ChSTU repository

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
    _________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2023р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД  ТОВ 
«УКРАВІТ САЙЕНС ПАРК» МЕТОДОМ АДСОРБЦІЇ. 
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
__________ Геннадій СТОЛЯРЕНКО __________ Богдан КУГОТ  
  
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
Черкаси 2023 
 
 
 
 
 
ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 
Установки для очищення стічних вод окислювачами 
 
Метод окислення використовують для знезаражування стічних вод, що 
містять токсичні речовини, а також для видалення із стічних вод речовин, 
що неможливо видалити іншими способами. На практиці використовують 
наступні окислювачі: 
- хлор; 
- гіпохлорити натрію та кальцію; 
- хлорне вапно; 
- оксид хлору (IУ); 
- озон; 
- кисень повітря; 
- піролюзит та т.ін. 
Установки хлорування використовують для видалення із стічних вод 
фенолів, цианідів, крезолів, метил сірчистих з’єднань. 
Хлор поступає на виробництво і рідкому стані.  
В залежності від методу насичення води кульками повітря розрізняють 
різні способи флотаційного очищення стічних вод:  
 флотація з  
 виділенням повітря з розчину ( вакуумна, напірна, ерліфтна) 
 барботажна (подача газу через пористі або перфоровані 
елементи); 
 
 
 електрофлотація; 
 хімічна та біологічна флотація. 
Найбільш широко в процесах очистки стічних вод використовують 
напірну флотацію. Установка для напірної флотації включає: збірні ( напірні) 
ємкості для збирання стічної води, насоси, ежектори або компресори, 
напірний резервуар (сатуратор) для насичення води повітрям, флотаційну 
камеру та обладнання для збирання та видалення піни із забруднювачами. 
Установка може бути доповнена змішувачами, камерами утворення 
пластівців та ін. 
В сатураторі відбувається розчинення повітря під тиском 0,3 – 0,5 Мпа; у 
флотаційній камері , що працює при атмосферному тиску, проходить 
виділення розчиненого повітря та здійснюється процес флотації. Таким 
чином утворення кульок повітря відбувається внаслідок зменшення 
розчинності газу у воді під час знгиження тиску в апараті. 
Екстракційні установки. Ці установки використовують для очистки води, 
що містить феноли, масла, органічні кислоти, іони металів та ін. У якості  
екстрагентів використовують органічні розчинники  (бензол, 
тетрахлоридметан, бутилацетат). 
Для очищення стічних вод найчастіше використовують протиточні 
багатоступінчасті учтановки. В цих установках практично повністю 
використовується ємкість екстрагента. Розрізняють горизонтальні, 
вертикальні та центробіжні змішувально – відстійні камери. Змішувач являє 
собою вертикальний циліндр, що має сферичне днище та гладку внутрішню 
поверхню або прергородки на стінках. 
В установках з великою продуктивністю (більше ніж 100м3) змішувально 
– екстракційні установки обладнують окремими пристроями для 
перемішування та транспортування рідини. 
Мембранне очищення стічних вод. Методи мембранного розподілення, 
що викоритовуються в технології очищення водиподіляють на 
 
 
мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, зворотній осмос, випарювання через 
мембрани, діаліз та електродіаліз. Найбільший ступінь очищення стічних вод 
від розчинених домішок дають зворотній осмос, ультрафільтрація та 
електродіаліз. 
Зворотній  осмос та ультрафільтрацію використовують в системах локального очищення стічних вод за умов їх невеликої кількості для концентрування та виділення відносно 
цінних компонентів та для очищення води. По спорсобу укладки мембран ці 
пристрої ділять на декілька типів: 
 апарати типу фільтр – прес; 
 апарати трубчатого типу. 
Апарати типу фільтр – прес з широкими мембранами використовують для 
очищення води, вони прості у виготовленні та складанні, але мають високу 
питому поверхню укладки мембран. Апарат складається з міцно зажатих між 
двома фланцями плоских фільтруючих елементів прямолкутної або круглої 
форми, що розділені тонкими прокладками (рисунок   ). 
У якості фільтруючих елементів можуть бути використані пустотілі 
волокна (повірхня фільтрації досягає 20000 м2/м3 об’єму. Але надійність 
роботи таких апаратів не є досить високою, поскільки волокна швидко 
забиваються (рисунок     ). 
Апарати рулонного(трубчатого) типу напівпроникних мембран (рисунок     
)мають продуктивність до 4000 м3/добу. Вони легкі в експлуатації але 
головним недоліком їх є труднощі пов’язані з монтажем та періодисна 
необхідність заміни фільтруючих рулонних елементів. 
Зворотньоосмотичні та ультрафільтраційні установки використовують 
для безперервної та періодичної роботи в прямоточних та циркуляційних 
установках. 
Циркуляційні установки, що забезпечують багатократну циркуляцію 
розподіляємого розчину, дозволяють підвищити швидкість потоку розчину в 
каналах та знизити тим самим негативний ефект концентраційної 
поляризації, а також попередити кольматацію мембран. 
 
 
Всі системи зворотнього осмосу вимагають попереднього очищення 
стічних вод з метою зниження їх мутності, забарвлення, лужності та 
жортскості води. Вихідну воду з підвищеним вмістом заліза та марганцю не 
рекомендують направляти в системи зворотнього осмосу. 
Електофлотаційні установки. У цуих установках для проведення 
процесу флотації використовуються газоподібні продукти – водень та кисень, 
що виділяються на електродах під час електролізу обробляємої води. 
Принципово електроліз дозволяє отримати раніше задане розподілення 
кульок газу по розмірах. Елетролітичне диспергування газу забезпечує також 
отримання найбільш високодисперсної газової фази, що дозволяє 
використовувати елекродіалізітори для очищення води від стійких колоїдних 
забруднень. 
Електролітичні установки розділяють по напрямку руху в них води та 
флотуючих газів на прямоточні та протиточні з горизонтальним або 
вертикальним розташуванням електродів ( рисунок    ). Електрофлотаційні 
установки мають одну або декілька камер. Багатокамерний елекрофлотатор 
складається як правило із заспокоюючого пристрою, електродних камер та 
флотовідстійника. Стічна вода поступає в приймальну камеру, що 
відділяється від основної частини перегородкою. Електродний блок являє 
собою набір катодів та анодів. Проходячи через електроди, вода насичується 
газоподібними продуктами, що призводить до спливання часток. Утворена 
піна під час флотації виводиться з апарату по похилому жолобу, що 
зрошується гарячою водою. Піноподібна маса в результаті нагріву гаситься 
та стікає у збірник.звільнена від часток вода переливається в вивідну камеру 
та видаляється з апарату. 
Установки для електрокоагуляції. Являють собою корпус у якому 
розміщують систему електродів. За формою та за розташуванням електродів 
електрокоагулятори поділяють на апатати з плоскими та циліндричними 
електродами, що розташовані як парвило вертикально.  
 
 
В залежності від характера руху обробляємої води електрокоагулятори 
можна поділити на однополочні, багатополочні з горизонтальним або 
вертикальним рухом води. 
За умов вертикального розташування електродів напрямок руху води 
може бути протиточним або прямоточним. 
Як правило електрокоагулятор служить тільки для утворення гідроксидів 
металів та агрегації часток; процес розділення фаз проводять в інших 
апаратах (відстійники, гідроциклони). Є конструкції у яких ці процеси 
суміщені та протікають в одній камері. 
Суть електродних процесів при електрокоагуляцї зводиться до 
слідуючого: 
 генерація в прорцесі анодного розчинення металу коагулянта – 
гідроксида відповідного металу; 
 підлужування води в процесі елекролізу; 
 отримання на катоді газаподібного хлору, що може бути 
використано для забезпечення флотації зкоагульованих часток. 
Стічна вода спочатку проходить поперднє грубе очищекння в 
механічному фільтрі      та гідроциклоні      . сам процес електрокоагуляції 
проходить в апараті    що є флотатором – вдстійником з вмонтованою в нього 
електродною системою. Частина зкоагульованих домішок флотується а інша 
осаджується в нижній частині апарату. Флотуємі продукти із верхньої 
частини апарату а також осад з нижньої частини апарату відводять у збірник     
, а освітлена та очищена вода після фільтрації поступає в оборот (рисунок  ). 
Споруди для біохімічного очищення в аеробних умовах. Процеси 
очищення вод від багатьох органічних з’єднань складним комплексом 
бактерій та деяких вищих організмів (в умовах аеробіозу) є основними із тих, 
що використовуються у загальному комплексі споруд . які використовуються 
у загальному комплексі споруд очисної станції підприємства. Ці процеси 
основані на на реакції біохімічного окислення забруднювачів води: 
 
 
окислення для забезпечення енергетичних потреб мікроорганізмів та 
окислення з приростом біомаси, що має середньостатистичний склад 
речовини С7Н5NO2. 
Анаеробнебіологічне очищення води здійснюється в аеротенку – 
проточних сорудах із вільно плаваючим в об’ємі води активним мулом. 
Біологічне населення мулу використовує забруднення води для своєї 
життєдіяльності. Обов’язковою умовою ефективності біологічних процесів в 
аеротенку є забезпечення бактерій киснем. Це досягається аерацією та 
перемішуванням суміші води та активного мулу пневматичними, 
механічними або змішаного типу пристроями. 
Як правило аеротенк являє собою прямокутний залізобетонний резервуар, 
що обладнаний воздуховодами. Повітря подається в канали по спеціальних 
стояках. Розподілення повітря у об’мі аеротенка відбувається за допомогою 
спеціальних пластин – фільтросів. 
В останні роки широко застосовують механічні аератори, у яких повітря 
поступає із оточуючого середовища і не стискається компресором. 
Розрізняють аеротенки – змішувачі, аеротенки витіснювачі та аеротенки з 
розподіленим впуском води (рисунок   ). 
У перших навантаження забруднень на мул та швидкість окислення 
забруднень є практично незмінними по всій довжині споруди. Аеротенки – 
змішувавчі – найбільш придатні для очищення концентрованих виробничих 
стічних вод навіть для значних коливань концентрацій забруднювачів у воді. 
В аеротенках – витіснювачах навантаження забруднень на мул та швидкість 
окислення забрудненьзмінюються від найбільших значень на вході в 
аеротенк до найменших на виході з аеротенку. Такі споруди використовують 
у тому випадку, коли забезпечено досить легку адаптацію активного мулу 
(очистка міських та їм подібних стоків. В аеротенку з розподіленою подачею 
води по його довжині навантаження на мул зменшується і стає більш 
 
 
рівномірним. Такі аеротенки використовують для очищення промислових та 
стічних вод. 
 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми. Неоптимальний стан питної та технічної води 
змушує наукове співтовариство постійно шукати можливості для відтворення 
та вдосконалення її характеристик. Для підготовки води на підприємствах 
можуть бути використані найрізноманітніші принципи та шляхи: хлорування, 
озонування, кип’ятіння; різні фізичні, хімічні та комплексні методи для 
очищення та знезараження забрудненої води. Однак досі не існує 
універсального методу для очищення води від різноманітного забруднення 
підприємств різного направлення, навіть незважаючи на великий вибір тих 
чи інших фізико-хімічних методів для очищення, знезараження і підготовки 
технічної води. В наш час значно зменшити забруднення води спричинене 
різноманітними технологічними процесами нашої промисловості, через 
недостатній розвиток науково-технічного прогресу, не реально, через це 
особливу актуальність отримують дослідження, які спрямовані на 
модернізацію, вдосконалення, поліпшення існуючих, та розробку сучасних 
технологій, методів та шляхів захисту і збереження довкілля, зокрема 
важливим напрямом виділяють водопідготовку та водоочищення. Одним з 
основних напрямків серед багатьох інших методів фізичного впливу на 
технічний стан води підприємства серед процесів водоочищення і 
водопідготовки, сучасний науковий світ виділяє методи кавітаційного впливу 
й обробки технологічно забрудненої води, в фундамент якого закладено 
ультразвукову, вібраційну та перш за все гідродинамічну кавітацію в 
забруднених технічних водах сучасного агропромислового комплексу 
України та всього світу. 
 
 
В наш час для охорони водних ресурсів від забруднення стоками, 
розробляються та впроваджуються у підприємства механічні, хімічні, 
біологічні та фізико-хімічні методи очищення. 
 Широкого розповсюдження набули методи біохімічного очищення стічних вод підприємств з використанням активного мулу. Цей метод  є досить дієвим, однак він 
потребує подальшого доочищення за допомогою біологічних або фізико-
хімічних методів очищення. 
   Для збереження та охорони водних ресурсів від забруднення різноманітними речовинами, які знаходяться в стоках промислових підприємств, важливу роль займає 
розробка і реалізація раціональної технології, яка дозволить зменшити 
кількість стічної води та ввести в експлуатацію її рецикл, місцеве та загальне 
очищення забрудненої води, встановлення дозволеної межі вмісту речовин, 
дотримання норм встановленої гранично-допустимої концентрації (ГДК). 
 Одним із важливих завдань українських підприємств, є не тільки достатній рівень очищення забрудненої води, а й доцільне та ефективне використання ресурсної та 
енергетичної баз. 
Мета роботи полягала в дослідженні впливу обладнання гідродинамічної 
кавітації в рідинах та рідинних субстанціях, вивчення його впливу на фізико-
хімічні показники якості отриманої води; розробити та створити технологію 
та апаратурне оформлення безреагентної інноваційної кавітаційно-
ферментної переробки стічних вод, утилізація та знешкодження опадів, що 
утворюються при очищенні стічних вод. При цьому буде вирішено два 
завдання:  
• технологічна, обумовлена необхідністю впровадження додаткового 
обладнання, що відповідає сучасним вимогам за якісними та кількісними 
показниками, що пред'являються до очищеної води;  
• соціально-екологічна, виражена в необхідності запобігати забрудненню 
ґрунту прилеглих до комплексу біля територій, накопиченню в ній солей 
важких металів, а також до поширення негативного мікробіологічного та 
газового фону, що негативно впливають на біосферу життєдіяльності 
людини.  
Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання: 
 
 
– обґрунтувати вибір та оптимізувати конструкцію гідродинамічного 
кавітатора;  
– дослідити вплив кавітаційних явищ на фізико-хімічні властивості 
дисперсійного середовища – води – у кавітаційному пристрої;  
– дослідити процес взаємодії активованого реаґенту з імітатами стічних 
вод, що містять основні індивідуальні компоненти-забруднювачі стічних вод; 
–очищення стічних вод хімічного підприємства за допомогою реаґентів, 
активованих в гідродинамічному кавітаторі; 
– розробити технологічні схеми реаґентного очищення стічних вод; 
– виконати матеріальні, енергетичні та узагальнені техніко-економічні 
розрахунки процесів очищення стічних вод. 
Об`єкт дослідження – Об’єктом та предметом дослідження були 
технологічні схеми та операції водопідготовки та водоочищення, механізми 
впливу кавітації в рідинах, вивчення параметрів, що впливають на якість та 
продукти обробки, їх вдосконалення. 
Предмет дослідження – фізико-хімічні закономірності процесів, що 
відбуваються під час оброблення води, технологічні схеми та операції 
водопідготовки та водоочищення, гідродинаміка під час кавітації, залежності 
впливу на воду під час кавітаційної обробки. 
Методи дослідження. Вплив кавітаційних полів на дисперсійне 
середовище – воду – вивчали в лабораторних умовах з використанням 
експериментальної установки. Лабораторні досліди  проводилися за 
допомогою спектрофотометру.  
Особистий внесок здобувача полягає в самостійному проведенні 
критичного аналізу джерел інформації, підборі, апробації методик аналізів, 
розробленні та апробації конструкцій гідродинамічного кавітатора і методик 
досліджень, обробленні одержаних результатів, виконанні 
експериментальних досліджень в лабораторних та напівпромислових умовах. 
Особистий внесок здобувача в роботи: 
 
