Розробка технології знезалізнення підземних вод на пінополістирольно-цеолітових фільтрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет будівництва і архітектури

УДК 628.162.1

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка технології знезалізнення підземних вод на пінополістирольно-цеолітових фільтрах

05.23.04 - Водопостачання, каналізація

Хомутецька Тетяна Петрівна

Київ 2000

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Одним із напрямків покращання забезпечення населення доброякісною водою є розширене використання підземних вод, які надійно захищені від забруднень з поверхні землі.

В Україні перевищення регламентованого ГОСТом (0,3 мг/л) вмісту заліза в підземних водах досягає 50% розвіданих запасів. Найбільше розповсюджені води з вмістом заліза до 10 мг/л (найчастіше - 3...5мг/л).

Сьогодні для знезалізнення підземних вод розроблено і використовується на практиці велика кількість технологій і конструкцій водознезалізнюючих установок. Але всі вони мають ряд недоліків. Вони або металоємні та дорогі у будівництві або ненадійні в роботі та складні в експлуатації. Крім того, недостатня ефективність роботи споруд, що застосовуються для знезалізнення підземних вод в локальних системах водопостачання, обумовлює необхідність пошуку нових технічних рішень.

Таким чином, проблема розробки технології знезалізнення підземних вод, що дозволила б інтенсифікувати процес видалення заліза з води, створення та широкого використання водознезалізнюючих установок, які б забезпечували високу якість очищення води, були б надійними в експлуатації, простими в обслуговуванні та мали б мінімальні будівельні та експлуатаційні витрати, є актуальною.

Робота виконувалась в рамках державної програми по темі 03.02 “Розробити і впровадити технології та технічні засоби очищення і використання природних та стічних вод в системах сільськогосподарського водопостачання і каналізації”, а також госпрозрахункових договорів з виробничими управліннями Держводгоспу України.

Мета роботи - розробити і науково обгрунтувати технологію знезалізнення підземних вод на пінополістирольно-цеолітових фільтрах, що дозволить інтенсифікувати процеси видалення заліза з води та підвищити ефективність роботи водоочисних станцій.

Для досягнення поставленої мети були визначені наступні задачі:

- виконати аналіз існуючих технологій знезалізнення підземних вод, проаналізувати роботу відомих діючих водознезалізнюючих установок заводського виготовлення та узагальнити досвід їх експлуатації;

- розробити технологію знезалізнення підземних вод та нову конструкцію компактної водознезалізнюючої установки з висхідним фільтруванням води через пінополістирольний та цеолітовий фільтри;

- дослідним шляхом встановити її раціональні конструктивні і технологічні параметри: діаметри гранул і товщину завантаження, швидкість фільтрування води і тривалість фільтроциклу, інтенсивність і тривалість промивки фільтрів;

- експериментально встановити закономірності зміни втрат напору та ефективності знезалізнення води від різних факторів при її висхідному фільтруванні через пінополістирольний і цеолітовий фільтри;

- розробити рекомендації по розрахунку основних вузлів установки, проектно-конструкторську документацію для їх серійного випуску та рекомендації по їх експлуатації.

Наукова новизна

- запропоновано, досліджено і науково обгрунтовано технологічну схему знезалізнення підземних вод з висхідним фільтруванням води через пінополістирольно - цеолітові фільтри;

- дослідним шляхом визначено раціональні конструктивні та технологічні параметри пінополістирольно - цеолітових фільтрів;

- побудовано математичну модель зміни втрат напору у завантаженні пінополістирольного і цеолітового фільтрів від якості вихідної води та швидкості і тривалості висхідного фільтрування;

- експериментально встановлено закономірності зміни втрат напору і ефективності знезалізнення води від різних факторів при висхідному фільтруванні води через пінополістирольний і цеолітовий фільтри;

- розроблено методику інженерного розрахунку пінополістирольно - цеолітових фільтрів

Практична цінність і реалізація результатів роботи

Розроблена технологічна схема і конструкція установки для знезалізнення води (рішення про видачу патенту на винахід № 97063176 від 18.03.99), яка базується на висхідному фільтруванні води через пінополістирольний і цеолітовий фільтри, більш ефективна у порівнянні з тими, що застосовуються.

Розроблені технічні умови на проектування і експлуатацію таких водознезалізнюючих установок і проектно - конструкторська документація.

Матеріали дисертації використовувались ВАТ “Укрводпроект” при реконструкції станції знезалізнення води на Червонослобідському спиртзаводі Макарівського району Київської області та Дніпропетровським облводгоспом при будівництві установки для знезалізнення води.

