ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ ПІНОПОЛІСТИРОЛЬНИХ ФІЛЬТРІВ З ПІДВИЩЕНОЮ КРУПНІСТЮ ГРАНУЛ ПРИ КОНТАКТНОМУ ЗНЕЗАЛІЗНЕННІ ПІДЗЕМНИХ ВОД

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз ефективності існуючих методів знезалізнення води» проведено огляд запасів підземних вод, основні види їхніх забруднень, висвітлено сучасний стан проблеми знезалізнення води та вибрано напрямок дослідження. Проведено огляд різних методів видалення заліза із води та межі їхнього застосування. Розглянуто та проаналізовано основні переваги та недоліки різного типу фільтрів для знезалізнення води, їхні конструкції та фільтруючі засипки.

Встановлено, що перспективним є використання фільтрів для знезалізнення води, в якості засипки яких використовується спінений полістирол. Простота конструкції пінополістирольних фільтрів з висхідним рухом води дозволяє в короткі терміни здійснити реконструкцію існуючих або будівництво нових фільтрів із невеликими матеріальними затратами. Конструкція фільтрів є раціональною та ресурсозберігаючою, що дає можливість її серійного виробництва та використання для знезалізнення води в багатьох регіонах України.

Розглянуто теоретичні основи процесу знезалізнення води та математичні моделі процесу фільтрування води через зернисті фільтри. Значний вклад у розвиток питання знезалізнення води та фільтрування зробили вітчизняні та зарубіжні вчені, такі як М.Д. Мінц, О.Я. Олійник, Г.І. Ніколадзе, В.О. Орлов, М.Г. Журба, М.М. Гіроль, П.О. Грабовський, П.Д. Хоружий, С.Ю. Мартинов, Є.В. Юрков, С.К. Кисельов, Fewtrell, Bartram, Holl, Livingstone, R.O. Hallberg, Gehringer, Zalewski та інші.

Ефективність процесу знезалізнення води в досить великій мірі залежить від типу параметрів фільтруючої засипки. Потрібного вихідного матеріалу, який виготовлявся б промисловістю як засипка для пінополістирольних фільтрів, немає. Спінювання полістирольних гранул до потрібного діаметру проводиться в лабораторних умовах.

Виготовити засипку потрібного гранулометричного складу можна у  невеликих кількостях для завантаження фільтрів станції знезалізнення. Для отримання необхідної фракції пінополістиролу використовується п’ята та четверта фракція заводського полістиролу, який попередньо розсівається на ситах для отримання потрібної фракції, після спінювання та просушування знову просівається. У результаті до 50% полістиролу практично викидається. Процес спінювання засипки у лабораторних умовах доволі довготривалий та складний. Вартість засипки, виготовленої під замовлення, є вищою, ніж при серійному виробництві, тому потрібно переходити на виробничий продукт, який отримується з полістиролу на підприємствах по виготовленню пінополістирольних теплоізоляційних плит.

На даний час налагоджено серійний випуск пінополістирольної засипки промислового виробництва найменшим еквівалентним діаметром 2,8 мм, хоча гранули пінополістиролу такого розміру відносять до крупногранульних, які ще не досліджувалися.

Крупногранульована засипка, так як і дрібно гранульована, може очищувати воду до нормативних значень у певних умовах. Проте потрібно підібрати оптимальні параметри засипки: її висоту, гранулометричний склад, швидкість фільтрування, напрямок фільтрування, вміст заліза у воді, що подається на очистку, тривалість фільтроциклу, при яких буде забезпечений ефект знезалізнення. Тому є потреба в дослідженні такої засипки та її обґрунтуванні щодо питань очистки води від сполук заліза.

Застосовування в якості фільтруючого шару спінених гранул полістиролу промислового виробництва сприяє вирішенню проблеми знезалізнення води з концентрацією заліза до 2 мг/дм³, проте існує обмеження по застосуванню такої засипки для певного типу вод за фізико-хімічними показниками, швидкістю фільтрування, концентрацією заліза і вихідній воді та ін.

Розробкою та дослідженнями фільтрів із плаваючим фільтруючим шаром займалися В.Г.Ільїн, С.І.Мороз, В.О.Орлов, П.Д. Хоружий, М.М. Гіроль, інші дослідники.

Таким чином, є актуальним визначення параметрів роботи пінополістирольних фільтрів для знезалізнення підземної води з використанням крупногранульованої пінополістирольної засипки промислового виробництва з врахуванням більш жорстких вимог до якості питної води. Для вирішення зазначеного було сформульовано конкретні задачі досліджень.

Другий розділ «Методика і методологія наукових досліджень процесу знезалізнення води. Експериментальна установка» присвячений висвітленню методики проведення досліджень та методики представлення результатів експериментів. У цьому розділі побудовано блок-схему досліджень, розроблено експериментальну установку для контактного знезалізнення води та методики досліджень. Схему та фото лабораторної установки для знезалізнення води наведено на рис.1 та рис.2.

1 – трубопровід подачі водопровідної води на установку, 2 – бачок простійного рівня, 3 – вентиль для регулювання швидкості фільтрування на установці,  4 – ємкість для дозування розчину вапняного молока, 5 – трубопровід подачі розчину вапняного молока, 6 – ємкість для дозування розчину заліза, 7 – дозатор розчину заліза, 8 – трубопровід подачі розчину заліза,  9 – змішувальна лійка, 10 – повітрявідділювач, 11 – пробовідбірник вихідної води, 12 – трубопровід підведення води до установки, 13 – фільтрувальна колона, 14 – ємкість для збору фільтрату (промивний бачок), 15 – трубопровід відведення фільтрату, 16 – пінополістирольна засипка, 17 – утримуюча решітка,  18 – п’єзометричні трубки, 19 – щит п’єзометрів, 20 – промивний трубопровід із шаровим краном, 21 – калібрувальна рейка для визначення розширення засипки під час промивки.

Рис.1. Схема лабораторної установки для знезалізнення води

При дослідженню процесу знезалізнення через кожні 0,5 год визначалися швидкість фільтрування, лужність води, втрати напору в фільтруючій засипці, концентрація заліза у вихідній воді та фільтраті. У середині кожного фільтроциклу знімалися фізико-хімічні показники води. Дослідження проводилися на модельному розчині, який утворювали шляхом додавання у воду сірчано-кислого заліза та вапняного молока. Концентрація заліза знаходилася в межах 1–2 мг/дм³.

При неповній промивці тривалістю близько 25–35 с в засипці залишалися сполуки заліза, що давало змогу підвищити якісні показники води. Відбір проб води здійснювався через пробовідбірники.

У третьому розділі «Виведення рівнянь регресії для опису зміни втрат напору в пінополістирольній засипці у процесі знезалізнення води» висвітлені результати досліджень зміни втрат напору у фільтруючій пінополістирольній крупногранульованій засипці промислового виробництва еквівалентним діаметром 2,8 мм при її повній та неповній промивках.