УДАЛЕНИЕ БОРА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Научный руководитель доцент
Вологодский государственный университет
г. Вологда
Одной из важнейших глобальных проблем последних десятилетий было и остается качество и доступность питьевой воды. Запасы качественной пресной воды во всем мире уменьшаются, тогда как численность населения и, соответственно, потребление воды неуклонно растут. Мировые запасы воды составляют в основном соленые воды – 97,5 %, и лишь 2,5 % – это запасы пресной воды, из которых только 0,3% легкодоступны для человека, так как остальные запасы сосредоточены во льдах и глубоко под землей [1].
В России проблема нехватки воды стоит не так остро, как во многих других странах, несмотря на это, повсеместно возникают сложности с ее качеством. Так, по данным Роспотребнадзора, на территории Вологодской области общее число источников, пригодных для питьевого водоснабжения составляет - 595, из которых 35 (5,4%) - поверхностные источники, а 560 (94,6%) – подземные [2].
В связи с устойчивым ростом использования подземных источников - артезианских вод для хозяйственно- питьевого водоснабжения актуальна проблема их очистки от отдельных лимитирующих компонентов загрязнений, в частности бора, удаление которых не решает базовая схема водоподготовки и ее варианты, предусматривающие в основном очистку от железа и марганца.
Бор является биологически активным элементом и в соответствии с принятой классификацией его можно отнести к весьма токсичным веществам.
В природных водах бор существует прежде всего в виде недиссоциированой борной кислоты и некоторых боратов. Бораты - соли ортоборной кислоты (Н3ВО3) и полиборных кислот (Н2В4О7, Н3В5О9 и др.), которые входят в состав таких распространенных минералов галогенно - и вулканогенно-осадочных горных пород, как гидроборацид, доломит, ашарит, углексит, данбурит и др. Известно 85 природных боратов [3].
Бор играет значительную роль в жизнедеятельности растений: он входит в число пяти важнейших микроэлементов. Так, длительное потребление питьевой воды с повышенным содержанием бора вызывает повышенное содержание общего сахара в крови, усиление тормозных процессов в коре головного мозга, снижение кислотности желудочного сока, нарушение минерального обмена в организме и др.[3].
В связи с тем, что соединения бора относятся ко второму классу токсикологической опасности, их содержание в питьевой воде подлежит контролю. В США нет обязательного верхнего предела для бора в питьевой воде, но американское Агенство по охране окружающей среды рекомендует в качестве нормативной величины значение 1 мг/л. Всемирная организация здравоохранения приняла предел содержания бора в питьевой воде равным 0,5 мг/л, а страны Европейского сообщества - 1 мг/л. В Японии допустимый уровень содержания бора даже ниже и равен 0,2 мг/л [4].
В России оценка пригодности подземных вод для питьевого назначения проводится согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.» Согласно СанПиН, содержание бора в питьевой воде не должно превышать 0,5 мг/л [5].
Проведем анализ источника водоснабжения п. Можайское Вологодского района. В поселке действует централизованная система водоснабжения. Источником водоснабжения являются подземные воды, забираемые насосами артезианских скважин. Здания общественно-коммунального назначения и значительная часть населения обеспечиваются питьевой водой от ВНС, подпитываемой 9 артезианскими скважинами. Все скважины закольцованы, подают воду к водонапорной башне емкостью бака 25м3 и далее в сеть водопровода на инкубаторы СХПК «Племптица Можайское» и для водоснабжения поп. Можайское. ВНС мощностью 50 м3/час с двумя накопительными РЧВ по 150м3 каждый расположена в 400 м на юг от поселка. Всего на территории поп. Можайское было пробурено 15 скважин. Скважины № 000, 1178, 1621, 1662, 2603 в настоящее время не эксплуатируется, затампонированы.
Санитарно-технические характеристики рабочих водозаборных скважин представлены в таблице 1.