Експлуатація установок показала їх високу ефективність очистки води і надійність роботи. Порівняно з відомими водознезалізнюючими установками вони мають такі переваги: не потрібні промивні насоси, не відбувається прогресуюча кольматація фільтрувального завантаження, установки довговічні, дешеві у будівництві і прості в експлуатації.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто автором на основі проведеного аналізу методів знезалізнення підземних вод, технологічних схем станцій знезалізнення води та конструкцій відомих водознезалізнюючих установок, узагальнення досвіду їх роботи та проведення лабораторних досліджень. Особисто виконано математичну обробку отриманих результатів за допомогою ПЕОМ у програмі “EXEL” та отримано залежності змін втрат напору і ефективності знезалізнення води від різних факторів. Побудовано математичну модель зміни втрат напору у завантаженні пінополістирольного і цеолітового фільтрів від якості вихідної води та швидкості і тривалості висхідного фільтрування, розроблено методику інженерного розрахунку пінополістирольно - цеолітових фільтрів. Запропоновано нову конструкцію компактної водознезалізнюючої установки з пінополістирольним і цеолітовим фільтрами при висхідному фільтруванні вихідної води (особистий внесок здобувача - 40%) та розроблено рекомендації по її експлуатації.

Апробація роботи. Основні положення і окремі розділи роботи доповідались на науково - практичних конференціях: “Актуальні проблеми водного господарства” (Рівне, 1997), “Вода - проблеми і рішення” (Дніпропетровськ, 1998), “Вода: экология и технология. Экватек - 98” (Москва, 1998), “Питьевая вода - 98” (Одесса, 1998), “ЭТЭВК” (Ялта, 1999).

Результати роботи відображені у звітах науково - дослідних робіт.

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 11 друкованих праць.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, списку літератури з 161 найменуванням і додатків. Робота викладена на 177 сторінках, містить 33 таблиці і 34 малюнки.

Зміст роботи

У вступі наводиться стисла характеристика дисертаційної роботи.

В першому та другому розділах дана оцінка кількісного і якісного стану підземних вод, що використовуються в комунальному водопостачанні, зроблено аналіз існуючих методів знезалізнення води на основі робіт Апельцина І.Е., Клячко В.А.,Олійника О.Я.,Ніколадзе Г.І., Сафонова М.А., Сергеєва Ю.С., Юркова Є.В., Гіроля М.М., Кулішенко О.Ю., Остапенко В.Т., Кравченко Т.Б., Пивовара М.Г., Кривонога О.І., Дзюби С.В., Журби М.Г., Станкявічуса В.М., Мамонтова К.А.,Мінца Д.М., Мілова М.А., Орлова В.О., Кисельова С.К., Асса Г.Ю., Золотової Е.Ф., Терновцева В.О., Хоружого П.Д., Муромцева Л.М., Руденко Г.Г., Квартенко О.М., Кітнера Г., Халле К., Холлюти Дж., Грохмана А. та ін.; проаналізовано основні технології знезалізнення підземних вод та конструктивні особливості діючих установок і вказано, що основним напрямком вдосконалення технології очистки підземних вод є розробка методу очистки води і конструкції установки, які дали б можливість: комплексної очистки підземних вод від шкідливих домішок; застосування легких плаваючих і сорбційних фільтруючих матеріалів; використання біологічного методу окислення заліза і переводу його з двохвалентної форми в тривалентну; простоти експлуатації і обслуговування при відсутності реагентів, повітрядувок і промивних насосів; невеликої вартості установки і собівартості очистки води.

Цим вимогам відповідає компактна водоочисна установка (КВУ), в якій фільтруючим завантаженням використовуються дрібнозернистий плаваючий спінений полістирол та природний сорбент - цеоліт.

В установці фільтрування води здійснюється знизу догори; при цьому нижній пінополістирольний фільтр виконує роль контактного і освітлювального фільтра, в якому відбувається контактна коагуляція і затримується основна маса колоїдних частинок із гідроксиду заліза, а верхній сорбційний цеолітовий фільтр виконує роль зворотного фільтру, що перешкоджає виносу у фільтровану воду частинок спіненого полістиролу, а також у ньому відбувається додаткове очищення води. Крім того, у підфільтровому просторі установки накопичується осад із гідроксиду заліза, який сприяє швидкому переходу заліза із двохвалентної форми в тривалентну та створенню крупних пластівців, що знаходяться в завислому стані, як в освітлювачі, або випадають в осад, як у відстійнику. Промивання фільтру здійснюється у зворотному напрямку чистою або вихідною водою зверху вниз.

