified cation exchange resin, manganese ions are removed only partially due to ion exchange and their complete removal from water is possible only due to catalytic oxidation and deposition on magnetite

Визначення впливу реакції середовища та способу модифікування магнетиту на ефективність сорбції важких металів

Development of reliable, environmentally safe and economically advantageous methods of water purification from heavy metals is the primary task for environmental protection. The effectiveness of sorption treatment and additional treatment of natural waters from ions of heavy metals with the use of modified magnetite was studied. The samples of magnetite obtained at the ratio of concentrations of iron (II) and iron (III) of 1:2; 1:1 and 2:1 and the samples modified by sodium sulfide were used as a sorbent. Experimental studies revealed that the sorption capacity of magnetite by ions of heavy metals increases at the increase in the ratio [Fe2+]/[Fe3+] from 1:2 to 2:1. The influence of pH of the medium on the effectiveness of sorption of heavy metal ions on magnetite was studied. It was shown that the sorption capacity of magnetite for ions of copper, zinc, nickel and cadmium increases at the increase in pH of the medium from 6.0 to 8.6 due to partial hydrolysis of heavy metal ions. An increase in sorption capacity of magnetite occurs when it is modified by guanidine, thiosemicarbazide and sodium sulfide, which makes it possible to reduce residual concentrations of heavy metals to μg/dm3. The use of magnetite modified by sodium sulfite, obtained at К=2, makes it possible to completely remove cadmium ions from water and reduce copper concentration to 1.2 μg/dm3. This proves the appropriateness of using these sorbents for additional treatment or deep purification of water from ions of heavy metals. It was shown that it is appropriate to use magnetite for extraction of heavy metal ions from water in the presence of hardness ions, which do not affect the selectivity of this sorbent for ions of heavy metals. Thus, based on the obtained results of sorption purification of water from ions of heavy metals while using magnetite, we proposed a fundamental technological circuit for treatment of wastewater of nuclear power plants at discharge to water bodiesРазработка надежных, экологически безопасных и экономически выгодных методов очистки воды от тяжелых металлов является первоочередной задачей для охраны окружающей среды. Исследована эффективность сорбционной очистки и доочистки природных вод от ионов тяжелых металлов при использовании модифицированного магнетита. В качестве сорбента использовали образцы магнетита, получены при соотношении концентраций ионов железа (II) и железа (ІІІ) 1:2; 1:1 и 2:1, и образцы модифицированные сульфидом натрия. Экспериментальными исследованиями показано, что сорбционная емкость магнетита по ионах тяжелых металлов, возрастает при увеличении соотношения [Fe2+]/[Fe3+] от 1:2 до 2:1. Исследовано влияние рН среды на эффективность сорбции ионов тяжелых металлов на магнетите. Показано, что сорбционная емкость магнетита по ионам меди, цинка, никеля и кадмия возрастает при увеличении рН среды от 6,0 до 8,6, что обусловлено частичным гидролизом ионов тяжелых металлов. Повышение сорбционной емкости магнетита происходит при модифицировании его гуанидином, тиосемикарбазидом и сульфидом натрия, что позволяет уменьшить остаточные концентрации тяжелых металлов до мкг/дм3. Использование модифицированного сульфидом натрия магнетита, полученного при К=2, позволяет полностью из воды удалить ионы кадмия, а концентрацию меди снизить до 1,2 мкг/дм3. Это подтверждает целесообразность использования данных сорбентов для доочистки или глубокой очистки воды от ионов тяжелых металлов. Показано, что магнетит целесообразно использовать для извлечения из воды ионов тяжелых металлов при наличии ионов жесткости, поскольку онине влияют на селективность данного сорбента по ионах тяжелых металлов. Таким образом, на основе полученных результатов сорбционной очистки воды от ионов тяжелых металлов при использовании магнетита, предложено принципиальную технологическую схему очистки сточных вод атомных электростанций при сбросе в водоемыРозробка надійних, екологічно безпечних і економічно вигідних методів очищення води від важких металів є першочерговим завданням для охорони навколишнього середовища. Досліджено ефективність сорбційного очищення та доочищення природних вод від іонів важких металів при використанні модифікованого магнетиту. Як сорбент використовували зразки магнетиту отримані при співвідношенні концентрацій іонів заліза (ІІ) і заліза (ІІІ) 1:2; 1:1 і 2:1, та зразки модифіковані сульфідом натрію. Експериментальними дослідженнями показано, що сорбційна ємність магнетиту по іонах важких металів зростає при збільшенні співвідношення [Fe2+]/[Fe3+] від 1:2 до 2:1. Досліджено вплив рН середовища на ефективність сорбції іонів важких металів на магнетиті. Показано, що сорбційна ємність магнетиту по іонам міді, цинку, нікелю та кадмію зростає при збільшенні рН середовища від 6,0 до 8,6, що обумовлено частковим гідролізом іонів важких металів. Підвищення сорбційної ємності магнетиту відбувається при модифікуванні його гуанідіном, тіосемікарбазідом і сульфідом натрію, що дозволяє зменшити залишкові концентрації важких металів до мкг/дм3. Використання модифікованого сульфідом натрію магнетиту, отриманого при К=2, дозволяє повністю з води вилучити іони кадмію, а концентрацію міді знизити до 1,2 мкг/дм3. Це підтверджує доцільність використання даних сорбентів для доочищення чи глибокого очищення води від іонів важких металів. Показано, що магнетит доцільно використовувати для вилучення із води іонів важких металів при наявності іонів жорсткості, які не впливають на селективність даного сорбенту по іонах важких металів. Таким чином, на основі отриманих результатів сорбційного очищення води від іонів важких металів при використанні магнетиту, запропоновано принципову технологічну схему очищення стічних вод атомних електростанцій при скиді у водойм