 
- підбір і критичний аналіз джерел інформації, виконання попередніх 
пошукових експериментів; 
- обгрунтування методів інтенсифікації процесу очищення стічних вод; 
- результати дослідження ефективності роботи гідродинамічного 
кавітатора з різними кавітуючими елементами; 
- результати дослідження впливу оброблення дисперсійного середовища в 
кавітаційних полях на його фізико-хімічні властивості; 
 
Інтенсивний розвиток у всьому світі різних галузей промисловості 
пов'язаний із зростанням скидів промислових стічних вод, збільшенням у них 
асортименту хімічних речовин і, як наслідок, із забрудненням водного 
басейну. Заходи, спрямовані на захист гідросфери від шкідливих речовин, з 
кожним роком набувають все більшого значення. Дослідження в галузі хімії 
та технології води ведуться зараз у двох напрямках: якісне збільшення 
стічних вод та зменшення вартості очищеної води. Таким чином, 
водоочищення в даний час стає одним із найпоширеніших технологічних 
процесів. 
Серед методів глибокого видалення розчинених забруднень зі стічної 
води все більшого поширення набуває адсорбція. Як адсорбенти 
застосовують різні типи активованого вугілля, пористі синтетичні смоли, 
природні сорбенти. Практично необмежені запаси природних сорбентів, їхня 
дешевизна, повсюдне знаходження, досить високі адсорбційні, іонообмінні, 
фільтраційні властивості роблять економічно доцільним використання цих 
матеріалів у процесах очищення стоків. Нині у наукових журналах 
з'являється дедалі більше публікацій, присвячених застосуванню природних 
сорбентів для очищення питної води, побутових стоків, стічних вод 
промисловості. Наприклад, у технології очищення стічних вод є досвід 
застосування природних бентонітів для видалення масел, нафтопродуктів та 
інших різних емульгованих та колоїдних систем. 
 
 
На кафедрі хімічної технології неорганічних речовин у лабораторних 
умовах було проведено дослідницьку роботу з вивчення процесу очищення 
стічної води з використанням природного сорбенту-бентонітової глини. 
Запаси родовища бентонітових глин у Черкаській області становлять 107 951 
тис.т. В роботі показано можливість застосування глин різної активації для 
вилучення зі стічних вод іонів цинку та розчинених органічних речовин. 
Визначено оптимальні умови, за яких іонообмінні умови, за яких іонообмінні 
та адсорбційні властивості глини виявляються найбільшою мірою. Показано 
можливість застосування бентонітових глин для очищення стічних вод від 
цинку та органічних речовин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 БУДОВА ТА ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРИРОДНОГО 
СОРБЕНТУ-БЕНТОНІТОВОЇ ГЛИНИ 
 
За особливостями будови, хімічним складом, фізико-хімічними 
властивостями можна виділити три великі групи природних сорбентів: 
дисперсні кремнеземи, шаруваті та складно-стрічкові силікати, каркасні 
силікати (цеоліти). Крім того, у практиці водоочищення використовуються 
або можуть бути використані природні утворення, що не належать до трьох 
зазначених груп сорбентів перліт, азбести, боксити, магнезит, доломіт та ін. 
Досліджувана в даній роботі бентонітова глина за будовою та фізико-
хімічними властивостями відноситься до шаруватих силікатів. За 
особливостями пористої структури шаруваті алюможелезомагнієві силікати 
можна розділити на два типи: шаруваті силікати з структурним осередком, 
що розширюється (основні представники - монтморилоніт і вермикуліт), 
шаруваті силікати з жорстким структурним осередком (каолініт, гідроконди, 
гла, люк). У таблиці 1.1 наведено фізико-хімічні характеристики окремих 
уявлень шаруватих силікатів: ємність Е катіонного обміну при рН 7, теплота 
змочування водою дегідратованих при 200 зразків Q, питома поверхня S, 
визначена по адсорбції парів гексану та води з використанням молекулярних 
майданчиків відповідно0 0,108 нм 2 , граничний s та сумарний обсяг 
вторинних пір, розмір частинок d за даними електронної мікроскопії. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 1.1- Фізико-хімічні характеристики шаруватих силікатів 
 
Сорбент Е,  Q, Гекса  Вода  , d,  
н 
 мг- Дж/г S, м2/г  3 2 3 3
s,см / S,м / s,см / см / мкм 
экв/г г г г г 
Монтморіл         
лоніт 1,0 149 36 0,05 428 0,37 0,12 0,05-
0,5 
пижевский 0,71 101 60 0,07 311 0,30 0,13 
0,05-
черкаський        
0,3 
Вермикуліт 1,60 194 14 0,03 471 0,18 - 
 
ковдорський 
       
1,5-2 
Каолініт 
0,25 40 60 0,17 94 0,23 0,36 
глуховський  
       
Гідрослюда 0,02-
черкаська 0,26 59 125 0,25 157 0,25 - 0,5 
 
0,05-
0,1 
 
 
 
 
 
 
Шаруваті силікати з структурною коміркою, що розширюється, 
складаються з тришарових пакетів, в яких одна сітка Al-Fe-Mg-октаедрів 
складаються з двома сітками кремнекисневих тетраедрів. У мінералогічній 
літературі такий тип структур називають структурою 2:1 (між двома сітками 
тетраедрів укладено одну сітку октаедрів). Товщина тришарового пакету 
монтморилоніту становить 0, 94 нм. 
Монтморилоніт є діоктаедричним утворенням, тобто. в ідеальному 
випадку з кожних трьох октаедричних позицій у його структурі дві зайняті 
тривалентними катіонами (переважно іонами Al 3+ ) одна позиція вакантна. 
Структурі монтморилоніту характерні ізоморфні заміщення, 
переважний ізоморфізм Mg 2+ Al 3+ в октаедричній сітці. При цьому 
негативний заряд, що виникає, в обох випадках врівноважується (у 
звичайних умовах) обмінними катіонами, розташованими в міжнакетних 
проміжках. 
У міжшаровому просторі монтморилоніту адсорбуються вода та інші 
полярні речовини - спирти, кетони, аміни, нітрили; вуглеводні адсорбуються 
лише на зовнішній поверхні кристалів. Оскільки зовнішня поверхня 
монтморилоніту (30-70 м 2 /г) становить лише невелику частину геометричної 
поверхні ( 750 м 2 /г), адсорбційна ємність шаруватих силікатів з 
структурним осередком, що розширюється, по відношенню до вуглеводнів 
набагато нижче, ніж по відношенню, наприклад, до води (Див. табл.1.1). 
при адсорбції парів полярних речовин структурний осередок сорбенту 
збільшується вздовж осі на 0,3-1,4 нм. Таким чином міжнакетні проміжки 
мінералу можна розглядати як пластинчасті мікропори, розміри яких 
змінюються в процесі адсорбції. Об'єм пластинчастих мікропор при 
максимальному насиченні сорбенту парами води набагато більше обсягу 
перехідних вторинних пір, утворених зазорами між частинками, що 
контактують. Цей висновок випливає зі зіставлення сумарного обсягу 
вторинних пір пижівського та черкаського монтморилоніту з граничними 
 
 
сорбційними обсягами сорбентів s по порах води (див. табл.1.1). тільки 
полярні речовини з молекулами звичайних розмірів , але й макромолекули-
поліексіетилен, полівініловий спирт, білки та ін . в обмінному комплексі 
водою він мимоволі диспергується до елементарних пакетів завтовшки 0,94 
нм. Відстань між пакетами в залежності від концентрації дисперсії може 
становити 3-13 нм. Таким чином, велика частина геометричної поверхні 
мінералу стає фактично зовнішньою поверхнею, легко доступною для 
молекул, що адсорбуються з водних розчинів. Ось чому Nа-монтморилоніт є 
ефективним сорбентом для очищення стічних вод від розчинених органічних 
речовин. 
Україна багата на промислові родовища бентонітових глин, основним 
породоутворюючим мінералом яких є монтморилоніт. У табл.1.2 наведено 
дані щодо запасів та хімічного складу родовищ бентонітових глин, що мають 
промислове значення. З перерахованих родовищ безпосередньо на 
Дашуківській ділянці Черкаського родовища пущено великий завод 
бентопорошків продуктивністю 500 тис.т. на рік. Горбський завод також 
випускає бентопорошки на основі горбського бентоніту. Таким чином, в 
Україні налагоджено випуск бентонітових порошків, які успішно можуть 
бути використані у процесах водоочищення. 
Близькість Черкаського родовища бентонітових глин до промислових 
центрів України та Європейських країн робить доцільним їх вивчення та 
застосування для очищення виробничих стічних вод, тим більше, що на 
Дашуківському заводі передбачено технологічну лінію содової активації 
бентоніту [1]. 
 
1.1 Бентонітова глина в процесах очищення води 
 
систематизація домішок, що у воді, з урахуванням їх фізико-хімічних 
характеристик, запропонована Л. А. Кульским [2], показує, що з отримання 
 
 
кондиційної води її необхідно очистити від дисперсних частинок, 
молекулярно розчинених речовин, і тонів . Природний сорбент бентоніт 
може бути успішно використаний у технології очищення води від домішок 
усіх трьох типів. 
Шаруваті силікати хоч і входять до дисперсних домішок, які необхідно 
видаляти з води, як це не парадоксально, самі широко використовуються для 
очищення питних і стічних вод від зважених частинок, ефективно видаляють 
з води бактерії та віруси. Так, введення невеликих (0,5-0,7 г/дм 3 ) кількостей 
подрібненого монтморилоніту або інших представників шаруватих силікатів 
призводить до практично повного видалення з води бактерій соli [3]. 
При очищенні високо кольорових і мало каламутних природних вод, 
тобто. вод, що містять багато пофарбованих гумусових речовин та малі 
кількості дисперсних мінеральних домішок, застосування сірчанокислого 
алюмінію та інших коагулянтів, особливо в зимовий час, стає неефективним. 
У цих випадках, для поліпшення процесу пластів'я, у воду додатково можна 
вводити так званий "замутнювач" - тонкодиспергований монтморилоніт. Це 
скорочує час пластівництва на 30-80% і зменшує витрату сірчанокислого 
алюмінію. 
Дуже перспективним є застосування бентонітів для очищення стічних 
вод заводів з виробництва вина, коньяку, пива. Вони сильно забруднені 
дисперсними домішками органічного походження, і навіть розчиненими 
органічними речовинами. За даними [1], додавання до таких стічних вод 
бентоніту в натрієвій формі і поліакриламіду забезпечує хороший ефект 
очищення (ГПК зменшується на 70-88%). 
У літературі є дані щодо застосування бентонітів у процесах очищення 
міських стічних вод та стічних вод нафтовидобувної промисловості-від 
міносульфонатів, стічних вод нафтопереробної промисловості-від 
нафтенових кислот. У всіх випадках бентоніт як інтенсифікує процес 
 
 
осадження зважених речовин, а й діє як адсорбент, витягаючи з води 
розчинені органічні речовини [1]. 
У табл.1.3 представлені середні результати аналізу води, вихідної та 
очищеної оптимальною кількістю реагентів: глина- 100 мг/дм 3 поліакриламід 
(ПАА)- 2,5 мг/дм 3 полі-1,2-диметил-5 вінілпіридінійметилсульфат (ППС) )-
1,25 мг/дм 3 [1]. 
 
Таблиця 1.2- Характеристики стічної вихідної та очищеної води 
паперової фабрики із застосуванням монтморилонітової глини Черкаського 
родовища 
Реагент Вміст Перманга Об'єм 
завислих натна осаду, % 
речовин, окислюваність, 
мг/дм 3 мг 2 /дм 3 
Вихідна стічна 90 10,0 12,0 
Природна глина та ПАА 7 8,8 7,0 
Природна глина та ПКС 4 8,3 7,5 
Активована глина та 5 7,5 6,5 
ПАА 3 7,1 7,0 
Активована глина та ПКС 
 
З таблиці 1.3 видно, що найкращі результати при очищенні води дає 
застосування глини, підданої содовій активації, і флокулянту ППС. Як 
відомо, монтморилоніт у натрієвій формі мимоволі диспергується у воді аж 
до елементарних пластинок товщиною близько 1 нм. При цьому дисперговані 
у воді частинки монтморилоніту, так само як і інших шаруватих силікатів, 
несуть на собі одночасно і негативні та позитивні заряди. Негативний заряд 
зосереджений на базальних гранях частинок, він обумовлений 
нестехіометричними ізоморфними заміщеннями в структурі, в основному Al 
 
 
3+ на Mg 2+ і компенсується обмінними катіонами, що знаходяться в 
дифузійному шарі. У той же час бічні грані та ребра монтморилонітових 
частинок в результаті дисоціації угруповань =Al-OH та -Mg-ОН при рН<8,5-
9,0 за основним типом переважно заряджені позитивно. Кількість негативно 
заряджених місць лежить на поверхні частинок глинистих мінералів 
перевищує число позитивно заряджених ділянок, і тому глинисті частки у 
питній воді загалом несуть негативний заряд. 
Наявність двох типів зарядів на поверхні частинок шаруватих силікатів 
пояснює ефективність їх застосування як універсальних освітлювачів 
природних та стічних вод. Позитивно та негативно заряджені дисперсні 
домішки взаємодіють відповідно з негативно та позитивно зарядженими 
ділянками поверхні частинок шаруватих силікатів, злипаються у великі 
агрегати та осаджуються. Для прискорення осадження агрегатів дисперсних 
частинок із води доцільно вводити у систему високомолекулярні флокулянти 
[1]. 
Механізм осадження дисперсних домішок із води за допомогою 
шаруватих силікатів лежить також в основі застосування останніх у процесах 
очищення вина, соків, пива від білкових та дріжджових помутнінь. 
Останнім часом все більш гостро постає питання очищення стічних вод 
підприємств фарбувальної промисловості від різних барвників, а хімічної 
промисловості-від синтетичних високомолекулярних сполук. 
При фарбуванні тканин залежно від типу застосовуваного барвника і 
способу фарбування стічні води потрапляє від 10 до 40% використовуваних 
барвників. Більшість із них не піддається біохімічному окисленню і тому для 
знешкодження стічних вод, що містять барвники, необхідно застосовувати 
фізико-хімічні та хімічні методи очищення. 
В даний час випускається широкий асортимент основних (катіонних) 
барвників, що належать до різних хімічних класів (фуксин, сафранін, 
метиленовий блакитний, кристалічний фіолетовий та ін). 
 