В заключенні наведені мета та задачі наукових досліджень по вивченню оптимальних конструктивних і технологічних параметрів цієї установки.

В третьому розділі показано, що якість очищеної води С_ф і втрати напору на фільтрах h_ф залежать від наступних основних параметрів: вмісту заліза у вихідній воді С_в; діаметрів d_е та неоднорідності К_н частинок фільтрувального завантаження; товщини фільтруючої засипки l_ф; швидкості V_ф та тривалості Т_ф фільтрування води. Отже, знайти оптимальні конструктивні і технологічні параметри фільтрів можна лише на основі експериментальних досліджень.

Для правильного вибору потрібного плану дослідів, побудови математичного описання процесу знезалізнення води на пінополістирольно - цеолітових фільтрах та вибору найкоротшого шляху до оптимуму використовувався метод Бокса - Уілсона, при якому всі фактори на протязі кожного досліду підтримувалися постійними, а якість вихідної води контролювалася.

Експериментальна установка була змонтована в селі Юрівка Київської області. В основу методики проведення лабораторних досліджень покладено вимоги, щоб кількість вимірювань досліджуваних параметрів повинна бути не менше трьох, а точність вимірювання всіх параметрів - рівнозначною.

Для дослідження застосовувався полістирол марки ПСВ. Після розсіювання по фракціям було підготовлено три типи фільтрувального завантаження, які відрізнялися між собою діаметрами гранул і їх неоднорідністю, а також проведено аналіз гранулометричного складу та визначено характерні діаметри частинок пінополістирольного і цеолітового фільтрів (табл.1).

Таблиця 1. Характерні діаметри гранул фільтрувального завантаження в лабораторній установці

Фільтрувальне завантаження	Характерні діаметри гранул, мм	Коефіц. неоднорід
матеріал	тип	d10	d50	d80	de	ності, Кн
піно-	1	0,57	1,48	2,25	1,87	3,95
полі-	2	1,62	3,18	4,08	3,22	2,52
стирол	3	2,3	3,4	4,7	4,0	2,04
цеоліт	--	3,2	5,5	6,5	6,22	1,91

Показано, що насичення досліджуваної підземної води киснем при її знезалізненні можливо і доцільно виконувати методом спрощеної аерації, яка здійснювалась шляхом її розбризкування з висоти 0,5 м.

Оскільки якість вихідної води, що подавалась на лабораторну установку з водонапірної башти під час проведення дослідів змінювалась, то для кожного досліду контролювався вміст заліза у вихідній воді С_в та визначалась ефективність знезалізнення.

Втрати напору в кожному шарі фільтрувального завантаження вимірювались за допомогою шкали п'єзометрів 4, а для визначення зміни якості води під час її висхідного фільтрування вона відбиралась за допомогою пробовідбірників 15. Швидкість фільтрування води підтримувалась постійною регулюючим вентилем 16. Витрата води, яка проходила через фільтр, Q_ф.і, а отже і швидкість її фільтрування V_ф.і визначалась об'ємним способом за допомогою секундоміра і вимірювального бака 14, а також знаючи внутрішній діаметр фільтра d_ф. Для запобігання пухирцевої кольматації у підфільтровому просторі 7 при висхідному фільтруванні аерованої підземної води на пінополістирольно - цеолітових фільтрах повітрявіддільники розраховуються із умови перебування води в ньому не менше 1 хвилини і швидкості руху води не більше 0,05м/с. Згідно цих вимог внутрішній діаметр повітрявіддільника 2 повинен бути не менше

підземні води знезалізнення фільтрування

, (1)

де V_ф.м - максимальна швидкість фільтрування води, м/год; d_n і d_ф - діаметри труб відповідно повітрявіддільника і фільтра, м.

Довжина шляху руху води в повітрявіддільнику від мінімального рівня води в ньому (на початку фільтроциклу) до точки подачі води в підфільтровий простір повинна бути не меншою

, (2)

Якщо умова (2) не виконується, то потрібно збільшити діаметр повітрявіддільника d_n або зменшити величину V_ф.м.

У четвертому розділі наведено результати лабораторних досліджень роботи установки для знезалізнення води з пінополістирольно - цеолітовими фільтрами. Дослідження гідравлічних характеристик фільтрів показали, що в чистому фільтрувальному завантаженні втрати напору для шарів однакової товщини і при постійній швидкості фільтрування є однаковими, епюра втрат напору по товщині фільтру має вигляд прямої лінії; гідравлічні похили від швидкості фільтрування мають лінійну залежність, а робота фільтру здійснюється при ламінарному режимі фільтрування.

