Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Умягчение подземных вод Алтайского края сорбционным и обратноосмотическим методами

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Умягчение подземных вод Алтайского края сорбционным и обратноосмотическим методами"

На правах рукописи

4Ґ /

Куртукова Любовь Владимировна

УМЯГЧЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД АЛТАЙСКОГО КРАЯ СОРБЦИОННЫМ И ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ

25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ОКТ 2013

Барнаул - 2013

005535356

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» на кафедре химической техники и инженерной экологии и в проблемной научно-исследовательской лаборатории «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности»

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор,

Комарова Лариса Федоровна

Официальные оппоненты: Заносова Валентина Ивановна,

доктор сельскохозяйственных наук, доцент кафедры гидравлики, с/х водоснабжения и водоотведения ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Свергузова Светлана Васильевна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический

институт пищевой промышленности»

Защита состоится 12 ноября 2013 года в 13— на заседании диссертационного совета Д. 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью) просим направлять Ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1, тел(факс): 8(385-2) 24-03-96, e-mail: iwep@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института водных и экологических проблем СО РАН

Автореферат разослан » октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент сТ/ьЯ^ И.Д. Рыбкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Водные ресурсы Алтайского края представлены поверхностными и подземными водами, неравномерное распределение которых по территории края и их интенсивное использование создают проблемы водообеспе-чения, что усугубляется загрязнением и нерациональным использованием вод. Обеспечение экономически эффективного и экологически безопасного водопользования и водопотребления является одной из наиболее важных задач. Географическое положение и гидрогеологические условия определяют основные потенциальные источники водоснабжения: для городов - преимущественно поверхностные воды, для сельских населенных пунктов - подземные. По данным ежегодного государственного доклада о состоянш! и об охране окружающей среды в Алтайском крае, ряд районов центральной и западной части практически не имеет подземных вод с оптимальным солевым составом, отмечается повышенное содержание по сухому остатку (1100-1800 мг/л), хлоридам (300-400 мг/л), сульфатам (400-700 мг/л), общей жесткости (9-15 мг-экв/л), что является одной из причин высокой заболеваемости жителей этих районов мочекаменной и желчекаменной болезнью. При этом высокое содержание солей жесткости обусловливает необходимость умягчения природных вод для хозяйственно-питьевых и технических нужд. Норматив общей жесткости для питьевой воды составляет 7 мг-экв/л, а технологической определяется требованиями соответствующих регламентов и может варьироваться в широких пределах - от 7 мг-экв/л в пищевой промышленности до 0,01 мг- экв/л в теплоэнергетике.

Решением проблемы обеспечения населения и промышленности Алтайского края водой надлежащего качества является совершенствование технологий во-доподготовки с использованием современных материалов. Большинство применяемых в настоящее время сорбентов и пойнтов обладают высокой эффективностью удаления соединений жесткости, однако имеют ряд недостатков: высокая стоимость, необходимость тщательной предварительной подготовки воды и трудность утилизации регенерационных растворов.

Перспективным направлением водоподготовки является создание новых материалов, способных обеспечивать требуемое качество воды и минимизацию затрат на их производство и очистку. При этом необходимо учитывать основные принципы их получения - малостадийностъ производства, доступность источников сырья и материалов, экологическую чистоту.

Не менее перспективным является использование одного из мембранных методов - обратного осмоса, который позволяет эффективно умягчать воду на компактных, производительных установках.

Работа выполнена в рамках тематики проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ им. И.И. Ползунова «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности» и по проекту в рамках госзадания Минобрнауки РФ № 5.7595.2013.

Цель работы: разработка технологий умягчения подземных вод Алтайского края с использованием обратноосмотических мембран и новых сорбентов на основе бентонитовых глин.

Основные задачи:

- анализ подземных вод Алтайского края по содержанию солей жесткости;

- поиск оптимального способа активации бентонитов различных месторождений и разработка технологии получения сорбционного материала на основе бентонитовой глины для умягчения подземных вод;

- исследование сорбциониых свойств и очистки воды на полученных материалах и изучение возможности регенерации сорбционно-ионообменного материала на основе бентонитовой глины;

- математическое описание экспериментальных данных процесса очистки сорб-ционным методом;

- определение основных характеристик мембран и оптимальных параметров умягчения воды обратноосмотическим методом;

- разработка технологических схем умягчения подземных вод с использованием ионообменного и мембранного методов и их технико-экономический анализ.

Объект исследования: подземные воды с повышенным содержанием соединений жесткости.

Предмет исследования: способы очистки подземных вод от соединений жесткости с использованием технологий сорбции и мембранного разделения.

Научная новизна:

- получены новые данные по активации бентонитов Таганского, Хакасского и Милосского месторождений кислотным, солевым и содовым методами, определена статическая емкость активированных глин относительно солей жесткости;

- впервые предложены технологии получения новых сорбционных материалов на основе активированной бентонитовой глины путем закрепления ее с помощью связующего (парафина) и нанесением бентонитовой глины на каркас из выщелоченного базальтового волокна;

- определена сорбционная емкость материала на основе бентонита с парафином по солям жесткости в статических и динамических условиях;

- предложен способ регенерации полученного сорбента раствором гидрокарбоната натрия;

- изучены селективность и проницаемость обратноосмотических мембран на основе полиамида при умягчении воды с различным содержанием солей жесткости;

- разработаны научные основы обеспечения технологий очистки подземных вод от ионов жесткости с использованием сорбента на основе модифицированного бентонита и обратноосмотических полиамидных мембран, позволяющие умягчать воду до требуемых параметров.

Практическая значимость:

- полученные сорбционно-ионообменные материалы позволят извлекать из воды ионы жесткости с заданной эффективностью, что обеспечит стабильность потребительских свойств водных ресурсов, надежность водопотребления и водопользования',

- экспериментальные данные могут быть использованы для расчета основных параметров оборудования технологических схем водоочистки;

- внедрение разработанных технологий в практику водоочистки позволит обеспечить экономически эффективное и экологически безопасное водопользование и водопотребление.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием стандартных методик анализа и эксперимента, современного оборудования и методов учета погрешностей измерений, а также достаточным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

- результаты исследований по активации бентонитовых глин различных месторождений;

- способы получения сорбционно-ионообменных материалов на основе бентонитовой глины Милосского месторождения;

- результаты исследований очисти! воды на полученных материалах от соединений жесткости в статических и динамических условиях;

- экспериментальные данные по селективности и проницаемости полиамидных мембран при очистке воды с повышенным содержанием общей жесткости;

- технологам очистки воды от солей жесткости сорбционным и обратноосмоти-ческим методами.

Реализация результатов работы:

- материалы диссертационной работы приняты к внедрению на предприятиях: ОАО «Барнаултрансмаш», ООО «Барнаул РТИ», НПО «Акватех»;

- результаты диссертационной работы используется в учебном процессе на кафедре «Химическая техника и инженерная экология» ФГБОУ ВПО АлтГТУ им. И.И. Ползунова.

Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2009-2013 гг.), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2012 г.), Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2012 г.), Международной НПК «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (г. Кемерово, 2010 -2012 гг.), Межрегиональной НПК «Региональные экологические проблемы» (г. Барнаул, 2011, г. Белокуриха, 2012 г.), VII научно практической конференции «Питьевые воды Сибири» (г. Барнаул, 2012 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции «Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии» (г. Барнаул, 2013 г).

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень публикаций ВАК, имеется 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 101 наименования, приложений. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков, 23 таблицы.

Автор выражает признательность за оказанную помощь и ценные советы при выполнении данной работы к.т.н., доценту кафедры ХТИЭ АлтГТУ им. И.И. Ползунова Сомину В. А.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы и показана необходимость внедрения современных технологий умягчения подземных вод в Алтайском крае с целью обеспечения надежного водопотребления и водопользования.

В первой главе представлен анализ водных объектов Алтайского края, оценена обеспеченность районов края водами нормативного качества, выделены районы с повышенным содержанием солей жесткости в подземных водах. Дана характеристика жесткости воды. Описаны известные методы умягчения на основе проработки отечественных и зарубежных литературных источников и патентов в

данной области. Изложены основные представления о механизмах процессов сорбции и мембранного разделения. Охарактеризованы бентонитовые глины как природные минеральные сорбенты и основные материалы для получения мембран. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе представлены методики анализа соединений жесткости в водных растворах методами титриметрического анализа. Описаны способы получения сорбционных материалов путем закрепления бентонитовой глины с помощью связующего и нанесением на каркас из выщелоченного базальтового волокна. Излагаются методики эксперимента на сорбционных и обратноосмотических лабораторных установках и методика изучения емкости сорбционных материалов в статических и динамических условиях.

В третьей главе изложены результаты исследований по умягчению воды сорбционным методом с использованием разработанных материалов и обратным осмосом с применением полиамидных мембран.

В работе использовались бентонитовые глины Таганского, Милосского и Хакасского (марок 5.1, 6.9) месторождений. Все образцы были подвергнуты кислотной, солевой и содовой активации.

Изучены сорбционные свойства бентонитовых глин указанных месторождений в статических условиях при постоянной температуре 20°С (таблица 1). Определение значения сорбционной емкости (СОЕ) проводили на модельных водных растворах в диапазоне концентраций ионов жесткости от 0,5мг-экв/л до 40 мг-экв/л, который охватывает многообразный состав природных вод Алтайского края.

Таблица 1- Значение СОЕ активированных бентонитов

Бентонит СОЕ, мг-экв/г

тип активации

кислотная солевая содовая

Таганский 0,150 0,595 1,419

Хакасский 5.1 0,207 0,297 0,816

Хакасский 6.9 0,120 0,391 0,484

Милосский 0,157 0,619 1,921

Как видно из таблицы 1, для всех образцов глин наблюдается увеличение сорбционной обменной емкости в ряду кислотная-солевая-содовая активация. Максимальное значение СОЕ отмечено для Милосского бентонита содовой активации, поэтому дальнейшие исследования по получению новых сорбентов проводились с данным образцом.

Однако, бентонитовые глины невозможно использовать при фильтровании в чистом виде, поэтому в дальнейшем исследования были направлены на получение материалов на основе бентонитов с различным способом их закрепления. В результате были получены два типа материалов: 1- бентонит, нанесенный на матрицу из выщелоченного базальтового волокна; 2- бентонит, закрепленный с помощью парафина.

і £ г

і > У і и

/ У *

к-

Рисунок 1 - Зависимость СОЕ (А) выщелоченного базальтового волокна и материала на его основе от равновесной концентрации (Сг:ши) солей жесткости в растворе

На рисунке 1 представлены изотермы сорбции выщелоченного базальтового волокна и полученного нанесением бентонитовой глины на волокно сорбента. Из рисунка видно, что материал, из выщелоченного волокна, обладает большей емкостью (1,9 мг-экв/г) по сравнению с чистым волокном (1 мг-экв/г).

Материал на основе выщелоченного волокна и бентонита обладает значительным гидравлическим сопротивлением при фильтровании, поэтому был предложен другой способ закрепления бентонитовой глины - с помощью связующего, в качестве которого был выбран технический парафин.

Для изучения сорбционной емкости полученного таким образом материала были выбраны различные соотношения исходных компонентов парафин:бентонит: 1:10, 2:10 и 4:10. На рисунке 2 представлены зависимости обменной емкости (А) от равновесной концентрации (Сравн) жесткости в растворе для материалов на основе бентонита с парафином в указанных соотношениях. Как видно из рисунка 2, для данных материалов максимальное значение обменной емкости примерно одинаково и составляет 2-2,2 мг-экв/г.

