Параметры сравнительной эффективности различных фильтровых материалов для капельных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПАРАМЕТРЫ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЛЬТРОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КАПЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Алиев А.И.

ТОО «Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства», г. Тараз

Исследования и производственный опыт показывают, что важнейшей технологической составляющей систем капельного орошения является высокое качество осветления оросительной воды. При замене пресных вод коллекторно-дренажными к существующим критериям, определяемым органолептическими показателями, добавляются реологические. Необходимость учета последних вызывается спецификой жестких условий транзита минерализованных вод через сеть капельных оросителей в режиме чрезвычайно низких (005…0,1 м/с) скоростей, более интенсивных микробиологических процессов, разогрева потока воды интенсивной солнечной радиацией в климате пустынь. В совокупности эти факторы создают в трубчатой сети системы условия ускоренного заиления и гидробиохимической кольматации, особенно на концевых участках. В этой связи в капельных системах с водозабором из открытых источников, возникает необходимость в принудительной очистке воды от механических и биологических примесей, а при наличии водорослевой активности тем более.

В мелиоративных системах зоны пустынь мутность воды очень высокая - до 3,0…4,5 г/л. Коллекторно-дренажные воды этих систем хоть и менее мутные по сравнению с ирригационными источниками - 0,5…1,0 г/л, тем не менее без очистки тоже не пригодны к использованию в капельном орошении. По данным обследований, мутность вод КДС в вегетационный период непостоянна и зависит от многих факторов. Так содержание взвесей в полевых дренах колеблется от 0,05 до 0,20 г/л, в хозяйственных и межхозяйственных коллекторах оазисов она увеличивается до 0,15…1,5г/л. Как правило, наименьшие значения мутности приходятся на межень стока как в вегетацию, так и в невегетативный период, а наибольшие соответствуют периоду промывных и вегетационных поливов, когда сеть КДС работает при полной нагрузке.

Водоисточник дренажных вод экспериментальной системы капельного орошения имеет сток в створе водозабора при расходах 40…70 м³/с. В первую межень (вторая половина апреля - до середины мая) мутность стока держится в пределах 0,05…0,08 г/л. В период поливов (май - сентябрь) на подвешенных к магистральному коллектору мелиоративных системах объемы дренажного стока увеличиваются, из-за чего, как свидетельствуют замеры, амплитуда мутности коллектора возрастает, достигая пределов 0,08…0,18 г/л, (табл. 1).

Таблица 1 Динамика среднемесячных значений мутности коллекторно-дренажных вод источника в створе экспериментального участка, г/л

Опыт показывает. что, несмотря на сравнительно низкие значения, вода в естественных параметрах мутности для использования в капельном орошении не пригодна, т.к. практически мгновенно в трубопроводах возникают коллоидные структуры взвесей и начинается повсеместная кольматация водовыпускных отверстий на сети.

В таких условиях при ее использовании на капельное орошение возникает необходимость в водоочистке и в доведении значений ее мутности до порогов воды питьевого качества.

Анализ способов и технологий осветления показывает, что традиционная тонкая очистка на медленных фильтрах очень капиталоемка и малоприемлема для использования на мобильных оросительных комплексах. Ввиду этого возникает необходимость создания более упрощенной технологии и устройств водоочистки, обеспечивающих не только высокий эффект, но и дешевизну технологического цикла.

В процессе целевого изучения технологии водоочистки было испытано несколько разновидностей фильтровых элементов, соответствующих требованиям тонкой очистки воды и экономичности, параметры которых были в последствии оптимизированы.

Известно, что фильтрующий материал для дренажных вод должен обладать хорошей механической прочностью, устойчивостью к минерализованной агрессивной среде, малой водопоглощаемостью, хорошо отмываться от взвесей при регенерации и обеспечивать при этом требуемое осветление. С учетом этих факторов, а также материалоемкости, были отобраны и экспериментально апробированы сетка металлическая галунного плетения, мелкозернистый песок, стеклоткань ССФ-2 и ССФ-4, минеральная и органическая вата, органическая ткань, вспененный полиуретан и их комбинации. Целью изучения был выбор такого материала фильтра, который обеспечивал бы требуемую производительность фильтра 8…10 м³/час, параметры мутности фильтрата (2,0…3,0 мг/л), гидрохимическую устойчивость при эксплуатации и быстроту регенерации

Испытания, проведенные в полевых и лабораторных условиях, дали возможность получить сравнительные результаты, которые в кратком изложении приводятся в таблице 2.

Таблица 2 Показатели сравнительной эффективности различных фильтровых материалов

Анализ испытаний показал, что фильтры, изготовленные из сетки галунного плетения, а также стеклоткани марки - ССФ-2 и ССФ-4, обладают наивысшей в ряду испытанных образцов производительностью. Однако низкая степень очистки ими при коэффициентах осветления 2,09…3,5 в условиях входной мутности 80...170 мг/л ограничивает применение этих элементов, т.к. при таком качестве фильтрата неизбежно возникновение коллоидов в трубопроводах и последующий выход системы из строя.