 
На прикладі метиленового блакитного та кристалічного фіолетового в 
[1] розглянуті закономірності сорбції барвників шаруватими силікатами та 
можливості використання останніх для очищення стічних вод. 
Описано дослідження адсорбції метиленового блакитного (МГ) та 
кристалічного фіолетового (КФ) на різних шаруватих силікатах. 
Методика визначення сорбції МГ полягала у наступному. До наважок 
(0,2 г) повітряно-сухих зразків додавали по 20 см 3 розчину МГ відомої 
концентрації, систему ретельно перемішували і через дві доби 
відокремлювали рівноважний розчин від дисперсної фази центрифугуванням. 
Величину адсорбції визначали по різниці концентрацій вихідного та 
рівноважного розчинів. 
Наведений аналіз отриманих результатів (рис.1.2) показує, що 
найбільшою сорбційною ємністю по відношенню до МГ має шаруватий 
силікат з структурним осередком-монтморилонітом, що розширюється. 
Сорбційна здатність Na-форми монтморилоніту по відношенню до барвника 
майже в 1,5 рази вище, ніж Са-форми. Однак і кальцієві бентоніти (зокрема, 
бентоніт Черкаського родовища) має гарну сорбційну здатність по 
відношенню до МГ і також можуть бути використані. У процесі очищення 
стічних вод від барвників [1]. 
Методика визначення сорбції КФ аналогічна, а аналіз ізотерм сорбції 
(рис.1.3) показує, що найбільшою сорбційною здатністю до КФ 
характеризуються Na-форми монтморилоніти. Максимальна сорбційна 
ємність сорбенту досягається при дуже низьких рівноважних концентраціях 
барвника у розчині. Це свідчить про високу вибірковість поверхні шаруватих 
силікатів по відношенню до катіону барвника. 
Таким чином, шаруваті силікати, зокрема монтморилоніт, є 
ефективними сорбентами для видалення зі стічних вод катіонних барвників. 
Монтморилоніт, сорбуючи пофарбовані катіони не тільки зовнішньою, але й 
 
 
внутрішньою поверхнею, є ефективним сорбентом для видалення зі стічних 
вод барвників [1]. 
Монтморилоніт є ефективним сорбентом для поглинання зі стічних вод 
не іонних водо-розчинних полімерів типу полівінілового спирту (ПВС) та 
полівінілпіролідону (ПВП). Вони широко використовуються в народному 
господарстві (наприклад, ПВС застосовується в текстильній промисловості 
для шліхтування тканин). 
Ізотерми адсорбції, наведені в [1], підтверджують, що Na-
ментморилоніт має істотно більшу адсорбційну здатність по відношенню до 
ПВС, ніж Са-монтморилоніт (рис.1.4). Крутий підйом ізотерм у початковій 
області говорить про високу вибірковість сорбентів, особливо натрієвого 
зразка, до макромолекул ПВС. 
При адсорбції полімерів на гладких поверхнях та непористих 
адсорбентах зазвичай спостерігається збільшення адсорбції зі зростанням 
молекулярної ваги. Наявність у структурі монтморилоніту вторинних 
перехідних пір (r=4-5 нм) та первинних пластинчастих мікропор 
(міжшарових проміжків), в яких адсорбуються макромолекули ПВС, 
зумовлює цікаву залежність величини сорбції цього полімеру від його 
молекулярної ваги (рис.1.5). В інтервалі М=17000-63000 адсорбція зростає, 
але для ПВС з М=81000 величина адсорбції різко зменшується [1]. 
При збільшенні концентрації твердої фази суспензіях адсорбція ПВС 
зменшується. Це пояснюється флокулюючою дією полімеру, утворенням у 
дисперсіях просторової коагуляційної сітки або її фрагментів, і як наслідок, 
виключенням частини поверхні дисперсних частинок із сфери адсорбційної 
взаємодії. Особливо виразно ця залежність виявляється для Са-форми 
монтморилоніту Черкаського родовища (рис.1.6), адсорбційна здатність якої 
по відношенню до ПВС більшою, порівняно з іншими зразками, ступенем 
визначається зовнішньою поверхнею мінералу. Диспергування Са-
монтморилоніту ультразвуком на частоті 20 кГц протягом 20 хв призводить 
 
 
до зменшення розмірів агрегатів, збільшення легкодоступної частини їх 
поверхні та значного зростання адсорбції ПВС (рис.1.7). Ці результати 
наочно демонструють важливість попереднього диспергування шаруватих 
силікатів при використанні їх як сорбенти в процесах очищення води [1]. 
Монтморилоніт є перспективним сорбентом для видалення з води та 
інших типів високомолекулярних сполук, наприклад, капралоктаму, 
продуктів його осмолення та низькомолекулярних домішок циклогексанолу, 
циклогенсанону, білкових речовин. 
Природні шаруваті силікати мають значну ємність катіонного обміну. 
Це робить перспективним їх використання для очищення побутових та 
промислових стічних вод від різних катіонів. 
Розвиток ядерної енергетики, атомної промисловості спонукали 
дослідників розробки ефективних методів очищення води від радіоактивних 
забруднень. 
Залежно від хімічних властивостей елементів, рН середовища, 
наявності органічних домішок радіоізотопи можуть перебувати у воді в 
розчинному і колоїдному станах. Радоколлоїди успішно видаляються з води 
коагуляцією. Як коагулянти використовують Al 2 (SO 4 ) 2 , FeCl 3 , Na 3 PO 4 . 
Було показано [1], що одночасне введення з коагулянтом порівняно 
невеликої кількості бентоніту (100-200 мг/дм 3 ) значно покращує процес 
очищення. Успішно використовують бентоніт для дезактивації концентрату 
після випарювання високоактивних вод (1-5 г/дм 3 ). При додаванні дисперсії 
бентоніту в воду, що очищається, зменшується час охолодження 
радіоактивної суспензії і обсяг утворюється осаду, підвищується ступінь 
очищення води від радіонуклідів. 
Стічні води багатьох виробництв забруднені сполуками хрому, 
марганцю, нікелю, кобальту, цинку, кадмію, свинцю та інших металів із 
питомою вагою більше 5, які прийнято називати важкими. Залежно від умов, 
ці метали існують у воді у вигляді іонів, комплексних сполук або 
 
 
гідрокомплексів. Для видалення з'єднань важких металів, що у воді в 
дисперсному стані, загальноприйнятим є метод коагуляції. Щоб зменшити 
обсяг опадів, доцільно замість звичайних коагулянтів використовувати 
дисперговані глинисті колектори разом із флокулянтами. Застосування 
глинистих мінералів для осадження забруднень колоїдної дисперсності 
забезпечує очищення води одночасно і від іонно-розчинених домішок важких 
металів. 
Для запобігання забруднення підземних вод ложе та бічні стінки 
ставків-накопичувачів стічних вод промислових підприємств прийнято 
виготовляти з антифільтраційних композицій, до складу яких обов'язково 
входять глинисті мінерали. Застосовуючи 30-40-сантиметровий захисний шар 
з 30% вмістом монтморилоніту забезпечується ефективна затримка іонів 
свинцю, кадмію, міді, цинку і хрому зі стічних вод з концентрацією кожного 
іона 1-17 мг/дм 3 протягом 15-20- річної експлуатації накопичувачів [1]. 
Застосування глин з поліакриламідом, полівінілтриметиламонієм для 
видалення іонів важких металів запатентовано США. Японські дослідники 
задля досягнення високого ступеня очищення (до 99,9%) запропонували 
стічні води, забруднені іонами цинку, міді, кадмію, хрому, ртуті обробляти 
сульфідом заліза, та був бентонітової глиною з полиакриламидом. 
 
1.2 Методи очищення виробничих стічних вод від іонів цинку 
 
стоки, що містять солі цинку, потрапляючи у водойму, шкідливо 
впливають на живі організми і роблять воду непридатною для пиття і життя 
організмів, що живуть в ній. Крім того, цинк губиться як промисловий 
продукт. Тому очевидна необхідність охорони водойм від забруднень солями 
цинку та повернення їх у виробництво, як цінну сировину. 
Стічні води від цинку очищають реагентним та іонообмінним 
способами. 
 
 
Реагентний метод полягає в осадженні цинку у вигляді нерозчинних 
сполук. Найбільшого поширення нині отримав метод осадження іонів цинку 
як гідроксиду Zn(ОН) 2 . Описано методи осадження цинку із сульфатних 
розчинів із застосуванням як осадників вапняного молока, лугу, сульфіду 
натрію. 
Реагентне очищення стічних вод від іонів цинку можна вести в умовах 
спокою або у завислому шарі, в останньому випадку ефективність очищення 
збільшується [4]. 
При обробці стоків їдким натрієм спочатку нейтралізується кислота 
(якщо стік кислий), а після рН 6,5-7,0 починається утворення гідроксиду 
цинку Zn(ОН) 2 . Найбільш повне видалення цинку розчину досягається при 
рН в межах 8,5-10,5, доза лугу при цьому становить (3,5-4,0) г/дм 3 . 
Внаслідок амфотерності гідроксиду цинку необхідне ретельне дозування 
розчину їдкого натру, оскільки найменша зміна рН у той чи інший бік від 
зазначених меж викликає розчинення осаду та перехід цинку в розчин. 
Гідроокис цинку утворюється майже миттєво. Після двогодинного 
відстою осад займає до 10% обсягу оброблюваної води. Вологість осаду 
знаходиться в межах 98-99%. Для зневоднення до вологості 80-85% можливе 
застосування центрифуг або вакуум-фільтрів. 
При обробці стоку содою максимальне осадження цинку дістається при 
рН 8-9 доза соди становить (10-14) г/дм 3 . Залишковий вміст цинку у цих 
умовах становить (5-15) мг/дм 3 . 
Аерація стічних вод для віддування вуглекислоти після нейтралізації 
содою до рН 3-3,5 забезпечує скорочення дози соди в середньому на 30%. 
При обробці стічної води содою до рН5, а потім їдким натром 
максимальне осадження цинку досягається при рН 9-10,5. При цьому доза 
соди 4,4 г/дм 3 їдкого натра- (2,5-3,3) г/дм 3 . 
Найбільш повне видалення цинку із стічних вод може бути досягнуто 
при осадженні його у вигляді сульфіду. Для осадження може бути 
 
 
використаний натрій сірчистий. Необхідна доза сірчистого натрію обернено 
пропорційна величині рН розчину. Щоб уникнути надходження заліза осад, 
осадження доцільно вести при рН 2,5-3,5. При цьому доза сірчистого натрію 
в 1,3 рази перевищує необхідну реакцію. Тривалість пластівництва лежить в 
межах 2-4 хвилин. Після двогодинного відстою осад займає 2-3% обсягу 
оброблюваної рідини. Вологість осаду складає 96-97%. Для звільнення від 
дрібної суспензії, що не осідає, необхідна фільтрація. Сульфідний метод 
також може застосовуватися в комбінації з лужним. У цьому випадку 
основна маса цинку видаляється обробкою їдким натром при рН 8,5-10,5, а 
доочищення залишкових кількостей цинку, що становлять (10-15) мг/дм 3 
виробляється сірчистим натрієм. 
Достоїнствами сульфідного методу очищення в слабокислому 
середовищі є повне видалення цинку, невеликий обсяг осаду, відсутність в 
осаді сполук заліза, висока концентрація цинку в регенераційному розчині. 
Недоліки цього методу: необхідність герметизації та захисту споруд від 
впливу агресивного середовища у зв'язку з виділенням сірковуглецю, а також 
необхідність віддування надлишкового сірководню. 
Недоліками лужного методу очищення є великий обсяг осаду, 
забруднення осаду сполуками заліза, що ускладнює регенерацію цинку, 
негативний вплив високої температури [5]. 
Очищення стічних вод, що містять цинк, можна вести методом, 
заснованим на осадженні іонів цинку фосфорною кислотою. Метод 
розроблено на Могилівському ВО "Хімволокно". У реактор-змішувач 
надходять стічні води наступного складу: цинк-35 мг/дм 3 , сірчана кислота- 
1120 мг/дм 3 , залізо (11)- 7 мг/дм 3 , сульфат натрію- 6100 мг/дм 3 . Витрата 
стічної води становить 1-2 м3 / 4. До стічної води додають 10% розчин 
фосфорної кислоти. Кислоту дозують у кількості, необхідній для утворення 
середніх фосфатів цинку та заліза з 10-30% надлишком у порівнянні зі 
стехіометричним. Стічна ода самопливом надходила до нейтралізатора, де 
 
 
оброблялася розчином соди концентрацією 60-135 г/дм 3 . Оброблені стоки 
направляли вертикальний очищувач для відділення шламу. Освітлені стічні 
води відводилися до цехової каналізації. Шлам у міру накопичення надходив 
з відстійника в бак-накопичувач і потім вакуум-фільтр. Зневоднений до 75% 
осад сушили в електросушильній шафі при температурі 80 ° С . Така 
залишкова концентрація іонів цинку відповідає нормам стоків, що надходять 
на біологічну очистку. Відзначено помітний вплив рН середовища на процес 
освітлення, задовільний ступінь очищення досягається при рН 67-75. 
Основною цинковмісною сполукою осаду є Zn 3 (РО 4 ) 2 4Н 2 Про може бути 
використане як сировина для виробництва фосфорних добрив з 
мікроелементами. 
Недолік цього методу очищення: складне апаратурне оформлення, 
велика витрата реагентів, особливо соди [6]. 
Наступним методом очищення стічних вод від іонів цинку є метод 
іонного обміну. 
В основі методу іонного обміну лежить оборотний стехеометричний 
обмін іонів, що знаходяться в очищеному розчині, на рухливі іони сорбентів. 
Як іоніти використовують природні або синтетичні тверді, нерозчинні 
у воді неорганічні та органічні високомолекулярні кислоти, основи та їх солі, 
вуглеводневі радикали яких утворюють просторову сітку з фіксованими на 
ній іонообмінними функціональними групами [7]. 
Розрізняють такі види іонітів: 
1) сильнокислотні катіоніти, що містять сульфогрупи-SO 3 Н і 
сильноосновні аніоніти, що містять четвертинні амонієві основи; 
2) слабокислотні катіоніти, що містять карбоксильні-СООН і фенольні 
групи, що дисоціюють при рН 7, а також слабоосновні аніоніти, що містять 
первинні-NH 2 і вторинні-NH аміногрупи, що дисоціюють при рН 7; 
3) іоніти змішаного типу, що виявляють властивості суміші сильних та 
слабких кислот або основ. 
 
 
При дотику іонітів з водою відбувається їхнє набухання, при цьому 
обсяг іонітів зазвичай збільшується в 1,2-2 рази [8]. 
Поглинання іонітів залежить від природи та структури іоніту, природи 
аналізованих речовин, умов проведення процесу. 
Рівнавага між іонітом і розчином підпорядковується закону мас, що 
діють. Для рівноважного процесу 
RA+B + 
RB+A + . (1.1) 
Іонний обмін є фізико-хімічним процесом, тому ступінь поділу 
впливають як хімічні, і чисто фізичні чинники. До хімічних факторів 
відносяться: величина рН розчину, природа іонів, що розділяються, 
концентрація іонів у розчині, схильність іонів до гідратації, хімічний склад 
іонів і так далі. 
Величина рН у процесі іонного обміну залежить від хімічного складу 
іоніту та типу обміну. Сорбуемість іонів підвищується зі збільшенням їх 
зарядів, атомних мас та іонних радіусів. 
До фізичних факторів відноситься швидкість перебігу розчину через 
колонку, розмір зерен іоніту, висота колонки, температура розчину [7]. 
Характерною особливістю іонітів є їх оборотність, тобто можливість 
проведення реакції у зворотному напрямку, що лежить в основі їхньої 
регенерації. 
Якщо катіоніти знаходяться в Н-формі або Nа-формі, обмін катіонів 
проходитиме за реакціями: 
Ме ++ Н[К] Ме[К]+Н + , (1.2) 
Me + + Na [K] Me [K] + Na +, (1.3) 
де [К] - складний комплекс катіоніту; 
          Ме + - катіон, що знаходиться у стічній воді. 
Сильнокислотні катіоніти дозволяють здійснювати процес іонного 
обміну за будь-яких значень рН, а слабокислотні- при рН 7. 
 
 
Регенерація катіонітів здійснюється промиванням кислотою (при Н-
катіоніт) або розчином хлористого натрію (при Nа-катіоніт): 
2Ме[К]+Н 2 SО 4 2Н[К]+Ме 2 SО, (1.4) 
Me[K]+NaC Na[K]+MeCl. (1.5) 
оскільки в стічних водах, як правило, міститься кілька катіонів, велике 
значення має селективність їх поглинання. Для кожного виду катіоніту 
встановлені ряди катіонів з енергії їхнього витіснення. 
Наприклад, для катіоніту КУ-2 
Н + Na + NH 4+ Mg 2+ Zn 2+ Co 2+ Cu 2+ Cd 2+ Ni 2+ Ca 2+ Cr 2+ 
Pb 2+ Ba 2+ [6,8]. 
Тому умовою для вибору найбільш ефективного для даних умов 
катіоніту є насамперед специфічність стічних вод, що містять різні кількості 
цинку. 
Так карбоксилсодержащіе катіоніти типу КБ-4, КБ-2 та модифікації 
КБ-2Е, КБ-2С, які містять єдину функціональну групу, але різні зливають 
агенти, вигідно відрізняються від сильнокислотних катіонітів більшою 
ємністю, селективністю по цинку в присутності іонів натрію. 
Полімерні матеріали (наприклад ВІОН КН-1 на основі 
поліакрилонітрильних волокон) мають високорозвинену поверхню, хороші 
кінетичні характеристики, термостійкість, хімічну стійкість, здатність до 
регенерації. Величина повної динамічної обмінної ємності цинку 86,4 мг/г. 
Величина адсорбції іонів важких металів зростає зі збільшенням значення 
рН. 
Оптимальні умови регенерації забезпечується при використанні 1% 
розчинів кислоти та лугу при температурі 20-25° С [9]. 
Очищення стічної води іонообмінним методом на катіонітах та 
хемосорбційних волокнах незручне тим, що ними адсорбується, крім цинку 
ще й залізо, та інші багатовалентні катіони, а це зменшує загальний час 
роботи матеріалів, ускладнює регенерацію цинку. При очищенні стічних вод 
 
 
підприємств хімічного волокна різке зниження обмінної ємності катіонітів 
відбувається ще за рахунок наявності у стоках органічних та сірчистих 
сполук. Тому дорожнеча матеріалів, невелика обмінна ємність катіонітів по 
цинку, забруднення елюату залізом, кальцієм, мала концентрація цинку в 
елюаті, необхідність попереднього очищення стічних вод від домішок 
перешкоджають широкому застосуванню іонообмінних методів очищення 
стоків від цинку з подальшим його регенерацією. 
Поряд із існуючими методами очищення стічних вод від іонів цинку, 
можливе застосування електрохімічних методів. Найбільш перспективним із 
електрохімічних методів є електрофлотація. Метод пов'язаний з утворенням 
при електролізі розчину високодисперсних бульбашок газу (водню та 
кисню), що рівномірно розподіляються в обсязі оброблюваної рідини. 
Бульбашки газів, володіючи великою підйомною силою, піднімаються вгору, 
зіштовхуючись із завислими частинками забруднень, прилипають до них і 
потім флотують їх на поверхню води, утворюючи стійкий пінний шар. 
Електрохімічна установка включає електрофлотокоректор рН. Він 
містить корпус, розділений на секції попередньої електрообробки води та 
електрофлотаційного очищення (а.с. 1675215, СРСР). Як нерозчинні аноди в 
кислому середовищі використовується титан з покриттям на основі оксидів 
рутенію і марганцю ОРТА, в лужній - на основі оксидів кобальту ОКТА. 
Матеріал катода - нержавіюча сталь. Електрофлокектор рН виконує чотири 
функції: доведення рН католіту і аналіту до необхідної величини; 
газонасичення розчину, необхідне здійснення флотаційного процесу; 
часткове знесолення води внаслідок міграції іонів через іонообмінну 
мембрану; утворення гідроксиду цинку. Допускається використання стоків, 
що регенерується 80-85% лугу. 
Використання електрохімічного модуля дозволяє ефективно 
отримувати іони цинку, зважені та дисперсні частинки, органічні 
забруднювачі у вигляді емульсій. Залишкова концентрація іонів цинку 
 
 
становить 0,5-5 мг/дм 3 що пояснюється розчинністю гідроксиду. З метою 
підвищення ступеня очищення в воду, що очищається, вводять реагент, що 
містить фосфат-іони, для утворення більш важко розчинних сполук, ніж 
гідроксид цинку, з подальшим електрофлотаційним вилученням утворених 
сполук. Після цього вміст іонів цинку становить 0,05-0,1 мг/дм. Об'єм 
флотошламу від обсягу стоків, що очищаються, становить 0,05% [10]. 
Застосування даного методу для очищення стічних вод виробництв 
хімічного волокна, незважаючи на всі переваги, є дуже енергоємним, 
оскільки дане виробництво характеризується великим обсягом стічних вод, в 
середньому 40 тис. м 3 / добу . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Характеристика стічних вод 
Показник Вхід Скидання 
рН 7,3 ± 0,5 7,7 ± 0,3 
ХСК, мгО2/л 380 ± 250 85 ± 5,5 
БСК5 мгО2/л 150 ± 50 15 ± 5,5 
Зважені речовини, мг/л 180 ± 80 15 ± 10 
Сухий залишок, мг/л 650 ± 100 525 ± 100 
Нітроген амонійний, мг/л 35 ± 10 2,5 ± 0,5 
Нітрити, мг/л 0,11 ± 0,1 0,9 ± 0,1 
Нітрати, мг/л 1,5 ± 0,75 23,5 ± 4,5 
Фосфати, мг/л 12 ± 5,0 4,5 ± 1,5 
Хлориди, мг/л 100 ± 75 90 ± 5 
Сульфати, мг/л 75 ± 25 65 ± 5 
Нафтопродукти, мг/л 0,2 ± 0,05 0,05 ± 0,005 
Хром, мг/л 0,04 ± 0,008 ± 
0,02 0,001 
Залізо, мг/л 1,5 ± 1,0 0,25 ± 0,02 
Цинк, мг/л 0,003 ± – 
0,0015 
Кобальт, мг/л 0,025 ± 0,007 ± 
0,015 0,0015 
Мідь, мг/л 0,035 ± 0,008 ± 
0,015 0,001 
Нікель, мг/л 0,025 ± 0,015 ± 
0,010 0,005 
ПАВ, мг/л 0,6 ± 0,3 0,1  0,005 
Розчинений кисень, мгО2/л – 8 ± 4,0 
 
 
 
2 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД 
 
Принципова технологічна  схема очищення стічних вод 
 
1 - відстійник; 2 - насос для подачі дренажних вод; 3 - електролізер; 4 - 
випрямляч постійного струму (ВАК); 5 - збірна ємність; 6 - насос; 7 - фільтр-
прес; 8 - напірний піщаний фільтр; 9 - патронний фільтр; 10 - збірна ємність; 
11 - насос високого тиску; 12 - дозуючий насос; 13 - ємність для 
дехлорувального агента; 14 - зворотноосмотичний модуль 1 ступеня; 15 - 
адсорбер; 16 - збірна ємність концентрату; 17 - насос; 18 - 
зворотноосмотичний модуль 2 ступеня; 19 - струменевий насос; 20 - 
накопичувальна ємність-кристалізатор; 21 - тонкошаровий випарник з 
відкритою поверхнею випаровування 
 
 
Споруди механохімічного очищення призначені для очищення 
промислових стоків І-ІІ-ІІІ виробництв до якісних показників, що 
забезпечують їхнє скидання в р. Дніпро. 
Доступна продуктивність споруд механохімічної очистки за загальним 
(кислий і лужний) - 32403 м 3 /сут. 
 
 
Проходження промислових стічних вод по очисних спорудах 
здійснювалося за двома потоками: 
а) потік загального стоку, що проходить механохімічне очищення, 
перед скиданням в р. Дніпро; 
б) потік віскозного стоку, що проходить усереднення та дегазацію, 
продуктивністю 4068 м 3 /сут і що надається для повного очищення на 
біохімічне очищення. 
Механохімічне очищення загальних стоків здійснюється за вапняним 
методом. 
Забруднені промислові стічні води Черкаського виробництва 
об'єднання “Хімволокно” формується у процесі виготовлення віскозної 
нитки, сульфату натрію від допоміжних виробництв. 
На очисні споруди виробничі стічні води подаються напірними 
трубопроводами від насосних станцій перекачування промислових стічних 
вод, розташованих на території I, II, III черг об'єднання. 
Очисні споруди відповідно до існуючої схеми очищення складаються з: 
 
 приймальних камер кислих, лужних та віскозних стоків; 
 усереднювачів кислих, лужних та віскозних стоків; 
 дегазатора-змішувача загального стоку; 
 дегазатора-змішувача віскозного стоку; 
 змішувачів загального стоку; 
 змішувач віскозного стоку; 
 відстійників загального стоку І та ІІ порядку; 
 шламонакопичувачів; 
 насосної станції перекачування дренажних стоків; 
 насосної повітродувної станції; 
 складу мокрого зберігання вапна. 
 
 
 
2.1 Віскозні стоки 
 
З приймальної камери віскозні стоки по системі лотків надходять через 
4 випуски віскозний усреднитель. Усреднитель віскозних стоків є ємність 
відкритого типу з асфальтовим покриттям укосів і підстави, і розрахованих 
на (6-8) годинне перебування стоків. Усреднитель призначений для 
усереднення стоків за витратою, концентрацією, температурою та вмістом 
механічних домішок. На період технологічних чисток усреднителя останній 
обладнаний обвідним лотком та перепусками для універсальної плавучої 
машини. 
З усреднителя стоки самопливом надходять у дегазатор-змішувач 
віскозних стоків. Дегазатор-змішувач є залізобетонним резервуаром (24 12 
3,8) м, що складається з двох секцій, по дну яких укладено дві пари 
перфорованих поліпропіленових трубопроводів діаметром 100 мм, що 
забезпечують аерацію стоків повітрям з розрахунку 10 м 3 повітря на 1 м 3 
стоків . Дегазатор розрахований на 2,5-годинне перебування стоків. Аерація 
віскозних стоків повітрям призначена для перемішування стоків, віддування 
сірковуглецю та сірководню. Відсмоктування та перекачування газо-
повітряної суміші від дегазатора здійснюється вентиляторами, суміш прямує 
на низький викид в атмосферу. 
З дегазатора-змішувача віскозні стоки перекачуються за допомогою 
ерліфтних установок змішувач віскозних стоків. 
Після проходження змішувача віскозні стоки прямують по лотках у 
самопливну віскозну каналізацію та надходять до колектора міської 
госпфекальної каналізації, звідки через насосну станцію № 4 передаються на 
БХО міста. 
 
 
 
 
 
2.2 Загальні стоки (кислі та лужні) 
 
Лужні стоки після виходу з домішок камери по лотках розподіляються 
в лужних стоків. Усреднитель лужних стоків розрахований на 4-5 годинне 
перебування стоків, у ньому відбувається усереднення стоків за 
концентрацією, витратою і температурою, і навіть часткове осадження 
великих суспензій. 
Усреднитель лужних стоків є ємність відкритого типу з асфальтовим 
покриттям основи та укосів. Усреднитель обладнаний трьома точками 
випуску стоків, перепуском для універсальної плавучої машини, обвідним 
лотком для чищення та ремонту. 
Кислі стоки з приймальної камери кислих стоків по лотках 
розподіляються на 3 секції кислого усреднителя. Час перебування стоків у 
середнику становить (6-8) годин. Для чищення та ремонту секції можуть 
відключатися одна від одної. Усреднитель кислих стоків призначений для 
усереднення стоків призначений для усереднення стоків за витратою, 
концентрацією, температурою та частковим осадженням механічних 
домішок. 
Після проходження усреднители кислі і лужні стоки прямують 
самопливом по лотках дегазатор-змішувач загального стоку. Перед 
дегазатором кислі та лужні стоки попередньо з'єднуються та частково 
змішуються у загальному лотку та утворюють загальний стік. Він у повному 
обсязі має пройти дегазацію. 
Дегазатор загального стоку є трисекційним резервуаром закритого типу 
(18 24 5) м, розрахований на (1,5-2) годинне перебування в ньому стоків. 
На підставі дегазатора укладено 6 пар перфорованих трубопроводів, що 
забезпечують аерацію стоків з розрахунку 10 м 3 повітря на 1 м 3 стоків. 
Дегазатор загального стоку обладнаний двома ерліфтними установками, що 
забезпечують додатковий підйом рівня стоків. 
 
 
У дегазаторі-змішувачі відбувається: 
а) взаємна нейтралізація кислих та лужних стоків з утворенням 
сульфату натрію; 
б) розкладання сульфітів та тіосульфатів сірчаною кислотою з 
утворенням сірчистого ангідриду, сірки та сульфату натрію; 
в) виділення сірковуглецю, сірководню, сірчистого та вуглекислого 
газів, а також їх видалення за межі дегазатора; 
г) взаємодія сірчаної кислоти з аміаком, карбонатом та 
гідрокарбонатом натрію. 
Газо-повітряна суміш від дегазатора загальних стоків відсмоктується 
вентиляторами і газоходом, діаметром 1000 мм, подається на газоочищення 
III-го виробництва. 
Після дегазатора загальні стоки самопливом надходять у реактор-
змішувач загального стоку, де відбувається змішування стоків з вапняним 
молоком, що подається зі складу мокрого вапна. 
Для інтенсивнішого перемішування стоків змішувач обладнаний 
барботажною системою. На період чищення змішувача передбачено 
резервний змішувач. 
Змішувач загального стоку призначений для: 
а) перемішування стоків із вапняним молоком; 
б) нейтралізація залишкової кислоти; 
в) доведення рН стоків до величини (8,5-11,5) рН 0,5 рН (при цьому 
значенні рН гідроксид цинку має мінімальну розчинність). 
Реактор-змішувач є залізобетонним резервуаром (9 16 1,8) м 
лабіринтного типу, офутерований кислототривкою цеглою, забезпечує 
перебування стоків протягом (10-15) хвилин. Інтенсивність аерації повітрям 
повинна становити з розрахунку 2м3 повітря на 1м3 стоків . 
Після змішувача стоки по лотках рівномірно розподіляються у два 
відстійники загального стоку I порядку. Відстійники I порядку-відкриті 
 
 
ємності земляного типу з асфальтованими укосами та основою розміром (100 
36 2) м кожен. 
Стоки з відстійників першого порядку через змішувач загального стоку 
№ 2, лотками направляються в відстійники загального стоку II порядку. рН 
стоків після відстійників I порядку (8,5-10,5) рН 0,5 рН. Відстійники 
другого порядку складаються з п'яти відкритих земляних ємностей розміром 
(197512 ) м кожен. Укоси та основи відстійників захищені шаром 
асфальтобетону. Відстійники для чищення та ремонту обладнані 
перепусками для універсальної плавучої машини, шламопроводами, 
трубопроводами для подачі очищених стоків. 
Час перебування стоків у відстійниках становить 24 години. 
У відстійниках І та ІІ порядку відбувається: 
а) закінчення реакції нейтралізації кислоти вапном; 
б) осадження інертної частини вапна, піску, сірки, великих суспензій; 
в) осадження гідроксиду цинку; 
г) виділення CS 2 та H 2 S; 
д) зниження концентрації альфа-і іммі-целюлози. 
Після відстійників II порядку очищені стічні води прямують на 
колишні золовідвали ТЕЦ. 
Із золовідвалів стічні води самопливом надходять до камери № 63 
колектора умовно-чистих стоків. 
У камері № 63 відбувається змішування очищених загальних стоків з 
умовно-чистими та зливовими стоками об'єднання та ТЕЦ, а потім по двох 
самопливних колекторах діаметром 1200 мм вони скидаються в р. Дніпро. 
 