1,5

2 + 1- =_*—*

и_ Г =- -і

0 5

♦ -1- (1:10)

10

»-2- (2:10)

15

А-3- (4:10)

20 25

Сравн,мг-экв/л

Рисунок 2 - Зависимости СОЕ (А) от равновесной концентрации (Ср;тн) для материалов с различным соотношением компонентов парафин:бенгониг

Несмотря на то, что материал с соотношением компонентов (1:10) обладает высокими сорбционными свойствами, он не образует устойчивых агломератов, способных сохранять форму в воде и, следовательно, не может быть использован в динамических условиях. Увеличение доли парафина (4:10) в составе придает повышенную прочность материалу, но приводит к снижению сорбционной емкости в области равновесных концентраций от 1,5 до 10 мг-экв/л, что можно объяснить блокированием активных сорбционных центров бентонита парафином.

Поэтому для дальнейших исследований был выбран материал пара-фин:бентониг (2:10), далее МБП (Милосский бентонит-парафин), характеризующийся наибольшей сорбционной емкостью и достаточной прочностью. Для сравнения была определена статическая сорбционная способность широко применяемых для водоподготовки ионообменных смол Леватит и КУ-2-8. Результаты эксперимента представлены на рисунке 3.

2 2,5

1,5

0,5

Сравнительный анализ обменной емкости полученного материала с Лева-

титом показал, что их сорбци-онные свойства сопоставимы, а для КУ-2-8 значение СОЕ ниже на 13 %. При этом для одинаковых начальных концентраций раствора эффективность очистки больше для МБП, чем для катеонита.

В дальнейшем была изучена динамическая емкость сорбента МБП. Зависимость эффективности извлечения ионов жесткости из модельного раствора с концентрацией 10мг-экв/л на чистом образце материала и после его регенерации приведена на рисунке 4.

-м -4— —І- 2 Г

щ / ^ * 1 "і І д І

' 4 4 і

ПДі

5 10 15

материалы: - Леватит • -2 - МБП

25 30

Сравн, мг-экв/л

20

А-З-КУ-2

Рисунок 3 - Зависимость сорбционной емкости (А) сорбентов от равновесной концентрации

(Срав„) солей жесткости в растворе

Регенерацию осуществляли 5 %-ным раствором карбоната натрия для восстановления емкости сорбционного материала.

Определение полной динамической обменной емкости (Оп) МБП ионов жесткости (10 мг-экв/л) до и после регенерации проводили по методике ГОСТ 20255.2-89. Рассчитанные значения Оп, представлены в таблице 2.

Для сравнения была определена полная динамическая емкость катионита Леватит в тех же условиях, которая по ионам жесткости составила 0,47 мг-экв/г, что превышает емкость полученного нами материала примерно в 1,5 раза.

д

к

V N

V уд мл/г

■ -I- на чнсюм сорбенте * -2- после 1-й регенерации 4-3- после 2-Я регенерации '

Рисунок 4 - Зависимость эффективности извлечения (Э) ионов жесткости от удельного объема пропущенного раствора (Ууд)

Таблица 2 - Полная обменная динамическая емкость сорбентов

Сорбент Объем пропущенного раствора Уф, л Уловленное количество соединений жесткости ГУ„-С„. мг-экв Полная обменная динамическая емкость Бп, мг-экв/г

МБП 2,9 170,69 0,31

МБП (1 рег-ция) 2,3 127,26 0,26

МБП (2 рег-ция) 2,2 140,89 0,21

Леватит 3,9 196,86 0,47

Для организации надежной работы фильтра необходимо определить время защитного действия фильтра и время достижения полной динамической емкости. Значение данных характеристик в зависимости от числа регенераций представлены на рисунке 5.

Время достижения эффекта очистки, равного 50 %, было принято как время защитного действия фильтра, позволяющее получить воду, удовлетворяющую как требованиям физиологической полноценности, так и приемлемую для использования на большинстве предприятий, где отсутствуют жесткие требования к содержанию ионов кальция и магния. Как видно, проведение одной регенерации уменьшает время защитного действия фильтра примерно на 23 %, вторая регенерация приводит к снижению времени еще на 48 %. Отмечено, что регенерации также уменьшают время достижения полной динамической емкости - на 23% после проведения первой и на 4 % после второй регенерации.

Для определения полной динамической обменной емкости материала до и после регенераций графическим методом построили зависимости объема пропущенного раствора от разности начальной и конечной концентраций У=^СН-СК). Аналогично была получена зависимость У=й;С„-Ск) для катионита Леватит. Все зависимости были описаны уравнением вида:

V = аДС2 + ЬАС + ё; где а,Ь,с1 - коэффициенты, значение которых представлены в таблице 3. В ней же приведены значения коэффициента аппроксимации Я2.

Таблица 3 - Значение коэффициентов функции У=Г(СН-СК)

Сорбент Коэффициенты Я2

а Ь с1

МБП -0,0028 -0,3772 3,1174 0.9763

МБП(1 рег-я) -0,0404 0.0038 2,2292 0,9796

МБП(2 рег-я) -0,0516 0,0057 2,1060 0,9837

Леватит 0,0104 -0,5730 4,3199 0,9879

Интегрируя уравнения по оси (С„-Ск), получили значения полной динамической обменной емкости для всех исследованных материалов. Результаты математической обработки и полученные ранее по методике ГОСТ 20255.2-89 сопоставимы (таблица 4).

до регенерации

после 1-й регенерации после 2-й

регенерации

11 время защитного действия

И время достижения полной динамической емкости

Рисунок 5 - Зависимость времени защитного действия фильтра и достижения полной динамической емкости от количества регенераций материала

Сорбент СОЕ, мг-экв/г Dn. мг-экв/г по ГОСТ 20255.2-89 Dn, мг-экв/г по граф. методу Время

защитного действия, Т, мин достижения ПОЛИ, динам, емкости, Т, мин

МБП 2,1 0,31 0,29 56 112.