Таблица 1- Санитарно-технические характеристики водозаборных скважин
№ п/п | № скважин по паспорту | Глубина, м | Год бурения, состояние | Качество воды, показатели несоответствия |
1. | 2245 | 165,0 | 1977 рабочая | Fе – 0,81 мг/л; бор- 1,82мг/л; мутность-1,66мг/л; запах –до 3 баллов. |
2. | 74347 | 170,0 | 1990 рабочая | Fе – 0,79 мг/л; бор- 1,72мг/л; мутность-15,7мг/л; запах –до 3 баллов, цветность – до 20 баллов, барий – до 0,24мг/л, свинец –до 0,11892 мг/л. |
Продолжение Таблицы 1 | ||||
3. | 2581 | 195,0 | 1980 рабочая | Fе – 0,48 мг/л; бор- 2,24мг/л. |
4. | 74348 | 180,0 | 1990 рабочая | Fе – 1,27 мг/л; бор- 1,91мг/л. |
5. | 2888 | 172,0 | 1983 рабочая | Fе – 2,84 мг/л; бор- 1,83мг/л, мутность-7,49мг/л;. |
6. | 2198 | 175,0 | 1977 рабочая | Fе – 2,72 мг/л; бор- 1,63мг/л; мутность-5,55мг/л; запах –до 3 баллов, барий – до 0,606мг/л,. |
7. | 14/94 | 173,5 | 1994 рабочая | Fе – 1,68 мг/л; бор- 1,16мг/л, мутность-4,24мг/л;. |
8. | 15/94 | 176,0 | 1994 рабочая | Fе – 0,54 мг/л; бор- 1,7мг/л; мутность-1,65мг/л; барий – до1,28мг/л,. |
9. | 3/99 | 195,0 | 2000 рабочая | Fе – 7,14 мг/л; бор- 1,45мг/л; мутность-10,4мг/л; запах –до 4 баллов, барий – до 0,25мг/л,. |
Качество подземных вод из скважин № 000, 74347, 2581, 74348, 2888, 2198, 14/94, 15/94, 3/99 не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 “Вода питьевая ” по: железу (до 9ПДК), бору (до 4,5 ПДК), запаху, мутности, барию (до 6 ПДК).
Подземные воды чище поверхностных и в большинстве случаев не нуждаются в дополнительной очистке перед подачей их потребителю. Именно поэтому необходимость очистки подземных вод от отдельных компонентов, например от бора, вызывает ряд вопросов о выборе метода очистки, что, в свою очередь, требует проведения специальных исследований для каждого состава воды.
Существует не так много способов удаления бора из воды: соосаждение и осаждение борат - анионов в виде труднорастворимых соединений, сорбция неорганическими сорбентами, ионный обмен, мембранная технология: электродиализ и обратный осмос [6].
Методы соосаждения и осаждения рассчитаны на очистку водных растворов со значительными концентрациями бора ( ≥ 1 г/л).
Получение более эффективного оксигидратного циркониевого сорбента вследствие амфотерности циркония требует создания оптимальных условий для протекания основной структурообразующей стадии синтеза сорбента, а именно его избирательности к соединениям бора, что весьма трудоемко. Полученный сорбент механически не прочен, достаточно дорог.
Мембранными методами- электродиализом и обратным осмосом одновременно с ионами солей задерживается до 40% бора.
По принятой схеме водоснабжения в п. Можайское вода, забираемая из артезианских скважин насосами, установленными в скважинах, сначала подаётся на водопроводные очистные сооружения (ВОС) для очистки воды от бора, железа. Установка обратного осмоса серии ROF-8040 с бороселективными обратноосмотическими мембранами предназначена для глубокой очистки подземных вод с минерализацией до 10 г/л от бора и других веществ на уровне 95-99,9% с автоматическим контролем рабочего давления и с блоком химической промывки CIP, который обеспечивает автоматизацию процессов фильтрации и промывки установки с возможностью изменения длительности и периодичности промывок.
Для извлечения бора применяют метод сорбции на органических анионитах с последующей десорбцией соляной кислотой. На последней стадии воду упаривают для извлечения поваренной соли. Однако указанный способ работоспособен при наличии бора в водах в концентрациях более 50 мг/л. При меньшем его содержании бор будет частично потерян при извлечении других компонентов.
В условиях, когда на качество подземных вод одновременно влияет несколько факторов окружающей среды, метод их очистки должен быть комплексным.
Таким образом, для разработки комплексного метода очистки воды от бора необходимо после анализа существующих методов провести экспериментальные исследования и разработать технологическую схему очистки природных вод от соединений бора, определить оптимальные параметры процесса очистки воды из артезианских скважин в п. Можайское на лабораторной установке.
Cписок литературы
1. Комплексный территориальный кадастр природных ресурсов Вологодской области, выпуск 21
2. Протокол заседания общественного совета при управлении Роспотребнадзора по Вологодской области
3. Геохимия бора. – М., 1976
4. http://www. who. int/water_sanitation_health/еn
5. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.»
6. Контроль качества воды. – М., Изд-во Инфра-М, 2010.