Графік залежності коефіцієнту фільтрації пінополістирольних фільтрів від еквівалентного діаметру гранул при висхідному фільтруванні води має приблизно вигляд прямої лінії.

При роботі фільтра його гідравлічні похили і коефіцієнти фільтрації значно змінюються і в часі, і по довжині шляху фільтрування води. Вони залежать від кількості забруднень, що знаходяться в порах фільтрувального завантаження. Ці забруднення відкладаються нерівномірно по шляху фільтрування води.

Загальна маса затриманого гідроксиду заліза, яка припадає на 1м³ фільтрувального завантаження даного шару G_i,j, кг/м³, називається середньою питомою брудомісткістю в даний момент часу Т_ф.j і визначається за формулою

(3)

де 0,00191 - перевідний коефіцієнт; С_вх.і,j і С_вих.і,j - середній вміст заліза, відповідно при вході води в даний (і - ий) шар фільтру і виході з нього, мг/л; l_i - товщина даного фільтруючого шару, м.

Залежність між коефіцієнтом фільтрації пінополістирольного фільтру з висхідним рухом води і середньою питомою брудомісткістю К_ф.і,j = f (G_i,j) визначається графіком на рис.3, на якому чітко виділяються три зони: “зарядки” фільтру; перехідна зона; корисної роботи. Ця залежність описується лінійними рівняннями:

а) для зони “зарядки” фільтру, коли G_i,j G_min:

К_ф.і,j = К_ф.о - а₁G_i,j; (4)

б) для зони корисної роботи фільтру, коли G_i,j G_min:

К_ф.і,j = К_ф.min - а₂ (G_i,j - G_min) (5)

де К_ф.о і К_ф.min - коефіцієнти фільтрації, м/год, відповідно в чистому фільтрувальному завантаженні і при накопиченні в 1м³ даного шару забруднень величиною G_min, що дорівнює абсцисі критичної точки Е, яка утворюється при перетині прямих ліній 1 і 3;

а₁ і а₂ - кутові коефіцієнти, які характеризують вплив забруднень G_i,j на зміну коефіцієнтів фільтрації відповідно в зоні “зарядки” фільтру і в зоні корисної його роботи, м⁴/кггод.

Величини К_ф.о; К_ф.min; G_min; а₁; а₂ залежать від пористості фільтрувального завантаження, тобто крупності його гранул d_e, а також швидкості фільтрування води V_ф. Для досліджуваного фільтрувального завантаження ці параметри дорівнюють: К_ф.о = 199 м/год; К_ф.min = 18 м/год; G_min = 1,76 кг/м³; а₁ = 103 м⁴/кггод; а₂ = 0,9 м⁴/кггод.

Отже, якщо відоме значення коефіцієнту фільтрації даного фільтруючого шару К_ф.і,j, то втрати напору визначають за відомою формулою

, м (6)

Перевірка цієї формули показала, що похибка при обчисленні не перевищує 5%.

Дослідження показали, що технологія знезалізнення підземних вод із спрощеною аерацією та висхідним фільтруванням води через пінополістирольно - цеолітове завантаження є високоефективною (величина С_е досягає 99,5%). Її можна застосовувати при вмісті заліза у вихідній воді більше 10 мг/л.

В табл.2 наведено результати досліджень і розрахунків технологічних характеристик фільтрувального завантаження 2-го типу для V_ф = 9,3 м/год.

Таблиця 2. Результати технологічних досліджень і розрахунків пінополістирольно-цеолітового фільтрувального завантаження 2 - го типу при V_ф = 9,3 м/год

Найменування показників	Розрахункові значення для довжини шляху фільтрування води,мм
	0	200	500	800	1000
Матеріал фільтру	пінополістирол	цеоліт
Вміст заліза у воді,	0	9,16	4,51	1,0	0,32	0,21
Сф.i,j, мг/л,	16	5,86	3,45	0,85	0,27	0,18
для часу роботи	24	10,63	5,32	0,76	0,23	0,18
фільтру, Тф.j, год	40	9,74	2,55	0,27	0,16	0,05
Ефективність знеза-	0	0	50,8	89,1	96,5	97,7
лізнення води Сеi,j,	16	0	41,1	85,5	95,4	96,9
%, для часу роботи	24	0	50,0	92,9	97,8	98,3
фільтру Тф.j, год	40	0	73,8	97,2	98,4	99,5

По даним цієї таблиці побудовано графіки залежності С_ф.і,j = f (l_i; Т_ф.j) та С_е.і,j = f (l_i; Т_ф.j).