Леватит 2,1 0,47 0,45 62 158

МБП (1 рег-я) - 0,26 0,25 43 86

МБП (2 рег-я) - 0,21 0,20 16 82

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что, обладая одинаковой СОЕ, материал на основе бентонита обладает меньшим значением D„ по отношению к Леватиту. Это может быть объяснено частичным экранированием пор бентонита парафином. Из таблицы 4 видно, что время защитного действия сорбента МБП на 10 % меньше по сравнению с Леватитом.

Физико-химические свойства бентонитов до и после активации и материала на их основе изучены нами методом ИК-спектроскопии. Исследования неактивированных бентонитов различных месторождений проводились в университете Саленто (Италия) на ИК-Фурье спектрофотометре FT/IR - 660 Plus / А 004760852, ИК-спектры бентонитов различных месторождений, активированных раствором NaC03, были получены на кафедре химической техники и инженерной экологии АлтГТУ с использованием ИК-Фурье спектрофотометра ФСМ 1201. Анализ спектров позволяет выявить пики, характерные для монтмориллонита - основного минерала, входящего в состав бентонитовых глин. Для неактивированных бентонитов различных месторождений характерно незначительное изменение положена рисунке 6 приведены ИК-спектры бентонита Милосского месторождения, активированного раствором NaC03, парафина и МБП до проведения сорбции и после.

В форме контуров ИК-спек1ров МБП присутствуют функциональные группы, характерные как дня парафина, так и для бентонитовой глины, в частности пик 1050 см"1, показывающий наличие группы Si-O-Si.

На следующем этапе исследований были получены экспериментальные данные по обратноосмотическому умягчению вод. Использование новых эффективных мембран существенно снижает затраты на подготовку воды для питьевых и технологических нужд. В этой связи представляет интерес изучение свойств мембран в реальных условиях.

В ходе эксперимента определяли основные характеристики мембран -селективность и проницаемость, при этом использовались модельные растворы, приближенные по своему составу к подземным водам Алтайского края.

ния и относительной интенсивности пиков.

Mil.ioccKilií пгитпшгг нарафни ---- Mlitl МКН. после сорбции

\Viivctiumlier, 1;ст

Рисунок 6 - ИК-спектры активированного бентонита Милосского месторождения, парафина и материала на их основе (МБГ1)

Исследования проводились на двух рулонных мембранных элементах производства Южной Кореи фирмы БаеЬап марки СБМ. Модуль СБМ КЕ 1812-50 площадью фильтрующей поверхности 0,256 м2 рассчитан на производительность 0,189 м3/сугки. Модуль СБМ ЫЕ 4040-ВЬИ оснащен мембраной низкого давления с увеличенной площадью фильтрования 7,9 м2, имеет производительность 9,8 м3/сутки. Мембраны изготовлены из тонкопленочного композита на основе полиамида с отрицательным зарядом поверхности.

Определение проницаемости мембран проводилось путем замеров расходов исследуемых растворов с последующим отнесением к площади мембраны по формуле:

в = У/(т*8), л/(с*м2), где V - объем фильтрата, прошедшего через мембрану, л;

т - время, с;

Б - рабочая площадь поверхности мембраны, м2.

Зависимости проницаемости от давления мембранного элемента КЕ 1812-50 определялись в диапазоне от 0,2 до 0,7 МПа для растворов с различным содержанием солей жесткости (дистиллированная вода, 40мг-экв/л, 10 мг-экв/л+5 г/л ЫаС1). Для всех случаев проницаемость увеличивается с ростом давления, зависимости имеют линейный характер. Максимальная проницаемость наблюдается для дистиллированной воды, минимальная - для раствора с содержанием солей жесткости и хлорида натрия, что объясняется высоким осмотическим давлением раствора. Аналогично было проведено разделение растворов с концентрацией 40 мг-экв/л с добавлением хлорида натрия в количестве 1 г/л и 5 г/л на модуле Г?Е4040-ВЬМ. Проницаемость для более концентрированного раствора имела меньшее значение.

Исследования по изучению селективности разделения состояли из двух серий опытов: разделение растворов с содержанием солей жесткости с концентрациями 7, 10 и 40 мг-экв/л и разделение растворов с добавлением хлорида натрия.

На рисунке 7 представлены зависимости селективности от давления для растворов с различными концентрациями для модуля ЯЕ 1812-50. С ростом концентрации солей жесткости в растворе (линии 1-3) снижается эффективность разделения, наименьшее значение отмечено для модельного раствора с концентрацией 40 мг-экв/л (Э=40 %). Следует отметить, что кривые имеют схожий характер — на

о 0,1 V 0,3 0,4 О,; 0,6 0,7 Концентрация, мг-жв/л:

Ф-1-7 И-2-10 Д-3-10 в-МОИг/.^аС! ж-5-10+5г/лКаС1

Рисунок 7 - Зависимость эффективности (Э) извлечения солей жесткости от давления (Р)

участке от 0,1 до 0,4 МПа наблюдается рост эффективности, при достижении давления в 0,4 МПа значение селективности с ростом давления практически не меняется.

С целью приближения модельных растворов к реальным в воду добавляли в различных концентрациях хлорид натрия.

Отмечено, что добавление хлорида натрия в количестве 1 г/л (линия 4) незначительно влияет на эффективность разделения. Для раствора с содержанием хлорида натрия 5 г/л (линия 5) при давлении от 0,2 до 0,4 МПа эффективность не превышает 25 %, в дальнейшем она растет до 66 % при давлении 0,7 МПа.

