Знезалізнення води на пінополістирольному фільтрі при пульсуючому режимі роботи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Знезалізнення води на пінополістирольному фільтрі при пульсуючому режимі роботи

Орлов В.О., Мінаєва Н.Л., Терещук Н.О.,

Національний університет водного господарства та природокористування, м.Рівне

Наведена схема установки для знезалізнення води з пінополістирольним фільтром, наведені результати дослідження по утворенню завислого осаду та ефекту роботи запропонованого фільтра.

The scheme of a device with polystyrene filter with for de-ironing underground waters is shown, a results of preparations of polystyrene filling and effect of the functioning the filter are resulted.

Більшість населення України, а особливо в сільській місцевості, для власних потреб використовує воду з підземних джерел. Проте в більшості випадків дана вода не відповідає вимогам [1], та потребує подальшої очистки. Присутність заліза у воді робить її непридатною для пиття і використання в побутових і виробничих цілях. Більшість підземних вод України, які використовуються для питного водопостачання мають вміст заліза 1-2 мг/л, максимально 5 мг/л. Залізо знаходиться в іонній двохвалентній формі, для затримки якого необхідно провести окислення двохвалентного заліза, перевести його в відповідний гідрооксид заліза Fe(OH)₃, який затримується потім в зернистій засипці [2].

На даний час проводилися дослідження процесу знезалізнення на установках з шаром завислого осаду та збудовані виробничі установки по розробленим схемам [3,4]. Також значно розкритим є питання по фізичним та фізико-хімічним властивостям завислого осаду [5]. Проте у зроблених раніше досліджень вивчалася поведінка шару осаду та ефект знезалізнення для вихідної води, що має дуже високу концентрацію двовалентного заліза (більше 15 мг/л) та постійної безперервної роботи фільтра (перерва допускається тільки на час промивки).

В лабораторії кафедри водопостачання і бурової справи була модернізована установка для проведення досліджень за даним напрямком. Новим є те, що в даному випадку процес фільтрування проходив для вихідної води з концентрацією двовалентного заліза до 5 мг/л. У запропонованій нами схемі установка працює в пульсаційному режимі, тому в дослідженнях будемо використовувати, так званий, рваний фільтроцикл. При чому задавалися різні тривалості роботи t_роб та різні тривалості зупинки t_зуп установки та різні швидкості фільтрування V_ф.

Швидкість фільтрування та інтенсивність промивки знаходимо за загально прийнятими формулами. При цьому відповідні витрати визначаються об'ємним способом.

В процесі роботи над поставленими завданнями було проведено цілий ряд експериментів по знезалізненню води. Оскільки дослідження проводяться на водопровідній воді, тому необхідно штучно утворити модельний розчин. Для цього готується розчин з високою концентрацією заліза, який постійно подається по трубці в змішувальний бачок. Перед початком кожного досліду виставляється необхідна подача утвореного розчину.

На рис.1 подано схема установки для знезалізнення води з пінополістирольним фільтром та шаром завислого осаду.

Фільтрувальна колона являє собою скляну трубу діаметром 150 мм і висотою 2700 мм. Верхня частина колони приєднана до промивного баку за допомогою фланців. В верхній частині промивного баку діаметром 500 мм, знаходиться перелив. Між верхом фільтрувальної колони і низом баку розташована утримуюча решітка, яка виконана з мідної сітки з розмірами комірок 0.7х0.7 мм. Повітрявиділювач виконаний з скляної труби діаметром 50 мм, та висотою 1740 мм.

Фільтрувальна засипка має наступні параметри: мінімальний діаметр гранул становить 0.8 мм, максимальний - 1.5 мм, еквівалентний діаметр рівний 1.17 мм. Висота фільтрувальної засипки приймали згідно рекомендацій [6] та становить 0.8 м.

Робота установки полягає в наступному. Водопровідна вода по трубопроводу 13 попадає в змішувальний бачок 6, куди по трубках 8 і 10 потрапляють розчини сірчанокислого заліза та вапна. Тоді модельний розчин по трубі 14 подається у повітровідділювач 5, далі по трубопроводу 15 попадає у фільтрувальну колону 1, і спочатку проходить шар завислого осаду 12 та фільтрувальну засипку 3, а потім очищеною збирається у промивному бачку 2, звідки по трубі 16 відводиться фільтрат.

Після закінчення фільтроциклу проводиться промивка фільтра. Для цього перекривається подача вихідної води 13 та відкривається вентиль 18 на трубі відводу промивної води 17. Тоді очищена вода з баку башти проходить через утримуючу решітку 4 та засипку фільтру 5. При цьому вона вимиває забруднення з засипки 5 та утворений надлишок осаду 12 та по трубі 17 відводиться в каналізацію.

Для визначення втрат напору під час фільтроциклу встановлено щит п'єзометрів 19, де знімалися покази. При цьому один п'єзометр був приєднаний до низу промивного баку 2, другий до низу фільтрувальної колони 1.

знезалізнення вода пінополістирольний фільтр

Рис.1 Схема установки для знезалізнення води

1 - ствол (фільтрувальна колона), 2 - промивний бак, 3 - фільтрувальна засипка, 4 - утримуюча решітка, 5 - повітрявиділювач, 6 - змішувальний бачок, 7 - посудина для приготування висококонцентрованого розчину сірчанокислого заліза, 8 - трубка для подачі розчину заліза, 9 - посудина для приготування розчина вапна, 10 - трубка для подачі розчина вапна, 11 - гвинтові зажими, 12 - шар завислого осаду, 13 - труба подачі водопровідної води, 14 - трубка подачі води у повітрявиділювач, 15 - трубопровід подачі аерованої води до фільтра, 16 - труба для відводу фільтрату, 17 - труба відводу промивної води, 18 - вентиль для відводу промивної води, 19 - щит п'єзометрів, 20 - злив в каналізацію, 21- вентиля на водопровідній трубі, 22 - вентиля на трубі подачі води до фільтру.

Відбір проб води здійснювався через пробовідбірники. В якості пробовідбірників використовувалися мідні трубки діаметром 6 мм. Один кінець трубки знаходився в середині фільтрувальної колони, а на другий одягався гумовий шланг з зажимом. Розміщуємо пробовідбірник таким чином, щоб забиралася вода з центральної частини колони і не захоплювала пристінкові потоки. Кількість води, яка забиралася за допомогою пробовідбірників не перевищувала 5% від загальної витрати, яка проходила через пінополістирольний фільтр.

В процесі досліджень через 0,5...1,0 год визначалися швидкість фільтрування, зростання шару завислого осаду у колоні, втрати напору у колоні, вміст заліза у вихідній воді, фільтраті, внизу та посередині фільтрувальної колони. Під час дослідження, наявність і зростання шару завислого осаду спостерігається візуально, а висота шару осаду вимірюється за допомогою лінійки. Як правило, всередині кожного фільтроциклу визначали фізико-хімічні показники вихідної води.

Швидкість фільтрування не змінювалася протягом усього фільтроциклу.

Усі досліди проводили для швидкостей фільтрування 3,5…6 м/год, тривалості роботи t_роб=0,5…3 год та тривалості зупинки t_зуп=0,5…2 год установки. Загальна тривалість фільтроциклу складала 6…8 год. Отримані результати були приведені в табличному вигляді.

Для прикладу наведиться експеримент, що був проведений 20.03.07 р. Дане дослідження проводилося при наступних умовах: фільтрування проводилося з швидкістю V_ф=4 м/год та витратою Q=0,0199 л/с, рН_вх=9,5-11, t_роб=1,5 год, t_зуп=0,5 год (табл.1).

Таблиця 1

Результати досліджень процесу знезалізнення на установці з пінополістирольним фільтром та шаром завислого осаду

Для приведених умов було встановлено, що втрати напору, при фільтроциклі тривалістю 5,5 год, становлять 6,4 см, а також завислий осад протягом усього часу роботи знаходився в збуреному стані по всій колоні фільтра. рН_філ=7,6-8,02. Виходу осаду у фільтрат не встановлено.

За отриманими результатами побудовано графіки залежності втрат напору, висоти завислого осаду та концентрації заліза у вихідній воді і у фільтраті від тривалості фільтроциклу (рис.2-4).

Рис.2. Графік залежності втрат напору від тривалості фільтрування

Рис.3. Графік залежності концентрації заліза у вихідній воді від тривалості фільтрування

Після закінчення фільтроциклу та після зупинки тривалістю 12 год була зроблена промивка установки. Перед промивкою спостерігаються окремі пластівці осаду. Отримані результати досліджень приведені в табл. 2.

Рис.4. Графік залежності концентрації заліза у фільтраті від тривалості фільтрування

Таблиця 2

Результати дослідження процесу промивки установки з пінополістирольним фільтром та шаром завислого осаду

Промивка фільтра здійснювалася низхідним потоком очищеної води з баку установки. Кожні 30 секунд, в процесі дослідження, бралися проби води на визначення вмісту заліза, а також визначалися витрата, інтенсивність промивки та відносне розширення пінополістирольної засипки.

За отриманими результатами будуємо графік залежності концентрації заліза у промивній воді від тривалості промивки (рис.5).

Рис.5 Графік залежності концентрації заліза у промивній воді від тривалості промивки.

Проаналізувавши, отримані в процесі досліджень, дані можна сказати, що при невеликій концентрації заліза у вихідній воді (1...5 мг/л) для швидкості фільтрування 4 - 4,5 м/год і більше завислий осад протягом першої години фільтрування повністю іде в засипку, де проходить подальше утворення пластівців. При швидкості до 4 м/год в стовбурі установки під час фільтроциклу спостерігаємо зміну висоти шару осаду з чітко визначеною границею протягом усього фільтроциклу.

Для приведеного випадку, втрати напору складали 6,4 см при V_ф=4 м/год при тривалості знезалізнення 5,5год, тобто приблизно 1,16 см/год.

Також погіршення якості фільтрату спостерігається після тривалих зупинок у фільтроциклі (дане явище спостерігається майже у кожному експерименті). Проте, уже через 0,5 год роботи кількість заліза у отриманій воді значно зменшується. Отже, тривалі та часті зупинки в процесі знезалізнення погіршують очисний ефект в роботі установки.

Література

1. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Методы анализа. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 239 с.

2 Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. - М.: Стройиздат, 1978. - 160 с.

3. Мартинов С.Ю. Моделювання процесу знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду. // Вісник РДТУ. Зб. наук. праць. Вип.4 (6). Рівне 2000, с.153-158.

4. Мартинов С.Ю. Знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду. Дис. к.т.н., Рівне, 2001.

5. Кургаев Е.Ф. Осветлители воды. - М.: Стройиздат, 1977. - 192с.

6. Орлов В. О. Разработка оптимальной технологической схемы очистки подземных вод с содержанием железа до 5 мг/л.: Отчет о НИР/УИИВХ. - Ровно, 1992. - 44 с.

Размещено на Allbest.ru