 
 
 
 
 
 
3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДАНІ 
 
3.1 Дослідження процесу реагентного очищення промислових стічних 
вод 
3.1.1 Дослідження очищення стічних вод комбінованим методом 
 
Стічні води містять нафтопродукти, дисперговані в рідині. Тому 
логічно передбачити, що їх вилучення з розчиненого стану може бути 
досягнуте внаслідок утворення нерозчинних солей, зокрема кальцієвих. Ці 
сполуки мають утворювати осад, який можна було б відносно легко виділити 
із стічних вод. Тому досліджували вплив сполук кальцію на утворення осаду 
та величину ХСК після додавання реаґентів. 
Як кальцієвмісні сполуки використовували кальцію гідроксид, кальцію 
оксид та кальцію хлорид.  
Кальцію гідроксид і кальцію оксид після додавання до стічних вод 
утворюють гетерогенну систему, оскільки у рідкій фазі вони утворюють 
суспензією гідратованого кальцію оксиду СаОnН2О. Перевагою 
застосування цих реагентів є те, що тверді частинки можуть відігравати роль 
центрів коагуляції при використанні коагулянтів та флокулянтів. Головним 
недоліком застосування цих двох реаґентів є порівняно невисокий ступінь 
використання кальцію оксиду, тому що він характеризується низькою 
розчинністю – 1,5 г/дм3. 
Кальцію хлорид є добре розчинною сполукою, тому ступінь його 
використання повинен бути максимальним. Внаслідок утворення 
малорозчинних солей кальцію варто очікувати утворення дисперсної фази, 
яка і повинна надалі відігравати роль центрів коагуляції. 
 
 
Встановлено, що застосування кальцію хлориду практично не зменшує 
величини ХСК – його значення практично дорівнює початковому (в межах 
похибки аналізу). 
Встановлено, що додавання кальцію оксиду у вигляді твердої речовини 
безпосередньо до стічних вод є менш ефективним, ніж застосування розчину 
кальцію гідроксиду – вапняного молока. Так, введення до 200 см3 “світлих” 
стічних вод з початковим рН 10,2 2 г Са(ОН)2 та еквівалентну йому кількістю 
розчину (10 см3 20 %-ого розчину) за однакових умов (інтенсивного 
перемішування протягом 15 хв., тривалості пластівцеутворення 60 хв., 
відділення осаду фільтрацією через фільтрувальний папір “синя стрічка”) 
забезпечують зменшення величини ХСК відповідно від 1450 до 800 і 680 
мгО2/дм3. Це можна пояснити тим, що після введення твердого Са(ОН)2  
одночасно відбувається його гідратація та хемосорбція на ньому розчинених 
органічних сполук. Внаслідок гідратації утворюється деяка кількість 
розчиненого кальцію гідроксиду, яка перебуває в рівновазі з твердим 
Са(ОН)2 . Оскільки надалі спостерігається утворення грубих зависів, то це 
означає, що швидкість гідратації є більшою, ніж хемосорбції. У випадку 
застосування суспензії кальцію гідроксиду до стічних вод вводять 
гідратований кальцію оксид та деяка кількість розчинного кальцію 
гідроксиду, яка утворилась під час розчинення Са(ОН)2  у воді. Це й 
забезпечує більший ступінь зв`язування розчинних органічних сполук у 
вигляді малорозчинних сполук кальцію.  
На підставі отриманих результатів дійшли висновку, що в подальших 
дослідженнях серед кальцію оксиду та кальцію гідроксиду доцільніше 
використовувати другий реагент.  
Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на величину ХСК 
стічних вод при їх очищенні суспензією кальцію оксиду надано в таблиці 3.1. 
 
 
Встановлено, що попереднє акустичне оброблення суспензії Са(ОН)2  
дає більший ефект, ніж акустичне оброблення реакційного середовища, 
отриманого додаванням реагенту до стічної води. Це можна пояснити тим, 
що в першому випадку концентрація Са(ОН)2  є значно більшою, ніж у 
реакційному середовищі (після додавання до реагентів), через це тверді 
частинки частіше опиняються у кавітаційній області, де й відбувається їх 
часткове руйнування та активація. 
У результаті ступінь перетворення Са(ОН)2 стає значнішим. Це 
підтверджує висновок про доцільність  активування суспензії Са(ОН)2 
практично до подаванням її до СВ, сформульований за результатами 
досліджень роботи гідродинамічного кавітатора. 
 
Таблиця 3.1– Вплив ультразвукових акустичних випромінювань на 
величину ХСК стічних вод при їх очищенні суспензією кальцію оксиду 
(ХСК0=60 мгО /дм3
2 , тривалість процесу 20 хв) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Вміст Величина ХСК, мгО2/дм3 /  ступінь очищення, % 
Са(ОН)2 
Перемішування Озвучування Попереднє 
у стічних 
без озвучування стічних вод за озвучування суспензії 
водах, % 
допомогою СаО 
реагентів 
1 проба  Са(ОН)2 (гідродинамічна кавітація) 
2,5 395  /  14 250  /  37 155  /  61 
5,0 315  /  31 230  /  42 95  / 76 
7,5 230  /  50 125  /  68 70  /  85 
10,0 215  /  53 115  /  71 55  /  86 
2 проба  Са(ОН)2 (гідродинамічна кавітація) 
2,5 380  /  17 190  /  59 90  /  77 
5,0 210  /  54 155  /  66 75  /  81 
7,5 175  /  62 130  /  72 50  /  87 
10,0 145  /  68 115  /  75 35  /  91 
 
Як видно із таблиці 3.2. за вищих початкових значень ХСК стічних 
вод ефективність кавітаційного оброблення реакційної системи із 
використанням кальцію гідроксиду зростає. Це можна пояснити, 
опираючись на попередні висновки про дію активованого в кавітаційному 
полі кальцію гідроксиду як коагулянта. 
 
 
 
Таблиця 3.2 – Порівняння ступенів очищення стічних вод 
автотранспортного підприємства різними методами (ХСК0= 6940 мгО2/дм3) 
Ступінь 
Величина ХСК, 
Методи очищення очищення, 
мгО/дм3 
% 
Реагентне із застосуванням Са(ОН)2 1505 78,31 
Реагентне із застосуванням Са(ОН)2 та 
540 93,23 
кавітаційного активування 
Механічне (піщаний фільтр) 2975 57,13 
Флотаційне 1960 71,76 
Комбіноване (флотація + фільтрування) 1780 74,35 
 
3.1.2 Дослідження впливу кавітації на інтенсивність коагуляції 
аеробного мулу 
 
Застосування реагентного методу очищення стічних вод 
автотранспортного підприємства та його інтенсифікація в кавітаційних 
полях дає змогу істотно покращити показники технологічного процесу. 
Однак за дуже великих (понад 10 тис.) початкових значень ХСК стічних 
вод реагентним методом забезпечити очищення стічних вод до 
нормативних показників практично неможливо. У такому разі необхідна 
організації стадії біологічного аеробного доочищення стічних вод. Окрім 
стадії власне біологічного окиснення органічних забруднювачів важливою 
є стадія відділення аеробного мулу. Швидкість осадження мулу визначає 
 
 
об’єми технологічного обладнання, що відповідно впливає на собівартість 
очищення. 
Після кавітаційного оброблення стічних вод інтенсивність 
седиментації аеробного мулу є більшою, ніж у випадку необроблених 
стічних вод рис. Динаміка осідання активного мулу представлена на 
рисунку 3.1 
 
5
4 1
3 2
2
1
0
0 5 10 15 20 25 30
t, хв.
 
1– попередньо оброблені стічні води; 2– стічні води без 
попереднього оброблення; L – висота освітленого шару води, см; 
t – тривалість осідання, хв. 
Рисунок 3.1 – Динаміка осідання активного мулу 
 
Установлено також, що під час аерування стічних вод з активним 
мулом зміна ХСК стічних вод у разі їх попереднього оброблення в 
гідродинамічному кавітаторі є більшою. Так через 1,0 год. аерування 
(біологічного очищення) значення ХСК попередньо оброблених стічних 
вод дорівнює 130, а необроблених – 175 мгО2/дм3 (рис. 3.2). 
 
 
L, см
330
280
230
180 1
130 2
80
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
t, год
 
1– без попереднього оброблення; 2– попередньо оброблені у 
гідродинамічному кавітаторі; t – тривалість аерації, хв. 
 
Рисунок 3.2 – Залежність ХСК від часу аерування стічних вод з 
активним мулом (біологічного очищення). 
Надалі зміна ХСК в обох випадках відбувається практично однаково. 
Найімовірніше це пояснюється тим, що внаслідок кавітаційного 
оброблення частина органічних забруднювачів руйнується й стає легше 
засвоюваною мікроорганізмами біоценозу біореактора. Після їх 
використання швидкість біологічного окиснення органічних сполук, які в 
кавітаційному полі не зазнали змін, в обох випадках вирівнюється 
3.2 Опис лабораторних установок 
 
Очищення стічної води з використанням активованих природних 
сорбентів проводилося двома методами: дробовим та за допомогою 
сорбційної колонки з нерухомим шаром сорбенту. 
При проведенні досліджень дробовим методом використовувалися 
конічні колби місткістю 500 см 3 ГОСТ 25636; технічні ваги типу ВЛКТ-500 з 
похибкою зважування 0,1 г за ГОСТ 24104-88; апарат для струшування колб 
типу АВ; циліндр мірний місткістю 250 см 3 з похибкою 2,0 см 3 ГОСТ 1770. 
 
 
ХСК, мгО 3
2/дм
Дослідження другим методом проводилися на сорбційній колоні, яка є 
скляним циліндром з відтягнутим нижнім кінцем, на який одягалася гумова 
трубка і затискач для регулювання швидкості закінчення води. Внутрішній 
діаметр стовпчика 30 мм, висота 700 мм. У нижню частину циліндра 
поміщалася металева сітка для утримання шару сорбенту, потім шар 
сорбенту заввишки 22 см. Сорбційна колонка встановлювалася вертикально 
за допомогою лабораторного штатива. 
 
          3.3.Методики проведення експериментів 
 
3.3.1.Сорбція домішок стічної води дробовим методом 
 
Під час проведення експериментів використовувалася стічна вода 
Очищалася: 
1) вода із загального стоку після дегазації, відібрана на очисних 
спорудах; 
2) вода з приймання кислотної станції, відібрана у прядильному цеху 
№1. 
Як сорбенти для очищення стічних вод використовували активовані 
бентонітові глини Черкаського родовища (с. Дашуківка). 
Умовні позначення активованих глин: 2Б; 3Б; 4Б; 2К; 3К; 2Щ; 4Т. 
Проведення експерименту. 
У ряд конічних колб поміщали по 2, 4, 8, 12 г глини, циліндром 
приливали 200 см3 усередненої проби досліджуваної води. Колби закривали 
пробками та встановлювали в апарат для струшування. Перемішування 
виконували протягом однієї хвилини щогодини 11 разів. Через 12 годин 
відстоювання проби фільтрували за допомогою вакууму через воронку 
Шотта пір 16. 
У фільтраті визначали вміст іонів цинку та ГПК. 
 
 
Очищали стічна вода відібрана з віджимного колектора прядильної 
машини № 22 в прядильному цеху № 1. 
Проба стічної води містила 31,5 мг/дм 3 іонів цинку та мала рН 2,3. 
Як сорбент для очищення води використовували суміш активованих 
глин з умовним позначенням 4Т і 2Щ у співвідношенні 5:1. 
Проведення експерименту. 
У конічну колбу поміщали 20 г суміші глин, переливали 500 см 3 води, 
що досліджується. Колби закривали пробками та встановлювали в апарат для 
струшування. Струшування виконувалося протягом 10 хвилин. Після 
десятихвилинного відстоювання обережно зливали воду в колбу, потім 
фільтрували її за допомогою вакууму через вирву Шотта пор 16. Повторно 
заливали глину новою порцією досліджуваної води і повторювали операції 
струшування, відстоювання та фільтрування. 
У фільтраті визначали вміст іонів цинку та заміряли величину рН 
. 
Сорбція домішок стічної води через нерухомий шар сорбенту 
Проби води відбиралися: 
1) із приямка кислотної станції прядильного цеху № 1; 
2) їх віджимного колектора прядильної машини №22 прядильного цеху 
№1. 
Перед пропусканням через адсорбційну колонку досліджувані проби 
води доводили до значень рН 6,0-6,5 а концентрацію іонів цинку 
встановлювали в межах 13-15 мг/дм 3 . 
Як сорбент для очищення підготовлених проб досліджуваної води 
використовували активовані бентонітові глини з умовним позначенням 4Т і 
2Щ. Перед заповненням адсорбційної колонки глину гранулювали гранули з 
розмірами (3-5) мм і (1-2,5) мм. Для надання міцності гранули обпалювалися 
в печі муфельної при 500 С протягом 45 хвилин. Після підготовки глини 
поміщалися в колонку шарами: 10 г глини 4Т із розмірами гранул (3-5) мм; 
 
 
50 г глини 4Т із розмірами гранул (1-2,5) мм; 10 г глини 2Щ з розмірами 
гранул (3-5) мм; 50 г глини 2Щ з розмірами гранул (1-2,5) мм; 20 г глини 2Щ 
із розмірами гранул (3-5) мм. Загальна маса сорбенту в адсорбційній колонці 
становила 140 г. 
Швидкість витікання води з адсорбційної колонки одна крапля на 
секунду. 
У кожному другому літрі очищеної води визначали вміст іонів цинку та 
заміряли величину рН. 
Отримані дані подано малюнку 2.5. 
 