Для мембранного модуля ГШ 4040-ВиЧ эффективность при разделении растворов с концентрациями 7 и 10 мг-экв/'л составила 100 % на всем диапазоне рабочих давлений. Для концентрации 40 мг-экв/л селективность изменяется незначительно, равно как и при добавлении хлорида натрия в количестве 1 г/л (от 98,5 % до 99,6 %). Наличие в растворе 5 г/л ЫаС1 снижает эффективность на участке от 0,3 до 0,4 МПа. Таким образом, разделение растворов на данной мембране характеризуется более высокой селективностью (98,5-100 %) по сравнению с ИЕ 1812-50. С целью определения оптимальных параметров процесса были построены зависимости селективности и проницаемости для растворов с концентрацией солей жесткости 40 мг-экв/л (рисунок 8). Как видно из рисунка 8, для мембраны ЯЕ1812-50 оптимальное рабочее давление соответствует диапазону от 0,65 до 0,7 МПа, при котором обеспечивается селективность не менее 90 %. Для мембраны ЫЕ4040-ВЬЫ оптимальным рабочим давлением, соответствующим селективности не менее 99 % и максимальной проницаемости, является 0,7 МПа.

а)

2 Г <>

/ / V

А /

1 г

\_1 1

г"

■ -1-проницаемость <^-2- селективность Рисунок 8 - Зависимости селективности (Э) и проницаемости (О) от давления (Р) для модулей 1Ш1812-50 (а) и ЫЕ4040-ВиЧ (б)

В четвертой главе на основе проведенных исследований предложены принципиальные технологические схемы умягчения природных вод с использованием сорбционного материала МБП и обратноосмотических мембран, представленные на рисунках 9 и 10.

1-приемная емкость; 2-насос; 3-напорный бак; 4-сорбционный фильтр; 5-сборник отработанного сорбента; 6-бункер готового сорбента; 7-емкость; 8 - емкость для приготовления сорбента

Рисунок 9 - Принципиальная технологическая схема умягчения воды сорбционным методом

Технологическая схема (рисунок 9) включает в себя узел приготовления сорбента и установку сорбционной очистки воды, включающую сорбционные и механические фильтры, емкости для приготовления растворов и сбора воды. Сорбционные фильтры работают последовательно, первый по ходу движения воды работает до насыщения, второй улавливает проскоковые концентрации, третий находится на регенерации.

Исследования, проведенные на реальных подземных водах Алтайского края, показали, что использование полученного сорбента позволяет умягчать воду с эффективностью не менее 70 % при начальных концентрациях солей жесткости от 8 до 22 мг-экв/л.

Схема на рисунке 10 включает в себя две работающих непрерывно мембранных установки, включенных последовательно, емкости для сбора фильтрата, концентрата и промывных вод. Производительность установки задается количеством обратноосмотических модулей, работающих параллельно.

Проведенная укрупненная экономическая оценка представленных технологических схем показала эффективность использования инвестиций от их реализации. Различия обусловлены характеристиками воды, поступающей на очистку, требованиями, предъявляемыми к качеству и объемам очищенной воды.

лщюдние Воды

1-емкость сбора подземных вод; 2-емкость сбора фильтрата; 3 -центробежный насос; 4 -мембранная обратноосмотическая установка второй ступени; 5 -емкость сбора концентрата; 6 -мембранная обратноосмотическая установка первой ступени; 7 -емкость сбора промывных вод; 8-микрофильтр

Рисунок 10 - Принципиальная технологическая схема умягчения воды обратноос-мсггическим методом

Использование сорбционной очистки целесообразно для умягчения подземных вод в питьевых целях, обратноосмотического метода - в целях подготовки воды для технологических нужд. Следует учитывать, что для питьевого водоснабжения необходимо соблюдение нормативов физиологической полноценности, для производственных нужд - требований конкретных техрегламентов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определены значения сорбционной обменной емкости (СОЕ) для бентонитов различных месторождений и типов активации, максимальной СОЕ по солям жесткости обладает бентонит Милосского месторождения содовой активации (1,9 мг-экв/г).

2. Разработана технология получеши сорбционного материала на основе парафина и бентонитовой глины Милосского месторождения (МБП) с соотношением компонентов (2:10) для умягчения природных вод.

3. Определены статические и динамические характеристики созданного сорбента: максимальная СОЕ 2,1 мг-экв/г; максимальная эффективность очистки в динамических условиях составляет 80 %; определено значение полной динамической обменной емкости МБП (0,31 мг-экв/г) и время ее достижения.

4. Определен способ регенерации сорбента МБП, для чего рекомендован 5 %-ный раствор карбоната натрия.

5. Определены селективность и проницаемость мембран при умягчении вод с различной общей жесткостью для модулей RE1812-50 и RE4040-BLN, выявлено, что RE4040-BLN характеризуется более высоким значением селективности (от 98,5% до 100%).

6. В качестве оптимального диапазона давлений для модулей RE1812-50 и RE4040-BLN при очистке растворов с концентрацией солей жесткости 40 мг-экв/г (эффект очистки не менее 90 %) рекомендовано 0,6-0,7 МПа.

7. Предложены технологические схемы, которые позволят обеспечить экономически эффективное и экологически безопасное водопользование и водопотреб-ление путем очистки подземных вод с повышенным содержанием соединений жесткости.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

а) работы в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Куртукова, JI.B. Исследования по умягчению природных вод с использованием новых минеральных сорбентов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова, Е.М. Обухова, Е.В. Удалова // Ползуновский вестник. - 2010. -№3. - С. 281283.

2. Куртукова, Л.В. Исследования по очистке воды от солей жесткости с использованием новых минеральных сорбентов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова, A.A. Боценко//Ползуновский вестник. -2011. -№4/2. - С. 150-152.

3. Куртукова, Л.В. Исследования по удалению из воды солей жесткости с применением сорбентов на основе минеральных волокон и бентонитовых глин / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Успехи современного естествознания.-2011.-№12.-С. 29-31.

4. Куртукова, Л.В. Создание экоэффекгавной технологии умягчения природных вод с использованием новых типов материалов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. - 2012. - №3/1. - С. 217-219

5. Куртукова, Л.В. Изменение свойств бентонтовых глин под действием различных активаторов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин Л.Ф. Комарова // Ползуновский вестник. - 2013. -№1. - С. 287-289.