Як бачимо з графіків на рис.5, ефективність знезалізнення води С_е в значній мірі змінюється по шляху руху води, а в одній і тій же точці дещо збільшується з часом фільтрування води Т_ф.

Дослідження показали, що ефективність знезалізнення води зростає при збільшенні у порах фільтру осаду із гідроксиду заліза, який є каталізатором прискорення переходу заліза із двохвалентної форми в тривалентну.

Формулу (3) можна записати у такому вигляді

(7)

Оскільки із збільшенням значень l_i буде зменшуватись відношення С_е.і,j / l_i, то отже буде зменшуватись середня питома брудомісткість фільтрувального завантаження ( на рис.5).

Максимальна тривалість фільтроциклу при стабільному вмісті заліза у вихідній воді С_в із умов затримання у фільтрі максимальної кількості забруднень G_бр.max без погіршення якості фільтрованої води (С_ф С_н ) визначається за формулою

год (8)

де С_е.ср - середня ефективність знезалізнення води на протязі фільтроциклу, в долях одиниці.

Дослідження показали, що максимальна кількість забруднень, яка була затримана фільтром у розрахунку на 1м³ фільтрувального завантаження, становила G_бр.max = 12,74 кг/м³, з них 25 - 30 % гідроксиду заліза випадало в осад у підфільтровому просторі, а в порах фільтру з еквівалентним діаметром 3...4 мм максимально затримувалось 7 - 8 кг/м³ забруднень.

Дослідженнями встановлено закономірності зміни технологічних параметрів фільтрувального завантаження в часі і просторі від різних факторів. Так, початкова ефективність знезалізнення води С_ео зростає із зменшенням швидкості фільтрування води V_ф і збільшенням залишкової питомої брудомісткості фільтру G_бр.ср, а обробка гранул пінополістирольного завантаження розчином марганцевокислого калію майже в два рази підвищує величину С_ео.

Тривалість “зарядки” свіжого фільтру залежить від вмісту заліза у вихідній воді С_в і швидкості її фільтрування V_ф. Вона триває до накопичення у порах фільтру мінімальної кількості гідроксиду заліза, величина якої визначається за формулою

, кг/м³ (9)

де А - величина мінімальної питомої брудомісткості, що припадає на одиницю швидкості надходження двохвалентного заліза на 1м² площі фільтра, яку в середньому можна приймати для фільтрувальних завантажень з d_e = 3...4 мм рівною 20 год/м; С_в - С_н - глибина знезалізнення води, мг/л.

Інтенсивність покращання якості фільтрованої води Р_с та інтенсивність відкладання осадів в порах фільтра Р_G визначаються за формулами

, мг/лм (10)

, г/м (11)

де С_і та С_і+1 - якості фільтрованої води на вході і виході із і-го шару фільтра товщиною l_i, мг/л; G_i - маса забруднень, г, що затримуються в цьому шарі.

Дослідження показали, що значення Р_с та Р_G по шляху фільтрування води значно зменшуються. Так, наприклад, після 24 годин роботи величина Р_с в першому шарі фільтра товщиною 0,2м більш ніж в 100 разів більша, ніж в четвертому шарі такої ж товщини.

Для забезпечення нормативної якості фільтрованої води товщина пінополістирольного фільтрувального завантаження повинна бути не меншою значення, отриманого за формулою Кисельова

, м (12)

де К - коефіцієнт, який враховує вплив каталітичних властивостей фільтрувального завантаження на ефективність затримання із води домішок, що в ній знаходяться. Розрахунки показали, що для пінополістирольних фільтрів з висхідним рухом води величину К можна приймати в межах 35...40 1/год.

Що стосується цеолітового фільтрувального завантаження, то аналізи свідчать, що у ньому відбувається глибоке доочищення води, а також поліпшення її органолептичних показників (запах і присмак).

Дослідження процесу промивки фільтрувального завантаження показали, що інтенсивність вимивання забруднень І_G, тобто маса гідроксиду заліза, яка вимивається за 1 хвилину з 1 м² площі фільтра, кг/хвм², залежить від часу t_пр, хвилин, та інтенсивності q_пр, л/см², промивки, а також питомої брудомісткості фільтра G_бр.п, кг/м³, перед промивкою і визначається за формулою

І_G = 0,06q_прG_г , кг/хвм² (13)

де G_г - вміст гідроксиду заліза у промивній воді, кг/м³.