Фильтры на органической основе создают высококачественный фильтрат - 1,5...3,5 мг/л и в этом смысле казалось бы более предпочтительны, но как показали испытания, они характеризуются недопустимо краткой длительностью фильтроцикла, и материал элементов отличается недолговечностью, разлагаясь в среде дренажных вод, теряя способность к регенерации. Все это делает применение таких материалов крайне ограниченным. технология фильтровой очистка вода

Наиболее качественные показатели фильтрата обеспечивают медленные песчаные фильтры на среднезернистой основе. Испытание их в режиме реальной мутности стока в водоисточнике выявило высокую степень осветления - 23,7. К недостаткам, ограничивающим применимость данных фильтроэлементов в системе орошения, относятся низкая производительность - 1,16…1,5 м³/час при данной конструкции фильтра, короткий период фильтроцикла, и чрезмерная длительность регенерации - до 50 часов. Доведение параметров производительности до оптимальных при выбранных типоразмерах фильтра вызывает резкое увеличение металлоемкости и рост стоимости эксплуатации, в составе которой расходы на регенерацию составляют около 80% всех. затрат.

Анализ применимости рассматриваемых фильтрующих материалов показал, что оптимальными параметрами обладают фильтры на пенополиуретановой основе, унифицированные включением минеральной ваты, традиционно применяемой в теплоизоляционной сфере. Модель данного фильтра типа - «сэндвич» обеспечила в испытаниях относительную долговечность - 2…2,5 месяца, дешевизну, приемлемую длительность регенерации 30…40 часов, требуемые параметры степени очистки воды и производительности. Данная конструкция ввиду простоты и надежности находила применение в эксплуатационных условиях более 10 лет.

Для изучения возможностей разработанной конструкции с элементами «сэндвич» была осуществлена серия испытаний фильтра. Апробирование проведено на действующей системе капельного орошения путем задания различных уровней нагрузки при очистке дренажных вод. По данным динамических испытаний и значениям расходно-напорных характеристик, включая реологию фильтрата и показатели осветления, были выработаны рациональные режимы осветления и параметры конструкции фильтра применительно к реальным условиям, составлена номограмма расчета режимов работы для обеспечения управления процессом водоочистки в оптимальном режиме (рис. 1).

Экспериментальные результаты показывают, что наибольшей производительностью фильтр обладает в начале фильтроцикла - до 16 м³/час. По мере сработки эксплуатационного времени t скорость фильтрования снижается и в диапазоне оптимального режима (6,0…7,0 Кпа на выходе) производительность его составляет вполне приемлемую величину - 8,0…9,5 м³/час.

При данных скоростях воды в фильтре, устанавливающихся выходным давлением (6…7 Кпа), достигается степень осветления воды К_о, равная 12…15 единиц и удовлетворительная мутность фильтрата 2…3 мг/л

Углубление осветления нецелесообразно: дальнейшая интенсификация водоочистки приводит к неоправданным энергозатратам, недопустимому падению производительности и снижению рабочего давления в магистральном трубопроводе ниже допустимых пределов.

Мониторинг по приведенному графическому алгоритму позволяет хронометрированием отслеживать состояние процесса водоочистки в масштабереального времени и корректировать его, обеспечивая оптимальный режим. Фильтр способен функционировать при давлении воды в магистрали сети от 9,0 до 4,0 Кпа. При увеличении напора воды выше верхнего предела значительно возрастают нагрузки на фильтроэлемент, ухудшается степень очистки и возникает опасность разрыва элементов фильтра. Эксплуатация ниже нижнего предела хотя и дает повышение качества фильтрата, в то же время не обеспечивает требуемой производительности, ухудшая, как следствие, гидравлический режим в нижерасположенных участках трубопроводной сети капельной системы.

Учитывая, что рабочий напор в капельных оросителях систем данного типа должен быть не менее 5,0 м, давление воды на выходе фильтра с учетом гидравлических потерь по длине магистрального трубопровода, должно составлять не менее 0,06…0,07 Кпа. При падении выходного давления на фильтре ниже 0,06 Кпа (момент начала заиления фильтровых элементов), необходимо отключить рабочий и выполнить переключение на резервный фильтр сети. В противном случае контактный манометр 7 после предупредительного звукового сигнала, автоматически отключает главный насос системы и водоподача в магистральную сеть прекращается.

Рис. 1. Номограмма определения параметров действия фильтра безреагентной очистки дренажных вод

Как показала практика, многослойный фильтр данной конструкции прост в эксплуатации и обладает достаточной надежностью. Ручная очистка элементов нетрудоемка, занимает 15…20 минут и заключается лишь в частичной замене материала фильтрового элемента (минваты). Периодичность очистки устройства 7…10 дней, что вполне удовлетворяет условия эксплуатации систем капельного орошения.

Размещено на Allbest.ru