3.4.Методики визначення компонентів 
Методика визначення масової концентрації іонів цинку 
Метод вимірів. 
Методика призначена для вимірювання масової концентрації цинку в 
стічних водах діапазоні концентрацій 1,0-60,0 мг/дм 3 . 
Метод заснований на титруванні іонів цинку розчином трилону Б при 
рН-10: 
OOC CH2 \   CH2  CJJ 
NO2H N  CH  CH  N     Zn 2  
OOC CH / 2 2
2  CH2  COO
OOC CH2 \ CH2  COO
Na 
2Zn N  CH2  CH2  N     2H
OOC CH2 /  CH2  COO
(3.1) 
Кінцева точка титрування встановлюється щодо зміни забарвлення 
індикатора ериохром чорного Т. 
Засоби вимірювання, допоміжні пристрої, реактиви та матеріали. 
Циліндр місткістю 50 см 3 , 2 клас, згідно з ГОСТ 1770-74; 
колба конічна місткістю 250 см 3 за ГОСТ 25336-82; 
колба мірна місткістю 1000 см 3 2 клас за ГОСТ 1770-74; 
піпетка місткістю 5 та 10 см 3 , 2 клас, за ГОСТ 29169-91; 
бюретка місткістю 10 та 25 см 3 , 2 клас, за ГОСТ 29169-91; 
 
 
склянка місткістю 200 см 3 за ГОСТ 25336-82; 
плита електрична, згідно з ГОСТ 306; 
годинник пісочний на 1 і 2 хвилини; 
ваги лабораторні, 2 клас, межа зважування 200 г, ціна поділу шкали 0,1 
мг, за ГОСТ 24104-88; 
гірі набір Г-2-210 за ГОСТ 7328-82; 
лимонна кислота, 4., 20% розчин, за ГОСТ 3652-69; 
натрій фтористий, 4. Або 4.д.а., 25% розчин, згідно з ГОСТ 4463-76; 
трилон Б (комплексон III, двонатрієва сіль етилендіамінтетра-оцтової 
кислоти), 4.д.а., 0,01 н розчин, за ГОСТ 10652-73; 
аміачний буферний розчин, рН10; 
індикатор ериохром чорний Т за ТУ 6-09-1760-72. 
 
Підготовка до виконання вимірювань 
Приготування індикатора Еріохром чорний Т. 
1,0 г індикатора розчиняють зі 100,0 г хлористого натрію в тонкий 
порошок. 
Приготування буферного аміачного розчину з рН 10. 
г амонію хлористого поміщають у мірну колбу місткістю 1000 см 3 
потім циліндром додають 570 см 3 25% розчину аміаку, доводять до мітки 
дистильованою водою і перемішують. 
Приготування цинку сірчанокислого, 0,01 н розчин. 
0,3275 г цинку металевого поміщають у склянку місткістю 200 см 3 і 
розчиняють у 50 см 3 20% розчині сірчаної кислоти при нагріванні. Вміст 
склянки кількісно переносять у мірну колбу місткістю 1 дм 3 доводять до 
мітки дистильованою водою, перемішують. 
 
Приготування ЕДТА, 0,01н розчин. 
 
 
2,0 г ЕДТА розчиняють у дистильованій воді у мірній колбі місткістю 1 
дм 3 . 
Для встановлення поправного коефіцієнта приготовленого розчину 
трилону Б в конічну колбу відміряють бюреткою 20 см 3 0,01 н розчину 
цинку сірчанокислого, додають 100 см 3 дистильованої води, 10 см 3 
аміачного буфера, сухий індикатор на кінчику шпателя і червоного 
забарвлення в синьо-бузковій. 
Поправочний коефіцієнт розраховують за формулою: К=20/V, де V-
об'єм розчину ЕДТА, витрачений на титрування, см 3 . 
 
Виконання вимірів 
50 см 3 аналізованої проби, відібраної циліндром, поміщають у конічну 
колбу, послідовно доливають піпетками 5 см 3 розчину лимонної кислоти та 
10 см 3 розчину фтористого натрію. Колбу встановлюють на електроплитку і 
кип'ятять протягом 1-2 хвилин. Колбу з пробою охолоджують, потім 
піпеткою доливають 5 см 3 аміачно-буферного розчину і додають на кінчику 
шпателя сухий індикатор ериохром чорний Т. Вміст колби перемішують і 
титрують 0,01 н розчином трилону Б до переходу забарвлення з винно. 
Вимірюють об'єм розчину трилону Б, витрачений на титрування проби. 
 
Обчислення результату вимірів 
Масову концентрацію іонів цинку (А) у стічних водах мг/дм 3 
визначають за формулою: 
V 0,3269  1000
  , (2.2) 
50
де V-об'єм 0,01 н розчину трилону Б, що пішов на титрування проби, 
см 3 ; 
К-поправочний коефіцієнт концентрації 0,01 н розчину трилону Б; 
0,3269- титр 0,01 н розчину трилону Б по цинку, г/см 3 ; 
50- обсяг проби стічної води, см3 . 
 
 
 
3.4.1 Методика вимірювання хімічного споживання кисню (ГПК) 
у стічних водах 
 
Метод вимірів 
Методика призначена для вимірювання ГПК стічної води в діапазоні 0-
600 мг/дм 3 . 
Метод заснований на окисленні суми органічних речовин та 
неорганічних відновлень, присутніх у водах, калієм дворомовокислим у 
кислому середовищі при кип'ятінні. Надлишок калію дворомовокислого 
визначають титруванням сіллю Мора (амоній-залізо (II) сірчанокислим). Для 
підвищення повноти окислення органічних речовин до проби додають як 
каталізатор сірчанокисле срібло. Величину ГПК розраховують за кількістю 
відновленого дворомовокислого калію; 1 моль калію дворомовокислого 
відповідає 16 молів кисню. 
Розмір визначеного значення ГПК залежить від складу води. Метод 
виміру чутливий до деяких факторів, що заважають. Так вплив хлоридів 
усувають так. При концентрації хлоридів більше 1 г/дм 3 додають сульфат 
ртуті у кількості, що перевищує 15 разів вміст хлоридів, одночасно вводять 
концентровану сірчану кислоту. При концентрації хлоридів 1-2 г/дм 3 
мінімально визначається значення ГПК-25 мг/дм 3 для нижчих значень ГПК-
результати недостовірні. Заважаючий вплив сульфідів можна усунути 
попереднім окисленням їх дворомовокислим калієм в кислому середовищі на 
холоді. 
Засоби вимірювань, допоміжні пристрої, реактиви та матеріали 
Терези лабораторні загального призначення, 2 клас, межа зважування 
20 г, ціна розподілу шкали 0,1 мг, за ГОСТ 24104; 
плитки електричні, згідно з ГОСТ 306; 
колба конічна місткістю 250 см 3 за ГОСТ 25336; 
 
 
зворотний холодильник ХШ6, за ГОСТ 24336; 
піпетка місткістю 10 та 20 см 3 , 2 клас, за ГОСТ 29169; 
бюретка місткістю 25 см 3 , 2 клас, за ГОСТ 29169; 
циліндр мірний місткістю 100 см 3 2 клас за ГОСТ 1770; 
колба мірна місткістю 1000 см 3 2 клас за ГОСТ 1770; 
скляні кульки, шматочки пемзи; 
калій дворомовокислий за ГШОСТ 4220; 
сірчана кислота концентрована за ГОСТ 4204; 
ртуть сірчанокисла за ГОСТ 5558; 
срібло сірчанокисле за ТУ 6-09-3703; 
амоній-залізо (II) сірчанокислий (сіль Мора) згідно з ГОСТ 4203; 
залізо сірчанокисле (II) за ГОСТ 41484 
індикатор фероїн за ТУ 6-09-3592; 
калій фталевокислий за ТУ 6-09-4433; 
вода дистильована за ГОСТ 6709. 
Слід використовувати реактиви класифікації Ч. чи ЧДА. 
 
Відбір проб 
Відбір проводять у скляний посуд із притертою пробкою. Пробу 
зберігають при 3-4° С та визначення проводять не пізніше ніж через добу. 
Пробу після відбору консервують 1 см 3 концентрованої сірчаної кислоти на 1 
дм 3 проби. Термін зберігання консервованої проби – 5 діб. 
 
Підготовка до виконання вимірювань 
Приготування калію дворомовокислого, 0,25 н розчин 
12,260 г біхромату калію, висушеного протягом 2 годин при 105 С, 
розчиняють у дистильованій воді і розбавляють до 1 дм 3 . 
Приготування титрованого розчину амоній-залізо (II) сірчанокислого, 
0,25 н. 
 
 
98,0 г амоній-залізо (II) сірчанокислий Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 6H 2 O 
розчиняють у дистильованій воді, додають 20 см3 концентрованої сірчаної 
кислоти, охолоджують, доводять об'єм до 1 дм 3 дистильованою водою. 
Титр розчину встановлюють кожної серії визначень. Для чого 
відміряють піпеткою 10 см 3 0,25 н розчину дворомовокислого калію, 
доливають 90 см3 дистильованої води, 10 см 3 концентрованої сірчаної 
кислоти і після охолодження титрують 0,25 н розчином солі Мора при 
додаванні 2-3 крапель розчину ферину. 
Поправочний коефіцієнт розраховують за формулою: К=10/V, де V-
об'єм розчину солі Мора, витрачений на титрування, см 3 . 
Приготування розчину індикатора фероїну 
1,5 г моногідрату 1,10-фенантроліну і 0,7 г заліза сірчанокислого FeSO 
4 7H 2 O розчиняють у невеликій кількості дистильованої води і доводять 
об'єм до 100 см 3 . 
Приготування стандартного розчину фталієвокислого калію, 2.0824н. 
0,4251 н калію фталієвокислого НООСС 6 Н 4 СООК, висушеного при 
105 С протягом 2 годин, розчиняють у дистильованій воді, об'єм доводять до 
1 дм 3 . Розчин відповідає значенню ГПК 500 мг/дм 3 . Розчин зберігають при 
4 °С, стабільний 1 тиждень. 
 
Контрольне визначення 
Аналізуючи 10 см 3 стандартного розчину фталієвокислого калію за 
тією ж методикою, що і пробу, перевіряють метод і чистоту реагентів. Хід 
аналізу вважається задовільним, якщо контрольне визначення дає 
щонайменше 90% цього значення. Визначення проводять під час 
приготування нової мережі розчинів реактивів. 
 
 
 
 
 
Виконання вимірів 
Сильно забруднені води (з передбачуваними значеннями ГПК більше 
200 мг/дм 3 ) розбавляють перед визначенням так, щоб на окислення 
витрачалося не більше 50% калію дворомовокислого, що додається. Проби 
перед розведенням перемішують. 
20 см 3 проби (у разі необхідності розведення менший її об'єм, 
доведений дистильованою водою до 20 см 3 ) поміщають у колбу зі шліфом 
для кип'ятіння. Додають піпеткою 10 см 3 0,25 н розчину дворомовокислого 
калію і скляні кульки (шматочки пемзи). 
Суміш перемішують. Обережно доливають циліндром 30 см 3 
концентрованої сірчаної кислоти. Колбу з пробою приєднують до зворотного 
холодильника і кип'ятять 2:00, не допускаючи бурхливого кипіння. Потім 
колбу з пробою охолоджують, змивають продукти реакції з холодильника 
колбу 25 см 3 дистильованої води, колбу від'єднують від холодильника. 
Доливають 75 см 3 дистильованої води та суміш знову охолоджують до 
кімнатної температури. Потім додають 2-3 краплі розчину фероїну і 
титрують надлишок біхромату калію титрованим розчином солі Мора до 
зміни забарвлення індикатора від зеленої до червоно-бурої. 
Паралельно проводять досвід із 20 см 3 дистильованої води. 
Необхідно стежити, щоб при кип'ятінні зберігся золотисто-жовтий 
відтінок рідини. Якщо проба стає жовто-зеленою, значить доданої кількості 
калію дворомовокислого не вистачає на повне окиснення. В цьому випадку 
аналізовану пробу води треба розбавити. 
 
Обчислення результатів вимірів 
Величини ГПК стічних вод (Х) в мг/дм 3 визначають за формулою: 
a  b  2000
  m , (2.3) 
V
де а-об'єм 0,25 н розчину солі Мора, що пішов на титрування холостої 
проби, см 3 ; 
 
 
b- об'єм 0,25 н розчину солі Мора, що пішов на титрування проби, що 
досліджується, см 3 ; 
V- обсяг проби стічної води, см 3 ; 
К-поправочний коефіцієнт концентрації 0,25 н розчину солі Мора; 
2000- коефіцієнт перерахування, рівний добутку (80,251000), де 8-
кількість кисню, еквівалентне одному молю солі Мора, мг; 
0,25 - нормальність розчину солі Мора; 
m- коефіцієнт кратності розведення проби стічної води, що дорівнює 
відношенню загального обсягу розбавленої проби до обсягу проби стічної 
води, взятої для розведення. 
За результат аналізу приймають середнє значення із двох паралельних 
визначень. 
Експериментальні дані представлені малюнки  
 
3.5 Обговорення експериментальних даних 
 
З наведених вище експериментальних даних видно, що бентонітова 
глина має здатність сорбувати зі стічних вод розчинені органічні речовини та 
іони цинку. 
На рисунках 2.1-2.4 та представлені результати аналізу води очищеної з 
різною активацією (2Б, 3Б, 4Б, 2К, 3К, 2Щ, 4Т) дробовим методом по 
пропису кращі результати з адсорбції іонів цинку дали глини з умовним 
позначенням 2Щ, 4Т, 4Т а органічні речовини порівняно добре сорбують 
глини з уловним позначенням 4т, 4Б, 2Б. Так (4-12) г глини з умовним 
позначенням 2Щ повністю сорбують іони цинку із проб досліджуваних вод в 
умовах експерименту, а при обробці вод глиною 4Т вміст органічних речовин 
знизився приблизно втричі. Недоліком глини 2Щ є те, що вона утворює з 
водою дрібнодисперсну суспензію, яка залишається стійкою навіть після 12 
годин відстоюється. Це суттєво ускладнювало фільтрування проб. При 
 
 
дослідженні інших бентонітових глин поділ двох фаз під час відстоювання 
проходив до кінця і труднощів при фільтруванні не було. 
З метою добитися кращого поділу фаз глина-вода при використанні 
глини Щ проведено експеримент з очищення вод сумішшю глин4Т і 2Щ у 
співвідношенні 5:1 в тих же умовах. При цьому на стадії відстоювання 
спостерігалося досить швидке розділення фаз, що прискорило процес 
фільтрування води. Зниження вмісту іонів цинку та органічних речовин у 
фільтраті було приблизно таким самим, як і при очищенні води кожної з цих 
глин окремо (див. рис.21-2.4). 
далі був проведений експеримент з очищення води дробовим методом 
пропису пункту з використанням глин 4Т і 2Щ у співвідношенні 5:1. У ході 
експерименту було визначено оптимальні умови роботи глин. Встановлено, 
що стічна вода, що очищається, повинна мати значення рН не менше (4-5). 
Наведені дані також показують, що при зниженні рН промивної води до 
значень (2-3) відбувається десорбція цинку, що видобувається з поверхні 
бентоніту. 
Визначення динамічної обмінної ємності глин 4Т і 2Щ по іонах цинку з 
нерухомим шаром сорбенту за прописом попередньо бентонітову глину 
піддали гранулювання та випалу для запобігання диспергування глин у воді. 
Підготовлена стічна вода мала рН (6,0-6,5), а концентрація іонів цинку 
становила 13-15 мг/ дм3 ; швидкість фільтрації води 1,0 дм 3 за годину. 
Результати експерименту представлені малюнку 3.5. 
Динамічну обмінну ємність глини (ДОЕ) в мг-екв/г глини 
розраховували за формулою: 
С V
ДОЕ  , (2.4) 
N 32.69
де С-середня концентрація іонів цинку підготовлених проб води, мг/дм 
3 ; 
V- об'єм фільтрату очищеної води до проскоку іонів цинку, дм 3 ; 
N- навішування бентоніту, г; 
 
 
32.69 - еквівалент цинку. 
Динамічна обмінна ємність для досліджуваних форм бентоніту 
становить 0,33 мг-екв/г глини або 10,84 мг/г глини. 
 
Характеристики мікроклімату лабораторії та порівняння основних 
показників з нормативами 
 
 
 
 
 
 
 
3.6 Висновки за експериментальними даними 
 
Проведено дослідження щодо визначення сорбційної здатності 
активованих бентонітових глин модифікацій 2Б, 3Б, 4Б, 2К, 3К, 2Щ, 4Т. 
Встановлено, що: 
1.  Найбільша сорбційна здатність по відношенню до іонів цинку має 
глина активації 2Щ. Обробка стічної води зазначеною глиною дозволяє 
повністю видалити іони цинку з води, що очищається. 
2.  Органічні речовини зі стічної води найповніше сорбуються глинами 
4Т, 4Б, 2Б. Вміст органічних речовин у водах, очищених за допомогою цих 
глин, зменшується приблизно в 3 рази. 
3.  Величина рН стічної води, що очищається, повинна бути більше (4-
5), оскільки при значенні рН менше 4 відбувається десорбція цинку з 
поверхні бентонітових глин. 
4.  Динамічна обмінна ємність глин модифікацій 4Т і 2Щ (до проскоку) 
за іонами цинку становить 0,33 мг-екв/г або 10,84 мг/г глин. 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
4 ПРОЕКТ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОЧИЩЕННЯ 
СТІЧНИХ ВОД З ВИКОРИСТАННЯМ БЕНТОНІТОВИХ ГЛИН 
 
За діючим технологічним процесом очищення загальний стік, що 
містить у собі солі цинку, проходять механохімічне очищення. При цьому 
цинк у вигляді гідроксиду Zn(OH) 2 переходить у шлам і складується в 
шламонакопичувачах. 
На підставі отриманих експериментальних даних пропонується 
здійснити реконструкцію очисних споруд, замінивши реагентний спосіб 
видалення цинку зі стоків на сорбційний. 
 
4.1Опис технологічної схеми 
 
Пропонується, загальний стік після дегазації (див.п.2.2) направляти в 
реактор-змішувач для змішування з вапняним молоком, яке подається зі 
складу мокрого зберігання вапна. 
Реактор-змішувач є залізобетонним резервуаром (9 16 1,8)м 
лабіринтного типу, футерований кислототривкою цеглою. Для 
інтенсивнішого перемішування стоків змішувач обладнаний барботажною 
системою. 
У змішувачі має відбуватися перемішування стоків з вапняним 
молоком для нейтралізації кислоти до рН (6,0-6,5) (при цьому значенні рН 
досягається максимальна сорбційна ємність глин). Час перебування стоків у 
змішувачі становитиме (10-17) хвилин. 
Після змішувача стоки повинні послідовно спрямовуватись у дві 
відкриті ємності лабіринтного типу, заповнені гранульованою бентонітовою 
глиною. У першу ємність міститься активована глина модифікації 4Т, у 
другу-активована глина модифікації 2Щ. 
 
 
Ємності є резервуари земляного типу (100 36 2)м, кожен. Основа та 
укоси виконані з місцевого ґрунту, підстилаючий шар-з щебеню товщиною 
150 мм. На укоси та основи покладено асфальтове покриття товщиною 100 
мм. 
У першій ємності відбувається сорбція органічних речовин та часткова 
сорбція іонів цинку, а у другій ємності відбувається повна сорбція іонів 
цинку. Час контактування стоків із глинами складе (9,0-9,4) годин. 
Далі стічні води загального стоку повинні прямувати у відстійники і 
так далі, за технологічною схемою очищення, що діє. 
 
4.2  Розрахунок витрати основних видів матеріалів 
 
Таблиця 4.1- Норми витрати основних матеріалів та енергоресурсів на 
очищення 1 м 3 промислових стоків, що містять 40 г/м 3 цинку 
 
Найменування матеріалів та Норми витрати на 
енергоресурсів 1 м 3 очищених 
промстоків 
1 Глина бентонітова модифікації 4Т 1,845 кг 
2 Глина бентонітова модифікації 2Щ 1,845 кг 
3 Вапно будівельне з масовою  
концентрацією активної СаО 70%, при  
концентрації кислоти у стоках 0,6 кг/м 3 0,490 кг 
4 Електроенергія 0,65 кВт год 
5 Теплоенергія 175 Ккал 
 
Зі збільшенням або зниженням масової концентрації кислоти та цинку 
у стічних водах щодо розрахункової величини норма витрати матеріалів 
коригується. 
 
 
 
4.2.1 Розрахунок витрати бентонітових глин 
 
Експериментальна динамічна обмінна ємність глини за цинком (до 
проскоку) дорівнює 10,84 мг/г глини. 
При вмісті цинку в стічних водах 40 г/м 3 , необхідна норма витрати 
глини на 1 м 3 становитиме: 
Q глини = 40/10,84 = 3,69 кг/м 3 
На підприємстві за добу утворюється 20000 м3 загальних стоків, на 
очищення яких потрібно: 
= 20000 3,69 = 73800 кг/добу або 73,8 т/добу. 
Об'єм ємності, в яку міститься глина, дорівнює 7200 м 3 а маса 
поміщеної глини, при насипній щільності 0,903 т/м 3 (щільність отримана 
експериментально), складе 
G глини = 7200 0,903 = 6501,6 т. 
Об'єм в ємності, який займає безпосередньо глина, при її щільності 2 
т/м 3 (щільність отримана експериментально), дорівнює 
V 3 = 6501,6 / 2 = 3250,8 м 3 
а вільний об'єм, який займе стічна вода, що очищається, дорівнює 
V св = 7200-3250,8 = 3949,2 м 3 . 
При витраті стічної води 833,3 м 3 /год час контактування глини з 
водою складе 
=3949,2/833,3=4,7 години. 
Сумарна маса глин двох ємностей дорівнює 1300,3 т - цієї кількості 
достатньо для проведення процесу очищення стічних вод протягом 176 днів. 
Загальний час контактування глин із водою становитиме 9,4 годин. 
 
 
 
 
 
4.2.2 Розрахунок норми витрати будівельного вапна 
 
У технології очищення стічної води вапно витрачається у вигляді 
вапняного молока Са(ОН) 2 на нейтралізацію кислоти значення рН 6,0. 
СаО+Н 2 Про Са(ОН) 2 (4.1) 
Н 2 SО 4 +Са(ОН) 2 СаSО 4 +2Н 2 Про (4.2) 
Молекулярні маси та еквіваленти кислоти та вапна: 
М Н2SО4 =98 моль/дм 3 М CаO =56 моль/дм 3 
Е 3 
Н2SО4 = 49 г-екв/дм Е СаО = 28 г-екв/дм 3 
При величині рН 6,0 концентрація іонів водню дорівнює 
рН=-lg[H + ] (4.3) 
6,0=-lg[H + ], тоді [Н + ]=1 10 -6 
 г 
Кислота дисоціює за рівнянням: 
Н 2 SО + 2- 
4 2Н + SО4 (4.4) 
Вихідна концентрація кислоти в стоках- 0,6 г/дм 3 а необхідна, для 
досягнення значення рН 6,0: 
98 г (Н 2 SО 4 ) - 2 г (Н + ) 
х - 1 10 -6 
 г (Н + ) 
х=1 10 -6 
98/2=49 10 -6 
 г/дм 3 . 
Тоді в 1 дм3 потрібно нейтралізувати: 
0,6-49 10 -6 
 = 0,599951 г кислоти. 
Для цього потрібно активної СаО в кількості 
49 г-екв (Н 2 SО 4 ) - 28 г-екв (СаО) 
0,599951 р - х 
28 0,599951
х   0,343м на 1 дм 3 кислоти. 
49
Норма витрати вапна за товарним продуктом, що містить 70% активної 
СаО складе: 
Q тов =0,343/0,7=0,490 г/дм 3 або 0,490 кг/м 3 
 
 
6.ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ 
 
6.1 Дослідження ринку та забезпечення випуску продукції 
 
Вода – одне з найбільших багатств у житті людини. Вона широко 
використовується в різних галузях життя в повсякденному житті людини і 
використовується для приготування напоїв, приготування їжі, санітарних і 
гігієнічних потреб. Вода необхідна для перебігу багатьох технологічних 
процесів, вирощування сільськогосподарської продукції, переробки на 
споживчу продукцію та різних галузей промисловості, що використовуються 
як сировина, реагенти, теплоносія, промислові агенти тощо. 
Неухильний ріст міст, поліпшення санітарно - технічного благоустрою 
будинків, а також зміна згодом якісних показників природних вод, 
вичерпання джерел, використовуваних для водопостачання, потребують 
безупинного росту продуктивності систем водопостачання та розроблення 
нових джерел водопостачання. 
 
6.2 Виробничий план підприємства 
 
6.2.1 Вибір методу виробництва та режиму роботи цеху. 
 
Об’єктом дослідження є стічні води підприємства. 
Технологічний процес очищення і підготовки води відбувається за 
такою схемою: 
- водозабір води та подача насосною станцією першого підйому на 
очищення; 
- відстоювання води; 
- біоактивація; 
- коагуляція та освітлення; 
 
 
- подача насосною станцією другого підйому. 
Продуктивність виробництва 3000 м3/добу питної води. 
У зв`зку з тим, що зупинка обладнання може призвести до значних 
втрат сировини, порушення технологічного режиму вводимо безперервний 
режим роботи станції.  
 
Цех водопідготовки працює по режиму з безперервним робочим 
тижнем в три зміни по 8 годин. Кількість бригад визначається за 
формулою: 
 
П = 24/tзм + 1,                                         (6.1) 
 
де tзм - тривалість зміни, год. 
Отримую: 
П = 24/8 + 1 = 4 бригади. 
 
Тривалість змінооберту визначаю за формулою: 
 
Т = Па,       (6.2) 
 
де а - число робочих днів у зміні протягом тижня. 
 Тоді: 
Т = 42 = 8 днів. 
 
 
 
Роботу обслуговуючого персоналу організовую цілодобово по 
чотирьохбригадному графіку з прямим чередуванням змін. 
 Виходячи з отриманих розрахунків складаю графік виходу 
бригад, який наведений у таблиці 6.1. 
 
  
 
 
Таблиця 6.1 – Графік змінності 
 Числа місяця 
Брига 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
ди 
1 А А - В В В В - С С С С - - А 
2 С С С С - - А А А А - В В В В 
3 В В В - С С С С - - А А А А - 
4 - - А А А А - В В В В - С С С 
 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 
1 А А А - В В В В - С С С С - - 
2 - С С С С - - А А А А - В В В 
3 В В В В - С С С С - - А А А А 
4 С - - А А А А - В В В В - С С 
 
 А - робоча зміна з 16-00 до 0-00; 
 B - робоча зміна з 8-00 до 16-00; 
 C - робоча зміна з 0-00 до 8-00. 
 
 За цим графіком змінообіг складає 12 днів, з них 9 робочих та 3 
вихідних, тобто на протязі року працівник відпрацьовує так кількість змін: 
 
Рд=365·9/12= 274 дні; 
 
 
 
та має вихідних: 
В= 365·3/12= 91 день. 
 
 Денний персонал працює в одну зміну по п’ятиденному тижню і 
за рік всього відпрацьовує: 
Р=365·5/(7)-10=251 день 
 
та має вихідних: 
В=365·2/7=104 дні. 
 
 
6.2.2 Фонд часу роботи обладнання 
 
Календарний фонд - це максимально можливий фонд часу роботи 
обладнання на рік. Тобто: 
 
Fк = 36524 = 8760 год. 
 
Номінальний фонд часу роботи обладнання в залежності від 
встановленого режиму виробництва визначається за формулою: 
 
Fд = 365np,                                               (6.3) 
 
де np - кількість годин роботи обладнання на добу. 
 
 
 
 Для встановленого режиму: 
 
Fд = 36524 = 8760 год. 
 
 Ефективний фонд часу дорівнює дійсному фонду за мінусом 
технологічних зупинок на ремонт, який проводиться у робочий час і 
визначається за формулою: 
Fеф = Fд – Трем – Т0,                                                   (6.4) 
 
де Трем - загальна тривалість зупинок обладнання по всіх видах 
ремонту протягом року, год.;  
                Т0 - тривалість зупинок технологічного характеру за рік, 
год. 
Fеф = 8760 – 480 – 24 = 8256 год. 
 
 
6.2.3 Побудова графіку ППР обладнання 
Система планово – попереджувального ремонту обладнання 
підприємства включає поточний, капітальний ремонт та міжремонтне 
обслуговування. 
Згідно з ремонтними нормативами, які регламентують час роботи 
обладнання між ремонтами, розраховується структура міжремонтного 
циклу та будується графік планово - попереджувальних ремонтів, що 
наведений у таблиці 6.3, враховуючи те, що за рік повинен проводитися 
один капітальний ремонт і декілька поточних. 
 
Таблиця 6.3 – Річний графік ППР обладнання цеху  
 
 
 Умовні позначення  
Нормативи часу роботи 
Найменування ремонту та їх Річна 
між ремонтами/ час 
обладнання виконання тривалість 
зупинки на ремонт 
по кварталам зупинок, 
Кап.рем, Поточ.рем 1 2 3 4 год 
год. год. 
25920 1440 
Насосна станція Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
34560 2880 
Тангенціальна 
Пт Пт  Пт 108 
пісколовка 528 36 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
25920 1440 
Біофільтр Пт Пт Пт Пт 128 
252 32 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
13140 4380 
Флотатор  Пт  Пт 96 
72 24 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
133140 4380 
Кавітатор Пт   К 96 
72 24 
8760 4380 
Прес-фільтр Пт  К  72 
48 24 
 
  
 
 
Продовження таблиці 5.3 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
34560 2880 
Біореактор Пт  Пт Пт 108 
528 36 
133140 4380 
Насос Пт   К 96 
72 24 
133140 4380 
Кавітатор Пт   К 96 
72 24 
17280 4380 
Відстійник  К  Пт 72 
48 24 
34560 8640 
Пряснювач  Пт   104 
260 104 
 
6.2.4 Розрахунок виробничої потужності 
 
Виробнича потужність дільниці визначається продуктивністю 
основного апарату чи агрегату. Виробнича потужність цеху - 
продуктивністю основної дільниці.  
Виробничу потужність визначаю за формулою:   
 
                          N Q n Fеф Кв ,                                             (6.5) 
 
де Q - продуктивність підприємства, м3/год; 
     n – кількість агрегатів;  
     Fеф – ефективний фонд часу роботи обладнання, год; 
 
 
     Кв – коефіцієнт виходу продукції (вихід готової продукціїї з 
одиниці сировини чи напівфабрикатів). 
 