б) патенты

Патент на изобретение РФ №2394628 RU. Способ получения сорбционно-ионообменного материала / Сомин В.А., Комарова Л.Ф., Кондратюк Е.В., Куртукова Л.В., Лебедев И.А., заявл. 17.03.2009, опубл. 20.07.2010.

в) статьи в других изданиях

1. Куртукова, JI.B. Повышение рентабельности продукции предприятий при внедрении новых сорбентов в практике водоочистки / Л.В. Куртукова,

B.А. Сомин, Е.В. Кондратюк, И.А. Лебедев, Л.Ф. Комарова // Материалы второй Всероссийской НПК с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики». - Барнаул, 2008. - С. 91-94.

2. Куртукова, Л.В. Исследования по умягчению природных вод с применением новых минеральных сорбентов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин // Труды XII международной НПК «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» / КемТИПП, СибГИУ, НГАСУ, ООО КВК «Экспо-Сибирь». - Кемерово, 2010. -

C. 29-31.

3. Куртукова, Л.В. Умягчение воды с использованием сорбционного и обрат-ноосмотического методов / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин // Научно-образовательный журнал АлтГТУ «Горизонты Образования». - Барнаул, 2012. -Вып. 14.-С. 32-34.

/Ґ

4. Куртукова, Л.В. Улучшение качества природных вод путем создания новых материалов для удаления солей жесткости / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, С.А. Бетц // Материалы Международной молодежной научной школы «Экология крупных водоемов и их бассейнов» / КемТИПП. - Кемерово, 2012. - С. 266-269.

5. Куртукова, Л.В. Умягчение природных вод с использованием материалов на основе бентонитовых глин / С.А. Бетц, Л.В. Куртукова, В.А. Сомин // Материалы XIII Всероссийской НПК студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке». Т.П. - Томск: Изд-во ТПУ, 2012. - С. 192-193.

6. Куртукова, Л.В. Исследования по умягчению природных вод с применением бентонитовых глин / Л.В. Куртукова, С.А. Бетц, Е.П. Мамонтова // Материалы научно-практической конференции «Региональные экологические проблемы». -Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2012. - С. 53-56.

7. Куртукова, Л.В. Умягчение природных вод с использованием сорбентов на основе минеральных волокон и бентонитовых глин / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин, Л.Ф. Комарова // Труды XIII международной НПК «Водоснабжение и водоотве-дение: качество и эффективность» / КемТИПП, СибГИУ, НГАСУ, ООО КВК «Экспо-Сибирь». - Кемерово, 2011. - С. 31-33.

8. Куртукова, Л.В. Умягчение природных вод с помощью сорбентов на основе природного минерального сырья / С.А. Бетц, Л.В. Куртукова, В.А. Сомин // Сборник материалов XVII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий», (МЭСК-2012). - Новосибирск, 2012. - С. 89-90.

9. Куртукова, Л.В. Исследования по умягчению воды с применением обрат-ноосмотического элемента КЕ 1812 / Л.В. Куртукова, В.А. Сомин // Труды XIV международной НПК «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность». - Кемерово, 2012. - С. 50-52.

10. Куртукова, Л.В. Исследования селективности обратноосмотической полиамидной мембраны 11Е4040-ВЬМ / Л.В. Куртукова, Е.П. Мамонтова // Научно-образовательный журнал АлтГТУ «Горизонты Образования». - Барнаул, 2013. -Вып. 15.-С. 51-52.

Подписано в печать 1.10.2013. Формат 60x84 1/16. Печать - цифровая. Усл.п.л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 2013 - 365

Отпечатано в типографии Алт ГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.: (8-385) 29-09-48

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 28-35 от 15.07.97 г.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Куртукова, Любовь Владимировна, Барнаул

ФГБОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.И. ПОЛЗУНОВА»

На правах рукописи

КУРТУКОВА ЛЮБОВЬ ВЛАДИМИРОВНА

УМЯГЧЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД АЛТАЙСКОГО КРАЯ СОРБЦИОННЫМ И ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ

25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Л.Ф. Комарова

БАРНАУЛ - 2013

СОДЕРЖАНИЕ с.

Введение 4

ГЛАВА 1 Литературный обзор ^ ^

1.1 Характеристика природных вод Алтайского края 1 ®

1.2 Жесткость воды 1 ^

о 1

1.3 Методы удаления ионов жесткости

? 1

1.3.1 Химические методы

ос

1.3.2 Термические методы

1.3.3 Электрохимические методы 26

98

1.3.4 Физико-химические методы

1.4 Физико-химические основы процессов сорбции и мембранного 34 разделения

1.4.1 Механизмы процессов адсорбции

37

1.4.2 Физико-химические основы мембранного разделения э'

1.5 Сорбционные и мембранные материалы ^

1.5.1 Бентонитовые глины ^

1.5.2 Материалы мембран ^

1.6 Цель и задачи работы ^ ГЛАВА 2 Методики анализа и эксперимента 51

2.1 Методики анализа ионов жесткости в водных растворах 51

2.2 Методика получения сорбционных материалов 53

2.3 Методика изучения ИК-спектров 55

2.4 Методика изучения статической и динамической емкости сорбентов 56

2.5 Методика эксперимента на обратноосмотических установках 58

ГЛАВА 3 Экспериментальная часть 60

3.1 Исследования по извлечению ионов жесткости сорбционно- ^ ионообменным методом

3.1.1 Определение сорбционной емкости бентонитовых глин различных

типов активации

3.1.2 Изучение статической сорбционной емкости материалов на основе ^ бентонитовых глин