Визначення впливу реакції середовища та способу модифікування магнетиту на ефективність сорбції важких металів

Development of reliable, environmentally safe and economically advantageous methods of water purification from heavy metals is the primary task for environmental protection. The effectiveness of sorption treatment and additional treatment of natural waters from ions of heavy metals with the use of modified magnetite was studied. The samples of magnetite obtained at the ratio of concentrations of iron (II) and iron (III) of 1:2; 1:1 and 2:1 and the samples modified by sodium sulfide were used as a sorbent. Experimental studies revealed that the sorption capacity of magnetite by ions of heavy metals increases at the increase in the ratio [Fe2+]/[Fe3+] from 1:2 to 2:1. The influence of pH of the medium on the effectiveness of sorption of heavy metal ions on magnetite was studied. It was shown that the sorption capacity of magnetite for ions of copper, zinc, nickel and cadmium increases at the increase in pH of the medium from 6.0 to 8.6 due to partial hydrolysis of heavy metal ions. An increase in sorption capacity of magnetite occurs when it is modified by guanidine, thiosemicarbazide and sodium sulfide, which makes it possible to reduce residual concentrations of heavy metals to μg/dm3. The use of magnetite modified by sodium sulfite, obtained at К=2, makes it possible to completely remove cadmium ions from water and reduce copper concentration to 1.2 μg/dm3. This proves the appropriateness of using these sorbents for additional treatment or deep purification of water from ions of heavy metals. It was shown that it is appropriate to use magnetite for extraction of heavy metal ions from water in the presence of hardness ions, which do not affect the selectivity of this sorbent for ions of heavy metals. Thus, based on the obtained results of sorption purification of water from ions of heavy metals while using magnetite, we proposed a fundamental technological circuit for treatment of wastewater of nuclear power plants at discharge to water bodiesРазработка надежных, экологически безопасных и экономически выгодных методов очистки воды от тяжелых металлов является первоочередной задачей для охраны окружающей среды. Исследована эффективность сорбционной очистки и доочистки природных вод от ионов тяжелых металлов при использовании модифицированного магнетита. В качестве сорбента использовали образцы магнетита, получены при соотношении концентраций ионов железа (II) и железа (ІІІ) 1:2; 1:1 и 2:1, и образцы модифицированные сульфидом натрия. Экспериментальными исследованиями показано, что сорбционная емкость магнетита по ионах тяжелых металлов, возрастает при увеличении соотношения [Fe2+]/[Fe3+] от 1:2 до 2:1. Исследовано влияние рН среды на эффективность сорбции ионов тяжелых металлов на магнетите. Показано, что сорбционная емкость магнетита по ионам меди, цинка, никеля и кадмия возрастает при увеличении рН среды от 6,0 до 8,6, что обусловлено частичным гидролизом ионов тяжелых металлов. Повышение сорбционной емкости магнетита происходит при модифицировании его гуанидином, тиосемикарбазидом и сульфидом натрия, что позволяет уменьшить остаточные концентрации тяжелых металлов до мкг/дм3. Использование модифицированного сульфидом натрия магнетита, полученного при К=2, позволяет полностью из воды удалить ионы кадмия, а концентрацию меди снизить до 1,2 мкг/дм3. Это подтверждает целесообразность использования данных сорбентов для доочистки или глубокой очистки воды от ионов тяжелых металлов. Показано, что магнетит целесообразно использовать для извлечения из воды ионов тяжелых металлов при наличии ионов жесткости, поскольку онине влияют на селективность данного сорбента по ионах тяжелых металлов. Таким образом, на основе полученных результатов сорбционной очистки воды от ионов тяжелых металлов при использовании магнетита, предложено принципиальную технологическую схему очистки сточных вод атомных электростанций при сбросе в водоемыРозробка надійних, екологічно безпечних і економічно вигідних методів очищення води від важких металів є першочерговим завданням для охорони навколишнього середовища. Досліджено ефективність сорбційного очищення та доочищення природних вод від іонів важких металів при використанні модифікованого магнетиту. Як сорбент використовували зразки магнетиту отримані при співвідношенні концентрацій іонів заліза (ІІ) і заліза (ІІІ) 1:2; 1:1 і 2:1, та зразки модифіковані сульфідом натрію. Експериментальними дослідженнями показано, що сорбційна ємність магнетиту по іонах важких металів зростає при збільшенні співвідношення [Fe2+]/[Fe3+] від 1:2 до 2:1. Досліджено вплив рН середовища на ефективність сорбції іонів важких металів на магнетиті. Показано, що сорбційна ємність магнетиту по іонам міді, цинку, нікелю та кадмію зростає при збільшенні рН середовища від 6,0 до 8,6, що обумовлено частковим гідролізом іонів важких металів. Підвищення сорбційної ємності магнетиту відбувається при модифікуванні його гуанідіном, тіосемікарбазідом і сульфідом натрію, що дозволяє зменшити залишкові концентрації важких металів до мкг/дм3. Використання модифікованого сульфідом натрію магнетиту, отриманого при К=2, дозволяє повністю з води вилучити іони кадмію, а концентрацію міді знизити до 1,2 мкг/дм3. Це підтверджує доцільність використання даних сорбентів для доочищення чи глибокого очищення води від іонів важких металів. Показано, що магнетит доцільно використовувати для вилучення із води іонів важких металів при наявності іонів жорсткості, які не впливають на селективність даного сорбенту по іонах важких металів. Таким чином, на основі отриманих результатів сорбційного очищення води від іонів важких металів при використанні магнетиту, запропоновано принципову технологічну схему очищення стічних вод атомних електростанцій при скиді у водойм