Дослідження показали, що при інтенсивності промивки q_пр = 17 л/см² з низхідним рухом води приблизно 80% всіх забруднень вимивались з фільтра за перші дві хвилини, а за три послідуючі хвилини промивки вимивалась решта, всього біля 20% гідроксиду заліза. Тому фільтр рекомендується промивати з інтенсивністю q_пр = 20 л/см² на протязі t_пр = 2 хвилин.

Щоб не виконувати “зарядку” фільтра після його промивки в ньому повинна залишатись мінімальна кількість гідроксиду заліза, яка визначається за формулою (9).

В п'ятому розділі описана загальна технологічна схема КВУ, наведено розрахунки і конструювання вузлів очисної станції, приготування фільтрувального завантаження та рекомендації по експлуатації і технічному обслуговуванню установки.

Матеріали дисертації були впроваджені при реконструкції станції знезалізнення води на Червонослобідському спиртзаводі Макарівського району Київської області і будівництві станції знезалізнення води для дитячого санаторію в селі Мішурін Рог Дніпропетровської області. Технічні умови на проектування і експлуатацію водознезалізнюючих установок по розробленій технології передано ВАТ “Укрводпроект”.

Аналіз роботи цих установок виявив такі їх переваги порівняно з установками інших типів:

а) компактність установок, простота у їх виготовленні і обслуговуванні;

б) велика ефективність знезалізнення води (до 99%) та висока і стабільна якість очищеної води;

в) відсутність прогресуючої кольматації фільтрувального завантаження;

г) не потрібні промивні насоси, повітрядувки, реагенти;

д) невелика вартісь установки і собівартість очищення води.

Основні висновки

Обгрунтована доцільність розробки технології знезалізнення підземних вод в локальних водопроводах на пінополістирольно - цеолітових фільтрах з висхідним фільтруванням води. Розроблена конструкція такої установки та виконано лабораторні дослідження її роботи для трьох типів фільтрувального завантаження, які відрізнялися між собою діаметрами гранул і їх однорідністю.

Доведено, що робота фільтрів здійснюється при ламінарному режимі фільтрування, а гідравлічні похили і коефіцієнти фільтрації значно змінюються в часі та по довжині шляху фільтрування і залежать від середньої питомої брудомісткості в даному шарі фільтрувального завантаження.

Встановлено залежності між коефіцієнтом фільтрації пінополістирольного фільтра з висхідним рухом води і середньою питомою брудомісткістю К_ф.і,j= f (G_i,j), що визначається графіком на рис.3, на якому виділено три зони: “зарядки” фільтру; перехідна зона; корисної роботи. Ці залежності описуються лінійними рівняннями (4) і (5), а втрати напору на фільтрі - формулою (6).

Встановлено закономірності зміни технологічних параметрів фільтрувального завантаження в часі і в просторі від різних факторів:

- початкова ефективність знезалізнення води С_ео зростає із зменшенням швидкості фільтрування води V_ф і збільшенням залишкової питомої брудомісткості фільтру G_бр.ср.; обробка гранул пінополістирольного завантаження розчином марганцевокислого калію майже в два рази підвищує величину С_ео;

- тривалість “зарядки” свіжого фільтру залежить від вмісту заліза у вихідній воді С_в і швидкості її фільтрування V_ф; вона триває до накопичення у порах фільтру мінімальної кількості гідроксиду заліза G_бр.min, величина якої визначається за формулою (9);

- інтенсивність покращання якості фільтрованої води Р_с та інтенсивність відкладення осадів в порах фільтра Р_G, які визначаються відповідно за формулами (10) і (11) по шляху фільтрування води значно зменшуються: після 24 годин роботи величина Р_с в першому шарі фільтра товщиною 0,2 м більш ніж в 100 разів більша ніж в четвертому шарі такої ж товщини.

Максимальна тривалість фільтроциклу Т_ф.max при стабільному вмісті заліза у вихідній воді С_в визначається за формулою (8) із умов затримання у фільтрі максимальної кількості забруднень G_бр.п.max без погіршення якості фільтрованої води (С_ф С_н).

Для забезпечення нормативної якості фільтрованої води товщина фільтрувального завантаження повинна бути не меншою значення, отриманого за формулою (12), в якій коефіцієнт К для пінополістирольних фільтрів з висхідним рухом води слід приймати в межах 35 - 40 1/год.

