По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 632.15

Анализ загрязнения воды и прототипы приборов для его оптического контроля

Шамирзаев В.Т. ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет», г. Новосибирск, E-mail: schamirsaev@rambler.ru
Ключевые слова: загрязнение воды, оптический анализ, контроль очистки

Работа посвящена люминесцентному анализу растворов нефтепродуктов и компонент моющих средств в воде, также конструированию и модернизации прототипа установки для определения концентрации этих загрязнителей. Описан разработанный прототип установки для определения степени загрязнения воды органическими примесями. Анализируется загрязнение воды тяжелыми нефтепродуктами и приведены результаты использования разработанного прототипа установки для определения их концентрации. Анализируются конструктивные особенности прототипа, ограничивающие его обнаружительную способность. Обосновывается выбор лазерного диода в качестве источника возбуждения люминесценции. Представлен анализ загрязнения воды компонентами моющих средств. Описан построенный прототип электрохимической ячейки для очистки воды от органических примесей на основе гетрокоогулятора.

Литература:

1. Шамирзаев В.Т. Люминесцентный контроль загрязнения воды тяжелыми фракциями нефтепродуктов / В.Т. Шамирзаев, В.А. Гайслер, Т.С. Шамирзаев // Известия РАН. Серия физическая. – 2015. – Т. 79(2). – С. 186–190.

2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-3. Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

3. Каталог фирмы Thorlabs [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.thorlabs.de/newgrouppage9. cfm?objectgroup_id=918 свободный. (Дата обращения: 12.09.2016).

4. Schmitt Th.M. / Analysis Of Surfactants // New York: Marcel Dekker, Inc, 2001. – 637 p.

5. Sohrabi M.R. Determination of Nonionic Surfactant in Liquid Detergent by UV-vis Spectrophotometry and Multivariate Calibration Method / M.R. Sohrabi, A.H. Nouri, A. Adnani, H.F. Masoumi // J. Appl. Science. – 2007. – V. 7 – P. 148–150.

6. Sabo M. Quantitation of anionic surfactants in aqueous systems via Fourier transform infrared spectroscopy / M. Sabo, J. Gross, I.E. Rosenberg // J.Soc. Cosmet. Chem. – 1984. – V. 35. – P. 207–220.

7. Walrafen G.E. Raman and infrared spectral investigations of water structure // in Water: A Comprehensive Treatise. – 1972, Vol. 1 Ed. F. Franks, New York: Plenum Press, P. 151–214.

8. Shamirzaev V.T. Treatment and optical analysis of domestic and industrial wastewater / V.T. Shamirzaev, B.D. Zhukov, V.A. Gaisler, T.S. Shamirzaev // Solid State Phenomena. – 2016. – V. 247. – P. 91–95.

9. Жуков Б.Д. Проблемы и перспективы вторичного использования компонентов очищенного бытового стока / Б.Д. Жуков, В.Т. Шамирзаев, А.Б. Жуков, А.В. Краснов // Сборник трудов II Всероссийской научной конференции с международным участием «Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий», г. Новосибирск, 24–26 марта 2015 г., Институт теплофизики СО РАН. – С. 371–378.

10. Козлова В.В. Гетерокоагуляция примесей бытовых сточных вод / В.В. Козлова, В.Т. Шамирзаев // Материалы Международной Российско-Казахстанской школы-конференции студентов и молодых ученых «Химические технологии функциональных материалов», г. Новосибирск, 8–11 июня 2015 г. – С. 130–131.

11. Чантурия В.А. Гальванохимические методы очистки сточных вод / В.А. Чантурия, П.М. Соложенкин. – М.: Академкнига, 2005. – 205 с.

Для определения степени загрязнения воды органическими примесями был собран прототип оптической установки для измерения интегральной интенсивности фотолюминесценции (ФЛ), схематически изображенный на рис. 1 а. В качестве источника возбуждения люминесценции (1) использовался полупроводниковый GaN лазерный диод, излучающий на длине волны λ=405 нм производства фирмы Sanyo, излучение которого возбуждает ФЛ в кювете с анализируемым веществом (2). Излучение из кюветы собиралось кварцевой линзой (3) и направлялось в кремниевый детектор (4) DET36A производства фирмы Thorlabs, со спектральной чувствительностью, показанной на рис. 1 б, работающий в фотогальваническом режиме с нагрузкой 1 ГОм. Для измерения использовалась схема синхронного детектирования (синхронный детектор – 5). Излучение лазера модулировалось генератором (6). Для того чтобы уменьшить попадание на фотодетектор рассеянного лазерного излучения, с одной стороны, использовалась геометрия возбуждения под 90o к оси собирающей линзы с установкой диафрагмы (7), отрезающей свет, рассеянный на боковых стенках кюветы, с другой стороны, перед фотоприемником устанавливался поглощающий УФ-излучение оптический интерференционный фильтр FEL450 производства фирмы Thorlabs (8) с коэффициентом пропускания на длинах волн 400–410 нм не выше, чем 10-4.

В качестве объектов исследования были модельные смеси воды с различными нефтепродуктами (НП), такими как дизельное топливо и трансмиссионное масло ISO Viscosity Grade 320. Концентрация НП в модельных смесях варьировалась в переделах от 1 до 5000 мг/л [1].

Перед началом работы были измерены спектры ФЛ чистых нефтепродуктов. Приведенные на рис. 2 а спектры ФЛ дизельного топлива и масла содержат широкие полосы с положениями максимум 485 и 530 нм, соответственно. Сдвиг положения полосы ФЛ масла в длинноволновую область спектра отражает различие в составах исследуемых нефтепродуктов. Действительно масло состоит из более высокомолекулярных органических соединений, чем дизельное топливо. При перемешивании НП с водой в пропорции 1:5 дизельное топливо перемешивается полностью с образованием эмульсии, в то же время доля масла, переходящего в эмульсию, не превышает 20 %, остальные 80 % масла выделяются в отдельную фазу. Спектры ФЛ полученных эмульсий дизельного топлива и компонентов масла приведены на рис. 2 б. Спектр эмульсии, образованной дизельным топливом, практически не отличается от спектра чистого дизельного топлива. С другой стороны, спектр эмульсии, образованной компонентами масла, кардинальным образом изменяется. Полоса ФЛ сужается и демонстрирует сильный гипсохромный сдвиг (положение максимума смещается от 530 к 470 нм). Такое поведение говорит о том, что либо в образовании эмульсии принимают участие только самые легкие фракции углеводородов, из которых состоит масло, либо при взаимодействии масла с водой происходит не только смешивание, но и окисление или гидратация углеводородов при их взаимодействии с полярными молекулами воды. Детальное выяснение причин гипсохромного сдвига ФЛ масла при его смешивании с водой выходит за рамки данного исследования.

Для Цитирования:
Шамирзаев В.Т., Анализ загрязнения воды и прототипы приборов для его оптического контроля. Главный энергетик. 2017;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: