Андрій Гречушкін, канд. тех. наук,
компанія «ЕКОДАР» (Москва)
Олена Сімакова, канд. пед. наук,
МГТУ ім. Н. Е. Баумана (Москва)
Значну частку ринку бутильованих вод займають великі виробники, і в останні роки вона тільки збільшується. У той же час більшу частину світового, так і російського виробництва бутильованої води забезпечують середні та малі підприємства.
Водопідготовка на малих і середніх підприємствах
Поряд з підприємствами, що спеціалізуються на випуску бутильованої води, на ринку також присутні індивідуальні підприємці і підприємства, для яких розлив бутильованої води є непрофільним або супутнім бізнесом і ін. Малі виробники в більшості своїй орієнтовані на місцевий ринок, при цьому в ряді випадків розлив води носить сезонний характер.
Далеко не завжди такі виробники можуть дозволити собі мати в штаті фахівців, що володіють великим досвідом роботи в області водопідготовки і обслуговування водоочисного обладнання. Разом з тим, незважаючи на невеликі обсяги виробництва і кваліфікацію персоналу, що випускається підприємствами бутильована вода повинна повністю задовольняти вимогам СанПіН 2.1.4.1116-02 «Питна вода. Гігієнічні вимоги до якості води, розфасованої в ємності ». Може бути, на перший погляд це здасться дивним, але вимоги до надійності роботи обладнання систем водопідготовки для малих і середніх виробництв не нижче, а часто і вище, ніж для великих.
Методи видалення амонію з води
Використовувані в водопідготовки основні методи видалення амонію зведені в таблицю (в тій чи іншій формі вона наводиться в різній літературі). Розглянемо їх застосовність при підготовці бутильованої води в умовах малого і середнього виробництва.
Методи видалення амонію з води
Використання окислювачів. Метод очищення води, заснований на використанні окислювачів, для малих і середніх виробників непридатний, оскільки згідно з СанПіН 2.1.4.1116-02 заборонено обробляти активним хлором води, призначені для розливу, а інші окислювачі (озон, СlO2. Хлорамін, KMnO4) неефективні для видалення амонію [1].
Біологічний метод. Цікавим і ефективним методом видалення амонію є його біологічного окислення до нітрит-аніону, А потім до нітрат-аніону за допомогою бактерій Nitrosomonas. Його можна представити реакцією:
Для здійснення процесу при невисоких вихідних концентраціях амонію застосовуються фільтри із завантаженням гранульованими матеріалами (які сприятливі для закріплення на них бактерій), при високих концентраціях (коли розчиненого у воді кисню недостатньо) - аеріруемие реактори.
Для протікання реакції біологічного окислення в воді, крім наявності кисню, необхідна присутність (або штучне додавання в воду) достатнього для зростання бактерій кількості фосфору; вода повинна мати. концентрацію органічних речовин рН> 7,5 і температуру не нижче 8-10 ºС. Слід також враховувати, що процес природного обсіменіння гранульованого матеріалу фільтра або реактора і досягнення максимальної ефективності триває від 1 до 3 міс.
При всіх своїх перевагах біологічний метод видалення амонію практично непридатний на невеликих системах. Замовник невеликої системи водопідготовки хоче бачити в ній такі технічні та технологічні рішення, які дозволять експлуатіроватьее в автоматизованому або автоматичному режимі. Участь людини в управлінні процесом повинно бути зведене до мінімуму. Простої виробництва (найчастіше невелике виробництво бутильованої води носить сезонний характер) не повинні негативно позначатися на працездатності обладнання. В таких умовах підтримувати життєздатність бактерій на завантаженні фільтрів із залученням висококваліфікованого персоналу економічно нецелессобразно.
Обратноосмотічеській метод. На відміну від біологічного методу обратноосмотічеській процес легко піддається автоматизації. Функції експлуатує персоналу при цьому полягають у періодичному приготуванні розчину інгібітору (іноді і розчину для корекції рН), в контролі за показаннями приладів і в періодичній, раз в кілька місяців, автоматизованої промивки обратноосмотічеськіх мембран.