3.1.3 Определение динамической обменной емкости и возможности

_ 69

регенерации сорбента

3.1.4 Математическое описание динамической обменной емкости 73

3.1.5 Изучение структуры сорбционных материалов и их составляющих 76

3.2 Исследования по удалению ионов жесткости методом обратного ^ осмоса

3.2.1 Изучение проницаемости мембран 79

3.2.2. Определение селективности мембран 81

3.2.3 Разделение растворов с повышенным солесодержанием 82

ГЛАВА 4 Разработка принципиальных технологических схем умягчения подземных вод

4.1 Технологическая схема сорбционной очистки подземных вод от ^ солей жесткости

4.2 Технологическая схема обратноосмотического умягчения подземных

оо

вод

Основные результаты и выводы 90

Список использованных источников 91

Приложения 104

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Рациональное водопользование является одним из приоритетных направлений в области охраны окружающей среды. Стремительно растущая потребность в воде и ограниченность ее запасов наряду с удорожанием процессов водоподготовки приводят к необходимости создания новых технологий обработки воды. Качество воды выступает как характеристика ее состава и свойств, определяющая пригодность для конкретных видов водопользования. Одним из важных показателей качества воды, регламентированных нормативными документами при использовании ее для хозяйственно-питьевых или технических нужд различных отраслей промышленности, является показатель общей жесткости воды. Значение общей жесткости для питьевой воды не должно превышать 7 мг-экв/л [1]. При этом норма «физиологической полноценности» определяется потребностью организма в жизненно важных макро- и микроэлементах, которые должны находиться в питьевой воде в оптимальных количествах. Критерий физиологической полноценности для ионов кальция и магния по рекомендации ВОЗ составляет 1-4 мг-экв/л. Такое содержание обеспечивает нормальное функционирование организма без ущерба здоровью [2].

Водные ресурсы Алтайского края представлены поверхностными и подземными водами, неравномерное распределение которых по территории края и их интенсивное использование создают проблемы водообеспечения, что усугубляется загрязнением и нерациональным использованием вод. Обеспечение экономически эффективного и экологически безопасного водопользования и водопотребления является одной из наиболее важных задач. Географическое положение и гидрогеологические условия определяют основные потенциальные источники водоснабжения: для городов -преимущественно поверхностные воды, для сельских населенных пунктов -подземные. По данным ежегодного государственного доклада о состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае, ряд районов центральной и

западной части практически не имеет подземных вод с оптимальным солевым составом, отмечается повышенное содержание по сухому остатку (1100-1800 мг/л), хлоридам (300-400 мг/л), сульфатам (400-700 мг/л), общей жесткости (9-15 мг-экв/л), что является одной из причин высокой заболеваемости жителей этих районов мочекаменной и желчекаменной болезнью. При этом высокое содержание солей жесткости обусловливает необходимость умягчения природных вод для хозяйственно-питьевых и технических нужд. Норматив общей жесткости для питьевой воды составляет 7 мг-экв/л, а технологической определяется требованиями соответствующих регламентов и может варьироваться в широких пределах - от 7 мг-экв/л в пищевой промышленности до 0,01 мг- экв/л в теплоэнергетике.

В зависимости от качества исходной воды, для ее умягчения могут применяться реагентные, термические, электрохимические, мембранные, ионообменные, сорбционные методы умягчения, а также различные их комбинации [3].

Решением проблемы обеспечения населения и промышленности Алтайского края водой надлежащего качества является совершенствование технологий водоподготовки с использованием современных материалов. Большинство применяемых в настоящее время сорбентов и ионитов обладают высокой эффективностью удаления соединений жесткости, однако имеют ряд недостатков: высокая стоимость, необходимость тщательной предварительной подготовки воды и трудность утилизации регенерационных растворов.

Перспективным направлением водоподготовки является создание новых материалов, способных обеспечивать требуемое качество воды и минимизацию затрат на их производство и очистку. При этом необходимо учитывать основные принципы их получения - малостадийность производства, доступность источников сырья и материалов, экологическую чистоту.

Не менее перспективным является использование одного из мембранных методов - обратного осмоса, который позволяет эффективно умягчать воду на компактных, производительных установках.

Работа выполнена в рамках тематики проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ им. И.И. Ползунова «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности» и по проекту в рамках госзадания Минобрнауки РФ № 5.7595.2013.

Цель работы: разработка технологий умягчения подземных вод Алтайского края с использованием обратноосмотических мембран и новых сорбентов на основе бентонитовых глин.

Основные задачи:

- анализ подземных вод Алтайского края по содержанию солей жесткости;

- поиск оптимального способа активации бентонитов различных месторождений и разработка технологии получения сорбционного материала на основе бентонитовой глины для умягчения подземных вод;

- исследование сорбционных свойств и очистки воды на полученных материалах и изучение возможности регенерации сорбционно-ионообменного материала на основе бентонитовой глины;

- математическое описание экспериментальных данных процесса очистки сорбционным методом;

- определение основных характеристик мембран и оптимальных параметров умягчения воды целей обратноосмотическим методом;

- разработка технологических схем умягчения подземных вод с использованием ионообменного и мембранного методов и их технико-экономический анализ.

Объект исследования: подземные воды с повышенным содержанием соединений жесткости.

Предмет исследования: способы очистки подземных вод от

соединений жесткости с использованием технологий мембранного

разделения и сорбции.

Научная новизна:

- получены новые данные по активации бентонитов Таганского, Хакасского и Милосского месторождений кислотным, солевым и содовым методами, определена статическая емкость активированных глин относительно солей жесткости;

- впервые предложены технологии получения новых сорбционных материалов на основе активированной бентонитовой глины путем закрепления ее с помощью связующего (парафина) и нанесением бентонитовой глины на каркас из выщелоченного базальтового волокна;

- определена сорбционная емкость материала на основе бентонита с парафином по солям жесткости в статических и динамических условиях;

- предложен способ регенерации полученного сорбента раствором гидрокарбоната натрия;

- изучены селективность и проницаемость обратноосмотических мембран на основе полиамида при умягчении воды с различным содержанием солей жесткости;

разработаны научные основы обеспечения технологий очистки подземных вод от ионов жесткости с использованием сорбента на основе модифицированного бентонита и обратноосмотических полиамидных мембран, позволяющие умягчать воду до требуемых параметров.