N 1251825611032000 , м3/рік 
 
 
  
 
 
6.2.5 Розрахунок вартості основних фондів 
 
Далі проводимо розрахунок вартості основних фондів, до яких 
належать вартість будівель та вартість обладнання. Розрахунок вартості 
будівель наведено у таблиці 5.4, а розрахунок вартості обладнання в 
таблиці 5.5. 
 
Таблиця 6.4 - Розрахунок вартості будівель 
Амор
Кі Початкова Сума 
ти-
Найменування ль вартість, аморти-зації, 
зація, 
к. грн грн 
% 
Будівлі: 
Насосна станція  1 35026,00 5 1751,30 
Виробниче приміщення 1 125002,00 5 6250,10 
Побутовий блок 1 24926,70 5 1246,34 
Споруди: 
Відкритий майданчик 1 105217,00 5 5260,85 
під обладнання 
Всього  290171,80  14508,59 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 6.5 - Розрахунок вартості обладнання 
Найменування Кіл Ціна за 15% Вартість з % Сума 
обладнання ькіс одиницю, витрат урахуван- амор амортиза-
ть грн. на ням тиза ції, грн 
монтаж монтажу ції 
1 2 3 4 5 6 7 
Насосна станція 3 15348,2 2302,23 52951,29 15 7942,69 
Насос 17 1510,00 226,50 29520,50 15 4428,08 
Тангенційна 
2 1611,90 241,79 3707,37 15 556,11 
пісколовка 
Флотатор 3 2360,80 354,12 8144,76 15 1221,71 
Прес-фільтр 4 681,55 102,23 3135,13 15 470,27 
 
Продовження таблиці 6.5 
1 2 3 4 5 6 7 
Кавітатор 2 1604,63 481,39 4172,03 15 625,80 
Біореактор 1 2859,52 428,93 3288,45 15 493,27 
Прояснювач 1 1250,50 187,58 1438,08 15 215,71 
Дозатори 2 50581,9 1674,57 100512,94 15 22176,94 
Всього    206870,55  38130,58 
 
 
 
 
 
 
 
6.3 Штати і фонд заробітної плати персоналу 
 
6.3.1 Баланс часу роботи 
  
Баланс робочого часу визначає кількість днів, які повинен 
відпрацювати один середньосписочний робітник за рік в залежності від 
прийнятого у проекті режиму роботи цеху та тривалості робочої зміни. 
 Для безперервних виробництв з 8 - годинною робочою зміною 
баланс роботи часу одного робітника в днях за рік складає: 
- календарний фонд – 365 днів; 
 - вихідні та святкові дні – 91 день; 
- дійсний фонд часу роботи 274 дні; 
- неявки на роботу: 
- відпустка - 24 дні; 
- хвороба - 7 днів; 
- виконання держобов’язків - 1 день; 
 
Разом невиходів - 32 дні; 
Ефективний фонд робочого часу одного робітника - 242 дні. 
 
Змінообіг становить 16 днів, тобто робітник працює 12 днів по 8 
годин і має 4 вихідні. 
 
 
6.3.2 Визначення кількості працюючих 
 
Розрахунок кількості робітників проводиться за явочними списками. 
Для переходу від явочної до облікової кількості необхідно зіставити 
кількість днів роботи цеху з часом роботи окремого робітника за рік. 
 
 
При безперервній роботі цеху кількість днів роботи за рік становить 
365 днів, баланс часу роботи одного робітника - 242 дні, коефіцієнт 
переходу від явочної до облікової кількості робітників становить: 
 
365 : 242 = 1,5 
 
Різниця між обліковою і явочною кількістю робітників становить 
додаткову кількість для підміни в графіку змінності роботи та заміні при 
неявці в зв`язку з хворобою, відпусткою тощо. Порядок розрахунку 
кількості працюючих та фонду їх зарплати наводиться в таблиці 6.5 та 6.6 
[19]. 
 
6.3.3 Розрахунки фонду зарплати робітників 
 
Розрахунки фонду зарплати для робітників основних виробництв 
та допоміжних робітників наводяться окремо, тому що зарплата (з 
нарахуванням) робітників основних виробництв при калькуляції 
собівартості продукції включається в окрему статтю витрат, а 
допоміжних робітників в склад цехових витрат та витрат по утриманню 
та експлуатації обладнання. При цьому допоміжні робітники 
розподіляються на групи: 
- робітники по обслуговуванню технологічного процесу 
(КВПіА, лаборанти) - зарплата цієї групи включається в кошторис 
цехових витрат; 
- робітники по нагляду за технологічним обладнанням (ремонтні 
бригади, чергові слюсарі, електрики, налагоджувальники) - зарплата 
їх включається в кошторис витрат по утриманню та експлуатації 
обладнання; 
 
 
- робітники по поточному ремонту технологічного обладнання 
(ремонтні бригади по здійсненню поточних ремонтів самими цехами) – 
зарплата включається в склад витрат по поточному ремонту 
обладнання. 
Розрахунки фонду заробітної плати робітників проводяться на 
основі діючих тарифних умов, чисельності основних і допоміжних 
робітників та фонду часу [19] 
Результати розрахунків наведено в таблиці 6.6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 6.6 - Розрахунки чисельності робітників та фонду заробітної плати 
Машиніст 
1 насосних 5 6 350 7000 1750 47250 567000 
станцій 
Апаратник 
2 4 5 340 5440 1360 36720 440640 
біообробки 
Апаратник 
відстоюванн
3 4 4 320 5120 1280 34560 414720 
я та 
фільтрації 
Апаратник 
4 реагентного 4 5 318 5088 1272 34344 412128 
відділення 
Слюсар-
5 1 6 340 1360 340 9180 110160 
ремонтник 
Слюсар-
6 1 6 340 1360 340 9180 110160 
електрик 
Машиніст 
7 компресорни 4 5 310 4960 1240 33480 401760 
х установок 
Слюсар по 
8 1 5 330 1320 330 8910 106920 
КВП і А 
9 Лаборант 1 5 330 1320 330 8910 106920 
хіманалізу 
 
 
10 Прибиральни 1 1 310 1240 310 8370 100440 
 
 
6.3.4 Штат і фонд заробітної плати цехового персоналу 
 
Таблиця 6.7 - Розрахунки штату і фонду заробітної плати цехового 
персоналу 
 
№ Кіль Місячний Річний 
Катего Додатко
поряд Найменування кіс ФОП, 
оклад, ва ЗП, 
рія 
ковий ть грн грн. грн. 
1 Начальник цеху 1 Кер. 30000 12300 507600 
2 Головний бухгалтер 1 Кер. 25000 10250 423000 
3 Механік цеху 1 Спец. 20000 8200 338400 
4 Головний інженер 1 Кер. 19000 7790 321480 
5 Начальник зміни 4 Кер. 18000 29520 1218240 
6 Енергетик 1 Спец. 17000 6970 287640 
7 Лаборант 2 Спец. 12000 9840 406080 
Майстер з ремонту 
8 3 Спец. 11000 13530 558360 
облад 
9 Економіст 1 Слж. 13000 5330 219960 
10 Прибиральник 1 Слж. 6400 2624 108288 
 
 
 Усього: 14    4389048 
 
 
6.4 Кошторис витрат 
 
6.4.1 Розрахунок собівартості продукції 
 
Розрахунки собівартості виробництва включають: 
- вивчення річної потреби в сировині, матеріалах, енергії; 
- розрахунки вартості електроенергії, води та пари; 
- розрахунки вартості обладнання та амортизаційних витрат; 
- кошторис цехових витрат основних виробничих цехів; 
- кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання; 
- складання калькуляції собівартості виробництва продукції та 
визначення її ціни. 
Розрахунки проводяться у відповідності з встановленими в 
технологічній частині нормами витрат сировини, матеріалів, палива, 
енергії та у відповідності з прийнятим обсягом виробництва. Закупівельні 
ціни взяті за даними підприємства [19]. Витрати сировини та матеріалів 
надано в таблиці 6.8. 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 6.8 – Витрати сировини та матеріалів. 
Перелік сировини та Одиниці Ціна за Витрати на одиницю 
матеріалів виміру один., грн продукції 
Кількість Сума, грн 
Сировина :     
Гідроксид кальцію кг 5 0,43 2,15 
Хлорид заліза кг  150 0,055 8,25 
Матеріали:     
Полівінілхлорид кг 50 0,00082 0,041 
Алюмогель кг  100 0,01382 1,382 
Всього :    11,823 
 
Потреби в силовій енергії розраховую за формулою: 
 
Есил=NTKKф,                                                    (6.6) 
де  N - потужність використованого обладнання, кВт; 
      Т - час роботи обладнання, год/рік; 
      К - коефіцієнт навантаження обладнання за потужністю, К=0,7; 
     Кф - коефіцієнт, який враховує косинус  , Кф=0,95. 
Витрати електроенергії, що використовується для живлення насосів:  
 
Енас = 11982560,70,95 = 653338,56 кВт∙год/рік. 
 
 
 
653338,56 24
Це  0,633  кВт/м3 підготовленої води. 
3000 8256
 
Потреба в електроенергії для освітлення визначаю за формулою: 
T S a K 1,02 1,05
Eосв  ,                                             (6.7) 
1000
 
де T – період штучного освітлення в годинах а залежності від району 
розміщення установки, становить 3000 год; 
     S – площа освітлення, м2; 
     а – потужність світильників на 1 м2 поверхні (8 – 15 Вт); 
     1,02 –  коефіцієнт, який враховує втрати в мережах; 
     1,05 – коефіцієнт чергового освітлення. 
 
3000 116 8 0,8 1,02 1,05
Eосв   2385,33  кВт/рік. 
1000
Загальні потреби в електроенергії визначаю за формулою: 
 
Е = Енас + Еосв, кВт/рік                                         (6.8) 
 
Е = 653338,56+ 2385,33 = 655723,89 кВт/рік. 
6.4.2 Кошторис цехових витрат 
 
 
 
Кошторис цехових витрат складаю на основі попередніх розрахунків 
та заношу у таблицю 6.9. 
Таблиця 5.9 - Цехові витрати  
№ 
п
оряд Сума , 
Статті витрат Примітки 
к грн 
ови
й 
1 Зарплата цехових робітників 4469580  
Відрахування на соціальне 37,5 % від 
2 1676092.5 
страхування ЗП 
Утримання виробничих 14336640.6937 5-7% їх 
3 
будівель і споруд 5 вартості 
Поточний ремонт будівель і 3 % їх 
4 1146931.2555 
споруд вартості 
Амортизація виробничих 12% від їх 
5 4587725.022 
будівель вартості 
10 % від 
6 Витрати на охорону праці 446958 
ЗП 
28492852,8322
 Разом по ст. 1 - 6  
5 
Зношування малоцінного 284928,528322 10 - 15 % 
7 
інвентарю та ін. 5 від ст. 1-6 
28777781.3605
 Усього :  
725 
 
 
 
6.4.3 Кошторис витрат на утримання та експлуатацію обладнання 
Кошторис складаю на основі попередніх розрахунків та заношу у таблицю 
6.10. 
 
Таблиця 6.10 - Утримання та експлуатація обладнання 
    
№ Статті витрат Сума, грн Примітки 
1.   
Утримання і витрати по 
  
експлуатації виробничого  
 обладнання, апаратури і   
 транспорту: 
  
- зарплата робітників по нагляду 
 
і обслуговуванню обладнання 4143960  
 - відрахування на соціальне             37,5 % від ЗП 
 страхування 
1553985 30% від вартості 
- допоміжні матеріали 
 1322279,22 обладнання 
 Разом по ст.1 7020224,22  
2. Поточний ремонт обладнання і   
транспортних засобів: 
  
зарплата робітників по 
ремонту   
- нарахування на зарплату 868320  
 
 
- послуги РМЦ, запасні деталі 325620 37,5 % від  ЗП 
220379,87 5% від варт. 
обладнання 
 Всього по ст.2 1414319,87  
3. Амортизація виробничого 
обладнання, апаратури та 881519,47 з табл. 11.3 
траснпортних засобів 
 Всього по ст.1-3 9316063,56  
Зношування малоцінного 
3% від суми 
інвентарю, інструментів, 
4. 279481,9068 витрат по 
пристроїв, переміщення вантажів 
ст.1-3 
по території, інші витрати 
 Разом по кошторису 9595545,4668  
  
6.4.4 Калькуляція собівартості продукції 
 
Розрахунки витрат на виробництво продукції використовуються на весь 
обсяг продукції підприємства за статтями калькуляції. Калькуляція 
собівартості заноситься в таблицю 6.11. 
 
 
 
 
Таблиця 6.11 – Калькуляція собівартості продукції 
Ціна Витрати на річну Витрати на одиницю 
Од. 
за продуктивність (1 м3) 
Статті витрат вим
один., 
іру Кількість Сума, грн К - сть Сума, грн 
грн 
1 2 3 4 5 6 7 
1. Сировина :        
Річкова вода м3  3000    
Гідроксид кг 5 428968,00 2144840 0,43 2,15 
кальцію 
кг 150 54868,00 8230200 0,055 8,25 
Хлорид заліза  
2. Матеріали:       
Полівінілхлор кг 50 818,032 40901,6 0,00082 0,041 
ид 
кг 100 13786,832 1378683,2 0,01382 1,382 
Алюмогель 
Всього :    11794624,8  11,823 
3.       
Енергозатрат
кВт 0,50 655723,89 327861,9 6,55 3,275 
и 
год 
Електроенерг
ія  
Всього:    327861,9  3,275 
 
 
4. 
Експлуатація грн   456718,03  0,4 
обладнання 
5. Вартість грн 
  168739,97  0,16 
обладнання  
6. Цехові 
грн   43,76690  1,2 
витрати 
7.Разом 
цехова грн   1082,3891  1,8 
собівартість 
8. Витрати 
загальнозавод грн   108,238  1,0 
ські 
Разом 
виробнича грн   2192,080  2,8 
собівартість 
9. 
Позавиробни грн   21,9208  0,02 
чі витрати 
Повна 
грн   2214,001  6,50 
собівартість 
 
Отже, повна собівартість 1 м3 води становить 6,50 грн., а витрати на 
річний випуск при продуктивності 1095000 м3/рік – 2214,001 грн/рік. 
 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
1. Експериментально доведено, що найбільш ефективними 
методами деструкції активного мулу для аеробного очищення стічних вод є 
використання механічної  деструкції, за яких відбувається підвищення 
ступеню очищення стоків до 93 та 94 % відповідно. 
2. Встановлено, що використання деструкції частини мулу в 
анаеробному очищенні стічних вод дає змогу видалити основну кількість 
органічних забруднень до 92-99%, зменшити приріст біомаси в 5-8 разів та 
отримати біогаз, кількість якого в 4-5 разів більша, ніж при роботі 
метантенку з необробленою біомасою. Отриманий біогаз доцільно 
використовувати в якості альтернативного палива для живлення, наприклад, 
газотурбогенератора для забезпечення потреб системи в електроенергії або 
підігріву води тощо, що сприятиме підвищенню економічних характеристик 
системи водоочищення.