Показано, що інтенсивність вимивання забруднень І_G, тобто маса гідроксиду заліза, яка вимивається за 1 хвилину з 1м² площі фільтра, кг/хвм², визначається за формулою (13) і залежить від часу t_пр та інтенсивності q_пр промивки, а також питомої брудомісткості фільтра G_бр.п перед промивкою.

Розроблено рекомендації на проектування і експлуатацію водознезалізнюючих установок з пінополістирольно - цеолітовими фільтрами.

Розроблену технологію знезалізнення підземних вод впроваджено при реконструкції водоочисної станції Червонослобідського спиртзаводу Макарівського району Київської області та будівництві водознезалізнюючої установки в дитячому пансіонаті с. Мішурін Рог Дніпропетровської області.

Ці рекомендації використовуються інститутом “Укрводпроект” при проектуванні систем водопостачання в сільських населених пунктах та підприємствах агропромислового комплексу.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Хомутецька Т.П. Дослідження і розрахунок водознезалізнюючих установок з пінополістирольно - цеолітовими фільтрами // Меліорація і водне господарство, - К., 1999, - Вип. 86, - с. 161 - 165.

Хомутецька Т.П. Розрахунок параметрів знезалізнення води при висхідному фільтруванні через пінополістирольно - цеолітові фільтри. “Коммунальное хозяйство городов”// Респ. меж - вед. Научно - техн. сб. Вып.19. - Киев: Техника, 1999г. с. 141 - 143.

Хоружий П.Д., Хомутецька Т.П. Розширення використання підземних вод // Водне господарство України, 1997, №1, с.21-22.

Хоружий П.Д., Муромцев Л.М., Хомутецька Т.П., Чарний Д.В., Петренко Т.А. Сучасні проблеми сільгоспводопостачання і шляхи їх вирішення // Актуальні проблеми водного господарства. Том 2., Рівне, 1997,с.85-87.

Хоружий П.Д., Муромцев Л.М., Хомутецкая Т.П., Петренко Т.А., Чарный Д.В. Компактные водопроводные установки в системах сельхозводоснабжения // Материалы III-го Международного конгресса: “Вода: экология и технология”. - Москва, 1998, с.337-338.

Хоружий П.Д., Хомутецкая Т.П., Шевелев А.И., Крученюк В.Д. Новые технологические схемы очистки природных вод в системах сельскохозяйственного водоснабжения // Материалы IV Всеукраинской научно - практической конференции “Вода - проблемы и решения”, -- Днепропетровск, 1998, с.135-136.

Хоружий П.Д., Хомутецкая Т.П., Яковенко Ю.П. Установки для глубокой очистки воды в локальных системах водоснабжения // Сборник материалов IV Международной научно - технической конференции “Питьевая вода - 98”, -- Одесса, 1998, с.132-136.

Хомутецька Т.П. Сучасний стан і перспективи використання підземних вод в системах сільгоспводопостачання // Международная научная конференция: Сборник научных статей под ред. П.И.Коваленка и А.П.Лихацевича. - Киев, 1998, с.57-59.

Хомутецкая Т.П. Очистка природных вод на компактных водоочистных установках с пенополистирольно - цеолитовыми фильтрами // Сборник материалов научной конференции. - Минск, 1998, с.183-190.

Хоружий П.Д., Хомутецька Т.П. Дослідження процесу знезалізнення підземних вод на установках з пінополістирольно - цеолітовими фільтрами // Збірка доповідей Міжнародного конгресу “ЕТЕВК'99”, Ялта, 1999, с. 26 - 28.

Олійник О.Я., Хомутецька Т.П. Дослідження висхідного фільтрування підземних вод при їх знезалізненні // Збірка доповідей Міжнародного конгресу “ЕТЕВК'99”, Ялта, 1999, с. 31 - 33.

Анотації

Хомутецька Т.П. Розробка технології знезалізнення підземних вод на пінополістирольно - цеолітових фільтрах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - Водопостачання, каналізація. Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2000.

Запропонована нова технологічна схема знезалізнення води та розроблена конструкція нової компактної водознезалізнюючої установки (КВУ), яка базується на висхідному фільтруванні води через пінополістирольний і цеолітовий фільтри. Досліджений механізм процесу знезалізнення води на таких установках та визначено їх раціональні конструктивні і технологічні параметри. Встановлено закономірності змін втрат напору та ефективності знезалізнення води від різних факторів при висхідному фільтруванні води через пінополістирольний і цеолітовий фільтри. Розроблені технічні умови на проектування і експлуатацію таких водознезалізнюючих установок та проектно - конструкторська документація. Такі установки побудовані і успішно експлуатуються в Київській і Дніпропетровській областях.