Практическая значимость:

- полученные сорбционно-ионообменные материалы позволят извлекать из воды ионы жесткости с заданной эффективностью, что обеспечит стабильность потребительских свойств водных ресурсов, надежность водопотребления и водопользования;

- экспериментальные данные могут быть использованы для расчета основных параметров оборудования технологических схем водоочистки;

- внедрение разработанных технологий в практику водоочистки позволит обеспечить экономически эффективное и экологически безопасное водопользование и водопотребление.

На защиту выносятся:

- результаты исследований по активации бентонитовых глин различных месторождений;

- способы получения сорбционно-ионообменных материалов на основе бентонитовой глины Милосского месторождения;

- результаты исследований очистки воды на полученных материалах от соединений жесткости в статических и динамических условиях;

- экспериментальные данные по селективности и проницаемости полиамидных мембран при очистке воды с повышенным содержанием общей жесткости;

- технологии очистки воды от солей жесткости сорбционным и обратноосмотическим методами.

Реализация результатов работы:

- материалы диссертационной работы приняты к внедрению на предприятиях: ОАО «Барнаултрансмаш», ООО «Барнаул РТИ», НПО «Акватех»;

- результаты диссертационной работы используется в учебном процессе на кафедре «Химическая техника и инженерная экология» ФГБОУ ВПО АлтГТУ им. И.И. Ползунова.

Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно докладывались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2009-2013 гг.), Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2012 г.), Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2012 г.), Международной НПК «Водоснабжение

и водоотведение: качество и эффективность» (г. Кемерово, 2010 -

2012 гг.), Межрегиональной НПК «Региональные экологические проблемы» (г. Барнаул, 2011, г. Белокуриха, 2012 г.), VII научно практической конференции «Питьевые воды Сибири» (г. Барнаул, 2012 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции «Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии» (г. Барнаул,

2013 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень публикаций ВАК, имеется 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 101 наименования, приложений. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков, 23 таблицы.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием стандартных методик анализа и эксперимента, современного оборудования и методов учета погрешностей измерений, а также достаточным объемом и воспроизводимостью экспериментальных данных.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристика природных вод Алтайского края

Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:

- прямые, непосредственно воздействующие на воду, которые могут обогащать ее растворенными соединениями или, наоборот, выделять их из воды: состав горных пород, живые организмы, хозяйственная деятельность человека;

- косвенные, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

По характеру своего воздействия факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, целесообразно разделить на следующие группы [4]:

- физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);

- геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);

- физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);

- биологические (деятельность растений и живых организмов);

- антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека.

Характерными показателями речной воды являются: относительно

большая мутность (особенно в период паводков), высокое содержание органических веществ, бактерий, часто значительная цветность. Наряду с этим

речная вода характеризуется обычно относительно малым содержанием минеральных солей и, в частности, небольшой жесткостью. Сезонные колебания качества речной воды нередко бывают весьма резкими. В период паводка, как указывалось, сильно возрастает мутность и бактериальная загрязненность воды, но обычно снижается ее жесткость.

Для воды озер характерно весьма малое содержание взвешенных веществ, при этом степень минерализации озерной воды может варьироваться в широких пределах.

Качество воды рек и озер в большой степени зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снегов, а также от загрязнения поверхностными стоками и сточными водами городов и промышленных предприятий.

Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т. е. весьма прозрачны) и обычно бесцветны. Артезианские воды, перекрытые сверху водонепроницаемыми породами, защищены от поступления проникающих с поверхности земли загрязненных стоков и обладают достаточно высокими показателями качества.

Сравнивая основные показатели воды природных источников с основными требованиями к качеству воды главных групп потребителей, можно сделать вывод, что для водоснабжения населенных мест наиболее подходящим источником являются подземные (особенно артезианские и родниковые) воды, если они не сильно минерализованы. Окончательный выбор источника водоснабжения для данного объекта производится в зависимости не только от качества воды в нем, но также от его мощности, удаленности от объекта, стоимости подачи и очистки воды.

Для крупных населенных мест дебит подземных источников весьма часто оказывается недостаточным. В этих случаях, несмотря на неудовлетворительное

качество поверхностных вод, приходится использовать их, производя соответствующую очистку. Практика показывает, что водоснабжение большинства малых и значительной части средних по размерам населенных пунктов основано на использовании подземных источников.

Для водоснабжения большинства крупных городов приходится полностью или в значительной степени пользоваться поверхностными водами (с соответствующей их очисткой) [5].

На территории Алтайского края протекает 17 085 рек общей протяженностью 51 004 км, из них 16309 (95 %) длиной менее 10 км и 776 (5 %) - длиной более 10 км, в т.ч. 32 реки протяженностью более 100 км, из них 3 -более 500 км. Примерно 9700 рек имеют постоянные водотоки [6].

Главная водная артерия Алтайского края - река Обь, длиной в пределах края 493 км. Река Обь является основным водотоком Западной Сибири, протекает по территории обширного региона в направлении с юга на север и представляет собой сложную бассейновую систему. Территория бассейна вследствие особенностей стратиграфии, рельефа, климата представляет собой своеобразное в гидрологическом отношении образование. Основным ее свойством следует считать предопределенность большинства природных процессов характером дренирования или аккумуляции, особенностями речной сети. Обской бассейн неоднороден по химическому составу воды, что обусловлено большой протяженностью реки, пересекающей различные природные зоны, что присуще преимущественно рекам, текущим в меридиональном направлении. Кроме того, экосистема Оби испытывает множественное воздействие антропогенных факторов от истоков к устью. Ее �