Однак в разі використання обратноосмотічеського методу має місце неспецифічне видалення іона амонію, оскільки одночасно відбувається видалення і інших іонів, часткове знесолення і пом'якшення води. Залежно від вихідної концентрації амонію можна підібрати селективність обратноосмотічеськіх мембран і найчастіше домогтися (в ряді випадків застосовуючи підмішування вихідної води до пермеату) необхідної концентрації амонію на виході, зберігаючи при цьому прийнятний хімічний склад очищеної води. Іншим шляхом (при високих вихідних концентраціях амонію) є досить глибоке знесолення води з подальшою штучної мінералізацією пермеата.
Все ж метод обратноосмотічеського видалення амонію слід використовувати насамперед для вод, в яких крім амонію є перевищення концентрації таких компонентів, як літій, натрій, сульфати, бор і ін.
Іонообмінне пом'якшення води на сильнокислотних катіонообменних смолах. Часткове видалення амонію відбувається також в процесі іонообмінного пом'якшення води на сильнокислотних катіонообменних смолах. Це пов'язано з певним розташуванням амонію в ряду селективності для сильнокислотних катіонообменних смол:
літій <Натрий <Калий ≈ Аммоний <Магний <Цинк <Кальций <Стронций <Барий
Ефективність методу сильно залежить від хімічного складу вихідної води, зокрема від концентрації в ній натрію і калію. Можливість застосування даного методу слід розглядати при перевищенні вихідної концентрації амонію над гранично допустимою концентрацією не більше 30%.
Сорбція на неорганічних сорбентах. Більш ефективним способом видалення амонію є його сорбція на неорганічних сорбентах, таких як синтетичні і природні цеоліти. Прикладом синтетичного цеоліту є іонообмінний матеріал, що отримується з алюмосилікат натрію. На вітчизняному ринку досить широко поширений такий неорганічний іонообмінний матеріал під торговою маркою Crystal-Right CR-100. Він служить для знезалізнення, деманганации і пом'якшення води методом іонного обміну і сорбції амонію. Така універсальність даного матеріалу в розглянутій нами області підготовки води для розливу часто є і його недоліком, так як далеко не завжди потрібно одночасне значне пом'якшення води. Ємність Crystal-Right CR-100 по амонію досить висока і становить до 980 мг на 1 дм3 матеріалу. Застосовувати матеріал допустимо на водах з вихідної мінералізацією не менше 80 мг / л, жорсткістю не менше 1 мг / л і рН> 5,7. Синтетичний цеоліт можна використовувати в стандартних установках пом'якшення, при цьому в порівнянні з процесом пом'якшення на катіонообменних смолах змінюються лише технологічні параметри, такі як швидкість фільтрування, кількість регенераційного розчину хлориду натрію і тривалість стадій регенерації.
Сорбція на природному цеоліті (клиноптилоліт). Метод видалення амонію сорбції на природному цеоліті (клиноптилоліт - кліноптілолітсодержащем туфі) не набув поширення в великих системах розливу води через значну вартості експлуатаційних витрат, перш за все на регенераційні кухонну сіль. Для невеликих систем даний метод досить привабливий через низькі капітальних витрат, простий автоматизації процесу і, що особливо важливо в області підготовки бутильованих вод, незначного впливу на хімічний склад води. Cорбціонная ємність по амонію, в порівнянні з синтетичними цеолітами, невелика і складає від 0,1 до 30 г на 1 дм 3 матеріалу в залежності від родовища кліноптілоліта і умов проведення процесу регенерації.
Приклад невеликої системи водопідготовки
Таким чином, з допустимих до застосування в області підготовки бутильованих вод методів видалення амонію для малих і середніх виробництв доцільніше використовувати методи сорбції на синтетичних і природних цеолітах, обратноосмотічеській метод і при невисоких перевищення по амонію - метод іонного обміну на синтетичних катіонообменних смолах.