Ключові слова: підземні води, знезалізнення, пінополістирол, цеоліт, висхідне фільтрування.

Хомутецкая Т.П. Разработка технологии обезжелезивания подземных вод на пенополистирольно - цеолитовых фильтрах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - Водоснабжение, канализация. Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2000.

Диссертация состоит из вступления, пяти разделов, основных выводов, списка использованных литературных источников из 161 наименованием, 3 приложений, 33 таблиц и 34 рисунков.

Диссертация посвящена вопросам проектирования и эксплуатации установок для обезжелезивания воды в локальных системах водоснабжения.

В работе проанализированы современное состояние вопросов, основные технологии обезжелезивания подземных вод и конструкции водообезжелезивающих установок.

Установлено, что наиболее перспективным направлением усовершенствования технологии очистки воды от железа является применение легких плавающих и сорбционных фильтрующих материалов с восходящим фильтрованием через них проаэрированной воды. Это обеспечивает простоту эксплуатации и обслуживания установки при небольшой ее стоимости и отсутствии реагентов, воздуходувок и промывных насосов.

С этой целью предложена новая технологическая схема обезжелезивания воды и разработана конструкция новой компактной водообезжелезивающей установки (КВУ), которая базируется на восходящем фильтровании воды через пенополистирольный и цеолитовый фильтры.

В работе исследован механизм процесса обезжелезивания воды на таких установках и установлены их рациональные конструктивные и технологические параметры. Доказано, что работа фильтров осуществляется при ламинарном режиме фильтрования, а гидравлические уклоны и коэффициенты фильтрации значительно изменяются во времени и по длине пути фильтрования и зависят от средней удельной грязеемкости слоя фильтрующей загрузки. Установлены закономерности изменений потерь напора и эффективности обезжелезивания воды от разных факторов при восходящем фильтровании воды через пенополистирольный и цеолитовый фильтры. Исследования показали, что такая технология является высокоэффективной (эффективность достигает 99,5 %) и ее можно применять при содержании железа в исходной воде более 10 мг/л.

На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что начальная эффективность обезжелезивания воды увеличивается с уменьшением скорости фильтрования воды и увеличением остаточной удельной грязеемкости фильтра, а продолжительность его “зарядки” зависит от содержания железа в исходной воде. Она продолжается до накопления в порах фильтра минимального количества гидроксида железа, величина которого прямо пропорциональна скорости фильтрования воды и глубине ее обезжелезивания.

Создана методика инженерного расчета конструктивных и технологических характеристик воздухоотделителя и пенополистирольно - цеолитового фильтра.

Обоснована экономическая целесообразность применения водообезжелезивающих установок с пенополистирольно - цеолитовыми фильтрами и разработаны рекомендации на их проектирование и эксплуатацию, которые используются институтом “Укрводпроект” при проектировании станций обезжелезивания воды.

Разработанная технология обезжелезивания подземных вод путем их восходящего фильтрования через пенополистирольно - цеолитовые фильтры внедрена на действующих системах водоснабжения в Киевской и Днепропетровской областях.

Сведения, приведенные в диссертации, отражены в печатных работах автора.

Ключевые слова: подземные воды, обезжелезивание, пенополистирол, цеолит, восходящее фильтрование.

Khomutetska T.P. Development of technology of underground water deironing on cellular-polystyrene and ceolite filters. - Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science Degree, technical (Ph.D), on speciality 05.23.04. - Water supply and sewerage systems. Kiyv National university for construction and architecture, Kiyv, 2000.

New engineering scheme of iron deprivation in water is being offered and design of new iron deprivation in water unit has been developed on the level of invention. Operation of the unit is based on the filtration of ascending water in cellular-polystyrene and ceolite filters. The process of iron deprivation in water has been probed on the units and determined their operational design and technological parameters. There also have been determined the relationship of changes of water head losses and effectiveness of iron deprivation in water depending upon different factors under ascending water filtration through cellular-polystyrene and ceolite filters. Technical conditions for designing and operation of the units of iron deprivation in water as well as project and design documents are worked out. Such units have been installed and successfully run in Kiyv and Dnepropetrovsk regions.

Key words: ground waters, iron deprivation in water, cellular-polystyrene, ceolite, ascending filtration.

Размещено на Allbest.ru

...